《CNS Neuroscience & Therapeutics》：From Regeneration Failure to Functional Restoration: Unlocking the Neuronal-Intrinsic Regenerative Capacity as a Therapeutic Frontier for Optic Neuropathy and Glaucoma
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这篇综述系统地阐述了成年哺乳动物中枢神经系统，尤其是视网膜神经节细胞（RGC）内在再生能力丧失是视神经损伤后再生失败和视力无法恢复的核心障碍。文章批判性地总结了当前以降低眼压（IOP）为主的青光眼疗法的局限性，并聚焦于如何通过调控mTOR、JAK/STAT等关键信号通路，或干预PTEN、SOCS3、KLF家族基因等内在生长抑制因子，来重编程成熟神经元，激活其再生潜能。此外，综述还探讨了表观遗传调控、突触功能重编程、轴突运输和代谢重定向等新兴策略，为实现视神经再生和功能恢复的转化医学提供了全面的机制见解和未来方向。
1 引言
视神经病变是一类由视神经创伤性或非创伤性损伤导致的眼部疾病，常引起视网膜神经节细胞（RGC）轴突变性和进行性RGC丢失，导致永久性视力损伤。其中，青光眼性视神经病变是最普遍的形式，全球有超过7600万人受累，且是全世界范围内致盲的第二大原因。目前的治疗策略，包括局部用药、激光治疗和手术干预，均以降低眼压（IOP）为目标以延缓疾病进展。然而，一项由英国青光眼治疗研究（UKGTS）开展的临床试验指出，降眼压疗法虽能有效减缓疾病发展，但既不能逆转也无法改善青光眼引起的视野缺损。这凸显了开发能够恢复因青光眼神经退行性变所导致视觉功能的新型治疗方法的紧迫性。
成年哺乳动物中枢神经系统（CNS）神经元，包括RGCs，其有限的再生能力是一个多世纪以来的根本性挑战。尽管Aguayo等人的开创性工作表明，当提供周围神经移植物时，成年CNS中的受损轴突能够长距离再生，但成年RGCs在视神经损伤后缺乏自发再生其轴突的能力。这种再生失败不仅源于生长抑制性外在因素的存在，更关键的是由于成熟RGCs中神经元内在再生能力的下降。
2 成年哺乳动物中枢神经系统的再生障碍是功能恢复的关键障碍
与许多CNS神经元类似，成年哺乳动物（包括啮齿类动物和人类）中受损的RGCs在视神经损伤后缺乏自发再生轴突的能力。RGCs的内在生长能力在出生后急剧下降。更重要的是，在视神经钳夹（ONC）或横断等视神经损伤的哺乳动物模型中，显著的RGC丢失在损伤后数天内即开始。尽管成年哺乳动物RGCs的内在再生能力很差，但被切断的RGC轴突在横断后可以再生到生长允许的周围神经移植物中。旨在抵消胶质瘢痕和髓鞘抑制作用的策略能够实现一定程度的轴突再生。然而，在再生能力降低的成年RGCs中，轴突再生被限制在相对较短的距离。
晶状体损伤或玻璃体内注射酵母聚糖到受伤的眼睛，已显示出在ONC后促进长距离轴突再生的前景。这些干预措施诱导了强烈的胶质反应，促进了RGC轴突在ONC后再生穿越视神经全长。尽管这些干预措施实现了显著的轴突再生，并导致部分视觉功能恢复，但长期的炎症会导致许多治疗小鼠出现白内障等并发症，这构成了其治疗应用的主要障碍。
3 通过移除内在生长障碍来解锁神经元再生潜能
与受损的周围神经系统（PNS）神经元不同，CNS神经元无法启动强大的促再生转录组程序，从而阻碍了其在轴突切断后自发再生受损轴突的能力。这种再生失败部分归因于ONC后受损RGCs中观察到的钙内流显著减少。此外，对轴突修复至关重要的局部蛋白质合成能力也受损。受损成年RGCs内存在的神经元内在生长抑制因子（总结于表1）对轴突再生施加了额外的障碍。
3.1 PTEN和SOCS3：CNS再生所必需的mTOR和JAK/STAT信号通路的两大路障
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路是细胞代谢的关键调节因子，控制许多关键的细胞过程。在发育中的RGCs中，mTOR活性维持在高水平，支持强大的轴突延伸。然而，随着RGC轴突到达大脑中的目标区域，其活性在成熟时急剧下降，并在轴突损伤后在受损的RGCs中被进一步抑制。神经元特异性删除PTEN或结节性硬化症复合体1（TSC1）——两者都是mTOR通路的负调节因子——恢复了受损RGCs中的mTOR活性，从而促进了小鼠ONC后显著的轴突再生并增强了RGC存活。
同样，STAT3介导的信号激活在损伤诱导的转录组反应中起着关键作用，以增强预处理的周围神经元的再生能力。相比之下，视神经损伤未能诱导受损RGCs中的STAT3激活，这导致了成年哺乳动物CNS中的再生失败。值得注意的是，在小鼠ONC模型中，删除细胞因子信号抑制因子3（SOCS3）——JAK/STAT信号的负调节因子——以gp130依赖的方式促进了强大的轴突再生。SOCS3删除的促再生效应通过外源性给予睫状神经营养因子（CNTF）（一种gp130受体配体）得到进一步增强。此外，PTEN和SOCS3的共删除激活了mTOR和JAK/STAT介导的信号通路，两者协同作用，维持了ONC小鼠的长距离轴突再生。更引人注目的是，在受损RGCs中删除另一个内在生长抑制因子——蛋白酪氨酸磷酸酶非受体2型（PTPN2），并结合低剂量的干扰素-γ（IFN-γ），显著放大了PTEN/SOCS3共删除已诱导的强大再生反应。
3.2 PI3K/AKT/mTOR信号通路及其与GSK3β在CNS再生中的相互作用
PI3K/AKT/mTOR信号通路在促进成年哺乳动物CNS的再生生长中起着核心作用。删除内在生长抑制因子PTEN激活了这一信号级联反应，通过下游效应物如mTOR驱动强大的视神经再生。mTORC1还调节真核翻译起始因子4E结合蛋白（4E-BP）和核糖体S6激酶（S6Ks）的活性。操纵mTORC1效应物揭示了轴突再生中耐人寻味的动态：组成型活性形式的S6K1的过表达，而非删除翻译抑制因子4E-BP，能够部分再现PTEN删除在ONC小鼠中的促再生效应。然而，将S6K1过表达与PTEN删除结合，反而减弱了单独PTEN删除所观察到的再生生长。
在三种AKT亚型中，AKT1和AKT3在成年RGCs中主要表达，而AKT2的表达水平低得多。AKT3的过表达比AKT1在ONC后诱导了更强大的轴突再生。值得注意的是，AKT在不同位点的磷酸化对视神经再生产生相反的影响：T308位的磷酸化通过mTORC1激活和GSK3β抑制促进轴突再生，而S473位的磷酸化则由于mTORC2介导的GSK3β失活抑制而具有生长抑制作用。GSK3β本身被鉴定为一种强效的内在生长抑制剂。它的激活拮抗AKT的促再生效应，而单独删除GSK3β足以在ONC后促进相当程度的轴突再生。此外，PTEN删除诱导的GSK3β失活导致塌陷反应介导蛋白2（CRMP2）——轴突生长的关键效应物——的抑制解除。
与PTEN和TSC1不同，ras同源物脑富集蛋白（Rheb）被确定为mTOR信号的正调节因子以促进视神经再生。Rheb的促再生效应由mTORC1下游效应物介导，需要同时激活S6K1和抑制4E-BP。这些研究共同强调了PI3K/AKT/mTOR通路及相关信号网络在调节轴突再生中的复杂性和相互依赖性。值得注意的是，虽然AKT激活对PTEN删除诱导的视神经再生至关重要，但单独PTEN删除仅诱导了适度的AKT激活。将PTEN删除与AKT过表达或GSK3β删除相结合，与单独PTEN删除相比，协同增强了ONC小鼠的轴突再生程度。
3.3 限制神经元再生程序的转录抑制因子
在一次轴突生长抑制剂的体外筛选中，锌指转录因子Krüppel样因子4（KLF4）被鉴定为一种强效的生长抑制剂，限制培养的RGCs的神经突生长。在受损RGCs中基因敲除KLF4促进了ONC后的轴突再生。此外，KLF4与STAT3相互作用，并通过与其磷酸化形式结合来抑制其活性。删除KLF4解除了其对STAT3激活的抑制，从而进一步增强了这些受损RGCs的再生生长。引人注目的是，KLF4和SOCS3的共删除产生了协同效应，与单独删除任一基因相比，进一步放大了ONC小鼠的轴突再生。
最近，Kdm6a被鉴定为KLF4的上游调节因子：删除Kdm6a通过表观遗传机制显著下调受损RGCs中的KLF4表达，从而增强了ONC后的轴突再生。相反，过表达KLF4完全消除了Kdm6a删除诱导的促再生效应。类似地，另一个KLF家族成员KLF9也作为强效的生长抑制因子，阻碍轴突切断后RGC轴突的再生。单独沉默该基因，或结合使用TPEN进行锌螯合，已被证明能显著增强ONC后的视神经再生。值得注意的是，在KLF9敲低+TPEN治疗的小鼠中，一些再生轴突在ONC后六周延伸到视交叉以外并重新支配下丘脑视交叉上核。
一项蛋白质-蛋白质相互作用网络分析确定了一个由MDM4、MDM2和p53组成的蛋白质复合物，是受损RGCs中轴突再生的强效抑制剂。删除MDM4增强了p53依赖性RAGs的激活，包括p21、Gap43、Cap23和Stmn2，所有这些对成功的轴突再生都至关重要。删除该基因还通过激活胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）介导的信号通路促进了ONC后RGC轴突的再生生长。类似地，使用Nutlin-3a药物抑制MDM2通过激活p53依赖性RAGs增强了ONC后的轴突再生，实现了与MDM4删除相当的促再生效应。
最近，一项转录网络分析预测了两个转录抑制因子——RE1沉默转录因子（REST）和CCCC结合因子（CTCF）——是抑制成年CNS中促再生转录组程序激活的潜在上游抑制因子。受损CNS神经元中持续升高的REST表达抑制了轴突再生的关键信号通路的激活。值得注意的是，在受损RGCs中单独基因敲除REST或CTCF导致ONC后显著的轴突再生，支持了它们作为轴突再生负调节因子的作用。然而，周围神经损伤的研究出现了相互矛盾的发现。REST表达在周围神经损伤后瞬时升高，但由于其上游抑制因子泛素样含PHD环指蛋白1（UHRF1）在后期时间点的上调而恢复到基线水平。有趣的是，药物抑制REST损害了成年DRG神经元的轴突生长。在另一项研究中，CTCF与另一种染色质重塑因子黏连蛋白一起，被认为是受损周围神经元中再生表型的关键促进因子。删除任一基因都足以损害轴突切断后的周围神经再生。这些关于REST、CTCF和其他转录调节因子作用的明显差异可能反映了CNS和PNS中神经再生所需转录组程序的根本不同。
3.4 内在再生程序的表观遗传控制
在受损的PNS神经元中，表观遗传调节因子甲基胞嘧啶双加氧酶（TETs）在轴突切断后建立再生表型中起着至关重要的作用。TET3及其下游介质胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）促进DNA去甲基化，导致关键RAGs的重新表达，以促进受损PNS神经元中的再生生长，而TET1是ONC后PTEN删除诱导的再生反应所必需的。有趣的是，生物钟调节因子Bmal1似乎是TET3的上游抑制因子，限制其DNA去甲基化活性以及随后受损PNS神经元中RAGs的再激活。条件性删除Bmal1增强了周围神经损伤后的轴突再生。然而，另一项发现表明，Bmal1表达在某些背景下对周围轴突的再生生长至关重要。这些差异凸显了生物钟介导的表观遗传调控的复杂性，并提出了关于Bmal1依赖性调节TET3如何影响轴突再生的重要问题。
3.5 突触机制作为轴突再生的推定负调节因子
在神经元成熟过程中，随着神经元开始支配其靶点，会发生从生长能力状态到电活动状态的转变。这个过程的特点是参与突触形成的基因上调，这可能矛盾地抑制了它们神经元内在的再生能力。新出现的证据表明，突触蛋白如Cacna2d2、Rab3相互作用分子1/2（RIM1/2）和Munc13作为内在生长抑制剂，限制高再生性培养的DRG神经元中的神经突生长。为了抵消这种生长抑制，针对这些突触蛋白的药理干预已显示出前景。例如，VGCC抑制剂普瑞巴林抑制Cacna2d2介导的信号，而巴氯芬抑制Munc13依赖的VGCC激活。两种方法都减弱了突触传递，并在SCI后增强了体内轴突再生。
最近的一项研究确定了组蛋白甲基转移酶——zeste同源物增强子2（Ezh2）——是控制与离子转运和突触传递相关基因表达的关键表观遗传调节因子。与先前的研究结果一致，在受损RGCs中过表达Ezh2抑制了与突触功能相关的基因表达，特别是编码GABA转运蛋白2（GAT2）的Slc6a13，从而增强了ONC后的轴突再生。这些发现共同支持了一个新兴概念，即让受损神经元从电活动状态恢复到电静息、具有生长能力的状态，可以恢复其内在再生能力，包括RGCs。
3.6 通过全基因组筛查发现的其他轴突再生负调节因子
最近高通量功能缺失筛查的进展使得能够对数千个蛋白质编码基因在体外和体内调节轴突生长的作用进行功能评估。一次短发夹RNA（shRNA）介导的基因沉默筛查确定了479个推定的生长抑制基因，其中抑制单个候选基因增强了培养的小鼠皮层神经元的神经突生长。值得注意的是，体内沉默与PI3K/AKT信号调节、细胞因子信号传导、IGF介导信号的负调控或细胞内细胞器运输相关的基因，显著促进了ONC后的轴突再生。其中，Rab27b与介导向前的原肌球蛋白受体激酶B（TrkB）运输有关。
最近，进行了一次体内CRISPR/Cas9介导的全基因组筛查，以使用小鼠ONC模型识别轴突再生的抑制因子。在筛查的1893个转录因子中，有13个被确定为视神经再生的负调节因子，包括参与表观遗传调控、碱性螺旋-环-螺旋转录因子、LIM同源盒转录因子和其他转录调节因子的基因。单独删除这13个基因导致ONC后强大的轴突再生。有趣的是，关于Lhx2的报告存在相互矛盾的结果，后续的一项研究表明Lhx2过表达促进了ONC后的长距离轴突再生。在成年视网膜中，Lhx2主要在Müller胶质细胞和无长突细胞中表达，而在RGCs本身中检测到的表达极少。虽然第一项研究中的AAV2介导的Lhx2删除由通用启动子驱动，但观察到的促再生效应可能是细胞非自主性的，可能源于无长突细胞而非RGCs中的Lhx2删除。相比之下，第二项研究采用了RGC特异性的Lhx2过表达，这导致了长距离视神经再生。
4 恢复对轴突再生至关重要的基因表达以增强视神经再生
除了存在内在生长抑制因子外，受损CNS神经元中参与转录调控、细胞生长、代谢、整合素信号传导、生长锥形成和线粒体轴突运输的基因失活，以及改变的脂质代谢，构成了限制轴突再生的额外障碍。针对这些通路以恢复受损RGCs的内在再生能力，对于促进神经修复具有相当大的前景。
