線粒體功能障礙與年齡相關(guān)性黃斑變性研究進(jìn)展

顏世廣

(濟(jì)南市明水眼科醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250200)

線粒體在不同的細(xì)胞中密度不同，在代謝活躍的細(xì)胞如視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中大量表達(dá)。氧化性損傷導(dǎo)致的線粒體功能障礙已經(jīng)成為衰老性疾病的發(fā)病機(jī)制之一〔1〕。越來越多的證據(jù)表明線粒體功能障礙與視網(wǎng)膜疾病之間存在聯(lián)系。

1 線粒體是細(xì)胞功能和代謝方面起重要作用的細(xì)胞器

它的主要作用是產(chǎn)生腺苷三磷酸，控制細(xì)胞代謝和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，線粒體內(nèi)膜和外膜由磷脂雙分子層組成，含有大量的鑲嵌蛋白。線粒體基因組不穩(wěn)定性是年齡相關(guān)性疾病的促成因素。由氧化性應(yīng)激導(dǎo)致的線粒體功能障礙在年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)發(fā)病機(jī)制中起不可忽視的作用。視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞線粒體對(duì)氧化性損傷易感性表明線粒體在視網(wǎng)膜細(xì)胞抗氧化防御體系中是一個(gè)脆弱的環(huán)節(jié)〔2〕。

2 線粒體功能障礙與AMD分子水平聯(lián)系

有證據(jù)表明在AMD發(fā)病機(jī)制中線粒體功能障礙起重要作用，AMD與線粒體蛋白變異物、AMD敏感性2蛋白(LOC387715/ARMS2)之間存在聯(lián)系。AMD遺傳變異在兩個(gè)染色體位點(diǎn)1q32和10q26可引發(fā)重大疾病風(fēng)險(xiǎn)。許多研究一致得到共識(shí)即1q32和10q26區(qū)域同時(shí)隱藏著第一個(gè)和第二大主要的AMD易感性遺傳定子〔3〕。早期研究證明染色體1q32作為易感性位點(diǎn)(補(bǔ)體因子H)與線粒體沒有任何聯(lián)系，在10q26信號(hào)附近重疊的兩個(gè)基因：LOC387715/ARMS2和HTRA1/RRSS11，LOC387715/ARMS2基因表達(dá)一種功能未明的位于線粒體的蛋白，LOC387715/ARMS2多態(tài)性通過調(diào)節(jié)這個(gè)基因功能影響AMD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步說明，LOC387715/ARMS2的調(diào)節(jié)或活性改變都有可能影響AMD易感性〔4〕。

在線粒體腦肌病伴乳酸血癥和腦卒中樣發(fā)作(MELAS)的A3243GmtDNA突變患者中，75%個(gè)體檢測到視網(wǎng)膜色素異常情況和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(RPE)細(xì)胞萎縮這些與早期AMD相似的表現(xiàn)〔5〕。對(duì)于蛋白質(zhì)、脂類和DNA，AMD氧化性應(yīng)激假說表明氧化性損傷累積可導(dǎo)致疾病的惡化。在患有AMD的人類捐獻(xiàn)者眼球中發(fā)現(xiàn)選擇性氧化還原蛋白(增加氧化性應(yīng)激的指示劑)變化和蛋白表達(dá)改變，因此線粒體紊亂后生物能量代謝改變可以作為黃斑變性和AMD發(fā)病特征在黃斑部視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞被表達(dá)。Feher〔6〕研究表明，隨著年齡的增長AMD患者中視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中線粒體數(shù)量和面積以及嵴和皮質(zhì)密度相比于正常年齡的人群顯著降低，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)除了mtDNA變化以外，線粒體功能障礙中線粒體膜的改變也起到了至關(guān)重要的作用〔7〕。

在AMD研究中，線粒體功能障礙的證據(jù)僅局限于對(duì)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的研究，也有部分研究將重點(diǎn)放于線粒體RNA損傷和視網(wǎng)膜修復(fù)方面，Barreau等〔8〕已經(jīng)明確在老年人視網(wǎng)膜中線粒體DNA呈缺失狀態(tài)。隨著衰老的進(jìn)展，在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和嚙齒類動(dòng)物脈絡(luò)膜中也觀察到線粒體DNA損傷增加和修復(fù)能力降低；線粒體呼吸功能減少。因此，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的線粒體DNA損傷與衰老有關(guān)，并且在AMD的發(fā)病進(jìn)程中可以作為一個(gè)易感性因素。細(xì)胞結(jié)構(gòu)研究表明：當(dāng)暴露于氧化劑或烷化劑環(huán)境中，人類視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中線粒體DNA受到損傷，但是核DNA是否損傷還未證明。在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中核DNA對(duì)于氧化性應(yīng)激的損傷修復(fù)比較迅速。從另一方面說明線粒體DNA損傷修復(fù)比較緩慢。在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞對(duì)抗氧化性損傷防御體系中線粒體是一個(gè)脆弱的環(huán)節(jié)，線粒體DNA損傷的最后結(jié)果是線粒體代謝活性降低和凋亡傾向性增加。有證據(jù)〔9〕表明在人類視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞用H2O2處理導(dǎo)致線粒體DNA損傷，由于修復(fù)機(jī)制受損導(dǎo)致線粒體氧化還原功能受損，這些發(fā)現(xiàn)表明線粒體tRNA對(duì)于氧化性損傷的易感性。

3 線粒體功能障礙對(duì)于AMD的臨床意義

AMD治療對(duì)于眼科專家來說極具挑戰(zhàn)性。在新生血管濕性AMD治療中，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)-信號(hào)通路治療策略已經(jīng)取得部分成功；然而對(duì)于干性AMD至今沒有確定的醫(yī)學(xué)治療方法〔10〕。在AREDS研究中抗氧化劑對(duì)于延遲AMD發(fā)病進(jìn)程的后期階段的潛在性應(yīng)用已經(jīng)被證實(shí)過，然而這項(xiàng)研究成功可能有局限性，飲食性抗氧化劑在上皮細(xì)胞中提供不同的亞細(xì)胞保護(hù)。為支持視網(wǎng)膜變性治療概念，由Jarrett等〔11〕進(jìn)行的研究進(jìn)一步證明飲食干預(yù)對(duì)海馬回線粒體DNA可以提供抗氧化性保護(hù)，并且能降低大鼠中的活性氧簇(ROS)水平。研究表明在培養(yǎng)的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中，Bcl-2過度表達(dá)、褪黑激素、抗壞血酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶可以阻止線粒體DNA損傷。幾項(xiàng)研究報(bào)道SOD2上調(diào)、白藜蘆醇、N-叔丁基羥胺、A-晶狀體蛋白和L-肉堿可以保護(hù)和抵抗視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的線粒體功能障礙〔12〕。這些抗氧化劑是否僅僅通過減少ROS水平或通過更多的針對(duì)線粒體DNA直接的效應(yīng)起作用還需要進(jìn)一步闡明。

在AMD中，線粒體膜改變已經(jīng)具有直接的現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)轶w內(nèi)、體外研究表明對(duì)于線粒體功能障礙，線粒體膜可以作為一個(gè)靶點(diǎn)，對(duì)線粒體膜有特殊親和力的復(fù)合物(線粒體磷脂囊泡復(fù)合物)可以修復(fù)線粒體功能。在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中，伴隨著脂褐素相當(dāng)數(shù)量的積累，線粒體膜改變可以導(dǎo)致氧化性損傷可以如脂質(zhì)代謝損傷、細(xì)胞凋亡，這些都是晚期AMD的特征性表現(xiàn)〔13〕。對(duì)于阻止AMD，促進(jìn)脂類代謝改善可以是一個(gè)創(chuàng)新的治療方法，因?yàn)榫€粒體和過氧化物酶類都在脂質(zhì)進(jìn)行生物合成與分解代謝。在早期AMD通過結(jié)合線粒體脂質(zhì)囊泡復(fù)合物如乙酰肉堿(ALC)和ω-3脂肪酸、輔酶Q10，維生素E來改善視網(wǎng)膜的功能。一項(xiàng)隨機(jī)的、雙盲安慰劑對(duì)照組臨床試驗(yàn)表明在早期AMD患者中，聯(lián)合應(yīng)用ALC，ω-3脂肪酸和輔酶Q10后癥狀得到改善并且?guī)醉?xiàng)視覺功能得到穩(wěn)定〔14〕。這些結(jié)果表明以線粒體功能恢復(fù)為策略的治療方法具有一定的前景，可以作為AMD預(yù)防治療的一項(xiàng)新研究。

4 參考文獻(xiàn)

1Jarrett SG，Lin H，Godley BF，etal.Mitochondrial DNA damage and its potential role in retinal degeneration〔J〕.Prog Retin Eye Res,2008；27：596-607.

2Fritsche LG，Loenhardt T，Janssen A,etal.Age-related macular degeneration is associated with an unstable ARMS2(LOC387715) mRNA〔J〕.Nat Genet,2008；40：892-6.

3Jones M，Mitchell P，Wang JJ，etal.MELAS A3243G mitochondrial DNA mutation and age related maculopathy〔J〕.Am J Ophthalmol,2004；138：1051-3.

4Decanini A，Nordgaard CL，F(xiàn)eng X，etal.Changes in select redox proteins of the retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration〔J〕.Am J Ophthalmol,2007；143：607-15.

5Kanda A，Chen W，Othman M,etal.A variant of mitochondrial protein LOC387715/ARMS2，not HTRA1，is strongly associated with age-related macular degeneration〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2007；104：16227-32.

6Feher J,Kovacs I,Artico M，etal.Mitochondrial alterations of retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration〔J〕.Neurobiol Aging,2006；27：983-93.

7Wang AL，Lukas TJ，Yuan M，etal.Increased mitochondrial DNA damage and down-regulation of DNA repair enzymes in aged rodent retinal pigment epithelium and choroid〔J〕.Mol Vis,2008；14：644-51.

8Barreau E,Brossas JY,Courtois Y，etal.Accumulation of mitochondrial DNA deletions in human retina during aging〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci,1996；37:384-91.

9Yousif LF，Stewart KM，Kelley SO.Targeting mitochondria with organelle-specific compounds：strategies and applications〔J〕.Chembiochemistry,2009；10：1939-50.

10Barot M，Gokulgandhi MR，Haghnegahdar M，etal.Effect of emergence of fluoroquinolone resistance on intrinsic expression of P-glycoprotein phenotype in corneal epithelial cells〔J〕.J Ocul Pharmacol Ther,2011;10:729-38.

11Jarrett 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；39：213-23.

12Choudhury F，Varma R，McKean-Cowdin R，etal.Risk factors for four-year incidence and progression of age-related macular degeneration：the Los Angeles Latino Eye Study〔J〕.Am J Ophthalmol,2011；152：385-95.

13Seddon JM，Reynolds R，Yu Y，etal.Risk models for progression to advanced age-related macular degeneration using demographic，environmental，genetic，and ocular factors〔J〕.Ophthalmology,2011；118：2203-11.

14Brechner RJ，Rosenfeld PJ，Babish JD，etal.Pharmacotherapy for neovascular age-related macular degeneration：an analysis of the 100% 2008 medicare fee-for-service part B claims file〔J〕.Am J Ophthalmol,2011；151：887-95.