天然抗氧化剂治疗视网膜退行性变性的研究现
本文原载于《中华眼科杂志》年第4期
视网膜退行性变性（retinaldegeneration，RD）是一组包括视网膜色素变性、AMD等在内的严重致盲性眼部疾病。其主要的病理特征为RPE细胞及感光细胞进行性氧化和凋亡。临床表现为不同程度的视网膜功能障碍。近年来，多项体内外及临床试验针对RD的多种治疗方法进行了研究，包括传统的神经营养治疗、钙拮抗治疗、抗凋亡和抗氧化治疗、生长因子治疗以及新型的基因治疗、干细胞治疗、视网膜移植和人工视网膜治疗等，均在一定程度上取得了进展。针对疾病发展的共同转归，抗氧化治疗仍然是治疗RD的主要方法。大量研究表明天然药物中存在多种具有抗氧化活性的物质，不仅具有良好的抗氧化活性，而且使用安全[1]。本文将对该领域的最新研究进展及面临的挑战进行总结和分析。
一、RD细胞氧化凋亡的特征
细胞凋亡是组织在生理性或病理性条件下发生的一种细胞主动死亡形式。触发凋亡的因素包括外部损伤、感染及氧化等[2]。在细胞凋亡的发生、发展过程中，活性氧发挥着重要的作用。羟基-OH通过诱导线粒体DNA的应激反应和脂质氧化，导致线粒体膜破裂并释放细胞色素C，进一步促发细胞凋亡级联反应。活性氧还通过增强多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶活性作用于转录因子κB及活性蛋白1，从而触发感光细胞凋亡。RD包括视网膜色素变性（retinitispigmentosa，RP）和AMD，细胞凋亡参与其主要的病变进程。RP是一组以进行性感光细胞变性、凋亡及色素上皮功能丧失为共同表现的遗传性视网膜变性疾病。多种RP动物模型也是通过基因缺陷、药物诱导或光损伤等方法引起RPE细胞氧化损伤，使其不能吞噬视细胞外节脱落的膜盘，最终导致视细胞变性死亡。AMD的临床及病理改变主要是RPE-光感受器复合体发生变性和凋亡。近年国外学者通过对AMD光感受器的组织病理及功能等进行研究，并根据视锥细胞和视杆细胞的不同受累情况，发现AMD早期即可出现视锥细胞变性和凋亡[3]。视网膜具有大量活性氧簇（reactiveoxygenspecies，ROS），其是一个高耗氧量的特殊结构组织。黄斑部富含感光细胞及色素，对光化学损伤、炎性反应及免疫反应敏感，引起的氧化应激反应导致或加速了RD的发生和发展。
二、天然抗氧化物质对抗RD细胞氧化凋亡的应用和研究
（一）类胡萝卜素
类胡萝卜素广泛存在于植物、动物及人体内，由于其结构中含有多个共轭双键，因此具有淬灭单线态氧的能力，从而在多种疾病的防治方面具有特殊功能，如癌症、心血管疾病、眼部疾病、失眠和皮肤健康等。目前已鉴定的类胡萝卜素有多种，分为两大类：（1）叶黄素类，包括叶黄素、虾青素及玉米黄素等；（2）胡萝卜素类，如α胡萝卜素、β胡萝卜素及番茄红素等。
1．叶黄素：
叶黄素为含氧胡萝卜素，脂溶性，易溶于乙醇，在碱性溶液中稳定，对热和紫外线不稳定。叶黄素在动物体内不能自身合成，必须通过膳食或药物摄入并储存于体内。在视网膜黄斑区的浓度可达到1~12pmol/mm2。叶黄素的作用机制为淬灭单线态氧和破坏自由基链反应，其抗氧化作用优于天然胡萝卜素。叶黄素的生物学作用主要为视觉保护作用，其次对心血管、肝脏和皮肤有影响，并可延缓衰老。在美国进行的一项历时约14年的前瞻性研究发现，高摄入量叶黄素或玉米黄质与降低晚期AMD的风险呈正相关[3]。有学者对视网膜脱离的SD大鼠给予叶黄素治疗，发现可以对抗视网膜氧化应激反应，改善视功能[4]。国内外学者也从作用机制、生物学功能及临床应用等方面，研究了叶黄素对视网膜的抗凋亡保护作用，并进行了深入探讨，证实叶黄素对视觉具有保护作用[5,6,7]。目前已有药物剂型开始应用于临床。
2．虾青素（astaxanthin）：
虾青素是唯一能通过血-脑屏障的类胡萝卜素，其抗氧化活性较强，不仅可以淬灭单线态氧，还可以阻断脂肪酸的链式反应。其抗氧化能力强于β胡萝卜素，但在高氧压条件下其不会成为氧化的强化剂。研究发现虾青素是类胡萝卜素物质中抗氧化能力最强的物质，其清除氧化自由基的能力强于β胡萝卜素、维生素E、α胡萝卜素、叶黄素和番茄红素等。虾青素已被用来延缓多种疾病的进展，其对眼部多种疾病具有抗氧化保护作用，包括对抗白内障、AMD、糖尿病视网膜病变、视网膜光损伤、葡萄膜炎等疾病[8,9,10,11,12,13,14]。国内学者已经证实虾青素可以抑制过氧化氢诱导的人RPE细胞凋亡过程，且抑制效应与药物浓度呈正相关[15]。日本学者对光损伤RD大鼠模型给予每千克体重mg虾青素，通过视网膜电图、组织病理学切片及免疫学等检测，发现虾青素可以明显抑制光损伤使视网膜产生的氧化反应[16]。
3．β胡萝卜素：
β胡萝卜素在低氧压情况下可对人体细胞产生浓度依赖性抗氧化作用，在高氧压条件下表现为促氧化作用。β胡萝卜素是维生素A原，进入肠道后主要在肠细胞膜上被吸收，部分通过胆固醇转运载体和被动扩散吸收，在体内转化为维生素A。
4．番茄红素：
番茄红素是一种广泛存在于水果，如番茄、柚子、番石榴等中的物质。其是许多类胡萝卜素生物合成的中间体，虽然在机体内不能转变为维生素A，但是其淬灭单线态氧的能力强于β胡萝卜素。番茄红素的抗氧化机制为增强过氧化物酶和谷胱甘肽过氧化物酶等的活力。主要用于治疗心血管系统性疾病、光损失、肝损伤、肺癌、胃癌、乳腺癌、结肠癌等疾病以及抗衰老等方面。体外研究发现番茄红素可以降低肿瘤坏死因子（tumornectosisfactor-alphagene，TNF）α诱导的单核细胞黏附和H2O2诱导的RPE细胞损伤。此外，番茄红素可抑制细胞间黏附分子1的表达和转录因子蛋白家族的激活[17]。
（二）多酚
多酚是一类广泛存在于植物体内的次生物质，通过抑制自由基链式反应和形成金属螯合物发挥抗氧化作用。针对多酚类物质，包括花青素、丹参、茶多酚和儿茶素等的研究较多。Tanaka等[18]评估了花青素对视网膜光损伤的保护作用，发现在小鼠玻璃体腔注射花青素能够明显抑制感光细胞变性，显示花青素可以对抗氧化机制诱导的RD。Tao等[19]也认为花青素是一种强效的抗氧化剂，并且证明其能够对抗氧化损伤，清除机体多余的活性氧，并阻止异常的凋亡级联，可以成为一种新的延缓或防止RP视网膜变性的治疗策略。应用芍药素治疗RP动物模型，发现其可以对抗视网膜的退行性变性[20]。中药丹参中的丹酚酸A和B抗氧化性最强，体外研究发现丹酚酸A可通过激活Nrf2/HO-1信号，保护RPE细胞对抗氧化应激反应[21]。目前尚无相关的体内研究报道。
茶多酚的高活性抗氧化作用也是近年研究的热点。文献报道绿茶多酚儿茶素可抑制TNF介导的细胞黏附因子1和单核细胞与RPE黏附[22]，显示其对RD具有保护作用。Silva等[23]的动物实验研究发现，绿茶通过对抗谷氨酸对视网膜产生的毒性作用，发挥抑制视网膜神经退行性病变的功能。绿茶多酚也可以对抗紫外线对体外培养的人RPE细胞的损伤[24]。
（三）维生素
目前已知维生素A、C和E在机体抗氧化应激过程中发挥重要作用。有学者通过研究大鼠肝微粒体过氧化脂质模型发现，25~μmol/L的维生素A、~0μmol/L的维生素E及μmol/L的维生素C均可发挥抗氧化作用，其中以维生素A的抗氧化作用最强[25]。作为ROS清除剂，重组维生素E在细胞膜上可阻止脂质过氧化。动物实验研究结果表明，补充维生素C可减少感光细胞的丢失，并保护其外节段。维生素E缺乏可导致视网膜变性、RPE细胞脂褐素积累及增加视网膜对光化学损伤的敏感性。Sacchetti等[26]对RP的几种治疗性研究进行比较，认为维生素A可以显著减缓视网膜电图波幅下降的速率。Beatty等[27]的研究表明，口服维生素C、维生素E有利于控制AMD的发展进程。
（四）氨基酸
在氨基酸中，参与氧化应激的物质主要有谷氨酰胺和牛磺酸。谷氨酸是机体重要的神经递质，但是过多的谷氨酸会通过激活谷氨酸受体产生兴奋性毒性作用，导致视网膜神经细胞损伤。在多种眼部疾病状态下，包括高眼压、糖尿病视网膜病变、视网膜缺血再灌注，视网膜谷氨酸浓度均会明显增加[28,29]。而其转换产物谷氨酰胺，除了参与机体正常的物质代谢外，主要发挥抗氧化作用。谷氨酰胺的抗氧化作用主要是通过参与合成谷胱甘肽来完成。谷胱甘肽是一种重要的抗氧化剂。研究结果显示谷氨酰胺可诱导大鼠视网膜损伤时热休克蛋白表达，对视网膜损伤起到保护性作用[30]。Lee等[31]发现游离的甘氨酸-谷氨酰胺可共同传导无长突细胞的电活动，增强视网膜电流。
牛磺酸是一种含硫氨基酸，在视网膜感光细胞内含量丰富，对视网膜生长发育及维持正常视功能有重要作用。研究发现牛磺酸具有较强的清除氧自由基的作用，还能够抗脂质过氧化，延缓糖尿病视网膜病变和AMD的发生和发展[32]。有学者应用牛磺酸对抗光化学损伤的大鼠RD，发现可有效保护视网膜功能和形态结构，其作用可能与牛磺酸抗脂质过氧化、提高抗氧化酶活性以及调节凋亡信号转导相关因子的转录表达有关[33]。
（五）褪黑素
褪黑素存在于从藻类到人类等众多生物中，主要是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素，在视网膜中则由光感受器合成并释放。文献报道结果显示，褪黑素受体在视网膜中广泛表达，提示褪黑素有可能作为一种神经调质调节脊椎动物视网膜的多种生理功能。褪黑素除了调节睡眠、增加免疫功能及调节生殖系统功能外，还具有抗氧化作用。其能够直接清除自由基，促进氧化酶作用活性，保护线粒体功能完整，间接调节抗氧化酶，而且其代谢产物也是有效的自由基清除剂。眼部褪黑素可以增强大鼠视网膜神经节细胞甘氨酸电流胞内信号通路，发挥抗氧化、抗凋亡、保护视网膜的功能[34]。
三、应用前景及展望
综上所述，多种天然抗凋亡和抗氧化物质均显示出高效的抗氧化功能，发挥保护眼部组织细胞免受损伤的作用。其中，叶黄素和维生素A、B、C等已在眼科领域应用于临床。其他的天然抗氧化物在对抗RD方面的研究多处于体外实验水平，少数研究在动物模型水平，尚未应用于临床。因此，加强对抗氧化性能较强的天然抗氧化物质的研究，在分子、细胞和整体动物水平探索其作用机制，完善高效分离和规模化制备技术，将有利于推动此类抗氧化活性物质在眼科领域的应用。探索安全、有效、给药方式简便的药物剂型，将为RD等类似致盲性眼病的治疗带来曙光。
参考文献
预览时标签不可点