傅曉穎，鄧曉敏，彭佳媛，余小平

光感受器高度依賴含鐵酶。胞內(nèi)產(chǎn)生過量亞鐵離子時(shí)，亞鐵離子通過芬頓反應(yīng)產(chǎn)生活性氧分子（reactive oxygen species，ROS）[1]，引起細(xì)胞氧化還原水平失衡進(jìn)而發(fā)生膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，誘導(dǎo)視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelial，RPE）細(xì)胞和光感受器細(xì)胞凋亡[2]。近年研究[3-4]已證實(shí)，鐵螯合劑具有抗氧化活性，對(duì)視網(wǎng)膜色素變性、視網(wǎng)膜動(dòng)脈阻塞、青光眼等視網(wǎng)膜疾病皆有一定治療作用。本文就鐵離子對(duì)視網(wǎng)膜光損傷的毒性作用及鐵螯合劑治療研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 視網(wǎng)膜鐵代謝途徑

1.1 視網(wǎng)膜鐵的攝取儲(chǔ)存與利用

血液循環(huán)中大多數(shù)非血紅素鐵可先與轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，Tf）結(jié)合，再與RPE 細(xì)胞基底外表面和視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞（retinal vascular endothelial cells，rVECs）頂端的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor，Tfr）結(jié)合，將鐵釋放入細(xì)胞內(nèi)[5]。細(xì)胞內(nèi)鐵與Tf 和Tfr解離后進(jìn)入一個(gè)可以被利用、儲(chǔ)存或輸出的不穩(wěn)定鐵池（labile iron pool，LIP）。LIP 中過量的鐵儲(chǔ)存于鐵蛋白（ferritin，F(xiàn)t）內(nèi)，F(xiàn)t 是一種由重鏈（21 kDa）和輕鏈（19 kDa）組成的多亞基蛋白。鐵蛋白重鏈（ferritin heavy chain，F(xiàn)tH）具有鐵氧化酶活性，能夠?qū)⑦^量亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，促進(jìn)鐵離子在鐵蛋白輕鏈（ferritin light chain，F(xiàn)tL）里積累，增加細(xì)胞抗氧化功能[6]。膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ferroportin，F(xiàn)pn）是胞內(nèi)唯一的排鐵蛋白。其可在銅藍(lán)蛋白（ceruloplasmin，Cp）和鐵轉(zhuǎn)運(yùn)輔助蛋白（hephaestin，Heph）的協(xié)助下，將亞鐵離子氧化為鐵離子，令鐵更容易轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外。而rVECs 中Fpn 可通過血視網(wǎng)膜屏障將鐵輸入視網(wǎng)膜，視網(wǎng)膜內(nèi)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)到光感受器外節(jié)，RPE 細(xì)胞吞噬光感受器外段，釋放鐵離子到視網(wǎng)膜外毛細(xì)血管，最終鐵從光感受器循環(huán)到血液[7]。Fpn 受鐵調(diào)素（hepcidin，Hepc）調(diào)控，Hepc 與Fpn 胞外結(jié)構(gòu)結(jié)合，引起Fpn 降解限制胞內(nèi)鐵輸出。鐵調(diào)節(jié)蛋白（iron regulatory proteins，IRP）是維持機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)控蛋白。細(xì)胞內(nèi)鐵含量低時(shí)，IRP 與鐵反應(yīng)元件結(jié)合，阻礙Ft 和Fpn mRNA 有效翻譯，保護(hù)Tfr mRNA 穩(wěn)定性，增加細(xì)胞內(nèi)可利用的鐵。當(dāng)鐵含量充足時(shí)，鐵可以與IRP 結(jié)合引起構(gòu)象改變，促進(jìn)Ft 和Fpn 轉(zhuǎn)錄翻譯，破壞Tfr 和二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體（divalent metal-ion transporter-1，DMT1）mRNA 穩(wěn)定性，細(xì)胞吸收鐵減少儲(chǔ)存鐵增多[8]。

1.2 視網(wǎng)膜鐵的調(diào)節(jié)

視網(wǎng)膜細(xì)胞內(nèi)鐵含量由多種調(diào)控因子控制。Tfr 在鐵的攝取過程中起關(guān)鍵作用，Tfr1 和Tfr2 是Tfr 的2 種亞型。由于Tfr1 與Tf 親和力高，鐵主要通過Tfr1 介導(dǎo)的機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞[9]。細(xì)胞缺鐵時(shí)Tfr1 表達(dá)增加，鐵過量時(shí)Tfr1 表達(dá)減少。Ft 是一種能夠抵抗細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞生存的蛋白。不僅用于儲(chǔ)存鐵離子，還能增加p53 轉(zhuǎn)錄活性，保護(hù)細(xì)胞不受氧化應(yīng)激損傷[10]。Picard 等[11]發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)FtH 等位基因的丟失會(huì)有利于光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜變性。他們對(duì)野生型H 鐵蛋白（wild-type H ferritin，HFt+/+）小鼠和雜合型H 鐵蛋白（heterozygous H ferritin，HFt+/-）小鼠進(jìn)行同樣的光照處理后，發(fā)現(xiàn)HFt+/-小鼠視網(wǎng)膜變性范圍比HFt+/+小鼠更廣。血清Ft 含量與鐵儲(chǔ)備水平呈正比，監(jiān)測(cè)血清Ft 濃度可用于判斷是否存在鐵超載或鐵缺乏的現(xiàn)象[12]。

除肝臟以外，其他器官如大腦、心臟、腎臟和視網(wǎng)膜Müller 細(xì)胞、RPE 細(xì)胞等也會(huì)產(chǎn)生Hepc[13-14]。Baumann 等[15]對(duì)肝臟特異性Hepc 基因敲除（liver-specific hepc knockout mouse strain，LS-HepcKO）小鼠和視網(wǎng)膜特異性Hepc 基因敲除（retinaspecific hepc knockout，RS-HepcKO）小鼠進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，LS-HepcKO 小鼠血清鐵含量升高，同時(shí)出現(xiàn)視網(wǎng)膜鐵超載和視網(wǎng)膜退化的現(xiàn)象。而RS-HepcKO 小鼠視網(wǎng)膜鐵含量沒有變化，視網(wǎng)膜也不發(fā)生變性。這表明肝臟特異性Hepc 缺失會(huì)造成血清鐵含量升高，導(dǎo)致視網(wǎng)膜內(nèi)鐵積累和視網(wǎng)膜退行性變。而視網(wǎng)膜雖然也分泌特異性Hepc，但并不影響血清鐵濃度。

2 鐵毒性與視網(wǎng)膜光損傷

2.1 鐵毒性的機(jī)制

血液中Tf 含量有限，當(dāng)Tf 達(dá)到約70%飽和時(shí)會(huì)出現(xiàn)游離鐵，這種鐵被稱為非轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合鐵（non-transferrin bound iron，NTBI）。NTBI 是一種具有氧化還原活性的、潛在的鐵毒性形式，主要通過DMT1、鋅鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白14 或L 型和T 型Ca通道進(jìn)入細(xì)胞[16]。NTBI 是Fe3+與小分子如檸檬酸鹽、乙酸鹽和磷酸結(jié)合的混合物。檸檬酸鹽和抗壞血酸鹽在Tf 周期內(nèi)有協(xié)同作用，促進(jìn)鐵從Tf-Tfr1 釋放[17]。細(xì)胞中游離的不穩(wěn)定鐵或循環(huán)中NTBI 可以通過芬頓反應(yīng)催化羥基自由基形成[18]。羥基自由基可引起脂質(zhì)過氧化、DNA 鏈斷裂和生物分子降解，導(dǎo)致分子和細(xì)胞功能障礙。

2.2 視網(wǎng)膜光損傷

雖然光是形成視力和調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的基本要素，然而過多光線集聚在視網(wǎng)膜上會(huì)造成光熱損傷、機(jī)械損傷和化學(xué)損傷[19]。光能從光傳遞到視網(wǎng)膜組織會(huì)產(chǎn)生光熱損傷。光能等于普朗克常數(shù)乘以光速除以光波長(zhǎng)。固定的光照時(shí)間下，波長(zhǎng)越短，能量越大，溫度上升速度越快。熱能增加細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷，包括蛋白質(zhì)變性、分子三級(jí)結(jié)構(gòu)喪失。視網(wǎng)膜光熱損傷常見于臨床使用激光治療各種視網(wǎng)膜疾病，如糖尿病性視網(wǎng)膜病、視網(wǎng)膜水腫、視網(wǎng)膜腫瘤和視網(wǎng)膜脫離等[20]。光機(jī)械損傷是指由于將能量快速輸入RPE 細(xì)胞的黑素體而產(chǎn)生機(jī)械壓縮或拉伸，這些壓縮力和張力會(huì)產(chǎn)生沖擊波，對(duì)RPE 細(xì)胞或感光細(xì)胞造成永久性損傷。光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜損傷以光化學(xué)損傷為主，眼睛中的發(fā)色團(tuán)吸收紫外線或可見光，導(dǎo)致能量、質(zhì)子或電子轉(zhuǎn)移到其他分子，進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生自由基或活性氧，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)[21]。光化學(xué)損傷的受到多因素的影響，如暴露時(shí)間、強(qiáng)度、體溫、晝夜節(jié)律和環(huán)境條件等。視網(wǎng)膜的光化學(xué)損傷分為兩類，第一類損傷由光感受器細(xì)胞中視紫紅質(zhì)激活介導(dǎo)，其特征是白光輻照度較低，曝光時(shí)間可持續(xù)數(shù)日或數(shù)周，第二類損傷是在高輻射白光下產(chǎn)生的損傷，其主要發(fā)生在RPE 細(xì)胞和感光細(xì)胞[22]。

鐵是光轉(zhuǎn)導(dǎo)酶的輔助因子，感光細(xì)胞和RPE 細(xì)胞含鐵量較高。白光照射感光細(xì)胞12 h 后可發(fā)現(xiàn)亞鐵離子含量顯著增加，羥基自由基產(chǎn)生增多，感光細(xì)胞死亡增加[23]。因此，視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷可誘導(dǎo)鐵離子過量。RPE 細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷是光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜損傷過程中一重要特征。光反應(yīng)性維生素A 醛類化合物在RPE 細(xì)胞中老化積累，其中N-亞視黃基-N-視黃基-乙醇具有類雙視黃醇結(jié)構(gòu)是RPE 細(xì)胞脂褐素的主要熒光基團(tuán)[24]。這些化合物在光照下能降解成含醛和二羰基碎片，可介導(dǎo)分子和細(xì)胞損傷。Ueda 等[5]發(fā)現(xiàn)，鐵出口蛋白Heph 和Cp缺乏時(shí)，小鼠RPE 細(xì)胞內(nèi)鐵含量增加而類雙視黃醇濃度降低。鐵能與類雙視黃醇和脂褐素相互作用加重細(xì)胞損傷程度，誘導(dǎo)視網(wǎng)膜變性。相反，黑色素可以結(jié)合大量鐵來保護(hù)RPE 細(xì)胞免受鐵誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激作用，而藍(lán)光照射會(huì)降解黑色素小體從而導(dǎo)致其抗氧化能力喪失[25]。

2.3 年齡相關(guān)性黃斑變性

年齡相關(guān)性黃斑變性（age-related macular degeneration，AMD）是一種退化性視網(wǎng)膜疾病，可導(dǎo)致60 歲以上人群失明。持續(xù)光照會(huì)加重AMD 的發(fā)展進(jìn)展，其特征是中央視網(wǎng)膜中感光細(xì)胞變性和視網(wǎng)膜上皮層受損。因此，光誘導(dǎo)的光感受器細(xì)胞死亡模型可廣泛用于闡明AMD 和視網(wǎng)膜變性的損傷機(jī)制[22]。AMD 的發(fā)病機(jī)制與氧化應(yīng)激、脂質(zhì)積聚、炎癥、補(bǔ)體通路的失調(diào)和異常血管生成有關(guān)[26]。其中，鐵濃度增加誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可能是導(dǎo)致AMD 的重要原因[27]。研究[28]發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于健康人群，早期AMD 患者的RPE 細(xì)胞和Bruch 膜中鐵含量增加并繼發(fā)性引起光感受器退化。同時(shí)，干性AMD 患者出現(xiàn)感光細(xì)胞和RPE 細(xì)胞退行性改變、脂褐素的堆積，房水中發(fā)現(xiàn)鐵濃度增加，從另一方面證實(shí)了鐵在AMD 發(fā)病機(jī)制中的作用[29]。AMD 中鐵蓄積的原因與鐵的運(yùn)輸和儲(chǔ)存異常有關(guān)，Tfr1、Tfr2、IRP1、IRP2 基因的多態(tài)性與AMD 的發(fā)展有關(guān)[30]。收集AMD 患者的血液樣本，可觀察到Tf 和Tfr1 濃度顯著增加，而Ft 濃度顯著降低。新生血管性AMD 中存在網(wǎng)膜下出血，引起進(jìn)行性光感受器退化[31]。鐵對(duì)視網(wǎng)膜的毒性作用、光感受器與RPE 細(xì)胞的分離和纖維血管膜的增殖都能造成視網(wǎng)膜下出血。

3 鐵毒性與遺傳性視網(wǎng)膜疾病

3.1 無銅藍(lán)蛋白血癥

無銅藍(lán)蛋白血癥是一種罕見的由Cp 基因變異引起的常染色體隱性疾病。Cp 可將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子來促進(jìn)鐵的輸出。無銅藍(lán)蛋白血癥患者的腦、視網(wǎng)膜和胰腺都會(huì)因鐵輸出障礙進(jìn)而出現(xiàn)鐵過載現(xiàn)象，其臨床表現(xiàn)包括視網(wǎng)膜變性、糖尿病和癡呆等。組織病理學(xué)檢查顯示患者視網(wǎng)膜可見玻璃疣、RPE 細(xì)胞鐵堆積、細(xì)胞肥大、黑色素異常等。在Cp 和Heph 敲除的小鼠中，也可觀察到視網(wǎng)膜鐵含量增加，且出現(xiàn)具有AMD 特征的視網(wǎng)膜變性，例如年齡依賴性RPE 細(xì)胞肥大、光感受器變性和視網(wǎng)膜下新生血管生成。

3.2 遺傳性血色素沉著癥

遺傳性血色素沉著癥是一種由人類遺傳性血色素沉著癥基因（hereditary hemochromatosis gene，HFE）突變引起的鐵攝入增強(qiáng)的疾病。HFE 蛋白通常能夠與Tfr 結(jié)合并形成穩(wěn)定的復(fù)合物，降低Tfr 與Tf 的親和力，減少鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)。HFE 主要在RPE 細(xì)胞中表達(dá)，HFE 突變將影響復(fù)合物的形成，使鐵吸收增加，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜鐵過載和視網(wǎng)膜變性。此外Fpn、Hepc 和Tfr2 基因變異也可以導(dǎo)致血色素沉著病[32]。

因此，視網(wǎng)膜鐵的攝取、貯存、輸出等任一環(huán)節(jié)出錯(cuò)都可引起鐵代謝障礙，產(chǎn)生毒性作用，引起視網(wǎng)膜細(xì)胞氧化損傷。總之，鐵是感光細(xì)胞和RPE 細(xì)胞中氧化損傷及細(xì)胞死亡的重要因素。

4 鐵螯合劑對(duì)視網(wǎng)膜的保護(hù)作用

鐵螯合劑可以結(jié)合鐵離子形成穩(wěn)定的復(fù)合物，降低其毒性作用，保護(hù)視網(wǎng)膜免受鐵誘導(dǎo)的氧化損傷。去鐵胺（deferoxamine，DFO）、去鐵酮（deferiprone，DFP）和地拉羅斯是3 種廣泛使用的鐵螯合劑。在視網(wǎng)膜色素變性和光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜損傷模型中，DFO 可減少RPE 細(xì)胞和Bruch 膜中過多鐵離子并保護(hù)視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)功能。但DFO 為一種親水性鐵螯合劑，必須以肌肉注射或靜脈注射的方式給藥。同時(shí)DFO 會(huì)造成視網(wǎng)膜神經(jīng)毒性，例如視野缺陷、視力下降、色覺缺陷及視網(wǎng)膜電圖波幅下降等[33]。相比之下DFP 可以口服，且與鐵的親和力較低，對(duì)小鼠視網(wǎng)膜沒有毒性作用。給Cp 和Heph 敲除小鼠喂養(yǎng)含DFP 的飲用水可降低視網(wǎng)膜鐵含量和氧化應(yīng)激水平。在光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜變性中，DFP 可減少光誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞侵襲，提高光感受器存活率。

Tf 作為鐵主要轉(zhuǎn)運(yùn)體，也是一種天然的鐵螯合劑。其主要特性是控制體內(nèi)鐵含量，避免任何游離不穩(wěn)定的鐵產(chǎn)生。此外Tf 還能調(diào)控鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)，降低鐵介導(dǎo)的氧化損傷。研究[34]表明，在小鼠進(jìn)行光照前向玻璃體內(nèi)注射Tf 可以下調(diào)Tfr1、Fpn、Ft 和DMT1 mRNA 表達(dá)，防止持續(xù)光照引起早期鐵代謝失衡，保護(hù)感光細(xì)胞核層形態(tài)。在光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜變性后向玻璃體注射Tf，可增強(qiáng)Tfr2-Fe-Hepc 通路減少血清鐵濃度。因此，Tf 既可以預(yù)防視網(wǎng)膜中鐵的積累，還可以延緩視網(wǎng)膜退化。Daruich 等[35]指出，在視網(wǎng)膜脫落模型中，Tf 除了能恢復(fù)鐵的穩(wěn)態(tài)、減少視網(wǎng)膜脫落引起的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死，還能激活神經(jīng)保護(hù)通路如IGFBP3 通路并介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用。另外，植物中的天然分子，如姜黃素、多酚和黃酮類化合物，也能夠與鐵等金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，進(jìn)而減少ROS 的產(chǎn)生[36]。

4 小結(jié)

視網(wǎng)膜從鐵的攝取、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、利用等方面，調(diào)節(jié)鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)，維持鐵代謝平衡。鐵過載可能是光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜變性的主要原因之一。鐵螯合劑可成為預(yù)防視網(wǎng)膜變性的潛在治療靶點(diǎn)。雖然研究表明過量鐵可引起視網(wǎng)膜細(xì)胞損傷，但其具體機(jī)制的研究還不明確。除已知的鐵過載發(fā)生機(jī)制以外，還有哪些因素可引起鐵代謝紊亂、鐵過載能否通過其他方式誘導(dǎo)細(xì)胞死亡、鐵螯合劑在光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜疾病中的作用機(jī)制等問題都還需要進(jìn)一步探討。相信對(duì)鐵過載的深入研究，將有助于研究者進(jìn)一步明確視網(wǎng)膜內(nèi)鐵代謝的具體機(jī)制，為研究和治療視網(wǎng)膜光損傷提供更多的理論依據(jù)。