小膠質細胞在眼病中的研究進展

崔 凌，黃光怡，徐 帆

0 引言

小膠質細胞是中樞神經系統(central nervous system，CNS)中神經膠質細胞的主要類型之一，發揮著巨噬細胞的功能，參與CNS的免疫反應[1-2]。視網膜和視神經作為CNS的外延，小膠質細胞在各類疾病的發生和發展中均扮演著重要的角色[3-4]。

靜息狀態下，小膠質細胞呈分枝狀，時刻監視著其周圍微環境的各種病理變化；在各種損傷因素的刺激下，例如視神經損傷、炎癥、光損傷、視網膜脫離和視網膜色素變性等，小膠質細胞立即激活，并改變其形態進而向病變區域遷移，發揮著保護和損傷組織的雙重作用：一方面，小膠質細胞通過吞噬異己成分、分泌神經營養因子等促進神經細胞存活和組織再生；而另一方面，小膠質細胞的過度活化也可能通過分泌細胞毒性物質，例如白介素 (interleukin,IL)-1、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α等誘導神經元凋亡，進而加重組織損傷[5-6]。近十余年來，隨著分子生物學技術的快速發展，人們對于小膠質細胞的生物學功能與眼科疾病的相關性及其具體分子機制有了更為深刻的認識。本文將針對小膠質細胞與眼科疾病的關系進行綜述。

1 視神經損傷和小膠質細胞

小膠質細胞對死亡的神經元的吞噬，在視神經損傷患者的視功能預后中發揮著重要作用。在視神經損傷的患者中，視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGCs)凋亡相關因子會呈現爆發式增長，RGCs凋亡是其主要的病理變化，并導致不可逆的視功能喪失，嚴重威脅患者的生活質量[7]。當發生視神經損傷時，小膠質細胞立即開始識別和遷移至損傷部位，發揮其吞噬功能，清除凋亡的神經元細胞。為了研究視網膜小膠質細胞的吞噬功能，研究人員利用4Di-10ASP染料對RGCs進行染色，當小膠質細胞吞噬RGCs后，亦可在小膠質細胞中觀察到4Di-10ASP染色的情況[8]。完成了首次吞噬的小膠質細胞，仍可繼續遷移，并再次吞噬死亡的RGCs。與大腦中小膠質細胞激活后，其分枝狀形態完全改變為變形蟲樣的過程不同，視網膜小膠質細胞在受到損傷刺激后，仍部分保留分枝狀的形態。當損傷刺激停止后，小膠質細胞可以重新遷移至節細胞層和內叢狀層，并恢復為分枝狀的形態[9]。

為進一步分析小膠質細胞吞噬功能對視神經損傷后RGCs發揮了何種作用，研究人員利用各類小膠質細胞激活抑制劑進行干預，觀察RGCs存活率的變化。近年來研究證實，利用亞精胺[10]、腺苷酸激酶抑制劑[11-12]、ASK1-p38信號通路抑制劑[13]、枸杞[14]等均可以通過抑制小膠質細胞激活，進而保護視神經損傷后的RGCs，提高細胞存活率。同時，小膠質細胞和RGCs之間，也能通過細胞間的表面受體和配體，如Recombinant Cluster of Differentiation 200 (CD200)，及受體Recombinant CD200 Receptor 1(CD200R1),發揮相互的調控作用[15]。上述研究提示我們，通過干預視網膜小膠質細胞異?；罨?，能夠對視神經損傷誘導的RGCs死亡發揮調控作用。

此外，視神經損傷的程度也決定了小膠質細胞行為[16]。在輕度的視神經損傷小鼠模型中，利用TUNAL染色和電鏡觀察，證實在損傷后2～28d，RGCs的數量和活力均沒有顯著下降。同時，在視神經損傷的近端重建過程中，并沒有小膠質細胞激活。與此相反，在傷后7～28d激活的小膠質細胞緊密包裹著損傷的視神經遠端斷裂的神經軸突周圍。而這些現象對于輕度視神經損傷治療策略制定和其下游分子機制，仍有待研究。

值得注意的是，單眼視神經損傷或干預也可能引起對側眼視網膜小膠質細胞改變。Cen等[17]對單眼視神經橫斷傷大鼠的雙眼小膠質細胞形態、分布和功能進行了分析。他們發現小膠質細胞密度在視神經損傷3d～2wk后快速升高，在3～12wk又逐漸減低，在1～3wk時還伴隨著節細胞層(ganglion cell layer，GCL)小膠質細胞分枝狀形態的轉變。損傷眼中，小膠質細胞數量和形態隨著時間而發生變化。而在非損傷眼中，盡管僅在視網膜中央區域檢測到小膠質細胞密度的增加具有統計學上的意義，但是小膠質細胞形態的變化及其趨勢與損傷眼相似。而Galindo-Romero對單側視神經橫斷傷眼玻璃體腔注射腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)，也發現在對側眼小膠質細胞顯著激活并發揮吞噬作用[18]。上述結果提示我們，在單眼視神經損傷的動物模型中，利用對側眼作為對照組時應考慮小膠質細胞變化的因素。

在具有視神經再生能力的兩棲動物中，小膠質細胞激活和作用的方式具有獨特性。Zou等[19]研究發現在斑馬魚視神經損傷模型中，RGCs的存活率和神經軸突再生對于斑馬魚視功能的恢復具有重要作用。由于RGCs死亡率低，因而小膠質細胞數量僅在傷后3d短暫升高，在傷后14d逐漸下降[19]。在這過程中，較低的三碘甲狀腺氨酸(T3)水平，可以有效地抑制小膠質細胞激活，并快速降低視神經損傷引起的炎癥反應程度[20]。在視神經橫斷的有爪蟾蜍中，小膠質細胞在傷后18h，開始聚集于視網膜并沿視神經排列。在再生的視神經軸突進入大腦前5d達到高峰，并于連接視網膜和中腦頂蓋神經纖維的重建后逐漸減低[15]。上述結果提示我們，小膠質細胞在視神經橫斷后的再生中扮演了重要角色。

2 糖尿病視網膜病變和小膠質細胞

高血糖狀態不僅誘發新生血管形成，同時也伴隨著神經元的死亡，表明糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)符合視網膜神經退行性改變的特征[21-22]。大量的研究表明，DR進程中存在著視網膜的慢性炎癥[23-24]，而慢性炎癥會引起視網膜炎癥因子的升高，如TNF、IL-1、IL-6等[25-27]，進而影響視網膜血管滲透性和細胞凋亡[28-29]。同時，血糖升高也能引起微環境中相關分子的改變而激活小膠質細胞。因此，小膠質細胞與DR的關系逐漸受到學者重視。

糖尿病導致的血液高糖狀態能夠激活視網膜小膠質細胞[3,30]。研究表明，糖尿病能夠導致醛糖還原酶表達升高，而醛糖還原酶的積累又是誘導炎癥反應的重要因素。學者在此基礎上進一步證實，DR患者的視網膜組織中醛糖還原酶的堆積，能夠促使視網膜小膠質細胞活化，進而增強其遷移和炎癥因子分泌[31]。利用小膠質細胞標志物CD45、CD68和人類白細胞抗原(human leukocyte antigen DR，HLA-DR)對小膠質細胞進行標記，發現在增殖性糖尿病視網膜病變患者中，小膠質細胞數量顯著增加，且主要圍繞視網膜動脈、擴張的靜脈、棉絨斑和視網膜內層的微血管瘤。在增殖性糖尿病視網膜病變患者的GCL層和玻璃體腔新生血管區域，小膠質細胞活化數量也顯著升高。而在糖尿病黃斑水腫的患者中，小膠質細胞活化廣泛存在于整個視網膜和視網膜下腔區域[32]。在DR的大鼠中也可以觀察到小膠質細胞的激活[33]。小膠質細胞數量在誘導性糖尿病4wk后顯著增加。激活的小膠質細胞向視網膜損傷部位聚集，并促進了DR的神經損傷進程。在增殖性糖尿病視網膜病變中，小膠質細胞會在視網膜神經纖維層的新生血管周圍聚集。當新生血管突破內界膜并長入玻璃體腔時，其周圍可檢測到顯著增加的小膠質細胞標志物，如HLA-DR、CD45和CD68[34]。在天然形成的2型糖尿病大鼠模型中，小膠質細胞會在視網膜下腔集聚，并在視網膜色素上皮層(retinal pigment epithelium，RPE)中形成微孔結構，允許炎癥因子穿過[35]。此外，在病變早期僅有電生理改變時[36]，小膠質細胞可通過釋放促炎因子，加重炎癥反應[37]。利用光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)進行視網膜形態學分析，也發現在視網膜下有散在高密度光點形成，其與小膠質細胞增殖及分布一致[38]。此外，小膠質細胞還能夠通過與RPE相互作用，進而影響外層血視網膜屏障的完整性[39]。另一方面，在糖尿病小鼠中進行玻璃體腔注射炎癥因子，也可以誘導小膠質細胞活化，并加重視網膜水腫、滲出、新生血管等病理過程[35]。上述結果表明，小膠質細胞活化在DR中扮演著重要的角色。

因為小膠質細胞的激活在DR中的促進作用，利用藥物靶向抑制小膠質細胞激活成為了干預初期DR的方向[40]。利用鏈脲霉素和四氧嘧啶破壞胰島β細胞，進而誘導大鼠1型糖尿病模型，是研究糖尿病早期病變的經典動物模型[41]。在鏈脲霉素誘導后4wk，既可觀察到視網膜小膠質細胞激活，以及高水平的TNF-α和IL-1β分泌[42]。糖化白蛋白可通過促分裂原活化蛋白(mitogen activated protein，MAP)激酶信號通路加速糖尿病視網膜中小膠質細胞激活和炎癥因子的釋放。利用糖化白蛋白特異性抗體進行中和，可以阻斷小膠質細胞激活和TNF-α的分泌[43]。利用天然黃酮高良姜進行干預，能夠抑制視網膜小膠質誘導的糖尿病中血視網膜屏障的破壞[44]。相似的，燈盞乙素也能抑制小膠質細胞活化，進而減少糖尿病中血視網膜屏障的氧化應激損傷[45]。同時，學者們也發現利用CD5-2能夠通過抑制mircoRNA-27a，并抑制小膠質細胞活化，能夠抑制糖尿病引起的視網膜心血管異常狀態[46]。通過抑制小膠質細胞的激活，能有效的緩解DR的進展。

近幾年，針對抑制小膠質細胞活化進而改善DR的臨床研究也陸續展開。在一項糖尿病黃斑水腫治療的研究中，利用二甲胺四環素抑制小膠質細胞活化，可以改善中央黃斑水腫、視功能和血管滲漏情況[47]。在另一項隨機雙盲對照臨床試驗中，研究人員挑選輕型的非增殖期糖尿病視網膜病變或沒有高危因素的增殖期糖尿病視網膜病變患者，利用強力霉素(一種半合成的次生四環素)治療，同樣具有抗炎效果，并改善黃斑中心凹倍頻視野，表明視網膜內層功能得到改善[48]。因此，抑制小膠質細胞激活的靶向藥物對DR的治療有重要的作用。

3 青光眼和小膠質細胞

青光眼是神經退行性疾病，伴隨著RGCs死亡和視野進行性喪失[49-50]。眼壓升高是目前公認的青光眼最主要的危險因素。盡管通過藥物、手術或激光治療，可以使眼壓降低到適當水平，但是仍有大部分患者視功能仍然進行性的減退。神經炎癥被認為在這其中扮演了重要的角色。研究人員已經證實，在臨床患者和青光眼動物模型中，視網膜和前房可以檢測出升高的炎癥介質，例如TNF、IL-6、IL-9、IL-10、IL-12和NO。而這些炎癥因子誘導的慢性炎癥，是青光眼中RGCs喪失的重要原因[51]。因此，探究青光眼患者視網膜和視神經慢性炎癥相關機制，逐步受到人們的重視。

小膠質細胞被認為是青光眼誘導的炎性激活的重要因素之一。在青光眼中，小膠質細胞通過形態、基因表達、細胞增殖、細胞黏附和免疫應答反應的改變，參與了RGCs的退行性改變。在人類青光眼患者中，可以發現激活的小膠質細胞呈簇出現在視乳頭[51]。同時，在死亡的RGCs附近，也能直接觀察到小膠質細胞增殖。Bosco等[52]進一步研究發現，在DBA/2J色素播散型青光眼小鼠模型中，小膠質細胞在RGCs數量減少前就已經被激活，且聚集于視乳頭以及篩板周圍的無髓鞘視神經軸突，而這些部位被認為是DBA/2J小鼠視神經病變起始部位[53-54]。隨著病情進展，小膠質細胞逐漸遷移至內層視網膜。伴隨著DBA/2J小鼠小膠質細胞激活，基因微陣列分析中視網膜和視乳頭基因表達的改變也證實了固有免疫反應的激活[55-56]。此外，利用二甲胺四環素抑制小膠質細胞的激活也可以減少缺血和青光眼模型中RGCs的死亡[57]。上述研究證實，小膠質細胞激活在青光眼RGCs死亡中發揮著重要的作用。

小膠質細胞在青光眼病情進展中也可能發揮著保護作用[58]。在青光眼患者眼中，小膠質細胞可呈現出較多的變形蟲樣的形態，并呈簇包圍著篩板和視網膜血管，提示我們小膠質細胞可能在防止血視網膜屏障破壞方面發揮著保護效應[59]。在單眼的青光眼動物模型的正常對照眼中，也可以觀察到與損傷眼形態不同的小膠質細胞分布于視網膜各個層次，表明小膠質細胞可能參與了組織的穩態調節，保護非損傷眼的神經軸突[60]。上述內容提示，小膠質細胞對于青光眼的發病進展及治療效果仍有待研究。

4 小結

此外，小膠質細胞還參與了視網膜色素變性、視網膜光損傷、視神經炎、年齡相關性黃斑病變等一系列眼病[61-62]。小膠質細胞異?；罨?，介導了視網膜炎癥反應加重了眼部原有的病變。因此，我們需要探討視網膜小膠質細胞異?；罨姆肿诱{控網絡，以及小膠質細胞和視網膜各類細胞間的相互作用，以期尋找合適的干預靶點。在此基礎上，評估靶向干預小膠質細胞對于上述各類疾病的潛在治療效果，為未來的臨床轉化研究奠定基礎。