衰老與年齡相關(guān)性黃斑變性

雷藝 綜述 顏華 審校

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院眼科 天津醫(yī)科大學(xué),天津 300052

衰老是與人類(lèi)慢性疾病相關(guān)的重要的危險(xiǎn)因素,其本質(zhì)是遺傳損傷和不同暴露累積產(chǎn)生的應(yīng)激,包括營(yíng)養(yǎng)信號(hào)傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、線粒體質(zhì)量控制的異常和DNA損傷反應(yīng)等,當(dāng)細(xì)胞保護(hù)途徑受損引發(fā)的細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致組織損傷時(shí),年齡相關(guān)性疾病就會(huì)發(fā)生[1-2]。年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)是一種慢性多基因疾病,其發(fā)病由遺傳、環(huán)境和生活方式等多種因素決定,慢性炎癥、脂質(zhì)沉積、氧化應(yīng)激和細(xì)胞外基質(zhì)的維持受損與AMD的發(fā)病密切相關(guān)。隨著人口老齡化和壽命的延長(zhǎng),AMD成為一個(gè)日益重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題[2-3]。有研究證明,年齡是與AMD發(fā)病率強(qiáng)相關(guān)的危險(xiǎn)因素,幾乎所有的晚期AMD發(fā)生在60歲以上的患者中,隨著年齡每增加10歲,AMD的發(fā)病率增加4倍[3-4]。在歐洲的大型人群研究中發(fā)現(xiàn),55～59歲的人群中早期AMD的患病率約為2.1%～5.0%,而在85歲以上人群中為17.6%;而對(duì)于晚期AMD,上述數(shù)據(jù)分別為0.1%和9.8%,AMD的患病率隨年齡增長(zhǎng)呈明顯上升趨勢(shì)[5-6]。另外,藍(lán)山眼科研究也顯示,在為期15年的AMD發(fā)病率研究中,AMD發(fā)病率的上升與年齡增長(zhǎng)密切相關(guān)[3,7]。由此可見(jiàn),衰老在AMD的發(fā)生和發(fā)展中起到了重要的推動(dòng)作用。本文就目前衰老與AMD相關(guān)作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 衰老相關(guān)的Bruch膜異常物質(zhì)積累與AMD的發(fā)生和發(fā)展

Bruch膜的重要功能之一是支持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物在眼局部循環(huán)中的雙向擴(kuò)散作用,Bruch膜也可以作為屏障限制視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)層和脈絡(luò)膜毛細(xì)血管層之間的細(xì)胞遷移。隨著年齡的增長(zhǎng),代謝廢物不斷堆積,Bruch膜的基底層逐漸增厚并出現(xiàn)功能障礙,造成眼部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取障礙和局部堆積物質(zhì)的清除異常。此外,隨著年齡的增長(zhǎng),Bruch膜還會(huì)發(fā)生鈣化和碎片化[8-10]。drusen是一種含脂質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽和蛋白質(zhì)的細(xì)胞外沉積,在RPE和Bruch膜之間積累,是AMD的典型特征。光學(xué)相干斷層掃描影像上drusen的不均勻內(nèi)部反射率可以用于反映AMD從進(jìn)展期到晚期的變化。研究發(fā)現(xiàn),存在drusen的AMD患者在1年內(nèi)發(fā)展為晚期AMD的風(fēng)險(xiǎn)增加[11]。

1.1 脂質(zhì)的積累與AMD的關(guān)系

在Bruch膜堆積的物質(zhì)中,脂質(zhì)的積累被認(rèn)為在AMD疾病的發(fā)展中起著重要作用。在55項(xiàng)測(cè)量AMD患者高密度脂蛋白水平的研究中,34項(xiàng)研究表明高密度脂蛋白水平與AMD的發(fā)生和發(fā)展無(wú)明顯關(guān)聯(lián),16項(xiàng)研究顯示AMD患者的高密度脂蛋白水平高于正常對(duì)照組,5項(xiàng)研究顯示AMD患者的高密度脂蛋白水平低于正常對(duì)照組,而最近的孟德?tīng)栯S機(jī)化研究進(jìn)行了與脂質(zhì)組分相關(guān)的基因檢測(cè),支持了高密度脂蛋白升高與AMD風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)的假設(shè),認(rèn)為高密度脂蛋白顆粒的組成和活性可能與AMD有關(guān)[12]。除了從體循環(huán)吸收脂質(zhì)外,光感受器和RPE也會(huì)在局部產(chǎn)生脂質(zhì),而脂質(zhì)的清除是通過(guò)RPE分泌的“類(lèi)脂質(zhì)顆粒”透過(guò)Bruch膜進(jìn)入循環(huán),減少其在局部的堆積;隨著年齡的增長(zhǎng),Bruch膜透過(guò)“類(lèi)脂質(zhì)顆?！边M(jìn)入循環(huán)進(jìn)而清除脂質(zhì)的能力下降,造成了“類(lèi)脂質(zhì)顆粒”在Bruch膜的堆積,即神經(jīng)視網(wǎng)膜內(nèi)脂質(zhì)的積累,這是早期與年齡相關(guān)的眼部環(huán)境變化的一個(gè)標(biāo)志,為drusen的形成提供了基礎(chǔ)及重要組成成分。年齡相關(guān)性Bruch膜清除脂質(zhì)能力下降的原因尚不清楚,有人提出,Bruch膜通透性降低是由于血漿來(lái)源的脂質(zhì)(膽固醇、膽固醇酯、甘油三酯和脂肪酸)和蛋白質(zhì)(載脂蛋白)在內(nèi)層膠原層的沉積導(dǎo)致的,進(jìn)而產(chǎn)生了年齡相關(guān)的Bruch膜水傳導(dǎo)性下降[13],然而后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)Bruch膜沉積物嚴(yán)重程度與血漿脂質(zhì)濃度之間幾乎沒(méi)有相關(guān)性[14],年齡相關(guān)性Bruch膜清除脂質(zhì)能力下降的原因尚待研究。

1.2 蛋白的積累與AMD的關(guān)系

有研究證明,AMD與阿爾茲海默癥具有類(lèi)似發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)[15],drusen的最新特征表明,蛋白質(zhì)成分與淀粉樣蛋白沉積物類(lèi)似,drusen蛋白質(zhì)成分的形成可能與淀粉樣蛋白沉積有關(guān)。在這一過(guò)程中,可溶性蛋白質(zhì)單體轉(zhuǎn)化為預(yù)纖維低聚物導(dǎo)致了蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊的逐步發(fā)生,并進(jìn)展至形成具有細(xì)胞毒性的不溶性淀粉樣纖維[16]。

1.3 糖基化終產(chǎn)物與AMD的關(guān)系

晚期糖基化終產(chǎn)物是與糖分子共價(jià)結(jié)合的蛋白質(zhì)或脂類(lèi)。與細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體發(fā)生的生理性糖基化不同,晚期糖基化終產(chǎn)物優(yōu)先積累在細(xì)胞外基質(zhì),如Bruch膜,導(dǎo)致Bruch膜逐漸增厚,降低其清除物質(zhì)的能力[17]。

2 衰老相關(guān)的吞噬功能異常與AMD的發(fā)生和發(fā)展

吞噬作用是維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)和免疫平衡的關(guān)鍵,衰老相關(guān)的吞噬作用異常加重了組織變性及慢性無(wú)菌性炎癥。已知有多種細(xì)胞在眼內(nèi)執(zhí)行相關(guān)的吞噬作用,包括RPE細(xì)胞,小膠質(zhì)細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等[18]。

2.1 RPE細(xì)胞吞噬功能異常與AMD的關(guān)系

RPE細(xì)胞是人體內(nèi)最活躍的吞噬細(xì)胞之一,每年吞噬約自身體積75倍的物質(zhì),對(duì)維持視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)和光感受器功能至關(guān)重要。光感受器-RPE-Bruch膜-脈絡(luò)膜毛細(xì)血管層復(fù)合體被認(rèn)為是AMD發(fā)生和發(fā)展中最重要的結(jié)構(gòu),而RPE在其中有3個(gè)主要功能:降解光感受器外層、形成視網(wǎng)膜-血屏障、為光感受器提供營(yíng)養(yǎng)。隨著年齡的增長(zhǎng),RPE細(xì)胞的吞噬能力逐漸下降。老年大鼠的RPE吞噬能力降低了約80%;老年動(dòng)物的RPE中出現(xiàn)鐵沉積,可顯著降低其吞噬活性[19]。drusen可能是由于RPE細(xì)胞的吞噬能力下降,導(dǎo)致未能吞噬的物質(zhì)經(jīng)年積累于RPE下區(qū)域形成的[20]。

2.2 巨噬細(xì)胞吞噬功能異常與AMD的關(guān)系

除了RPE外,巨噬細(xì)胞的吞噬作用對(duì)AMD的發(fā)病也很重要。在AMD患者的視網(wǎng)膜中,drusen周?chē)３３霈F(xiàn)浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞,這可能是由于drusen發(fā)出趨化信號(hào),招募巨噬細(xì)胞清除堆積物質(zhì)所導(dǎo)致的[18]。研究發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞趨化性的缺陷,包括趨化因子Ccl2或受體(如Ccr2或CX3CR1)在小鼠中的缺失,導(dǎo)致了AMD相關(guān)癥狀的產(chǎn)生[21]。盡管巨噬細(xì)胞經(jīng)常自我更新,但隨著年齡增長(zhǎng),小鼠的巨噬細(xì)胞仍顯示出許多衰老跡象,如氧化呼吸受損等,會(huì)導(dǎo)致自我更新異常,無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)的吞噬功能,并且在巨噬細(xì)胞衰老過(guò)程中,與AMD發(fā)病密切相關(guān)的脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)也受到顯著干擾[22]。另外,在巨噬細(xì)胞中靶向抑制白細(xì)胞介素-10受體介導(dǎo)的信號(hào)通路或者抑制STAT3的激活可以逆轉(zhuǎn)其衰老表型,如果將STAT3缺陷的巨噬細(xì)胞植入到老齡小鼠的眼中,可以顯著降低脈絡(luò)膜新生血管的數(shù)量[23]。

2.3 小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬功能異常與AMD的關(guān)系

在健康的視網(wǎng)膜中,小膠質(zhì)細(xì)胞是一群具有自我更新能力的先天免疫細(xì)胞,它們不斷地監(jiān)測(cè)自身所處的微環(huán)境。有研究表明,衰老的嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)視網(wǎng)膜的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋I(yíng)養(yǎng)不良狀態(tài),失去神經(jīng)保護(hù)功能,衰老的小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙可引發(fā)慢性低級(jí)別炎癥環(huán)境,促進(jìn)AMD的發(fā)生和進(jìn)展[24]。還有研究發(fā)現(xiàn),與幼鼠(3～4月齡)的視網(wǎng)膜相比,老年鼠(18～24月齡)的視網(wǎng)膜中小膠質(zhì)細(xì)胞的密度、形態(tài)及結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)均發(fā)生了改變,其密度明顯升高,平均樹(shù)突狀分叉更小且更少、長(zhǎng)度更短,結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)明顯減慢,并且小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)損傷的反應(yīng)速度和程度隨著年齡的增長(zhǎng)而降低[25]。

衰老相關(guān)的吞噬功能降低不僅能使物質(zhì)堆積破壞視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài),還可能影響視網(wǎng)膜多種細(xì)胞的生存,導(dǎo)致RPE細(xì)胞凋亡、光感受器變性進(jìn)而發(fā)生AMD[18]。

3 衰老相關(guān)的線粒體功能改變與AMD的發(fā)生和發(fā)展

近十年來(lái),線粒體損傷和功能障礙逐漸被人們認(rèn)識(shí),越來(lái)越多的研究支持線粒體損傷和功能障礙在衰老和慢性退行性疾病中的作用。已有一些研究證明在AMD中出現(xiàn)了線粒體功能障礙,活性氧(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生增加,線粒體DNA損傷,以及蛋白質(zhì)聚集和炎癥增加等病理變化,并且功能正常的線粒體可以防止RPE細(xì)胞損傷并抑制AMD的炎癥反應(yīng)[26]。

3.1 線粒體DNA損傷與AMD的關(guān)系

目前已有研究證明在老年嚙齒動(dòng)物的視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜中,線粒體的數(shù)量及體積均下降,線粒體的DNA損傷增加,DNA修復(fù)酶減少。這些線粒體變化的潛在后果包括ROS的增加和細(xì)胞代謝活動(dòng)的減弱,從而降低細(xì)胞的最佳生物能[27-28]。有研究證明,線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)的單倍型與AMD的患病率有關(guān),并且AMD患者的視網(wǎng)膜中存在大量的mtDNA缺失和重排[27]。Lin等[28]的研究表明,隨著年齡的增長(zhǎng),mtDNA損傷增加,黃斑區(qū)RPE細(xì)胞的mtDNA損傷多于周?chē)鷧^(qū)RPE細(xì)胞且修復(fù)能力更低,mtDNA的損傷程度與AMD分級(jí)呈正相關(guān),其修復(fù)能力與AMD分級(jí)呈負(fù)相關(guān)。Karunadharma等[29]報(bào)道,隨著年齡的增長(zhǎng),只在線粒體基因組的共同缺失區(qū)域觀察到mtDNA損傷;而AMD患者線粒體基因組的所有區(qū)域均出現(xiàn)mtDNA損傷,并且mtDNA積累的損傷比細(xì)胞核基因多,其損傷約是核基因的8倍,表明在AMD進(jìn)展中mtDNA優(yōu)先受損,提示了mtDNA損傷增加引起的線粒體功能障礙與AMD的發(fā)生和發(fā)展之間存在潛在聯(lián)系。

3.2 線粒體自噬功能改變與AMD的關(guān)系

線粒體的自噬功能在衰老的過(guò)程中起到了不可或缺的作用,線粒體自噬是線粒體特有的一種自噬,是線粒體質(zhì)量控制的重要組成部分,維持了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[28,30]。有研究證明,線粒體自噬的損傷參與了AMD的發(fā)生和發(fā)展,而促進(jìn)線粒體質(zhì)量和活性的恢復(fù)可以運(yùn)用于抗衰老治療;深入了解細(xì)胞線粒體自噬清除機(jī)制,并且將其作為對(duì)抗老年性退行性疾病(如AMD)的有效工具,具有一定的潛力[30]。

4 衰老相關(guān)的氧化應(yīng)激損傷與AMD的發(fā)生和發(fā)展

氧化應(yīng)激是ROS生成過(guò)多和抗氧化防御機(jī)制不足所導(dǎo)致的失衡,這種現(xiàn)象隨年齡增長(zhǎng)而增加,影響組織的正常功能,許多年齡相關(guān)的慢性疾病也與氧化應(yīng)激直接相關(guān)[31]。在過(guò)去的十年中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近40種與AMD風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的基因變異,其中包括編碼氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白的基因,這進(jìn)一步證實(shí)了氧化應(yīng)激在AMD發(fā)病過(guò)程中的作用[32]。

4.1 氧化應(yīng)激損傷對(duì)RPE細(xì)胞的影響

由于RPE具有較高的代謝需求,因此細(xì)胞富含線粒體以提供足夠的能量,可產(chǎn)生大量用于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的ROS。為了滿足新陳代謝的需要,黃斑區(qū)域具有體內(nèi)最高的血液流量,使RPE暴露在70～90 mmHg的高氧分壓下,與年輕細(xì)胞相比衰老細(xì)胞的線粒體可產(chǎn)生更多的ROS。隨著年齡的增長(zhǎng)和環(huán)境壓力的累積,如生活方式因素:吸煙和高脂肪飲食攝入等,可能導(dǎo)致生理性的氧化應(yīng)激逐漸變?yōu)椴±硇缘难趸瘧?yīng)激損傷,在大量病理性ROS的沖擊下,RPE出現(xiàn)功能失調(diào)并死亡,這種改變?cè)贏MD的病理生物學(xué)進(jìn)展中起著重要的作用[1]。

4.2 RPE細(xì)胞自噬對(duì)氧化應(yīng)激損傷的影響

RPE自噬在保護(hù)自身免受氧化應(yīng)激和脂褐素積累損傷方面具有重要作用,但有研究發(fā)現(xiàn),在AMD的臨床樣本和AMD動(dòng)物模型的視網(wǎng)膜組織中自噬蛋白、自噬小體的表達(dá)顯著降低,自噬功能的減弱可能會(huì)加重RPE的氧化應(yīng)激損傷,從而導(dǎo)致AMD的發(fā)生和發(fā)展[33]。另外,氮氧化物已被發(fā)現(xiàn)與ROS擴(kuò)增相關(guān),兩者的相互作用加速了衰老和AMD的發(fā)生,升高視網(wǎng)膜中氮氧化物活性可以促進(jìn)血管生成,增加白細(xì)胞黏附和血管滲漏,并進(jìn)一步導(dǎo)致年齡相關(guān)代謝產(chǎn)物的積累[34-35]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)是一種存在于所有活細(xì)胞中的輔酶,它既是還原-氧化反應(yīng)催化酶的關(guān)鍵輔酶,將電子從一個(gè)反應(yīng)傳遞到另一個(gè)反應(yīng)。隨著衰老過(guò)程的進(jìn)行,細(xì)胞內(nèi)NAD+濃度發(fā)生變化,調(diào)節(jié)NAD+的使用或促進(jìn)NAD+的產(chǎn)生可以增強(qiáng)健康和延長(zhǎng)壽命[36]。Jadeja等[37]研究了NAD+生物合成基因的年齡依賴性表達(dá)和NAD+在小鼠RPE中的水平,觀察到NAD+的表達(dá)下降與年齡相關(guān),用煙酰胺單核苷酸對(duì)RPE細(xì)胞進(jìn)行體外處理,可以使NAD+得以保留,防止RPE衰老的發(fā)生。

4.3 其他

有研究認(rèn)為細(xì)胞衰老是一種腫瘤抑制機(jī)制,以應(yīng)對(duì)細(xì)胞內(nèi)外壓力使細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期阻滯的狀態(tài),從而防止?jié)撛诘膼盒赞D(zhuǎn)化,這些衰老細(xì)胞有時(shí)被特定的蛋白表達(dá)和分泌所標(biāo)記,被稱(chēng)為衰老相關(guān)的分泌表型[38-39]。視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞中的衰老相關(guān)的分泌表型加重了病理性血管生成,從而加劇了視網(wǎng)膜組織的缺血損傷,進(jìn)而促使缺血的視網(wǎng)膜細(xì)胞發(fā)生衰老并分泌炎性細(xì)胞因子,從而促進(jìn)AMD的發(fā)生和發(fā)展[38]。

此外,在衰老過(guò)程中,蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)受到損害,蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的丟失是老年相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制之一。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)被破壞時(shí),細(xì)胞通過(guò)2個(gè)蛋白水解系統(tǒng)進(jìn)行蛋白質(zhì)降解,即泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬系統(tǒng),現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這2個(gè)蛋白水解系統(tǒng)的功能障礙與AMD的發(fā)病有關(guān)[30,33,40-42]。其中泛素-蛋白酶體系統(tǒng)抑制發(fā)生在一系列與年齡相關(guān)的疾病中,導(dǎo)致電子傳遞鏈?zhǔn)軗p,線粒體功能障礙和細(xì)胞ROS增加等[43]。自噬在響應(yīng)細(xì)胞能量壓力應(yīng)激、錯(cuò)誤折疊蛋白和蛋白質(zhì)聚集物的清除、細(xì)胞生長(zhǎng)、抗衰老和先天免疫反應(yīng)等方面發(fā)揮著生理作用。自噬功能障礙被認(rèn)為在炎性疾病以及一系列與衰老相關(guān)的疾病中起著關(guān)鍵作用。

雖然已經(jīng)確定了AMD的多種危險(xiǎn)因素,但年齡本身仍然是最重要的危險(xiǎn)因素之一,因此了解潛在的衰老機(jī)制和AMD病理生理之間的聯(lián)系是當(dāng)務(wù)之急。研究如何延緩衰老或如何在自然衰老過(guò)程中阻斷AMD發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

利益沖突所有作者均聲明不存在任何利益沖突