訾迎新 金明

近視是在遺傳和環(huán)境等復(fù)雜因素的作用下形成的[1]。根據(jù)最新的近視與高度近視(high myopia,HM)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果[2]，世界范圍內(nèi)，近視、HM的人數(shù)分別達(dá)14.06億、1.63億(分別占總?cè)丝诘?2.9%和2.7%)，到2050年，預(yù)計(jì)近視、HM的人數(shù)將分別達(dá)47.58億和9.38億(分別占總?cè)丝诘?9.8%和9.8%)；我國HM人數(shù)達(dá)8700萬，占總?cè)丝诘?6.3%，預(yù)計(jì)到2050

年，HM人數(shù)將超過1.75億，占總?cè)丝诘?3%。HM可導(dǎo)致患者視力永久性損害，近視性黃斑病變是東亞國家主要的致盲原因[3]。氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)是當(dāng)機(jī)體受到內(nèi)源性或外源性因素刺激時，器官的正常代謝活動受到干擾，氧化與抗氧化作用之間失衡而引起的一種應(yīng)激狀態(tài)。近年來，OS已引起高度重視，OS被認(rèn)為是多種疾病發(fā)生的關(guān)鍵共同通路[4]。自由基可以通過改變基因表達(dá)，或者損害關(guān)鍵發(fā)育區(qū)域的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等途徑，提高機(jī)體對多種疾病的易感性[5]。研究表明，各種原因可觸發(fā)產(chǎn)生活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)與活性氮自由基(reactive nitrogen species,RNS)在視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜中大量聚集，引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生過多的丙二醛(malondialdehyde,MDA)，誘導(dǎo)鞏膜細(xì)胞凋亡，眼球的正常生長調(diào)控機(jī)制受到破壞，眼球過度增長，形成近視[6]。近年來，OS在HM發(fā)病機(jī)制中的研究逐漸增多，并取得一定進(jìn)展。由于鞏膜病理改變是近視發(fā)生的重要機(jī)制[7]，進(jìn)一步了解OS在HM中的具體作用機(jī)制，從OS的角度來防治HM并發(fā)癥具有重要意義。

1 OS概述

對OS的了解伴隨著人們對衰老的認(rèn)識而逐漸深入，它是機(jī)體氧化與抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡狀態(tài)[8]。正常代謝過程中，細(xì)胞呼吸鏈產(chǎn)生的高活性分子如ROS、RNS能通過多種抗氧化機(jī)制進(jìn)行清除。當(dāng)機(jī)體受到各種有害刺激時，一方面ROS、RNS等產(chǎn)物水平明顯升高，超過機(jī)體正常的清除能力，另一方面抗氧化能力降低，蛋白質(zhì)、DNA等大分子生物活性減弱或消失，導(dǎo)致細(xì)胞損傷、凋亡[9]。ROS和RNS系統(tǒng)是機(jī)體最重要的氧化系統(tǒng)，ROS系統(tǒng)由超氧陰離子(superoxide anion,O2-)、過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)、羥自由基(hydroxyl free radical,OH)等組成，RNS系統(tǒng)包括一氧化氮(nitric oxide,NO)、二氧化氮(nitrogen dioxide,NO2)、過氧化亞硝酸鹽(peroxynitrite,ONOO-)等[10]。生理狀態(tài)下，ROS調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，但當(dāng)ROS產(chǎn)生過多時，可通過氧化細(xì)胞組分直接引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，也可通過激活細(xì)胞內(nèi)的氧化還原信號通路，間接促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而誘導(dǎo)自身免疫性疾病、腫瘤和纖維化等多種疾病的發(fā)生[11-12]。同時，為維持體內(nèi)氧化還原反應(yīng)平衡，機(jī)體也存在抗氧化系統(tǒng)[13]?？寡趸到y(tǒng)包括酶類和非酶類抗氧化活性物質(zhì)，前者如過氧化氫酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-PX)等，后者如維生素C(vitamin C,VitC)、轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin,TRF)、N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)等。

1.1 ROS來源與代謝ROS主要來源于白細(xì)胞，尤其是中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。機(jī)體攝取營養(yǎng)物質(zhì)后，通過呼吸鏈中一系列遞氫和遞電子連續(xù)反應(yīng)體系，該氧化過程可產(chǎn)生ROS[14]。白細(xì)胞可表達(dá)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶。Lee等[15]研究顯示，NADPH氧化酶可直接催化反應(yīng)產(chǎn)生ROS，脂多糖、細(xì)胞因子、趨化因子、補(bǔ)體片段等均能夠啟動、激活中性粒細(xì)胞產(chǎn)生ROS。當(dāng)細(xì)菌、病毒、真菌等侵襲機(jī)體時，免疫細(xì)胞的細(xì)胞膜通過觸發(fā)呼吸暴發(fā)機(jī)制，產(chǎn)生ROS和NO。同時，肌紅蛋白、兒茶酚胺、黃嘌呤氧化酶等的氧化過程和乙醇、花生四烯酸、前列腺素等代謝過程，均可產(chǎn)生ROS。線粒體和NADPH氧化酶是ROS來源的兩條主要通路[16-17]。

正常情況下，吞噬細(xì)胞依靠ROS發(fā)揮吞噬和殺傷功能，但當(dāng)ROS的產(chǎn)生和清除失衡時，往往對機(jī)體造成損傷[18]。機(jī)體在NADPH氧化酶、線粒體電子傳遞鏈作用下將進(jìn)入機(jī)體的O2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2-，與體內(nèi)的SOD結(jié)合，結(jié)合后1分子O2-生成O2，1分子O2-生成氧化性較小的H2O2。各種途徑產(chǎn)生的H2O2有3條主要代謝路徑，最重要的是體內(nèi)的CAT將其分解，還原為無毒性的水；其次H2O2將機(jī)體內(nèi)的Fe2+氧化為Fe3+，變?yōu)榱u基；第三，若與機(jī)體內(nèi)氯離子結(jié)合，在髓過氧化物酶催化下，將變?yōu)榇温人醄19]。Hinchy等[20-21]研究顯示，活性氧作為信使分子，通過調(diào)控細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)，調(diào)節(jié)生長因子等胞外信號分子與細(xì)胞表面受體的相互作用、胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換及基因表達(dá)等過程，最終通過酶促和非酶促系統(tǒng)得以清除。

1.2 RNS來源與代謝一氧化氮合酶(synthase,NOS)可催化L-精氨酸生成NO，NOS為一含鐵的單氨氧化酶，在體內(nèi)分為3種類型，分別為神經(jīng)源型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase,nNOS)、內(nèi)皮細(xì)胞型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)，是合成NO的限速酶。正常狀態(tài)下，機(jī)體nNOS和eNOS催化生成少量NO，發(fā)揮其必要的生理功能。與nNOS和eNOS相比，iNOS能分解L-精氨酸產(chǎn)生遠(yuǎn)超生理劑量的NO[22-23]。另外，由于中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的聚集，ROS中O2-會明顯增多，過多的NO及O2-可結(jié)合形成氧化性更強(qiáng)的ONOO-[24]。

機(jī)體產(chǎn)生的H2O2或其他過氧化物與還原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)在GSH-PX催化反應(yīng)下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧化活性的水，GSH被氧化成氧化型GSH，通過GSH-PX再次催化，在供氫體NADPH存在的條件下轉(zhuǎn)化為GSH[25]。Qin等[26]研究顯示，GSH-PX在清除氧自由基及其反應(yīng)產(chǎn)物中起重要作用。機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生的H2O2主要依靠CAT分解代謝，而在CAT缺乏的組織中，GSH-PX則成為H2O2分解代謝的重要替代途徑。故有學(xué)者將SOD及GSH-PX視為體內(nèi)維持氧化還原反應(yīng)平衡的調(diào)節(jié)劑[27]。針對內(nèi)源性或外源性NO及其氧化產(chǎn)物所形成的RNS，機(jī)體內(nèi)存在含巰基的硫醇類化合物可與之結(jié)合，并將RNS氧化成硫氮醇化合物，同時，NO與O2-反應(yīng)生成的ONOO-可與H+結(jié)合生成ONOOH，最終轉(zhuǎn)換成硝酸鹽類化合物[28]。

2 OS與高度近視

HM患者隨著屈光度增加，由于各種刺激因素的存在，一方面體內(nèi)ROS、RNS生成增多，另一方面抗氧化酶類、活性物質(zhì)消耗過多，進(jìn)而體內(nèi)氧化還原反應(yīng)平衡遭到破壞，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷、凋亡甚至視功能損傷[29]。ROS是機(jī)體內(nèi)最重要的凋亡誘因之一，ROS清除劑如SOD可以減少視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。在機(jī)體內(nèi)同時存在致氧化系統(tǒng)及抗氧化系統(tǒng)[30]。生理?xiàng)l件下，機(jī)體的氧化還原反應(yīng)處于相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，這與環(huán)磷酸相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、蛋白酪氨酸激酶相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、Ca2+相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、轉(zhuǎn)錄子蛋白-1(actirator protein-1,AP-1)等相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑密不可分[31]。凋亡是病理性近視視網(wǎng)膜感光細(xì)胞死亡的一個重要機(jī)制。凋亡可引起眼軸異常增長，誘導(dǎo)HM的形成[32]。

2.1 OS與視網(wǎng)膜NOS存在于整個視路，在視網(wǎng)膜組織中分布廣泛，脂多糖、內(nèi)毒素、細(xì)胞因子等可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜Müller氏細(xì)胞和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(retinal pigment epithelial cells,RPE)中NOS表達(dá)[33]。不同強(qiáng)度的光刺激可介導(dǎo)視網(wǎng)膜無長突細(xì)胞和雙極細(xì)胞產(chǎn)生NO，興奮性神經(jīng)遞質(zhì)從突觸前膜釋放，通過擴(kuò)散作用與相鄰的突觸后膜和周圍細(xì)胞上的谷氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)結(jié)合，激活鈣通道，Ca2+內(nèi)流后激活NOS，催化產(chǎn)生NO，影響長時程增強(qiáng)效應(yīng)(long-term potentiation effect,LTP)的產(chǎn)生與維持，導(dǎo)致靶細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)水平升高，產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)[34]。

NO作為一種信號分子，與視網(wǎng)膜的發(fā)育、視覺興奮和視覺信息的傳遞有關(guān)，還參與了形覺剝奪性近視(form deprivation myopia,FDM)的形成過程[6]。Feldkaemper等[35]研究顯示，NOS抑制劑可提高視網(wǎng)膜基礎(chǔ)多巴胺的釋放，形覺剝奪使視網(wǎng)膜內(nèi)層bNOS活性增高，NO增加，NO可能通過抑制多巴胺無長突細(xì)胞合成多巴胺，促進(jìn)FDM的形成。缺氧誘導(dǎo)因子α(hypoxia-inducible factor α,HIF-α)是機(jī)體生存必需的維持氧穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，Wu等[36]研究顯示，F(xiàn)DM后HIF-α升高，改善鞏膜缺氧可能是近視眼治療的靶點(diǎn)。nNOS可表達(dá)于豚鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層和內(nèi)核層細(xì)胞上，且表達(dá)量隨形覺剝奪時間的延長而增多，實(shí)驗(yàn)動物玻璃體內(nèi)注入NOS抑制劑能抑制FDM的形成[37]。Wang等[38-39]研究顯示，形覺剝奪可觸發(fā)視網(wǎng)膜內(nèi)層細(xì)胞上神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，導(dǎo)致nNOS增多，產(chǎn)生大量NO。PKC是合成、分泌、調(diào)控NO的上游因子之一，觀察豚鼠形覺剝奪后，視網(wǎng)膜PKC活性升高，眼軸延長而形成近視[40]。

2.2 OS與鞏膜生理含量的ROS是維持鞏膜形態(tài)所必需的[41]，鞏膜抗增殖作用是通過限制DNA合成，調(diào)節(jié)增殖與分化之間的平衡實(shí)現(xiàn)的。機(jī)體在氧化應(yīng)激狀態(tài)時，抗氧化能力降低，影響線粒體中氧化磷酸化作用的發(fā)揮，釋放大量ROS，通過損傷線粒體DNA破壞氧化呼吸鏈功能，加速ROS的釋放，形成惡性循環(huán)，促使鞏膜細(xì)胞發(fā)生凋亡，誘導(dǎo)近視性鞏膜生長[42]。Lee等[43-44]研究顯示，形覺剝奪眼鞏膜細(xì)胞增殖活躍，軟骨層變厚，軟骨細(xì)胞數(shù)目增加，細(xì)胞外基質(zhì)增多。同時，剝奪眼iNOS減少，彌散性NO的產(chǎn)量減少，削弱了NO對軟骨細(xì)胞的抗增殖作用，鞏膜增殖活躍而主動延伸，影響組織、器官的形態(tài)，導(dǎo)致眼軸增長、玻璃體腔加深，進(jìn)而引起近視。不同的NOS異構(gòu)體可能通過不同的作用途徑和機(jī)制促進(jìn)了形覺剝奪性高度近視(form deprivation myopia,FDHM)的形成。

3 HM的抗氧化防治與展望

抗氧化劑主要包括內(nèi)源性抗氧化劑和外源性抗氧化劑[45]。內(nèi)源性抗氧化劑主要包括酶(如SOD、CAT、GSH-PX)、非酶化合物(如GSH)、蛋白質(zhì)(鐵蛋白、TRF、血漿銅藍(lán)蛋白和清蛋白)、尿酸、輔酶Q10 和硫辛酸等。維生素C、維生素E、類胡蘿卜素和酚類(如黃酮、黃酮醇)等是主要的外源性抗氧化劑[46]。維生素C是較強(qiáng)的水溶性抗氧化劑，可以保護(hù)其他抗氧化劑如維生素A、維生素E、不飽和脂肪酸，防止自由基對人體的傷害[47]。近視屈光度數(shù)加深與鞏膜纖維變?nèi)跤嘘P(guān)，這種減弱可能與維生素E缺乏有關(guān)[48]。鋅制劑可能是通過升高SOD活性，及時清除過多的氧自由基而抑制FDHM的形成[49]。遞法明能清除SOD發(fā)揮抗氧化作用，能一定程度上控制兒童HM的進(jìn)展[50]。

綜上，OS的本質(zhì)是一種氧化損傷，氧自由基是脂質(zhì)過氧化作用的主要引發(fā)劑，在HM形成中起了一定的作用，但HM的發(fā)生是一個復(fù)雜的病理生理過程，還有許多其他因素的參與。深入探討形覺剝奪時SOD降低的具體原因及OS與視網(wǎng)膜其他生物活性物質(zhì)之間的相互關(guān)系，將有助于闡明HM的發(fā)病機(jī)制。