线粒体功能障碍与年龄相关性黄斑变性研究进展

颜世广

(济南市明水眼科医院，山东 济南 250200)

线粒体在不同的细胞中密度不同，在代谢活跃的细胞如视网膜色素上皮细胞中大量表达。氧化性损伤导致的线粒体功能障碍已经成为衰老性疾病的发病机制之一〔1〕。越来越多的证据表明线粒体功能障碍与视网膜疾病之间存在联系。

1 线粒体是细胞功能和代谢方面起重要作用的细胞器

它的主要作用是产生腺苷三磷酸，控制细胞代谢和调节细胞凋亡，线粒体内膜和外膜由磷脂双分子层组成，含有大量的镶嵌蛋白。线粒体基因组不稳定性是年龄相关性疾病的促成因素。由氧化性应激导致的线粒体功能障碍在年龄相关性黄斑变性(AMD)发病机制中起不可忽视的作用。视网膜神经细胞和视网膜色素上皮细胞线粒体对氧化性损伤易感性表明线粒体在视网膜细胞抗氧化防御体系中是一个脆弱的环节〔2〕。

2 线粒体功能障碍与AMD分子水平联系

有证据表明在AMD发病机制中线粒体功能障碍起重要作用，AMD与线粒体蛋白变异物、AMD敏感性2蛋白(LOC387715/ARMS2)之间存在联系。AMD遗传变异在两个染色体位点1q32和10q26可引发重大疾病风险。许多研究一致得到共识即1q32和10q26区域同时隐藏着第一个和第二大主要的AMD易感性遗传定子〔3〕。早期研究证明染色体1q32作为易感性位点(补体因子H)与线粒体没有任何联系，在10q26信号附近重叠的两个基因：LOC387715/ARMS2和HTRA1/RRSS11，LOC387715/ARMS2基因表达一种功能未明的位于线粒体的蛋白，LOC387715/ARMS2多态性通过调节这个基因功能影响AMD的发病风险。进一步说明，LOC387715/ARMS2的调节或活性改变都有可能影响AMD易感性〔4〕。

在线粒体脑肌病伴乳酸血症和脑卒中样发作(MELAS)的A3243GmtDNA突变患者中，75%个体检测到视网膜色素异常情况和视网膜色素上皮细胞(RPE)细胞萎缩这些与早期AMD相似的表现〔5〕。对于蛋白质、脂类和DNA，AMD氧化性应激假说表明氧化性损伤累积可导致疾病的恶化。在患有AMD的人类捐献者眼球中发现选择性氧化还原蛋白(增加氧化性应激的指示剂)变化和蛋白表达改变，因此线粒体紊乱后生物能量代谢改变可以作为黄斑变性和AMD发病特征在黄斑部视网膜色素上皮细胞被表达。Feher〔6〕研究表明，随着年龄的增长AMD患者中视网膜色素上皮细胞中线粒体数量和面积以及嵴和皮质密度相比于正常年龄的人群显著降低，这些发现进一步证实除了mtDNA变化以外，线粒体功能障碍中线粒体膜的改变也起到了至关重要的作用〔7〕。

在AMD研究中，线粒体功能障碍的证据仅局限于对视网膜色素上皮细胞的研究，也有部分研究将重点放于线粒体RNA损伤和视网膜修复方面，Barreau等〔8〕已经明确在老年人视网膜中线粒体DNA呈缺失状态。随着衰老的进展，在视网膜色素上皮细胞和啮齿类动物脉络膜中也观察到线粒体DNA损伤增加和修复能力降低；线粒体呼吸功能减少。因此，视网膜色素上皮细胞的线粒体DNA损伤与衰老有关，并且在AMD的发病进程中可以作为一个易感性因素。细胞结构研究表明：当暴露于氧化剂或烷化剂环境中，人类视网膜色素上皮细胞中线粒体DNA受到损伤，但是核DNA是否损伤还未证明。在视网膜色素上皮细胞中核DNA对于氧化性应激的损伤修复比较迅速。从另一方面说明线粒体DNA损伤修复比较缓慢。在视网膜色素上皮细胞对抗氧化性损伤防御体系中线粒体是一个脆弱的环节，线粒体DNA损伤的最后结果是线粒体代谢活性降低和凋亡倾向性增加。有证据〔9〕表明在人类视网膜色素上皮细胞用H2O2处理导致线粒体DNA损伤，由于修复机制受损导致线粒体氧化还原功能受损，这些发现表明线粒体tRNA对于氧化性损伤的易感性。

3 线粒体功能障碍对于AMD的临床意义

AMD治疗对于眼科专家来说极具挑战性。在新生血管湿性AMD治疗中，血管内皮生长因子(VEGF)-信号通路治疗策略已经取得部分成功；然而对于干性AMD至今没有确定的医学治疗方法〔10〕。在AREDS研究中抗氧化剂对于延迟AMD发病进程的后期阶段的潜在性应用已经被证实过，然而这项研究成功可能有局限性，饮食性抗氧化剂在上皮细胞中提供不同的亚细胞保护。为支持视网膜变性治疗概念，由Jarrett等〔11〕进行的研究进一步证明饮食干预对海马回线粒体DNA可以提供抗氧化性保护，并且能降低大鼠中的活性氧簇(ROS)水平。研究表明在培养的视网膜色素上皮细胞中，Bcl-2过度表达、褪黑激素、抗坏血酶和谷胱甘肽-S-转移酶可以阻止线粒体DNA损伤。几项研究报道SOD2上调、白藜芦醇、N-叔丁基羟胺、A-晶状体蛋白和L-肉碱可以保护和抵抗视网膜色素上皮细胞中的线粒体功能障碍〔12〕。这些抗氧化剂是否仅仅通过减少ROS水平或通过更多的针对线粒体DNA直接的效应起作用还需要进一步阐明。

在AMD中，线粒体膜改变已经具有直接的现实意义，因为体内、体外研究表明对于线粒体功能障碍，线粒体膜可以作为一个靶点，对线粒体膜有特殊亲和力的复合物(线粒体磷脂囊泡复合物)可以修复线粒体功能。在视网膜色素上皮细胞中，伴随着脂褐素相当数量的积累，线粒体膜改变可以导致氧化性损伤可以如脂质代谢损伤、细胞凋亡，这些都是晚期AMD的特征性表现〔13〕。对于阻止AMD，促进脂类代谢改善可以是一个创新的治疗方法，因为线粒体和过氧化物酶类都在脂质进行生物合成与分解代谢。在早期AMD通过结合线粒体脂质囊泡复合物如乙酰肉碱(ALC)和ω-3脂肪酸、辅酶Q10，维生素E来改善视网膜的功能。一项随机的、双盲安慰剂对照组临床试验表明在早期AMD患者中，联合应用ALC，ω-3脂肪酸和辅酶Q10后症状得到改善并且几项视觉功能得到稳定〔14〕。这些结果表明以线粒体功能恢复为策略的治疗方法具有一定的前景，可以作为AMD预防治疗的一项新研究。

4 参考文献

1Jarrett SG，Lin H，Godley BF，etal.Mitochondrial DNA damage and its potential role in retinal degeneration〔J〕.Prog Retin Eye Res,2008；27：596-607.

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3Jones M，Mitchell P，Wang JJ，etal.MELAS A3243G mitochondrial DNA mutation and age related maculopathy〔J〕.Am J Ophthalmol,2004；138：1051-3.

4Decanini A，Nordgaard CL，Feng X，etal.Changes in select redox proteins of the retinal pigment epithelium in age-related macular degeneration〔J〕.Am J Ophthalmol,2007；143：607-15.

5Kanda A，Chen W，Othman M,etal.A variant of mitochondrial protein LOC387715/ARMS2，not HTRA1，is strongly associated with age-related macular degeneration〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2007；104：16227-32.

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8Barreau E,Brossas JY,Courtois Y，etal.Accumulation of mitochondrial DNA deletions in human retina during aging〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci,1996；37:384-91.

9Yousif LF，Stewart KM，Kelley SO.Targeting mitochondria with organelle-specific compounds：strategies and applications〔J〕.Chembiochemistry,2009；10：1939-50.

10Barot M，Gokulgandhi MR，Haghnegahdar M，etal.Effect of emergence of fluoroquinolone resistance on intrinsic expression of P-glycoprotein phenotype in corneal epithelial cells〔J〕.J Ocul Pharmacol Ther,2011;10:729-38.

11Jarrett SG,Boulton ME.Poly(ADP-ribose) polymerase offers protection against oxidative and alkylation damage to the nuclear and mitochondrial genomes of the retinal pigment epithelium〔J〕.Ophthalmic Res,2007；39：213-23.

12Choudhury F，Varma R，McKean-Cowdin R，etal.Risk factors for four-year incidence and progression of age-related macular degeneration：the Los Angeles Latino Eye Study〔J〕.Am J Ophthalmol,2011；152：385-95.

13Seddon JM，Reynolds R，Yu Y，etal.Risk models for progression to advanced age-related macular degeneration using demographic，environmental，genetic，and ocular factors〔J〕.Ophthalmology,2011；118：2203-11.

14Brechner RJ，Rosenfeld PJ，Babish JD，etal.Pharmacotherapy for neovascular age-related macular degeneration：an analysis of the 100% 2008 medicare fee-for-service part B claims file〔J〕.Am J Ophthalmol,2011；151：887-95.