氧化應激及天然食物中的抗氧化劑在干眼中的作用研究進展△

孔雪晴 沙詠怡 項敏泓

干眼是一種受年齡、環境等多因素影響的疾病,其特征是淚膜持續性不穩定或缺損,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、炎癥和神經感覺異常[1]。流行病學研究表明,干眼在全球的患病率為5%～35%[2],我國干眼發生率為21%～30%,干眼患者已占眼科門診患者的30%以上[3],且其發病率隨著年齡的增長而增加[4]。隨著人口老齡化和預期壽命的延長,預計干眼將成為眼科就診的主要原因之一[5]。與此同時,氧化應激也受到年齡的影響,是導致年齡相關性干眼的一個重要病因。近年來,隨著對健康的重視,關于氧化應激對干眼的影響,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。本文就氧化應激在干眼中的發病機制以及天然食物中的抗氧化劑在干眼治療中的研究進展進行綜述。

1 氧化應激致干眼的機制

氧化應激是指氧化劑與抗氧化劑之間作用失衡的一種狀態,活性氧(ROS)在干眼的發生發展中起核心作用[6],過量的ROS會破壞細胞蛋白、脂質和DNA,導致細胞致命的損傷,進而涉及多種病理過程。

1.1 氧化應激與自噬

自噬是指依賴于溶酶體的分解代謝過程,在維持真核生物的細胞內穩態和活力方面起重要作用[7]。研究表明,ROS可以通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白依賴性途徑誘導自噬[8-9]。自噬對眼表健康具有雙重作用,但隨著年齡的增長,ROS過度產生會導致包括DNA和蛋白質在內的生物分子的結構損傷,并阻礙受損的細胞核和線粒體DNA的修復,導致自噬不足;ROS的中度變化可誘導自噬來恢復細胞穩態并消除氧化損傷,從而達到保護作用;而急性和持續的ROS產生會抑制溶酶體的功能,導致細胞中氧化大分子的積累,引起或加重干眼的發生[10]。

自噬是一個復雜的過程,微管相關蛋白輕鏈3(LC3)及自噬相關蛋白beclin1、Atg和p62在此過程中起重要作用,其中LC3是自噬的主要標志物,而p62的蛋白表達量與自噬活性呈負相關[11-12]。Yin等[13]研究發現,應用過氧化氫誘導人角膜上皮細胞和大鼠角膜氧化損傷,LC3-Ⅰ、LC3-Ⅱ、beclin1和Atg12水平均顯著下調,而p62水平上調,表明角膜上皮氧化損傷與自噬不足有關;同時,使用自噬激動劑雷帕霉素處理細胞后發現,ROS標志物3-硝基酪氨酸及催化產生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,進一步證明了氧化應激與自噬的關聯。

1.2 氧化應激與炎癥

在干眼的發病機制中,眼表炎癥變化與氧化應激密切相關,二者具有協同作用。炎癥介質可增加ROS的表達,而ROS增多又可導致炎性細胞因子、趨化因子和基質重塑因子的分泌增強,從而改變局部環境穩態,最終導致氧化應激的慢性惡性循環[14-15]。

超氧化物歧化酶(SOD)是最有效的抗氧化系統之一,Cu、Zn-SOD敲除導致氧化應激狀態,在一項對SOD1敲除小鼠進行的研究中觀察到淚腺腺泡萎縮、纖維化,并被CD4+T細胞、單核細胞和中性粒細胞浸潤[16]。Wakamatsu等[17]評估干燥綜合征患者和正常受試者結膜脂質氧化應激標志物及炎癥細胞的水平時發現,與正常受試者相比,干燥綜合征患者結膜脂質過氧化物4-羥基壬烯酸(4-HNE)和乙酰賴氨酸表達升高,炎癥細胞密度顯著增高,表明ROS的產生與細胞膜脂質過氧化和眼表淚腺單元中的炎癥細胞浸潤有關。結膜松弛癥(CCh)與干眼在臨床表現及發病機制上有很多相似之處,Ma等[18]發現,CCh患者血清中白細胞介素-17和白細胞介素-22水平均顯著高于正常對照組。Ward等[19]發現,與對照組相比,CCh患者的結膜標本中乙酰賴氨酸和8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)染色明顯,且白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子與8-OHdG染色的細胞計數顯著相關,表明干眼中氧化應激與炎癥的相關性。

1.3 氧化應激與衰老

衰老是組織和器官功能隨著時間的推移而出現的一系列退行性變化。衰老的自由基理論,后來被稱為衰老的氧化應激理論認為,與年齡相關的功能喪失是由于ROS對大分子(如脂質、DNA和蛋白質等)結構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,在人類淚腺活檢樣本中發現,隨著年齡增長,8-OHdG和4-HNE表達水平升高,即氧化應激增加[22]。

研究表明,老年患者瞼板腺功能降低,淚膜穩定性下降且成分改變,多伴有氧化應激標志物增多[23]。Kojima等[16]研究發現,缺乏SOD1的小鼠衰老速度較正常小鼠快;同時在其另一項研究中發現,SOD1缺乏小鼠的結膜組織中脂質和DNA氧化損傷隨著衰老而加重,說明氧化應激與衰老相互作用[24]。Xiang等[25]通過β-半乳糖苷酶染色和qRT-PCR測定發現,與正常對照組相比,CCh患者的結膜組織存在更多衰老細胞,且衰老相關基因(p53和p21)及p38MAPK的表達更高,同時與正常成纖維細胞相比,CCh成纖維細胞中ROS含量更高且SOD活性較低,而阻斷CCh成纖維細胞中的p38信號轉導可減少ROS的產生并提高CCh成纖維細胞的SOD活性。

2 天然食物中的抗氧化劑治療干眼

既然氧化應激是導致干眼的重要機制之一,抗氧化應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一席之地,近年來關于天然膳食中抗氧化應激的研究逐漸興起。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,在改善眼表氧化應激狀態、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,人體內不能合成,但可從蘑菇類、海藻類、豆類、蝦、面包、啤酒及酵母發酵食品中攝取。海藻糖具有保護細胞(尤其是細胞膜)免受氧化損傷和干燥損傷的作用,并促進傷口愈合。研究發現,海藻糖滴眼液可通過減少細胞凋亡并降低眼表的氧化、炎癥和蛋白水解活性來緩解干眼[26-27]。紅細胞衍生核因子2樣蛋白2是細胞抗氧化反應的主要轉錄調節因子,通過與線粒體的直接作用來保護線粒體免受氧化損傷[28],海藻糖可增加p62蛋白的表達,激活紅細胞衍生核因子2樣蛋白2,增強其下游抗氧化因子的表達,并減少ROS的含量[29]。當培養的人角膜上皮細胞受到干燥刺激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胞形態、細胞膜功能、細胞增殖活性以及預防干燥誘導的細胞死亡方面表現出高效率[30]。Brar等[31]在一項臨床試驗中分別應用海藻糖-透明質酸滴眼液與1 g·L-1透明質酸治療干眼,與透明質酸組相比,海藻糖組患者的淚膜破裂時間、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-硫辛酸通過下調角膜上皮細胞中基質金屬蛋白酶-9的表達并激活眼表的抗氧化狀態來預防干眼[33];其還可以螯合過渡金屬離子,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合治療組的療效優于單獨使用3 g·L-1羥丙基甲基纖維素滴眼液,且聯合治療組可顯著改善患者淚膜破裂時間、淚河形態以及眼表疾病指數,并促進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各種組織中均有抗氧化、抗炎和抗纖維化活性,能夠直接調節正常細胞代謝期間及在缺氧、損傷或線粒體功能障礙等病理條件下產生的 ROS 水平[38]。在實驗性干眼小鼠模型中發現,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,蝦青素主要通過清除細胞膜內層和外層的ROS來保護細胞免受氧化應激損傷[41],并可調節自噬的信號通路[42-43]。一項前瞻性隨機雙盲研究中,研究者比較分別口服蝦青素營養素補充劑和安慰劑對干眼患者的影響,補充期持續8周,每4周隨訪一次,持續16周,結果顯示,口服蝦青素營養素補充劑可顯著改善干眼患者的淚液產生和淚膜的穩定性,同時降低角膜熒光素染色評分和淚液中的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形成并對自由基發揮高清除活性,有望阻止ROS相關干眼的發生和進展[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,膳食來源主要包括紅葡萄、藍莓、桑椹、花生、紅酒等,二者具有相似的藥理學作用,大量研究表明其具有抗氧化、抗炎及抗衰老的作用,對心血管疾病、神經病變、糖尿病和癌癥均有良好的預防作用[46-50]。沉默信息調節因子2相關酶1(SIRT1)是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶的去乙?；?是抗氧化應激的重要物質,白藜蘆醇的抗氧化作用主要是通過上調SIRT1的表達來實現[51]。Chen等[52]用苯扎氯氨誘導小鼠干眼模型,經白藜蘆醇滴眼治療后,小鼠淚腺中SIRT1表達上調,同時誘導抗氧化酶SOD和谷胱甘肽過氧化物酶的表達。Li等[53]用高滲培養基誘導人角膜上皮細胞ROS過度產生,經紫檀芪處理后,氧化損傷生物標志物4-HNE、8-OHdG及丙二醛的表達均顯著降低。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 結束語

氧化應激是干眼發病機制中的重要環節,并與自噬、炎癥及衰老關系密切?？寡趸瘧ぴ诟裳鄣闹委熯^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,可長期使用,其為干眼的有效防治提供新思路。

致謝：感謝導師項敏泓老師在選題、論文撰寫及修改的每一環節都非常嚴謹地給予我指導和建議,感謝同門和朋友給予我無私的幫助、支持及鼓勵。