β淀粉样蛋白与年龄相关性白内障△

郑天玉 徐婕 卢奕

·综述·

β淀粉样蛋白与年龄相关性白内障△

郑天玉 徐婕 卢奕

白内障是世界首位致盲性眼病，而年龄相关性白内障(ARC)是其中最主要的类型。ARC的发病机制以及非手术干预已经成为了研究热点。近来，研究者在多种证据支持下提出ARC与阿尔兹海默病(AD)可能存在类似的发病机制；因此，导致AD发生的关键物质β-淀粉样蛋白(Aβ)与ARC的相关性受到了特别关注。本文主要就Aβ与ARC的相关性研究进展作一综述。(中国眼耳鼻喉科杂志，2017，17：363-365,369)

白内障，年龄相关性；β淀粉样蛋白；淀粉样蛋白前体；β分泌酶；氧化应激

白内障是世界首位致盲性眼病，而年龄相关性白内障(age-related cataract, ARC)是其中最主要的类型。随着社会老龄化的加剧，其所占比例进一步上升。目前，通过手术摘除混浊的晶状体并植人工晶状体是治疗ARC的唯一有效方法。但是，白内障术后不可避免存在屈光调节问题、手术并发症和后发障等问题，给社会带来了巨大的负担[1]。因此，通过研究ARC的发病机制，寻找其非手术治疗的方法，成为了当前研究热点。

以往研究表明白内障可能与阿尔兹海默病(Alzheimers disease, AD)存在类似的发病机制。Cumurcu等[2]发现，在白内障患者中AD样认知功能障碍者明显多于未患白内障的对照组；而AD患者中白内障发生率也明显高于未患AD的对照组。Goldstein等[3]发现，AD患者的晶状体存在核上区皮质混浊，而在此部位存在明显的淀粉样蛋白特异性刚果红染色。此外，在转基因AD模型小鼠晶状体中也发现了核上和皮质深层的白内障[4]。von Otter等[5]还发现，KLC1基因突变可能同时与AD和白内障相关。Jun等[6]也发现，δ catenin基因可能同时与AD和白内障相关。这些研究均表明白内障与AD的发病机制可能存在相关性。因此，导致AD发生的关键物质β-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)与ARC的相关性受到了特别关注[3, 7-8]。

1 Aβ的生物学特性

Aβ是由40(Aβ1～40)或42～43(Aβ1～42，43)个氨基酸组成的可溶性多肽，它由淀粉样蛋白前体(amyloid precursor protein, APP)剪切形成。APP先经过β分泌酶(β-secretase)切割生成可溶性APPβ(soluble APPβ, sAPPβ)和固定于膜的C端片段(APPβ-carboxylterminal fragment, APPβ-CTF)，然后APPβ-CTF在γ-分泌酶(γ-secretase)切割下最终生成Aβ[9]，Aβ的异常聚集导致淀粉样纤维的形成，为AD的致病关键[10]。此外，APP也可经过α-分泌酶(α-secretase)的切割作用形成无细胞毒性的可溶性APPα片段(soluble APPα, sAPPα)[11]。

2 Aβ在晶状体中的表达

有研究者[12-14]发现，在哺乳动物的正常晶状体中，晶状体上皮细胞和皮质纤维细胞表达APP及其分泌酶，提示晶状体中存在与脑组织中类似的APP代谢和Aβ生成过程。Goldstein等[3]也发现，在正常老年人晶状体皮质和房水中，存在Aβ的微量表达，但正常晶状体中不存在淀粉样沉淀。也有研究[15]观察了ARC患者的晶状体前囊膜，发现前囊下上皮细胞存在APP和Aβ的阳性染色。遗憾的是，该研究未设立正常对照，且未行定量检测，因此目前尚无文献报道ARC患者晶状体中APP和Aβ的含量是否较正常人有所改变；也无文献报道Aβ在ARC发病中究竟发挥着什么作用及其作用机制如何。

3 Aβ通过氧化应激促进ARC

目前公认，氧化损伤因素在ARC发病机制中占主要地位[16-20]。氧化损伤作用于晶状体内的晶状体蛋白质，对其造成损伤，使蛋白质发生变性而异常聚集、破碎或者沉淀，从而引起晶状体的浑浊发生白内障[16]。此外，近来的研究还发现，氧化损伤可以对晶状体上皮细胞(lens epithelial cells, LECs)中的核DNA(nuclear DNA, nDNA)和线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)造成损伤[21]。LECs是晶状体中唯一有分裂活性、数量相对稳定的细胞。它们在晶状体中酶活性最高，并与其下方的晶状体纤维细胞进行信息传递与物质交流，也含有晶状体绝大部分防护性、代谢性、渗透性及其他的调节系统，对晶状体的生长、分化、维持晶状体的稳定性与透明性起着十分重要的作用。其 nDNA和mtDNA损伤使细胞活性下降，而LECs的细胞活性与晶状体混浊的发展密切相关，是各型非先天性白内障共同的细胞学基础，氧化损伤促进了LECs的凋亡，从而引发ARC的形成[22-25]。

而既往许多研究[26-29]已证实，Aβ与氧化损伤存在密切的相关性。AD的相关研究[27, 30]表明，Aβ具有很强的氧化损伤作用。根据AD研究者提出的经典淀粉样蛋白瀑布假说，一方面，Aβ通过增加活性氧(reactive oxygen species, ROS)的生成，引起脑组织中氧化损伤环境加剧和神经细胞毒性；另一方面，氧化损伤环境可诱导Aβ的生成进一步增加。由此可知，氧化损伤环境与Aβ沉积这两方面互相促进，一旦启动将产生瀑布式的自我放大效应，在疾病发展中产生更大的影响[29]。而白内障研究者也发现，氧化损伤环境可以导致体外培养的LECs和完整晶状体中的APP表达和Aβ生成增多[7, 28]；同时，Aβ聚集的区域出现了LECs和附近纤维细胞的变性和凋亡[28]。Lee等[15]将200 nmol/L Aβ与晶状体培养液中的牛血清白蛋白(albumin from bovine serum, BSA)交联，发现Aβ可诱导大鼠晶状体中正常形态的单层LECs向多层纤维细胞转化以及凋亡，甚至出现了晶状体的混浊。此外，值得关注的是，培养液中加入Aβ后，晶状体出现了典型的皮质混浊[15, 28]。这种典型的皮质浑浊改变，同人ARC以及目前ARC研究中常用的动物模型——紫外线照射和半乳糖性模型非常相似[31-32]。Nagai等[7, 33]还发现随着年龄的增加(25～60 d)，UPL大鼠(白内障模型大鼠)晶状体中过氧化氢(H2O2)含量逐渐增加，并伴随着其LECs中Aβ含量的显著增加以及晶状体逐渐浑浊，无白内障的正常对照组大鼠随着年龄增长则无明显变化，而通过每天2次滴0.5%的双硫醒(disulfiram eye drops, DSF)滴眼液能减少60 d龄的UPL大鼠晶状体中H2O2含量的增加，从而减少Aβ的累积并减轻晶状体的浑浊程度。因此他们推测UPL大鼠发生白内障可能与晶状体中大量累积的Aβ有关，且已证实Aβ的累积对LECs的线粒体有损伤作用，而LECs的线粒体损伤与晶状体的浑浊存在密切相关性。这些研究均提示，Aβ所致氧化损伤可能是引起ARC发病的机制之一。

4 Aβ减缓ARC

尽管目前大部分的研究均认为，Aβ可以引起氧化损伤，促进细胞凋亡，进而可能导致白内障的发生。但是，Zou等[34]还发现Aβ可以抵抗金属离子引起的氧化损伤,减少氧化损伤引起的细胞死亡，他们将5 μmol/L的Aβ加入细胞培养液中预处理后，再往培养液中加入Cu2+、Fe2+等金属离子。结果发现金属离子对细胞活性具有很强的毒性损伤作用，而Aβ可以对抗这种损伤，与未进行Aβ预处理的对照组相比，Aβ预处理组的细胞活性显著高于对照组。Plant等[35]则证实通过抑制β分泌酶或γ分泌酶而抑制Aβ的生成，可以引起神经细胞的死亡；而加入低浓度(10 pmol/L～1 nmol/L)的Aβ后可以避免这种死亡的发生。因此，有学者推测Aβ可能是细胞的一个保护性因子。当细胞受到损伤时，Aβ反馈性表达增加以对抗损伤对细胞带来的伤害[34, 36]。其实，早在20年前，Regland等[37]就已经提出了这种代偿机制假说。他们认为Aβ是机体中的生理性蛋白，Aβ的生成增多可能是细胞对外来损伤的一个反馈性调节结果，而基因或环境因素导致的Aβ缺乏则才是有害的致病因素。然而，其作用机制如何目前还不得而知。已有研究[38]发现Aβ定位于细胞核，提示其可能具有调控基因表达的作用。Barucker等[39]通过微阵列分析发现，Aβ可以引起225个基因表达水平发生变化，其中包括与晶状体的发育密切相关的基因IGFBP5。IGFBP5的表达异常会引起晶状体浑浊，从而产生白内障[40-41]。此外，Chen等[42]证实Aβ还可以引起全基因组的低甲基化水平，而基因组的甲基化水平与衰老密切相关。

5 展望

目前，Aβ与ARC的相关性研究还处于初级阶段，Aβ在ARC患者中的表达变化及其对ARC的影响还有待进一步深入探究。有研究发现Aβ具有促进氧化损伤作用，而另外一些研究却发现Aβ具有对抗氧化损伤的作用。我们推测不同研究所得出的不同结果可能与不同试验中选取的Aβ浓度不同有关，在发现Aβ具有氧化损伤作用的研究中选取的Aβ浓度平均较发现Aβ具有对抗氧化损伤作用的研究中高，因此我们猜想低浓度的Aβ可能才具有对抗氧化损伤的作用，而高浓度的Aβ则有促进氧化损伤作用。Aβ对氧化损伤究竟是有促进作用还是对抗作用？对机体是有害还是有利？对ARC的发病有什么影响以及其影响机制如何？目前都还没有形成统一的定论。虽然已证实，在正常人和ARC患者晶状体中均存在Aβ的表达，但是尚没有研究对两者晶状体中Aβ表达含量进行对比，Aβ表达含量在ARC患者中如何变化目前还不得而知。目前很少有文献报道，在体内环境下Aβ与ARC的相关性。因此，未来的研究应设立不同浓度组的Aβ，观察其对晶状体上皮细胞的影响，并扩大人体取材的样本量，分别选取ARC与正常人的样本，明确ARC患者与正常人相比LECs内Aβ水平的变化，探索在体内环境下Aβ与ARC的相关性，从而为有效防治ARC的发生提供新的思路。

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β-amyloidandage-relatedcataracts

ZHENGTian-yu,XUJie,LUYi.

DepartmentofOphthalmology,EyeEarNoseandThroatHospitalofFudanUniversity;MyopiaKeyLaboratoryofHealthMinistry,Shanghai200031,China

LU Yi, Email: luyieent@126.com

Cataract is the most common cause of blindness worldwide, while age-related cataract (ARC) is the main subtype of cataract. The pathogenesis and non-surgical therapies of ARC have become the research hotspots. Recently, with multiple supporting evidences, researchers have demonstrated that ARC formation might share a common mechanism with Alzheimer disease (AD) pathogenesis. Thus, the correlation between ARC and β-amyloid (Aβ) which plays a critical role in the pathogenesis of AD causes special concern. This article mainly reviewed the advances in the research of correlation between Aβ and ARC. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:363-365,369)

Cataract, age-related; β-amyloid; Amyloid precursor protein; β-secretase; Oxidative stress

2016-07-18)

(本文编辑 诸静英)

国家自然科学基金面上项目 (81270989)；国家自然科学基金青年项目 (81300747)；高等学校博士学科点专项科研基金 (20130071120096)；上海青年医师培养资助计划(第三批)

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 卫生部近视眼重点实验室 上海 200031

卢奕(Email: luyieent@126.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.05.016