吸煙與年齡相關性黃斑變性關聯(lián)性的研究進展

安　娜(綜述),莊曾淵，梁麗娜(審校)

(中國中醫(yī)科學院眼科醫(yī)院實驗室，北京 100040)

吸煙與年齡相關性黃斑變性關聯(lián)性的研究進展

安娜△(綜述),莊曾淵※，梁麗娜(審校)

(中國中醫(yī)科學院眼科醫(yī)院實驗室，北京 100040)

摘要：年齡相關性黃斑變性(AMD)是一種黃斑區(qū)的老年性退行性病變，隨著我國人口老齡化的日益加重，本病已成為致盲的主要眼病之一。受環(huán)境與遺傳基因的綜合影響，其中吸煙是最重要的環(huán)境因素，也是唯一可控的因素。吸煙導致AMD發(fā)生的可能作用機制包括氧化應激，抗氧化劑消耗，補體活化和血管改變，引起視網(wǎng)膜色素上皮細胞的正常生理結(jié)構破壞、功能損傷和數(shù)量減少，形成干性(又稱萎縮性)AMD，而目前尚無有效治療方法。

關鍵詞：年齡相關性黃斑變性；吸煙；氧化應激；機制；抗氧化劑

年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)是一種危及50歲以上中老年人并導致中心視力損害的主要眼病，是西方國家老年人低視力和致盲的首要原因[1]。我國隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口老齡化，由AMD造成的視力損害也逐漸凸顯，嚴重影響了生活質(zhì)量。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，AMD的發(fā)病隨年齡增長而增多，在60～69、70～79、80歲以上各年齡段人群中，AMD的檢出率分別為6.23%、14.98%和29.91%[2]。2002年對上海市靜安區(qū)曹家渡街道進行AMD發(fā)病率普查時發(fā)現(xiàn)，50歲以上人群中AMD的發(fā)病率高達15.5%，其中干性AMD占88.1%[3]。2007年對北京市西長安街社區(qū)進行AMD發(fā)病率調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，50歲以上人群中早期AMD患病率為2.98%，而晚期AMD僅為0.30%[4]，說明干性或早期AMD的患病率更高。AMD的病因及發(fā)病機制被認為是環(huán)境與遺傳基因相互作用的復雜結(jié)果[5-6]，其中吸煙是最重要的環(huán)境影響因素[7-8]。進一步探究由香煙煙霧暴露影響的AMD的生物過程將更好地了解其發(fā)病機制?，F(xiàn)對吸煙與AMD之間的關聯(lián)性進行綜述。

1流行病學調(diào)查

來自多機構的流行病學調(diào)查顯示，吸煙可使患AMD風險平均增加2～4倍，且影響其進展[9-10]。通過前瞻性試驗研究、病例對照研究和橫斷面研究后發(fā)現(xiàn)與不吸煙者相比吸煙者發(fā)生AMD的危險性增高，三種不同研究方法其OR(95%CI)分別為1.86 (1.27～2.73)，1.78 (1.52～2.09)，3.58(2.68～4.79)[10-14]，另外，吸煙與AMD之間存在明顯的劑量依賴性，吸煙超過40年者與從未吸煙者相比，OR(95%CI)為2.75(1.22～6.20)，煙齡<20年者即使戒煙后其患病率仍高于未吸煙者[15]。

2發(fā)病機制

視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)是眼胚胎學上來自神經(jīng)外胚葉而分化成的具有分泌功能的上皮細胞，具有抗氧化、維持血-視網(wǎng)膜屏障以及吞噬感光細胞外節(jié)段和細胞外基質(zhì)等重要生理功能，在維持正常眼底結(jié)構和視功能方面至關重要。藍山眼科研究計劃研究結(jié)果顯示吸煙增加了RPE形態(tài)異?；某潭?，年齡相關性眼病研究團隊通過研究得出結(jié)論:吸煙與干性AMD相關，干性AMD以RPE進行性萎縮和RPE細胞凋亡為特征[16]。Fujihara等[17]發(fā)現(xiàn)在動物模型中，慢性吸煙損傷造成了包括RPE細胞膜折疊、細胞內(nèi)空泡和Bruch膜增厚等超微細胞結(jié)構改變，以及RPE細胞凋亡的早期AMD特征病理改變。吸煙引起的RPE細胞內(nèi)的改變與AMD發(fā)病之間的聯(lián)系尚無定論。

2.1吸煙引發(fā)氧化損傷

2.1.1氧化應激吸煙直接激發(fā)氧化應激，使RPE細胞中高活性分子活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生過多，發(fā)生氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導致細胞損傷。ROS能損傷細胞的所有組分，包括蛋白質(zhì)、脂類、DNA，也包括細胞內(nèi)信號通路。RPE層特殊的解剖特點和生理特點使其對氧化應激損傷更為敏感，成為產(chǎn)生ROS的理想場所，引發(fā)細胞損傷變性，潛在導致RPE細胞凋亡。一方面，RPE層位于視網(wǎng)膜和脈絡膜毛細血管之間，處于極高的氧分壓環(huán)境中；另一方面，RPE細胞吞噬并消化富含不飽和脂肪酸的感光細胞外節(jié)，而不飽和脂肪酸極易氧化并激活一連串的氧化級聯(lián)反應，在細胞內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS[18]，同時，RPE細胞的吞噬過程本身也是一個促進內(nèi)源性的H2O2和ROS產(chǎn)生的氧化應激過程。RPE對氧化因素的易患性促進了ROS在視網(wǎng)膜的堆積，隨著產(chǎn)生的ROS不斷增多，氧化應激水平升高，對AMD的影響日益突出。Evans[19]發(fā)現(xiàn)吸煙能增加罹患AMD的風險，但飲食中攝入大量抗氧化劑(如葉黃素、玉米黃素及維生素C等)可以降低AMD患病風險，提示吸煙通過氧化應激的方式作用于視網(wǎng)膜黃斑區(qū)。氧化損傷可以存在多種表現(xiàn)方式，包括細胞內(nèi)的細胞器退化，中斷細胞信號的轉(zhuǎn)導途徑，線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的改變等。mtDNA的修復功能缺陷,直接影響線粒體的氧化磷酸化功能，使呼吸鏈中斷，ATP產(chǎn)生減少，ROS生成增多，而ROS反過來又加重mtDNA的損傷，形成惡性循環(huán)，最終導致整個細胞功能瓦解。Mao等[20]通過研究發(fā)現(xiàn),RPE細胞的線粒體氧化應激導致了局限性的視網(wǎng)膜變性。Feher等[21]和Karunadharma等[22]通過尸檢發(fā)現(xiàn),AMD患者的視網(wǎng)膜中明確存在mtDNA的異常，異常程度與AMD病理改變呈高度相關性，提示mtDNA損傷在AMD的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。

香煙中的大量氧化物質(zhì)可以通過肺泡壁進入全身循環(huán)。除了產(chǎn)生短暫的活性氧，香煙煙霧中還含有大量的穩(wěn)定復合物也能產(chǎn)生氧化損傷，主要有丙烯醛、氫醌和金屬鎘，且均已被證明是與RPE細胞損傷的體外或體內(nèi)模型[23-25]。其中丙烯醛為一種不飽和醛，可誘導糖基化終末產(chǎn)物前體和脂質(zhì)化終末產(chǎn)物前體的蛋白修飾，增強其結(jié)構[26]；氫醌是一種促氧化劑，本身可以被氧化，通過與DNA共價結(jié)合的方式與谷胱甘肽相結(jié)合，形成強烈的線粒體毒素或誘導mtDNA損傷；金屬鎘通過在視網(wǎng)膜和脈絡膜累積產(chǎn)生氧化損傷[23]。

2.1.2抗氧化劑的消耗正常情況下，人體內(nèi)存在兩類抗氧化系統(tǒng),一類是酶抗氧化系統(tǒng),包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等，這些酶可以清除ROS；另一類是非酶抗氧化系統(tǒng),包括維生素C、維生素E、β-胡蘿卜素、谷胱甘肽等，這些營養(yǎng)物質(zhì)能抑制過氧化物的生成，干擾氧化反應的進行。抗氧化酶的表達受相應的細胞因子調(diào)控，其中轉(zhuǎn)錄因子NF-E2 相關因子是重要的調(diào)節(jié)者,在氧化應激狀態(tài)下通過與抗氧化反應元件相互作用，調(diào)節(jié)抗氧化蛋白和Ⅱ相代謝酶的表達,引起抗氧化反應[27-28]。在病理狀態(tài)下，這些保護機制被抑制。與不吸煙者相比，吸煙者血漿中維生素C和胡蘿卜素水平顯著下降,可能與吸煙引起的氧化應激有關[29]，而在體外試驗中證實補充維生素C可抑制氧化損傷[30]。

2.2補體活化炎癥很早即被發(fā)現(xiàn)在AMD的發(fā)生、發(fā)展中起作用。受損的細胞或碎片在RPE細胞和Bruch膜之間積累，成為慢性炎癥反應的刺激物，在眼底形成一種炎癥前期微環(huán)境，刺激RPE細胞或Bruch膜表達炎癥介質(zhì)，從而促進炎癥反應發(fā)生和AMD形成[31]。補體是存在于血清和組織液中的一組可溶性蛋白，通過經(jīng)典途徑、旁路途徑或甘露聚糖結(jié)合凝集素途徑活化后發(fā)揮抗感染和免疫防御作用，參與免疫病理反應。在補體活化過程中，補體因子H(complement factor H，CFH)作為抑制性調(diào)節(jié)蛋白，在旁路激活途徑中與C3b結(jié)合，抑制C3轉(zhuǎn)化酶形成，從而調(diào)節(jié)補體活化程度和降低補體的促炎性效應[32]。同時，CFH可水解C3b，調(diào)控補體激活反應的進程。近期研究表明CFH基因多態(tài)性與AMD有密切關系，補體抑制物變異后可引起外層視網(wǎng)膜表面CFH與C反應蛋白或肝素結(jié)合蛋白的改變，從而影響視網(wǎng)膜炎癥反應水平，使補體過度活化，破壞Bruch膜完整性，導致AMD的發(fā)生和發(fā)展[33]。

CFH的循環(huán)，作為補體替代途徑的抑制劑，在吸煙者中亦降低，提示吸煙通過修飾C3和激活補體替代途徑來直接激活補體級聯(lián)反應。同時，實驗發(fā)現(xiàn)玻璃膜疣中的補體C3a 和C5可明顯刺激血管內(nèi)皮生長因子的表達，提示補體活化在AMD進展中亦起重要作用[34]。

2.3血管改變吸煙導致的脈絡膜血管改變主要有以下三個方面。①慢性煙霧暴露被證明改變了血液凝固動力學和纖維蛋白結(jié)構，兩者都有助于血栓形成[35]。AMD的血管模型表明，脈絡膜血管發(fā)生的變化，類似于動脈粥樣硬化，負責AMD的進展[36]。②香煙通過激活α-腎上腺素能受體引起血管收縮，同樣導致了脈絡膜的血流量減少。Friedman[37]提出，脈絡膜血流的減少可能會影響RPE碎片的清除，導致其形成在Bruch膜沉積。③吸煙也可能直接誘導脈絡膜新生血管生成。研究表明，煙霧暴露可以改變雞胚絨毛尿囊膜血管增生的分支模式，同時，致成纖維細胞數(shù)量增加，細胞外基質(zhì)的復合物改變，以影響雞胚絨毛尿囊膜的結(jié)構完整性[38]。

3治療

目前對濕性AMD的治療主要是玻璃體腔內(nèi)注射抗血管內(nèi)皮生長因子藥物，但價格昂貴，而對干性AMD的治療尚缺乏有效手段，唯一獲得認可的治療方法是基于“年齡相關性眼病研究”的多種維生素配方藥以抗氧化，但其并不能有效阻止疾病的進展，只能降低患者發(fā)展成晚期高危AMD的危險性[39]。其他正在研究中的抗氧化劑包括鋅制劑、多聚不飽和脂肪酸,類胡蘿卜素、番茄紅素和多酚等，因其能延緩AMD的進展被國外很多AMD 患者所接受,但其安全性、有效性等尚需進一步研究驗證。需要注意的是，Kalariya等[40]證明類胡蘿卜素衍生醛可以誘導人視網(wǎng)膜上皮細胞19死亡，且人視網(wǎng)膜上皮細胞19中的類胡蘿卜素衍生醛與ROS的升高呈濃度依賴性，因此補充大劑量的類胡蘿卜素，其衍生物對視網(wǎng)膜的毒性作用可能大于保護作用，所以在應用類胡蘿卜素尤其是葉黃素和玉米黃素應選擇合適的劑量。而Alpha_Tocopherol,Beta_Carotene Cancer Prevention Study(ATBC)和Beta_Carotenoid and Retinol Efficacy Trial (CARET)通過研究和隨訪發(fā)現(xiàn)，補充高劑量β-胡蘿卜素反而增加吸煙人群肺癌的危險性[41-42]。因此，抗氧化劑的代謝和作用機制仍需進一步研究，特別是對吸煙者的影響仍屬未知領域。

4結(jié)語

AMD是常見的致盲性眼病，吸煙對本病的嚴重危害可見一斑，在目前尚無有效治療手段的情況下，作為眼科工作者，首先應提倡全民戒煙，其次應積極尋找新的治療靶點，降低氧化應激損傷，保護RPE 細胞正常生理結(jié)構、功能和數(shù)量、抑制其凋亡，開發(fā)有效的抗氧化手段為AMD治療提供新的可能。另外，吸煙劑量與AMD發(fā)病的流行病學調(diào)查及導致AMD發(fā)生、發(fā)展的更多作用機制等仍需進一步的前瞻性隊列研究和大規(guī)模長期的臨床試驗。

參考文獻

[1]Hogg RE,Chakravarthy U.Visual function and dysfunction in early and late age-related maculopathy[J].Prog Retin Eye Res,2006,25(3):249-276.

[2]黃曉波,鄒海東,王寧,等.上海市北新涇街道老年人年齡相關性黃斑變性的患病率調(diào)查[J].上海交通大學學報:醫(yī)學版,2012,32(2):155-159.

[3]鄒海東,張許迅,汪楓樺,等.上海市靜安區(qū)曹家渡街道年齡相關性黃斑變性的患病率調(diào)查[J].中華眼科雜志,2005,41(1):15-19.

[4]趙欣,田碧琪,郝云赫,等.北京西長安街社區(qū)50 歲以上人群年齡相關性黃斑變性患病率調(diào)查[J].國際眼科雜志,2011,11(8):1364-1368.

[5]Evans JR.Risk factors for age-related macular degeneration[J].Prog Retin Eye Res,2001,20(2):227-253.

[6]Swaroop A,Branham KE,Chen W,etal.Genetic susceptibility to age-related macular degeneration:a paradigm for dissecting complex disease traits[J].Hum Mol Genet,2007,16(2):174-182.

[7]Klein R,Peto T,Bird A,etal.The epidemiology of age-related macular degeneration[J].Am J Ophthalmol,2004,137(3):486-

495.

[8]Dhubhghaill SS,Cahill MT,Campbell M,etal.The pathophysiology of cigarette smoking and age-related macular degeneration[J].Adv Exp Med Biol,2010,664:437-446.

[9]Lois N,Abdelkader E,Reglitz K,etal.Environmental tobacco smoke exposure and eye disease.Br J Ophthalmol,2008,92(10):1304-1310.

[10]Chakravarthy U,Augood C,Bentham GC,etal.Cigarette smoking and age-related macular degeneration in the EUREYE Study[J].Ophthalmology,2007,114(6):1157-1163.

[11]Tomany SC,Wang JJ,Van Leeuwen R,etal.Risk factors for incident age-related macular degeneration: pooled findings from 3 continents[J].Ophthalmology,2004,111(7):1280-1287.

[12]Buch H,Vinding T,la Cour M,etal.Risk factors for age-related maculopathy in a 14-year follow-up study:the Copenhagen City Eye Study[J].Acta Ophthalmol Scand,2005,83(4):409-418.

[13]Leske MC,Wu SY,Hennis A,etal.Nine-year incidence of age-related macular degeneration in the Barbados Eye Studies[J].Ophthalmology,2006,113(1):29-35.

[14]Tamakoshi A,Yuzawa M,Matsui M,etal.Smoking and neovascular form of age related macular degeneration in late middle aged males:findings from a case-control study in Japan.Research Committee on Chorioretinal Degenerations[J].Br J Ophthalmol,1997,81(10):901-904.

[15]Khan JC,Thurlby DA,Shahid H,etal.Smoking and age related macular degeneration:The number of pack years of cigarette smoking is a major determinant of risk for both geographic atrophy and choroidal neovascularisation[J].Br J Ophthalmol,2006,90(1):75-80.

[16]Mitchell P,Wang JJ,Smith W,etal.Smoking and the 5-year incidence of age-related maculopathy:the Blue Mountains Eye Study[J].Arch Ophthalmol,2002,120(10):1357-1363.

[17]Fujihara M,Nagai N,Sussan TE,etal.Chronic Cigarette Smoke Causes Oxidative Damage and Apoptosis to Retinal Pigmented Epithelial Cells in Mice[J].PLoS One,2008,3(9):e3119.

[18]Aliev G,Seyidova D,Lamb BT,etal.Mitochondria and vascular lesions as a central target for the development of Alzheimer′s disease and Alzheime Rdisease-like Pathology in transgenie mice[J].Neurol Res,2003,25(6):665-674.

[19]Evans J.Antioxidant supplements to prevent or slow down the progression of AMD:a systematic review and meta-analysis[J].Eye (Lond),2008,22(6):751-760.

[20]Mao H,Seo SJ,Biswal MR,etal.Mitochondrial oxidative stress in the retinal pigment epithelium leads to localized retinal degeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2014,55(7):4613-4627.

[21]Feher J,Kovacs I,Artico M,etal.Mitochondrial alterations of retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration[J].Neurobiol Aging,2006,27(7):983-993.

[22]Karunadharma PP,Nordgaard CL,Olsen TW,etal.Mitochondrial DNA damage as a potential mechanism for age-related macular degeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2010,51(11):5470-5479.

[23]Wills NK,Ramanujam VM,Chang J,etal.Cadmium accumulation in the human retina:effects of age,gender,and cellular toxicity[J].Exp Eye Res,2008,86(1):41-51.

[24]Jia L,Liu Z,Sun L,etal.Acrolein,a toxicant in cigarette smoke,causes oxidative damage and mitochondrial dysfunction in RPE cells:protection by (R)-alpha-lipoic acid[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2007,48(1):339-348.

[25]Pons M,Marin-Castano ME.Cigarette smoke-related hydroquinone dysregulates MCP-1,VEGF and PEDF expression in retinal pigment epithelium in vitro and in vivo[J].PLoS One,2011,6(2):e16722.

[26]Kirkham PA,Spooner G,Ffoulkes-Jones C,etal.Cigarette smoke triggers macrophage adhesion and activation:role of lipid peroxidation products and scavenger receptor[J].Free Radic Biol Med,2003,35(7):697-710.

[27]Osburn WO,Yates MS,Dolan PD,etal.Genetic or pharmacologic amplification of Nrf2 signaling inhibits acute inflammatory liver injury in mice[J].Toxicol Sci,2008,104(1):218-227.

[28]Cano M,Thimmalappula R,Fujihara M,etal.Cigarette smoking,oxidative stress,the anti-oxidant response through Nrf2 signaling,and Age-related Macular Degeneration[J].Vision Res,2010,50(7):652-664.

[29]Chow CK,Thacker RR,Changchit C,etal.Lower levels of vitamin C and carotenes in plasma of cigarette smokers[J].J Am Coll Nutr,1986,5(3):305-312.

[30]Panda K,Chattopadhyay R,Chattopadhyay DJ,etal.Vitamin C prevents cigarette smoke-induced oxidative damage in vivo[J].Free Radic Biol Med,2000,29(2):115-124.

[31]Anderson DH,Radeke MJ,Gallo NB,etal.The pivotal role of the complement system in aging and age-related macular degeneration:hypothesis re-visited[J].Prog Retin Eye Res,2010,29(2):95-112.

[32]Hollyfield JG.Age-related macular degeneration:the molecular link between oxidative damage,tissue-specific inflammation and outer retinal disease:the Proctor lecture[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2010,51(3):1275-1281.

[33]Bhutto IA,Baba T,Merges C,etal.C-reactive protein and complement factor H in aged human eyes and eyes with age-related macular degeneration[J].Br J Ophthalmol,2011,95(9):1323-1330.

[34]Yanai R,Thanos A,Connor KM.Complement involvement in neovascular ocular diseases[J].Adv Exp Med Biol,2012,946:161-168.

[35]Barua RS,Sy F,Srikanth S,etal.Effects of cigarette smoke exposure on clot dynamics and fibrin structure:an ex vivo investiga-tion[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2010,30(1):75-79.

[36]Friedman E.The role of the atherosclerotic process in the pathogenesis of age-related macular degeneration[J].Am J Ophthalmol,2000,130(5):658-663.

[37]Friedman E.Update of the vascular model of AMD[J].Br J Ophthalmol,2004,88(2):161-163.

[38]Melkonian G,Le C,Zheng W,etal.Normal patterns of angiogenesis and extracellular matrix deposition in chick chorioallantoic membranes are disrupted by mainstream and sidestream cigarette smoke[J].Toxicol Appl Pharmacol,2000,163(1):26-37.

[39]Zeng S,Hernández J,Mullins RF.Effects of antioxidant components of AREDS vitamins and zincions on endothelial cell activation:implications for macular degeneration[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2012,53(2):1041-1047.

[40]Kalariya NM,Ramana KV,Srivastava SK,etal.Carotenoid derived aldehydes-induced oxidative stress causes apoptotic cell death in human retinal pigment epithelial cells[J].Exp Eye Res,2008,86(1):70-80.

[41]ATBC Study Group.The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers.The Alpha-Tocopherol,Beta Carotene Cancer Prevention Study Group[J].N Engl J Med,1994,330(15):1029-1035.

[42]Goodman GE,Thornquist MD,Balmes J,etal.The Beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial:incidence of lung cancer and cardiovascular disease mortality during 6-year follow-up after stopping beta-carotene and retinol supplements[J].J Natl Cancer Inst,2004,96(23):1743-1750.

Research Progress of the Correlation between Cigarette Smoking and Age-related Macular DegenerationANNa,ZHUANGZeng-yuan,LIANGLi-na.(LaboratoryofEyeHospital,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100040,China)

Abstract：Age-related macular degeneration(AMD) is a kind of senile degenerative disease of macular.Along with the aging population increasing,it has become one of the main blinding diseases.It is influenced by environmental and genetic factors,and cigarette smoking is one of the most important environmental factors and also the only controllable factor.The mechanisms include oxidative stress,antioxidant depletion,complement activation and vascular changes.Cigarette smoking can lead to the damage of retinal pigment epithelium cell′s normal physiological structure,functional damage and the number decrease,forming dry AMD(atrophic AMD) which has no effective treatment so far.

Key words：Age-related macular degeneration; Cigarette smoking; Oxidative stress; Mechanism； Antioxidant

收稿日期：2014-10-27修回日期：2015-02-27編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.034

中圖分類號：R774.5

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)17-3163-03