視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞損傷機(jī)制研究進(jìn)展

蔡 莉 易敬林

正常情況下，視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整對維持正常視網(wǎng)膜功能非常重要，RPE細(xì)胞一旦死亡便不能再生，只有依靠鄰近RPE細(xì)胞的擴(kuò)張和移行來填補(bǔ)缺損區(qū)。而RPE細(xì)胞的損傷或增殖在許多視網(wǎng)膜疾病的發(fā)病過程中起著重要的作用，它主要參與了年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)、視網(wǎng)膜色素變性(retintis pigmentosa，RP)、增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變(proliferative vitreoretinopathy，PVR)等疾病的發(fā)生發(fā)展。因此，研究這些病理過程以明確RPE細(xì)胞損傷的機(jī)制是一種新的方法。Esser等[1]首先發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的人RPE細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞凋亡受體CD95。進(jìn)一步研究證明，光照和氧化可降低RPE細(xì)胞活性和Bcl-2表達(dá)，并可以增加細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)、凋亡細(xì)胞數(shù)和 Bax 表達(dá)[2]。Du 等[3]用無血清、葡萄糖和含氧的培養(yǎng)基模擬缺血狀態(tài)培養(yǎng)RPE細(xì)胞，檢測到在缺血狀態(tài)下參與凋亡的Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9活性增高，證實(shí)缺血可以誘導(dǎo)RPE細(xì)胞凋亡。

1 氧化應(yīng)激反應(yīng)

氧化應(yīng)激損傷是許多眼科疾病的病理過程之一，目前認(rèn)為與吸煙相關(guān)性最高，包括強(qiáng)光、營養(yǎng)障礙和遺傳因素等都能導(dǎo)致疾病的發(fā)生。最新研究顯示:年齡、氧化損傷和親氧化劑溶酶體脂褐素積累會(huì)導(dǎo)致AMD的RPE細(xì)胞功能下降[4]。其機(jī)制包括自由基損害、鈣超載和內(nèi)源性神經(jīng)酰胺(ceramide，CM)途徑的激活等。RPE細(xì)胞正常情況下就能產(chǎn)生相對高濃度的氧自由基;與此同時(shí)，隨著年齡的增加，機(jī)體自身抗氧化機(jī)制逐漸減弱。因此，在許多眼科疾病中RPE細(xì)胞的功能障礙早期出現(xiàn)。隨著AMD研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)AMD的RPE細(xì)胞早期損傷與細(xì)胞凋亡有密切關(guān)系。Qian等[5]發(fā)現(xiàn)氧化劑H2O2可誘導(dǎo)人RPE細(xì)胞高水平凋亡，胞內(nèi)脂質(zhì)第二信使CM的含量同時(shí)增高;還有研究也發(fā)現(xiàn)HMG-CoA因子、ADP-核糖聚合酶可以保護(hù)氧化應(yīng)激損傷引起的細(xì)胞損傷和凋亡[6]，OT-551可以保護(hù)光損傷大鼠RPE[7]，并且通過暗適應(yīng)調(diào)節(jié)可以減少視網(wǎng)膜脫離引起的 RPE損傷[8]?；钚缘鞍准っ?JNK、P38和ASK1)和AMD小鼠模型的RPE細(xì)胞產(chǎn)生的ROS也會(huì)導(dǎo)致RPE細(xì)胞凋亡[9]。

2 藍(lán)光損傷機(jī)制

藍(lán)光是造成RPE損傷的危險(xiǎn)因素之一，視網(wǎng)膜光損傷分為I級損傷和Ⅱ級損傷，藍(lán)光主要引起Ⅱ級損傷。Roehlecke等[10]在1966年首先發(fā)現(xiàn)一定量的可見光可引起實(shí)驗(yàn)小鼠的視網(wǎng)膜損傷。適宜的藍(lán)色光照射劑量顯著減少人ARPE-19細(xì)胞代謝活性，并且會(huì)增加ROS在細(xì)胞內(nèi)水平。Seko等[11]報(bào)道，大鼠RPE細(xì)胞在高強(qiáng)度藍(lán)光照射下會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞壞死，體外培養(yǎng)豬RPE細(xì)胞出現(xiàn)熒光增多、脂褐質(zhì)成分增加。用藍(lán)光照射體外培養(yǎng)的人RPE細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，RPE細(xì)胞出現(xiàn)損傷，損傷程度呈光照強(qiáng)度和光照時(shí)間依賴性[12]。后進(jìn)一步證實(shí)這種損傷過程與線粒體膜電位降低、細(xì)胞色素C釋放有關(guān)。最近有報(bào)道Acry-Sof天然過濾器(紫外和藍(lán)色光過濾生色)可降低藍(lán)光誘導(dǎo)人的RPE細(xì)胞凋亡[13]，那么我們可以進(jìn)一步探討這種過濾器的濾過藍(lán)光的成分，并把它緊密與臨床相結(jié)合，探索出減少藍(lán)光損傷的臨床應(yīng)用的裝置。

3 高糖

持續(xù)的缺氧和高糖狀態(tài)可造成RPE細(xì)胞不同程度的損傷，導(dǎo)致DR的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，高糖可以造成RPE細(xì)胞的損傷，在山羊視網(wǎng)膜周細(xì)胞，色素上皮衍生因子(PEDF)通過激活PI3K/Akt;進(jìn)而下調(diào)高血糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[14]。高濃度葡萄糖可以引起培養(yǎng)的人RPE細(xì)胞氧化損傷，使細(xì)胞形態(tài)和活力發(fā)生變化，損傷的機(jī)制可能是高糖誘導(dǎo)RPE細(xì)胞產(chǎn)生大量ROS，同時(shí)使細(xì)胞抗氧化能力下降，激活RPE細(xì)胞p38MAPK，經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，過量ROS通過細(xì)胞毒作用和細(xì)胞抑制作用造成RPE細(xì)胞損傷，參與DR的發(fā)生發(fā)展[15]。

4 機(jī)械牽拉、高鈣

研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械牽拉是RPE細(xì)胞的損傷因素，機(jī)械牽拉RPE細(xì)胞能顯著增加Ca2+內(nèi)流，Ca2+內(nèi)流可能是RPE細(xì)胞損傷前的信號[16]。而且體外實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞內(nèi)鈣超載是高濃度H2O2誘導(dǎo)人ARPE-19細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵一步[17]。與此同時(shí)發(fā)現(xiàn)，P2X受體，特別是P2X7受體通過激活A(yù)TP和BzATP誘導(dǎo)的Ca2+信號導(dǎo)致RPE細(xì)胞凋亡[18]。最近一項(xiàng)研究結(jié)果顯示:單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1激活的單核細(xì)胞誘導(dǎo)人RPE細(xì)胞凋亡與Ca2+、活性氧(ROS)參與有關(guān)[19]。以上結(jié)果都表明，機(jī)械牽拉和高鈣都有可能是造成RPE細(xì)胞損傷的因素。

5 脂質(zhì)沉積

為了明確脂褐質(zhì)對RPE細(xì)胞功能的影響，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的RPE細(xì)胞中加入感光細(xì)胞外節(jié)(photoreceptor outer segments，POS)后，改變 Ca2+濃度可以啟動(dòng)RPE細(xì)胞內(nèi)脂褐素的積累，使RPE細(xì)胞中脂褐質(zhì)積累增加，進(jìn)而造成RPE細(xì)胞功能的損傷[20-21]。

6 RP

RP是感光細(xì)胞損失導(dǎo)致的遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)障礙疾病，本病為一種嚴(yán)重遺傳病，目前對于限制疾病的進(jìn)展和恢復(fù)視覺尚無特效療法。最近研究發(fā)現(xiàn)，RPE細(xì)胞可能是影響RP中RNA剪接因子的主要細(xì)胞類型[22]，這意味著RPE細(xì)胞可能在RP疾病中承擔(dān)著重要角色。

7 小結(jié)

總之，隨著年齡逐漸增長，人體內(nèi)RPE細(xì)胞內(nèi)線粒體功能下降、黑色素含量持續(xù)減少，而脂褐素含量不斷增加，RPE細(xì)胞對氧化應(yīng)激、藍(lán)光損傷、缺血缺氧及Ca2+濃度的變化變得更加敏感，并且損傷后RPE細(xì)胞功能障礙很難恢復(fù)。最近有研究在MRL/MpJ小鼠可見RPE細(xì)胞的損傷修復(fù)[23]。這些結(jié)果表明，如果視網(wǎng)膜損傷嚴(yán)重，內(nèi)源性再生是無效的，并最終可能需要輔助移植治療，為內(nèi)源性骨髓修復(fù)受損的視網(wǎng)膜組織細(xì)胞替代療法在眼科的應(yīng)用提供新的可能[24-27]。線粒體、脂褐素和黑色素的年齡相關(guān)性改變，在一定程度上促進(jìn)了一些老年性疾病的發(fā)生和發(fā)展，如AMD。全身循環(huán)的造血干細(xì)胞出現(xiàn)在RPE細(xì)胞損傷的小鼠模型的視網(wǎng)膜下，并明確為RPE-65[28]。探討RPE細(xì)胞病理機(jī)制，我們可以明確與RPE損傷相關(guān)的視網(wǎng)膜疾病的發(fā)病機(jī)制，探討治療視網(wǎng)膜疾病的新途徑。探討RPE細(xì)胞的損傷機(jī)制可以為損傷因子的抑制劑在臨床的應(yīng)用提供動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。因此，積極探索視網(wǎng)膜光損傷的病理機(jī)制，對于制定有效的防治措施、降低玻璃體視網(wǎng)膜相關(guān)疾病的發(fā)病率均具有重要的意義。

1 Esser P，Heimann K，Abts H，F(xiàn)ontana A，Weller M.CD95(Fas/APO-1)antibody-mediated apoptosis of human retinal pigment epithelial cells[J].Biochem Biophys Res Commun，1995，213(3):1026-1034.

2 Kernt M，Thiele S，Hirneiss C，Neubauer AS，Lackerbauer CA，Ulbig MW ，et al.The role of light in the developement of RPE degeneration in AMD and potential cytoprotection of minocycline[J].Klin Monbl Augenheilkd，2011，228(10):892-899.

3 Du ZJ，Yamamoto T，Ueda T，Suzuki M，Tano Y，Kamei M.Activated protein C rescues the retina from ischemia-induced cell death[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2011，52(2):987-993.

4 Yu CC，Nandrot EF，Dun Y，F(xiàn)innemann SC.Dietary antioxidants prevent age-related retinal pigment epithelium actin damage and blindness in mice lacking αVβ5 integrin[J].Free Radic Biol Med，2012，52(3):660-670.

5 Qian J，Keyes KT，Long B，Chen G，Ye Y.Impact of HMG-CoA reductase inhibition on oxidant-induced injury in human retinal pigment epithelium cells[J].J Cell Biochem，2011，112(9):2480-2489.

6 Jarrett SG，Boulton ME.Poly(ADP-ribose)polymerase offers protection against oxidative and alkylation damage to the nuclear and mitochondrial genomes of the retinal pigment epithelium[J].Ophthalmic Res，2007，39(4):213-223.

7 Tanito M，Li F，Anderson RE.Protection of retinal pigment epithelium by OT-551 and its metabolite TEMPOL-H against light-induced damage in rats[J].Exp Eye Res，2010，91(1):111-114.

8 Iribarne M，Canto-Soler MV，Torbidoni V，Suburo AM.Controlling retinal pigment epithelium injury after experimental detachment of the retina[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2007，48(3):1348-1354.

9 Roduit R，Schorderet DF.MAP kinase pathways in UV-induced apoptosis of retinal pigment epithelium ARPE19 cells[J].Apoptosis，2008，13(3):343-353.

10 Roehlecke C，Schaller A，Knels L，F(xiàn)unk RH.The influence of sublethal blue light exposure on human RPE cells[J].Mol Vis，2009，15:1929-1938.

11 Seko Y，Pang J，Tokoro T ，Ichinose S，Mochizuki M.Blue light-induced apoptosis in cultured retinal pigment epithelium cells of the rat[J].Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2001，239(1):47-52.

12 Szaflik JP，Janik-Papis K，Synowiec E，Ksiazek D，Zaras M，Wozniak K，et al.DNA damage and repair in age-related macular degeneration[J].Mutat Res，2009，669(1-2):169-176.

13 Rezai KA，Gasyna E，Seagle BL，Norris JR Jr，Rezaei KA.AcrySof Natural filter decreases blue light-induced apoptosis in human retinal pigment epithelium[J].Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2008，246(5):671-676.

14 Haribalaganesh R，Sheikpranbabu S，Elayappan B，Venkataraman D，Gurunathan S.Pigment-epithelium-derived factor down regulates hyperglycemia-induced apoptosis via PI3K/Akt activation in goat retinal pericytes[J].Angiogenesis，2009，12(4):381-389.

15 Miranda S，González-Rodriguez á，García-Ramírez M ，Revuelta-Cervantes J，Hernández C，Simó R，et al.Beneficial effects of fenofibrate in retinal pigment epithelium by the modulation of stress and survival signaling under diabetic conditions[J].J Cell Physiol，2012，227(6):2352-2362.

16 Sheu SJ，Wu SN，Hu DN.Stretch-stimulated activity of large conductance calcium-activated potassium channels in human retinal pigment epithelial cells[J].J Ocul Pharmacol Ther，2005，21(6):429-435.

17 Li GY，F(xiàn)an B，Zheng YC.Calcium overload is a critical step in programmed necrosis of ARPE-19 cells induced by high-concentration H2O2[J].Biomed Environ Sci，2010，23(5):371-377.

18 Yang D，Elner SG，Clark AJ，Hughes BA，Petty HR，Elner VM.Activation of P2X receptors induces apoptosis in human retinal pigment epithelium[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2011，52(3):1522-1530.

19 Yang D，Elner SG，Chen X，F(xiàn)ield MG，Petty HR，Elner VM.MCP-1-activated monocytes induce apoptosis in human retinal pigment epithelium[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2011，52(8):6026-6034.

20 Wu Y，Zhou J，F(xiàn)ishkin N，Rittmann BE，Sparrow JR.Enzymatic degradation of A2E，a retinal pigment epithelial lipofuscin bisretinoid[J].J Am Chem Soc，2011，133(4):849-857.

21 Zhang L，Hui YN，Wang YS，Ma JX，Wang JB，Ma LN.Calcium overload is associated with lipofuscin formation in human retinal pigment epithelial cells fed with photoreceptor outer segments[J].Eye(Lond)，2011，25(4):519-527.

22 Graziotto JJ，F(xiàn)arkas MH，Bujakowska K，Deramaudt BM，Zhang Q，Nandrot EF，et al.Three gene-targeted mouse models of RNA splicing factor RP show late-onset RPE and retinal degeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2011，52(1):190-198.

23 Xia H，Krebs MP，Kaushal S，Scott EW.Enhanced retinal pigment epithelium regeneration after injury in MRL/MpJ mice[J].Exp Eye Res，2011，93(6):862-872.

24 Li Y，Atmaca-Sonmez P，Schanie CL，Ildstad ST，Kaplan HJ，Enzmann V.Endogenous bone marrow derived cells express retinal pigment epithelium cell markers and migrate to focal areas of RPE damage[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2007，48(9):4321-4327.

25 Li Y，Reca RG，Atmaca-Sonmez P，Ratajczak MZ，Ildstad ST，Kaplan HJ，et al.Retinal pigment epithelium damage enhances expression of chemoattractants and migration of bone marrow-derived stem cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2006，47(4):1646-1652.

26 Harris JR，Brown GA，Jorgensen M，Kaushal S，Ellis EA，Grant MB，et al.Bone marrow-derived cells home to and regenerate retinal pigment epithelium after injury[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2006，47(5):2108-2113.

27 Machalin'ska A，Klos P，Baumert B，Báskiewicz M，Kawa M，Rudnicki M ，et al.Stem cells are mobilized from the bone marrow into the peripheral circulation in response to retinal pigment epithelium damage--a pathophysiological attempt to induce endogenous regeneration[J].Curr Eye Res，2011，36(7):663-672.

28 Atmaca-Sonmez P，Li Y，Yamauchi Y，Schanie CL，Ildstad ST，Kaplan HJ，et al.Systemically transferred hematopoietic stem cells home to the subretinal space and express RPE-65 in a mouse model of retinal pigment epithelium damage[J].Exp Eye Res，2006，83(5):1295-1302.