综述：内质网应激与线粒体稳态的交互串扰：眼科疾病治疗的新视角

《Journal of Cell Communication and Signaling》：Crosstalk between endoplasmic reticulum stress and mitochondrial homeostasis: A new perspective on ophthalmic disease treatment

　　

内质网(ER)应激与线粒体功能障碍是多种眼科疾病的标志性特征，但二者传统上被作为独立的病理过程进行研究。近期证据表明，这些细胞器通过线粒体-内质网接触位点（亦称线粒体相关膜，MAMs）发生不可分割的偶联，该结构协调钙离子(Ca2+)信号、脂质转运、线粒体动力学、氧化还原平衡及细胞死亡决策。因此，内质网-线粒体通讯失调已成为连接晶状体上皮细胞、视网膜神经节细胞、视网膜色素上皮及角膜内皮等多种眼组织细胞应激反应的关键易损环节。本综述总结了内质网-线粒体交互的分子架构与调控功能的最新进展，重点阐述了未折叠蛋白反应信号、病理性MAM重塑、Ca2+稳态失衡及线粒体质量控制缺陷如何共同驱动疾病进展。通过整合白内障、青光眼、糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性及Fuchs角膜内皮营养不良的研究证据，研究人员揭示这些疾病并非由统一的细胞器衰竭机制驱动，而是取决于内质网-线粒体轴上不同病理节点的主导地位。研究人员提出，应根据这些不同的衰竭节点对眼科疾病进行分层，这为开发治疗药物提供了机制框架。在此背景下，靶向适应性不良的内质网应激、MAM失稳、生物能量学衰竭或线粒体自噬缺陷的策略应被视为互补且具有情境依赖性的手段。通过将眼科疾病重新定义为细胞器间应激整合异常性疾病，本综述确立了内质网-线粒体轴作为眼细胞命运可修饰的上游决定因素的地位，为阶段特异性精准治疗奠定了基础。

1 引言

真核细胞通过膜结合细胞器间高度协调的通讯维持稳态。传统细胞应激反应研究多聚焦于单个细胞器，如内质网(ER)的蛋白质折叠或线粒体的能量产生，但二者并非孤立实体。它们通过线粒体-内质网接触位点(MERCs)或线粒体相关膜(MAMs)介导广泛的物理与功能交互。这些接触位点调控Ca²⁺交换、脂质转运、线粒体动力学、氧化还原信号及凋亡通路，表明内质网-线粒体通讯是应激条件下细胞命运的重要决定因素。该偶联破坏与代谢性疾病、神经退行性疾病、免疫失调及衰老相关疾病密切相关。

眼组织（包括晶状体上皮、视网膜神经节细胞(RGCs)、视网膜色素上皮(RPE)及角膜内皮）因高能量需求、终身光暴露及有限再生能力，对氧化、代谢及蛋白毒性应激具有独特易感性。此类条件下，错误折叠蛋白在内质网累积并激活未折叠蛋白反应(UPR)。短暂UPR激活可恢复蛋白稳态，但持续通过蛋白激酶RNA样内质网激酶(PERK)-真核起始因子2α(eIF2α)-激活转录因子4(ATF4)-C/EBP同源蛋白(CHOP)、肌醇需求酶1α(IRE1α)/X盒结合蛋白-1(XBP1)及激活转录因子6(ATF6)信号传导会诱导凋亡、炎症信号、线粒体功能障碍及代谢重编程。许多UPR组分（如PERK、IRE1α及分子伴侣GRP75）富集于MAMs，调控线粒体Ca²⁺转运、嵴完整性及生物能量输出，表明眼细胞内的内质网应激与线粒体衰竭并非平行过程，而是深度互作的过程。

尽管眼科疾病机制研究取得显著进展，当前治疗方案主要靶向下游病理表现，而非上游细胞器水平的应激源。例如，白内障治疗仍以手术为主，而非预防晶状体上皮内质网应激诱导的蛋白稳态崩溃；青光眼临床标准仍为降低眼压(IOP)，但未必能改善RGCs早期细胞器驱动的病理改变（如线粒体断裂及内质网-线粒体功能障碍）；糖尿病视网膜病变(DR)与年龄相关性黄斑变性(AMD)的抗血管内皮生长因子(VEGF)疗法亦不靶向早期内质网应激、氧化还原失衡及线粒体自噬失败。

内质网-线粒体通讯失调是上述疾病早期共有的病理驱动因素，这使内质网-线粒体轴成为极具潜力的治疗切入点。调控UPR分支（如PERK、ATF6、IRE1α）可减少晶状体、视网膜及角膜模型中的凋亡与代谢应激；稳定MAM完整性并恢复Ca²⁺转运缺陷可减轻青光眼与DR模型中的线粒体功能障碍；增强线粒体质量控制(QC)（包括PINK1/Parkin依赖性线粒体自噬）可保护RPE、RGC及晶状体上皮细胞(LECs)免于变性；强化线粒体抗氧化防御则可减少DR、AMD及Fuchs角膜内皮营养不良(FECD)模型中的内质网-线粒体应激循环。鉴于内质网-线粒体交互作为眼细胞存活核心调控因子的认知迅速增长，对该领域的全面综合恰逢其时。本综述总结了内质网-线粒体通讯的分子架构与调控机制，整合了其功能障碍与主要眼科疾病关联的最新证据，并强调了靶向这一细胞器间轴的新型治疗策略。基于现有证据，本综述提出可根据内质网-线粒体轴上的不同衰竭节点对眼科疾病进行机制分层，为开发基于机制的分期精准治疗提供概念框架。

2 作为内质网-线粒体交互驱动因素的内质网应激信号

内质网是细胞蛋白稳态、脂质合成及Ca²⁺储存的关键细胞器，使细胞能够适应波动的代谢与环境需求。在眼组织（如LECs、RGCs、RPE及角膜内皮细胞(CECs)）中，这些功能持续受到氧化应激、光暴露、高代谢需求及有限再生能力的挑战，因此内质网稳态破坏会激活UPR，使内质网应激成为眼科疾病中细胞功能障碍早期且普遍的启动因素。

哺乳动物UPR信号由三种内质网驻留转导蛋白（IRE1α、PERK及ATF6）介导，共同协调旨在恢复蛋白稳态的适应性反应。虽然短暂UPR激活具有细胞保护作用，但持续信号会将平衡转向凋亡、炎症及代谢重编程。重要的是，长期内质网应激的病理后果不仅限于内质网本身，而是通过内质网与线粒体的直接物理与功能偶联向外传播，将内质网应激纳入更广泛的细胞器间应激网络。

2.1 内质网-线粒体界面的UPR感受器

UPR转导蛋白在MAMs发挥非经典功能是该领域的重要进展。在这些接触位点，UPR组分直接影响线粒体Ca²⁺处理、生物能量学及细胞命运决策，将内质网蛋白稳态与线粒体功能联系起来。除经典的XBP1剪接作用外，IRE1α还作为内质网-线粒体接触的结构调控因子。IRE1α缺失会破坏MAMs处肌醇1,4,5-三磷酸受体(IP₃Rs)的空间组织，导致线粒体Ca²⁺摄取受损及基础生物能量学改变，这些效应独立于经典UPR转录输出。PERK同样富集于MAMs，参与适应性及适应性不良的内质网-线粒体信号传导。通过与线粒体栓系蛋白（如线粒体融合蛋白-2(MFN2)）相互作用，PERK在应激条件下稳定内质网-线粒体接触。持续PERK激活则通过CHOP表达及Ca²⁺稳态破坏传播氧化应激与凋亡。ATF6是内质网折叠能力与脂质代谢的转录调节因子，其在眼细胞上皮-间质转化(EMT)及应激适应中的新兴作用，可通过重塑细胞代谢与氧化还原平衡间接影响线粒体功能。综上，UPR感受器不仅是内质网应激检测器，更是内质网-线粒体界面的功能节点，在慢性应激时将蛋白稳态失衡转化为线粒体功能障碍。

3 内质网-线粒体接触位点的结构与功能组织

线粒体是与细胞内其他区室相互作用以调控代谢、信号传导及细胞存活的动态细胞器。其中，内质网-线粒体接触位点（即MAMs）是细胞器间通讯的核心枢纽。MAMs虽仅占线粒体表面一小部分，却在Ca²⁺信号、脂质转运、线粒体动力学及程序性细胞死亡中发挥不成比例的调控作用。

3.1 MAM功能的核心分子轴

MAMs并非均匀或静态界面，而是由离散且功能特化的分子模块组成，其组成、间距及信号输出受动态调控。结构、生化及成像研究表明，内质网-线粒体接触可分为三个相互依赖但机制不同的轴：Ca²⁺转运、线粒体动力学及细胞死亡/质量控制信号，共同决定特定生理与病理条件下的线粒体适应性及细胞命运。

3.1.1 Ca²⁺转运轴：代谢调节与Ca²⁺毒性的平衡

MAMs处Ca²⁺从内质网向线粒体的高效转运由IP₃R-GRP75-VDAC1大复合物介导，该结构在物理与功能上耦合内质网Ca²⁺释放与跨线粒体外膜的Ca²⁺摄取。GRP75(HSPA9)作为分子伴侣桥接IP₃Rs与VDAC1，确保在接触位点形成高Ca²⁺微域，克服线粒体Ca²⁺摄取机制的低亲和力。这些微域处的线粒体Ca²⁺摄取激活三羧酸循环中Ca²⁺敏感性脱氢酶（如丙酮酸、异柠檬酸及α-酮戊二酸脱氢酶），为内质网Ca²⁺信号与腺苷三磷酸(ATP)生成及氧化还原稳态的关联提供机制基础。但该轴具有严格的剂量依赖性：慢性内质网应激、氧化应激或过度IP₃R活性会重塑MAM结构并诱导内质网向线粒体的Ca²⁺流，导致线粒体Ca²⁺超载、线粒体通透性转换孔(mPTP)开放、线粒体去极化及凋亡或坏死性细胞死亡。值得注意的是，UPR转导蛋白直接调控该轴：IRE1α作为MAMs处IP₃R定位的结构决定因子，独立于其转录输出，调节基础线粒体Ca²⁺摄取与生物能量学。

3.1.2 线粒体动力学轴：内质网定义的分裂与应激诱导的断裂

内质网-线粒体接触位点作为线粒体分裂的空间标志。高分辨率活细胞成像显示，内质网小管缠绕线粒体并在动力相关GTP酶DRP1招募前预收缩未来的分裂位点。该过程至少部分由肌动蛋白聚合协调，由内质网定位的形成素INF2及肌球蛋白II驱动，机械性收缩线粒体并促进DRP1在线粒体外膜寡聚化。相比之下，线粒体融合由外膜上的MFN1/2及内膜上的视神经萎缩蛋白1(OPA1)调控。MFN2具有双重功能：既作为线粒体融合蛋白，在特定情境下又作为内质网-线粒体栓系蛋白。MFN2破坏会改变接触位点结构、Ca²⁺转运及线粒体形态，但其精确栓系作用具有细胞类型与情境依赖性。慢性代谢或氧化应激期间，DRP1的病理性激活合并融合受损会使平衡转向线粒体片段化、呼吸链效率低下及对凋亡刺激的敏感性增强，这些特征在神经退行性疾病及眼科疾病模型中一致存在。

3.1.3 细胞死亡与质量控制轴：内质网-线粒体界面的决策节点

除代谢调控外，MAMs还通过整合Ca²⁺信号、线粒体动力学及凋亡机制作为细胞命运的决策平台。MAMs处的BAP31-FIS1复合物协调内质网Ca²⁺释放与线粒体分裂及caspase-8激活，将内质网应激直接与线粒体外膜透化联系起来。持续内质网应激会将促凋亡BCL-2家族成员（Bcl-2相关X蛋白(BAX)/Bcl-2拮抗剂杀伤蛋白(BAK)）招募至MAM邻近的线粒体，放大细胞色素c释放及凋亡级联激活。同时，完整的内质网-线粒体接触是自噬体形成及线粒体自噬启动所必需的，MAMs作为自噬膜成核的优先位点。接触完整性破坏会损害线粒体自噬通量，导致损伤线粒体累积并加剧氧化应激。综上，该轴功能障碍会将MAMs从适应性应激缓冲枢纽转变为线粒体损伤放大器，调控细胞死亡。

3.2 慢性应激下MAMs的病理性重塑

持续代谢、氧化或蛋白毒性应激期间，内质网-线粒体接触位点会发生快速组成重塑，而非静态界面。高分辨率成像与单分子追踪显示，接触位点由动态亚域组成，可扩张或重组以适应变化的生理需求（如营养应激）。与此可塑性一致，UPR转导蛋白通过非经典结构功能直接参与MAM稳态：IRE1α作为支架调控MAMs处InsP₃R分布，调节线粒体Ca²⁺摄取与生物能量学；PERK定位于接触位点并维持内质网-线粒体并置，在慢性应激期间增强活性氧(ROS)传播。同时，栓系复合物的应激反应性翻译后调控（如VAPB-PTPIP51）重塑偶联强度与Ca²⁺转运，为疾病连锁信号（包括激酶激活）破坏内质网-线粒体通讯提供途径。氧化脂质应激可触发内质网-线粒体接触界面的分钟级扩张，并使这些位点偏向促氧化剂结局（如线粒体ROS扩增与分裂），提示病理性MERC重塑是早期且潜在可逆的放大器，可降低线粒体衰竭与调控性细胞死亡的阈值。

4 内质网-线粒体交互在眼科疾病中的病理意义

4.1 白内障：氧化应激-内质网应激-线粒体功能障碍三联征

白内障的特征是LECs中蛋白稳态与氧化还原失衡。在细胞器水平，应激诱导的MAM失稳与线粒体Ca²⁺超载及ROS扩增相关，该模式日益被认为是LEC凋亡的因果机制。内质网应激的参与得到钠硒酸盐大鼠模型中BiP/GRP78及CHOP强烈激活的支持。除凋亡外，内质网应激还参与调控EMT，这是前囊下白内障与后囊混浊的基础。遗传模型提供了细胞器交互的最直接证据：例如αA-晶状体蛋白突变（R49C与Y118D）会激活内质网-线粒体轴，导致核性白内障，提示单个基因错误折叠可能促进系统性细胞器衰竭。人类数据反映了这些发现，老年供体晶状体与水生体液蛋白质组学显示内质网应激与代谢功能障碍通路富集。近期转化工作聚焦于破坏内质网应激-纤维化轴。化学分子伴侣（包括4-苯基丁酸(PBA)与牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)）已被证明可减轻高糖诱导的人LECs EMT。一个关键机制亮点是ATF6-SNAI1自我扩增环路；通过AAV-shATF6或褪黑素抑制该环路可减轻纤维化改变，将ATF6定位为内质网-线粒体界面可成药的特异性节点。其他药物线索（如SESN2上调与线粒体靶向肽（如elamipretide））通过保障ATP充足性及避免CHOP主导的凋亡，为非手术治疗提供了路线图。综上，白内障是典型的蛋白稳态驱动性疾病，其中LECs中适应性不良的UPR与MAM重塑与终末期纤维化重塑密切相关。

4.2 青光眼：视网膜神经节细胞变性中的内质网-线粒体失调

青光眼是一种进行性视神经病变，以RGCs的选择性易损性为特征，其长轴突与高代谢需求使其极度依赖高效的线粒体ATP产生与质量控制。除表1总结的一般UPR信号外，青光眼视网膜经历关键转变：持续应激将适应性反应转化为促凋亡程序，导致突触衰竭与轴突变性。在内质网-线粒体界面，MAMs协调Ca²⁺转运与脂质交换。青光眼应激期间MAMs失稳会导致线粒体Ca²⁺超载、ROS扩增及mPTP开放，降低RGC凋亡阈值。第二个紧密关联的轴是线粒体动力学，其中DRP1介导的分裂病理性激活合并MFN1/2及OPA1依赖性融合受损会使线粒体网络片段化，降低呼吸能力并使RGCs对死亡敏感。啮齿类动物模型证据表明，眼压升高会在细胞丢失前诱导RGC轴突线粒体分裂与超微结构破坏，将细胞器重编程定位为早期参与事件。DRP1的基因或药理抑制已被证明可维持线粒体完整性并挽救RGC功能，支持过度分裂是疾病进展中可靶向瓶颈的假说。近期单细胞分析进一步提示质量控制更广泛衰竭，包括mtDNA损伤与线粒体自噬缺陷。重要的是，内质网-线粒体单元作为“整合操作位点”而非两个独立细胞器发挥作用，内质网应激与线粒体衰竭可能通过MAMs相互强化。人类尸检与手术数据与这些临床前模式一致，显示视神经头与内层视网膜广泛线粒体受损及内质网应激标志物增加。两种互补的治疗策略正在兴起：第一，微调内质网应激：小分子PERK抑制剂（如LDN-0060609）可抑制人小梁网与星形胶质细胞模型中与压力升高及神经炎症相关的适应性不良UPR输出，表明这是CHOP驱动死亡程序上游可转化的切入点。第二，通过DRP1抑制剂稳定线粒体形态或增强线粒体自噬在临床前系统中与视力保护相关。最后，MAMs视角提示应整合筛选可恢复正常内质网-线粒体钙稳态与脂质转运的候选药物。通过维持这一物理界面的保真度，此类药物可在眼压药物控制但仍进展的情况下，降低RGCs的内质网应激、改善ATP供应并提高损伤阈值。总之，RGCs中内质网-线粒体信号传导破坏是与轴突能量衰竭及进行性神经变性相关的主要机制。

4.3 糖尿病视网膜病变：连接内质网应激与线粒体通路的代谢应激

糖尿病视网膜慢性高血糖启动氧化应激、UPR激活与MAM介导的线粒体崩溃的自我强化循环。MAMs是Ca²⁺与脂质交换的场所。代谢应激下，MAM组成改变与内质网向线粒体Ca²⁺转运变化相关，可能导致mPTP开放与生物能量崩溃。糖尿病视网膜MAM蛋白质组学及IRE1α在MAMs支架作用的机制研究支持该机制。此外，高血糖破坏PINK1/Parkin介导的线粒体自噬通路，加剧血管、胶质及神经元区室的ROS与炎性小体信号传导。代表性机制研究突出了调控该细胞器交互的特定分子节点。视网膜MAM蛋白质组学显示超过180种差异调控蛋白参与的广泛界面重塑。在Müller细胞中，内质网驻留抗氧化剂PRDX4是关键节点。PRDX4缺乏与加速的链脲佐菌素(STZ)诱导视网膜病变相关，而PRDX4过表达则与反应性胶质增生、凋亡、内质网应激、氧化应激及线粒体功能障碍减少相关，提示加强内质网氧化还原控制可能支持糖尿病视网膜中线粒体稳定性。除传统UPR信号外，CD40-TRAF2/3轴免疫共刺激与内质网应激交叉驱动血管渗漏，将炎症基调与细胞器介导的屏障衰竭联系起来。此外，在临床前缺血与微血管损伤模型中，靶向PERK分支（如使用GSK2606414抑制剂）或调控NR2F2已被证明可改善视网膜结构与功能。人类生物标志物研究日益反映实验结果。DR各期（非增殖性糖尿病视网膜病变→增殖性糖尿病视网膜病变）房水定量蛋白质组学显示炎症、补体、氧化应激及代谢网络的阶段性转移，表明氧化还原/内质网应激通路在体内被激活，可作为液体生物标志物进行量化。患者体液中GRP78与线粒体功能标志物增加与VEGF水平及黄斑水肿的临床观察相关，支持这些细胞器轴参与人类疾病。将这些机制方法与标准抗VEGF疗法整合，可促进DR作为代谢驱动的内质网-线粒体应激综合征的早期检测与更有效干预。

4.4 年龄相关性黄斑变性：驱动RPE衰老与萎缩的细胞器交互

在AMD中，RPE承受慢性氧化与蛋白毒性应激，激活UPR并与内质网功能障碍逐步偶联至线粒体衰竭相关。除表1总结的基本UPR-MAM信号框架外，RPE表现出独特的致病机制，如A2E诱导的光毒性与ZBP1介导的PANoptosis（一种整合凋亡、焦亡与坏死性凋亡特征的炎症性细胞死亡通路）。同时，PINK1/Parkin与BNIP3/NIX依赖性线粒体自噬下降与损伤线粒体清除受损相关，可能导致ROS与炎症信号的反馈循环。关于内质网-线粒体轴的多组学与模型系统，AMD供体（及携带风险变异）的iPSC衍生RPE显示氧化磷酸化受损及对线粒体毒素易感性增加，这为线粒体靶向药物可恢复生物能量学提供了功能验证平台。使用RGR缺失或PGC-1相关小鼠模型的机制研究将自溶酶体缺陷与线粒体自噬衰竭与体内RPE变性相关联。互补的数据图谱揭示了衰老与氧化还原状态改变如何重塑线粒体动力学（DRP1/MFN/OPA1）、与补体交互并调控地理萎缩期间的细胞死亡程序，将细胞器应激置于AMD级联的早期。人类供体研究一致记录AMD中RPE存在细胞器连锁的生物能量危机。携带补体因子H Y402H风险变异的RPE中mtDNA损伤显著加重，将遗传易感性与生物能量衰竭对齐。除细胞内在缺陷外，线粒体相关自身抗体在AMD中富集并与疾病机制相关，提示存在与细胞器应激交叉的免疫放大层。治疗策略包括：（i）UPR微调以避免CHOP主导的适应性不良，同时维持蛋白稳态；（ii）MAM稳定化/Ca²⁺调控以维持ATP供应并限制ROS-炎症偶联；（iii）恢复线粒体质量控制（增强PINK1/Parkin或BNIP3/NIX线粒体自噬）以清除功能失调细胞器。转化动力包括iPSC-RPE中的线粒体靶向药物筛选及视网膜变性的线粒体移植等早期概念，支持在人类组织模型中通过药理学或生物学手段强化内质网-线粒体单元的可行性。将这些细胞器靶向策略与高分辨率成像及液体生物标志物整合，将实现RPE衰竭的早期检测并指导下一代AMD联合疗法。

4.5 Fuchs角膜内皮营养不良：角膜内皮细胞丢失中的内质网-线粒体失衡

FECD的标志是富含线粒体、增殖能力极低的CECs进行性耗竭。这些细胞中慢性氧化与蛋白毒性应激触发从适应性蛋白稳态向代谢重编程与凋亡的转变。除表1总结的经典UPR分支与一般MAM介导的Ca²⁺流失调外，FECD表型独特地表现为线粒体膜电位(ΔΨm)与ATP充足性快速丧失。层级信号研究表明，p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)位于PERK-eIF2α下游，但在ATF4-CHOP上游。抑制p38可在多种内质网应激场景（TGF-β处理的FECD细胞、毒胡萝卜素、MG-132）中维持ΔΨm并抑制凋亡，提示这是角膜内皮中适应性UPR向死亡信号转变的潜在开关。除信号传导外，线粒体质量控制是核心衰竭点。综述与实验研究记录了FECD中线粒体自噬/自噬失调，提示损伤线粒体清除受损会加剧ROS与内质网应激。在Slc4a11^?/?模型中，线粒体ROS已被证明位于内质网应激上游，强化了线粒体稳定是维持角膜内皮泵功能的首要需求的观念。转化策略正围绕恢复细胞器保真度凝聚。通过p38 MAPK效应