青光眼是全球首位不可逆性致盲性眼病，预计到2040年，全球青光眼患病人数将达到1.118亿[1]。目前，通过药物、激光和手术等方法控制眼压是公认的治疗方式，但是，即使眼压得到有效控制，仍有部分患者存在进行性视网膜神经纤维层变薄和视野缺损的进展[2]，提示除眼压外，还有很多因素参与到了青光眼的发生发展中。近年来，免疫炎症因素在青光眼视神经损伤中发挥重要作用受到广泛关注[3]。小胶质细胞是青光眼中研究最为广泛的固有免疫细胞。小胶质细胞在最初期可吞噬死亡细胞，分泌抗炎抗氧化等修复因子，具有适应性修复作用。但之后可被受损细胞传递的ATP、活性氧等多种刺激因素激活，通过NFκB等通路分泌促炎因子，促进视网膜神经节细胞（RGC）丢失[3,4]。虽然大量研究探讨了抑制小胶质细胞炎症反应的青光眼干预策略，但青光眼中局部炎症反应失衡的内在因素尚不清楚。2023年2月8日，上海交通大学医学院附属第九人民医院郭文毅/孙浩课题组在Cell Death & Disease上发表了题为“Aryl hydrocarbon receptor dependent anti-inflammation and neuroprotective effects of tryptophan metabolites on retinal ischemia/reperfusion injury”的研究论文，揭示了青光眼中小胶质细胞AhR激活不足可能是局部炎症反应失衡的重要因素，表明了补充色氨酸代谢物激活AhR有望成为青光眼治疗的潜在思路。首先，作者通过血清色氨酸靶向代谢组学测序和视网膜免疫荧光染色，评估了青光眼患者色氨酸代谢情况，以及青光眼患者和小鼠视网膜缺血再灌注（Ischemia/reperfusion，IR）模型视网膜AhR表达情况。色氨酸代谢途径大致可分为犬尿氨酸途径、吲哚途径和血清素途径，前两者是色氨酸代谢产生AhR配体的重要过程[5]。研究发现，原发性开角型青光眼（POAG）和原发性闭角型青光眼（PACG）患者血清色氨酸代谢物除血清素外，其余均较对照组下降，且在POAG中更为显著（图1A-C）。免疫荧光染色显示，PACG及小鼠IR视网膜AhR表达均较对照组下降（图1D）。这些结果提示：青光眼中色氨酸代谢紊乱，由色氨酸代谢产生的AhR配体减少，视网膜AhR表达下降。图1 青光眼患者中色氨酸代谢和视网膜AhR表达异常（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）接着，作者通过腹腔注射色氨酸代谢物2-(1'H-indole-3'-carbonyl)-thiazole-4-carboxylic acid methyl ester（ITE），验证了ITE在小鼠IR模型中具有视网膜神经保护和抗炎作用。同时，研究表明，腹腔注射ITE可显著上调视网膜AhR下游靶基因的转录（图2A-C），给予AhR拮抗剂CH223191后，ITE的视网膜保护作用显著减弱（图2D-G）。以上结果提示：色氨酸代谢物ITE可通过激活视网膜AhR发挥抗炎和神经保护作用。图2 ITE通过激活AhR在IR损伤中发挥视网膜保护作用（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）
为了进一步探究ITE作用的具体细胞和机制，作者对人及小鼠视网膜AhR和小胶质细胞标记物IBA1的共定位情况进行了检测。结果显示，人及小鼠视网膜中AhR和IBA1均有较好的共定位（图3），提示视网膜小胶质细胞存在AhR表达。作者进一步在小胶质细胞系BV2中探讨了ITE对其介导的炎症反应的调节作用，结果表明ITE通过激活AhR显著抑制由LPS诱导的BV2细胞炎症反应。同时，作者收集了由LPS处理和ITE+LPS处理的BV2条件培养基，经浓缩后通过玻璃体腔注射的方式探究小胶质细胞对视网膜和RGC的影响。结果发现，若无IR损伤，BV2条件培养基对视网膜没有显著影响；但在IR组中，LPS诱导的BV2条件培养基显著加重了视网膜损伤，而ITE+LPS诱导的BV2条件培养基则显著减弱了小胶质细胞的这种神经毒性作用（图4）。以上结果提示：色氨酸代谢物ITE可通过激活小胶质细胞AhR显著减弱小胶质细胞对IR视网膜的毒性作用。图4 玻璃体腔注射小胶质细胞条件培养基对小鼠视网膜的影响（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）接下来，作者通过蛋白芯片测序进一步探究了ITE对BV2细胞炎性因子分泌的影响。结果显示，ITE预处理显著下调了多种促炎因子的分泌，上调了抗炎因子IL-10的分泌（图5A），GO分析提示可能与调控ERK通路有关（图5B）。进一步的体外实验验证了ITE抑制ERK磷酸化，同时，ITE也显著抑制经典转录因子NFκB的激活（图6），提示ITE激活AhR可能通过抑制NFκB和ERK通路改变小胶质细胞对炎性刺激的反应。图6 ITE显著抑制BV2细胞NFκB和ERK通路（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）图7 色氨酸代谢物通过激活AhR在高眼压作用下发挥抗炎和神经保护作用（图源：Yijie Yang, et al., Cell Death Dis, 2023）综上所述，该文发现青光眼患者血清色氨酸代谢紊乱，色氨酸代谢来源的AhR激动剂产生减少，青光眼患者及青光眼动物模型中视网膜AhR表达下降。色氨酸代谢物ITE激活视网膜AhR可发挥视网膜神经保护和抗炎作用。此外，人和小鼠视网膜AhR均与小胶质细胞标记物IBA1存在共定位，且小胶质细胞AhR的激活可以显著限制ERK和NFκB介导的炎症反应，降低其对IR损伤下的视网膜神经毒性作用（图7）。以上结果表明色氨酸代谢物通过AhR通路有效调节青光眼中小胶质细胞介导的局部炎症，为青光眼治疗新思路提供了理论依据。
当然，这项研究还存在一些有待解决的问题，比如，小胶质细胞AhR的激活调节视网膜局部炎症反应的具体机制有待深入探究，此外，除小胶质细胞外，视网膜中的其他细胞如RGC、星形胶质细胞等的AhR通路是否能发挥类似的作用值得进一步探究。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-023-05616-3上海交通大学医学院博士生仰昳婕、硕士生王宁为本文共同第一作者。上海交通大学医学院郭文毅教授、孙浩助理研究员（Lead Contact）为本文共同通讯作者。郭文毅：主任医师，博士生导师，上海交通大学医学院眼科视觉科学研究所副所长，附属第九人民医院眼科副主任。从事眼科临床及科研工作30余年，主要研究方向是青光眼的发生机制及诊治策略和方法研究，已发表论文120余篇，其中SCI论文30余篇，以通讯（第一）作者在《Cell Research》、《American Journal of Ophthalmology》、《Investigative Ophthalmology & Visual Science》、《British Journal of Ophthalmology》、《Frontiers in Immunology》、《Acta Ophthalmologica》等国内外权威杂志发表论文20余篇，获国家自然科学基金面上项目4项，上海市科委科研项目2项，上海市卫健委科研项目1项，国家863项目子课题1项。
孙浩：助理研究员，上海交通大学医学院附属第九人民医院，眼科。聚焦眼疾病发生发展及眼组织损伤修复机制研究。以第一作者或通讯作者在《Nature Communications》、《Cell Death & Disease》、《Materials & Design》、《Stem Cells Translational Medicinet》、《Biomaterials Science》，《Neural Regeneration Research》、《Investigative Ophthalmology & Visual Science》、《British Journal of Ophthalmology》等杂志发表SCI论文14篇，其中13篇为JCR Q1区。授权国家发明专利1项，获得国家自然科学基金、九院优青培养计划等项目。
学术会议预告【1】会议通知︱小胶质细胞生理与病理功能专题国际研讨会
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[1] J.B. Jonas, T. Aung, R.R. Bourne, et al, Glaucoma, The Lancet. 390 (2017) 2183–2193.[2] Walland M J, Carassa R G, Goldberg I, et al. Failure of medical therapy despite normal intraocular pressure[J]. Clin Exp Ophthalmol, 2006, 34(9): 827-36.[3] Tezel G. Molecular regulation of neuroinflammation in glaucoma: Current knowledge and the ongoing search for new treatment targets. Prog Retin Eye Res. 2022 Mar; 87:100998.[4] Baudouin C, Kolko M, Melik-Parsadaniantz S, et al. Inflammation in Glaucoma: From the back to the front of the eye, and beyond. Prog Retin Eye Res. 2021 Jul; 83:100916.[5] Tan YQ, Wang YN, Feng HY, et al. Host/microbiota interactions-derived tryptophan metabolites modulate oxidative stress and inflammation via aryl hydrocarbon receptor signaling. Free Radic Biol Med. 2022 May 1;184:30-41.