视网膜钾离子及其通道与近视相关研究进展△

杨 琴 毛玉梅 兰长骏 廖 萱

近视是全世界范围内最常见的屈光不正，然而对其潜在的病理生理机制知之甚少。目前认为，屈光发育主要受视网膜-脉络膜-巩膜的局部信号通路调控，而在这个信号级联通路上，与视觉信号处理关系最密切的是视网膜。视网膜色素上皮(RPE)细胞和视网膜光感受器细胞是视网膜重要的细胞组成，其附近存在许多类型的离子通道。离子通道具有调节离子稳态、维持细胞形态、调控信号转导等多种功能，在眼部主要参与视网膜将光信号转变成电信号和化学信号并传递到其他部位的过程[1]。钾离子(K+)通道是数量和种类最多、分布最广的离子通道超家族[2]，参与包括细胞增殖、神经元信号转导、渗透压调节和基因表达调控等在内的多种生理活动，在不同类型的组织和细胞中起着至关重要的作用[3]。近年来研究发现，以电压依赖型K+通道为代表的视网膜K+通道和K+转运参与眼部屈光发育，与近视发生发展有一定联系，本文将对此进行综述。

1 K+浓度与近视

在眼的生长发育过程中，离子流在视网膜与其他眼部组织间相互转运，以维持眼内离子浓度的动态平衡。目前已有多项研究表明，眼部屈光状态发生改变的过程中可能伴随着包括K+水平的变化。Crewther等[4]曾在形觉剥夺性近视小鸡模型中发现K+浓度在近视产生前后有明显变化，主要表现为视网膜外部以及光感受器外段和RPE细胞中K+浓度的升高，首次证明形觉剥夺性近视的生物学结构改变与视网膜的K+浓度变化有关。此后，Cases等[5]为研究玻璃体在高度近视发病机制中的作用，通过生物化学和蛋白质组学分析，首次发现玻璃体腔中离子水平的差异，玻璃体腔液体中的电解质平衡发生改变，K+浓度显著降低；表明对膜电位的调节至关重要的K+可能是参与近视形成的重要因素之一。

视网膜内的电反应需要K+流提供稳定的电位，而在RPE细胞中已经发现了多种K+流，其中内向整流K+流和外向整流K+流是较为活跃的两种主要类型。内向整流K+流主要受到内向整流型K+通道Kir7.1介导，在RPE细胞中，K+能够通过Na+/K+-ATP酶和钠钾氯共转运蛋白(NKCC)进入细胞，从而形成较为稳定的离子流[6-7]。外向整流性K+流类似可兴奋细胞中的M型电流，M型电流由M通道调控，是最早发现的与人类疾病有关的K+通道之一。M通道由KCNQ5通道介导，在RPE细胞基底膜中参与视网膜向脉络膜的K+转运[8]。推测K+可能通过Na+/K+-ATP酶、NKCC以及以M型通道为代表的膜运输蛋白或K+通道等形式参与了近视的形成和发展。

2 K+膜运输蛋白与近视

K+通过K+的膜运输蛋白和K+的通道跨膜运输，其中NKCC是协助细胞膜上的Na+、K+、Cl-通过主动运输进出细胞的一种蛋白质。Zhang等[9]利用负透镜诱导的离焦性近视小鸡模型，观察到近视眼RPE组织中NKCC的mRNA和蛋白表达水平降低，结束诱导4 d后又恢复到正常水平，提示由于转运蛋白的减少导致RPE 离子和液体转运减少，继而导致脉络膜变薄。另一类膜运输蛋白Na+-K+离子泵，或称Na+/K+-ATP酶，具有ATP酶活性，为Na+与K+的跨膜运输提供能量。Wu等[10]的研究提出了Na+/K+-ATP酶活性和K+稳态参与近视作用机制的可能性。近视豚鼠睫状肌中的Na+/K+-ATP酶的活性和表达下降、细胞内外Na+和K+失衡，最终可能导致睫状肌内的K+稳态现象无法继续，并发生能量代谢紊乱和生理功能障碍；推测这些变化可能会引起近视豚鼠在调节过程中睫状肌收缩不良，导致调节不足，从而导致近视的发生和发展。

研究表明，给予一定量的多巴胺(DA)刺激能够引起NKCC和Na+/K+-ATP酶这两种膜运输蛋白的表达显著上调，从而促进组织中的离子转运活动[11]。DA在正常生理条件下能对光刺激产生反应，调节光适应过程中视网膜神经元回路和RPE生理机能的改变；并且可能通过视网膜内的Na+/K+-ATP酶和K+通道等途径参与视网膜的电生理活动。DA也是近视发生发展过程中一种重要的视网膜神经递质，大量研究表明，DA表现出对近视的保护作用，实验性近视模型眼的视网膜中DA水平下降，而向玻璃体内注射DA受体激动剂可以抑制实验性近视的发展。当屈光状态发生改变而引起视网膜内DA水平变化时，RPE细胞膜上的NKCC和Na+/K+-ATP酶的活性发生改变，进而导致视网膜内的离子转运失衡并出现K+浓度变化等现象，但其中的内在联系及具体机制尚待进一步阐明[12]。

3 K+通道与近视

RPE位于视网膜与脉络膜之间并调节视网膜和脉络膜之间的离子和液体交换，推测是参与近视相关的脉络膜厚度变化的机制之一[13]。在RPE细胞中已经发现了多种K+流，为视网膜内电反应提供稳定的电位，主要依赖于K+通道的调节作用。Crewther等[4]在光学离焦诱导近视小鸡的玻璃体内注射非特异性视网膜K+通道抑制剂氯化钡，发现其能够抑制近视的发展，表明K+通道可能参与了近视的调控。负责视网膜中K+转运的K+通道主要是电压门控K+通道与内向整流K+通道，其中M通道和内向整流Kir7.1通道扮演了关键角色，通过与Na+/K+-ATP酶的共同作用或依赖于其他调控途径来发挥作用[14-15]。

M通道主要由K+通道KCNQ家族的亚基组成，通过参与K+从视网膜向脉络膜的主动转运，从而在视网膜下间隙中的K+稳态中起着重要作用。M通道是最早被发现的受神经递质调节的K+通道，其活性在受到毒蕈碱乙酰胆碱受体的刺激后被抑制[16]。目前已有大量研究表明，乙酰胆碱受体与实验性近视的形成密切相关，包括阿托品和哌仑西平等在内的多种受体拮抗剂能够通过影响巩膜重塑和眼轴延长的作用来控制近视的发展。因此，K+通道参与近视发展的途径可能与乙酰胆碱受体调控近视的机制有关。Hsiao等[17]的研究证实，经下一代基因测序与生信分析检测到低浓度的阿托品处理后的巩膜成纤维细胞中KCNJ5表达上调，表明电压门控K+通道亚家族KCNJ5基因参与了近视巩膜重塑这一生理过程，其作用可能与阿托品调控近视的机制相关。

近年来，不同种族的全基因组关联分析研究均揭示了K+通道与近视相关。其中，编码电压门控K+通道Kv7.5的KCNQ5基因是重复率较高的K+通道基因。研究发现，KCNQ5基因在灵长类RPE和神经视网膜中表达，主要位于RPE基膜附近和杆状感光细胞内段[15]。目前已有多项研究表明，KCNQ5是一种与离子转运相关的近视易感基因，我们团队前期的研究也发现，KCNQ5基因多态位点与中国汉族人群高度近视易感性之间存在联系[18]，推测KCNQ5基因通过调控视网膜视觉信号处理和离子转运等影响眼球的生长发育，可能参与了K+通道介导的眼睛生长发育或近视的发病机制。此外，KCNQ5基因能够调控RPE基底膜M通道，而Kv7.5通道是构成M通道的重要通道之一，这类通道产生的K+电流能够被特异性的KCNQ通道阻滞剂和KCNQ通道开放剂抑制和激活，这种反应机制与M型K+电流类似[8]。推测近视过程中伴随的KCNQ5基因表达异常或KCNQ5通道受到干扰，可能导致RPE细胞中M型K+电流发生变化。

此外，Wong等[19]对10项研究中30～80岁的欧洲和亚洲血统的受试者进行病例对照研究的荟萃分析发现，KCNMA1基因与高度近视伴黄斑变性患者显著相关，编码钙激活性K+通道α亚家族成员的KCNMA1基因可能与近视发生时的病理改变有关。KCNMA1基因参与离子通道活动、调控平滑肌和神经元发育，主要在神经视网膜、巩膜、脉络膜、RPE和视神经中表达。此前已有两个全基因组荟萃分析鉴定出KCNMA1可能为近视易感基因，主要分布于视网膜到巩膜信号级联通路[20-21]。而在Yoshikawa等[22]基于日本人群的全基因组荟萃分析结果中，没有发现统计学差异。这些全基因组关联研究除了鉴定出诸多与近视眼和屈光不正关联的遗传易感位点和区域外，也提示了各类K+通道参与近视的发生发展的可能性，具体的调控机制仍需进一步研究。

4 小结

在近视的形成和进展过程中，离子通道是一种重要的功能途径，视网膜K+浓度和转运的变化、K+通道对视觉信号的调控，以及视网膜K+通道相关基因的差异表达等，提示视网膜K+通道可能在近视不同阶段的信号通路中发挥着重要作用。随着视网膜K+通道与近视相关研究的深入，有望为揭示近视发生发展的具体作用机制提供更多的参考资料。