医学综述论文-浅谈视网膜光损伤凋亡机制研究进展

1 / 10 医学综述论文 :浅谈视网膜光损伤凋亡机制研究进展 摘要： 光对视网膜的损伤包括热灼伤、光化学损伤和机械损伤三种方式。因为眼内组织色素分布的差异，蓝光主要在神经上皮层吸收，主要引起视网膜光化学损伤；绿光在神经上皮和色素上皮的吸收相近；黄光主要在色素上皮和脉络膜浅层被吸收；红光则作用得更深，主要引起热效应；而高能量的激光可以引起机械损伤。凋亡是视网膜细胞光损伤的主要结果之一，氧化损伤、钙稳态失衡和线粒体损伤在凋亡过程中起着不同的作用。 关键词： 视网膜光损伤 凋亡机制 研究进展 1 氧化损伤导致的视网膜细 胞凋亡 视网膜光损伤的主要损伤部位通常是在光感受器 1，但也有研究认为主要损伤在视网膜色素上皮细胞、 Muller 细胞及视网膜全层的线粒体 2。视网膜细胞尤其是光感受器细胞和色素上皮细胞代谢活跃，又处于富氧环境中，适当频率的光子和氧分子在视网膜外层可发生光化学反应，生成活性氧产物。花生四烯酸是细胞膜中的一种不饱和脂肪酸，在活性氧作用下可不经环氧化酶作用而生成过氧化产物isoprostane， Tzvete Dentchev 等 3在对 Balb/c 小鼠视网膜提取物的检测结果显示，伴随光损伤程度加重相应的2 / 10 isoprostane 异构体 F2 -VI 含量的明显升高，这与以往对其它氧化指标的研究结果相符。细胞膜构成物质的破坏可导致其通透性的上升，使膜两侧各种物质如钙离子，钠钾离子的平衡状态发生改变，触发凋亡，严重的可以直接引起细胞死亡。 鹿庆等 4利用次黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶反应产生氧自由基来处理牛 RPE 细胞，证实氧化损伤后出现了细胞 DNA 的破坏。一般认为，基因发生异常后由野生型 P53 基因编码的P53 蛋白在细胞周期的 G1 期发挥检查点功能，一旦发现有缺陷的 DNA，它就启动 DNA 修复机制，如果修复失败，则通过直接激活 bax 凋亡基因或下调 bcl-2 抗凋亡基因的表达而诱导凋亡。但是， Marti A 与 Hafezi F 5等通过对 P53 基因缺失的 c57小鼠的研究发现 ,P53缺失与 P53不缺失小鼠的光感受器细胞在细胞凋亡 ,结构改变及功能损伤等方面都无显著性差异。推测可能与光感受器细胞的细胞周期停滞特性有关，在凋亡过程中可能由其它基因起着作用。 NF-B 是一种广泛存在于真核细胞胞浆中的转录因子，它可被氧化剂和紫外线等多种细胞外刺激激活。激活后的NF-B 与其抑制蛋白 IB 解离，然后自胞浆进入胞核与靶序列结合，调节基因的表达。 将培养的鼠感光细胞暴露于 4.5 mw/mm 的可见光后，细胞可出现凋亡及时间依赖的 NF- B水平降低。光感受器细胞经显性负突变型 IB a 转染后，3 / 10 伴随 NF- B 水平的明显下调光感受器细胞凋亡也加速 6。提示 NF-B Rel 亚单位在核内的存在，对于保护光感受器细胞免受光诱导的凋亡具有重要的作用。 另外，氧化应激可改变细胞膜的通透性使 Ca2+内流增加， Ballinger 等 7的研究表明，慢性的、低水平的ROI(reactive oxygen intermediates)持续存在将通过线粒体 DNA 的损伤启动视网膜色素上皮细胞的功能障碍。 2 钙稳态失衡与视网膜细胞凋亡 以往的研究发现，在大多数细胞凋亡过程中，胞内 Ca2+浓度有所增加，而钙释放通道是细胞内钙增加的主要来源。Edward DP 8和 Li 9等分别使用氟桂利嗪（ flunarizine）和尼莫地平（ Nimodipine）治疗实验性大鼠视网膜光损伤，结果证明前者损伤减轻而后者无效，提示内钙的释放才是胞内 Ca2+浓度升高的主要原因。 1， 4， 5-三磷酸肌醇受体（ IP3R）主要分布于内质网（ ER），外界的刺激作用于细胞，通过 G蛋白偶联受 体激活 PLC，水解 PIP2 产生 IP3 和 DG， IP3 与受体结合触发内钙释放。胞膜钙通道受刺激可引起 Ca2+内流，Ca2+是 IP3 对 IP3R 的共同激动剂，又可通过钙调素（ CaM）而抑制 IP3R 介导的 Ca2+释放。也有研究认为维拉帕米（ Verapamil）能诱导人 RPE 细胞的凋亡，可能是通过caspase-3 途径起作用 10。一般认为，细胞内 Ca2+的释4 / 10 放是触发环节，而细胞内 Ca2+浓度在高水平维持需要细胞膜钙通道的持续作用。 Ca2+浓度升高引起的其他改变： AP-1 因子如 c-fos、 jun两大类核磷酸蛋白 ，与感光细胞的许多生理周期的调节有关：如感光细胞膜盘的脱落，感光细胞特异性基因的表达 (如视紫质、转导蛋白 )。在 Ca2+浓度升高能够刺激 fos 和 jun 蛋白形成复合体，这些复合体与特异性的 DNA 序列结合而发挥作用。张跃红等 11的实验显示在光照后 6 h,外核层可观察到大量 c-fos 阳性表达 ,且该时段阳性细胞数最多，光照后 12 h 和 36 h,仍可见阳性表达 ,但呈现出逐渐递减的趋势。Hafezi 等 12的研究表明 c-fos 缺乏能抑制光诱导的感光细胞凋亡。 Calpains 是一类特异性依钙激活的中性半胱氨酸酶，在细胞骨架的重建、细胞分化、细胞凋亡和信号传导中起着重要作用。当细胞内 Ca2+浓度超过一定的值时 , Calpain 激活成活性形式 ,使底物发生降解，发生凋亡 13。刘凯 ,等：视网膜光损伤凋亡机制研究进展辽宁医学院学报 XX 年 4 月， 29(2) 另外 ,Ca2+可激活一氧化氮合酶 (NOS)，使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶 ,导致氧自由基的形成 ,氧自由基引起的脂质过氧化又可造成大量的 Ca2+内流 ,进一步加重光损伤的程度。 3 线粒体损伤与视网膜细胞凋亡 5 / 10 线粒体是细胞的能量工厂，在细胞凋亡期间尽管线粒体仍能维持其超微结构的基本正常，但事实上其功能已发生显著改变，如：线粒体内膜通透性增大，线粒体内膜的跨膜电位下降，能量合成水平显著降低等。 ATP 的代谢异常会引发一系列的离子泵功能障碍，且线粒体的三羧酸循环或呼吸链功能受抑制即可引起细胞凋亡。线粒体膜的通透性一般认为与内 外 膜 之 间 的 线 粒 体 通 透 性 转 换 孔 (mitochondrial permeability transition pore, MPTP)有关。线粒体膜通透性转运 (mitochondrial permeability transition, MPT) 和 MPTP 的开放可能是引起细胞凋亡的原因 14。线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡的启动因子如：细胞色素 C，凋亡蛋白酶激活因子 Apaf 和凋亡诱导因子 AIF 等从线粒体内释放出来。细胞色素 C 再进一步与 Apaf-1 结合后 ,经一系列凋亡蛋白酶参与的反应最终作用于底物导致细胞凋亡 15。已经在体外培养的人 RPE 细胞经蓝光损伤后观察到与线粒体膜电位降低、细胞色素 C 释放相关的凋亡现象 16。而在凋亡的细胞色素 C 途径上，可能存在着 “ 分子制动器 ” 类的核甘酸 17，即线粒体受刺激释放的细胞色素 C 是微不足道的，必须持续释放大量 的细胞色素 C 才能克服分子制动器的作用才能引起凋亡。然而在视网膜细胞光损伤中，这类核甘酸的存在是否有意义仍然未知。 6 / 10 4 目前光损伤理论在临床上的研究及应用 关于白内障手术和老年性黄斑变性 (AMD) 的相关性研究已有很多。 Taylor 18的研究发现 ,蓝光与 AMD 发展到视觉缺失的过程有明显的相关性。白内障摘除后蓝光对视网膜的损伤 ,可能是加速 AMD 发展的原因之一 19。白内障术后人工晶体眼将过多的暴露在蓝光下，可滤过蓝光的人工晶体能对视网膜起到更多的保护作用。近年来也有采用视网膜移植的方法来治疗光性 损伤导致的视网膜光感受器的退行性变性的研究，但其操作难度较大，而且长期效果也有待观察。 经瞳孔温热疗法 (TTT) 采用的红外激光将热能通过瞳孔输送到脉络膜和色素上皮 ,以达到温热治疗眼底病变的目的。目前已逐渐应用于治疗老年黄斑变性 ( age-related macular degeneration,AMD) 等眼底疾病，随着 TTT 激光能量增加 , 视网膜组织出现肿胀、变性甚至坏死。细胞凋亡逐渐累及内颗粒层和神经节细胞层 20。过量的 TTT 治疗可以显著地诱导凋亡的产生 ,阈能级 TTT 照射不引起神经节细胞严重损伤，较安全，其作用机制以细胞凋亡为主 21。 小结 在视网膜光损伤的凋亡过程中，氧化损伤、钙稳态失衡、线粒体损伤三方面在凋亡的发生上即可单独启动，又表现出复杂的交互作用，这三种机制互相联系，互为因果。借助于基础理论研究的深入，对控制光损伤视网膜细胞凋亡的研究取得了一定进展，但是临床上针对存在视网膜细胞凋7 / 10 亡疾病如 AMD，缺血再灌注损伤等的基本治疗方法仍以维生素类及抗氧化剂为主，但对光诱导视网膜细胞凋亡的根本机制仍不清楚，能否最大程度的对某一环节进行针对性的研究，如进一步控制氧化水 平，钙通道的状态和线粒体相关的凋亡途径，有望在光损伤视网膜细胞凋亡的防治中起到更大作用。 【参考文献】 1 Szczesny P J， Walther P， Muller M. 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