膳食營養(yǎng)組分改善視網(wǎng)膜光損傷作用及機(jī)理研究進(jìn)展

肖英梁，劉翼翔

（集美大學(xué)海洋食品與生物工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

隨著電腦、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品的廣泛使用，過量光暴露引起的各類眼科疾病已成為嚴(yán)重威脅人類健康的公共衛(wèi)生問題，如視網(wǎng)膜色素變性（retinitis pigmentosa，RP）[1]、年齡相關(guān)性黃斑變性（agerelated macular degeneration，AMD）[2]、白內(nèi)障[3]、近視[4]等。流行病學(xué)研究顯示，2017年全球近視患者接近20億 人（占全球總?cè)丝诘?8.3%），預(yù)計(jì)到2050年，近視患者將增加到47.6億 人（占全球總?cè)丝诘?9.8%）[4]。2020年亞洲6～19 歲學(xué)生近視患病率達(dá)60%，比歐洲高20%[5]。此外，AMD是發(fā)達(dá)國家55 歲及以上個體視力喪失的主要原因，占全球失明人口數(shù)量的6%～9%[6]。隨著人口的老齡化，全球范圍內(nèi)AMD患者的絕對人數(shù)都將增長。據(jù)估計(jì)，到2040年全球?qū)⒂?.88億 人受到AMD的影響[7]。

近年來，類胡蘿卜素、花色苷、不飽和脂肪酸、維生素等食源性功能因子的護(hù)眼作用引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。大量實(shí)驗(yàn)表明，這些食源性功能成分具有良好的抗炎、抗氧化、抗細(xì)胞凋亡的功能，能夠通過對視網(wǎng)膜細(xì)胞的保護(hù)作用維持視覺健康[8-11]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對視網(wǎng)膜光損傷的研究日益深入，不僅越來越多的具有預(yù)防視網(wǎng)膜光損傷功能的膳食營養(yǎng)組分被不斷發(fā)掘，膳食營養(yǎng)保護(hù)視力的新途徑、新理論也不斷得到豐富和完善。然而，有關(guān)視網(wǎng)膜光損傷的作用機(jī)制、不同膳食營養(yǎng)組分在干預(yù)視網(wǎng)膜光損傷方面的聯(lián)系與差異還缺乏系統(tǒng)的總結(jié)和分析。因此，本文分析總結(jié)了視網(wǎng)膜光氧化損傷機(jī)理，綜述了不同膳食營養(yǎng)成分在視網(wǎng)膜保護(hù)方面的最新研究進(jìn)展，系統(tǒng)探討了不同膳食營養(yǎng)組分保護(hù)視網(wǎng)膜細(xì)胞的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)，以期為視力保護(hù)的精準(zhǔn)膳食營養(yǎng)補(bǔ)充提供理論依據(jù)。

1 視網(wǎng)膜光損傷機(jī)制

視網(wǎng)膜處于高含氧量、高聚光、高多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）的環(huán)境中，并含有多種光敏劑，因此極易受到活性氧（reactive oxygen species，ROS）攻擊而導(dǎo)致光氧化損傷[12]。研究表明，視網(wǎng)膜光損傷主要涉及視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigmented epithelium，RPE）細(xì)胞和感光細(xì)胞[13]。感光細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，負(fù)責(zé)將光信號轉(zhuǎn)化為圖像[8]。感光細(xì)胞的外節(jié)（outer segment，OS）含有一個致密的盤狀雙層膜結(jié)構(gòu)，是視紫質(zhì)和光敏器件的所在[8]。視網(wǎng)膜RPE層由高度極性、特殊分化的六邊形單層上皮細(xì)胞構(gòu)成，位于感光細(xì)胞OS和脈絡(luò)膜之間[8]。RPE細(xì)胞的主要功能包括運(yùn)輸營養(yǎng)與代謝物質(zhì)、形成血-視網(wǎng)膜屏障（blood-retinal barrier，BRB）、吞噬和消化感光細(xì)胞脫落的OS盤膜、參與視紫紅質(zhì)代謝等[8]。視網(wǎng)膜光損傷機(jī)制十分復(fù)雜，到目前為止已發(fā)現(xiàn)的途徑有視紫紅質(zhì)介導(dǎo)的損傷、脂褐素造成的損傷、脂質(zhì)過氧化作用、炎癥反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS），如圖1所示。

圖1 視網(wǎng)膜光損傷作用機(jī)制Fig.1 Mechanism of retinal photodamage

1.1 視紫紅質(zhì)對視網(wǎng)膜光損傷的影響

視紫紅質(zhì)存在于感光細(xì)胞OS盤膜中，由載脂蛋白、視蛋白和11-順式-視黃醛（11-cis-retinal，11CR）組成，在視覺形成過程中起著關(guān)鍵作用[14]。視紫紅質(zhì)吸收光子后，11CR異構(gòu)化轉(zhuǎn)變?yōu)槿词?視黃醛（alltrans-retinal，ATR），并與視蛋白分離。在轉(zhuǎn)運(yùn)體三磷酸腺苷結(jié)合盒A4（ATP-binding cassette subfamily A4，ABCA4）的輔助下，ATR被視黃醇脫氫酶（retinol dehydrogenases，RDHS）還原為全反式視黃醇（即VA）并進(jìn)入RPE細(xì)胞，在軟磷脂視黃醇?；D(zhuǎn)移酶（lecithin retinol acyl transferase，LRAT）、RPE65和11-順式-視黃醇脫氫酶（11-cisretinol dehydrogenase，11-cisRDH）的共同作用下將其異構(gòu)氧化生成11CR，從而使視紫紅質(zhì)再生，即視覺循環(huán)[15]。除了通過酶促視覺循環(huán)再生視紫紅質(zhì)外，最近，Kaylor等[16]發(fā)現(xiàn)藍(lán)光（450 nm）能通過光感受器膜中的視黃基磷脂中間體再生功能性視覺色素。感光細(xì)胞富含磷脂，與游離的ATR有效結(jié)合形成視黃基磷脂復(fù)合物（N-retinylidene-PE，NRPE）[16]。研究表明，NRPE在可見光異構(gòu)化后脫落11CR以再生視紫紅質(zhì)[17]。視紫紅質(zhì)的分解可釋放能量，并通過復(fù)雜的信息傳遞使視細(xì)胞產(chǎn)生電位變化，進(jìn)而引發(fā)視神經(jīng)沖動，形成完整的視覺[17]。

由視紫紅質(zhì)介導(dǎo)的視覺循環(huán)異常是引起視網(wǎng)膜光損傷的重要原因之一。早在1960年，Noell等[18]研究發(fā)現(xiàn)，普通光照可使大鼠視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞遭到破壞，其機(jī)理與可見光對存在于視桿細(xì)胞中的視紫紅質(zhì)的激活有關(guān)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一理論，Grimm等[19]利用RPE65蛋白耗損阻礙視紫紅質(zhì)再生時發(fā)現(xiàn)光照對視網(wǎng)膜沒有影響。最近，Olchawa等[20]研究表明，視紫紅質(zhì)光漂白會釋放出大量的ATR，引起視網(wǎng)膜光毒性。ATR在感光細(xì)胞OS中積累，是最豐富的視網(wǎng)膜光敏劑之一[21]。ABCA4負(fù)責(zé)將NRPE轉(zhuǎn)運(yùn)到感光細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)，從而再生視紫紅質(zhì)[22]。此外，其還將多余的ATR清除出盤膜，以防止?jié)撛诘亩拘訹22]。有研究表明光激活A(yù)TR會使ABCA4失活，從而導(dǎo)致ATR的積聚進(jìn)一步增加。ATR超負(fù)荷導(dǎo)致視網(wǎng)膜光感受器的凋亡[23]。此外，如果釋放的ATR不能及時從感光細(xì)胞中清除，游離的ATR將通過吞噬或擴(kuò)散進(jìn)入RPE細(xì)胞，誘導(dǎo)嚴(yán)重的細(xì)胞毒性，破壞RPE細(xì)胞膜通透性，引起線粒體損傷，導(dǎo)致視網(wǎng)膜變性[24]。

1.2 脂褐素對視網(wǎng)膜光損傷的影響

脂褐素是視紫紅質(zhì)等類視黃醛代謝后在RPE細(xì)胞內(nèi)沉積的產(chǎn)物，具有光毒性[25]。脂褐素包含20多種熒光物質(zhì)，其中N-亞視黃基-N-視黃基-乙醇胺（N-retinylidene-N-retinyl-ethano-lamine，A2E）為主要熒光物質(zhì)，RPE細(xì)胞內(nèi)所有脂褐素的毒性主要取決于A2E的總量[26]。Luo Maomei等[27]研究表明，A2E在藍(lán)光照射下產(chǎn)生大量單線態(tài)氧、超氧陰離子自由基和其他氧化物，這些物質(zhì)破壞溶酶體和線粒體的正常功能，引起RPE細(xì)胞凋亡和BRB功能障礙。此外，過量積累的A2E還會發(fā)生光裂解產(chǎn)生甲基乙二醛（methylglyoxal，MG），MG通過與蛋白質(zhì)、磷脂和核苷酸反應(yīng)生成晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）來改變RPE分子結(jié)構(gòu)和功能[28-29]。由于RPE溶酶體中缺乏消化脂褐素的酶，導(dǎo)致其無法被代謝清除，A2E在RPE細(xì)胞中的累積被認(rèn)為與AMD和Stargardt病等視網(wǎng)膜相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[30]。目前，針對A2E在藍(lán)光照射下致RPE細(xì)胞器（例如溶酶體和線粒體）損傷這一方面的機(jī)制研究還不夠深入，溶酶體和線粒體發(fā)生功能障礙的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

1.3 脂質(zhì)過氧化對視網(wǎng)膜光損傷的影響

越來越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，PUFAs的脂質(zhì)過氧化是光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜損傷的重要原因。感光細(xì)胞OS盤膜中富含PUFAs，內(nèi)節(jié)段含有豐富的線粒體，具有較高的氧張力，極易受到ROS和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的高活性醛類化合物的攻擊，如4-羥基壬烯酸（4-hydroxynonenal，4-HNE）、4-羥基己烯醛（4-hydroxyhexenal，4-HHE）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）[31]。這些高活性醛類化合物與蛋白質(zhì)、核酸發(fā)生非酶羰基化反應(yīng)，引起RPE細(xì)胞功能障礙和光感受器細(xì)胞損傷[31]。二十二碳六稀酸（docosahexaenoic acid，DHA）為視網(wǎng)膜中含量最豐富的PUFAs，約占感光細(xì)胞膜磷脂中總脂肪酸含量的60%[32]。RPE細(xì)胞內(nèi)DHA的光氧化產(chǎn)物破壞溶酶體膜的完整性，從而釋放A2E，導(dǎo)致RPE細(xì)胞凋亡[32]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，氧化型PUFAs對RPE細(xì)胞有顯著毒性作用，藍(lán)莓多酚處理可抑制脂質(zhì)過氧化，減少醛類化合物的生成，緩解細(xì)胞凋亡[33]。可見，抑制視網(wǎng)膜中PUFAs脂質(zhì)過氧化是保護(hù)視網(wǎng)膜免受光損傷的有效途徑。

1.4 炎癥反應(yīng)對視網(wǎng)膜光損傷的影響

核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）為調(diào)控炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。事實(shí)上，氧化劑水平的增加可能通過促進(jìn)NF-κB抑制物（inhibitor of nuclear factor-κB，IκB）的快速降解來促進(jìn)NF-κB的激活，從而允許轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的核轉(zhuǎn)位以及幾種炎癥介質(zhì)的表達(dá)，包括誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）[34]。Wang Yong等[35]研究發(fā)現(xiàn)，可見光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜光氧化損傷后，NF-κB信號通路被激活，MCP-1、IL-6和IL-1β等炎癥因子表達(dá)量升高，引發(fā)炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加劇氧化損傷。光照誘導(dǎo)的感光細(xì)胞損傷模型中，NF-κB和腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）表達(dá)量升高，誘導(dǎo)視網(wǎng)膜退行性疾病的發(fā)生，抑制炎癥反應(yīng)可以減少ROS生成，緩解感光細(xì)胞凋亡[36]。因此，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)對維持視網(wǎng)膜細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

1.5 ERS對視網(wǎng)膜光損傷的影響

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成、加工和運(yùn)輸?shù)闹匾?xì)胞器，參與維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的動態(tài)平衡。過量光暴露會打破RPE細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡狀態(tài)，產(chǎn)生大量ROS，擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)折疊，導(dǎo)致未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)積累，觸發(fā)ERS，并引發(fā)一系列的保護(hù)性級聯(lián)信號反應(yīng)，稱為未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）[37]。結(jié)合免疫球蛋白（binding immunoglobulin protein，Bip）與3 種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白因子（蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase RNA-like ER kinase，PERK）、活化轉(zhuǎn)錄因子6（activating transcription factor 6，ATF6）和肌醇需求酶1α（inositol-requiring enzyme 1α，IRE1α））解離，PERK自磷酸化產(chǎn)生活性，與真核生物蛋白翻譯起始因子2（eukaryotic translation initiation factor 2，eIF2）相互作用，抑制蛋白翻譯；IRE選擇性剪切X-盒結(jié)合蛋白1（X-box binding protein 1，XBP1），XBP1翻譯產(chǎn)生伴侶蛋白，加速未折疊蛋白折疊；ATF6遷移到細(xì)胞核中，參與XBP1的調(diào)控，減弱ERS，維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)正常功能[37]。然而，持續(xù)過強(qiáng)的ERS超出UPR維持穩(wěn)態(tài)的能力時，則啟動ERS凋亡級聯(lián)反應(yīng)，IRE1通過調(diào)節(jié)c-Jun氨基末端激酶（c-Jun-N-terminal kinase，JNK）的表達(dá)和增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（enhancer-binding protein homologous protein，CHOP）的轉(zhuǎn)錄啟動凋亡程序，誘導(dǎo)視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡[37]。越來越多的研究表明ERS在AMD和RP等視網(wǎng)膜退行性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[38]。動物研究表明，在光感受器退化過程中，視網(wǎng)膜中BiP和XBP1表達(dá)量升高[39]。劉霞等[40]發(fā)現(xiàn)，長期過度的UPR激活可能導(dǎo)致自噬功能障礙、炎癥信號增加、ROS聚集，從而誘導(dǎo)RPE細(xì)胞凋亡，這與AMD的發(fā)生密切相關(guān)。McLaughlin等[41]認(rèn)為ERS為不同視網(wǎng)膜退行性疾病的發(fā)病機(jī)制，其研究結(jié)果表明調(diào)控ERS可以減少線粒體ROS的生成，抑制視網(wǎng)膜細(xì)胞自噬和凋亡。綜上，ERS可能是今后研究視網(wǎng)膜退行性疾病機(jī)制的重要靶點(diǎn)。

2 膳食營養(yǎng)組分應(yīng)用于光損傷

2.1 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是一種疏水生物活性分子，它廣泛存在于動物、植物、真菌和藻類中[42]。依據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的元素組成，類胡蘿卜素可分為碳?xì)漕惖暮}卜素和含氧衍生物的葉黃素兩類[43]。類胡蘿卜素是哺乳動物必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，其自身無法合成，必須從飲食中攝入[44]。許多基礎(chǔ)和臨床研究已經(jīng)報道了類胡蘿卜素在眼睛中的抗氧化和抗炎特性[45-46]。此外，β-類胡蘿卜素在機(jī)體內(nèi)轉(zhuǎn)化為視黃醛，參與視覺循環(huán)[47]；葉黃素和玉米黃素還能夠過濾藍(lán)光，從而保護(hù)光感受器免受光損傷[48]；巖藻黃素和蝦青素具有比葉黃素更為優(yōu)異的抗氧化活性[49]。近年來，類胡蘿卜素的視力保護(hù)功能備受關(guān)注，對其作用機(jī)制的研究也有新的進(jìn)展，然而類胡蘿卜素的護(hù)眼機(jī)制還未完全闡明。

2.1.1β-胡蘿卜素

β-胡蘿卜素是VA的前體，在包括視覺在內(nèi)的許多生物過程中發(fā)揮重要作用。目前在自然界發(fā)現(xiàn)的類胡蘿卜素超過700 種，其中有50 種經(jīng)人體代謝后可以轉(zhuǎn)化為VA，尤其以β-胡蘿卜素的轉(zhuǎn)化活性最高[50]。在機(jī)體內(nèi)，β-胡蘿卜素15,15’-單加氧酶（β-carotene 15,15’-monooxygenase，BCOM1）負(fù)責(zé)將β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為VA，并將β-胡蘿卜素對稱地分解成兩分子的ATR[51]。視黃醛是感光細(xì)胞中視紫紅質(zhì)的關(guān)鍵組成部分，在視網(wǎng)膜中介導(dǎo)光傳導(dǎo)，參與視覺循環(huán)[52]。此外，VA是維持人體上皮細(xì)胞健康、影響細(xì)胞調(diào)節(jié)和分化的必需維生素。VA缺乏會使眼瞼、眼結(jié)膜等的上皮細(xì)胞受到破壞，引起眼睛表面的杯狀細(xì)胞丟失，加速眼表上皮的角質(zhì)化，是引起干眼癥的原因之一[53]。研究表明，攝食富含β-胡蘿卜素的水果和蔬菜有助于機(jī)體VA的補(bǔ)充，緩解干眼癥[54-55]。因此，β-胡蘿卜素可被用作以食品為基礎(chǔ)的補(bǔ)充劑，以減少VA缺乏。然而，有關(guān)β-胡蘿卜素對視網(wǎng)膜光損傷的干預(yù)作用還鮮有報道。

2.1.2 葉黃素與玉米黃素

葉黃素和玉米黃素（圖2）是葉黃素類胡蘿卜素，主要來源于綠葉蔬菜、蛋黃、玉米和南瓜[56]。葉黃素和玉米黃素是能夠通過BRB并在人類視網(wǎng)膜黃斑區(qū)積累的類胡蘿卜素，被稱為黃斑色素。Youssef等[57]研究了眼組織的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)在295 nm波長以下的紫外線被角膜吸收，300～400 nm波長的紫外線都被晶狀體吸收。400～700 nm波長的可見光和700～1 400 nm波長的紅外線很容易通過人類眼睛結(jié)構(gòu)傳輸?shù)揭暰W(wǎng)膜。因此，幾乎所有的紫外線在到達(dá)視網(wǎng)膜之前都被吸收。然而，研究發(fā)現(xiàn)最短波長的可見光（藍(lán)光，400～500 nm）每光子攜帶的能量最高，與視網(wǎng)膜的光損傷有關(guān)[58]。人類的眼睛已經(jīng)發(fā)展出兩種機(jī)制來減弱藍(lán)光的傳輸：其一是晶狀體對藍(lán)光傳輸?shù)乃p；其二是通過黃斑色素過濾機(jī)制獲得額外保護(hù)[59]。黃斑色素有助于吸收藍(lán)光，其峰值吸收波長約為450 nm[59]。已有研究證明，這些黃斑色素可以過濾大約40%的藍(lán)光[60]。然而，目前有關(guān)黃斑色素作為藍(lán)光過濾器的作用機(jī)制尚不完全清楚。關(guān)于黃斑色素對減少色差和光散射、鈍化光敏劑激發(fā)是否有重要意義還有待闡明。后期可針對以上問題進(jìn)行深入探究，為進(jìn)一步理解黃斑色素過濾藍(lán)光的具體機(jī)理提供依據(jù)。

圖2 葉黃素（A）與玉米黃素（B）的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of lutein (A) and zeaxanthin (B)

葉黃素與玉米黃素具有良好的抗氧化活性。最近一項(xiàng)綜述報道了黃斑色素通過淬滅單線態(tài)氧、清除自由基以及淬滅光敏劑的激發(fā)三重態(tài)來實(shí)現(xiàn)視網(wǎng)膜氧化應(yīng)激保護(hù)作用[61]。此外，黃斑色素還能通過“間接機(jī)制”來發(fā)揮抗氧化作用。Frede等[62]研究表明，葉黃素通過激活核因子相關(guān)因子2（nuclear-factor-E2-related factor 2，Nrf2）通路，上調(diào)抗氧化酶表達(dá)，從而增強(qiáng)RPE細(xì)胞抗氧化能力。Arunkumar等[63]進(jìn)行了一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)葉黃素與玉米黃素能顯著降低ABCA4和β-胡蘿卜素-9’,10’-加氧酶（β-carotene 9’,10’-dioxygenase，BCO2）雙基因敲除小鼠視網(wǎng)膜中A2E水平，并改善其視覺功能。Leung等[64]采用H2O2構(gòu)建RPE細(xì)胞氧化應(yīng)激模型，發(fā)現(xiàn)葉黃素與玉米黃素可抑制PUFAs過氧化，減少脂質(zhì)過氧化物4-HNE等的產(chǎn)生，保護(hù)RPE細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的損傷。由此可見，黃斑色素能通過單線態(tài)氧、光敏劑的直接淬滅、減少脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物和A2E的產(chǎn)生以及提高抗氧化酶的活性來發(fā)揮抗氧化作用。

葉黃素與玉米黃素可以抑制炎癥反應(yīng)。Nidhi等[65]研究發(fā)現(xiàn)膳食攝入葉黃素可以緩解炎癥，并在體內(nèi)抑制TNF-α、IL-6和IL-8的產(chǎn)生。Yang Jiao等[66]的研究證實(shí)了補(bǔ)充葉黃素能抑制藍(lán)光照射后大鼠血清中C反應(yīng)蛋白、TNF-α和IL-6水平的升高，表明葉黃素保護(hù)視網(wǎng)膜組織免受藍(lán)光損傷的能力部分是通過降低炎癥和促炎細(xì)胞因子的水平來實(shí)現(xiàn)的。此外，攝入葉黃素與玉米黃素可降低內(nèi)毒素性葡萄膜炎小鼠房水中NO、TNF-α、IL-6、前列腺素E2和MCP-1的濃度[67]。脈絡(luò)膜新生血管在AMD和炎癥過程的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，葉黃素/玉米黃素治療通過抑制NF-κB激活和隨后的炎癥介質(zhì)上調(diào)從而抑制脈絡(luò)膜新生血管[68-69]。一些對利用脂多糖構(gòu)建的細(xì)胞和動物炎癥模型的研究發(fā)現(xiàn)，葉黃素降低ROS水平并抑制ROS介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活化因子3（activator of transcription 3，STAT3）炎癥介質(zhì)（IL-1β、IL-6、TNF-α、MCP-1）的表達(dá)[70-72]?？梢姡~黃素抑制炎癥的潛在機(jī)制與調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)基因的表達(dá)以及抑制炎癥因子和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生有關(guān)。

另外，葉黃素與玉米黃素還能夠通過其他機(jī)制發(fā)揮視覺保護(hù)作用。Shivarudrappa等[73]研究表明葉黃素能夠激活I(lǐng)RE1-XBP1、ATF6和ATF4通路及其下游激活劑，對ARPE-19細(xì)胞中高血糖介導(dǎo)的ER應(yīng)激具有治療作用。Widjaja-Adhi等[74]研究發(fā)現(xiàn)玉米黃素在視覺周期中具有保護(hù)作用，藍(lán)光照射觸發(fā)異常的ATR累積，對視網(wǎng)膜造成損傷，小鼠補(bǔ)充玉米黃素可以保護(hù)維甲酸免受光化學(xué)修飾的影響，并改善光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜損傷。在未來的研究中，黃斑色素和類維甲酸在光感受器生物學(xué)中的相互作用需要進(jìn)一步詳細(xì)描述。

黃斑色素光密度（macular pigment optical density，MPOD）是衡量黃斑區(qū)中葉黃素與玉米黃素濃度的指標(biāo)[75]。流行病學(xué)調(diào)查及相關(guān)研究表明，膳食補(bǔ)充葉黃素和玉米黃素可以提高M(jìn)POD，改善視功能并減少老年人中AMD的發(fā)生。近期的一項(xiàng)綜述為葉黃素/玉米黃素的飲食攝入提供了建議，指出在健康的成年人中，葉黃素與玉米黃素?cái)z入量大于10 mg/d可以增加MPOD，但該綜述未說明葉黃素/玉米黃素?cái)z入的最小劑量和持續(xù)時間[76]。然而，有研究報道補(bǔ)充20 mg/d的葉黃素/玉米黃素并不能夠比10 mg/d的劑量更有效地改善視覺表現(xiàn)[77-78]。對5 個隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)的薈萃分析也得到了類似的結(jié)果[79]。相反，其他研究與葉黃素/玉米黃素療效的線性劑量-反應(yīng)模式一致，并得到8 個隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)薈萃分析的支持，表明葉黃素/玉米黃素?cái)z入量越高，改善視覺效果越好[80]。這些相互矛盾的結(jié)果很可能源于研究人群的差異，具體涉及飲食攝入量[81]。年齡相關(guān)性眼病研究2（Age-Related Eye Disease Study 2，AREDS2）顯示，葉黃素/玉米黃素膳食攝入量最低的人群（每4 186 kJ能量的中位數(shù)只攝入0.7 mg/d）補(bǔ)充10 mg/d葉黃素/玉米黃素獲得了最積極的結(jié)果[81]。因此，在低于1.4 mg/d平均攝入量的情況下，補(bǔ)充10 mg/d可能是慢性補(bǔ)充葉黃素/玉米黃素的最合適劑量。近年來部分葉黃素與玉米黃素對減少AMD發(fā)生的研究匯總?cè)绫?所示。

表1 葉黃素與玉米黃素對減少AMD發(fā)生的研究統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of studies on the protective effects of lutein and zeaxanthin on AMD

2.1.3 巖藻黃素和蝦青素

巖藻黃素（圖3）是褐藻中最豐富和最具特色的色素之一，可以吸收波長在450～540 nm范圍內(nèi)的可見光[89]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，從海帶中提取的巖藻黃素對可見光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜損傷有保護(hù)作用：體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖藻黃素在抑制血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）過表達(dá)、抗衰老、提高吞噬功能、清除ROS等方面比葉黃素具有更好的生物活性；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了巖藻黃質(zhì)在保護(hù)視網(wǎng)膜免受光損傷方面效果優(yōu)于葉黃素[90]。這種優(yōu)異的生物活性可能歸功于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征[90]。后期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖藻黃素通過調(diào)節(jié)Nrf2信號通路對可見光誘導(dǎo)的RPE細(xì)胞吞噬功能障礙有明顯的改善作用[91]。巖藻黃素還可通過下調(diào)RPE細(xì)胞凋亡和細(xì)胞黏附因子蛋白表達(dá)，降低炎癥反應(yīng)，維持BRB的完整性，預(yù)防糖尿病視網(wǎng)膜病變[92]。這些結(jié)果表明巖藻黃質(zhì)在臨床上可能比葉黃素更有效地解決眼部問題。巖藻黃素有望成為未來重要的眼部營養(yǎng)素。

圖3 巖藻黃素（A）與蝦青素（B）的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structures of fucoxanthin (A) and astaxanthin (B)

蝦青素（圖3）是葉黃素家族中的天然紅色類胡蘿卜素，通常存在于海洋生物中，尤其是在微藻類和海洋動物產(chǎn)品中，例如鮭魚、蝦和龍蝦[93]。由于獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，蝦青素具有一些重要的生物學(xué)特性，主要表現(xiàn)為強(qiáng)抗氧化、抗炎和抗凋亡活性[94]。Lin Chaowen等[95]研究發(fā)現(xiàn)蝦青素以劑量依賴的方式誘導(dǎo)Nrf2的核轉(zhuǎn)位，提高II相抗氧化酶的表達(dá)，保護(hù)視網(wǎng)膜細(xì)胞免受藍(lán)光誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷。Otsuka等[96]使用視網(wǎng)膜缺血/再灌注模型研究蝦青素對視網(wǎng)膜細(xì)胞的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)蝦青素通過抑制NF-κB的激活來緩解炎癥反應(yīng)。Fakhri等[97]研究表明，蝦青素通過下調(diào)p-Erk/ERK、細(xì)胞色素c、Caspase 3、Caspase 9的激活和Bax2/Bcl2比例來發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡的作用。此外，在對糖尿病大鼠視網(wǎng)膜病變模型的研究中發(fā)現(xiàn)，蝦青素降低缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）、ERS標(biāo)志物XBP1和VEGF的表達(dá)，對糖尿病所致視網(wǎng)膜異常具有保護(hù)作用[98]。因此，蝦青素有可能作為一種潛在的營養(yǎng)制劑來預(yù)防或治療糖尿病患者的視網(wǎng)膜功能障礙。

2.2 多酚

2.2.1 花色苷

花色苷為自然界中水溶性的可食用植物色素，廣泛分布于深色的蔬菜、漿果和谷物中[99-100]。現(xiàn)有研究表明攝入花色苷對視力具有保護(hù)功效，其作用機(jī)制涉及多種途徑（圖4），包括促進(jìn)視紫紅質(zhì)再生、增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)、抑制炎癥、抗衰老和緩解ERS等[32,101]。

圖4 花色苷對視網(wǎng)膜保護(hù)途徑Fig.4 Pathway for retinal protection by anthocyanins

視網(wǎng)膜中的視紫紅質(zhì)可能是花色苷的作用靶點(diǎn)之一。感光細(xì)胞通過視紫紅質(zhì)漂白觸發(fā)視覺傳導(dǎo)，隨著花色苷改善夜視功能的報道不斷涌現(xiàn)，人們開始關(guān)注花色苷與視紫紅質(zhì)的相互作用。Nomi等[102]研究發(fā)現(xiàn)從黑醋栗中純化的矢車菊素-3-葡萄糖苷（cyanidin-3-glucoside，C3G）能夠促進(jìn)青蛙視桿細(xì)胞外層的視紫質(zhì)再生，而飛燕草素花色苷則沒有此效果。Yanamala等[103]從牛視網(wǎng)膜中獲得視紫質(zhì)，利用核磁共振氫譜技術(shù)觀察了C3G與視紫質(zhì)的作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)經(jīng)過暗光激活后，C3G能夠與視紫質(zhì)結(jié)合，他們認(rèn)為這與該條件下所造成的pH環(huán)境對C3G結(jié)構(gòu)的改變有密切關(guān)系。同時，該研究組對C3G促進(jìn)視紫質(zhì)再生的機(jī)理做了研究，認(rèn)為這與改變視蛋白結(jié)構(gòu)并促進(jìn)其與視黃醛的結(jié)合有關(guān)[104]。以上研究表明，膳食C3G能夠促進(jìn)視紫紅質(zhì)再生，但其具體機(jī)制仍不明確。

花色苷可通過清除ROS及激活內(nèi)源性抗氧化通路從而抑制氧化應(yīng)激[105-106]。Song Yu等[107]研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓花色苷能夠激活Nrf2/HO-1信號通路，增加谷胱甘肽含量，降低MDA和ROS水平，預(yù)防糖尿病視網(wǎng)膜病變。Wang Yong等[108]研究表明C3G及其酚酸代謝物顯著上調(diào)Nrf2/HO-1的表達(dá)，減輕視網(wǎng)膜氧化應(yīng)激，減少DNA損傷和脂質(zhì)過氧化，抑制可見光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜變性。進(jìn)一步研究表明C3G可通過清除RPE細(xì)胞內(nèi)ROS，抑制A2E光氧化及MG生成，從而緩解光損傷導(dǎo)致的RPE細(xì)胞凋亡[109]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓花色苷能抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，其機(jī)制涉及清除ROS及抑制VEGF過表達(dá)[33]。此外，Lee等[110]研究發(fā)現(xiàn)越橘提取物能抑制A2E在細(xì)胞內(nèi)的積聚，減少ROS的生成，減輕藍(lán)光對攜帶A2E的RPE細(xì)胞和小鼠視網(wǎng)膜的損傷。

有關(guān)花色苷的抗炎活性也已有多項(xiàng)研究證實(shí)。NOD樣受體結(jié)合蛋白3（NOD-like receptor binding protein 3，NLRP3）介導(dǎo)Caspase-1激活和促炎細(xì)胞因子IL-1β/IL-18的分泌，異常激活產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，C 3 G 通過調(diào)控JNK-c-Jun/轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）通路，鈍化NLRP3炎癥體的激活，從而緩解視網(wǎng)膜炎癥[111]。除了鈍化NLRP3炎癥體激活外，藍(lán)莓花色苷還能抑制細(xì)胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）和NF-κB表達(dá)，干預(yù)高糖誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)，預(yù)防糖尿病視網(wǎng)膜病變[112]。此外，越橘花色苷提取物能下調(diào)脂多糖誘導(dǎo)的小鼠視網(wǎng)膜炎癥和葡萄膜炎后視網(wǎng)膜中IL-6的表達(dá)，抑制NF-κB的激活及炎癥中伴隨出現(xiàn)的視網(wǎng)膜感光細(xì)胞OS縮短及視紫紅質(zhì)減少[113]。

此外，花色苷還能緩解ERS。Ooe等[114]研究表明，越橘花色苷能通過調(diào)節(jié)ATF4的表達(dá)，抑制短波視蛋白的異常聚集來緩解ERS，保護(hù)感光細(xì)胞。Peng Wenting等[115]基于A2E和藍(lán)光誘導(dǎo)的RPE細(xì)胞損傷模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)C3G通過抑制ERS保護(hù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)，改善RPE細(xì)胞的屏障功能，上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)。Nakamura等[116]研究了越橘提取物對視神經(jīng)擠壓傷后視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cell，RGC）的影響，發(fā)現(xiàn)越橘提取物可通過調(diào)節(jié)Bip的表達(dá)，緩解ERS，抑制RGC死亡。

目前研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)花色苷穩(wěn)定性較差、生物利用率較低，其含量和功能活性極易受到加工影響，在一定程度上限制了花色苷在健康食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。未來應(yīng)進(jìn)一步研究加工過程中提高花色苷穩(wěn)定性的方法，通過優(yōu)化遞送系統(tǒng)提高花色苷在體內(nèi)的穩(wěn)定性和生物利用度。

2.2.2 其他多酚

除花色苷外，還有一些多酚具有良好的護(hù)眼功能。例如，槲皮素能通過抑制AP-1活性、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly(ADP-ribose) polymerase，PARP）裂解和補(bǔ)體激活，參與RPE細(xì)胞內(nèi)A2E的清除，緩解藍(lán)光和紫外線誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[117]。兒茶素可顯著下調(diào)糖尿病視網(wǎng)膜病變大鼠NF-κB和促炎介質(zhì)（IL-1β、IL-6、TNF-α）的表達(dá)，因此可以作為治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的有效成分[118]。阿魏酸可減輕碘酸鈉誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜變性小鼠細(xì)胞損傷，口服阿魏酸可以為視網(wǎng)膜提供保護(hù)作用[119]。大量研究表明多酚可有效保護(hù)視力，維持視網(wǎng)膜正常功能。但目前的研究大多集中于花色苷，對其他多酚研究較少，有待進(jìn)一步研究。

2.3 長鏈不飽和脂肪酸

感光細(xì)胞OS盤膜中含有豐富的PUFAs，對人類正常的視網(wǎng)膜活動和視力保護(hù)具有重要作用。DHA是感光細(xì)胞中含量最豐富的PUFAs，能夠延緩感光細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞分化，提高視蛋白的表達(dá)，視網(wǎng)膜DHA的減少還會影響視敏度和全視野ERG[120]。二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）可以調(diào)節(jié)脂蛋白的代謝，抑制炎癥化合物的表達(dá)，這些炎癥化合物可以破壞細(xì)胞外基質(zhì)，包括Bruch膜，并導(dǎo)致新生血管AMD[121]。Gorusupudi等[122]研發(fā)了一種大量合成超長鏈不飽和脂肪酸的方法，補(bǔ)充這種不飽和脂肪酸可以增加小鼠的視網(wǎng)膜脂質(zhì)水平，并改善其視覺功能。Deng Qianchun等[123]研究顯示攝食富含ω-3 PUFAs的油脂通過激活NRF2/HO-1信號通路和下調(diào)NF-κB p65的表達(dá)來減輕光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜變性。此外，補(bǔ)充EPA和DHA可有效緩解干眼癥狀，其機(jī)理除了減輕炎癥之外，還包括改善淚膜的脂層、使瞼板腺和淚腺的功能正?；痆124]。然而，本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)光條件下補(bǔ)充DHA會增加RPE細(xì)胞對光損傷的敏感性，通過脂質(zhì)過氧化作用導(dǎo)致RPE細(xì)胞的功能障礙[125]。因此，補(bǔ)充PUFAs可能會加劇視網(wǎng)膜光損傷，服用PUFAs補(bǔ)充劑的患者應(yīng)該避免或減少暴露在高光強(qiáng)條件下。

2.4 牛磺酸

?；撬崾且环N含硫非蛋白氨基酸，可以促進(jìn)視網(wǎng)膜的分化和發(fā)育[126]，改善細(xì)胞生長條件，維持視網(wǎng)膜正常功能，延長視網(wǎng)膜細(xì)胞生存期[127]。Garcia-Ayuso等[128]研究發(fā)現(xiàn)?；撬岷慕呦碌墓獗┞稌铀俟飧惺芷鞯耐嘶a(bǔ)充?；撬嵊兄诜乐挂暰W(wǎng)膜變性。Froger等[129]基于細(xì)胞和動物模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充?；撬崮芴岣逺GC的體外存活率，緩解N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-Daspartate，NMDA）誘導(dǎo)的RGC興奮毒性，這一結(jié)果進(jìn)一步得到體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。在一項(xiàng)以N-甲基-N-亞硝基脲誘導(dǎo)的小鼠視網(wǎng)膜變性實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，靜脈注射?；撬峥梢杂行г黾右暰W(wǎng)膜中?；撬釢舛龋纳埔暰W(wǎng)膜組織紊亂，緩解視網(wǎng)膜M-視錐和S-視錐細(xì)胞群變性[130]。以上結(jié)果表明，牛磺酸可緩解變性視網(wǎng)膜中的氧化應(yīng)激，增加RGC和感光細(xì)胞存活率，補(bǔ)充牛磺酸可能是青光眼、RP的一種治療方法。

2.5 維生素類

VA是人體必需維生素，主要在小腸吸收，參與視紫紅質(zhì)的形成[131]。夜盲癥是由視桿細(xì)胞功能障礙引起的[132]。陳子暢等[133]研究表明VA通過抑制氧化應(yīng)激減輕炎癥反應(yīng)來保護(hù)光感受器細(xì)胞，這為補(bǔ)充VA治療夜盲癥提供了理論依據(jù)。VB2（核黃素）的缺乏會導(dǎo)致結(jié)膜炎等眼科疾病。流行病學(xué)研究表明，服用5 mg VB2（3 次/d）能夠有效緩解季節(jié)性角膜炎；如果結(jié)合VB3（煙酰胺）（25 mg，3 次/d）服用，效果更佳[134]。谷物的表皮層含有豐富的VB，但在谷物加工過程中丟失十分嚴(yán)重，長期食用精制的大米和淀粉而缺乏必要的粗糧攝入，往往會導(dǎo)致VB缺乏癥。報道顯示，服用500 mg/d VC能夠改善眼睛刺痛、眼睛分泌物多等癥狀；使用VC眼藥水能夠有效緩解過敏性和感染性結(jié)膜炎[134]，但其具體機(jī)理還不清楚。此外，流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)膳食中VC的攝入量與白內(nèi)障發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)[135]。VD對圓錐形角膜病也有一定治療效果。研究表明，連續(xù)3 個月到3 年服用15 000 IU/d劑量的VD能夠明顯緩解圓錐形角膜病，使視錐細(xì)胞矯平，提高視力[134]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，服用麥角固醇（VD2的前體物）對改善近視也有幫助[134]。VE和VC具有抗炎活性，對眼科炎癥疾病有一定的療效。研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)8 周服用500 mg/d的VC和100 IU/d的VE對改善急性葡萄膜炎有一定的幫助[134]。然而，有關(guān)維生素類物質(zhì)對視網(wǎng)膜光損傷的防治作用研究較少，相關(guān)功效還并不明確。

3 結(jié)語

綜上所述，過量光暴露會導(dǎo)致視網(wǎng)膜感光細(xì)胞及RPE細(xì)胞凋亡，破壞視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)與功能。氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、ERS是光誘導(dǎo)視網(wǎng)膜損傷的主要原因?；ㄉ铡㈩惡}卜素及VC、VE等具有良好的抗氧化及抗炎活性；葉黃素、玉米黃素能夠過濾藍(lán)光，減弱藍(lán)光光照強(qiáng)度；部分功能因子如VA和花色苷還能通過促進(jìn)視紫質(zhì)再生參與視傳導(dǎo)，具有抑制視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡等生物活性；此外，不飽和脂肪酸和?；撬崮軌虼龠M(jìn)視網(wǎng)膜細(xì)胞分化和發(fā)育，改善視功能?？梢?，花色苷、類胡蘿卜素等營養(yǎng)成分可以作為功能性食品和輔助治療劑來預(yù)防和治療視網(wǎng)膜光損傷。

未來可重點(diǎn)從以下方面研究膳食營養(yǎng)組分改善視網(wǎng)膜光氧化損傷作用及相關(guān)機(jī)理：1）膳食營養(yǎng)成分改善視網(wǎng)膜氧化損傷機(jī)制涉及調(diào)控氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和ERS等通路，但各通路間聯(lián)合調(diào)控機(jī)制尚未明確，還有待進(jìn)一步證實(shí)。2）花色苷、類胡蘿卜素等膳食組分存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、生物利用率低等問題，提高其穩(wěn)定性及生物利用度可能更有利于發(fā)揮其預(yù)防視網(wǎng)膜光損傷的功能。3）不同營養(yǎng)成分在調(diào)控途徑方面的差異性賦予其在改善視力方面的潛在協(xié)同效應(yīng)，這有助于通過合理膳食搭配實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營養(yǎng)補(bǔ)充，從而保護(hù)視力。