硒及硒蛋白在眼部疾病的生物学功能研究进展

王春苗，冉瑞金

0引言

硒普遍存在于自然界中，是哺乳动物必需的一种微量元素，存在于人体多个组织及器官中，主要以硒代半胱氨酸的形式合成硒蛋白来发挥其重要生物学功能。迄今为止，已发现24种鼠和25种人的硒蛋白基因[1]。由于硒在提高机体免疫力、改善心肌营养、减轻氧化应激反应等代谢方面发挥着重要作用，且硒在人体内的有益剂量宽度极窄，目前对硒及硒蛋白的重要生物学功能已成为一大研究热点。眼作为人体的重要视觉器官，也是人体最富含硒的代表性器官之一，研究发现硒及硒蛋白在眼部通过不同作用方式发挥着重要生物学功能，本文从硒及硒蛋白在眼表疾病、白内障、眼底疾病、甲状腺相关眼病的生物学功能研究方面进行总结。

1硒及硒蛋白在眼表疾病中的作用

多种眼表疾病发病机制的中心环节均涉及到氧化应激反应，且眼表组织含硒浓度较高，所以硒及硒蛋白在眼表疾病特别是免疫性眼表疾病中的抗氧化作用已经成为研究焦点。研究发现角膜、虹膜、晶状体和视网膜中硒的浓度为0.23～0.41μg/g，而房水中硒的浓度为0.008μg/mL，比血浆中硒的浓度(0.21μg/mL)低得多，房水中蛋白质的浓度约为血浆的1.0%[2]，这为硒及硒蛋白在眼表疾病中的研究奠定了基础。

硒及硒蛋白在预防角膜炎，促进角膜修复等方面发挥着重要作用。适量的硒在预防角膜疾病中发挥重要作用，随着角膜接触镜的广泛使用，角膜接触镜相关角膜炎发病率逐渐升高，Mathews等[3]研究发现配戴角膜接触镜细菌增殖诱发的眼表炎症，可通过在角膜接触镜表面涂上活性硒，利用其超氧化反应减轻角膜炎的发生。硒不仅在预防角膜炎中起着重要作用，并且在促进角膜愈合，防止角膜溃疡等方面也发挥着重要作用。Sieradzki等[4]在角膜炎的兔眼模型中，运用维生素E硒溶液能够加速角膜溃疡的愈合证实了这一重要作用。同样的，许多硒蛋白也对不同类型的角膜炎起着促进修复等作用。谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)作为最常见的硒蛋白，在机体内广泛存在，是一种重要的过氧化物分解酶，Petrovich等[5]发现激活GPx活性可减轻单纯疱疹病毒性角膜炎的脂质过氧化反应。然而，Karcioglu等[6]通过观察1例长期患有疱疹性角膜炎患者的角膜，发现其组织中硒的含量很少，具体原因现不明确，推测这可能与长期抗氧化作用导致的硒耗竭有关。Kot等[7]在兔棘阿米巴角膜炎组织中发现眼组织中的GPx活性显著降低，推测抗氧化酶的失衡可能在棘阿米巴角膜炎的发病机制中发挥着重要作用。Hua等[8]证明活性氧(reactive oxygen species，ROS)诱导的氧化损伤通过p38 MAPK途径抑制了谷胱甘肽过氧化物酶1(GPx1)的活性，参与了真菌性角膜炎的发病，这也说明了GPx1在真菌性角膜炎发病中的重要作用，与Leema等[9]研究结果一致。

干眼是泪液质或量的改变导致眼部不适，各种类型的干眼发病机制复杂。目前针对各种类型干眼的特效药较少，由于硒及硒蛋白独特的免疫抑制、抗氧化应激作用，其在干眼发病、治疗方面同样发挥着重要作用。Higuchi 等[10-11]发现泪液中含有丰富的硒蛋白P(selenoprotein P，SeP)，推测泪液中SeP是保护眼表细胞免受环境氧化的关键分子，为眼表上皮提供硒，并维持眼表微环境，由此开发出了含硒化合物的眼药水，并研制出Se-COMP滴眼液作为治疗角膜疾病的新药。同时，自体血清治疗免疫性干眼的治疗作用已经得到了广泛印证，血浆中含有大量的SeP，通过提取自体血清，制成含有丰富SeP的眼药水应用于干眼大鼠模型，证实SeP治疗干眼的有效性[12]。由于GPx1在结膜及睑板腺组织中广泛表达，其同样在维持正常眼表微环境中发挥了重要作用，研究发现GPx同样也参与了不同类型免疫性干眼的发病，其可作为下游信号分子提示干眼的程度、预后及转归[13-14]，硒化合物如硒-乳铁蛋白通过乳铁蛋白受体进入角膜上皮细胞中发挥干眼的治疗作用[15]。

综上，硒及硒蛋白通过多种方式参与了真菌性角膜炎、单纯疱疹病毒性角膜炎、棘阿米巴角膜炎、干眼等眼表疾病的发病，这为以后的靶向性治疗提供了新方向，但其作用的具体通路尚未研究成熟，仍待进一步深入研究。

2硒及硒蛋白在白内障中的作用

白内障的发病机制与晶状体上皮细胞的氧化应激、晶状体蛋白的糖基化等多种作用有关，其中氧化应激是其重要的关键环节，晶状体中硒含量丰富，硒及硒蛋白在白内障中的抗氧化应激方面发挥关键作用。

硒及硒蛋白通过保护晶状体上皮细胞、减轻蛋白质异常折叠等多种方式参与白内障的发病。研究发现暴露于高浓度硒中的斑马鱼产生的下一代晶状体中有较高的硒浓度，并且是首先出现高硒浓度的数个组织器官之一，这说明硒及硒蛋白在晶状体疾病中有着重要作用[16]。Langford-Smith等[17]通过质谱法检测晶状体组织，发现在晶状体组织中硒含量随年龄的增加而显著减少。许多研究者从基因层面验证了各种不同类型的硒蛋白在白内障中的重要作用，Post等[18]分析了年龄相关性白内障患者血清硒水平和谷胱甘肽过氧化物酶基因1和4(GPX-1和GPX-4)之间的相关性，认为血清硒降低可能是年龄相关性白内障的潜在危险因素。Dai等[19]研究了硒蛋白R(selenoprotein R，SelR)基因敲除对d-半乳糖诱导的晶状体上皮细胞凋亡的影响，显示siRNA引起的d-半乳糖和SelR基因敲除均能引起氧化应激，结果表明SelR可能参与保护晶状体上皮细胞线粒体并减轻凋亡，这表明硒作为微量营养元素可能在晶状体上皮细胞中起重要作用。也有研究认为通过上调SelR的表达可保护晶状体上皮细胞，对抗ROS和氧化蛋白的生成[20]，这与Marchetti等[21]研究结果一致。硒蛋白15(the 15-kDa selenoprotein，Sep15)作为内质网驻留蛋白，调控内质网中糖蛋白折叠，Kasaikina等[22]认为白内障可能是由Sep15缺乏引起的晶状体蛋白折叠异常引起的。同时，后发性白内障也与硒蛋白有关，硒代半胱氨酸涂层的人工晶状体可降低后发性白内障的发生[23]。

多项研究发现硒及硒蛋白在白内障中的重要作用，但硒及硒蛋白通过何种信号通路发挥作用研究尚不成熟，Zhu等[24]发现硒在保护人晶状体上皮细胞(human lens epithelial cells，HLECs)免受1，2-二羟基萘诱导的细胞凋亡中起着至关重要的作用，但与磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)/蛋白激酶B途径关系不大。Jia等[25-26]认为MsrB1可能通过抑制F-肌动蛋白和介导细胞外调节蛋白激酶(ERK)失活、抑制caspase-3的活化和DNA的氧化损伤等来保护晶状体上皮细胞。

上述研究均揭示硒及硒蛋白对白内障的重要影响，但要将硒产品运用于临床仍任重而道远，补充硒可能通过减轻晶状体中的氧化应激反应而减慢白内障的发展[27]。但是过量的硒补充可能诱导产生核性白内障[28]。Christen 等[29]研究发现每天或长期补充硒和/或维生素E对年龄相关性白内障发病的有益影响并不大，所以补充硒的剂量、时间、方式、有效性等方面仍需进一步研究。

3硒及硒蛋白在眼底疾病中的作用

眼内组织富含血管，细胞因子丰富，眼底疾病的发病也很复杂，硒及硒蛋白通过各种有效途径保护视功能，减少自身免疫反应，减轻氧化应激，在各种眼底疾病中发挥重要作用。在改善视功能方面，Crary等[30]发现使用远远超过生理需求的硒可延缓某些视网膜疾病导致的视力下降，但其未说明大剂量硒使用的安全性，Akit等[31]研究发现硒减轻了顺铂对视网膜细胞中碳水化合物的还原作用，Ali等[32]发现硒可通过降低氧化应激水平抑制丙烯酰胺诱导的视网膜毒性并起到保护作用。Pascual等[33]研究发现视网膜是具有较高水平的MsrB mRNA表达的人体组织之一，MsrB在保护视锥细胞免受多种类型的氧化应激过程中起着重要作用，并且对于保护中央视力可能至关重要。视黄醛在触发视觉反应方面起着重要作用，研究发现硒蛋白F过表达会降低视黄醇的产量，从而产生更多的视黄醛来改善视功能[34]。然而，并不是所有的视网膜组织均对硒有大量的需求，Eckhert等[35]检测发现视网膜组织的发育并不受硒的影响，最主要是影响视网膜血管组织。Behroozi等[36]通过构建含硒化物的脂质体延缓年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration，ARMD)的发展，为ARMD的靶向治疗提供了新思路。但是Aberami等[37]通过病理解剖发现晚期ARMD患者脉络膜和视网膜中硒含量却显著增加。有研究发现硒也可减轻视网膜细胞的缺血再灌注损伤，能够保护视网膜[38]。糖尿病性视网膜病变是糖尿病患者眼部的主要并发症，随着病情进展，严重影响视力甚至后期可能会导致失明，其发病的主要损伤机制是氧化应激反应，González de Vega等[39]认为硒可通过减轻视网膜色素上皮细胞的氧化应激反应来保护神经细胞，Di Leo等[40]研究发现通过长期(4mo)补充牛磺酸、维生素E、硒可延缓糖尿病大鼠视网膜病变的发生。Okunuki等[41]通过蛋白组学技术检测视网膜自身抗原发现，某种硒结合蛋白可作为视网膜自身抗原参与白塞氏病的自身免疫反应。总之，硒及硒蛋白在一些眼底病中发挥着重要作用，相关信号通路及补充硒的浓度及有效性有待更深入的研究。

4硒及硒蛋白在甲状腺相关眼病中的作用

甲状腺相关眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)是一种继发于Graves病的眼部常见自身免疫性疾病，主要累及眼眶组织，其发病机制目前尚不清楚，主要临床表现为眼睑迟落、眼睑退缩、眼球突出等，严重影响患者的生活质量，甚至后期导致暴露性角膜炎等疾病，可引起角膜溃疡穿孔[42]。TAO发病机制也涉及细胞免疫、免疫失衡、氧化应激等多个方面，硒及硒蛋白在Graves眼病的发病中也起到了重要作用，并且很多硒制剂广泛应用于临床治疗Graves眼病，取得了很好的效果[43-44]。20世纪90年代已发现硒作为激活甲状腺激素酶的重要组成部分，开始在甲状腺亢进症中的研究。Wang等发现硒缺乏是甲状腺功能亢进症的危险因素[45]，Rotondo Dottore等[46]认为硒以硒代半胱氨酸的形式减轻了TAO患者眼眶中成纤维细胞的氧化应激反应，减少促炎因子的分泌。欧洲甲状腺协会(ETA)有38.2%的成员建议，没有继发TAO的Graves病患者需要及时补充硒，有绝大多数成员建议轻度、中度至重度眼部受累患者都应该补充硒来减缓疾病进展。欧洲Graves病治疗指南建议轻度TAO患者需要连续补硒6mo，其余患者却未推荐[43]。循证医学统计发现，早期患有轻度Graves眼病的患者补充硒，可以减少眼部炎症反应，同时还可以改善患者的生活质量，然而补充硒对中度至重度Graves眼病的影响需要进一步研究[47]。大量研究发现硒在Graves眼病中起着重要作用，目前很多硒产品已广泛应用于临床来控制该疾病，延缓其进展，但补充硒的形式及剂量暂无统一标准，并且其作用机制尚不清楚，仍需要更多的研究来证实硒在TAO中的重要作用。

5总结

综上所述，硒及硒蛋白通过抗氧化应激，减轻炎症因子的产生等方式在眼表疾病、白内障、眼底疾病、TAO中发挥着重要作用。适时、适量地补充硒或硒蛋白可延缓多种疾病的进展，减轻炎症反应，改善眼部疾病的症状。到目前为止，硒及硒蛋白在上述眼部疾病中的重要作用仍存在一定争议，具体的机制尚不清楚，仍需继续深入研究并为其应用于临床提供理论依据。