MnSOD與年齡相關(guān)性黃斑變性相關(guān)性的研究進(jìn)展

任成達(dá)，于　靖

?

·文獻(xiàn)綜述·

MnSOD與年齡相關(guān)性黃斑變性相關(guān)性的研究進(jìn)展

任成達(dá)，于靖

Research progress of the relation between MnSOD and age-related macular degeneration

Citation:Ren CD, Yu J. Research progress of the relation between MnSOD and age-related macular degeneration.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(1):60-62

摘要

年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)是導(dǎo)致老年人不可逆性失明的最常見原因之一?；钚匝跻鸬难趸瘧?yīng)激作為年齡相關(guān)性疾病的危險(xiǎn)因素，證實(shí)與AMD的發(fā)病相關(guān)。錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)，作為機(jī)體一線抗氧化酶在視網(wǎng)膜中表達(dá)，已經(jīng)在動(dòng)物水平、細(xì)胞水平、患者水平三個(gè)層面證實(shí)與AMD發(fā)病相關(guān)。本文將對(duì)近年MnSOD與AMD相關(guān)性的研究進(jìn)展作出綜述。

關(guān)鍵詞：年齡相關(guān)性黃斑變性;錳超氧化物歧化酶;氧化應(yīng)激

引用：任成達(dá)，于靖.MnSOD與年齡相關(guān)性黃斑變性相關(guān)性的研究進(jìn)展.國際眼科雜志2016;16(1):60-62

0引言

年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)是導(dǎo)致老年人不可逆性失明最常見的原因之一，2010年全球約有800萬AMD患者[1]。AMD分為干性和濕性兩類。干性AMD的主要表現(xiàn)是脈絡(luò)膜玻璃膜疣(drusen)及黃斑區(qū)光感受器的萎縮。濕性AMD 的重要標(biāo)志則是脈絡(luò)膜新生血管(chronic neovascularization，CNV)。研究已證實(shí)氧化應(yīng)激與AMD的發(fā)病相關(guān)[2]。而錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)，作為機(jī)體的一線抗氧化酶能保護(hù)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激損傷并且在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中表達(dá)，可能在AMD的發(fā)病過程中起著關(guān)鍵的作用[3]。

1 MnSOD及其抗氧化應(yīng)激的作用機(jī)制

人MnSOD由線粒體內(nèi)的非線粒體DNA編碼，基因位于染色體6q25.3，擁有5個(gè)外顯子與4個(gè)內(nèi)含子[4]。MnSOD是SOD家族唯一一個(gè)維持需氧器官生存的必要蛋白，主要負(fù)責(zé)清除線粒體內(nèi)自由基，是保護(hù)組織和細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵酶。在正常人體中，活性氧(reactive oxygen species，ROS )的生成主要是作為線粒體內(nèi)電子傳遞鏈的副產(chǎn)品，其次也可以通過雌激素代謝生成[5-6]。2%～5%的氧經(jīng)過不完全降解而產(chǎn)生超氧陰離子自由基，隨之引起一系列的ROS產(chǎn)物生成。線粒體基質(zhì)中的MnSOD的作用機(jī)制是催化超氧陰離子自由基的歧化反應(yīng)，將之轉(zhuǎn)化為過氧化氫和氧，最后過氧化氫在谷胱甘肽過氧化物酶或過氧化物酶家族的作用下降解為水和氧氣。MnSOD可以有效地清除細(xì)胞中的ROS，保護(hù)其免受ROS的損傷[7]。過多的超氧陰離子自由基的生成會(huì)引起MnSOD活性增加，從而保護(hù)細(xì)胞，維持正常的生理環(huán)境。MnSOD已經(jīng)證實(shí)與多種氧化應(yīng)激相關(guān)性疾病相關(guān)，包括Alzheimer病、Parkinson病、缺血性卒中等許多年齡相關(guān)性疾病[8]。

2 AMD與氧化應(yīng)激

許多研究均表明氧化應(yīng)激與AMD的發(fā)病有密切的聯(lián)系，目前認(rèn)為ROS 在氧化應(yīng)激造成的視網(wǎng)膜色素上皮(retina pigment epithelium，RPE)損傷中扮演著重要的角色[2]。低水平的ROS對(duì)于維持氧化還原依賴性的生理過程如細(xì)胞內(nèi)信號(hào)調(diào)控，基因表達(dá)，免疫系統(tǒng)細(xì)胞激活等十分必要[9-10]。過多的ROS或體內(nèi)氧化應(yīng)激防御機(jī)制功能不全可以引起多種分子損傷，包括結(jié)構(gòu)蛋白和酶蛋白羥基化，DNA氧化，脂質(zhì)過氧化[11]。研究認(rèn)為，眼內(nèi)的富氧環(huán)境以及光暴露引起的慢性氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致RPE細(xì)胞代謝功能異常，吞噬功能下降[12]。這些細(xì)胞自我保護(hù)機(jī)制功能障礙更加重了ROS等細(xì)胞毒性物質(zhì)聚集[13]，高濃度的ROS會(huì)引起RPE細(xì)胞線粒體和溶酶體等細(xì)胞器的損傷以及自體吞噬功能不全[14]。最終致使脂褐質(zhì)生成增加、RPE細(xì)胞凋亡、drusen沉積、脈絡(luò)膜新生血管形成，導(dǎo)致AMD發(fā)病[15-16]。

3 AMD與MnSOD相關(guān)性的研究進(jìn)展

隨著近年來MnSOD與AMD發(fā)病的關(guān)系逐漸被關(guān)注，越來越多的研究圍繞兩者關(guān)系展開，主要基于小鼠MnSOD基因敲除、細(xì)胞內(nèi)MnSOD表達(dá)水平、人類MnSOD單核苷酸多態(tài)性三個(gè)方面。

3.1小鼠MnSOD基因敲除與AMD 近年MnSOD基因敲除與AMD發(fā)病的相關(guān)研究取得了重大進(jìn)展，各種動(dòng)物模型的成功建立不僅提示MnSOD的下降與AMD發(fā)病相關(guān)，更為日后在活體動(dòng)物上進(jìn)行AMD發(fā)病及治療的研究提供了基礎(chǔ)。Justilien等[17]使用巨細(xì)胞病毒肌動(dòng)蛋白(cytomegalovirus β-actin，CBA)作為啟動(dòng)因子，采用對(duì)小鼠視網(wǎng)膜下注射AAV-CBA-Rz432的方法降低MnSOD的mRNA及蛋白表達(dá)水平，達(dá)到敲低MnSOD的目的。并且保證了小鼠的存活時(shí)間，使得氧化應(yīng)激損傷可以持續(xù)發(fā)展，最終出現(xiàn)RPE及Brunch’s膜的形態(tài)學(xué)改變：氧化修飾蛋白的沉積，自體熒光水平升高，以及RPE與脈絡(luò)膜小疣中出現(xiàn)N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺色素(N-retinyl-N-retinylidene ethanol amine，A2E)等早期干性AMD的標(biāo)志性表現(xiàn)。這類動(dòng)物模型的優(yōu)勢(shì)在于直接作用于視網(wǎng)膜并且包含了一些公認(rèn)的AMD典型病變，對(duì)于開展AMD的動(dòng)物研究有重要意義。目前該模型作為AMD研究的動(dòng)物模型已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[18]。后續(xù)的研究中，Seo等[19]對(duì)小鼠注射AAV-Rz432并通過6mo的觀察發(fā)現(xiàn)小鼠同樣出現(xiàn)了視網(wǎng)膜空泡化，Bruch’s膜變薄等典型的地圖樣萎縮性改變，證實(shí)了Justilien的方法。為了改進(jìn)了上述方法，他們采用了RPE特異性VMD2替代CBA來介導(dǎo)Rz432表達(dá)，對(duì)小鼠注射AAV-VMD2-Rz432制造MnSOD基因敲低小鼠，同樣成功模擬了AMD模型，驗(yàn)證了MnSOD表達(dá)降低后引起視網(wǎng)膜-RPE-脈絡(luò)膜復(fù)合體氧化應(yīng)激相關(guān)性損傷導(dǎo)致的類AMD表現(xiàn)。再一次說明MnSOD在AMD發(fā)病過程中的重要性。Mao的研究中采用了Cre-Loxp重組酶系統(tǒng)敲除小鼠MnSOD基因外顯子3區(qū)域，將其替換為PVMD2-rtTA和tetO-PhCMV cre，使cre重組酶僅表現(xiàn)在RPE細(xì)胞中。在多西環(huán)素誘導(dǎo)下，小鼠RPE細(xì)胞中MnSOD表達(dá)下降，氧化應(yīng)激增強(qiáng)，導(dǎo)致RPE功能異常，脈絡(luò)膜損傷，感光細(xì)胞死亡。雖然沒有引起疣樣沉積，但這種模型已經(jīng)包含了干性AMD的幾個(gè)關(guān)鍵改變，并且已應(yīng)用到AMD治療的實(shí)驗(yàn)中[20]。

3.2細(xì)胞內(nèi)MnSOD表達(dá)水平與AMD 細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)證實(shí)MnSOD可以保護(hù)RPE細(xì)胞抗氧化應(yīng)激，減少細(xì)胞內(nèi)ROS生成，維持線粒體結(jié)構(gòu)完整與功能正常，提示其在AMD的發(fā)病過程中扮演了重要的角色。對(duì)MnSOD敲除小鼠的RPE細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)后，其MnSOD表達(dá)明顯降低，超氧自由基的含量明顯升高，這種變化導(dǎo)致單核巨噬細(xì)胞引起的RPE細(xì)胞凋亡明顯上升，與AMD的早期病變相似[21]，提示小鼠RPE細(xì)胞中MnSOD低表達(dá)，導(dǎo)致RPE細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力下降與AMD發(fā)病相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)AMD患者的RPE細(xì)胞中MnSOD表達(dá)水平較正常人低[22]，說明低MnSOD表達(dá)水平與AMD的發(fā)病相關(guān)。Khandakar等指出，抑制充滿A2E的ARPE-19細(xì)胞自體吞噬功能，會(huì)使得細(xì)胞內(nèi)MnSOD的mRNA及蛋白表達(dá)量下降，從而導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷加重并引起線粒體功能障礙，與AMD患者RPE細(xì)胞的改變一致[23-24]。Yang等[25]通過AMD患者RPE細(xì)胞誘發(fā)多能干細(xì)胞從而進(jìn)行AMD病變?cè)缙谘芯浚l(fā)現(xiàn)AMD易患位點(diǎn)2(age-related macular degeneration susceptibility, ARMS2)與高溫必須蛋白A1(high temperature requirement A1, HTRA1)風(fēng)險(xiǎn)等位基因的存在能夠降低MnSOD對(duì)細(xì)胞的保護(hù)，使得RPE細(xì)胞更容易受到氧化應(yīng)激的損傷。研究指出，MnSOD介導(dǎo)了姜黃素，17β雌二醇的抗氧化應(yīng)激作用。兩種物質(zhì)都可以通過上調(diào)MnSOD的表達(dá)，減少細(xì)胞內(nèi)ROS生成，提高細(xì)胞在氧化應(yīng)激狀態(tài)下的活性，在維持RPE結(jié)構(gòu)與功能正常方面發(fā)揮重要的作用[22, 26]。由此可見，MnSOD在視網(wǎng)膜氧化應(yīng)激的保護(hù)方面扮演了重要的角色，與AMD的發(fā)病密切相關(guān)。

3.3人類MnSOD單核苷酸多態(tài)性與AMD MnSOD最常見的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)位于密碼子16，該位點(diǎn)的T-C轉(zhuǎn)換使得纈氨酸轉(zhuǎn)化為丙氨酸。研究表明，由于丙氨酸型MnSOD的α-螺旋結(jié)構(gòu)替代了纈氨酸型MnSOD的β-片層結(jié)構(gòu)，使其在轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體時(shí)效率升高，從而影響MnSOD的抗氧化應(yīng)激功能[27]。許多研究指出，由單核苷酸多態(tài)性導(dǎo)致的MnSOD效率差異在多種疾病的發(fā)病過程中扮演重要角色，包括2型糖尿病，心血管疾病，腫瘤等[28]。

研究人員通過比較患者組和對(duì)照組特定位點(diǎn)的基因頻率，從遺傳學(xué)角度分析MnSOD與AMD的關(guān)系。最早的報(bào)道來自于Kimura等[29]，他們指出MnSOD線粒體靶向序列Ala-9Val位點(diǎn)中纈氨酸與丙氨酸之間的轉(zhuǎn)換與MnSOD加工效率相關(guān)，其中纈氨酸型人群的MnSOD轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體時(shí)更慢。在日本人群中的研究發(fā)現(xiàn)，AMD患者組該位點(diǎn)的丙氨酸基因頻率明顯高于對(duì)照組，從遺傳方面證明了MnSOD與AMD之間的聯(lián)系。隨后Kowalski等[30]對(duì)該位點(diǎn)進(jìn)行研究，證實(shí)了Kimura的結(jié)論。然而后續(xù)針對(duì)該位點(diǎn)的研究中，在日本人種的研究及西班牙人種的研究均否定了之前的結(jié)論[31-33]。針對(duì)rs2842992位點(diǎn)與AMD的相關(guān)性在中國漢族人群中進(jìn)行的研究[34]以及針對(duì)rs5474613位點(diǎn)在日本人群中進(jìn)行研究[33]都沒有證據(jù)表明該位點(diǎn)的單核苷酸多態(tài)性與AMD發(fā)病相關(guān)。MnSOD與AMD在單核苷酸多態(tài)性方面的研究尚不全面，由于不同個(gè)體體內(nèi)ROS的生成與其飲食，體育鍛煉以及其他環(huán)境因素關(guān)系密切。同時(shí)人種差異與篩選方法的不同，基因型分型方法不同，現(xiàn)有的幾項(xiàng)研究得出的結(jié)論差異較大，MnSOD單核苷酸多態(tài)性與AMD有無聯(lián)系仍不能確定。鑒于MnSOD在AMD發(fā)病過程中的重要性，仍然需要樣本更大的基因分型方法更準(zhǔn)確的對(duì)照試驗(yàn)來進(jìn)一步確定MnSOD與AMD在單核苷酸多態(tài)性方面的聯(lián)系。

4展望

盡管AMD的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，氧化應(yīng)激作為AMD的可能發(fā)病機(jī)制之一備受關(guān)注。研究表明氧化應(yīng)激條件下引起的脈絡(luò)膜、視網(wǎng)膜損傷，感光細(xì)胞死亡，與AMD患者相似均可能表明氧化應(yīng)激與AMD發(fā)病相關(guān)[35-36]。因此，MnSOD可能作為AMD研究的一個(gè)新靶點(diǎn)，為AMD的發(fā)病機(jī)制研究及治療提供一個(gè)新思路。

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Cheng-Da Ren, Jing Yu

Foundation item:National Natural Science Foundation of China (No.81470648)

Department of Ophthalmology, Tenth People’s Hospital of Tongji University, Shanghai 200072, China

Correspondence to:Jing Yu.Department of Ophthalmology, Tenth People’s Hospital of Tongji University, Shanghai 200072, China. dryujing@aliyun.com

Received：2015-08-25Accepted：2015-12-09

Abstract
?Age-related macular degeneration (AMD) is one of the leading causes of senile irreversible blindness. The oxidative stress caused by reactive oxygen species (ROS), as a risk factor of AMD, plays a role in the pathogenesis of AMD. Manganese superoxide dismutase (MnSOD), as one of the first line antioxidant enzymes, could be expressed in retina cells.It has been demonstrated that MnSOD is correlated with AMD and has been confirmed in animals, cellular level, and patients. This article reviewed the recent literatures on the research and progress of the relation between MnSOD and AMD.

KEYWORDS:?age-related macular degeneration;manganese superoxide dismutase;oxidative stress

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.1.15

收稿日期：2015-08-25 修回日期： 2015-12-09

通訊作者：于靖，博士，副主任醫(yī)師，同濟(jì)大學(xué)副教授，研究方向：玻璃體疾病、黃斑變性.dryujing@aliyun.com

作者簡介：任成達(dá)，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，碩士，研究方向：黃斑變性。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.81470648)
作者單位：(200072)中國上海市，同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院眼科