年齡相關(guān)性黃斑變性的發(fā)病機(jī)制與抗氧化治療

孫子雯，湯 垟，陳 晨，胡竹林

0 引言

年齡相關(guān)性黃斑變性 (age-related macular degeneration，ARMD)是一種使中心視力進(jìn)行性、不可逆性喪失的疾病，其特征是玻璃膜疣形成，Bruch膜增厚，視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細(xì)胞和感光細(xì)胞損傷，黃斑區(qū)脈絡(luò)膜新生血管形成。ARMD嚴(yán)重威脅老年人的視覺(jué)健康，我國(guó)現(xiàn)有ARMD患者已高達(dá)600余萬(wàn)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人均壽命延長(zhǎng)，ARMD患病率也會(huì)隨之升高[1]。ARMD發(fā)生的病理機(jī)制雖尚未完全揭示，但已有充足證據(jù)表明氧化應(yīng)激(oxidatvie stress，OS)與ARMD發(fā)生相關(guān)，這使得抗氧化劑的應(yīng)用成為防治ARMD的熱點(diǎn)，本文就氧化應(yīng)激介導(dǎo)ARMD的發(fā)生機(jī)制以及抗氧化劑在ARMD防治方面的作用進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

1 年齡相關(guān)性眼部疾病與氧化應(yīng)激

衰老可以被定義為“隨著時(shí)間的推移和年齡增長(zhǎng)，患病率和死亡率日益增加”[2]。衰老的氧自由基理論和進(jìn)化論與氧化應(yīng)激密切相關(guān)。衰老的氧自由基理論提出，衰老和年齡相關(guān)性疾病均是由活性氧中間體反應(yīng)的累積損害引起的。該理論解釋了許多與年齡有關(guān)的現(xiàn)象，如長(zhǎng)壽和基礎(chǔ)代謝率之間的關(guān)系，生命末期退行性疾病的密集發(fā)生，熱量限制對(duì)壽命的有益影響以及女性相對(duì)于男性長(zhǎng)壽等[2]。研究證實(shí)，膠原蛋白、彈性蛋白、粘多糖缺乏以及細(xì)胞核和線粒體DNA的功能障礙等與年齡相關(guān)的氧化損傷有關(guān)，而脂質(zhì)過(guò)氧化有助于脂肪變性[3]。此外，隨著年齡的增長(zhǎng)，人體的抗氧化性逐漸減弱，很多與氧化相關(guān)的疾病隨著年齡的增長(zhǎng)，其發(fā)病率也隨之升高[4-5]。

在衰老過(guò)程中，人體很多器官都會(huì)受到影響，而眼睛就是其中之一。研究表明，很多眼部疾病，如ARMD、白內(nèi)障、青光眼等，往往隨著年齡的增長(zhǎng)患病率逐漸增多，甚至呈指數(shù)增加[6]。假設(shè)衰老的自由基理論同樣適用于眼睛，那么，對(duì)于很多與年齡相關(guān)的眼部疾病來(lái)講，也會(huì)出現(xiàn)明顯的氧化/抗氧化比例失衡。有文獻(xiàn)報(bào)道，多種抗氧化劑如維生素補(bǔ)充劑和/或更高水平抗氧化指數(shù)的膳食在各種類型的白內(nèi)障中均具有保護(hù)作用[7-8]。另有研究發(fā)現(xiàn)，更高水平的血漿維生素E含量與白內(nèi)障核混濁風(fēng)險(xiǎn)呈反比，表明補(bǔ)充相應(yīng)的抗氧化劑可以有效防治年齡相關(guān)性眼部疾病[9]。也有研究表明，隨著年齡的增長(zhǎng)，小梁網(wǎng)暴露于有氧代謝產(chǎn)生的高水平氧化應(yīng)激過(guò)程中，人體小梁網(wǎng)中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的比活性下降，而過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)的比活性卻沒(méi)有下降，從而支持氧化應(yīng)激可能會(huì)導(dǎo)致原發(fā)性開(kāi)角型青光眼這一觀點(diǎn)[10]。因此，氧化損傷也被證實(shí)在青光眼的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮作用。

2 ARMD與氧化應(yīng)激

有觀點(diǎn)認(rèn)為，視網(wǎng)膜細(xì)胞中發(fā)生的氧化應(yīng)激和氧化損傷會(huì)導(dǎo)致ARMD的發(fā)生[11]。已有研究發(fā)現(xiàn)，特異性敲除小鼠RPE細(xì)胞部分抗氧化基團(tuán)—位于胞漿中的銅鋅超氧化物歧化酶(superoxide dismutase 1，SOD1)和位于線粒體中的線粒體錳超氧化物歧化酶(superoxide dismutase 2，SOD2)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著模型小鼠視網(wǎng)膜功能的不斷下降，視網(wǎng)膜中的氧化應(yīng)激反應(yīng)逐漸增強(qiáng)[12-13]，說(shuō)明在ARMD的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，氧化應(yīng)激反應(yīng)參與其中。

RPE細(xì)胞及感光細(xì)胞需要高氧及其他養(yǎng)分發(fā)揮新陳代謝、吞噬等生理功能，故會(huì)產(chǎn)生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)，而RPE細(xì)胞屬于終末分裂的細(xì)胞，損傷后不能再生，RPE 細(xì)胞密度降低則會(huì)導(dǎo)致其新陳代謝及吞噬感光細(xì)胞外節(jié)功能障礙，從而引起ROS的積累，造成氧化損傷[14]，最終導(dǎo)致RPE細(xì)胞及感光細(xì)胞聚集處—視網(wǎng)膜成為眼部氧化應(yīng)激反應(yīng)最嚴(yán)重的部位[15]。根據(jù)氧化應(yīng)激導(dǎo)致ARMD的病理學(xué)觀點(diǎn)演變而來(lái)的另一新興假說(shuō)將RPE細(xì)胞的線粒體功能障礙(包括線粒體的質(zhì)量下降、結(jié)構(gòu)破壞及電子傳遞鏈蛋白含量較低所導(dǎo)致的線粒體蛋白質(zhì)組的改變)作為ARMD發(fā)生的主要發(fā)病機(jī)制，該假說(shuō)得到來(lái)自ARMD人類供體研究的證據(jù)支持[16-17]。此外，有學(xué)者認(rèn)為，ARMD導(dǎo)致視力喪失前，RPE細(xì)胞線粒體DNA(mtDNA)損傷加重，而線粒體功能障礙會(huì)導(dǎo)致能量生產(chǎn)降低，氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)減弱以及基因表達(dá)受損[18-19]。

3 ARMD與抗氧化治療

3.1色素

3.1.1類胡蘿卜素研究發(fā)現(xiàn)，ARMD患者使用葉黃素或玉米黃質(zhì)后，mfERG檢查結(jié)果表明視網(wǎng)膜光感受器功能得到有效改善，表明類胡蘿卜素在黃斑中具有抗氧化作用[20-21]。而另一研究發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素?cái)z入量的增加與ARMD風(fēng)險(xiǎn)的降低相關(guān)，可認(rèn)為高劑量的類胡蘿卜素?cái)z入可以預(yù)防ARMD[22]。

3.1.2黃斑色素在ARMD假定風(fēng)險(xiǎn)因素中，黃斑色素光密度值較低與虹膜顏色深、煙草使用過(guò)多、女性、晶狀體密度較高有關(guān)[23]。在對(duì)1 608例 ARMD 患者的研究中發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充葉黃素、玉米黃素、二十二碳六烯酸等黃斑色素會(huì)延緩ARMD 的進(jìn)展[24]。Kijlstra等[25]報(bào)道葉黃素可充當(dāng)藍(lán)光濾過(guò)器、ROS清除劑，從而減輕氧化損傷和氧化應(yīng)激反應(yīng)。激光誘導(dǎo)小鼠脈絡(luò)膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV) 形成的研究發(fā)現(xiàn)，服用葉黃素可減少CNV的生成，抑制巨噬細(xì)胞向CNV的移動(dòng)，下調(diào)單細(xì)胞趨化蛋白-1、細(xì)胞黏附分子-1 及血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的表達(dá)，從而可以延緩ARMD的發(fā)生[26]。

3.2維生素抗氧化劑可以通過(guò)中和自由基保護(hù)視網(wǎng)膜免受光合損傷[27]。已有大量研究證實(shí)，維生素C和維生素E作為高效的抗氧化劑，可以預(yù)防和/或延遲ARMD的進(jìn)展[28-30]。Arslan等[31]分別對(duì)ARMD患者和非ARMD 患者的食物攝入進(jìn)行研究，結(jié)果表明，攝入大量的維生素C和維生素E還可以大大降低50歲以上人群患ARMD的風(fēng)險(xiǎn)。因此，日常補(bǔ)充維生素有望成為預(yù)防ARMD 的新方法。

3.3抗氧化酶類以抗氧化酶為主的抗氧化物是ROS的強(qiáng)效清除劑，在維持氧化平衡中具有極其重要的作用。不同種類的抗氧化酶可以對(duì)細(xì)胞生理穩(wěn)態(tài)的建設(shè)起到不同的作用。目前已知存在以下3 種不同的酶類，即SOD、CAT和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase，Gpx)，三種酶構(gòu)成了機(jī)體的一線抗氧化防御，且有研究表明這些酶類不僅可以減輕氧化應(yīng)激對(duì)RPE細(xì)胞及感光細(xì)胞的不利影響[32-33]，而且低分子量抗氧化物的攝入還可以降低機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)氧化應(yīng)激引起的疾病起到一定的治療或緩解作用[34]，故重新建立抗氧化酶平衡可能成為治療ARMD的方法之一。

3.3.1超氧化物歧化酶SOD是人體內(nèi)最重要的抗氧化酶之一，能夠高效地催化超氧陰離子歧化為氧及H2O2的反應(yīng)。許多研究表明，缺乏SOD的小鼠會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的病理改變[12-13]。Feng等[35]用丙烯醛處理ARPE-19細(xì)胞發(fā)現(xiàn)SOD活性降低，細(xì)胞經(jīng)維生素E處理后不影響SOD活性，而預(yù)先用維生素E處理細(xì)胞后再用丙烯醛處理卻發(fā)現(xiàn)SOD 活性反而升高，證明細(xì)胞受損時(shí)，維生素E可通過(guò)增加SOD的活性對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用。目前，盡管體外研究并沒(méi)有足夠證據(jù)表明SOD在氧化應(yīng)激中與ARMD的關(guān)系，但體內(nèi)研究表明ARMD患者黃斑區(qū)RPE細(xì)胞的胞漿及線粒體中的SOD免疫應(yīng)激活動(dòng)隨年齡增長(zhǎng)而增加，周邊RPE細(xì)胞中SOD的活性隨年齡增長(zhǎng)而減弱。Jia等[36]研究也表明，不同類型ARMD患者血清中SOD的活性均較正常人增強(qiáng)，故認(rèn)為SOD的活性改變可能影響ARMD的發(fā)生及發(fā)展。

3.3.2過(guò)氧化氫酶CAT作為人體抗氧化防御系統(tǒng)中重要的組成，存在于人體細(xì)胞及某些組織內(nèi)的過(guò)氧化體中，Rex等[37]研究發(fā)現(xiàn)，黃斑區(qū)及周邊視網(wǎng)膜RPE細(xì)胞上均有CAT表達(dá)。另有研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是否為ARMD患者，RPE細(xì)胞中均存在CAT的免疫活動(dòng)[37]。過(guò)氧化氫作為人體正常代謝過(guò)程中的廢物，對(duì)人體造成一定的損傷，由于CAT可以催化過(guò)氧化氫分解，正常來(lái)講，RPE細(xì)胞受到氧化應(yīng)激時(shí)，CAT的活性應(yīng)該升高，才能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用。Frank等[38]發(fā)現(xiàn)，ARMD患者體內(nèi)CAT含量降低，推測(cè)可能是由于機(jī)體還只處于CAT mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯的早期，在用促ROS生成劑處理RPE細(xì)胞后，可見(jiàn)CAT的含量顯著升高，證明CAT的表達(dá)與ROS密切相關(guān)，從而認(rèn)為當(dāng)ARMD發(fā)生時(shí)，RPE細(xì)胞受到氧化損傷后，CAT的活性應(yīng)該是升高的，這樣才能對(duì)人體起到保護(hù)作用。

3.3.3谷胱甘肽過(guò)氧化物酶在人體中SOD可以將細(xì)胞內(nèi)代謝或反應(yīng)產(chǎn)生的超氧基(O2-)或單線態(tài)氧(1O2)催化，從而轉(zhuǎn)化為H2O2和O2，但H2O2的堆積會(huì)對(duì)人體組織或細(xì)胞產(chǎn)生毒性反應(yīng)，同時(shí)H2O2在Fe2+存在下通過(guò)Fenton反應(yīng)轉(zhuǎn)化為有害的羥基自由基(OH)。為了防止這種現(xiàn)象，過(guò)氧化物酶體中富含的CAT會(huì)將H2O2分解成水和分子氧，從而減少自由基誘導(dǎo)的損傷。線粒體中由于缺少CAT，會(huì)通過(guò)Gpx將H2O2還原為水和脂質(zhì)過(guò)氧化物，使其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醇。這種集體保護(hù)作用被稱為一線抗氧化劑防御，所涉及的抗氧化劑被稱為一線抗氧化劑[39]。Ueta等[40]發(fā)現(xiàn)使用強(qiáng)光照射大鼠眼球24h后，眼內(nèi)Gpx濃度升高，感光細(xì)胞外節(jié)段及RPE細(xì)胞后極部Gpx表達(dá)上調(diào)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Gpx1、Gpx4還可減少RPE細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)及蛋白過(guò)氧化，從而證明當(dāng)RPE受到刺激時(shí)，可通過(guò)升高Gpx濃度減輕氧化損傷，從而起到保護(hù)作用。然而，隨著年齡的增長(zhǎng)，血液中Gpx含量逐漸下降，體內(nèi)的H2O2無(wú)法被分解，自由基誘導(dǎo)的損傷增多[41]，這也會(huì)導(dǎo)致ARMD的發(fā)生，故認(rèn)為適當(dāng)補(bǔ)充Gpx可以起到防治ARMD或延緩ARMD發(fā)展的作用。

上述研究表明，抗氧化劑的應(yīng)用可以減輕ARMD發(fā)病過(guò)程中的氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而保護(hù)RPE細(xì)胞，潛在性地起到延緩病程進(jìn)展的作用，為ARMD的治療提供了新的途徑。

4 展望

隨著年齡的增長(zhǎng)，體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)逐漸增多，相應(yīng)的抗氧化成分逐漸減少，眼部抗氧化能力逐漸降低，可導(dǎo)致眼球各部分氧化物堆積和氧化應(yīng)激反應(yīng)加重，而RPE層又是氧化應(yīng)激反應(yīng)最為劇烈的位置，由此導(dǎo)致了黃斑變性的發(fā)生，但其具體的作用機(jī)制目前尚不明確。大量研究表明，抗氧化劑對(duì)ARMD的防治具有一定效果，但該療法的有效性和安全性仍需進(jìn)一步研究。在今后的研究中，可著重對(duì)ARMD的具體氧化損傷機(jī)制以及是否有特定的抗氧化劑可以應(yīng)用于ARMD的治療進(jìn)行研究，探索ARMD防治的有效手段。