鄭天玉 徐婕 盧奕

·綜述·

β淀粉樣蛋白與年齡相關(guān)性白內(nèi)障△

鄭天玉 徐婕 盧奕

白內(nèi)障是世界首位致盲性眼病，而年齡相關(guān)性白內(nèi)障(ARC)是其中最主要的類型。ARC的發(fā)病機制以及非手術(shù)干預(yù)已經(jīng)成為了研究熱點。近來，研究者在多種證據(jù)支持下提出ARC與阿爾茲海默病(AD)可能存在類似的發(fā)病機制；因此，導(dǎo)致AD發(fā)生的關(guān)鍵物質(zhì)β-淀粉樣蛋白(Aβ)與ARC的相關(guān)性受到了特別關(guān)注。本文主要就Aβ與ARC的相關(guān)性研究進(jìn)展作一綜述。(中國眼耳鼻喉科雜志，2017，17：363-365,369)

白內(nèi)障，年齡相關(guān)性；β淀粉樣蛋白；淀粉樣蛋白前體；β分泌酶；氧化應(yīng)激

白內(nèi)障是世界首位致盲性眼病，而年齡相關(guān)性白內(nèi)障(age-related cataract, ARC)是其中最主要的類型。隨著社會老齡化的加劇，其所占比例進(jìn)一步上升。目前，通過手術(shù)摘除混濁的晶狀體并植人工晶狀體是治療ARC的唯一有效方法。但是，白內(nèi)障術(shù)后不可避免存在屈光調(diào)節(jié)問題、手術(shù)并發(fā)癥和后發(fā)障等問題，給社會帶來了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。因此，通過研究ARC的發(fā)病機制，尋找其非手術(shù)治療的方法，成為了當(dāng)前研究熱點。

以往研究表明白內(nèi)障可能與阿爾茲海默病(Alzheimers disease, AD)存在類似的發(fā)病機制。Cumurcu等[2]發(fā)現(xiàn)，在白內(nèi)障患者中AD樣認(rèn)知功能障礙者明顯多于未患白內(nèi)障的對照組；而AD患者中白內(nèi)障發(fā)生率也明顯高于未患AD的對照組。Goldstein等[3]發(fā)現(xiàn)，AD患者的晶狀體存在核上區(qū)皮質(zhì)混濁，而在此部位存在明顯的淀粉樣蛋白特異性剛果紅染色。此外，在轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠晶狀體中也發(fā)現(xiàn)了核上和皮質(zhì)深層的白內(nèi)障[4]。von Otter等[5]還發(fā)現(xiàn)，KLC1基因突變可能同時與AD和白內(nèi)障相關(guān)。Jun等[6]也發(fā)現(xiàn)，δ catenin基因可能同時與AD和白內(nèi)障相關(guān)。這些研究均表明白內(nèi)障與AD的發(fā)病機制可能存在相關(guān)性。因此，導(dǎo)致AD發(fā)生的關(guān)鍵物質(zhì)β-淀粉樣蛋白(β-amyloid, Aβ)與ARC的相關(guān)性受到了特別關(guān)注[3, 7-8]。

1 Aβ的生物學(xué)特性

Aβ是由40(Aβ1～40)或42～43(Aβ1～42，43)個氨基酸組成的可溶性多肽，它由淀粉樣蛋白前體(amyloid precursor protein, APP)剪切形成。APP先經(jīng)過β分泌酶(β-secretase)切割生成可溶性APPβ(soluble APPβ, sAPPβ)和固定于膜的C端片段(APPβ-carboxylterminal fragment, APPβ-CTF)，然后APPβ-CTF在γ-分泌酶(γ-secretase)切割下最終生成Aβ[9]，Aβ的異常聚集導(dǎo)致淀粉樣纖維的形成，為AD的致病關(guān)鍵[10]。此外，APP也可經(jīng)過α-分泌酶(α-secretase)的切割作用形成無細(xì)胞毒性的可溶性APPα片段(soluble APPα, sAPPα)[11]。

2 Aβ在晶狀體中的表達(dá)

有研究者[12-14]發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物的正常晶狀體中，晶狀體上皮細(xì)胞和皮質(zhì)纖維細(xì)胞表達(dá)APP及其分泌酶，提示晶狀體中存在與腦組織中類似的APP代謝和Aβ生成過程。Goldstein等[3]也發(fā)現(xiàn)，在正常老年人晶狀體皮質(zhì)和房水中，存在Aβ的微量表達(dá)，但正常晶狀體中不存在淀粉樣沉淀。也有研究[15]觀察了ARC患者的晶狀體前囊膜，發(fā)現(xiàn)前囊下上皮細(xì)胞存在APP和Aβ的陽性染色。遺憾的是，該研究未設(shè)立正常對照，且未行定量檢測，因此目前尚無文獻(xiàn)報道ARC患者晶狀體中APP和Aβ的含量是否較正常人有所改變；也無文獻(xiàn)報道Aβ在ARC發(fā)病中究竟發(fā)揮著什么作用及其作用機制如何。

3 Aβ通過氧化應(yīng)激促進(jìn)ARC

目前公認(rèn)，氧化損傷因素在ARC發(fā)病機制中占主要地位[16-20]。氧化損傷作用于晶狀體內(nèi)的晶狀體蛋白質(zhì)，對其造成損傷，使蛋白質(zhì)發(fā)生變性而異常聚集、破碎或者沉淀，從而引起晶狀體的渾濁發(fā)生白內(nèi)障[16]。此外，近來的研究還發(fā)現(xiàn)，氧化損傷可以對晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelial cells, LECs)中的核DNA(nuclear DNA, nDNA)和線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)造成損傷[21]。LECs是晶狀體中唯一有分裂活性、數(shù)量相對穩(wěn)定的細(xì)胞。它們在晶狀體中酶活性最高，并與其下方的晶狀體纖維細(xì)胞進(jìn)行信息傳遞與物質(zhì)交流，也含有晶狀體絕大部分防護性、代謝性、滲透性及其他的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對晶狀體的生長、分化、維持晶狀體的穩(wěn)定性與透明性起著十分重要的作用。其 nDNA和mtDNA損傷使細(xì)胞活性下降，而LECs的細(xì)胞活性與晶狀體混濁的發(fā)展密切相關(guān)，是各型非先天性白內(nèi)障共同的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，氧化損傷促進(jìn)了LECs的凋亡，從而引發(fā)ARC的形成[22-25]。

而既往許多研究[26-29]已證實，Aβ與氧化損傷存在密切的相關(guān)性。AD的相關(guān)研究[27, 30]表明，Aβ具有很強的氧化損傷作用。根據(jù)AD研究者提出的經(jīng)典淀粉樣蛋白瀑布假說，一方面，Aβ通過增加活性氧(reactive oxygen species, ROS)的生成，引起腦組織中氧化損傷環(huán)境加劇和神經(jīng)細(xì)胞毒性；另一方面，氧化損傷環(huán)境可誘導(dǎo)Aβ的生成進(jìn)一步增加。由此可知，氧化損傷環(huán)境與Aβ沉積這兩方面互相促進(jìn)，一旦啟動將產(chǎn)生瀑布式的自我放大效應(yīng)，在疾病發(fā)展中產(chǎn)生更大的影響[29]。而白內(nèi)障研究者也發(fā)現(xiàn)，氧化損傷環(huán)境可以導(dǎo)致體外培養(yǎng)的LECs和完整晶狀體中的APP表達(dá)和Aβ生成增多[7, 28]；同時，Aβ聚集的區(qū)域出現(xiàn)了LECs和附近纖維細(xì)胞的變性和凋亡[28]。Lee等[15]將200 nmol/L Aβ與晶狀體培養(yǎng)液中的牛血清白蛋白(albumin from bovine serum, BSA)交聯(lián)，發(fā)現(xiàn)Aβ可誘導(dǎo)大鼠晶狀體中正常形態(tài)的單層LECs向多層纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化以及凋亡，甚至出現(xiàn)了晶狀體的混濁。此外，值得關(guān)注的是，培養(yǎng)液中加入Aβ后，晶狀體出現(xiàn)了典型的皮質(zhì)混濁[15, 28]。這種典型的皮質(zhì)渾濁改變，同人ARC以及目前ARC研究中常用的動物模型——紫外線照射和半乳糖性模型非常相似[31-32]。Nagai等[7, 33]還發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增加(25～60 d)，UPL大鼠(白內(nèi)障模型大鼠)晶狀體中過氧化氫(H2O2)含量逐漸增加，并伴隨著其LECs中Aβ含量的顯著增加以及晶狀體逐漸渾濁，無白內(nèi)障的正常對照組大鼠隨著年齡增長則無明顯變化，而通過每天2次滴0.5%的雙硫醒(disulfiram eye drops, DSF)滴眼液能減少60 d齡的UPL大鼠晶狀體中H2O2含量的增加，從而減少Aβ的累積并減輕晶狀體的渾濁程度。因此他們推測UPL大鼠發(fā)生白內(nèi)障可能與晶狀體中大量累積的Aβ有關(guān)，且已證實Aβ的累積對LECs的線粒體有損傷作用，而LECs的線粒體損傷與晶狀體的渾濁存在密切相關(guān)性。這些研究均提示，Aβ所致氧化損傷可能是引起ARC發(fā)病的機制之一。

4 Aβ減緩ARC

盡管目前大部分的研究均認(rèn)為，Aβ可以引起氧化損傷，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而可能導(dǎo)致白內(nèi)障的發(fā)生。但是，Zou等[34]還發(fā)現(xiàn)Aβ可以抵抗金屬離子引起的氧化損傷,減少氧化損傷引起的細(xì)胞死亡，他們將5 μmol/L的Aβ加入細(xì)胞培養(yǎng)液中預(yù)處理后，再往培養(yǎng)液中加入Cu2+、Fe2+等金屬離子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)金屬離子對細(xì)胞活性具有很強的毒性損傷作用，而Aβ可以對抗這種損傷，與未進(jìn)行Aβ預(yù)處理的對照組相比，Aβ預(yù)處理組的細(xì)胞活性顯著高于對照組。Plant等[35]則證實通過抑制β分泌酶或γ分泌酶而抑制Aβ的生成，可以引起神經(jīng)細(xì)胞的死亡；而加入低濃度(10 pmol/L～1 nmol/L)的Aβ后可以避免這種死亡的發(fā)生。因此，有學(xué)者推測Aβ可能是細(xì)胞的一個保護性因子。當(dāng)細(xì)胞受到損傷時，Aβ反饋性表達(dá)增加以對抗損傷對細(xì)胞帶來的傷害[34, 36]。其實，早在20年前，Regland等[37]就已經(jīng)提出了這種代償機制假說。他們認(rèn)為Aβ是機體中的生理性蛋白，Aβ的生成增多可能是細(xì)胞對外來損傷的一個反饋性調(diào)節(jié)結(jié)果，而基因或環(huán)境因素導(dǎo)致的Aβ缺乏則才是有害的致病因素。然而，其作用機制如何目前還不得而知。已有研究[38]發(fā)現(xiàn)Aβ定位于細(xì)胞核，提示其可能具有調(diào)控基因表達(dá)的作用。Barucker等[39]通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)，Aβ可以引起225個基因表達(dá)水平發(fā)生變化，其中包括與晶狀體的發(fā)育密切相關(guān)的基因IGFBP5。IGFBP5的表達(dá)異常會引起晶狀體渾濁，從而產(chǎn)生白內(nèi)障[40-41]。此外，Chen等[42]證實Aβ還可以引起全基因組的低甲基化水平，而基因組的甲基化水平與衰老密切相關(guān)。

5 展望

目前，Aβ與ARC的相關(guān)性研究還處于初級階段，Aβ在ARC患者中的表達(dá)變化及其對ARC的影響還有待進(jìn)一步深入探究。有研究發(fā)現(xiàn)Aβ具有促進(jìn)氧化損傷作用，而另外一些研究卻發(fā)現(xiàn)Aβ具有對抗氧化損傷的作用。我們推測不同研究所得出的不同結(jié)果可能與不同試驗中選取的Aβ濃度不同有關(guān)，在發(fā)現(xiàn)Aβ具有氧化損傷作用的研究中選取的Aβ濃度平均較發(fā)現(xiàn)Aβ具有對抗氧化損傷作用的研究中高，因此我們猜想低濃度的Aβ可能才具有對抗氧化損傷的作用，而高濃度的Aβ則有促進(jìn)氧化損傷作用。Aβ對氧化損傷究竟是有促進(jìn)作用還是對抗作用？對機體是有害還是有利？對ARC的發(fā)病有什么影響以及其影響機制如何？目前都還沒有形成統(tǒng)一的定論。雖然已證實，在正常人和ARC患者晶狀體中均存在Aβ的表達(dá)，但是尚沒有研究對兩者晶狀體中Aβ表達(dá)含量進(jìn)行對比，Aβ表達(dá)含量在ARC患者中如何變化目前還不得而知。目前很少有文獻(xiàn)報道，在體內(nèi)環(huán)境下Aβ與ARC的相關(guān)性。因此，未來的研究應(yīng)設(shè)立不同濃度組的Aβ，觀察其對晶狀體上皮細(xì)胞的影響，并擴大人體取材的樣本量，分別選取ARC與正常人的樣本，明確ARC患者與正常人相比LECs內(nèi)Aβ水平的變化，探索在體內(nèi)環(huán)境下Aβ與ARC的相關(guān)性，從而為有效防治ARC的發(fā)生提供新的思路。

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β-amyloidandage-relatedcataracts

ZHENGTian-yu,XUJie,LUYi.

DepartmentofOphthalmology,EyeEarNoseandThroatHospitalofFudanUniversity;MyopiaKeyLaboratoryofHealthMinistry,Shanghai200031,China

LU Yi, Email: luyieent@126.com

Cataract is the most common cause of blindness worldwide, while age-related cataract (ARC) is the main subtype of cataract. The pathogenesis and non-surgical therapies of ARC have become the research hotspots. Recently, with multiple supporting evidences, researchers have demonstrated that ARC formation might share a common mechanism with Alzheimer disease (AD) pathogenesis. Thus, the correlation between ARC and β-amyloid (Aβ) which plays a critical role in the pathogenesis of AD causes special concern. This article mainly reviewed the advances in the research of correlation between Aβ and ARC. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:363-365,369)

Cataract, age-related; β-amyloid; Amyloid precursor protein; β-secretase; Oxidative stress

2016-07-18)

(本文編輯 諸靜英)

國家自然科學(xué)基金面上項目 (81270989)；國家自然科學(xué)基金青年項目 (81300747)；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金 (20130071120096)；上海青年醫(yī)師培養(yǎng)資助計劃(第三批)

復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 衛(wèi)生部近視眼重點實驗室 上海 200031

盧奕(Email: luyieent@126.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.05.016