硒及硒蛋白在眼部疾病的生物學(xué)功能研究進展

王春苗，冉瑞金

0引言

硒普遍存在于自然界中，是哺乳動物必需的一種微量元素，存在于人體多個組織及器官中，主要以硒代半胱氨酸的形式合成硒蛋白來發(fā)揮其重要生物學(xué)功能。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)24種鼠和25種人的硒蛋白基因[1]。由于硒在提高機體免疫力、改善心肌營養(yǎng)、減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)等代謝方面發(fā)揮著重要作用，且硒在人體內(nèi)的有益劑量寬度極窄，目前對硒及硒蛋白的重要生物學(xué)功能已成為一大研究熱點。眼作為人體的重要視覺器官，也是人體最富含硒的代表性器官之一，研究發(fā)現(xiàn)硒及硒蛋白在眼部通過不同作用方式發(fā)揮著重要生物學(xué)功能，本文從硒及硒蛋白在眼表疾病、白內(nèi)障、眼底疾病、甲狀腺相關(guān)眼病的生物學(xué)功能研究方面進行總結(jié)。

1硒及硒蛋白在眼表疾病中的作用

多種眼表疾病發(fā)病機制的中心環(huán)節(jié)均涉及到氧化應(yīng)激反應(yīng)，且眼表組織含硒濃度較高，所以硒及硒蛋白在眼表疾病特別是免疫性眼表疾病中的抗氧化作用已經(jīng)成為研究焦點。研究發(fā)現(xiàn)角膜、虹膜、晶狀體和視網(wǎng)膜中硒的濃度為0.23～0.41μg/g，而房水中硒的濃度為0.008μg/mL，比血漿中硒的濃度(0.21μg/mL)低得多，房水中蛋白質(zhì)的濃度約為血漿的1.0%[2]，這為硒及硒蛋白在眼表疾病中的研究奠定了基礎(chǔ)。

硒及硒蛋白在預(yù)防角膜炎，促進角膜修復(fù)等方面發(fā)揮著重要作用。適量的硒在預(yù)防角膜疾病中發(fā)揮重要作用，隨著角膜接觸鏡的廣泛使用，角膜接觸鏡相關(guān)角膜炎發(fā)病率逐漸升高，Mathews等[3]研究發(fā)現(xiàn)配戴角膜接觸鏡細菌增殖誘發(fā)的眼表炎癥，可通過在角膜接觸鏡表面涂上活性硒，利用其超氧化反應(yīng)減輕角膜炎的發(fā)生。硒不僅在預(yù)防角膜炎中起著重要作用，并且在促進角膜愈合，防止角膜潰瘍等方面也發(fā)揮著重要作用。Sieradzki等[4]在角膜炎的兔眼模型中，運用維生素E硒溶液能夠加速角膜潰瘍的愈合證實了這一重要作用。同樣的，許多硒蛋白也對不同類型的角膜炎起著促進修復(fù)等作用。谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)作為最常見的硒蛋白，在機體內(nèi)廣泛存在，是一種重要的過氧化物分解酶，Petrovich等[5]發(fā)現(xiàn)激活GPx活性可減輕單純皰疹病毒性角膜炎的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。然而，Karcioglu等[6]通過觀察1例長期患有皰疹性角膜炎患者的角膜，發(fā)現(xiàn)其組織中硒的含量很少，具體原因現(xiàn)不明確，推測這可能與長期抗氧化作用導(dǎo)致的硒耗竭有關(guān)。Kot等[7]在兔棘阿米巴角膜炎組織中發(fā)現(xiàn)眼組織中的GPx活性顯著降低，推測抗氧化酶的失衡可能在棘阿米巴角膜炎的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用。Hua等[8]證明活性氧(reactive oxygen species，ROS)誘導(dǎo)的氧化損傷通過p38 MAPK途徑抑制了谷胱甘肽過氧化物酶1(GPx1)的活性，參與了真菌性角膜炎的發(fā)病，這也說明了GPx1在真菌性角膜炎發(fā)病中的重要作用，與Leema等[9]研究結(jié)果一致。

干眼是淚液質(zhì)或量的改變導(dǎo)致眼部不適，各種類型的干眼發(fā)病機制復(fù)雜。目前針對各種類型干眼的特效藥較少，由于硒及硒蛋白獨特的免疫抑制、抗氧化應(yīng)激作用，其在干眼發(fā)病、治療方面同樣發(fā)揮著重要作用。Higuchi 等[10-11]發(fā)現(xiàn)淚液中含有豐富的硒蛋白P(selenoprotein P，SeP)，推測淚液中SeP是保護眼表細胞免受環(huán)境氧化的關(guān)鍵分子，為眼表上皮提供硒，并維持眼表微環(huán)境，由此開發(fā)出了含硒化合物的眼藥水，并研制出Se-COMP滴眼液作為治療角膜疾病的新藥。同時，自體血清治療免疫性干眼的治療作用已經(jīng)得到了廣泛印證，血漿中含有大量的SeP，通過提取自體血清，制成含有豐富SeP的眼藥水應(yīng)用于干眼大鼠模型，證實SeP治療干眼的有效性[12]。由于GPx1在結(jié)膜及瞼板腺組織中廣泛表達，其同樣在維持正常眼表微環(huán)境中發(fā)揮了重要作用，研究發(fā)現(xiàn)GPx同樣也參與了不同類型免疫性干眼的發(fā)病，其可作為下游信號分子提示干眼的程度、預(yù)后及轉(zhuǎn)歸[13-14]，硒化合物如硒-乳鐵蛋白通過乳鐵蛋白受體進入角膜上皮細胞中發(fā)揮干眼的治療作用[15]。

綜上，硒及硒蛋白通過多種方式參與了真菌性角膜炎、單純皰疹病毒性角膜炎、棘阿米巴角膜炎、干眼等眼表疾病的發(fā)病，這為以后的靶向性治療提供了新方向，但其作用的具體通路尚未研究成熟，仍待進一步深入研究。

2硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的作用

白內(nèi)障的發(fā)病機制與晶狀體上皮細胞的氧化應(yīng)激、晶狀體蛋白的糖基化等多種作用有關(guān)，其中氧化應(yīng)激是其重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，晶狀體中硒含量豐富，硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的抗氧化應(yīng)激方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

硒及硒蛋白通過保護晶狀體上皮細胞、減輕蛋白質(zhì)異常折疊等多種方式參與白內(nèi)障的發(fā)病。研究發(fā)現(xiàn)暴露于高濃度硒中的斑馬魚產(chǎn)生的下一代晶狀體中有較高的硒濃度，并且是首先出現(xiàn)高硒濃度的數(shù)個組織器官之一，這說明硒及硒蛋白在晶狀體疾病中有著重要作用[16]。Langford-Smith等[17]通過質(zhì)譜法檢測晶狀體組織，發(fā)現(xiàn)在晶狀體組織中硒含量隨年齡的增加而顯著減少。許多研究者從基因?qū)用骝炞C了各種不同類型的硒蛋白在白內(nèi)障中的重要作用，Post等[18]分析了年齡相關(guān)性白內(nèi)障患者血清硒水平和谷胱甘肽過氧化物酶基因1和4(GPX-1和GPX-4)之間的相關(guān)性，認為血清硒降低可能是年齡相關(guān)性白內(nèi)障的潛在危險因素。Dai等[19]研究了硒蛋白R(selenoprotein R，SelR)基因敲除對d-半乳糖誘導(dǎo)的晶狀體上皮細胞凋亡的影響，顯示siRNA引起的d-半乳糖和SelR基因敲除均能引起氧化應(yīng)激，結(jié)果表明SelR可能參與保護晶狀體上皮細胞線粒體并減輕凋亡，這表明硒作為微量營養(yǎng)元素可能在晶狀體上皮細胞中起重要作用。也有研究認為通過上調(diào)SelR的表達可保護晶狀體上皮細胞，對抗ROS和氧化蛋白的生成[20]，這與Marchetti等[21]研究結(jié)果一致。硒蛋白15(the 15-kDa selenoprotein，Sep15)作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中糖蛋白折疊，Kasaikina等[22]認為白內(nèi)障可能是由Sep15缺乏引起的晶狀體蛋白折疊異常引起的。同時，后發(fā)性白內(nèi)障也與硒蛋白有關(guān)，硒代半胱氨酸涂層的人工晶狀體可降低后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生[23]。

多項研究發(fā)現(xiàn)硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的重要作用，但硒及硒蛋白通過何種信號通路發(fā)揮作用研究尚不成熟，Zhu等[24]發(fā)現(xiàn)硒在保護人晶狀體上皮細胞(human lens epithelial cells，HLECs)免受1，2-二羥基萘誘導(dǎo)的細胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用，但與磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)/蛋白激酶B途徑關(guān)系不大。Jia等[25-26]認為MsrB1可能通過抑制F-肌動蛋白和介導(dǎo)細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)失活、抑制caspase-3的活化和DNA的氧化損傷等來保護晶狀體上皮細胞。

上述研究均揭示硒及硒蛋白對白內(nèi)障的重要影響，但要將硒產(chǎn)品運用于臨床仍任重而道遠，補充硒可能通過減輕晶狀體中的氧化應(yīng)激反應(yīng)而減慢白內(nèi)障的發(fā)展[27]。但是過量的硒補充可能誘導(dǎo)產(chǎn)生核性白內(nèi)障[28]。Christen 等[29]研究發(fā)現(xiàn)每天或長期補充硒和/或維生素E對年齡相關(guān)性白內(nèi)障發(fā)病的有益影響并不大，所以補充硒的劑量、時間、方式、有效性等方面仍需進一步研究。

3硒及硒蛋白在眼底疾病中的作用

眼內(nèi)組織富含血管，細胞因子豐富，眼底疾病的發(fā)病也很復(fù)雜，硒及硒蛋白通過各種有效途徑保護視功能，減少自身免疫反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激，在各種眼底疾病中發(fā)揮重要作用。在改善視功能方面，Crary等[30]發(fā)現(xiàn)使用遠遠超過生理需求的硒可延緩某些視網(wǎng)膜疾病導(dǎo)致的視力下降，但其未說明大劑量硒使用的安全性，Akit等[31]研究發(fā)現(xiàn)硒減輕了順鉑對視網(wǎng)膜細胞中碳水化合物的還原作用，Ali等[32]發(fā)現(xiàn)硒可通過降低氧化應(yīng)激水平抑制丙烯酰胺誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜毒性并起到保護作用。Pascual等[33]研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜是具有較高水平的MsrB mRNA表達的人體組織之一，MsrB在保護視錐細胞免受多種類型的氧化應(yīng)激過程中起著重要作用，并且對于保護中央視力可能至關(guān)重要。視黃醛在觸發(fā)視覺反應(yīng)方面起著重要作用，研究發(fā)現(xiàn)硒蛋白F過表達會降低視黃醇的產(chǎn)量，從而產(chǎn)生更多的視黃醛來改善視功能[34]。然而，并不是所有的視網(wǎng)膜組織均對硒有大量的需求，Eckhert等[35]檢測發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜組織的發(fā)育并不受硒的影響，最主要是影響視網(wǎng)膜血管組織。Behroozi等[36]通過構(gòu)建含硒化物的脂質(zhì)體延緩年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，ARMD)的發(fā)展，為ARMD的靶向治療提供了新思路。但是Aberami等[37]通過病理解剖發(fā)現(xiàn)晚期ARMD患者脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜中硒含量卻顯著增加。有研究發(fā)現(xiàn)硒也可減輕視網(wǎng)膜細胞的缺血再灌注損傷，能夠保護視網(wǎng)膜[38]。糖尿病性視網(wǎng)膜病變是糖尿病患者眼部的主要并發(fā)癥，隨著病情進展，嚴重影響視力甚至后期可能會導(dǎo)致失明，其發(fā)病的主要損傷機制是氧化應(yīng)激反應(yīng)，González de Vega等[39]認為硒可通過減輕視網(wǎng)膜色素上皮細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)來保護神經(jīng)細胞，Di Leo等[40]研究發(fā)現(xiàn)通過長期(4mo)補充牛磺酸、維生素E、硒可延緩糖尿病大鼠視網(wǎng)膜病變的發(fā)生。Okunuki等[41]通過蛋白組學(xué)技術(shù)檢測視網(wǎng)膜自身抗原發(fā)現(xiàn)，某種硒結(jié)合蛋白可作為視網(wǎng)膜自身抗原參與白塞氏病的自身免疫反應(yīng)?？傊?，硒及硒蛋白在一些眼底病中發(fā)揮著重要作用，相關(guān)信號通路及補充硒的濃度及有效性有待更深入的研究。

4硒及硒蛋白在甲狀腺相關(guān)眼病中的作用

甲狀腺相關(guān)眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)是一種繼發(fā)于Graves病的眼部常見自身免疫性疾病，主要累及眼眶組織，其發(fā)病機制目前尚不清楚，主要臨床表現(xiàn)為眼瞼遲落、眼瞼退縮、眼球突出等，嚴重影響患者的生活質(zhì)量，甚至后期導(dǎo)致暴露性角膜炎等疾病，可引起角膜潰瘍穿孔[42]。TAO發(fā)病機制也涉及細胞免疫、免疫失衡、氧化應(yīng)激等多個方面，硒及硒蛋白在Graves眼病的發(fā)病中也起到了重要作用，并且很多硒制劑廣泛應(yīng)用于臨床治療Graves眼病，取得了很好的效果[43-44]。20世紀90年代已發(fā)現(xiàn)硒作為激活甲狀腺激素酶的重要組成部分，開始在甲狀腺亢進癥中的研究。Wang等發(fā)現(xiàn)硒缺乏是甲狀腺功能亢進癥的危險因素[45]，Rotondo Dottore等[46]認為硒以硒代半胱氨酸的形式減輕了TAO患者眼眶中成纖維細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少促炎因子的分泌。歐洲甲狀腺協(xié)會(ETA)有38.2%的成員建議，沒有繼發(fā)TAO的Graves病患者需要及時補充硒，有絕大多數(shù)成員建議輕度、中度至重度眼部受累患者都應(yīng)該補充硒來減緩疾病進展。歐洲Graves病治療指南建議輕度TAO患者需要連續(xù)補硒6mo，其余患者卻未推薦[43]。循證醫(yī)學(xué)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，早期患有輕度Graves眼病的患者補充硒，可以減少眼部炎癥反應(yīng)，同時還可以改善患者的生活質(zhì)量，然而補充硒對中度至重度Graves眼病的影響需要進一步研究[47]。大量研究發(fā)現(xiàn)硒在Graves眼病中起著重要作用，目前很多硒產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于臨床來控制該疾病，延緩其進展，但補充硒的形式及劑量暫無統(tǒng)一標準，并且其作用機制尚不清楚，仍需要更多的研究來證實硒在TAO中的重要作用。

5總結(jié)

綜上所述，硒及硒蛋白通過抗氧化應(yīng)激，減輕炎癥因子的產(chǎn)生等方式在眼表疾病、白內(nèi)障、眼底疾病、TAO中發(fā)揮著重要作用。適時、適量地補充硒或硒蛋白可延緩多種疾病的進展，減輕炎癥反應(yīng)，改善眼部疾病的癥狀。到目前為止，硒及硒蛋白在上述眼部疾病中的重要作用仍存在一定爭議，具體的機制尚不清楚，仍需繼續(xù)深入研究并為其應(yīng)用于臨床提供理論依據(jù)。