纤维连接蛋白与人眼小梁网组织关系的研究进展

纤维连接蛋白与人眼小梁网组织关系的研究进展作者：胡艳，吴瑜瑜    作者单位：福建医科大学附属第二医院 眼科，福建 泉州 362000    【摘要】  纤维连接蛋白(fibronectin，FN)是一种具有重要生物学活性的非胶原糖蛋白，是细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的重要组成部分，参与机体的细胞连接黏附、增殖分化、信号传导、基因表达、收缩调节、上皮组织修复、排列规则化以及机体免疫调控等重要的生理功能。在人眼小梁网组织(human trabecular meshwork，HTC)中表达丰富的FN，可和整合素(integrin)、共结合蛋白聚糖(syndecan)、转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)等ECM相互作用来影响细胞间和细胞与基质间骨架的改变，最终影响小梁网内环境的稳定，改变房水外流阻力。研究表明，小梁网ECM含量的改变可使HTC网眼狭窄或塌陷，导致房水外流阻力增加，从而使眼内压升高，最终导致视功能丧失。近些年来人们对FN的结构功能、活性调节在原发性开角型青光眼的发病机制中所起的作用有了初步认识，现就FN与HTC关系的研究现状作一综述。    【关键词】  纤维连接蛋白;整合素;共结合蛋白聚糖;转化生长因子β;小梁网组织   Recent progress on the role of fibronectin in the human trabecular meshwork　HU Yan， WU Yuyu.　Department of Ophthalmology， the Second Affliated Hospital of Fujian Medical University， Quanzhou China， 362000　　[Abstract] Fibronectin is a very important biological molecule in collagen glucoprotein that plays a number of important roles in the extracellular matrix (ECM). It has roles in structural support and signaling cues for cell survival， migration， differentiation， gene expression， growth factor signaling， cell contractility， epithelial tissue repair， alignment regularization and organism immunoregulation. An expression rich in fibronectin in the trabecular meshwork connects to integrin， syndecan and transforming growth factor that can affect cell-cell and cell-extracellular matrix functions and change the structure of the cystoskeleton. As a result， it can affect the internal environment. At the same time， the novel fibronectin obstructs the trabecular meshwork， which could contribute to an increase in the resistance of aqueous humor outflow and the pathology of intraocular pressure. This can result in blocking visual function. There has been recent progress on the expression， activity， accommodation and properties of fibronectin in POAG pathogenesis and this work has received preliminary recognition. This paper discusses the role of fibronectin in the human trabecular meshwork.　　[Key words] fibronectin; integrin; syndecan; transforming growth factor ?茁; trabecular meshwork    原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)是常见的致盲性眼病之一，迄今为止，其病因和发病机制尚未完全清楚。研究表明，小梁网房水排出阻力增加使眼压升高是造成POAG患者的视神经损害的主要原因。房水可通过网眼引流，房水引流通畅与否直接与网眼大小有关，而小梁网细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的成分和含量直接影响网眼的大小，因此，小梁网ECM是维持房水循环系统正常的生理基础[1]。纤维连接蛋白(fibronectin，FN)介导着细胞与ECM的相互作用，同时它还具有与ECM各成分相结合的特点，ECM的异常沉积会引起房水外流受阻，导致眼压升高。许多学者研究发现POAG患者小梁网组织中FN积聚过多，提示这可能是POAG发病原因之一[2]。随着分子生物学、细胞生物学和免疫学等相关前沿学科的发展，人们对FN研究不断深入，FN在小梁网ECM中所起的作用日益受到青光眼研究学者们的关注。现就FN与小梁网组织的关系方面的研究进展作如下综述。1 纤维连接蛋白的结构和功能　　纤维连接蛋白广泛存在于细胞表面、结缔组织、细胞外液和大部分基膜上，它在ECM中属于非胶原糖蛋白，在人体的发育、细胞分化与移行、信号转导等生理过程以及炎症损伤修复、免疫应答、肿瘤转移等病理过程中起着重要作用。小梁网ECM可通过大量基质蛋白水解作用，不断改变房水循环内环境而达到动态平衡[3]。人体中的FN以多聚体形式存在，由两个几乎相同的220~250 kDa亚基在羧基末端以一对二硫键共价相连接。每个亚基都是一系列重复氨基酸序列嵌合体，包括三种同源类型的重复单位：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和一个与其他部分非同源的可变区(V区)[4]。FN包含12个Ⅰ型重复单位、2个Ⅱ型重复单位和15~17个Ⅲ型重复单位，一起构成了大约90%的FN序列。Ⅰ型重复单位大约为40个氨基酸残基的长度并包含2个二硫键，Ⅱ型重复单位包含大约60个氨基酸和2个链内二硫键，Ⅲ型重复单位大约90个氨基酸长度，无链内二硫键。这三种类型的重复单位也可在其他分子中找到，表明FN通过外显子改组演化而来。研究表明，FN有一个基因编码、3个外显子，转录时mRNA的不同的拼接可以使其表现出不同的功能[5]。3个外显子为EDA(或 EⅢA)、EDB(或EⅢB)和ⅢCS(或Ⅴ)。Ⅴ再分为Ⅴ1、Ⅴ2、Ⅴ3三个区。细胞和FN的黏附及肌动蛋白的收缩由FN上两个特殊的区域调节：CellⅠ结合域和HepⅡ结合域。CellⅠ结合域含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)序列，可以和整合素α5β1结合。HepⅡ结合域主要与共结合蛋白聚糖(syndecan)结合，促进黏着斑和张力丝的形成，也可以通过整合素信号转导途径促进细胞迁移和张力纤维的形成，利用肌动蛋白骨架的改变来调节眼内压[6]。2 纤维连接蛋白与小梁网组织　　正常眼内压有赖于房水生成量和排出量的动态平衡，房水的排出阻力主要位于邻管小梁，即小梁网与Schlemm管交接处。小梁网系多层束状或扁平的板片状，交叉网孔样结构，每一小梁束均由胶原纤维为核心及其外被的内皮细胞组成。其外围绕有弹性纤维(elastic fiber)、层黏连蛋白(laminin，LN)、FN、玻璃黏连蛋白(vitronectin)和透明质酸(Hyaluronic Acid，HA)等基质。FN是一种重要的ECM，广泛存在于Schlemm管内壁的基底膜和小梁网近管组织。Tripathi等[2]研究发现青光眼患者小梁网组织中的FN表达会增加。FN的异常沉积可导致细胞间、细胞与基质间连接以及细胞骨架结构改变。葡萄糖(amylaceum)、糖皮质激素(glucocorticosteroid)、转化生长因子β2(transforming growth factor-β2，TGF-β2)等[7-8]会促进FN的表达，而异常沉积的FN可堵塞小梁网组织，增加房水流出阻力，导致病理性眼压增高，最终致视功能丧失。3 纤维连接蛋白受体　　纤维连结蛋白受体是一种能够识别和选择性结合纤维连结蛋白的物质。现今许多学者公认整合素和共结合蛋白聚糖是纤维连结蛋白两种重要的受体。许多研究发现，整合素和共结合蛋白聚糖与FN结合，通过调节小梁网ECM循环、细胞黏附和生长信号来调节房水流出装置。　　3.1 整合素 整合素是纤维连接蛋白受体之一。许多研究表明，有生物活性的FN和LN与整合素分子结合，从而影响细胞的生长和分化。在小梁网中至少有8种整合素与FN连接，它们分别是α3β1、αvβ1、α5β1、αvβ3、αvβ5、αvβ6、α4β1和α4β7[9]。整合素家族是广泛存在于多种细胞膜表面的糖蛋白受体家族分子，由α链及β链以非共价键结合构成的，其主要作用是介导细胞与细胞基质之间相互作用，与细胞黏附、迁移、增殖、分化有关。目前的研究认为共有18种α亚基和8种β亚基[10]，β1亚群是成员最多的亚群，其配体包括FN、胶原(collagen)、LN等ECM，可存在于除红细胞以外的所有细胞上。整合素β1、β3的协同作用可促进小梁网中的肌动蛋白交联网状结构形成。整合素α3β1、α4β1、α5β1、αvβ1可以调节细胞和FN的黏附。整合素 α5β1是FN的主要受体，可与FN结构中的CellⅠ结合域中的RGD序列结合，通过信号的转导，导致肌动蛋白微丝蛋白重组，促进上皮细胞黏附和移行。FN诱导胶原收缩的性质可被细胞松弛素和GRGDSP(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro)序列阻断。胶原收缩也可以由α3β1调节。Nakamura等[11]研究发现，体外培养牛眼小梁网细胞增加FN后，可以提高小梁网细胞迁移，促进张力纤维的形成，同时使得整合素α5的表达增多，FN和整合素a5β1结合可促进胶原的收缩、小梁网的间隙扩大，房水外流阻力减小93%。HepⅡ结合域含有整合素α4β1 的结合位点。Faralli等[6]研究表明，活化的整合素α4β1和整合素a5β1相互协同并汇集信号通路可促进张力丝(stress fiber)形成和黏附斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)磷酸化，可以控制人眼小梁细胞的黏附强度和收缩力，而强的黏附斑收缩性可以使其周围小梁网间隙增大，房水外流阻力减少。　　3.2 共结合蛋白聚糖 除了整合素家族外，共结合蛋白聚糖家族(syndecan)也是FN的受体。共结合蛋白聚糖家族是一种兼有硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素的跨膜糖蛋白，可与细胞基质、转化生长因子等结合。Alexopoulou等[12]和Filla等[13]研究证实，在小梁网细胞中共有4种共结合蛋白聚糖，但是仅共结合蛋白聚糖1、共结合蛋白聚糖2以及共结合蛋白聚糖4与FN的HepⅡ结合域结合。共结合蛋白聚糖4形成黏着斑和肌动蛋白细胞骨架。Telci等[14]研究发现，组织转谷氨酰胺酶(tissue transglutaminas，tTG)与FN结合可以修复RGD受损细胞，并可通过共结合蛋白聚糖4和整合素β1协同信号，促进肌动蛋白张力丝形成。tTG广泛存在于人眼的睫状体、结膜、晶状体上皮细胞、视网膜色素上皮细胞和小梁细胞。Rao等[15]研究表明，tTG能够促进多聚FN合成，对小梁ECM的合成起调节作用。Huveneers等[16]研究发现，当关闭高亲和力的RGD识别序列，Rho的激活作用和FN微纤维形成穿过机械装置不依赖共结合蛋白聚糖4和αvβ3。4 影响纤维连接蛋白调节的因素　　许多青光眼学者研究发现转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)家族与FN表达有关。TGF-β家族由至少6种相对分子质量约25000的多功能多肽组成，通过旁分泌方式与小梁网细胞膜上TGF-β受体结合，促进FN、LN等ECM的合成并调节胶原纤维(collagen fibers)、糖蛋白(glucoprotein)、弹力素(dextran sulfate sodium)及糖胺多糖(glycosaminoglycan)等ECM的代谢。许多研究表明，TGF-β在眼中的作用是可以促进伤口愈合，诱导成纤维细胞、单核细胞趋化，上调培养的成纤维细胞和上皮细胞分泌FN、胶原和氨基多糖，抑制蛋白酶合成，增加蛋白酶抑制剂在ECM 中的沉淀。此外，TGF-β还可增加整合素α5、αv、β1、β3和共结合蛋白聚糖1的表达[17]。TGF-β可使体外培养的小梁网细胞tTG表达增高，从而导致细胞中不溶性单体和多聚体FN的合成增加。TGF-β1可调节FN mRNA的剪切，改变分子结构，增强对蛋白溶解酶的抵抗力，减少FN的降解。同时，TGF-β1可下调基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的表达，促进基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)的表达，从而抑制ECM的降解，同时在转录水平上调ECM的表达[18]。Pang等[19]研究表明，控制小梁网细胞产生MMPs可降低眼内压。许多研究证实TGF-β2在人眼小梁网组织中ECM的分化、合成、分泌中起重要作用。Wordinqer等[20]研究表明，增加TGF-β2的含量会刺激小梁网ECM的沉积，提高眼内压。Welge-Lüssen等[21]研究发现，TGF-β2可以增加FN自身连接和ECM中tTG的作用。这种作用可以增加FN在ECM中的沉积和储存，tTG促进不溶性单体FN、胶原蛋白等小梁网ECM的合成及相互作用交联形成多聚体，进而阻碍蛋白酶水解，促使FN在小梁网的过度沉积，使房水外流阻力增加。tTG和FN的合成物可放大RHoGTP酶的作用，促进流出装置的还原[22]。RHoGTP酶和Rho激酶可增加小梁网组织的血流量，保护视网膜神经节细胞，促进神经轴突再生[23]。在正常人和青光眼患者的小梁网细胞加入TGF-β2，24 h后ELISA实验显示两者的FN表达水平均有提高，提示TGF-β2可能对FN的分泌有促进作用[20]。　　综上所述，FN是一种具有多种生物学效应的蛋白分子，它可以通过与整合素家族、共结合蛋白聚糖、TGF-β等相互作用来改变小梁网ECM的状态，从而影响小梁细胞的形态、极性、分化、基因表达和代谢状况，最终影响房水循环系统外流阻力，可能在POAG的发生中起重要作用。同时，异常沉积的FN还能堵塞小梁网，使房水流出阻力增加，导致病理性眼压升高。因此，FN表达升高可能是POAG的发病机制中的重要原因之一。目前对FN在小梁网细胞的效能以及如何调节房水外流阻力来改变眼内压作用机制的研究尚未完全清楚，对FN在临床应用的潜在价值也有待进一步研究。【参考文献】　　[1] Knepper PA， Goossens W， Hvizd M， et al. 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