孔雪晴 沙詠怡 項(xiàng)敏泓

干眼是一種受年齡、環(huán)境等多因素影響的疾病,其特征是淚膜持續(xù)性不穩(wěn)定或缺損,可引起眼部不適或視力障礙,并伴有不同程度的眼表上皮缺損、炎癥和神經(jīng)感覺(jué)異常[1]。流行病學(xué)研究表明,干眼在全球的患病率為5%～35%[2],我國(guó)干眼發(fā)生率為21%～30%,干眼患者已占眼科門診患者的30%以上[3],且其發(fā)病率隨著年齡的增長(zhǎng)而增加[4]。隨著人口老齡化和預(yù)期壽命的延長(zhǎng),預(yù)計(jì)干眼將成為眼科就診的主要原因之一[5]。與此同時(shí),氧化應(yīng)激也受到年齡的影響,是導(dǎo)致年齡相關(guān)性干眼的一個(gè)重要病因。近年來(lái),隨著對(duì)健康的重視,關(guān)于氧化應(yīng)激對(duì)干眼的影響,以及干眼治療方面尤其是以食療代替藥物的研究日益增多。本文就氧化應(yīng)激在干眼中的發(fā)病機(jī)制以及天然食物中的抗氧化劑在干眼治療中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 氧化應(yīng)激致干眼的機(jī)制

氧化應(yīng)激是指氧化劑與抗氧化劑之間作用失衡的一種狀態(tài),活性氧(ROS)在干眼的發(fā)生發(fā)展中起核心作用[6],過(guò)量的ROS會(huì)破壞細(xì)胞蛋白、脂質(zhì)和DNA,導(dǎo)致細(xì)胞致命的損傷,進(jìn)而涉及多種病理過(guò)程。

1.1 氧化應(yīng)激與自噬

自噬是指依賴于溶酶體的分解代謝過(guò)程,在維持真核生物的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)和活力方面起重要作用[7]。研究表明,ROS可以通過(guò)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白依賴性途徑誘導(dǎo)自噬[8-9]。自噬對(duì)眼表健康具有雙重作用,但隨著年齡的增長(zhǎng),ROS過(guò)度產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致包括DNA和蛋白質(zhì)在內(nèi)的生物分子的結(jié)構(gòu)損傷,并阻礙受損的細(xì)胞核和線粒體DNA的修復(fù),導(dǎo)致自噬不足;ROS的中度變化可誘導(dǎo)自噬來(lái)恢復(fù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)并消除氧化損傷,從而達(dá)到保護(hù)作用;而急性和持續(xù)的ROS產(chǎn)生會(huì)抑制溶酶體的功能,導(dǎo)致細(xì)胞中氧化大分子的積累,引起或加重干眼的發(fā)生[10]。

自噬是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,微管相關(guān)蛋白輕鏈3(LC3)及自噬相關(guān)蛋白beclin1、Atg和p62在此過(guò)程中起重要作用,其中LC3是自噬的主要標(biāo)志物,而p62的蛋白表達(dá)量與自噬活性呈負(fù)相關(guān)[11-12]。Yin等[13]研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用過(guò)氧化氫誘導(dǎo)人角膜上皮細(xì)胞和大鼠角膜氧化損傷,LC3-Ⅰ、LC3-Ⅱ、beclin1和Atg12水平均顯著下調(diào),而p62水平上調(diào),表明角膜上皮氧化損傷與自噬不足有關(guān);同時(shí),使用自噬激動(dòng)劑雷帕霉素處理細(xì)胞后發(fā)現(xiàn),ROS標(biāo)志物3-硝基酪氨酸及催化產(chǎn)生ROS的NADPH氧化酶-4的水平均顯著降低,LC3、beclin1和Atg12水平均增加,p62減少,進(jìn)一步證明了氧化應(yīng)激與自噬的關(guān)聯(lián)。

1.2 氧化應(yīng)激與炎癥

在干眼的發(fā)病機(jī)制中,眼表炎癥變化與氧化應(yīng)激密切相關(guān),二者具有協(xié)同作用。炎癥介質(zhì)可增加ROS的表達(dá),而ROS增多又可導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子、趨化因子和基質(zhì)重塑因子的分泌增強(qiáng),從而改變局部環(huán)境穩(wěn)態(tài),最終導(dǎo)致氧化應(yīng)激的慢性惡性循環(huán)[14-15]。

超氧化物歧化酶(SOD)是最有效的抗氧化系統(tǒng)之一,Cu、Zn-SOD敲除導(dǎo)致氧化應(yīng)激狀態(tài),在一項(xiàng)對(duì)SOD1敲除小鼠進(jìn)行的研究中觀察到淚腺腺泡萎縮、纖維化,并被CD4+T細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[16]。Wakamatsu等[17]評(píng)估干燥綜合征患者和正常受試者結(jié)膜脂質(zhì)氧化應(yīng)激標(biāo)志物及炎癥細(xì)胞的水平時(shí)發(fā)現(xiàn),與正常受試者相比,干燥綜合征患者結(jié)膜脂質(zhì)過(guò)氧化物4-羥基壬烯酸(4-HNE)和乙酰賴氨酸表達(dá)升高,炎癥細(xì)胞密度顯著增高,表明ROS的產(chǎn)生與細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化和眼表淚腺單元中的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)有關(guān)。結(jié)膜松弛癥(CCh)與干眼在臨床表現(xiàn)及發(fā)病機(jī)制上有很多相似之處,Ma等[18]發(fā)現(xiàn),CCh患者血清中白細(xì)胞介素-17和白細(xì)胞介素-22水平均顯著高于正常對(duì)照組。Ward等[19]發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,CCh患者的結(jié)膜標(biāo)本中乙酰賴氨酸和8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷(8-OHdG)染色明顯,且白細(xì)胞介素-1β和腫瘤壞死因子與8-OHdG染色的細(xì)胞計(jì)數(shù)顯著相關(guān),表明干眼中氧化應(yīng)激與炎癥的相關(guān)性。

1.3 氧化應(yīng)激與衰老

衰老是組織和器官功能隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)的一系列退行性變化。衰老的自由基理論,后來(lái)被稱為衰老的氧化應(yīng)激理論認(rèn)為,與年齡相關(guān)的功能喪失是由于ROS對(duì)大分子(如脂質(zhì)、DNA和蛋白質(zhì)等)結(jié)構(gòu)和功能的氧化損傷累積所致[20-21]。8-OHdG和4-HNE是氧化損傷常用的生物指標(biāo),在人類淚腺活檢樣本中發(fā)現(xiàn),隨著年齡增長(zhǎng),8-OHdG和4-HNE表達(dá)水平升高,即氧化應(yīng)激增加[22]。

研究表明,老年患者瞼板腺功能降低,淚膜穩(wěn)定性下降且成分改變,多伴有氧化應(yīng)激標(biāo)志物增多[23]。Kojima等[16]研究發(fā)現(xiàn),缺乏SOD1的小鼠衰老速度較正常小鼠快;同時(shí)在其另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),SOD1缺乏小鼠的結(jié)膜組織中脂質(zhì)和DNA氧化損傷隨著衰老而加重,說(shuō)明氧化應(yīng)激與衰老相互作用[24]。Xiang等[25]通過(guò)β-半乳糖苷酶染色和qRT-PCR測(cè)定發(fā)現(xiàn),與正常對(duì)照組相比,CCh患者的結(jié)膜組織存在更多衰老細(xì)胞,且衰老相關(guān)基因(p53和p21)及p38MAPK的表達(dá)更高,同時(shí)與正常成纖維細(xì)胞相比,CCh成纖維細(xì)胞中ROS含量更高且SOD活性較低,而阻斷CCh成纖維細(xì)胞中的p38信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可減少ROS的產(chǎn)生并提高CCh成纖維細(xì)胞的SOD活性。

2 天然食物中的抗氧化劑治療干眼

既然氧化應(yīng)激是導(dǎo)致干眼的重要機(jī)制之一,抗氧化應(yīng)激可作為治療干眼的有效方法。食療自古就在許多疾病的治療中占據(jù)一席之地,近年來(lái)關(guān)于天然膳食中抗氧化應(yīng)激的研究逐漸興起。天然食物中的海藻糖、α-硫辛酸、槲皮素、蝦青素、白藜蘆醇及紫檀芪等化合物均具有很好的抗氧化作用,在改善眼表氧化應(yīng)激狀態(tài)、治療干眼方面具有廣闊的前景。

2.1 海藻糖

海藻糖是一種天然的二糖,人體內(nèi)不能合成,但可從蘑菇類、海藻類、豆類、蝦、面包、啤酒及酵母發(fā)酵食品中攝取。海藻糖具有保護(hù)細(xì)胞(尤其是細(xì)胞膜)免受氧化損傷和干燥損傷的作用,并促進(jìn)傷口愈合。研究發(fā)現(xiàn),海藻糖滴眼液可通過(guò)減少細(xì)胞凋亡并降低眼表的氧化、炎癥和蛋白水解活性來(lái)緩解干眼[26-27]。紅細(xì)胞衍生核因子2樣蛋白2是細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,通過(guò)與線粒體的直接作用來(lái)保護(hù)線粒體免受氧化損傷[28],海藻糖可增加p62蛋白的表達(dá),激活紅細(xì)胞衍生核因子2樣蛋白2,增強(qiáng)其下游抗氧化因子的表達(dá),并減少ROS的含量[29]。當(dāng)培養(yǎng)的人角膜上皮細(xì)胞受到干燥刺激5～45 min后,與其他干眼類滴眼液相比,含海藻糖的滴眼液在維持正常的細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞膜功能、細(xì)胞增殖活性以及預(yù)防干燥誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡方面表現(xiàn)出高效率[30]。Brar等[31]在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中分別應(yīng)用海藻糖-透明質(zhì)酸滴眼液與1 g·L-1透明質(zhì)酸治療干眼,與透明質(zhì)酸組相比,海藻糖組患者的淚膜破裂時(shí)間、淚河高度均有明顯改善。

2.2 α-硫辛酸

α-硫辛酸是一種天然存在的抗氧化劑,其在西蘭花、菠菜、番茄或肉類、心臟、肝臟等食物中均有分布,可作為線粒體酶活性的輔助因子[32]。α-硫辛酸通過(guò)下調(diào)角膜上皮細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶-9的表達(dá)并激活眼表的抗氧化狀態(tài)來(lái)預(yù)防干眼[33];其還可以螯合過(guò)渡金屬離子,增加其他抗氧化劑的水平,如谷胱甘肽、維生素E和C,從而清除ROS和其他自由基[32]。研究表明,對(duì)于有干眼的糖尿病患者,1 g·L-1α-硫辛酸與3 g·L-1羥丙基甲基纖維素聯(lián)合治療組的療效優(yōu)于單獨(dú)使用3 g·L-1羥丙基甲基纖維素滴眼液,且聯(lián)合治療組可顯著改善患者淚膜破裂時(shí)間、淚河形態(tài)以及眼表疾病指數(shù),并促進(jìn)角膜上皮缺損的愈合[34]。

2.3 槲皮素

槲皮素是一種廣泛存在于自然界的類黃酮化合物,與大多數(shù)類黃酮一樣,具有抗氧化的功效,在人們的日常飲食中含量豐富,例如洋蔥、西蘭花、番茄、花椰菜、大蔥、蘆筍、藍(lán)莓、葡萄、山楂、石榴以及茶葉[35-36]。槲皮素具有清除氧自由基、鰲合金屬離子、抑制氧化低密度脂蛋白引起的氧化損傷及提高抗氧化酶活性的作用,從而起到抗氧化作用[37]。研究證明,槲皮素在體外和體內(nèi)各種組織中均有抗氧化、抗炎和抗纖維化活性,能夠直接調(diào)節(jié)正常細(xì)胞代謝期間及在缺氧、損傷或線粒體功能障礙等病理?xiàng)l件下產(chǎn)生的 ROS 水平[38]。在實(shí)驗(yàn)性干眼小鼠模型中發(fā)現(xiàn),5 g·L-1槲皮素滴眼液可使淚液量顯著增加,并增加杯狀細(xì)胞密度,使黏蛋白分泌增多,從而改善淚膜功能[39]。

2.4 蝦青素

蝦青素是一種天然存在的類胡蘿卜素,通常存在于藻類和水生動(dòng)物如鮭魚、蝦等中[40],具有抗氧化、抗炎及抗凋亡活性,蝦青素主要通過(guò)清除細(xì)胞膜內(nèi)層和外層的ROS來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[41],并可調(diào)節(jié)自噬的信號(hào)通路[42-43]。一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)雙盲研究中,研究者比較分別口服蝦青素營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充劑和安慰劑對(duì)干眼患者的影響,補(bǔ)充期持續(xù)8周,每4周隨訪一次,持續(xù)16周,結(jié)果顯示,口服蝦青素營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充劑可顯著改善干眼患者的淚液產(chǎn)生和淚膜的穩(wěn)定性,同時(shí)降低角膜熒光素染色評(píng)分和淚液中的ROS水平,從而顯著改善患者的干眼癥狀和體征[44]。蝦青素能夠有效防止ROS形成并對(duì)自由基發(fā)揮高清除活性,有望阻止ROS相關(guān)干眼的發(fā)生和進(jìn)展[45]。

2.5 白藜蘆醇及其衍生物紫檀芪

白藜蘆醇及其衍生物紫檀芪是天然的多酚化合物,膳食來(lái)源主要包括紅葡萄、藍(lán)莓、桑椹、花生、紅酒等,二者具有相似的藥理學(xué)作用,大量研究表明其具有抗氧化、抗炎及抗衰老的作用,對(duì)心血管疾病、神經(jīng)病變、糖尿病和癌癥均有良好的預(yù)防作用[46-50]。沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(SIRT1)是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶的去乙?；?是抗氧化應(yīng)激的重要物質(zhì),白藜蘆醇的抗氧化作用主要是通過(guò)上調(diào)SIRT1的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)[51]。Chen等[52]用苯扎氯氨誘導(dǎo)小鼠干眼模型,經(jīng)白藜蘆醇滴眼治療后,小鼠淚腺中SIRT1表達(dá)上調(diào),同時(shí)誘導(dǎo)抗氧化酶SOD和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的表達(dá)。Li等[53]用高滲培養(yǎng)基誘導(dǎo)人角膜上皮細(xì)胞ROS過(guò)度產(chǎn)生,經(jīng)紫檀芪處理后,氧化損傷生物標(biāo)志物4-HNE、8-OHdG及丙二醛的表達(dá)均顯著降低。這意味著白藜蘆醇及其衍生物紫檀芪可能成為治療干眼的潛在用藥。

3 結(jié)束語(yǔ)

氧化應(yīng)激是干眼發(fā)病機(jī)制中的重要環(huán)節(jié),并與自噬、炎癥及衰老關(guān)系密切。抗氧化應(yīng)激在干眼的治療過(guò)程中必不可少,天然食物中含有的海藻糖、α-硫辛酸、槲皮素、蝦青素、白藜蘆醇及紫檀芪等化合物均具有抗氧化作用,且天然食物的毒副作用小,可長(zhǎng)期使用,其為干眼的有效防治提供新思路。

致謝：感謝導(dǎo)師項(xiàng)敏泓老師在選題、論文撰寫及修改的每一環(huán)節(jié)都非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟o予我指導(dǎo)和建議,感謝同門和朋友給予我無(wú)私的幫助、支持及鼓勵(lì)。