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氧化應(yīng)激與眼表疾病關(guān)系的研究進(jìn)展△

2014-03-08 05:56:13王雯婕陳劍王園園劉小勇張曉玲曲藝欣秦曉艷
眼科新進(jìn)展 2014年6期
關(guān)鍵詞:翼狀胬肉眼表

王雯婕 陳劍 王園園 劉小勇 張曉玲 曲藝欣 秦曉艷

氧化應(yīng)激與眼表疾病關(guān)系的研究進(jìn)展△

王雯婕 陳劍 王園園 劉小勇 張曉玲 曲藝欣 秦曉艷

氧化應(yīng)激;眼表疾??;活性氧

氧化應(yīng)激日益受到關(guān)注,氧化應(yīng)激是由體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)不平衡引起的,其參與各種急性、慢性病理過程甚至年齡相關(guān)性疾病。大量證據(jù)表明氧化應(yīng)激存在于許多眼表疾病發(fā)病機(jī)制中,并對疾病的發(fā)生發(fā)展起著放大加速作用。本文介紹氧化應(yīng)激與眼表疾病的關(guān)系,以期在臨床治療眼表疾病時重視抗氧化治療。

[眼科新進(jìn)展,2014,34(6):585-588]

人體生命活動的有序進(jìn)行依賴于機(jī)體細(xì)胞正常的氧化還原反應(yīng),線粒體的有氧呼吸不僅為機(jī)體生命活動提供能量和營養(yǎng)物質(zhì),而且微量的副產(chǎn)物在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、酶反應(yīng)、基因表達(dá)等過程中起到不可替代的作用[1-2]。當(dāng)機(jī)體遇到各種物理(過度的自然光、電離光等)、化學(xué)(局部藥物防腐劑、外源化合物等)、微生物(細(xì)菌、真菌、病毒等)刺激或者自身抗氧化防御系統(tǒng)受損時,機(jī)體正常的氧化還原反應(yīng)被打破,機(jī)體氧化抗氧化系統(tǒng)失衡以及無氧呼吸的爆發(fā)帶來氧化應(yīng)激,毒副物質(zhì)堆積對機(jī)體產(chǎn)生一系列病理損害,大量自由基產(chǎn)生、蛋白質(zhì)功能損傷、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常、基因突變,以致細(xì)胞凋亡、組織損害、腫瘤發(fā)生等,并且隨著年齡的增長氧化防御系統(tǒng)的減弱使機(jī)體更易遭受氧自由基的侵襲[3]。眼是直接接觸外環(huán)境的人體器官之一,眼表處在眼的外層,因此更易遭受外界的氧化損傷。本文就氧化應(yīng)激與眼表疾病關(guān)系的研究進(jìn)行綜述。

1 眼表氧化應(yīng)激的機(jī)制

正常情況下機(jī)體氧化抗氧化處在平衡狀態(tài),體內(nèi)抗氧化物質(zhì)有內(nèi)源性的和外源性的。人體自身的抗氧化劑主要有超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、乳酸脫氫酶(LDH)、過氧化氫酶(CAT)等還原酶以及非酶類抗氧化物質(zhì)[4]。氧化應(yīng)激時體內(nèi)氧化抗氧化系統(tǒng)失衡,大量活性物質(zhì)異常堆積或者清除障礙,活性物質(zhì)分為活性氧(ROS)、活性氮(RNS)、活性硫(RSS)、活性氯(RCS)四類,其中氧化應(yīng)激主要是ROS引起的,ROS包括超氧陰離子自由基(O2-)、過氧化氫(H2O2)、羥自由基(OH-)和臭氧(O3)等[5],細(xì)胞內(nèi)的ROS主要由線粒體產(chǎn)生,高水平的ROS可引起多種分子結(jié)構(gòu)和功能改變,主要有蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)。由于細(xì)胞膜和線粒體膜含大量脂質(zhì),活性基團(tuán)使脂質(zhì)氧化改變細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜通透性引起細(xì)胞凋亡,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)對活性基團(tuán)特別敏感尤其是含脂肪族、芳香族氨基酸和含硫氨基酸的蛋白質(zhì),被氧化的蛋白質(zhì)很難修復(fù)并且容易被降解而喪失功能[6],ROS可引起DNA分子突變、斷裂及修復(fù)異常并通過不同途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ROS可激活和調(diào)控各種轉(zhuǎn)錄因子,如轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(NF-E2-related factor 2,Nrf2)、活化蛋白-1(AP-1)、核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB),增加炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、腫瘤壞死因子(TNF)的表達(dá),ROS參與體內(nèi)多種代謝及信號通路的啟動和調(diào)節(jié)如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)家族、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)家族、磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)家族等[7],異常信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)參與衰老、疾病甚至癌癥的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。

2 氧化應(yīng)激與眼表疾病

氧化應(yīng)激與細(xì)胞的一系列生理病理活動相關(guān),大量證據(jù)表明氧化應(yīng)激參與細(xì)胞的損傷過程,并在細(xì)胞凋亡活動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起主要作用,有效地抑制氧化應(yīng)激可以避免細(xì)胞凋亡[8]。氧化應(yīng)激參與許多全身疾病的發(fā)生或加速疾病進(jìn)展如帕金森病[9]、阿爾茨海默綜合征[10]、心血管疾病和癌癥等[11],許多證據(jù)也表明氧化應(yīng)激也參與眼科主要疾病的產(chǎn)生如白內(nèi)障[12]、年齡相關(guān)性黃斑變性[13]、青光眼[14]以及眼表疾病等。

眼表疾病指損害角結(jié)膜正常結(jié)構(gòu)和功能的一類疾病,眼表疾病是常見的眼科疾病,嚴(yán)重可引起視覺障礙,眼表直接暴露于外界環(huán)境更易受氧化損傷影響,氧化損傷與很多眼表疾病的發(fā)生發(fā)展有很大的關(guān)系如干眼癥、翼狀胬肉、輻射或吸煙導(dǎo)致的眼表上皮細(xì)胞破壞、角結(jié)膜炎、圓錐角膜等,因此治療眼表疾病時抗氧化治療是很關(guān)鍵的。

2.1氧化應(yīng)激與干眼癥干眼癥是由于淚液質(zhì)或量的異?;蛄黧w動力學(xué)異常引起的淚膜不穩(wěn)定和眼表損害,干眼癥是眼科發(fā)病率最高的眼表疾病之一。隨著生活質(zhì)量的提高,感染性疾病有下降趨勢,這種非感染性眼病日趨受到關(guān)注,氧化應(yīng)激在干眼癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。Uchino等[15]用mev-1轉(zhuǎn)基因小鼠模型(Tet-mev-1鼠)作動物研究,Tet-mev-1鼠能過表達(dá)活性氧是經(jīng)典的研究線粒體氧化應(yīng)激的動物模型,實驗鼠眼表上皮細(xì)胞損害且淚液中蛋白質(zhì)和水樣液分泌降低,證明氧化應(yīng)激是干眼疾病發(fā)展的致病因素之一。Wakamatsu等[16]利用16例患有干燥綜合征患者的31眼和10位健康人的15眼作了前瞻性對照研究,證明干燥綜合征患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激在干眼疾病的發(fā)病機(jī)制中起到重要作用,可能與干燥綜合征患者體內(nèi)增高的ROS引起脂質(zhì)過氧化使含大量脂質(zhì)的胞膜損傷有關(guān)。同時大量證據(jù)證明了眼表干燥伴隨的炎癥介質(zhì)釋放及神經(jīng)刺激影響角結(jié)膜上皮及淚腺的正常功能和修復(fù)功能,甚至影響淚膜的成分,而這些又可加劇干眼的進(jìn)展,同時患有角結(jié)膜炎患者的淚液和結(jié)膜細(xì)胞的氧化應(yīng)激較高[17],以上很多證據(jù)都證明氧化應(yīng)激在干眼病中的作用,而目前治療干眼癥主要是人工淚液,也許在治療角結(jié)膜干燥的同時注重抗氧化的治療會產(chǎn)生新的療效。

2.2氧化應(yīng)激與翼狀胬肉翼狀胬肉是眼科常見病和多發(fā)病,是常發(fā)于鼻側(cè)區(qū)的向角膜表面生長的與結(jié)膜相連的新生纖維血管樣組織,嚴(yán)重者影響視力,多種因素參與其發(fā)病機(jī)制,如紫外線、營養(yǎng)狀況、遺傳因素、環(huán)境條件等,但目前流行病學(xué)調(diào)查主要歸結(jié)于長期的紫外線輻射引起的[18]。紫外線可以通過直接光毒性或間接形成的ROS等氧化應(yīng)激對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA等大分子造成損傷,研究顯示翼狀胬肉組織比正常結(jié)膜組織中的ROS水平增高,且對抗氧化應(yīng)激的主要還原酶(如SOD、GSH-Px、CAT)水平降低,而具有應(yīng)激作用的一氧化氮(NO)、丙二醛(MDA)水平也不同程度的增高[19-20],8-羥基脫氧鳥苷(8-OHDG)是由氧化應(yīng)激產(chǎn)生的OH-誘導(dǎo)鳥嘌呤產(chǎn)生的,是敏感的DNA損害標(biāo)志物,且 8-OHDG水平代表著氧化應(yīng)激損傷的程度,在翼狀胬肉組織中可以檢測到高水平的8-OHDG,跟正常組織表達(dá)的微量的8-OHDG差異有統(tǒng)計學(xué)意義[19-22]。生存素是近年發(fā)現(xiàn)的凋亡抑制蛋白家族成員之一,具有促增殖和抑制細(xì)胞凋亡作用,研究表明大量翼狀胬肉組織中環(huán)氧酶-2(COX-2)和存活素表達(dá)陽性[23],并且蛋白組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)翼狀胬肉組織中過氧化物酶-2顯著增高,過氧化物酶是一類具有清除H2O2等自由基和解毒作用的還原酶,過氧化物酶水平的增高可以保護(hù)細(xì)胞避免氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞損害與凋亡[24],這些可能解釋了翼狀胬肉的發(fā)病與抗凋亡機(jī)制有關(guān)。盡管目前臨床上把翼狀胬肉診斷為局部侵襲性的良性病變,目前主要治療是手術(shù)結(jié)合藥物治療,可是容易復(fù)發(fā),有證據(jù)顯示8-OHDG升高的翼狀胬肉組織中可以檢測到P53蛋白的表達(dá)。P53蛋白是突變的p53基因的產(chǎn)物,是一種腫瘤促進(jìn)因子[25],這種基因的不穩(wěn)定性跟它的臨床表現(xiàn)良性進(jìn)展不太相符,對翼狀胬肉的定性也許需要進(jìn)一步的實驗及臨床研究。以上諸多證據(jù)說明多種機(jī)制參與了其發(fā)生發(fā)展,其中最主要的是氧化應(yīng)激機(jī)制。翼狀胬肉的侵襲性與復(fù)發(fā)性可能與抗凋亡機(jī)制等有關(guān)系,這為臨床治療提供了線索。

2.3氧化應(yīng)激與圓錐角膜圓錐角膜是以角膜擴(kuò)張、中央變薄呈錐形向前突出為特征的眼病,常造成不規(guī)則近視散光,晚期顯著影響視力,病因不明確。以往對圓錐角膜發(fā)病原因有膠原學(xué)說、代謝與發(fā)育障礙學(xué)說、遺傳學(xué)說、上皮學(xué)說與變態(tài)反應(yīng)學(xué)說等[26]。近年來大量證據(jù)表明氧化應(yīng)激參與了圓錐角膜的發(fā)生,研究顯示圓錐角膜全層都可以測到高水平的DNA氧化損傷產(chǎn)物8-OHDG和脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的4-羥基-2-壬烯酸(4-HNE)及MDA[27],圓錐角膜時成纖維細(xì)胞產(chǎn)生高水平的ROS、RNS,并且角膜中的SOD水平比正常角膜的低、而組織蛋白酶B/G水平卻增加,組織蛋白酶可增加細(xì)胞H2O2水平,并且成纖維細(xì)胞線粒體功能障礙和線粒體DNA(mtDNA)的損傷使成纖維細(xì)胞對氧化應(yīng)激也更敏感[28-29],研究證明紫外線輻射是誘導(dǎo)mtDNA變異的主要因素,mtDNA在眼前段主要存在于角膜基質(zhì)[30]。Pathak等[31]用基因測序的方法證明mtDNA復(fù)合體1序列的變異是引起高水平ROS的主要原因,從而致使氧化應(yīng)激事件的發(fā)生,不論是對氧化應(yīng)激的高反應(yīng)性還是線粒體基因變異都引起ROS的累積,氧化應(yīng)激引起酶活性的降低使膠原合成下降致使圓錐角膜的發(fā)生,因此對圓錐角膜患者及時抗氧化治療能減輕ROS引起的氧化損傷。

2.4氧化應(yīng)激與其他眼表疾病角結(jié)膜炎是眼科常見的眼表疾病,一般有感染性、外傷性、免疫性等,發(fā)病中炎癥介質(zhì)促進(jìn)ROS的釋放,且ROS抑制損傷的愈合。Nucci等[32]通過HSV-1制作單皰病毒性角膜炎(HSK)鼠,發(fā)現(xiàn)HSK角膜組織的谷胱甘肽(GSH)降低,GSH抑制病毒的復(fù)制,減慢病程的進(jìn)展,GSH減少的相對氧化環(huán)境對HSV病毒的復(fù)制是必須的,因此抗氧化治療應(yīng)該是治療HSK潛在的輔助治療。臨床試驗顯示在Mooren角膜潰瘍、過敏性角結(jié)膜炎、化學(xué)及熱灼傷性角結(jié)膜炎患者中,用親脂性SOD進(jìn)行治療潰瘍面積顯著縮小[33],SOD能有效治療無菌性角膜潰瘍。Onouchi等[34]用經(jīng)典的Tet-mev-1轉(zhuǎn)基因鼠模型證明氧化應(yīng)激引起電子傳遞鏈的功能紊亂,參與了年齡相關(guān)的角膜病變的發(fā)生和發(fā)展并且加速角膜的老化。總之,氧化應(yīng)激對眼表疾病的影響是很明確的。

3 眼表疾病的抗氧化防治與展望

近年來,氧化應(yīng)激已引起高度重視,氧化應(yīng)激被認(rèn)為是多種疾病發(fā)生的關(guān)鍵的共同通路,因此抗氧化應(yīng)激也成了疾病治療的重要目標(biāo)。角膜作為眼科解剖結(jié)構(gòu)的最外層直接暴露于大氣中的氧和紫外線,其透明無血管,角膜的抗氧化系統(tǒng)主要依賴于淚膜和房水中的抗氧化物質(zhì)[35]。正常情況下,淚膜含有多種抗氧化物質(zhì)保護(hù)角膜和結(jié)膜,而干眼的患者由于淚膜不穩(wěn)定則難以形成正常的保護(hù)效應(yīng),且隨著年齡的增加,體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)減弱使老年人的角結(jié)膜更易遭受氧化應(yīng)激的損傷[36]。目前很多研究證明通過抗氧化治療或者輔助抗氧化治療能改善眼表疾病,如天然抗氧化劑(槲皮素、沒食子酸等)能阻止氧化應(yīng)激的發(fā)生,有效地終止ROS對眼表帶來的氧化損傷[37],實驗證明用硒-乳鐵蛋白可治療氧化應(yīng)激引起的干眼,改善角膜上皮的抗氧化能力,效果肯定[38],維生素可以防治氧化應(yīng)激引起的角膜內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡[39]??傊?,了解氧化應(yīng)激在眼表疾病中的作用,重視抗氧化治療為眼表疾病的治療帶來新的思路,也許在局部用眼液內(nèi)添加可利用的抗氧化劑會是未來治療眼表疾病的新途徑。

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date:Dec 25,2013

National Natural Science Foundation of China(No:30872808,81100637)From theDepartmentofOphthalmology,theFirstAffiliatedHospitalofJinanUniversity,Guangzhou510632,GuangdongProvince,China

Research progress on relationship between oxidative stress and ocular surface diseases

WANG Wen-Jie,CHEN Jian,WANG Yuan-Yuan,LIU Xiao-Yong,ZHANG Xiao-Ling,QU Yi-Xin,QIN Xiao-Yan

oxidative stress;ocular surface diseases;ROS

Oxidative stress,caused by unbalanced oxidation/anti-oxidation systems in the body,has drawn more and more attention,which participate in various acute and chronic pathological processes,even age-related diseases.Substantial evidence indicates that oxidative stress exists in many ocular surface disease pathogenesis,even has amplification effect in the development of the diseases.In this paper,the mechanism of oxidative stress in ocular surface diseases is described in order to attach importance to the antioxidant treatment in the treatment of ocular surface diseases in clinical therapy.

王雯婕,女,1987年11月出生,河南人,碩士。E-mail:496224194@qq.com

AboutWANGWen-Jie:Female,born in November,1987.Master degree.E-mail:496224194@qq.com

2013-12-25

國家自然科學(xué)基金資助(編號:30872808、81100637)

510632 廣東省廣州市,暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科

陳劍,E-mail:drchenj@163.com

王雯婕,陳劍,王園園,劉小勇,張曉玲,曲藝欣,等.氧化應(yīng)激與眼表疾病關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 眼科新進(jìn)展,2014,34(6):585-588.

10.13389/j.cnki.rao.2014.0162

【文獻(xiàn)綜述】

修回日期:2014-01-02

本文編輯:董建軍

Accepteddate:Jan 2,2014

Responsibleauthor:CHEN Jian,E-mail:drchenj@163.com

[RecAdvOphthalmol,2014,34(6):585-588]

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