氧化應激在青光眼發(fā)病中的作用及天然藥物治療新進展

向圣錦，張富文，段俊國

青光眼是一組由病理性眼內壓升高或者視神經(jīng)血流灌注壓降低等多種因素引起的視神經(jīng)退行性疾病，是導致不可逆性致盲性眼病的第二大病因[1]。目前全球有超過6000 萬的青光眼視神經(jīng)損害患者，其中有840 萬人因此失明。預計到2020 年，全球的青光眼患者會增加至7600 萬人，并導致1120 萬人失明[2]。越來越多的研究[3]表明，氧化應激損傷與青光眼密切相關，氧化應激反應增強、活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生增多在青光眼的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。ROS 可以通過損傷小梁網(wǎng)、視乳頭及視網(wǎng)膜而導致眼壓升高、引起組織氧化應激反應，最終導致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（retinal ganglial cells，RGCs）凋亡[4]。同時，大量實驗研究[5]已經(jīng)證實，抗氧化應激天然藥物對于青光眼視神經(jīng)損傷具有較好的保護作用?，F(xiàn)就氧化應激在青光眼發(fā)病中的作用及抗氧化損傷天然藥物防治青光眼的研究進展綜述如下。

1 氧化應激及其標記物

氧化應激是指機體內氧自由基的產生與清除失衡，導致氧自由基在細胞內蓄積引發(fā)蛋白質、脂質、DNA 等大分子被氧化損傷，從而造成細胞、組織損傷的狀態(tài)[3]。ROS 是造成氧化應激的主要原因，生理狀態(tài)下，ROS 的濃度很低，是參與細胞信號轉導的重要物質，可調節(jié)機體免疫炎癥因子的產生[4,6]；而抗氧化物則發(fā)揮保護作用，維持促氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)處于相互協(xié)調的平衡狀態(tài)。當促氧化物大量產生或抗氧化物不足時，則會導致氧化應激反應出現(xiàn)。過量的ROS 一方面可以攻擊蛋白質、脂質、DNA 等生物大分子，造成細胞死亡或組織結構改變；另一方面可攻擊線粒體，造成線粒體功能紊亂而損傷細胞[6]。

過量的ROS 攻擊生物大分子的氧化產物，可間接反映氧化應激的發(fā)生及一段時間內的損傷程度[7]。ROS 攻擊蛋白質，可氧化氨基酸，改變空間結構，使蛋白質喪失正常的生理功能，產生晚期蛋白質氧化產物。ROS 攻擊脂質，可氧化細胞膜表面的脂質，造成細胞膜結構和性質的改變，形成正構醛、丙二醛（malondialdehyde，MDA）等產物。其中，MDA 是主要的脂質過氧化物之一，其含量可反映一段時期內氧化應激反應的變化[8]。ROS 攻擊DNA，可修改嘌呤和嘧啶的堿基，干擾DNA、RNA 復制，影響正常的細胞功能，形成8-羥基脫氧鳥苷酸（8-hydroxy-2’deoxyguanosine，8-OHdG）等氧化產物，是反映DNA 氧化損傷的良好標志物[3]。

為防止促氧化物對機體的損傷，體內同樣也存在著完善的抗氧化系統(tǒng)來防御氧化損傷?？寡趸到y(tǒng)由酶類和非酶類抗氧化物兩大組分構成，酶類抗氧化物即抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶 （glutathione peroxidase，GPX）、谷胱甘肽轉移酶（glutathione transferase，GST）等。SOD是調節(jié)氧自由基的重要抗氧化酶，它可以使毒性最強的O2-自由基歧化為氧和水，清除活性ROS[6]。CAT 可以直接催化H2O2，將其分解成H2O 和O2，保護細胞免受H2O2的毒性作用[3]。GPX 則需以谷胱甘肽（glutathione，GSH）為輔因子，才能催化H2O2分解成H2O 和O2[3]。GST 主要存在于細胞質中，它以還原型GSH 為輔因子，清除氧化應激反應產生的毒性產物[6]。非酶類抗氧化物包括有GSH、維生素C、維生素E 等。GSH 是體內所有細胞均可合成的一種重要抗氧化劑，可直接清除自由基，同時作為GST 的輔因子，調節(jié)H2O2、脂質過氧化物的新陳代謝，保護細胞免受ROS 的損傷。GSH 還可輔助維生素C 和維生素E 維持還原態(tài)，確保細胞的抗氧化能力[4]。

2 氧化應激與青光眼

眼部ROS 的來源途徑有陽光照射、線粒體呼吸作用、細胞代謝等，其中線粒體呼吸鏈是產生ROS 的主要來源途徑；而眼部的房水、小梁網(wǎng)、視網(wǎng)膜等部位中，廣泛地存在著SOD、CAT 等抗氧化成分[9]。生理情況下，促氧化與抗氧化系統(tǒng)共同維持眼組織細胞內環(huán)境的平衡和小梁網(wǎng)、視網(wǎng)膜細胞的正常功能。一旦這個平衡被打破，過多的ROS 通過損傷小梁網(wǎng)、視乳頭及視網(wǎng)膜而導致眼壓升高、引起組織氧化應激反應，最終導致RGCs 凋亡[4]。一些青光眼臨床及實驗研究發(fā)現(xiàn)，在患者及動物模型血清、房水、小梁網(wǎng)、視網(wǎng)膜、視神經(jīng)等部位存在各類氧化應激標記物的異常改變，證實氧化應激在青光眼發(fā)病中起重要作用[10]。

2.1 房水成分改變及小梁網(wǎng)損傷

氧化應激導致房水中成分的改變是青光眼發(fā)病的原因之一。研究[3,11]發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性開角型青光眼（primary open-angle glaucoma,POAG） 患者房水中存在氧化應激損傷產物，如SOD、CAT、GPx，且房水中整體抗氧化狀態(tài)也明顯下降。同樣，在青光眼患者的小梁網(wǎng)組織、房水和外周血標本中，NO 的濃度升高并伴有MDA 及其他脂質過氧化物增加，且8-OHdG的水平明顯高于對照標本[11-12]，提示青光眼患者前房內及全身均存在氧化應激損傷。

小梁網(wǎng)退行性改變也參與了青光眼的病理損害。POAG患者小梁網(wǎng)中的ROS 水平高于正常人[13]，ROS 水平與人類小梁網(wǎng)變性及隨后的眼壓升高和青光眼有關[8,13]，且小梁網(wǎng)中的氧化性DNA 損害與眼壓升高及視野缺損程度有顯著的相關性[3]。有研究[14]提示，大量的ROS 攻擊小梁網(wǎng)上皮細胞，造成小梁網(wǎng)細胞損傷及結構改變而使房水流出受阻，眼壓升高。升高的眼壓也會作用于小梁網(wǎng)，破壞小梁網(wǎng)細胞，進一步影響眼壓，形成惡性循環(huán)。同時，小梁網(wǎng)細胞一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）的表達和活性均較正常人增加，NOS能導致小梁網(wǎng)組織內過氧化亞硝酸鹽水平增加，進一步說明POAG 患者小梁網(wǎng)內亦遭受氧化損傷[10]。因此，小梁網(wǎng)局部區(qū)域ROS 為最基本的致病因素，通過減弱局部的抗氧化活動，引起小梁網(wǎng)細胞損傷，導致眼壓升高，并可能最終導致RGCs 死亡。

2.2 視網(wǎng)膜、視神經(jīng)損傷

青光眼視網(wǎng)膜和視神經(jīng)損傷過程中氧化應激也起了一定作用。Chrysostomou 等[15]證實，在青光眼患者的視神經(jīng)、房水和視網(wǎng)膜組織中，都存在ROS 含量明顯升高的現(xiàn)象。過量的ROS 可損傷視網(wǎng)膜及視神經(jīng)導致RGCs 凋亡。有學者[16]在急性高眼壓小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，高眼壓后數(shù)小時內RGCs 即發(fā)生氧化損傷，說明氧化損傷在青光眼視神經(jīng)病變早期即產生了影響。在燒灼上鞏膜靜脈誘導的高眼壓大鼠模型中，視網(wǎng)膜表現(xiàn)出活性氧產生增多和脂質過氧化物增加[17]。在實驗[18]誘導猴高眼壓模型中發(fā)現(xiàn)，其視網(wǎng)膜存在氧化損傷，包括抗氧化酶活性下降，光感受器外節(jié)蛋白、白蛋白以及具有抗氧化作用的鐵蛋白含量均明顯增加。這些改變可直接導致RGCs 的損傷甚至死亡，繼之引起一系列青光眼神經(jīng)受損改變。

在青光眼的發(fā)展過程中，最重要的病理改變是RGCs 的損傷，氧化應激與此有關。在SOD1 基因敲除小鼠RGCs 中，ROS 表達增加，且RGCs 變性先于視網(wǎng)膜其他層的變性，說明RGCs 比其他神經(jīng)元更易受氧化應激的影響[19]。過量的ROS在視網(wǎng)膜處對視神經(jīng)細胞造成氧化損傷，一方面可以通過Caspase 級聯(lián)的外源性凋亡而引起；另一方面可通過破壞線粒體功能致使RGCs 發(fā)生內源性凋亡[15]。線粒體失調還可以反過來導致ROS 的產生增多，加重RGCs 及組織氧化損傷。因此，一旦線粒體功能紊亂，則會進一步生成ROS，形成惡性循環(huán)，導致ROS 倍增[15]。同時，眼壓升高還可以通過降低抗氧化酶 （包括SOD、GPX 和CAT） 的活性而引起RGCs 氧化應激，并與RGCs 死亡有關[16]。此外，在青光眼視網(wǎng)膜中存在著硫氧還蛋白-1（thioredoxin-1，Trx-1）和硫氧還蛋白-2（thioredoxin-21，Trx-21）水平的下降，它們在調節(jié)氧化應激中起著關鍵作用，這些蛋白的過度表達有利于RGCs 生存[20]。

高眼壓會壓迫視網(wǎng)膜造成缺血、缺氧，使細胞代謝出現(xiàn)障礙，ROS 生成過多，引起氧化損傷，累及RGCs 并造成其凋亡[21]。除了缺血缺氧直接造成RGCs 損傷以外，缺血再灌注損傷也會加重氧化應激誘導的RGCs 凋亡[22]。缺血、缺氧以及缺血再灌注損傷過程中，自由基和脂質過氧化產物增多并促進RGCs 凋亡。大量的自由基還可以激活N-甲基-D-天冬氨酸受體，使線粒體產生大量過氧化物，這些過氧化物與NO 結合，導致細胞凋亡。

組織低氧應激也與氧化損傷所致RGCs 變性有關。低氧誘導因子-1α（hypoxic inducible facter 1α，HIF-1α）是一種O2調節(jié)的轉錄激活因子，可誘導多種轉錄因子的表達，包括促紅細胞生成素、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、誘導型NOS 等，它們的蛋白質產物增加可促進代謝以適應缺氧。在H2O2誘導的氧化應激損傷中，RGC-5細胞中HIF-1α 表達上調[23]。在RGCs 變性過程中，HIF-1α 在人青光眼中的表達更為明顯；HIF-1α 免疫應答不僅存在于視神經(jīng)中，而且存在于青光眼的視網(wǎng)膜中，支持青光眼組織缺氧的發(fā)生。長期低氧暴露條件下，可誘導視網(wǎng)膜促凋亡信號分子p53 和Caspase 等的激活。這些表明，青光眼的低氧應激參與氧化損傷導致RGCs 凋亡。

3 天然抗氧化藥物與青光眼視神經(jīng)保護

氧化應激在青光眼的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用，因此通過抗氧化劑抑制ROS 的生成、清除自由基、增強抗氧化防御系統(tǒng)的功能，可能對青光眼視神經(jīng)損害具有一定的保護作用。一些天然藥物及其提取物在實驗中證實具有較好的神經(jīng)保護效果，且能通過抑制氧化應激有效抑制RGCs 凋亡；另一些具有抗氧化活性的藥物也有視神經(jīng)保護效果，理論上也可能是通過抗氧化損傷作用達到保護RGCs 的效果。

3.1 已發(fā)現(xiàn)通過抗氧化作用保護視神經(jīng)損傷的天然藥物

這類藥物不僅具有青光眼視神經(jīng)保護作用，而且已有實驗證實主要或部分通過抗氧化損傷作用抑制RGCs 凋亡的。目前發(fā)現(xiàn)的這類天然藥物主要有枸杞子、燈盞細辛、銀杏葉、川芎、丹參、剌蒺藜等中藥及其提取物。銀杏葉主要成分含有黃酮類和二萜內酯化合物。大量研究[24]表明，銀杏葉及其提取物具有消除自由基，減輕氧化損傷的作用。在急、慢性高眼壓動物模型中，銀杏葉提取物能顯著提高RGCs 存活率，促進軸突再生，對抗高眼壓狀態(tài)下視網(wǎng)膜組織中產生的自由基的損害而抑制RGCs 凋亡，其作用機制可能與減少Ca2+內流，提高基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表達及抑制NOS，從而減少NO 合成等有關[25]。臨床研究[26]也提示，長期服用銀杏葉提取物可延緩正常眼壓性青光眼 （normal tension glaucoma，NTG）患者視野丟失。枸杞子主要成分枸杞多糖、類黃酮等均具有良好的抗氧化功能，可以提高抗氧化酶的活性，清除自由基，降低脂類、蛋白質和DNA 過氧化物的產生，保護多種原因導致的RGCs 損傷，提高RGCs 存活率[27]。同時，在H2O2誘導的RGCs 氧化應激損傷模型中，枸杞多糖能降低細胞內ROS 的水平，阻斷NOS 的合成，減少NO 的釋放，抑制RGCs 凋亡，對氧化應激誘導的RGCs 損傷發(fā)揮保護作用[28]。

一些天然藥物活性成分也被證實可以保護氧化應激誘導的青光眼視神經(jīng)損傷，如沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate，EGCG）是從我國綠茶中提取的一種多酚成分，具有很強的抗氧化功效，是最強的自由基清除劑之一[29]。實驗[29]發(fā)現(xiàn)，EGCG 可以抑制慢性高眼壓模型大鼠RGCs 凋亡，對RGCs 具有神經(jīng)保護作用。在外源性ROS 造成RGCs損傷模型中，EGCG 可以明顯減少細胞內ROS 的生成，緩解氧化應激誘導的細胞凋亡[29]。同時，EGCG 還可以影響RGCs 軸突的發(fā)育，增加軸突絲狀足的數(shù)量，穩(wěn)定神經(jīng)元之間的鏈接和軸突生長方向[30]?；ㄇ嗨厥且环N廣泛存在于自然界植物中的多酚化合物，具有極強的抗氧化活性和自由基清除能力。原花青素可以提高急性高眼壓模型大鼠視網(wǎng)膜組織中SOD活性，降低MDA、NO，減輕視網(wǎng)膜組織水腫，減少RGCs 凋亡[31]。在H2O2誘導RGCs 氧化損傷過程中，花青素代謝產物原兒茶酸可以抑制RGCs 凋亡[32]。阿魏酸是當歸和川芎等中藥的水溶性單體成分，具有抗炎、抗氧化等作用。實驗[33]發(fā)現(xiàn)，阿魏酸能有效提高RGCs 活性，在線粒體水平對RGCs 代謝起雙相調節(jié)作用。在急、慢性高眼壓動物模型中，阿魏酸鈉能通過降低視網(wǎng)膜組織MDA 含量，提高SOD 活性，對高眼壓導致的視網(wǎng)膜氧化應激損傷起一定的保護作用[34]。

3.2 可能通過抗氧化作用保護視神經(jīng)損傷的天然藥物

這類天然藥物及其活性成分具有顯著的抗氧化損傷作用，且能保護各類因素導致的RGCs 凋亡，理論上，這類藥物可能是通過抗氧化損傷作用保護高眼壓誘導的RGCs 凋亡。實驗[35]發(fā)現(xiàn)，這類天然藥物主要有姜黃素、紅景天苷、刺五加、金絲桃素、三七總苷、人參皂苷Rg1、苦參堿等。姜黃素是姜黃、莪術等姜黃屬植物的主要活性成分之一，現(xiàn)代研究[36]表明，姜黃素具有抗炎、抗氧化以及神經(jīng)保護等作用。在體內外實驗中發(fā)現(xiàn)，姜黃素對星形孢菌素誘導的RGCs 凋亡具有抑制作用，機制可能與其抑制視網(wǎng)膜內蛋白水解酶有關[36]。紅景天苷是紅景天的主要成分，具有神經(jīng)保護、抗氧化等多種作用。實驗[37]發(fā)現(xiàn)，在多種神經(jīng)退行性疾病中，紅景天苷可以較好的保護氧化應激導致的神經(jīng)元損傷。在N-甲基-D-天（門）冬氨酸（n-methyl-d-aspartate，NMDA）誘導的谷氨酸興奮性毒性RGCs 損傷模型，紅景天苷可以呈劑量依懶性的抑制RGCs凋亡，具有視神經(jīng)保護作用[38]。

4 小結與展望

綜上所述，在青光眼患者及實驗動物小梁網(wǎng)組織、房水、視網(wǎng)膜、視神經(jīng)以及外周血標本中，均發(fā)現(xiàn)大量氧化應激及氧化損傷標志物，有力證明了氧化應激在青光眼的發(fā)病及疾病進展過程中起著重要作用。急、慢性高眼壓、谷氨酸興奮性毒性、膠質細胞活化等青光眼危險因素導致過量的ROS 在視網(wǎng)膜、小梁網(wǎng)等眼部組織聚集，引起氧化應激反應，并最終導致RGCs 凋亡。然而，氧化應激在青光眼性視神經(jīng)病變中的分子機制還不是十分清楚，氧化應激對青光眼發(fā)生發(fā)展的實際影響也還需要進一步闡明。

正是因為氧化應激在青光眼發(fā)病機制中起著重要的作用，抗氧化治療顯然對青光眼視神經(jīng)保護具有潛在的重要意義。許多天然藥物、天然藥物提取物及其有效成分具有良好的抗氧化作用，通過研究其對RGCs 的保護作用，有助于闡明其作用機制，發(fā)揮中醫(yī)學在視神經(jīng)保護的優(yōu)勢。但目前多數(shù)抗氧化治療對青光眼視神經(jīng)損害的保護價值還停留在試驗階段，抗氧化治療的實際臨床價值還有待進一步驗證。