姜黄素在眼底视网膜及视神经病变中的研究进展

史少阳，宋海珊，包娟

(北部战区总医院眼科，沈阳 110003)

姜黄素类化合物主要是从姜科等药用植物中分离出的一类二芳基庚烷类化合物，其来源广泛，因最早是从姜黄中分离出来而得名。姜黄素类化合物主要分布在姜科植物中，其根茎可入药。天然姜黄素类化合物的成分按化学结构特征(按庚烷母体结构中的庚烷连接链上含氧取代基的种类和数目以及是否成环)可分为单氧代型、双氧代型、三氧代型、吡喃取代型、呋喃取代型、大环醚型和二聚体型7个类型[1]。姜黄素、去甲氧基姜黄素和去二甲氧基姜黄素是姜黄的3种主要有效成分。姜黄素是姜黄药理作用中最重要的活性成分之一，具有破血、行气、通经止痛的功效。抗纤维化、抗肿瘤、抗炎症、抗微生物、调脂利胆、抗凝、抗氧化等是姜黄素具有的多种药理作用。姜黄素在内科和肿瘤中被广泛研究，但在眼科的应用相对较少。有研究表明，姜黄素具有减缓甚至逆转某些眼底疾病发生、发展的作用[2]，使其成为治疗视网膜疾病的新选择。目前姜黄素在眼科的研究主要包括抑制翼状胬肉成纤维细胞的增生、抑制角膜及眼表新生血管生成、抑制晶状体上皮细胞增殖并预防后发性白内障以及抑制眼底新生血管的增殖等。姜黄素对视网膜血管病变、变性、肿瘤等疾病具有某些潜在功能。现就姜黄素在眼底视网膜及视神经疾病中的研究进展予以综述。

1 姜黄素与糖尿病视网膜病变及黄斑水肿

姜黄素在糖尿病视网膜病变中发挥控制血糖水平、抑制炎症因子和新生血管因子的作用。姜黄素可降低糖尿病大鼠血糖水平，减轻糖尿病引起的体重减轻，还可改善糖尿病导致的视网膜显微结构变化，防止糖尿病大鼠视网膜功能降低[3]。另外，姜黄素可下调糖尿病大鼠视网膜中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肿瘤坏死因子-α及促炎细胞因子的表达，透射电子显微镜观察到姜黄素抑制了糖尿病大鼠视网膜中的结构变性和毛细血管基膜厚度的增加[4]。Khimmaktong等[5]采用血管腐蚀铸造技术和扫描电镜观察发现，姜黄素可以修复糖尿病大鼠脉络膜毛细血管病变，并可减少脉络膜微血管并发症的发生；研究还发现，姜黄素治疗组大鼠视网膜谷胱甘肽水平降低，抗氧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶水平较糖尿病组活性降低。此外，姜黄素可正向调节抗氧化系统[4]。

同时，姜黄素还具有抗细胞凋亡及视神经保护作用。Li等[6]的研究显示，姜黄素通过抑制钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)活性下调VEGF、诱导型一氧化氮合酶和细胞间黏附分子-1的表达，保护糖尿病大鼠视网膜免受早期损伤，从而减轻糖尿病引起的视网膜血管渗漏；另外，糖尿病可降低a波、b波和振荡电位的幅度，但姜黄素的治疗能抑制这种影响，从而预防糖尿病患者视网膜中的神经元损伤；而姜黄素还可减少外核层、内核层和神经节细胞层的细胞损伤。姜黄素能使糖尿病大鼠视网膜中谷氨酸水平显著降低，同时抑制糖尿病大鼠视网膜中磷酸化CaMKⅡ的表达，推测姜黄素可通过降低谷氨酸水平和下调CaMKⅡ减轻糖尿病诱导的视网膜神经细胞凋亡[7]。此外，姜黄素也通过上调Bcl-2和下调Bax的表达发挥抗细胞凋亡作用[1]。

黄斑水肿是指眼底视网膜对光线最敏感部位黄斑区发生炎症反应、液体渗入，形成水肿，造成视力严重降低。黄斑水肿是糖尿病视网膜病变、中心性浆液性脉络膜视网膜病变等眼病的眼部表现，是引起视力减退的重要原因之一。姜黄素具有改善黄斑水肿、减少神经视网膜及视网膜色素上皮脱离的作用。Steigerwalt等[8]应用Meriva®(一种姜黄素-磷脂递送系统)制成Norflo®片剂，用于治疗糖尿病性微血管病变和中心性浆液性脉络膜视网膜病变，结果显示，患者视力及微血管病变均得到改善。有学者应用光学相干断层扫描观察中心性浆液性脉络膜视网膜病变患者的视力和视网膜厚度的改变，结果发现，经过12个月的治疗，61%的患者有显著改善，39%的患者病情稳定，未见视力降低病例，95%的患眼神经视网膜或视网膜色素上皮细胞脱离减少，视网膜厚度降低，且干预前后视网膜厚度比较差异有统计学意义[9]。糖尿病视网膜病变患者治疗3个月后，92%的患眼显示黄斑水肿减少，8%的患者病情稳定，未见水肿增加病例；进一步评估视敏度情况，84%的患者改善，16%的患者病情稳定，未见视力降低病例[10]。

2 姜黄素与增生性玻璃体视网膜病变

增殖性玻璃体视网膜病变(proliferative vitreorentinopathy，PVR)是一种常见的难治性眼病，由几种类型的局部细胞去分化、易位和增殖引起，这些细胞形成视网膜前膜，并形成牵引力导致视网膜脱离、视力丧失。PVR是视网膜复位手术失败的常见原因。视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞是形成视网膜前膜的主要细胞之一，再增殖和上皮-间充质转化是PVR中RPE细胞的主要病理改变。体外实验显示，姜黄素可诱导p53和p21表达，并以剂量和时间依赖性方式显著抑制原代人RPE细胞增殖[11]。同时，姜黄素还可以通过抑制RPE细胞中的蛋白激酶B、促分裂原活化的蛋白激酶和转化生长因子-β途径影响增殖和上皮-间充质转化[12]。另外，姜黄素也可以逆转急性视网膜色素上皮-19(acute retinal pegment epitheliitis-19，ARPE-19)细胞中转化生长因子-β1诱导的上皮-间充质转化，并通过Smad-3磷酸化抑制细胞增殖和迁移；同时，表皮生长因子在促进RPE细胞迁移和增殖中起重要作用，体外实验显示，姜黄素下调RPE细胞中的表皮生长因子表达，并具有时间-效应和剂量-效应关系[13]。在动物实验中，兔眼姜黄素干预组玻璃体混浊度较低，增殖膜较薄，PVR评分和视网膜脱离发生率均显著低于对照组，由此推测，姜黄素通过下调表皮生长因子抑制RPE细胞增殖，从而有效抑制PVR的发生、发展[14]。

此外，通过溶解聚丙交酯-乙交酯和姜黄素制备含有姜黄素的可生物降解的巩膜塞，在对兔PVR模型的研究中发现，姜黄素可能通过抑制各种炎症因子而发挥抗PVR的作用[15]。Zhang等[16]利用兔眼研究可生物降解的含姜黄素的巩膜栓，结果发现，姜黄素处理组的视网膜结构正常，姜黄素处理组与对照组眼压、视网膜电图a波和b波振幅以及结膜反应程度比较差异均无统计学意义，且在巩膜塞完全退化后巩膜切开伤口愈合良好，未发现前房反应或并发症，表明装载姜黄素的巩膜塞可在体外维持高浓度的姜黄素，且在体内是安全的，可能成为治疗眼后段疾病的新选择。

3 姜黄素与年龄相关性黄斑变性及视网膜色素变性

老年人失明的主要原因之一是年龄相关性黄斑变性。姜黄素能够调节衰老RPE细胞中的细胞增殖、氧化应激和细胞凋亡过程。通过脉冲过氧化氢暴露老化模型研究发现，姜黄素可改善细胞活力，对凋亡相关蛋白和氧化应激生物标志物的表达具有显著影响[17]。类姜黄素治疗可显著降低非受体酪氨酸激酶和p53的表达水平，并抑制p38表达，姜黄提取物及类姜黄素为蓝光诱导的人RPE细胞光氧化损伤和细胞凋亡提供了显著的保护作用，并具有剂量依赖性[18]。ARPE-19细胞的丙烯醛损伤模型已用于吸烟和年龄相关性黄斑变性的研究，Li等[19]合成了姜黄素类似物1,5-双(2-三氟甲基苯基)-1,4-戊二烯-3-酮(C3)，C3对人视网膜色素中丙烯醛诱导的毒性具有改善和保护作用，姜黄素和C3均可激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，姜黄素还可保护ARPE-19细胞免受丙烯醛诱导的细胞氧化损伤，并具有维持谷胱甘肽水平和线粒体功能的作用。上述研究结果提示，类姜黄素在治疗年龄相关性黄斑变性方面具有潜在功能。

视网膜色素变性是一种遗传性神经退行性疾病，其特征在于细胞凋亡导致感光细胞丧失，最终引起失明，目前尚无有效的治疗方法。体内及体外实验均显示，姜黄素具有抑制细胞凋亡及神经保护作用[20]。姜黄素可抑制微胶质瘤的活化，抑制视网膜中趋化因子和基质金属蛋白酶的分泌，显著减少rd1小鼠视网膜中细胞凋亡数目，从而延迟视网膜变性，改善视功能，在BV2小神经胶质细胞和视网膜衍生的661W细胞的共培养物中也观察到了上述效应[21]。姜黄素可显著抑制感光细胞的损伤，且这种作用呈现剂量依赖性；此外，姜黄素还可显著降低8-羟化脱氧鸟苷水平和TUNEL(脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法)阳性感光细胞的百分比；另外，姜黄素还通过抑制DNA氧化应激，抑制N-甲基-N-亚硝基脲诱导的感光细胞凋亡[22]。

研究显示，姜黄素可通过降低内质网应激和改善视网膜中的基因表达改善视网膜形态、抑制损伤，更适用于治疗继发于P23H视紫红质突变的视网膜色素变性[23]。姜黄素还可通过调节细胞内钙的释放下调VEGF和胱天蛋白酶-3和9的水平，从而抑制人RPE中的氧化应激反应[24]。另外，姜黄素可增加抗氧化基因的表达，并降低血管紧张素Ⅱ1型受体、核因子κB和VEGF的表达；同时，姜黄素还可改变人ARPE-19细胞中作为抗氧化防御和肾素-血管紧张素系统调节剂的氧化应激相关的微RNA(microRNA，miRNA)的表达[25]。

RPE在保持视网膜结构和功能完整性方面发挥重要作用，衰老和损伤导致的细胞再生减少等因素是RPE再生的主要障碍。Park等[26]利用与姜黄素结合的藻酸盐制成基于水凝胶的姜黄素/藻酸盐系统，并将RPE细胞固定在其中，体外细胞分析显示，姜黄素/藻酸盐水凝胶表现出良好的生物相容性，增强了细胞生长能力，并促使更多的细胞外基质形成；此外，姜黄素的存在对维持视网膜功能和产生基质关键基因的表达具有正向调节作用，体外实验证明，姜黄素/藻酸盐水凝胶充当细胞递送载体可用于视网膜下腔移植，并具有为RPE再生提供适当环境的能力，由此推测，姜黄素/藻酸盐水凝胶可转化为潜在的外科移植物，用于视网膜组织工程的生物植入。

4 姜黄素与视网膜缺血再灌注损伤

研究显示，姜黄素可以通过抑制信号通路、下调信号转导蛋白等方式减轻视网膜缺血再灌注损伤，它可以通过抑制信号转导及转录激活因子3信号转导通路的激活来发挥保护功能；同时，核因子κB的激活也受到抑制，进一步增强了姜黄素的保护作用，从而减少视网膜血管以及神经元变性；此外，磷酸化核因子κB抑制因子α和单核细胞趋化蛋白-1的上调也受到抑制[27]。Wang等[28]应用脑卒中大鼠模型(采用双侧椎动脉电凝术联合短暂双侧颈总动脉结扎术)研究发现，在姜黄素处理组中，视网膜毛细血管细胞和神经元的凋亡数量均显著减少，而且姜黄素抑制了脑卒中自发高血压大鼠视网膜缺血再灌注损伤后磷酸化c-Jun氨基端激酶的表达，姜黄素作为c-Jun氨基端激酶的特殊抑制剂，可通过抑制视网膜毛细血管细胞和神经元的凋亡，预防缺血再灌注损伤后高血压性视网膜病变的发生。另有研究探讨姜黄素对视网膜缺血再灌注损伤后视网膜结构及白细胞介素(interleukin，IL)-23和IL-17表达的影响，结果发现，姜黄素干预可以改善缺血再灌注大鼠视网膜的形态学损伤；免疫组织化学染色显示，IL-23和IL-17主要在神经节细胞层和视网膜内核层表达，视网膜缺血再灌注损伤导致IL-23和IL-17表达增高，而姜黄素可以显著降低缺血再灌注损伤后视网膜中IL-23和IL-17的表达，且具有剂量依赖性[29]。

5 姜黄素与青光眼视神经保护

青光眼是以视网膜神经节细胞及视神经轴突的丢失为特征的神经变性疾病。青光眼与许多病理机制有关，不仅包括眼睛压力，还包括自我调节缺陷、缺乏神经反应因素、谷氨酸兴奋性毒性、免疫机制以及自由基损伤等。青光眼的视神经保护旨在保护那些损伤的或可能损伤的神经元，Davis等[20]使用一种新型纳米载体制剂，将姜黄素定位于纳米载体内部，成功溶解高浓度(4.3 mg/mL)的姜黄素，体外实验显示，姜黄素负载的纳米载体(curcumin nanocarriers，CN)对氯化钴诱导的缺氧和谷氨酸诱导的毒性均具有抵抗作用，CN处理可显著增加视网膜前体细胞系R28细胞的活力；对青光眼相关高眼压和部分视神经横断体内模型的研究发现，CN可显著减少视网膜神经节细胞损伤，提示CN可能作为青光眼和其他神经性眼病的有效神经保护剂。

谷氨酸受体，尤其是N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)型谷氨酸受体引起的毒性与青光眼、缺血性及糖尿病性视网膜病相关。有研究表明，姜黄素对NMDA受体诱导的毒性具有神经保护作用，其机制包括GluN2A(NMDA receptor 2A)亚基活性的增加；此外，CaMKⅡ抑制剂KN-93能够阻断姜黄素对GluN2A表达的影响，姜黄素还降低了丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的活性，表明姜黄素对GluN2A亚基表达和NMDA型谷氨酸受体诱导的神经毒性的保护作用机制在于对CaMKⅡ和(或)丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性的调节[30]。

6 姜黄素与视网膜肿瘤

姜黄素可抑制肿瘤细胞增殖，阻止扩散，提高机体对细胞的敏感度，增强对肿瘤的杀伤效应。姜黄素的目标分子包括转录因子、生长因子、酶和基因。姜黄素在视网膜母细胞瘤(retinoblastoma，RB)等眼部肿瘤中发挥抗肿瘤作用，它通过改变miRNA表达谱来介导抗癌作用。研究显示，有16种miRNA被下调，同时有5种miRNA，尤其是miR-22在RB细胞中被上调[31]。miR-22的靶基因是红细胞白血病病毒致癌基因同源物3，姜黄素通过减弱活性氧类水平，保护视网膜色素细胞免受氧化损伤，这种保护作用是由姜黄素诱导的血红素加氧酶-1上调介导的[32]。

脉络膜黑色素瘤是严重危害人类健康的疾病，是成人眼部最常见的一级恶性肿瘤，肿瘤的生长和转移是依赖血管生成的过程。在体外三维培养人脉络膜黑色素瘤细胞株(OCM-1)过程中，姜黄素呈剂量依赖性(10～30 μmol/L)抑制肿瘤血管生成拟态的形成，下调磷脂酰肌醇-3-激酶和磷酸化上皮细胞激酶蛋白的表达，当姜黄素剂量达到30 μmol/L时，磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路几乎全部被抑制，由此推断，姜黄素可通过抑制磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路抑制内皮依赖性血管和血管生成拟态的形成，以达到抗肿瘤的目的[33]。

有报道称，姜黄素除了对多种肿瘤的抑制作用外，还可提高各种肿瘤对放疗的灵敏度[34]。Sreenivasan等[35]的研究评估了人类RB细胞系中姜黄素单独使用或与药物联合使用时的细胞毒性，结果发现，姜黄素可引起细胞增殖、细胞动力学呈浓度依赖性降低，并且诱导视网膜母细胞瘤细胞系中的细胞凋亡；与单一药物治疗相比，将姜黄素与卡铂/依托泊苷/长春新碱等药物组合应用时，细胞存活率和细胞周期均降低，同时细胞凋亡增加，可见姜黄素与单一药物治疗的组合对视网膜母细胞瘤细胞系具有显著的协同抑制作用，推测姜黄素能够提高视网膜母细胞瘤细胞对化疗药物的敏感性。将姜黄素作为辐射增敏剂，研究姜黄素对人视网膜胶质瘤(WERI-Rb-1)细胞增殖的影响，结果发现，低剂量光线对人视网膜胶质瘤细胞周期、细胞凋亡和线粒体膜电位没有太大影响，但能显著改善细胞G2/M期阻滞，诱导线粒体途径参与的细胞凋亡，提示姜黄素具有很好的放射增敏作用，低剂量的姜黄素和低剂量的辐射可以有效抑制癌细胞的活性[36]。

7 小 结

姜黄素具有广泛的药理作用，而且可以抗氧化、抗炎、抗血管生成以及抗肿瘤，是视网膜疾病防治的优良天然药物。然而，目前关于姜黄素功效的研究主要限于动物和体外实验，姜黄素的临床应用受到其分子溶解性差和生物利用度低的限制[37]。因此，各种关于药物载体及制剂改良的研究应运而生，出现了姜黄素的纳米制剂、卵磷脂制剂、巩膜栓、姜黄素结合藻酸盐的水凝胶等。有研究显示，姜黄素的疗效、功能及毒性因其浓度的改变而产生不同的影响，因此，在摄入姜黄素作为肿瘤的辅助治疗或用于治疗眼部疾病时，应仔细监测视网膜功能及不良反应[38]。在临床实践中，将姜黄素配制成适当的制剂，可用于治疗视网膜疾病[39]，但姜黄素在眼底疾病中的药理作用和具体作用机制仍需进一步研究。