年龄相关性黄斑变性发病机制新进展

年龄相关性黄斑变性(AMD)是老年人主要的致盲眼病之一,是多因素共同作用的结果。尽管目前AMD的发病机制尚未完全阐明,但是近年来在遗传、炎症、氧化应激等方面的研究取得了很大进展。

1 遗传易感机制

研究发现AMD有一定的遗传性,有家族史的人更容易患AMD,家族史和晚期AMD之间具有显著关联，补体因子H(CFH)作为一种反应基因参与其中[1]。CFH是一种可溶蛋白,主要在肝脏中合成,在一定程度上,也由视网膜色素上皮(RPE)细胞合成。它在染色体1q23-32的间隔被编码。在补体系统中CFH是一种重要的负性调节器,抑制转化和经典路径,并调解(间接抑制)凝集素激活途径。尽管如此,它主要的功能仍是控制活化和血浆的转化路径,及宿主组织和炎症的场所。CFH优先结合C3b并使其失活,导致转化路径中的C3转化酶和凝集素激活途径中的C5转化酶不能产生。此外,CFH作为因子-1-调节性蛋白水解失活物的一种辅助因子，使C3b转变为iC3b和C3dg,整个级联反应就被抑制了。CFH这种抑制补体活性的作用在AMD的发病机制中扮演了重要角色[2]。

与AMD最密切相关的单核苷酸多态性(SNP)是CFH Y402H变异体,位于C-反应蛋白(CRP)的结合位点处。人类CFH基因的Y402H变异体可增加炎症反应的水平并促进AMD的进展。这意味着如果个体存在这种免疫系统缺陷,会对促炎性的血管生成调节因子和补体裂解产物更加敏感,后续的免疫级联反应也将发生变化,从而促进AMD的发展。有报道称CFH Y402H变异体减少了CRP的亲和力,意味着减少CFH对CRP的结合可能导致CFH靶向性损伤,从而致细胞碎片和CRP沉积在脉络膜上[3]。另一种可能是CFH Y402H携带者补体抑制因子受损,从而导致持续的慢性炎症的发生[4]。除了CFH Y402H,已经报道还有一些基因的SNPs与AMD有关,显示多种的SNPs对CFH都有影响,并在AMD的发病机制中起重要作用[5]。一些其他的补体成分也与AMD的发病机制有关。2个C2的变异体(L9HBF/E318DR和32QBF/intronic)对AMD有保护作用,可能由于补体因子B变异体作为补体激活因子起作用[6]。补体因子B的补体激活减少可能解释了这个保护性的影响。有报道称C7有保护性作用以对抗AMD的发生[7]。研究发现位于SERPING1基因的SNP变异体rs2511989,编码的C1抑制剂,较对照组来说,在AMD患者中较少出现[8]。

一定数量的研究表明,位于染色体10q26的SNPs与干性和湿性AMD密切相关。LOC387715/ARMS2和HTRA1基因在AMD的发病机制中扮演了重要角色[9-10]。HTRA1基因编码的热休克丝氨酸蛋白酶在视网膜上表达并可调解TGF-β信号。LOC387715/ARMS2基因编码推定的12 kDa蛋白，尽管此前的研究称LOC387715/ARMS2可能不编码蛋白质,但是现在的研究已经证明它编码一种线粒体的外节膜蛋白,而且也在视网膜上表达。Ala69ser SNP在LOC387715导致纯合子个体的AMD的进展增加7.6倍[11]。此外,有证据表明CFH和LOC387715之间基因-基因的相互作用,进一步增加了AMD发生的危险性[12]。

2 炎症免疫机制

研究表明炎症反应在玻璃膜疣形成和AMD发生过程中发挥了重要作用,免疫病理学研究发现在玻璃膜疣和黄斑区视网膜组织中存在多种炎症物质,如CRP、补体成分、补体调节蛋白、脂褐素、糖基化终末产物、免疫球蛋白、免疫复合物、玻璃体结合蛋白和纤维蛋白原等;从AMD患者手术切除的脉络膜新生血管(CNV)组织中也发现有巨噬细胞、淋巴细胞和浆细胞等炎性细胞浸润[13-14]。免疫学研究也显示AMD患者视网膜的免疫活性增高。这些研究说明衰老或受损的细胞碎片在RPE细胞和Bruch膜之间形成玻璃膜疣,这些成分是慢性炎症反应的刺激物,在眼局部形成一种炎症前期微环境,刺激视网膜、RPE或脉络膜细胞表达炎症介质,从而促进炎症反应发生和AMD形成[15]。

许多研究中报道巨噬细胞在AMD中起到显著的作用。它们在湿性AMD的新生血管膜上被检测到,并可以表达促炎症反应和血管生成因子,如血管内皮生长因子(VEGF)等[16]。但趋化因子的实际作用却并未被证实,仍存在争议性。在大鼠激光诱导的脉络膜新生血管中,巨噬细胞积聚减少与新生血管的严重程度减轻有关[17]。因此,可以得出结论,巨噬细胞可能诱导脉络膜新生血管的进展。但另一方面,有报道称巨噬细胞在脉络膜新生血管中起保护作用。在IL-10缺乏的大鼠中,巨噬细胞募集增加与激光诱导的脉络膜新生血管的严重程度减轻有关[18]。对这个争议有2种可能的解释。首先,在第1个报道中,脉络膜新生血管较轻,可能是由于其新生血管膜内皮的直接损伤,而第2个报道中的巨噬细胞被消耗殆尽。第2种可能的解释是,巨噬细胞是免疫细胞异源性的族群,有2种类型的巨噬细胞存在,M1是促炎的,而M2是抗炎的。这些M2型的巨噬细胞在疾病的早期阶段可能通过清除沉着物和玻璃膜疣而发挥保护作用。M1型能诱导激光损伤引起的炎症发生,促进脉络膜新生血管的进展[19]。在AMD发生的最初阶段,RPE细胞和巨噬细胞之间存在相互作用,RPE细胞可表达单核细胞趋化蛋白,为一种巨噬细胞募集的细胞因子。巨噬细胞的另一个重要作用是分泌组织因子和VEGF,因此能促进脉络膜新生血管的进展[20]。

除了巨噬细胞以外,视网膜小胶质细胞通过对神经元的稳态和免疫防御作用,在AMD的发病机制中起作用。当视网膜受损或发生变性时,激活了这些细胞，它们增殖,迁移到病变区域,吞噬细胞碎片,分泌促炎性的细胞因子和趋化因子。活化的小胶质细胞聚积在反应区域,是一个显著的细胞性事件。它表明现存的神经性的免疫反应,也可以发生在其他疾病中,如阿尔茨海默病和帕金森综合征,青光眼也可出现。在脉络膜新生血管中,活化的小胶质细胞在氧化应激中起到重要作用。小胶质细胞产生大量的超氧离子并释放到周围组织中,成为有效的攻击系统[21]。

研究发现血管紧张素Ⅱ会增加炎症反应。它增加了活性氧自由基和活化的中性粒细胞的释放,诱导它们产生更多自由基。它增强了血管炎症反应,加速动脉粥样硬化,下调PPAR-a和PPAR-r mRNA和蛋白质。此外,它能增加MCP-1,E-selection,细胞间黏附分子-1,血管内皮细胞黏附分子-1的转录,诱导氮氧合酶和COX-2[22]。

3 氧化应激机制

氧化应激在每个年龄段的人群组织中都有不同程度的发生。氧化主要局限在黄斑区是由于光线,氧气消耗和高新陈代谢率提供了组织趋向性。通过释放氧自由基致相关组织损伤是AMD启动的关键。尽管通过抗氧化酶,如超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸和谷胱甘肽过氧化物酶,还有抗氧化剂如维生素C、E可提供保护性的作用,但氧化应激对人类视网膜的损伤有累积效应。活性氧类,如OH,O2,H2O2离子在这个复杂的机制中起到显著作用。已知的刺激活性氧类生成的因素包括辐射、年龄、炎症、空气污染、吸烟和再灌注损伤。主要受氧化应激影响的组织是有光感受器的RPE细胞和脉络膜毛细血管层[23]。在老年眼,血浆的维生素C、E水平下降,而脂质过氧化增加。由于大约50%的光感受器外段膜由多不饱和脂肪酸组成,尤其是二十二碳六烯酸,最易受氧化损伤。因此,RPE细胞的氧化损伤增加。二十二碳六烯酸不只是过氧化的作用靶点,也对羧乙基吡咯有亲和性。而后者作为后翻译的氧化修饰产物,启动了由巨噬细胞驱使的抗原特异性的免疫反应,而CFH基因的多态性也加剧了这个过程,最终导致不可控制的补体活化。免疫细胞化学局限使羧乙基吡咯主要位于视杆细胞外段和RPE细胞中,较之健康人视网膜,在AMD供体的光感受器段显示更强烈的羧乙基吡咯免疫反应性,羧乙基吡咯与尸体眼的Bruch膜的沉积有关[24]。进一步的支持证据是巨噬细胞在诱导渗出性AMD时起到重要作用[25],CFH多态性的遗传学与氧化应激诱导AMD发病密切相关[26]。

在RPE细胞,黄斑色素的密度减少和脂褐质浓集增加。它主要的组成之一A2E是一种光敏物质,可以被光线诱导,产生活性氧类物质。这个机制被叫做光动力反应类型2，结果是溶酶体活性损伤,导致脂质过氧化,吞噬作用减少并最终导致RPE细胞死亡。10岁之前,脂质溶解只占据了1%的RPE细胞胞浆容积,到80岁则增加到19%。随着脂质溶解的增加,RPE细胞容积减少,相应地减小了RPE细胞的作用,可能导致光感受器细胞死亡[27]。活性氧类物质是细胞新陈代谢的副产物。由于RPE细胞和光感受器消耗了脉络膜毛细血管运输的90%的氧气,新陈代谢和代谢副产物的比率也高[28]。一个复杂工作路径的存在,对自由基的产生有很大意义。在黄嘌呤氧化酶路径中,局部缺血启动了次黄嘌呤的产生,黄嘌呤、尿酸和O2基团的产物,都相应地通过铁依赖的路径转化成H2O2或OH基团。在髓过氧化物酶代谢路径中,花生四烯酸是由环氧合酶和脂质合酶通过不同的反应转化来的。导致OH和O2基团也产生出来,从而导致氧化组织的损伤。在其他脂肪酸中,花生四烯酸是由吞噬细胞产生的,由氧化组织的损伤和补体系统激活。

因为AMD的组织病理学变化与动脉粥样硬化类似,因此有研究猜测清道夫受体氧化脂蛋白可能存在于AMD损伤中。最终在脉络膜新生血管膜中发现了清道夫受体氧化脂蛋白。这项发现支持了在AMD早期阶段巨噬细胞积聚并通过特定的清道夫受体吞噬氧化的低密度脂蛋白[28]。

4 其他

AMD是一种随年龄增长而发病率逐渐上升的黄斑疾病,年龄的增加导致AMD危害也增加,这可能与视网膜在日常生活中经受氧化性应激逐渐累积的损害有关。Bruch膜是位于脉络膜毛细血管和RPE细胞之间的屏障,保证了原料从视网膜到脉络膜毛细血管无阻挡的流动,反之亦然。年龄变化导致膜的厚度增加了135%,从2.0 μm到90岁时的4.7 μm,水和原料传导率下降,导致碎片沉积在视网膜下[29]。同时,年龄相关性线粒体DNA损伤在AMD发病机制中也可能起着一定作用[30]。吸烟是AMD中最强的环境危险因素,流行病学研究表明,吸烟与地图样萎缩和晚期AMD发生率增加有关,强烈影响AMD的发生和进展[31]。随着年龄的增长和早期AMD的发生,RPE遭受渐进性衰退,由正常立方形转化成不规则形状,进而变得扁平或萎缩,RPE是吸烟诱导损伤的一个特异靶器官。Mitchell等[32]研究表明吸烟和RPE异常增加有关。这种损伤可能和香烟的成分有关,香烟中含有活性氧、环氧化物、NO、过氧亚硝酸和各种自由基等物质,这些化学氧化剂能够减少血液中的抗坏血酸和蛋白质巯基,引起DNA、脂质和蛋白质的氧化,从而导致AMD的发生。脂肪摄入和肥胖均与AMD危险的增加相关联[33]。AREDS研究表明饮食中摄入高的叶黄素和玉米黄素能够降低AMD的突发,并且摄入高胡萝卜素能降低AMD的发病危险[34]。

从目前的各项研究结果来看,AMD的发病机制涉及基因、炎症、免疫、代谢等方面,是多个机制共同作用的结果。虽然各个机制的致病途径不尽相同,但是最终它们都引起相似的病理改变。发病机制的研究是临床治疗的理论基石,进一步探讨AMD的发病机制是早期诊断及治疗的关键。AMD发病机制研究的不断深入,为进一步寻找预防和治疗该病的有效途径提供了坚实的基础。

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