氧化应激在青光眼发病中的作用及天然药物治疗新进展

向圣锦，张富文，段俊国

青光眼是一组由病理性眼内压升高或者视神经血流灌注压降低等多种因素引起的视神经退行性疾病，是导致不可逆性致盲性眼病的第二大病因[1]。目前全球有超过6000 万的青光眼视神经损害患者，其中有840 万人因此失明。预计到2020 年，全球的青光眼患者会增加至7600 万人，并导致1120 万人失明[2]。越来越多的研究[3]表明，氧化应激损伤与青光眼密切相关，氧化应激反应增强、活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生增多在青光眼的发生发展中发挥了重要的作用。ROS 可以通过损伤小梁网、视乳头及视网膜而导致眼压升高、引起组织氧化应激反应，最终导致视网膜神经节细胞（retinal ganglial cells，RGCs）凋亡[4]。同时，大量实验研究[5]已经证实，抗氧化应激天然药物对于青光眼视神经损伤具有较好的保护作用。现就氧化应激在青光眼发病中的作用及抗氧化损伤天然药物防治青光眼的研究进展综述如下。

1 氧化应激及其标记物

氧化应激是指机体内氧自由基的产生与清除失衡，导致氧自由基在细胞内蓄积引发蛋白质、脂质、DNA 等大分子被氧化损伤，从而造成细胞、组织损伤的状态[3]。ROS 是造成氧化应激的主要原因，生理状态下，ROS 的浓度很低，是参与细胞信号转导的重要物质，可调节机体免疫炎症因子的产生[4,6]；而抗氧化物则发挥保护作用，维持促氧化系统与抗氧化系统处于相互协调的平衡状态。当促氧化物大量产生或抗氧化物不足时，则会导致氧化应激反应出现。过量的ROS 一方面可以攻击蛋白质、脂质、DNA 等生物大分子，造成细胞死亡或组织结构改变；另一方面可攻击线粒体，造成线粒体功能紊乱而损伤细胞[6]。

过量的ROS 攻击生物大分子的氧化产物，可间接反映氧化应激的发生及一段时间内的损伤程度[7]。ROS 攻击蛋白质，可氧化氨基酸，改变空间结构，使蛋白质丧失正常的生理功能，产生晚期蛋白质氧化产物。ROS 攻击脂质，可氧化细胞膜表面的脂质，造成细胞膜结构和性质的改变，形成正构醛、丙二醛（malondialdehyde，MDA）等产物。其中，MDA 是主要的脂质过氧化物之一，其含量可反映一段时期内氧化应激反应的变化[8]。ROS 攻击DNA，可修改嘌呤和嘧啶的碱基，干扰DNA、RNA 复制，影响正常的细胞功能，形成8-羟基脱氧鸟苷酸（8-hydroxy-2’deoxyguanosine，8-OHdG）等氧化产物，是反映DNA 氧化损伤的良好标志物[3]。

为防止促氧化物对机体的损伤，体内同样也存在着完善的抗氧化系统来防御氧化损伤。抗氧化系统由酶类和非酶类抗氧化物两大组分构成，酶类抗氧化物即抗氧化酶，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶 （glutathione peroxidase，GPX）、谷胱甘肽转移酶（glutathione transferase，GST）等。SOD是调节氧自由基的重要抗氧化酶，它可以使毒性最强的O2-自由基歧化为氧和水，清除活性ROS[6]。CAT 可以直接催化H2O2，将其分解成H2O 和O2，保护细胞免受H2O2的毒性作用[3]。GPX 则需以谷胱甘肽（glutathione，GSH）为辅因子，才能催化H2O2分解成H2O 和O2[3]。GST 主要存在于细胞质中，它以还原型GSH 为辅因子，清除氧化应激反应产生的毒性产物[6]。非酶类抗氧化物包括有GSH、维生素C、维生素E 等。GSH 是体内所有细胞均可合成的一种重要抗氧化剂，可直接清除自由基，同时作为GST 的辅因子，调节H2O2、脂质过氧化物的新陈代谢，保护细胞免受ROS 的损伤。GSH 还可辅助维生素C 和维生素E 维持还原态，确保细胞的抗氧化能力[4]。

2 氧化应激与青光眼

眼部ROS 的来源途径有阳光照射、线粒体呼吸作用、细胞代谢等，其中线粒体呼吸链是产生ROS 的主要来源途径；而眼部的房水、小梁网、视网膜等部位中，广泛地存在着SOD、CAT 等抗氧化成分[9]。生理情况下，促氧化与抗氧化系统共同维持眼组织细胞内环境的平衡和小梁网、视网膜细胞的正常功能。一旦这个平衡被打破，过多的ROS 通过损伤小梁网、视乳头及视网膜而导致眼压升高、引起组织氧化应激反应，最终导致RGCs 凋亡[4]。一些青光眼临床及实验研究发现，在患者及动物模型血清、房水、小梁网、视网膜、视神经等部位存在各类氧化应激标记物的异常改变，证实氧化应激在青光眼发病中起重要作用[10]。

2.1 房水成分改变及小梁网损伤

氧化应激导致房水中成分的改变是青光眼发病的原因之一。研究[3,11]发现，原发性开角型青光眼（primary open-angle glaucoma,POAG） 患者房水中存在氧化应激损伤产物，如SOD、CAT、GPx，且房水中整体抗氧化状态也明显下降。同样，在青光眼患者的小梁网组织、房水和外周血标本中，NO 的浓度升高并伴有MDA 及其他脂质过氧化物增加，且8-OHdG的水平明显高于对照标本[11-12]，提示青光眼患者前房内及全身均存在氧化应激损伤。

小梁网退行性改变也参与了青光眼的病理损害。POAG患者小梁网中的ROS 水平高于正常人[13]，ROS 水平与人类小梁网变性及随后的眼压升高和青光眼有关[8,13]，且小梁网中的氧化性DNA 损害与眼压升高及视野缺损程度有显著的相关性[3]。有研究[14]提示，大量的ROS 攻击小梁网上皮细胞，造成小梁网细胞损伤及结构改变而使房水流出受阻，眼压升高。升高的眼压也会作用于小梁网，破坏小梁网细胞，进一步影响眼压，形成恶性循环。同时，小梁网细胞一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）的表达和活性均较正常人增加，NOS能导致小梁网组织内过氧化亚硝酸盐水平增加，进一步说明POAG 患者小梁网内亦遭受氧化损伤[10]。因此，小梁网局部区域ROS 为最基本的致病因素，通过减弱局部的抗氧化活动，引起小梁网细胞损伤，导致眼压升高，并可能最终导致RGCs 死亡。

2.2 视网膜、视神经损伤

青光眼视网膜和视神经损伤过程中氧化应激也起了一定作用。Chrysostomou 等[15]证实，在青光眼患者的视神经、房水和视网膜组织中，都存在ROS 含量明显升高的现象。过量的ROS 可损伤视网膜及视神经导致RGCs 凋亡。有学者[16]在急性高眼压小鼠模型中发现，高眼压后数小时内RGCs 即发生氧化损伤，说明氧化损伤在青光眼视神经病变早期即产生了影响。在烧灼上巩膜静脉诱导的高眼压大鼠模型中，视网膜表现出活性氧产生增多和脂质过氧化物增加[17]。在实验[18]诱导猴高眼压模型中发现，其视网膜存在氧化损伤，包括抗氧化酶活性下降，光感受器外节蛋白、白蛋白以及具有抗氧化作用的铁蛋白含量均明显增加。这些改变可直接导致RGCs 的损伤甚至死亡，继之引起一系列青光眼神经受损改变。

在青光眼的发展过程中，最重要的病理改变是RGCs 的损伤，氧化应激与此有关。在SOD1 基因敲除小鼠RGCs 中，ROS 表达增加，且RGCs 变性先于视网膜其他层的变性，说明RGCs 比其他神经元更易受氧化应激的影响[19]。过量的ROS在视网膜处对视神经细胞造成氧化损伤，一方面可以通过Caspase 级联的外源性凋亡而引起；另一方面可通过破坏线粒体功能致使RGCs 发生内源性凋亡[15]。线粒体失调还可以反过来导致ROS 的产生增多，加重RGCs 及组织氧化损伤。因此，一旦线粒体功能紊乱，则会进一步生成ROS，形成恶性循环，导致ROS 倍增[15]。同时，眼压升高还可以通过降低抗氧化酶 （包括SOD、GPX 和CAT） 的活性而引起RGCs 氧化应激，并与RGCs 死亡有关[16]。此外，在青光眼视网膜中存在着硫氧还蛋白-1（thioredoxin-1，Trx-1）和硫氧还蛋白-2（thioredoxin-21，Trx-21）水平的下降，它们在调节氧化应激中起着关键作用，这些蛋白的过度表达有利于RGCs 生存[20]。

高眼压会压迫视网膜造成缺血、缺氧，使细胞代谢出现障碍，ROS 生成过多，引起氧化损伤，累及RGCs 并造成其凋亡[21]。除了缺血缺氧直接造成RGCs 损伤以外，缺血再灌注损伤也会加重氧化应激诱导的RGCs 凋亡[22]。缺血、缺氧以及缺血再灌注损伤过程中，自由基和脂质过氧化产物增多并促进RGCs 凋亡。大量的自由基还可以激活N-甲基-D-天冬氨酸受体，使线粒体产生大量过氧化物，这些过氧化物与NO 结合，导致细胞凋亡。

组织低氧应激也与氧化损伤所致RGCs 变性有关。低氧诱导因子-1α（hypoxic inducible facter 1α，HIF-1α）是一种O2调节的转录激活因子，可诱导多种转录因子的表达，包括促红细胞生成素、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、诱导型NOS 等，它们的蛋白质产物增加可促进代谢以适应缺氧。在H2O2诱导的氧化应激损伤中，RGC-5细胞中HIF-1α 表达上调[23]。在RGCs 变性过程中，HIF-1α 在人青光眼中的表达更为明显；HIF-1α 免疫应答不仅存在于视神经中，而且存在于青光眼的视网膜中，支持青光眼组织缺氧的发生。长期低氧暴露条件下，可诱导视网膜促凋亡信号分子p53 和Caspase 等的激活。这些表明，青光眼的低氧应激参与氧化损伤导致RGCs 凋亡。

3 天然抗氧化药物与青光眼视神经保护

氧化应激在青光眼的发生发展过程中起着重要作用，因此通过抗氧化剂抑制ROS 的生成、清除自由基、增强抗氧化防御系统的功能，可能对青光眼视神经损害具有一定的保护作用。一些天然药物及其提取物在实验中证实具有较好的神经保护效果，且能通过抑制氧化应激有效抑制RGCs 凋亡；另一些具有抗氧化活性的药物也有视神经保护效果，理论上也可能是通过抗氧化损伤作用达到保护RGCs 的效果。

3.1 已发现通过抗氧化作用保护视神经损伤的天然药物

这类药物不仅具有青光眼视神经保护作用，而且已有实验证实主要或部分通过抗氧化损伤作用抑制RGCs 凋亡的。目前发现的这类天然药物主要有枸杞子、灯盏细辛、银杏叶、川芎、丹参、剌蒺藜等中药及其提取物。银杏叶主要成分含有黄酮类和二萜内酯化合物。大量研究[24]表明，银杏叶及其提取物具有消除自由基，减轻氧化损伤的作用。在急、慢性高眼压动物模型中，银杏叶提取物能显著提高RGCs 存活率，促进轴突再生，对抗高眼压状态下视网膜组织中产生的自由基的损害而抑制RGCs 凋亡，其作用机制可能与减少Ca2+内流，提高基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表达及抑制NOS，从而减少NO 合成等有关[25]。临床研究[26]也提示，长期服用银杏叶提取物可延缓正常眼压性青光眼 （normal tension glaucoma，NTG）患者视野丢失。枸杞子主要成分枸杞多糖、类黄酮等均具有良好的抗氧化功能，可以提高抗氧化酶的活性，清除自由基，降低脂类、蛋白质和DNA 过氧化物的产生，保护多种原因导致的RGCs 损伤，提高RGCs 存活率[27]。同时，在H2O2诱导的RGCs 氧化应激损伤模型中，枸杞多糖能降低细胞内ROS 的水平，阻断NOS 的合成，减少NO 的释放，抑制RGCs 凋亡，对氧化应激诱导的RGCs 损伤发挥保护作用[28]。

一些天然药物活性成分也被证实可以保护氧化应激诱导的青光眼视神经损伤，如没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate，EGCG）是从我国绿茶中提取的一种多酚成分，具有很强的抗氧化功效，是最强的自由基清除剂之一[29]。实验[29]发现，EGCG 可以抑制慢性高眼压模型大鼠RGCs 凋亡，对RGCs 具有神经保护作用。在外源性ROS 造成RGCs损伤模型中，EGCG 可以明显减少细胞内ROS 的生成，缓解氧化应激诱导的细胞凋亡[29]。同时，EGCG 还可以影响RGCs 轴突的发育，增加轴突丝状足的数量，稳定神经元之间的链接和轴突生长方向[30]。花青素是一种广泛存在于自然界植物中的多酚化合物，具有极强的抗氧化活性和自由基清除能力。原花青素可以提高急性高眼压模型大鼠视网膜组织中SOD活性，降低MDA、NO，减轻视网膜组织水肿，减少RGCs 凋亡[31]。在H2O2诱导RGCs 氧化损伤过程中，花青素代谢产物原儿茶酸可以抑制RGCs 凋亡[32]。阿魏酸是当归和川芎等中药的水溶性单体成分，具有抗炎、抗氧化等作用。实验[33]发现，阿魏酸能有效提高RGCs 活性，在线粒体水平对RGCs 代谢起双相调节作用。在急、慢性高眼压动物模型中，阿魏酸钠能通过降低视网膜组织MDA 含量，提高SOD 活性，对高眼压导致的视网膜氧化应激损伤起一定的保护作用[34]。

3.2 可能通过抗氧化作用保护视神经损伤的天然药物

这类天然药物及其活性成分具有显著的抗氧化损伤作用，且能保护各类因素导致的RGCs 凋亡，理论上，这类药物可能是通过抗氧化损伤作用保护高眼压诱导的RGCs 凋亡。实验[35]发现，这类天然药物主要有姜黄素、红景天苷、刺五加、金丝桃素、三七总苷、人参皂苷Rg1、苦参碱等。姜黄素是姜黄、莪术等姜黄属植物的主要活性成分之一，现代研究[36]表明，姜黄素具有抗炎、抗氧化以及神经保护等作用。在体内外实验中发现，姜黄素对星形孢菌素诱导的RGCs 凋亡具有抑制作用，机制可能与其抑制视网膜内蛋白水解酶有关[36]。红景天苷是红景天的主要成分，具有神经保护、抗氧化等多种作用。实验[37]发现，在多种神经退行性疾病中，红景天苷可以较好的保护氧化应激导致的神经元损伤。在N-甲基-D-天（门）冬氨酸（n-methyl-d-aspartate，NMDA）诱导的谷氨酸兴奋性毒性RGCs 损伤模型，红景天苷可以呈剂量依懒性的抑制RGCs凋亡，具有视神经保护作用[38]。

4 小结与展望

综上所述，在青光眼患者及实验动物小梁网组织、房水、视网膜、视神经以及外周血标本中，均发现大量氧化应激及氧化损伤标志物，有力证明了氧化应激在青光眼的发病及疾病进展过程中起着重要作用。急、慢性高眼压、谷氨酸兴奋性毒性、胶质细胞活化等青光眼危险因素导致过量的ROS 在视网膜、小梁网等眼部组织聚集，引起氧化应激反应，并最终导致RGCs 凋亡。然而，氧化应激在青光眼性视神经病变中的分子机制还不是十分清楚，氧化应激对青光眼发生发展的实际影响也还需要进一步阐明。

正是因为氧化应激在青光眼发病机制中起着重要的作用，抗氧化治疗显然对青光眼视神经保护具有潜在的重要意义。许多天然药物、天然药物提取物及其有效成分具有良好的抗氧化作用，通过研究其对RGCs 的保护作用，有助于阐明其作用机制，发挥中医学在视神经保护的优势。但目前多数抗氧化治疗对青光眼视神经损害的保护价值还停留在试验阶段，抗氧化治疗的实际临床价值还有待进一步验证。