視網膜變性疾病的未來治療

美國哈佛大學醫學院眼科系主任Joan W Miller教授介紹了視網膜變性疾病細胞死亡的機制、感光細胞死亡實驗模型和視網膜變性疾病的神經保護治療策略。

概述

在許多眼部疾病中，感光細胞死亡是導致視力喪失的根本原因，這些眼部疾病包括年齡相關性黃斑變性（AMD）、視網膜色素變性和視網膜脫離（RD），這些疾病影響了全球數千萬人群。就這些眼部疾病的治療而言，目前尚無可有效預防感光細胞死亡的措施。許多研究關注細胞死亡的機制，旨在明確退行性視網膜疾病的治療靶點。細胞凋亡是最具特徵的程序性細胞死亡，曾被認為是引起感光細胞變性的主要機制。事實上，在RD實驗模型中，在誘導細胞凋亡中發揮重要作用的半胱天冬酶在垂死的感光細胞中被活化。奇怪的是，抑制半胱天冬酶並不能防止感光細胞消亡。這表明細胞死亡還存在其他機制。最近越來越多的證據表明，非凋亡性細胞死亡，如自噬和壞死，也受具體的分子調節，如自噬蛋白和受體相互作用蛋白（RIP）激酶。Joan W Miller教授總結了細胞死亡信號通路相關知識及細胞死亡信號通路對感光細胞死亡的作用。通過識別另一種細胞死亡通路，並了解如何抑制上述通路，可以預防多種眼部疾病所致的視力喪失。

細胞死亡的分類：細胞凋亡、自噬和壞死

凋亡、自噬和壞死細胞的形態特徵顯著不同，但是形態特徵仍然是區分不同形式細胞死亡的金標準。凋亡、自噬和壞死細胞的遺傳和生化特徵也已被發現，其可相互影響。

凋亡誘導因子介導的線粒體通路

凋亡誘導因子（AIF）可激活半胱天冬酶依賴性細胞凋亡通路。AIF可從線粒體釋放入細胞核中，其已被證明在感光細胞死亡中發揮重要作用。

RIP激酶與細胞壞死

RIP激酶（RIPK）信號通路與外源性半胱天冬酶信號通路和核轉錄因子-κB（NF-κB）信號通路密切相關。半胱天冬酶能夠抑制RIPK信號通路和減少細胞壞死。然而，當半胱天冬酶被抑制，RIP激酶被激活，細胞壞死增加，細胞凋亡減少。

自噬相關蛋白（Atg）家族

細胞自噬是一個過程，是細胞將其無用的或異常的成分降解，以維持細胞的能量水平，從而保證細胞在飢餓期間存活。細胞自噬能夠促進細胞存活或細胞死亡。

線粒體與細胞死亡

線粒體可以誘導半胱天冬酶非依賴性細胞死亡。線粒體膜的穩定性對細胞至關重要。影響線粒體膜電位的因素（跨膜電化學梯度）是神經保護治療的靶點。

炎症與細胞死亡

炎症性調節劑釋放，導致組織損傷，從而導致細胞存活或死亡。輕度炎症可修復細胞，慢性或長期炎症可破壞細胞。促炎物質、多蛋白複合物被稱為炎性複合物，可對許多觸發因子產生應答，這些觸發因子包括細菌毒素、病毒核酸、蛋白質或脂質。半胱天冬酶Ⅰ是炎性複合物的關鍵成分，其可以誘導程序性細胞死亡（pyroptosis），程序性細胞死亡是不同於細胞凋亡的細胞死亡。細胞死亡會導致炎症反應。對於導致慢性炎症和細胞死亡的一系列事件，很難對其進行剖析。

感光細胞死亡實驗模型

若干感光細胞死亡實驗模型（圖）已被用於研究神經保護療法。

實驗性RD模型

實驗性RD模型用於研究感光細胞死亡和神經保護機制。若神經視網膜與視網膜色素上皮細胞（RPE）和脈絡膜血管分離，則感光細胞會死亡。來自脈絡膜血管的物質可為視網膜提供營養和支持。實驗中，可以經視網膜下注射玻璃酸鈉誘導RD，然後通過顯微鏡觀察感光細胞死亡。該模型可用於研究視網膜相關疾病中感光細胞死亡，這些疾病包括RD、AMD、糖尿病性視網膜病變與早產兒視網膜病變（ROP）。該模型還可用於對一些疾病（如視網膜色素變性）建模，其中感光細胞遺傳易感性是導致視力下降的根本原因。

損傷模型

雙鏈RNA（dsRNA）可與toll樣受體3（TLR3）結合，TLR3可介導先天性免疫應答和細胞死亡。通過雙鏈RNA誘導的視網膜變性小鼠模型可發現，RIP激酶可介導細胞壞死和增加炎症反應，因此，程序性細胞壞死是dsRNA誘導視網膜變性的關鍵，並可促進炎症反應。其他損傷模型還涉及鈉碘酸鹽（Na-IO3）或過氧化脂，上述物質可對視網膜產生毒性，通過對RPE產生化學性損傷可誘導感光細胞死亡。

遺傳性視網膜變性（IRD）模型

視網膜色素變性可導致視桿細胞功能不良，視桿細胞主要負責外周視力和夜視力。然而，視桿細胞減少後，視錐細胞功能也下降，這些感光細胞主要集中在視網膜中心凹，可分辨物體的細節和顏色。視桿細胞與視錐細胞的死亡機制不同。Murakami等對10隻RD小鼠進行研究發現，瀕死視桿細胞表現出凋亡特徵，而視錐細胞則表現為壞死（Murakami et al, 2012）。這進一步證實視桿細胞和視錐細胞的死亡機制不同。

神經保護策略

抑制半胱天冬酶

早期實驗性RD模型表明，感光細胞凋亡與半胱天冬酶激活有關。Zacks等證實，RD後Fas介導的細胞凋亡通路被激活，抑制Fas激活能夠降低半胱天冬酶-9活性（Zack et al, 2004）。然而，當對抑制半胱天冬酶的作用進行測試，並將其作為神經保護策略發現，半胱天冬酶抑製劑並不能預防細胞死亡。相反，視網膜色素變性和RD嚙齒類動物模型（Leonard et al, 2007和Zadro-Lamoureux et al, 2009）顯示，激活內源性X連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）已被證明具有保護作用，其可作為有效的神經保護策略。

抑制細胞凋亡與細胞壞死

Trichonas等發現，RD後感光細胞功能下降，RIPK介導的細胞壞死也是細胞死亡的主要形式，另外，當半胱天冬酶被抑制，RIP介導的細胞壞死成為細胞死亡的主要形式（Trichonas et al, 2010）。這可能可以解釋為何抑制半胱天冬酶不能成功預防感光細胞死亡。

RIPK介導的程序性細胞壞死和凋亡是感光細胞死亡的機制，同時抑制RIP激酶和半胱天冬酶對產生有效的神經保護作用至關重要（Trichonas et al, 2010； 圖）。Murakami等也證實了上述結果。此外，Murakami等IRD模型還表明，在視桿細胞凋亡後， RIPK介導的細胞壞死是視錐細胞非自主死亡的重要形式（Murakami et al, 2012），這強調了需要抑制細胞凋亡和細胞壞死才能產生神經保護作用。

睫狀神經營養因子

睫狀神經營養因子（CNTF）可以作用於白細胞介素-6（IL-6）受體，具有潛在的神經保護作用。動物實驗已經表明，CNTF可引起神經元和少突膠質細胞數量增加，其還能夠減少炎症對組織的破壞。Neurotech應用能夠分泌CNTF的人類細胞（NT-501）研發了一項技術，早期臨床試驗顯示，CNTF用於治療視網膜色素變性和繼發於AMD的局部萎縮，療效和耐受性良好。

溴莫尼定

溴莫尼定為選擇性α2腎上腺素能受體激動劑，能夠減少房水生成，增加神經營養因子產生，保護細胞不變性，上述機制尚未明晰。 Allergan公司正在進行玻璃體內注射溴莫尼定治療局部萎縮2期臨床試驗。

臨床試驗路徑

迄今為止，眼科臨床試驗中神經保護一直未成功。應該基於RD模型開展實證研究，探討視力能否提高。對於慢性疾病，如AMD和IRD，應研製緩釋劑。玻璃體內注射藥物耐受性良好將有助於將神經保護治療納入標準治療。

結論

感光細胞死亡是導致視力喪失和其他視網膜變性疾病的根本原因，細胞凋亡是最具特徵的程序性細胞死亡。然而，十幾年來試圖使用具有神經保護作用的藥物預防細胞凋亡均失敗了。研究已經證明，細胞凋亡途徑和非凋亡途徑均可促進感光細胞死亡，同時抑制半胱天冬酶和RIP激酶可有效延遲感光細胞死亡時間。進一步了解感光細胞死亡的複雜分子機制有助於提出新策略，預防視力喪失。

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