年齡相關性黃斑變性的發病機制與抗氧化治療

孫子雯，湯 垟，陳 晨，胡竹林

0 引言

年齡相關性黃斑變性 (age-related macular degeneration，ARMD)是一種使中心視力進行性、不可逆性喪失的疾病，其特征是玻璃膜疣形成，Bruch膜增厚，視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細胞和感光細胞損傷，黃斑區脈絡膜新生血管形成。ARMD嚴重威脅老年人的視覺健康，我國現有ARMD患者已高達600余萬，伴隨著我國經濟發展，人均壽命延長，ARMD患病率也會隨之升高[1]。ARMD發生的病理機制雖尚未完全揭示，但已有充足證據表明氧化應激(oxidatvie stress，OS)與ARMD發生相關，這使得抗氧化劑的應用成為防治ARMD的熱點，本文就氧化應激介導ARMD的發生機制以及抗氧化劑在ARMD防治方面的作用進行簡要闡述。

1 年齡相關性眼部疾病與氧化應激

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

在衰老過程中，人體很多器官都會受到影響，而眼睛就是其中之一。研究表明，很多眼部疾病，如ARMD、白內障、青光眼等，往往隨著年齡的增長患病率逐漸增多，甚至呈指數增加[6]。假設衰老的自由基理論同樣適用于眼睛，那么，對于很多與年齡相關的眼部疾病來講，也會出現明顯的氧化/抗氧化比例失衡。有文獻報道，多種抗氧化劑如維生素補充劑和/或更高水平抗氧化指數的膳食在各種類型的白內障中均具有保護作用[7-8]。另有研究發現，更高水平的血漿維生素E含量與白內障核混濁風險呈反比，表明補充相應的抗氧化劑可以有效防治年齡相關性眼部疾病[9]。也有研究表明，隨著年齡的增長，小梁網暴露于有氧代謝產生的高水平氧化應激過程中，人體小梁網中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的比活性下降，而過氧化氫酶(catalase，CAT)的比活性卻沒有下降，從而支持氧化應激可能會導致原發性開角型青光眼這一觀點[10]。因此，氧化損傷也被證實在青光眼的發病過程中發揮作用。

2 ARMD與氧化應激

有觀點認為，視網膜細胞中發生的氧化應激和氧化損傷會導致ARMD的發生[11]。已有研究發現，特異性敲除小鼠RPE細胞部分抗氧化基團—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)，結果發現隨著模型小鼠視網膜功能的不斷下降，視網膜中的氧化應激反應逐漸增強[12-13]，說明在ARMD的發生發展過程中，氧化應激反應參與其中。

RPE細胞及感光細胞需要高氧及其他養分發揮新陳代謝、吞噬等生理功能，故會產生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)，而RPE細胞屬于終末分裂的細胞，損傷后不能再生，RPE 細胞密度降低則會導致其新陳代謝及吞噬感光細胞外節功能障礙，從而引起ROS的積累，造成氧化損傷[14]，最終導致RPE細胞及感光細胞聚集處—視網膜成為眼部氧化應激反應最嚴重的部位[15]。根據氧化應激導致ARMD的病理學觀點演變而來的另一新興假說將RPE細胞的線粒體功能障礙(包括線粒體的質量下降、結構破壞及電子傳遞鏈蛋白含量較低所導致的線粒體蛋白質組的改變)作為ARMD發生的主要發病機制，該假說得到來自ARMD人類供體研究的證據支持[16-17]。此外，有學者認為，ARMD導致視力喪失前，RPE細胞線粒體DNA(mtDNA)損傷加重，而線粒體功能障礙會導致能量生產降低，氧化還原信號傳導減弱以及基因表達受損[18-19]。

3 ARMD與抗氧化治療

3.1色素

3.1.1類胡蘿卜素研究發現，ARMD患者使用葉黃素或玉米黃質后，mfERG檢查結果表明視網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]。而另一研究發現，類胡蘿卜素攝入量的增加與ARMD風險的降低相關，可認為高劑量的類胡蘿卜素攝入可以預防ARMD[22]。

3.1.2黃斑色素在ARMD假定風險因素中，黃斑色素光密度值較低與虹膜顏色深、煙草使用過多、女性、晶狀體密度較高有關[23]。在對1 608例 ARMD 患者的研究中發現，補充葉黃素、玉米黃素、二十二碳六烯酸等黃斑色素會延緩ARMD 的進展[24]。Kijlstra等[25]報道葉黃素可充當藍光濾過器、ROS清除劑，從而減輕氧化損傷和氧化應激反應。激光誘導小鼠脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV) 形成的研究發現，服用葉黃素可減少CNV的生成，抑制巨噬細胞向CNV的移動，下調單細胞趨化蛋白-1、細胞黏附分子-1 及血管內皮細胞生長因子的表達，從而可以延緩ARMD的發生[26]。

3.2維生素抗氧化劑可以通過中和自由基保護視網膜免受光合損傷[27]。已有大量研究證實，維生素C和維生素E作為高效的抗氧化劑，可以預防和/或延遲ARMD的進展[28-30]。Arslan等[31]分別對ARMD患者和非ARMD 患者的食物攝入進行研究，結果表明，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的風險。因此，日常補充維生素有望成為預防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細胞生理穩態的建設起到不同的作用。目前已知存在以下3 種不同的酶類，即SOD、CAT和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，Gpx)，三種酶構成了機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激對RPE細胞及感光細胞的不利影響[32-33]，而且低分子量抗氧化物的攝入還可以降低機體的氧化應激反應，對氧化應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。許多研究表明，缺乏SOD的小鼠會發生嚴重的病理改變[12-13]。Feng等[35]用丙烯醛處理ARPE-19細胞發現SOD活性降低，細胞經維生素E處理后不影響SOD活性，而預先用維生素E處理細胞后再用丙烯醛處理卻發現SOD 活性反而升高，證明細胞受損時，維生素E可通過增加SOD的活性對細胞起到保護作用。目前，盡管體外研究并沒有足夠證據表明SOD在氧化應激中與ARMD的關系，但體內研究表明ARMD患者黃斑區RPE細胞的胞漿及線粒體中的SOD免疫應激活動隨年齡增長而增加，周邊RPE細胞中SOD的活性隨年齡增長而減弱。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，故認為SOD的活性改變可能影響ARMD的發生及發展。

3.3.2過氧化氫酶CAT作為人體抗氧化防御系統中重要的組成，存在于人體細胞及某些組織內的過氧化體中，Rex等[37]研究發現，黃斑區及周邊視網膜RPE細胞上均有CAT表達。另有研究發現，無論是否為ARMD患者，RPE細胞中均存在CAT的免疫活動[37]。過氧化氫作為人體正常代謝過程中的廢物，對人體造成一定的損傷，由于CAT可以催化過氧化氫分解，正常來講，RPE細胞受到氧化應激時，CAT的活性應該升高，才能對機體產生保護作用。Frank等[38]發現，ARMD患者體內CAT含量降低，推測可能是由于機體還只處于CAT mRNA轉錄翻譯的早期，在用促ROS生成劑處理RPE細胞后，可見CAT的含量顯著升高，證明CAT的表達與ROS密切相關，從而認為當ARMD發生時，RPE細胞受到氧化損傷后，CAT的活性應該是升高的，這樣才能對人體起到保護作用。

3.3.3谷胱甘肽過氧化物酶在人體中SOD可以將細胞內代謝或反應產生的超氧基(O2-)或單線態氧(1O2)催化，從而轉化為H2O2和O2，但H2O2的堆積會對人體組織或細胞產生毒性反應，同時H2O2在Fe2+存在下通過Fenton反應轉化為有害的羥基自由基(OH)。為了防止這種現象，過氧化物酶體中富含的CAT會將H2O2分解成水和分子氧，從而減少自由基誘導的損傷。線粒體中由于缺少CAT，會通過Gpx將H2O2還原為水和脂質過氧化物，使其轉化為相應的醇。這種集體保護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]發現使用強光照射大鼠眼球24h后，眼內Gpx濃度升高，感光細胞外節段及RPE細胞后極部Gpx表達上調，同時發現Gpx1、Gpx4還可減少RPE細胞的氧化應激反應及蛋白過氧化，從而證明當RPE受到刺激時，可通過升高Gpx濃度減輕氧化損傷，從而起到保護作用。然而，隨著年齡的增長，血液中Gpx含量逐漸下降，體內的H2O2無法被分解，自由基誘導的損傷增多[41]，這也會導致ARMD的發生，故認為適當補充Gpx可以起到防治ARMD或延緩ARMD發展的作用。

上述研究表明，抗氧化劑的應用可以減輕ARMD發病過程中的氧化應激反應，從而保護RPE細胞，潛在性地起到延緩病程進展的作用，為ARMD的治療提供了新的途徑。

4 展望

隨著年齡的增長，體內的氧化應激反應逐漸增多，相應的抗氧化成分逐漸減少，眼部抗氧化能力逐漸降低，可導致眼球各部分氧化物堆積和氧化應激反應加重，而RPE層又是氧化應激反應最為劇烈的位置，由此導致了黃斑變性的發生，但其具體的作用機制目前尚不明確。大量研究表明，抗氧化劑對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一步研究。在今后的研究中，可著重對ARMD的具體氧化損傷機制以及是否有特定的抗氧化劑可以應用于ARMD的治療進行研究，探索ARMD防治的有效手段。