ω-3长链多不饱和脂肪酸治疗视网膜疾病的分子机制及研究现状

王捷 韩国鸽 韩泉洪

作者单位：天津市眼科医院 天津医科大学眼科临床学院，天津 300020

氧化应激、炎症反应、细胞凋亡以及新生血管形成，是许多视网膜疾病的共同致病机制。氧化应激中活性氧的过量累积可以直接影响细胞代谢与功能，导致视网膜细胞的损伤与凋亡。同时，活性氧还可以刺激炎症的产生，加重组织的缺氧水平，进一步导致促血管生成因子和炎症因子含量增加，而炎症因子又可促使活性氧生成，血管生成因子也能促进炎性基因表达。几种病理机制共存于一个复杂的“正反馈”系统中，逐步推动着疾病的发展。ω-3长链多不饱和脂肪酸（ω-3 long-chain polyunsaturated fatty acids，ω-3 LC-PUFAs）在维持视网膜细胞膜的结构和功能、细胞信号转导、基因表达、脂质介质产生等方面发挥着重要作用，其在抗炎、抗氧化应激、抑制新生血管生成、促进神经细胞存活的作用已经得到证实。以下将以几种常见视网膜疾病的发病机制为出发点，阐述ω-3 LC-PUFAs治疗视网膜疾病的分子机制以及研究进展。

1 ω-3 LC-PUFAs简介

ω-3 LC-PUFAs是长链多不饱和脂肪酸家族中的一员，主要有二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）、二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid，EPA）和α-亚麻酸（α-linolenic acid, ALA）等。ω-3 LC-PUFAs是人体的必需脂肪酸，主要来源于食物。深海鱼油、藻类中富含DHA及EPA，ALA作为二者的前体，可在植物和许多低等生物中合成，存在于绿叶、种子和植物油中。ω-3 LC-PUFAs在视网膜中含量极高，主要靠肝脏将原料加工后运输到视网膜内。

ω-3 LC-PUFAs在视网膜中十分重要。DHA作为膜磷脂主要成分，在神经突触和光感受器中的含量最高。含DHA的磷脂酰胆碱在视网膜中含量可达40%～50%，其中DHA贡献了近30%的脂肪酸，而在视杆细胞外膜盘中，DHA含量可高达脂肪酸的50%～70%。高不饱和成分使DHA具有特殊的三维形状，有助于视紫红质在接受光信号时发生构象变化，在视觉形成中起着重要作用。它还可以通过改变膜的通透性、流动性、厚度和脂质特性等方式，参与记忆形成、光感受器合成和信号级联传导[1-2]。EPA作为DHA的前体，具有降血脂、降血压、抗粥样斑块形成、抑制新生血管[3]等作用。DHA与EPA的衍生物如神经保护素和溶解素等[4]可以对抗凋亡。ALA具有抗炎和抗增殖等作用，可影响膜脂质的流动性和血小板的反应性[1]。

ALA、EPA与DHA等均可在体内进一步转化为具有独特生理作用的极长链多不饱和脂肪酸（Very long-chain polyunsaturated fatty acid，VLC-PUFAs）。VLC-PUFAs在视网膜中的绝对含量较少，功能与LC-PUFAs类似，尤其对维持视杆细胞的功能和寿命具有重要意义。其远末端的结构与多不饱和脂肪酸相似，而近末端的结构与饱和脂肪酸相似，特殊位置上的VLC-PUFAs的缺乏可导致其正常的膜结构扭曲，影响视觉信号的传导过程[5]，由此可见，LCPUFAs并不能完全代替VLC-PUFAs的独特作用。与VLCPUFAs延长酶相关基因发生突变时，其含量的降低可能与年龄相关性黄斑变性（AMD）[6]、Stargardt病等黄斑变性疾病相关。

ω-3 LC-PUFAs在糖尿病、癌症、抑郁症、阿尔兹海默症、心血管病以及类风湿性关节炎等疾病中的作用都已经被证实[7]，它在代谢紊乱、神经退化、血流异常及免疫性炎症中的保护机制，或许可为视网膜疾病的治疗提供新思路。

2 ω-3 LC-PUFAs治疗视网膜疾病的机制

视网膜是人体内需氧量最高的组织，持续光照、大量的氧化代谢、高浓度光敏剂含量都会促进视网膜中活性氧的产生，适量的活性氧是重要的氧化还原反应信号，在生理调节中有着重要作用。但在早产儿视网膜病变（Retinopathy of prematurity，ROP）、糖尿病视网膜病变（Diabetic retinopathy，DR）和AMD疾病中，高氧、高糖环境以及脂质沉积等促进了晚期糖基化终末产物的积累和蛋白激酶C途径的激活，使活性氧含量过高引起氧化应激，从而直接导致视网膜细胞代谢失调、功能丧失。同时氧化应激与炎症密不可分：活性氧可以通过核转录因子κB（Nuclear factor-kappa B，NF-κB）及丝裂原活化蛋白激酶（Mtogenactivated protein kinase，MAPK）等途径，促进如白细胞介素、肿瘤坏死因子-α（Tumour necrosis factor，TNF-α）等炎症因子表达，其中TNF-α可以强烈刺激细胞内黏附分子（Intracellular adhesion molecule，ICAM）和血管黏附分子（Vascular cell adhesion molecule，VCAM）产生，从而介导白细胞募集、黏附于血管内皮，使血-视网膜屏障（Blood retinal barriers，BRB）受损[8]，进一步导致血管渗漏、黄斑水肿。

除了直接损伤神经细胞和血管内皮外，炎症和氧化应激还是病理性新生血管生成的重要前驱环节。炎症因子导致的白细胞黏附可促使内皮细胞大量产生血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF），白细胞介素1-β（Interleukin-1-β，IL-1-β）可作用于一氧化氮合酶一氧化氮合酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS）使一氧化氮（Nitric oxide，NO）含量增加[9]。NO与活性氧会生成一类破坏性更强的剧毒氧化硝化产物：过氧化亚硝酸盐，它是VEGF通路中的第二信使，介导了VEGF与受体结合后的下游反应。许多促炎因子还可以直接诱导内皮细胞之间互相接合，使其初步形成新生靶血管。VEGF和血管生成素-1等还可以反向通过环氧合酶（Cyclooxygenase，COX）等途径上调炎性介质的表达[10]，最终共同导致视网膜缺血缺氧、神经细胞的变性与凋亡。活性氧与炎症介质还降低了抗氧化、抗凋亡通路中的核心因子Nrf2的表达[11]，激活了与caspase相关的凋亡途径，上调了如Bax、Bad等促凋亡蛋白的含量。在AMD中，脂质沉积在Bruch膜内阻止其他物质通过，细胞碎片与代谢产物因此堆积，这些因氧化损伤而结构改变的物质可以形成新的氧化特异性表位，诱导免疫与炎症反应发生，从而再次开启氧化应激、炎症反应、细胞损伤凋亡及新生血管形成之间的恶性循环，使病情进一步发展。

ω-3 LC-PUFAs及其衍生物在预防和治疗视网膜疾病时涉及多种机制，可在对抗上述病理机制的同时阻断它们之间的循环。首先，DHA和EPA已被证实在体外可直接保护光感受器免受氧化应激所致的凋亡，并促进细胞分化。DHA可以激活由Nrf2 介导的抗凋亡、抗氧化通路[12]，诱导细胞表达抗氧化酶系统中的血红素加氧酶-1 并增强其活性，EPA和ALA的共轭异构体能促进超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶的表达，从而防止氧化蛋白累积。摄入ALA还可增加脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的水平[13]，进而使其转化为旁分泌信号，促进神经细胞的存活。DHA与EPA的衍生物神经保护素D1（Neuroprotectin D1，NPD1）是一种二十二碳三烯，可激活视网膜色素上皮（Retinal pigment epithelium，RPE）细胞中的促存活转录因子cREL的表达[14]，上调抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-x，下调促凋亡蛋白Bax和Bad，抑制氧化应激诱导的caspase-3激活，从而对抗细胞凋亡。

炎症方面，ω-3 LC-PUFAs可直接抑制NF-κB的激活，减少其下游炎症因子的生成，还可以削弱已产生的IL-1-β、IL-6、IL-8、TNF-α、ICAM及VACM等因子的作用。ω-3 LC-PUFAs可以作为有效配体，激活过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR），它可以直接结合并失活p65 NF-κB，或通过泛素化使p65 NF-κB蛋白水解[15]。ω-3 LC-PUFAs的衍生物溶解素和NPD1可作为内源性信号以自分泌方式下调NF-KB，抑制TNF-α触发的RPE细胞DNA损伤与IL-1-β刺激的COX-2表达，还可以增强巨噬细胞活性以加快清除碎片，减轻凋亡产物累积而导致的炎症[16]。ω-3 LC-PUFAs的抗炎机制，还与它抑制ω-6长链多不饱和脂肪酸（ω-6 long-chain polyunsaturated fatty acids，ω-6 LC-PUFAs）的促炎、促新生血管生成作用有关。ω-6 LC-PUFAs中的花生四烯酸（Arachidonic acid，AA）可通过COX、脂氧合酶（Lipoxygenase，LOX）和细胞色素P450 氧化酶等途径代谢为炎症产物，如前列腺素E2、血栓素A2、白三烯B4 及羟基二十碳四烯酸等，而EPA和DHA可以与AA竞争COX与LOX等关键酶，抑制ω-6 LCPUFAs转化为炎症介质，并生成抗炎性的前列腺素E3、白三烯B5等物质，促使二者间的平衡转向抗炎、抗新生血管生成的方向[17]。

ω-3 LC-PUFAs对抗氧化应激与炎症，极大程度上减少了对VEGF生成的刺激，同时它又可抑制已产生的VEGF的作用。DHA可以通过抑制诱导型一氧化氮合酶的表达，调节NO和O2-的生成来改善亚硝基-氧化还原平衡，提高因活性氧而降低NO的生物利用度，从而减少VEGF作用通路中第二信使生成。DHA和EPA还可以通过分离小窝蛋白，解除其对内皮型eNOS的抑制，同时将eNOS的定位向VEGF-2型受体的远处置换，以减弱VEGF的信号转导[18]。EPA可以抑制VEGF特异性酪氨酸激酶受体的激活和表达，钝化VEGF信号以抑制内皮细胞的迁移[19]。ω-3 LC-PUFAs还可使受损的内皮祖细胞在数量和功能上得到改善，从而修复血管，阻止病理性新生血管的形成[20]。

3 ω-3 PUFAs治疗视网膜疾病的研究进展

3.1 视网膜变性类疾病

3.1.1 年龄相关性黄斑变性 AMD是一种以中心视力进行性丧失为特点，严重威胁老年人视力的疾病。干性AMD以黄斑中心区地图样萎缩（Central geographic atrophy，CGA）为特征，湿性AMD以黄斑区脉络膜新生血管（Choroidal neovascularization，CNV）为特点。AMD的发病机制除遗传因素外，可能包括光损伤、氧化应激、免疫炎症、RPE细胞损伤和血流动力学改变等。光感受器外节膜盘中富含的DHA影响着细胞内外信号传递的动态过程，同时赋予膜更强的流动性，可使其更快地对外界刺激做出反应。Liu等[21]发现，AMD患者视网膜中DHA含量显著降低，ω-6/ω-3PUFAs的比值显著升高，光感受器与RPE的损伤、凋亡以及大量脂质复合物沉积很可能与DHA的缺乏有关。

用ω-3 LC-PUFAs治疗AMD的研究一直在持续进行。Tuo等[22]发现，给予 Ccl2-/- / Cx3cr1-/-小鼠高ω-3 LCPUFAs饮食，与对照组相比，原有的局灶性病变、色素上皮异常、光感受器变性和脂褐素积聚等进展变慢，视网膜损伤有所逆转。Qiu等[23]给碘酸钠诱导的AMD大鼠球内注射DHA后，检测到SOD活性明显上调，Nrf2表达显著增加。而且ω-3 LC-PUFAs单独使用时，比ω-3与ω-6联合治疗的疗效更好[24]。一项为期10年的研究表明[25]，高ω-3 LC-PUFAs摄入的AMD受试者比对照组发生CGA和CNV的可能性低30%，CGA的发生率比CNV更低，该结论对遗传因素易感AMD的患者同样适用。但Christen等[26]的研究表明，口服ω-3 LC-PUFAs的AMD患者并未在视力或视网膜电图（ERG）上有明显改善。各种临床研究结果说法不一，ω-3 LC-PUFAs治疗AMD仍需进行更深层次的探索。

3.1.2 视网膜色素变性 视网膜色素变性（Retintis pigmentosa，RP）是常见的遗传性致盲眼病，以进行性感光细胞及RPE细胞功能丧失为表现。RP患者早期夜盲，后出现周边性视野缺损，眼底色素沉着、视盘蜡黄色、血管狭窄“三联征”，晚期偶有新生血管及黄斑囊样水肿产生。RP发病机制大多与遗传相关，基因突变引起的生化功能异常，导致了内质网应激、细胞失活及睫状体功能障碍，最终光感受器和RPE细胞受损凋亡。在视网膜这样高度活跃的环境中，RPE的许多自我保护机制，如增加抗氧化物质、促进NPD1生成等，都与ω-3 LC-PUFAs密切相关。María等[27]发现，在rd10小鼠RP模型中，DHA等特定脂肪酸的含量与光感受器的行数呈正相关，DHA和其他脂肪酸的减少与RP光感受器变性直接相关。

为RP患者补充视网膜缺失的ω-3 LC-PUFAs，有助于维持光感受器及RPE 细胞在结构和功能上的完整性。DHA在光感受器外段（Photoreceptor outer segment，POS）中含量极高，RPE对POS间歇脱落的膜盘进行吞噬，经消化后的DHA通过光感受器基质循环回到内段，再次用于膜盘的生成，这对视紫红质的构象稳定及再生具有重要意义。Mukherjee等[28]发现，ARPE-19细胞在吞噬POS的过程中明显减弱了氧化应激诱导的细胞凋亡，相同条件下吞噬聚苯乙烯微球则并未起到保护作用，而DHA池和NPD1 含量在吞噬POS的过程中显著增加，这表明，保护作用或许并不是由吞噬本身引起，而是由于它升高了游离DHA、促进了NPD1的生成。Lorena等[29]发现，为rd10小鼠口服含有多不饱和脂肪酸的抗氧化营养剂，改善了早期的视网膜功能和形态。Berson等[30]调查发现，饮食富含ω-3 LC-PUFAs的RP患者，同时服用维生素A，视力下降率在4～6年内有所降低。但Schwartz等[31]的Meta分析表示，并未在RP患者的视野、ERG、光学相干断层扫描（OCT）等方面发现使用DHA和维生素A的明显疗效。为X连锁性RP的患者补充DHA，也没有明显观察到视锥或视杆细胞功能丧失的减缓[32]。尽管ω-3脂肪酸在理论上有充足的理由可被用于RP等视网膜变性疾病的治疗，但仍然缺乏令人信服的临床疗效证明。

3.1.3 3 型Stargardt病 Stargardt病是一种常染色体显性遗传病，以双眼对称性黄斑萎缩性变和进行性中心视力下降为主要症状，其中3 型Stargardt病（Stargardt disease-3，STGD3）与ELOVL4 的基因突变密切相关。ELOVL4 是促VLC-PUFAs生成的碳链延长酶，光感受器中的ELOVL4缺失时，VLC-PUFAs的水平显著降低，sn-1 位置上的VLCPUFAs缺乏将直接导致膜功能异常。而同为延长酶家族的ELOVL2 活性受到抑制时，小鼠提早出现了视力下降和视网膜老化的症状[6]，并出现了RPE下沉积，这在病理上加强了ω-3 VLC-PUFAs与AMD的联系。然而由于VLC-PUFAs结构的不稳定性，它们很难被大量生产储存，提供DHA与EPA等是补充VLC-PUFAs的另一种方案。Prokopiou等[33]用DHA和EPA降低了Stargardt病Abca4-/- 小鼠模型中的A2E、脂褐素颗粒和C3水平，与疾病的减缓程度一致。早期STGD3患者持续补充DHA 4个月后，其视觉功能在主观上（视功能指数量表VF-14评分）和客观上（ERG）都有相应改善，与其血浆DHA增加的水平保持一致[34]。但在实际临床治疗中，不同的底物类型、延长酶种类、反应过程以及如光刺激等反应条件都会影响VLC-PUFAs的生成效率，如何有效补充视网膜中VLC-PUFAs含量，仍是一个待解决的问题。

3.2 缺血缺氧、氧化应激及炎症性视网膜病

3.2.1 糖尿病视网膜病变 在糖尿病患者的视网膜中，BRB的严重破坏激活了自身免疫反应，活性氧、促炎分子及VEGF的释放增加，以出芽方式产生的新生血管十分脆弱，不仅不能提供有效灌注改善缺氧，反而会进一步加重出血和渗漏，从而导致玻璃体积血、机化和糖尿病性黄斑水肿（Diabetic macular edema，DME），引发牵拉性或浆液性视网膜脱离。尽管针对DR已有如玻璃体腔注射抗VEGF药物等有效的治疗手段，但仍有必要进一步寻求更加优化的早期方案。糖尿病患者体内糖脂代谢紊乱，LC-PUFAs的酶代谢途径改变，口服ω-3 LC-PUFAs作为一种低风险、低价格、使用方便的营养补充剂，十分有望成为DR患者的常规治疗手段。

ω-3 LC-PUFAs可通过多种机制在高糖环境中保护视网膜。Saenz等[35]观察到经EPA和DHA孵育后的ARPE-19细胞中活性氧和TNF-α产生明显减少，这可能是ω-3 LCPUFAs诱导保护性膜蛋白小窝蛋白-1 的表达增加所致。Dátilo等[36]给糖尿病小鼠喂养富含ALA的亚麻籽油，其血清和视网膜中的VEGF和IL-6水平降低到接近正常，BDNF和抗氧化酶浓度升高。临床方面，为期7年的前瞻性实验表明[37]，每天至少摄入500 mg ω-3 LC-PUFAs的2型糖尿病患者，患严重DR的概率大大降低。ω-3 LC-PUFAs与抗VEGF药物联合治疗[38]的尝试也在进行：为玻璃体腔注射雷珠单抗的病人使用DHA补充剂进行联合治疗，与只使用雷珠单抗的对照组相比，患者黄斑中心凹厚度显著降低，DME减轻，视力呈明显改善趋势。除了对眼部的保护作用，ω-3 LC-PUFAs还可降低血浆氧化物水平[39]，改善血脂谱，促进脂肪重新分布，促胰岛素分泌，增强胰岛素敏感性[40]，有益于糖尿病患者的全身代谢，预防其他并发症发生。

3.2.2 早产儿视网膜病 ROP是早产儿出生后暴露于高氧环境导致的视网膜血管增生性疾病。初期高氧导致视网膜血管过早闭塞，随着婴儿的发育，视网膜新陈代谢及对氧气的需求增加，刺激了异常血管的产生，胰岛素样生长因子-1（Insulin-like growth factor 1，IGF-1）、VEGF和促红细胞生成素等在这个过程中扮演了重要角色。ω-3 LC-PUFAs在胎儿眼、脑发育中十分重要，早产儿失去了在母体内持续摄取脂肪酸的机会，出生后1～2 周内又不能及时得到补充，这种缺乏将促进ROP的发展。而ω-3 LC-PUFAs抑制ROP新生血管的作用已经得到证实。Fu等[41]发现，血清中DHA和EPA浓度与血清总脂联素（Adiponectin，APN）浓度呈正相关，而ROP患儿血清APN浓度明显持续低于正常婴儿，且活性形式减少了25%；之后他们分别用ω-3和ω-6 LCPUFAs喂养OIR小鼠模型，ω-3组总APN水平比ω-6组高出4.5 倍，活性形式增加了50%；在APN缺乏的情况下，ω-3对于新生血管的抑制作用由70%减少到10%，表明ω-3 LCPUFAs的作用可能由APN介导。Beharry等[42]发现，ω-3 LCPUFAs和辅酶Q10 可减少OIR小鼠体内的IGF-1、VEGF等生长因子，降低视网膜病变的严重程度。临床上接受肠内营养补充DHA的早产儿，虽然患ROP的风险与对照组无异，但进展为3期ROP的概率大大降低[43]。肠外补充鱼油乳剂可降低ROP的发生率，使贝伐单抗和激光治疗的需求减少[44]。

4 总结与展望

ω-3 LC-PUFAs作为具有抗炎、抗氧化、抑制新生血管、保护神经作用的营养补充剂，可以从多个方面实现对致盲性视网膜病的保护作用。虽然以ω-3 LC-PUFAs治疗眼底疾病的各类研究已进行许久，但研究结果尚未给出一致证据证明ω-3 LC-PUFAs适合大规模应用于临床，其用药方式、类型配比、局部浓度等可能影响疗效的具体因素仍具有重要研究意义。ω-3 LC-PUFAs作为补充治疗手段，与维生素A、维生素C、nrf2 激活剂及抗VFGF药物等的联合治疗方式也尚未确定。但随着研究的深入和技术的进步，ω-3 LC-PUFAs十分有潜力成为某些视网膜疾病的治疗或辅助治疗手段。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 王捷：收集数据，参与选题、设计及资料的分析和解释；撰写论文；根据编辑部的修改意见进行修改。韩国鸽：参与选题、设计，修改论文中关键性结果、结论，根据编辑部的修改意见进行核修。韩泉洪：修改论文中关键性结果、结论，根据编辑部的修改意见进行核修