关注干眼抗氧化治疗及其新药研究

洪佳旭 徐建江 周旭娇

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科，上海 200031

干眼是常见的眼表疾病，据统计，北京市干眼患病率约为21%，上海市为15%～30%，在气候干燥的中国西部和高海拔地区，干眼患病率高达31.93%～52.40%[1-3]。干眼的发病机制研究是干眼诊疗研究的基础，研究表明氧化应激是多种眼病发生和发展的关键共同通路，近年来其在干眼发病中的作用引起研究者的高度重视。角膜长期暴露在大气氧环境和其他环境压力源中，是眼表疾病累及的主要靶组织之一。角膜透明且无血管分布，其抗氧化系统主要依赖于泪膜和房水中的抗氧化物[4]。干眼患者由于泪膜不稳定难以形成正常的保护效应[5]，眼表组织细胞学研究及动物实验均表明，角膜、结膜和泪腺损伤与氧化应激反应密切关联，如干眼患者眼表组织和泪液中DNA氧化损伤产物8-羟基-2-脱氧鸟苷、脂质氧化产生的4-羟基-2-壬烯酸和丙二醛水平均明显升高[6]，表明活性氧生成与内源性抗氧化系统解毒能力之间持续失衡会进一步激活炎症反应，造成眼表组织损伤，参与干眼的发生。近年诸多研究也证实，仅采用抗氧化治疗或进行辅助性抗氧化治疗均能改善干眼病情。认识和关注干眼抗氧化治疗的研究进展，积极开展或参与相关研究，可为拓展干眼的临床治疗方法提供新的思路。

1 用于干眼治疗的滴眼液已成为国内最大增量的眼科药物市场

国内医药的供给端存在如下问题：(1)技术壁垒 干眼是一种系统性、多因素疾病，由于干眼的基础理论研究不足，相关的新药研发企业对干眼的发病机制了解不够充分。(2)新药研发能力有待加强 国内现有治疗干眼的主流药物，如玻璃酸钠、聚乙烯醇滴眼液和糖皮质激素等虽然可以缓解症状和减轻炎症，但疗效仍不能满足要求，且有一定不良反应，临床应用仍然具有一定的局限性。在干眼药物市场中，国内药物生产企业的商业化手段以fast-follow和me-too为主，仿制药品生产或从国外药厂引进管线的情况非常普遍，中国的干眼原创性药物研发水平亟待提高，故有很大的发展潜力。

2 抗氧化类干眼药物研发是当前干眼治疗研究的新潮流

2.1 氧化应激是导致泪液功能单位生理机能紊乱的主要因素

氧化应激是机体在内外环境的有害刺激下产生的活性氧自由基和活性氮自由基引起的细胞或组织的生理病理反应过程。在干眼发生和发展的恶性循环中，多种细胞中的亚细胞器或其他组织的能量代谢功能失衡，可产生过量的活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)激活下游炎性细胞因子转录，也直接引起细胞DNA、蛋白质、脂质，甚至组织的损伤[7]，同时进一步释放大量促炎因子和趋化因子，引起患眼眼表的慢性免疫炎症反应。因此，干眼治疗靶向上游氧化应激产物是新药研发的新方向，即研发针对氧化应激驱动的干眼药物，通过抗氧化剂清除过量ROS，缓解干眼症状。

抗氧化酶具有抗氧化和抗菌作用，对组织具有双重保护能力。过氧化物酶包括乳过氧化物酶(lactoperoxidase，LPO)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPO)等，作为泪液功能单位(lacrimal functional unit，LFU)分泌活性的标志物，参与干眼的病理生理过程，且在干眼的诊断和治疗中均有涉及。氧化应激是机体中普遍存在的氧化与抗氧化作用失衡的一种状态，其代谢通路正常与否与干眼和眼表疾病的保护和致病机制有关。因此，任何针对这些反应的治疗策略都必须考虑其双重效应。氧化应激可对抗微生物和其他来源的自由基，维持眼表氧化与抗氧化作用的平衡，以保护LFU免受其他有害刺激诱发的不良结局。健康眼与干眼泪液蛋白质组学比较研究显示，LPO是干眼组下调幅度最大的酶[8]。与此同时，泪液中各种促炎蛋白的表达也增加，认为LPO可作为干眼和LFU功能障碍的生物标志物。LPO可通过磷脂酰激醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路将ROS转化为能够干扰病原体生长和细胞凋亡相关信号机制的代谢物。有研究测定氧化应激反应中抗氧化酶及其活性、基因转录及其沉积物或残留代谢物，以探讨其是否可作为疾病的间接生物标志物[9]，然而到目前为止尚未证实可诊断干眼和作为治疗靶点的氧化应激标志物。氧化应激反应过程和LFU中抗氧化因素及其作用的研究仍在不断进展过程中，而关注ROS与干眼疾病之间关系和具备一定应用前景的抗氧化治疗方法的研究文献有助于我们对相关问题的深入理解。

2.2 靶向线粒体的抗氧化化合物SKQ1

抗氧化干眼药物研发方兴未艾，国内药物生产企业研发的新药SKQ1在美国已进入Ⅲ期临床试验。线粒体是细胞中产生能量的主要来源，由质体醌和穿透性阳离子组成的SKQ系列第1个化合物SKQ1(plastoquinonyl decyl triphenylphosphnium)即是靶向该环节的抗干眼药物，前2个字母SK取自于名称Skulachev，Q则为结构中所含的醌，其化学成分为[10(4,5dimethyl3,6dioxocyclohexa1,4dien 1yl)decyl](三苯基)溴化膦。选择醌，首先是由于其在自然系统中的广泛分布，其次是其在线粒体和叶绿体的电子传递链中起到了电子载体的作用。作为一种靶向线粒体的抗氧化剂，SKQ1被证实能进入线粒体内清除ROS，靶向阻断眼表氧化应激反应，从而减轻炎症反应，同时促进受损眼组织的修复，改善泪液质量下降的状态[10]。SKQ1的临床试验已取得良好结果，俄罗斯联邦卫生部建议将其低浓度制剂(0.25 μmol/L)用于干眼的治疗[11]。目前，SKQ1是首个用于临床的线粒体靶向药物。

2.3 黏液素分泌促进剂

目前，通过诱导黏液素的合成来促进其分泌并且协同抗氧化机制治疗干眼的药物已上市，即瑞巴派特[12]。瑞巴派特滴眼液是由日本大冢制药企业开发的强效抗氧化剂和自由基清除剂，可促进泪液分泌，并提高覆盖结膜和角膜表面的黏液素水平，发挥治疗干眼的作用[13]。瑞巴派特滴眼液于2011年在日本获批用于干眼治疗，于2012年1月在日本上市。临床试验证实，瑞巴派特可显著改善干眼患者的症状和体征，对角膜荧光素染色评分的改善效果非劣于玻璃酸钠，而对结膜丽丝胺绿染色评分的改善效果优于玻璃酸钠。

2.4 糖蛋白硒和乳铁蛋白

自体血清含有大量清蛋白、球蛋白、抗体和多种营养成分，是公认的治疗严重干眼的方法之一，但自体血清滴眼液的应用面临3个主要挑战：(1)自体血清滴眼液制备需要严格的无菌条件；(2)需要充分消毒和分离，以避免血清成分的感染；(3)血清成分存在不稳定性，易受血清驻留酶的降解[14]。为了克服这些问题，临床上多采用柱层析法对人血清进行分离，并用细胞活力作为纯化指标。最新研究证实，由自体血清中分离的硒蛋白P是一种新的干眼治疗候选药物。硒蛋白P是一种硒转移血浆糖蛋白，由泪腺分泌到泪液中，为角膜上皮提供硒养分。硒蛋白广泛分布于包括眼表在内的多种组织中，在干眼患者中其表达水平降低。硒缺乏可加重氧化应激反应，导致眼表组织的氧化损伤[15-16]。

生理状态下泪液中含有多种抗氧化物，如维生素C、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、乳铁蛋白等[14]。泪膜量的减少及其活性成分的改变，加之泪水的过度蒸发导致的高渗环境，可引发炎症和氧化级联反应，导致上皮细胞增生及分化障碍。乳铁蛋白是一种铁结合糖蛋白，研究发现泪液乳铁蛋白水平降低与干眼的发生有关[17-18]。在小鼠干眼模型中，全身应用乳铁蛋白制剂可以促进泪腺氧化损伤的修复并改善泪液功能。在Sjögren综合征继发的干眼患者中，口服乳铁蛋白补充剂可显著改善其干眼症状[19]。乳铁蛋白可螯合铁离子，具有清除氧自由基和羟基的作用，抑制干眼患者ROS的促炎作用，从而起到治疗作用。

此外也有研究证实，结合硒的乳铁蛋白在干眼动物模型中具有一定的治疗作用，应该注意的是这是一种结合硒而不是铁的乳铁蛋白，结合硒的乳铁蛋白被吸收到角膜上皮细胞中可进一步降低组织氧化损伤的风险[20]。该研究证实，以硒为重要成分的抗氧化药物有望成为干眼治疗药物，其可促进角膜组织内GPO的合成及其功能，有助于恢复ROS和抗氧化清除剂之间的平衡。

3 多功能纳米制剂抗氧化药物治疗干眼前景广阔

3.1 天然多酚及其纳米粒子

黄酮类化合物良好的生物相容性、强大的抗氧化能力和极低的毒性使其作为潜在的干眼治疗药物极具吸引力[21]。水果及蔬菜中存在天然的多酚类化合物，又称植物单宁或鞣质。类黄酮是多种水果、蔬菜、茶、可可产品和红酒中发现的天然多酚物质。

3.1.1槲皮素 槲皮素是果蔬中分布广泛、含量丰富的一种黄酮类化合物，具有强大的抗氧化、抗炎和抗纤维化作用[22]。在小鼠干眼实验模型中，局部应用槲皮素可增加泪液量、角膜规整性和杯状细胞密度，这与泪腺炎症标志物，如基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2，MMP-2)、MMP-9、细胞黏附分子1(cell adhesion molecule-1，ICAM-1)和血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)的减少有关[23]。与此同时，槲皮素还可促进角膜上皮损伤的修复，降低泪液中白细胞介素1α(interleukin-1α，IL-1α)水平[24]。然而，目前欧美地区尚未批准以干眼为主要治疗适应证的黄酮类药物。

3.1.2儿茶素 儿茶素是生物医学领域研究更为广泛的类黄酮，具有清除ROS、调节相关转录因子/酶活性、螯合金属离子等抗氧化作用。但是儿茶素等大多数黄酮类化合物的应用存在严重的局限性，如水溶性差、在血清中降解快、循环时间短、生物利用度不足等，限制了其临床开发[25-26]。为克服上述缺点，研究人员利用聚合物载体包装药物，包括亲疏水嵌段共聚物，如聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)b-(ε-己内酯)自发组装成纳米胶束，将不溶于水的黄酮类化合物包裹到胶束的疏水核心中[26]。β-环糊精(β-cyclodextrin，β-CD)是一种常用的疏水药物载体，通过在β-CD疏水囊中包埋药物也可增强黄酮类化合物的溶解性[27]。另一种方法是用疏水性黄酮类化合物与水溶性聚合物共价偶联，如右旋糖酐、PEG、聚烯丙基胺和明胶[28-31]，可将不溶于水的儿茶素转化为水溶性儿茶素，将儿茶素溶液与PEG混合、冻干，冻干过程中自发形成氢键可得到纳米级PEG/儿茶素复合物。这种方法使儿茶素在水中的溶解度提高了100倍，达到50 mg/ml[32]。PEG/儿茶素纳米复合物对干眼小鼠模型表现出高效的治疗作用，可显著降低干眼小鼠肿瘤坏死因子α、ICAM-1、VCAM-1、MMP-2、MMP-9、IL-17、IL-1β和IL-6等炎性因子的分泌水平[33]。基于PEG作为氢键受体和儿茶素作为氢键供体之间的氢键配对是一种制备水溶性酚类药物制剂的良好平台，有望为干眼的治疗开发出更合适的抗氧化药物。

3.1.3葡萄籽 随着材料科学的不断发展，纳米技术的出现大大促进了生物治疗领域的发展。近年来，利用植物多酚极为丰富的物理化学特性，设计和构造多功能纳米粒子的研究也不断涌现，在生物医学领域展示出了巨大潜力。尽管不同种类的纳米抗氧化剂已得到了很好的发展，但要制造出坚固高效的纳米抗氧化剂仍面临着挑战，例如使用有毒且成本高昂的亚基、涉及多步合成过程、以及繁冗的纯化工作。解决这一问题的有效方法是从大自然中寻找构建模块或灵感的资源。天然多酚葡萄籽具有独特的理化性质，可以通过氢键、疏水相互作用、π-π相互作用和阳离子-π相互作用与多种物质结合。我们致力于纳米系统靶向生物治疗的基础和临床研究，通过酶聚合方法给葡萄籽设计出“纳米战衣”，使其具有可调尺寸、良好生物相容性和清除ROS的能力，精准靶向抗氧化治疗干眼[34]。

多酚类化合物对角膜细胞具有保护作用，可减轻炎症反应、氧化应激过程和抑制细胞凋亡，并发挥维持泪膜稳态作用等。研究表明多酚在治疗眼表疾病方面是有效和安全的[22]，未来的研究应该验证和扩展多酚在临床治疗干眼的有效性，并帮助开发新的眼科药物。

3.2 稀土元素氧化铈负载乙二醇壳聚糖纳米粒子

铈氧化物纳米粒子(cerium oxide nanoparticle，CNP)是一种独特的氧化还原体系，同时具有+3(电子供体)和+4(电子受体)价。CNP具有将Ce3+氧化为Ce4+的能力，作为ROS清除剂，可减少细胞在紫外线或H2O2条件下的损伤，保护正常细胞免受辐射诱导的凋亡[35]。此外，与其他稀土元素不同的是，CNP作为再生催化剂具有较高的吸氢能力，更容易与H2或H2O发生反应[35]。由于这种独特而固有的氧化还原活性行为，CNP能够消除氧化应激产物，模仿超氧化物歧化酶和过氧化氢酶清除ROS，恢复ROS的生成量与抗氧化酶之间的平衡[36-37]。一项临床前研究表明，CNP作为自由基清除剂，对神经退行性疾病和其他氧化应激反应相关疾病的治疗效果良好[38]，表明其具有细胞内ROS清除能力和良好的生物相容性，是干眼治疗的理想药物。乙二醇壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，因其无毒、生物相容性好、水溶性好等特点，在生物医学领域引起了广泛关注。研究人员利用这种氧化还原活性系统开发了一种水溶性氧化铈负载乙二醇壳聚糖纳米粒滴眼液，即乙二醇壳聚糖氧化铈纳米粒，在小鼠原代角膜、结膜细胞以及干眼小鼠模型中均呈现出显著的抗氧化效果[39]。

3.3 阳离子多肽纳米胶束滴眼液

开发基于胶束的滴眼液[装载p38 MAPK抑制剂Losmapimod(Los)和超氧化物歧化酶模拟化合物Tempo(Tem)偶联的阳离子多肽胶束，简称为MTem/Los]，可安全、有效地对抗干眼恶性循环。阳离子型MTem/Los通过与角膜上带负电荷的黏蛋白的静电相互作用，改善了共轭水溶性Tem和负载水溶性Los的眼部滞留时间，从而提高治疗效率，可有效降低给药频率。从作用机制方面，MTem/Los可有效降低ROS的过度生成，降低促炎细胞因子和趋化因子的表达水平，抑制巨噬细胞促炎表型的转化和细胞凋亡。在治疗方面，具有双重功能的MTem/Los可抑制炎症反应，促进角膜上皮缺损的修复，保护杯状细胞功能，促进泪液分泌，阻断氧化应激反应的恶性循环，缓解干眼症状。此外，MTem/Los具有良好的生物相容性和耐受性，可作为氧化应激性和炎性疾病的治疗药物[4]。

干眼是一种复杂的多因素慢性炎性相关性眼表疾病，目前国内市场上获得FDA批准的药物仍然以传统眼表润滑剂、抗炎药物为主。国际上在研的干眼创新药以抗炎、抗氧化药物等为主要突破口。从干眼核心发病机制来看，抗氧化治疗是干眼临床研究的未来方向之一。基于纳米材料开发的抗氧化滴眼液与传统天然材料制剂相比，具有更好的优势并逐步进入临床试验阶段。眼科研究工作者应关注干眼的抗氧化治疗及相关药物研发的新进展。希望在不久的将来，有更多的抗氧化药物研究取得新的突破，为干眼患者带来新的福音。

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