氧化应激在年龄相关性黄斑变性中的作用

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年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是一种严重损害老年人视力的进行性疾病,通常双眼先后发病,多发生于50岁以上老年人。主要表现为视物变形、中心暗点、对比度下降以及视野缩小等,早期眼底多表现为色素紊乱和玻璃膜疣生成,一般不引起视力变化;晚期眼底新生血管生成,引起视力下降。迄今为止,关于AMD发病机制进行了大量的基础以及临床研究,但发病机制并不十分清楚,多数情况下认为其是一种多因素疾病,受到环境、个体因素等多方面影响,同时与基因相关,因此也缺乏有效治疗方法。近年来,关于氧化应激在AMD发病过程中的作用日益研究深入。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分子如活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogenspecies,RNS)产生过多,氧化程度超出氧化物的清除,氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组织损伤。正常情况下机体内活性氧的产生和清除处于动态平衡状态,对机体无有害影响。而多种内源性及外源性有害刺激可以打破这种平衡,致活性氧大量生成,超过抗氧化系统的清除能力,机体即形成氧化应激状态,引起DNA氧化损伤和蛋白质的表达异常,产生细胞毒效应并最终对机体造成不可逆损害。细胞凋亡在机体生长发育和衰老等许多病理生理过程中起重要作用。触发凋亡的因素包括衰老、病毒感染和氧化性损伤等。研究发现,活性氧所致的氧化应激是造成细胞凋亡的重要环节。视网膜光感受器外节膜盘富含多不饱和脂肪酸,极易受到氧化损伤的攻击,而后启动细胞溶解链发生。AMD早期,视网膜色素上皮(retinal pigmentepithelium,RPE)细胞随年龄增长负担加重,RPE吞噬溶酶体过程中发生光感受器碎片酶的降解,降解物为未完全消化的不能溶解聚集物形式,称作脂质,脂质由不同分子混合而成,包括视网膜诱导复合物,其中一些具有光诱导性质,可增强氧化应激损伤,脂质堆积在细胞内,干扰RPE细胞的代谢,造成代谢产物堆积于Bruch膜上,导致氧弥散障碍,诱发新生血管;而脉络膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)主要由RPE产生,参与RPE与脉络膜毛细血管之间的旁分泌信号转导。RPE位于神经视网膜和脉络膜之间,通过提供营养和代谢废物来滋养视网膜,成为血视网膜屏障的外层,控制着视网膜下间隙的化学成分,其顶面细胞膜与细胞外基质相连,在早期胚胎发育过程中,RPE自发转分化为神经视网膜组织,在其邻近的光感受器发育和维持中起重要作用,光照条件下RPE可产生大量活性氧。视网膜本身具有对抗氧化应激损伤机制,可有效中和ROS损伤。抗氧化酶在此过程中发挥重要作用,包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH)和谷胱甘肽转硫酶(glutathione S-transferase, GST)等。基于以上研究,本实验收集AMD患者临床血液标本,进行体内抗氧化酶水平的检测,同时,在细胞水平利用H2O2模拟体内氧化应激状态,研究抗氧化酶水平的表达变化情况,观察H2O2对RPE细胞损伤程度的影响,分析RPE细胞相关保护作用,并对其可能机制进行了初步探讨。其主要结果如下:一AMD患者血浆内抗氧化酶变化:AMD患者组GST水平(76.96U/L)显著高于对照组(62.74U/L),而GSH水平(61.38mgGSH/L)低于对照组(81.33mgGSH/L);SOD在AMD患者组和正常对照组水平分别为64.47U/L和62.53U/L。两组相比GST和GSH活力具有统计学意义(Z=﹣2.082,P=0.037;Z=﹣2.900,P=0.004),两组间SOD水平差异无统计学意义(Z=﹣0.090,P=0.725)。低水平的GSH是AMD患病危险因素。AMD患者血浆中GST水平升高,提示AMD患者处于氧化应激状态,GSH水平降低使AMD患者更易受到氧化应激损伤的攻击。二氧化应激状态下RPE形态学变化:荧光显微镜下正常RPE细胞核呈均匀弥散荧光。经过H2O2处理后,可观察到RPE细胞膜完整,细胞核浓聚深染,核内荧光致密,由匀质状态固缩成高凝集的点状结构,出现典型的凋亡形态。经过Vit C预处理的RPE细胞,再经H2O2刺激24h后,核固缩数目减少,染色质边聚和核碎片减少。三RPE细胞活力变化:不同浓度H2O2预处理RPE细胞24h后,细胞活性明显下降,其中,400μmol/L以上浓度H2O2刺激后细胞活力与对照组相比具有统计学意义(P<0.05);不同浓度Vit C处理RPE细胞后24h,细胞活力明显增加,各浓度组与对照组相比均具有统计学意义(P<0.05);不同浓度VitC预处理RPE细胞4h后,用单浓度H2O2继续处理RPE细胞24h,与对照组相比,经过150μmol/L以上浓度Vit C处理的细胞其活性较未处理细胞活性明显升高,具有统计学意义(P<0.05);经单浓度Vit C处理RPE细胞4h后,再对RPE细胞行不同浓度H2O2刺激24h,与对照组相比,经过不同浓度Vit C处理的RPE细胞活性升高明显。四氧化应激状态下RPE细胞内抗氧化酶水平变化:H2O2预处理RPE细胞24h后,胞内SOD、GST和GSH水平均下降;维生素C(vitamine C,Vit C)处理RPE细胞后胞内SOD、GST和GSH水平均升高;经Vit C预处理后再接受H2O2刺激的RPE细胞胞内SOD、GST和GSH水平相较单纯H2O2刺激后水平升高。五Vit C保护作用机制:Western blot结果显示,Vit C和H2O2处理细胞后显著增加了phospho-ERK1/ERK2水平,而PD98059(ERK1/ERK2抑制剂)则抑制phospho-ERK1/ERK2的上调。细胞活力检测结果显示PD98059明显抑制了Vit C保护RPE细胞免受H2O2刺激的能力,说明Vit C通过phospho-ERK1/ERK2通路对RPE细胞起保护作用。总之,通过本实验研究证明,AMD患者血浆中抗氧化酶GST水平升高,患者处于氧化应激状态,GSH水平降低,降低的GSH水平使AMD患者更易于受到氧化应激损伤攻击,低水平的GSH是AMD发病的危险因素;细胞水平证实氧化应激状态下胞内三种抗氧化酶活性均下降,经过氧化剂Vit C处理的细胞其胞内抗氧化酶活性升高,可有效保护RPE细胞免受氧化应激损伤引起的凋亡。同时,GSH活力在血浆中降低而在RPE细胞胞内升高,推测在氧化应激状态下,GSH仅在眼局部发挥作用,这一结果需要更多大量的研究来证实。在上述实验研究的基础上,进一步的研究重点在于更多样本量的观察研究,包括寻找其可能的保护机制及原因,为临床治疗AMD提供新的方法与方向。
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