2026 年 2 月,英国卡迪夫大学(Cardiff University)等研究团队在国际期刊《Mammalian Genome》发表题为《Complement in brain and eye disease: shared mechanisms, convergent pathologies, and common therapeutic opportunities》(《脑与眼疾病中的补体系统:共享机制、趋同病理及共同治疗机遇》)的综述文章。该文章系统阐述了补体系统异常在大脑与眼部神经退行性疾病中的关键作用,揭示了血‑脑屏障与血‑视网膜屏障损伤、异常突触修剪、神经炎症及血管功能障碍等高度保守的共同病理机制。文章指出,尽管脑与眼疾病存在临床差异,但补体通路高度同源,可作为跨器官共同治疗靶点。依托眼科补体药物已取得的临床转化成功,该综述为阿尔茨海默病等中枢神经系统疾病的药物研发、递送策略与临床试验设计提供了重要借鉴与方向。
摘 要
大脑与眼睛在解剖、生理及免疫层面具有高度相似性。二者均受特化血管屏障保护,分别为血脑屏障(BBB)与血视网膜屏障(BRB),通过严密调控的细胞与分子机制维持内环境稳态。越来越多证据表明,补体系统异常激活是驱动这两个器官神经退行性病变的关键因素,参与阿尔茨海默病(AD)、年龄相关性黄斑变性(AMD)等疾病进程。遗传学与分子研究揭示了二者重叠的调控机制:补体调控因子的基因变异会同时增加视网膜与脑部病变易感性。局部合成的补体成分可调控胶质细胞活化、血管完整性与突触重塑;一旦调控失衡,则会引发慢性炎症、突触丢失与神经元变性。尽管通路高度相似,但治疗药物研发进展极不对称:多款补体靶向药物已应用于 AMD 及其他眼部疾病临床,而脑部疾病尚无获批药物。部分原因在于眼部给药更便捷,补体药物可直接递送并监测疗效,而脑部难以实现。眼部研究积累的经验(如局部给药以突破屏障限制)有望加速脑部补体治疗药物研发。本文系统整合补体介导机制在脑与眼疾病中的研究进展,强调汇聚性病理生理学线索与眼部转化成功经验。
01 引 言
传统上,大脑与眼睛分属神经科学与眼科学两个独立研究领域。但二者在解剖、生理与免疫上紧密相连。尽管脑与视网膜的神经退行性病变临床表现迥异,却共享核心发病与进展机制,其中就包括补体系统异常。
补体是先天免疫系统的关键组分,在抗感染、清除碎片中发挥重要作用:通过C3a、C5a趋化并激活吞噬细胞,通过膜攻击复合物(MAC)直接杀伤易感微生物。但补体异常激活或调控失衡可导致组织损伤,参与 AMD、青光眼、多发性硬化、缺血性脑卒中、AD 等疾病。
这些疾病虽临床表现不同,却共享神经免疫机制:突触与神经元丢失、反应性胶质化、血管功能障碍,均与补体激活及紊乱密切相关。
最早的补体异常证据来自尸检组织免疫组化:补体激活产物(C1q、C3、C5b‑9)沉积在神经退行性病变特征性病灶中 ——AD 的 β‑淀粉样蛋白(Aβ)斑块、AMD 的玻璃膜疣、青光眼受损的视网膜神经节细胞(RGC)。
在视网膜与脑中,特征性的细胞外蛋白沉积物(分别为玻璃膜疣和 Aβ 斑块)会累积细胞碎片等废物,成为局部补体激活与失调的诱因,驱动组织损伤与慢性炎症(图 1A、B)。
图 1 :视网膜与脑中的补体失调。图 1A(视网膜)补体在视网膜局部合成,并在炎症时上调。小胶质细胞和 Müller 胶质细胞是视网膜中 C1q 的来源。星形胶质细胞参与 C3 的局部产生;视网膜中其他补体成分的局部来源尚不清楚。补体激活导致 C3 和 C5 裂解,释放过敏毒素 C3a 和 C5a,二者分别通过结合 C3aR 和 C5aR 招募胶质细胞。C3 裂解还释放调理素 C3b,沉积于玻璃膜疣、突触和受损细胞表面,由小胶质细胞吞噬。C1q 及补体激活产物(包括 C3b、C4b 和 MAC)在玻璃膜疣沉积物中聚集,进一步促进炎症和 BRB 渗漏。RPE 或 RGC 细胞膜上 MAC 的形成会造成细胞损伤与屏障渗漏。
图 1B(脑)补体在脑内局部合成,并在炎症时上调。小胶质细胞是脑中 C1q 的唯一产生者,也是 C3 的主要来源,星形胶质细胞及其他可能的细胞类型也参与其中。脑中其他补体成分的局部来源尚不清楚。补体激活导致 C3 和 C5 裂解,释放过敏毒素 C3a 和 C5a,二者通过结合 C3aR 和 C5aR 招募胶质细胞。C3 裂解还释放调理素 C3b,沉积于淀粉样斑块、受损神经元和突触上,通过小胶质细胞表面受体 CR1、CR3、CR4 标记并介导吞噬。C1q 及补体激活产物 C3b/iC3b、C4b 和 MAC 在淀粉样斑块中聚集,进一步促进炎症和胶质细胞活化。血脑屏障(BBB)处的补体激活会导致内皮细胞活化与屏障功能障碍。
02 大脑与视网膜
结构同源与屏障系统
视网膜是大脑的解剖学延伸,通过视神经相连,并共享大量解剖与生理特征,包括相似的屏障系统、脉管系统和驻留免疫细胞。脑与眼均属于免疫豁免器官,受到选择性屏障保护,即血脑屏障(BBB)和血视网膜屏障(BRB),这些屏障调控器官与血液之间的交流,通过限制外周蛋白与免疫细胞浸润来维持内环境稳态(图 2A、B)。
图 2 :补体在维持屏障完整性和血管功能障碍中的作用。图 2A(内血视网膜屏障 iBRB)上图:健康状态;下图:功能障碍状态。(1)C1q 结合内皮细胞受体,上调黏附分子表达,促进白细胞黏附与浸润,增加屏障渗漏。(2)C3a‑C3aR、C5a‑C5aR 信号导致紧密连接(TJ)破坏。(3)视网膜淀粉样血管病(RAA)激活补体,加剧屏障损伤。(4)剪切应力导致内皮细胞补体调控因子 CD46、CD55、CD59 表达下降,使其更易受补体攻击。
插图:外血视网膜屏障(oBRB)由单层紧密连接的视网膜色素上皮(RPE)细胞构成。补体失调通过 MAC 介导 RPE 细胞破坏,导致 oBRB 完整性丧失。在 AMD 中,细胞碎片(玻璃膜疣)沉积于 RPE 与 Bruch 膜之间并激活补体,伴随 C1q、C3b/iC3b、C4b 与 MAC 沉积。
图 2B(血脑屏障 BBB)上图:健康状态;下图:功能障碍状态。(1)C1q 结合内皮细胞受体,上调黏附分子表达,促进白细胞募集、浸润与屏障渗漏。(2)C3a‑C3aR、C5a‑C5aR 信号导致紧密连接破坏。(3)脑淀粉样血管病(CAA)中,毛细血管基底膜淀粉样蛋白沉积引发局部补体激活与血管损伤。(4)剪切应力导致内皮细胞补体调控因子 CD46、CD55、CD59 表达下降,使其更易受补体攻击。
脑与视网膜血管结构高度相似,均为终末动脉供血,易受血管损伤与缺血损害。在视网膜与脑中,补体的表达与调控涉及多种细胞:小胶质细胞、星形胶质细胞、视网膜特有的 Müller 胶质细胞均参与局部补体合成与调控。视网膜星形胶质细胞在损伤时进入活化状态,上调补体蛋白表达,加剧青光眼、炎症性视神经病变等疾病中的神经元损伤。
03 遗传学证据
补体参与脑与眼神经退行性疾病
全基因组关联研究(GWAS)证实:
AMD的风险基因:CFH、CFI、CFHR、CFB、C2、C3、C9 等,这些变异组合形成 “补体型(complotype)”,共同影响补体激活与疾病易感性,并用于患者分层。AD的风险基因:CR1、CLU,提示补体参与但机制存在差异。
CFH Y402H 多态性不仅与 AMD 强相关,在汉族人群中也与 AD 相关,提示视网膜与脑存在共同调控机制。FH、FI、CR1均为补体旁路扩增环路关键调控因子,提示该通路异常是两类疾病的共同基础。
CR1 在 AD 小胶质细胞中高表达,风险变异会改变吞噬能力;而在视网膜中 CR1 表达低,主要局限于视网膜色素上皮(RPE),其生理意义尚不明确,提示脑与视网膜在补体受体利用上存在组织特异性差异。
04 补体生物标志物
脑部疾病:血浆、脑脊液中 CLU、C1q 等可作为 AD 疾病进展标志物。
眼部疾病:房水、玻璃体液中可检测到 Ba/Bb、C3a、C5a、C5b‑9、CLU 等补体激活产物,提示局部补体异常。
研究提示,房水不能完全替代玻璃体或视网膜局部补体状态,亟需大样本、标准化研究明确眼部各腔室特异性补体特征。
视网膜可作为观察中枢神经系统疾病的无创窗口:OCT、OCT‑A、自发荧光(补充:自适应光学)等技术可精准监测视网膜厚度、玻璃膜疣体积、血管密度等。AD 患者视网膜神经纤维层与神经节细胞层变薄,可反映脑内神经退行性变,有望成为无创生物标志物。
05 胶质细胞与胶质化中的补体表达
由于血脑/血视网膜屏障限制血浆大分子蛋白进入,脑与视网膜的补体效应高度依赖局部合成。
小胶质细胞是脑与视网膜中 C1q 主要来源;视网膜 Müller 细胞额外提供 C1q;Müller 胶质细胞与视网膜星形胶质细胞是 C3 主要来源;脑内小胶质细胞与星形胶质细胞共同产生 C3。
C3a、C5a 受体(C3aR、C5aR)在视网膜与脑小胶质细胞上表达;吞噬受体 CR1、CR3、CR4 在损伤区域上调,参与病理蛋白沉积、突触与受损细胞的吞噬清除。Aβ 斑块与玻璃膜疣成为补体激活 “热点”,驱动胶质活化与神经炎症。
06 补体介导的突触修剪与突触丢失
突触变性是脑与视网膜神经退行性疾病的核心标志。
发育中,C1q 标记待清除的突触,C3 片段调理化后被小胶质细胞清除;C1q 或 C3 缺陷会导致突触修剪异常。AD 模型中,缺失 C1q 或 C3 可阻止突触丢失;抑制补体终末通路 / MAC 可提供额外保护。青光眼、AMD 模型中,C1q 或 C3 缺陷可减少突触丢失,保护视网膜结构。
目前仍有待明确:突触上 C1q 结合配体、突触调理吞噬的贡献度、C3a/C5a/MAC 在突触丢失中的具体作用。
07 补体治疗药物
眼部已获批,为何脑部尚未应用?
如前文所述,补体系统失调是视网膜与大脑神经退行性病变的共同驱动因素,然而两者的治疗研发进展呈现出显著不对称性。补体抑制剂已在年龄相关性黄斑变性(AMD)中进入临床应用,并在其他眼部神经退行性疾病中开展临床试验。
2023 年,美国 FDA 批准了玻璃体内注射(IVT)的 C3 抑制肽pegcetacoplan(商品名 Syfovre)与 C5 阻断聚乙二醇化适配体avacincaptad pegol(商品名 Izervay)用于治疗 AMD 的地图样萎缩(GA)亚型,标志着神经退行性疾病补体治疗新时代的开启。
获批依据来自多项大型、设计严谨的临床试验:pegcetacoplan可使地图样萎缩病灶进展减缓约 22%;avacincaptad pegol减缓约 32%。这是首次证实补体抑制能够延缓慢性神经退行性疾病的进展。
AMD 领域的这些成功,推动了大量新药进入临床试验,并拓展了新的疾病靶点,包括:
玻璃体内注射抗 C1q 单克隆抗体片段 ANX007,用于青光眼与地图样萎缩;反义寡核苷酸药物 IONIS-FB-LRx,用于地图样萎缩;口服 D 因子抑制剂达尼考潘,用于地图样萎缩;视网膜下腺病毒载体 I 因子基因治疗,用于地图样萎缩。
并非所有研发方向均取得成功:抗 C3 单克隆抗体 NGM621 在 Ⅱ 期临床试验中未达到主要终点,仅微弱、无统计学意义地延缓地图样萎缩进展(约 6%);IONIS-FB-LRx 项目已于 2024 年终止。
JNJ‑1887(HMR59)是一种通过腺相关病毒在局部递送 CD59、抑制地图样萎缩中膜攻击复合物(MAC)形成的基因治疗药物,在 Ⅱa 期试验中仅显示轻微、无统计学意义的病灶进展延缓效果,这可能反映可溶性 CD59 抑制效力有限,但该药仍推进至正在开展的 Ⅱb 期临床试验。
新兴的单次给药基因疗法正在扩充地图样萎缩的补体治疗手段:值得关注的是,CTx001(AAV2‑mini‑CR1)近期获得美国 FDA 新药临床试验批准,正在开展早期临床研究(表 1)。
表 1:视网膜与脑部疾病中的补体治疗药物。
与视网膜疾病领域的显著进展形成对比,脑部疾病的补体治疗仍处于早期研发阶段。抗 C1q 单克隆抗体 ANX005 已在亨廷顿舞蹈症(HD)中开展临床试验,早期试验达到终点,目前正在开展 Ⅱa 期开放标签试验,并根据补体失调状态对患者进行分层。ANX005 同时也在肌萎缩侧索硬化(ALS)中开展 Ⅱa 期临床试验。
值得注意的是,C5 阻断单克隆抗体ravulizumab与 C5 阻断环肽zilucoplan用于治疗 ALS 的临床试验均因缺乏疗效而终止,凸显了试验设计与患者分层的重要性。
为何补体治疗药物在眼部神经退行性疾病中能快速走向临床,而在脑部疾病中却尚未实现?主要有两大原因。
第一,可及性(给药便捷性)。玻璃体内注射操作相对简单、可靠、可重复,能够在病变部位达到有效药物浓度,且全身暴露量低。相比之下,鞘内注射(IT)需要将药物注入脑脊液或脑组织内,操作难度大、存在潜在风险,不适合频繁给药。局部给药还受到大脑体积大、需要在全脑实现持续且安全的靶点结合这一现实限制。外周给药向脑内的递送受到血脑屏障(BBB)严格限制,意味着目前可用的全身补体抑制剂通常无法进入脑内,凸显了研发可穿透血脑屏障药物的迫切需求。
第二,可监测性。地图样萎缩及其他视网膜神经退行性疾病的临床试验可通过视网膜成像技术精准、无创地动态监测;而脑部神经退行性疾病进展缓慢、异质性极高、难以监测,需要复杂的临床终点与更优的生物标志物。
眼部神经退行性疾病临床试验中抗补体药物的成功,为脑部神经退行性疾病应用补体治疗提供了概念验证,但也暴露了当前策略的局限性。
pegcetacoplan与avacincaptad pegol虽能延缓地图样萎缩进展,但无法逆转已丧失的视力,并可引发不良反应,包括黄斑新生血管(约 12% 患者),以及罕见的严重视网膜血管炎。目前,这两种药物的年治疗费用分别为13,000 美元与26,000 美元,欧洲药品管理局认为其成本‑效益比不足以支持获批。
这些围绕疗效、安全性、给药便捷性与成本的问题,正是我们开发脑部神经退行性疾病药物时必须提前预判的核心障碍。
其中,首先需要攻克的是递送难题。在眼部疾病中,玻璃体内注射可将药物直接递送至损伤部位附近;而脑部的类似方式 —— 鞘内或脑实质内给药 ——创伤性极高,不适用于慢性疾病的长期治疗。全身给药或口服给药是更理想的途径,但血脑屏障限制了绝大多数大分子药物进入脑内。受体介导的转胞吞作用(RMT)已成为极具前景的解决方案:利用脑内皮细胞上的内源性转运受体(如转铁蛋白受体 TfR),提高单克隆抗体等大分子药物的脑内摄取效率(图 3)。
图 3:药物穿过血脑屏障 (BBB) 或血视网膜屏障 (BRB) 的途径。目前有多种方法可以将药物递送至 BBB 或 BRB。这些方法包括:(1)利用局部超声破坏屏障;(2)直接将药物递送至眼内(玻璃体内注射)或脑内(鞘内或脑内注射); (3)将药物包装到囊泡中以帮助其穿过屏障; (4) 开发能够自由进入大脑的小分子亲脂性药物; (5)通过受体介导的胞吞作用。
已有多种血脑屏障穿梭平台投入应用,包括用于罕见遗传病(如亨特综合征)的酶替代治疗,以及靶向阿尔茨海默病淀粉样蛋白和 tau 蛋白的单克隆抗体治疗。
临床前研究已证实,这类递送系统可直接用于搭载补体治疗药物。将靶向 C7 的单克隆抗体与转铁蛋白受体结合穿梭系统偶联后,可在 AppNL‑G‑F 阿尔茨海默病模型小鼠中成功递送入脑,减轻补体失调、挽救突触丢失并改善认知功能。
08 结论与展望
补体系统失调是视网膜与大脑神经退行性变的关键驱动通路,共同的靶结构(突触、神经元)决定了高度保守的分子机制。不同疾病的起始触发因素虽有差异:AD 脑内 Aβ/tau 聚集、AMD 中玻璃膜疣沉积、青光眼中眼压升高导致神经元损伤,但其下游补体激活与病理级联反应高度相似。
眼部临床研究已充分证实,靶向补体可有效延缓神经退行性疾病进程。成功与失败的经验均提示:必须基于生物标志物进行患者分层,才能提升临床试验成功率。
未来转化的核心挑战集中在三点:药物递送、临床终点选择、干预时机。借助影像学、基因型与生物标志物指导的精准试验设计,我们可以实现 “选对患者、用对药、在正确时间干预”。
视网膜作为观测中枢病变的无创窗口,具有巨大临床价值。随着可穿透血脑屏障的补体新药与更灵敏生物标志物不断问世,未来有望通过全身或口服给药,实现眼与脑退行性疾病的一体化安全有效治疗。
青白视角这篇综述的意义,不仅在于系统梳理补体在脑与眼神经退行性疾病中的共同机制,更在于提出一个值得严肃讨论的方向:视网膜或可成为理解与评估中枢神经系统病变的可及窗口。与大脑不同,视网膜成像技术已形成相对成熟且可量化的评估框架,为神经退行性改变的连续监测提供了现实基础,能够定量评估神经纤维层厚度、微血管密度与沉积物负荷、视网膜血管参数等关键生物标志物。这类结构性指标具备客观、连续、可量化的特点,使眼科在神经退行性疾病研究中具备现实可操作的优势。如果补体失调、突触丢失及血管功能障碍在脑与视网膜中呈现高度保守的病理通路,那么视网膜影像参数有望在疾病风险分层、进展监测及疗效评估中发挥作用。当然,过程实现需更大规模、前瞻性研究验证其特异性与敏感性,尤其是在不同疾病阶段与亚型中的应用价值。从产业层面看,这意味着两个潜在方向:其一,眼科影像平台可能成为神经系统疾病研究与药物开发的重要支撑工具;其二,跨器官机制整合有助于优化临床试验终点与患者分层策略。更进一步,若相关影像指标能够在症状出现前提示神经退行性风险,“以眼观脑”或将为中枢神经疾病的早筛与早干预提供新的技术路径。
本文文献:
Daskoulidou N, Nimmo J, Bright M, Yang Z, Nicholls LE, Morgan BP, Daskoulidou N, Zelek WM. Complement in brain and eye disease: shared mechanisms, convergent pathologies, and common therapeutic opportunities. Mamm Genome. 2026 Feb 3;37(1):33. doi: 10.1007/s00335-026-10199-3. PMID: 41632207; PMCID: PMC12868058.