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人视网膜色素上皮细胞凋亡的研究综述

作者: 发布时间:2020-01-21 13:44:22 阅读: 42 次

【摘要 了解人视网膜色素上皮细胞的结构及功能,光对眼组织的影响及视网膜光损伤的机制,蓝光致人RPE细胞凋亡的机制及细胞相关成分变化,探讨蓝光损伤RPE细胞的研究历史及未来展望。

【关键词】 眼损伤  ;蓝光 人视网膜色素上皮细胞; 细胞凋亡

 

最简单的光检测器官是由两种类型的细胞:光敏感的感光细胞和色素细胞组成。这两种类型的细胞一起出现在动物王国中的每只眼睛包括昆虫、软体动物到高等脊椎动物。色素细胞和光感受器细胞的相互作用对视觉功能是必不可少的。在胚胎发育过程中,互相依赖的感光层和视网膜色素上皮细胞(RPE)层的功能分化已经开始。当发育中的RPE和神经视网膜之间的通信被中断的RPE细胞能够形成一个多层的视网膜样本身的结构。

在脊椎动物眼睛的视网膜色素上皮细胞位于感光细胞和脉络膜之间。这是一个六角形,紧密连接,单层排列的细胞,包含有色素颗粒和吞噬小体吞噬的视网膜光感受器外节消化的细胞器。细胞的基底部附着在高度专业化的多层Bruch膜之上。

一、RPE细胞的主要功能:

1、对眼球的保护功能,主要是由黑色素并可吸收光线来使其免受氧化来完成;2、转运和吞噬功能,通过RPE内的离子通道及载体和碳酸酐酶有利于保持神经视网膜层内的电解质和酸碱平衡。吞噬小体吞噬的视网膜光感受器外节消化的细胞器,有利于其再生和繁殖;3、制造出多种神经营养因子并参与整个维生素A的代谢过程:通过RPE细胞视黄醇进入感光细胞外节,经视黄醛还原酶,且与视蛋白两者相结合,从而产生感光细胞里面的视紫质。而血管内皮细胞生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)等对于促进眼球的生长和发育,保护神经细胞以及维持眼内的免疫状态有一定作用。

二、光的一般特性:

太阳光线包括红外线(7501000rim)、可见光(400-750nm)Uv(100-400nm)。特定的光刺激人眼而引起视觉。可见光范围为400nm-700nm,对视网膜视锥细胞的光色素进行光谱敏感度的研究显示,吸收的波长峰值在430nm540nm575nm,分别是蓝色、绿色和红色敏感的视锥细胞,故人可以看到不同的颜色,当一物体含有光色素,吸收特异波长、选择性的反射或透射光线的某一波长就呈现出了不同的颜色【1】,白色就是不同可见光混合而成,蓝光对视网膜的光损伤比红光大,就是由于蓝光波长相比红光较短,而光子能量较大,光子的能量和光的波长分界点大约在510nm,二者相关,低于510nm光的波长和视网膜光损伤可能有直接的关系,波长越短,损伤就可能越大。

三、 光对眼组织的影响及视网膜光损伤的机制:

通常紫外线很少量可到达视网膜,则大部分可通过眼屈光间质并且到达视网膜的包括可见光及红外线,这是因为人的角膜可吸收波长<295nmUV部分,Bottncr等报道,正常眼球里角膜可阻挡波长<300nm的近紫外光进入眼内避免其带来的潜在危害;通过吸收一部分波长小于400nmUV,位于正常晶状体内,谷胱甘肽-3-羟基尿素糖苷保护视网膜免受紫外线引起的损伤。光刺激导致光信号的形成,但暴露于强光下则可导致各种眼部疾病。

通过近30年大量的学者对于视网膜光损伤及其相关机制的研究,考虑视网膜光损伤的原因包括:(1)光化学损伤是由不引起明显温度升高的相比来说较长时间的低能量光照所导致的;(2)组织内各种不同的蛋白质成分(还有酶系统)产生变性凝固导致损伤,主要是高能量被组织吸收转化成热能导致局部组织里的温度升高而且比体温有一定的限度时还高时致热损伤;(3)极少时间里让组织承受较强光照射从而组织在刺激下发生了瞬间变化致机械性的损伤。

虽然至今对光化学损伤的具体机制并不完全清楚,但蓝光对RPE细胞损伤的原因主要考虑为光化学损伤,其中脂褐素、线粒体和黑色素发挥了重要作用。

1、脂褐素介导蓝光损伤

RPE细胞内的脂褐素含有76种蛋白质和脂质,由蛋白质和脂质残渣经铁诱导的氯化/聚合反应生成,目前确认的主要荧光基团是:A2E,在RPE细胞内,A2E能增强RPE对蓝光的敏感性,是光损伤的启动因子,诱导单分子氧、超氧阴离子和H202的生成引起RPE细胞损伤,并与RPE的损伤程度直接相关【5】。RPE细胞内的脂褐素可诱导蓝光对RPE细胞的损伤已经研究证实。

2 蓝光对线粒体的损伤

线粒体对调控细胞凋亡起起始开关作用,且合成细胞能量。蔡善君等研究证实蓝光照射致体外培养的人RPE细胞损伤过程与线粒体膜电位降低、细胞色素C(cytochrome Ccytc)释放相关【2】。ThompsonYang等研究认为细胞色素氧化酶的活性可以被蓝光抑制【3】。Hansson等【4】研究发现通过线粒体,蓝光导致细胞凋亡的整个过程大概是:蓝光光照时,通过电子呼吸链,来自于线粒体,吸收并产生自由基,降低了线粒体膜中ATP酶的活性,从而降低了跨膜电位,抑制了线粒体膜离子的互相交换,开放了线粒体的通透性转交孔,并且释放死亡促进因子如:凋亡诱导因子、凋亡蛋白酶激活因子、CytCCaspase。在兰磷酸腺苷存在的情况下,CytC与凋亡蛋白酶激活因子结合形成凋亡蛋白酶激活因子-CytC多聚复合体,通过蛋白一蛋囱相互作用募集胞质中的Caspase-9Caspase-3Caspase-7。通过Bcl-2调节, Caspase-9酶原之间彼此接近自我剪切导致激活化,Caspase-7Caspase-3激活,使Caspase瀑布式级联反应开启导致细胞凋亡。由于ATP酶活性被自由基明显降低,钾离子、氯离子、钠离子重新分布于细胞内外, 细胞外Na减少,增加渗透压,导致细胞内水分增加致变性。由于高渗透肿胀致线粒体基质的外膜损坏,跨膜电位崩坏并释放出较多的CytC,阻挡了电子传递链,ATP的产量下降,活性氧增加,以致无法维持能量供给细胞走向坏死。因此,蓝光通过凋亡和坏死两种方式作用于线粒体从而引起RPE细胞死亡。

3、黑色素在蓝光损伤中的作用

RPE细胞内的黑色素是视网膜RPE细胞的光损伤防护因子,并被认为是视网膜的一种抗氧化剂,主要包括两方面:一方面黑色素能够吸收可见光光予的能量,使之转化成热量释放,减少其对视网膜的光化学损伤【6】;另一方面中和ROS和活性自由基,减少其对视网膜的氧化损伤【7】。但是黑色素小体的光致漂白后,通过ROS明显产生增多,光损伤RPE细胞.8】  

隧着年龄增加,人体内RPE细胞内脂褐素含量逐渐增加,黑色素含量不断减少,线粒体功能逐渐衰退,RPE细胞对蓝光损伤变的更加敏感且难以修复。而这些年龄相关性转变,可以说一定的促进了一部分老年性疾病整个发生及发展(如AMD)。因此,我们以减低视网膜光损伤及其相关疾病的发病率,可以规划有用的预防和有效的治疗措施,在探讨视网膜光损伤的生理及病理发生机制上均有重要意义。本研究仅仅初步探讨了蓝光对RPE细胞的作用,但视网膜光损伤是一个很复杂的过程,涉及多种蛋白、酶的参与。我们需要做更深层次及进一步的研究,揭示蓝光与细胞损伤之间的本质关系。从而更好地为临床服务。

                  参考文献

1Paul Riordan-Eva..Vaughan&Asbury's General Ophthalmology .人民卫生出版社 第16

2】蔡善军,严密,张军军等.蓝光对人视网膜色素上皮细胞线粒体膜电位及细胞色C的影响阴.四川大学学报:医学版,200536(1)-5759

3Yang JI-IBasingcr SF,Gross let a1Blue Ught?induced generation of reactive oxygen Specil in photoreceptor ellipsoids requires mitochondrial dcctron transport[J]1nvot Ophthalmol Vis Sci200344(3)1 3 121 3 19

4Hansson MJPersson TFriberg Het a1Powerful cyclosporin inhibition of calciuminduced permeability transition in brain mitochondria[J]Brain Res

2003960(12)99?1 11

5Sparrow JR,Nakanishi K Parish CAThe lipofusein fluorophore A2E mediates blue light-induced damage to retinal pigmented epithelial cells[J]Invest

Ophthalmol Vis Sei200041(7)1 981-1 989

6】陈晓莉,唐罗生等 蓝光对离体培养人视网膜色素上皮细胞结构、吞噬功能及bc1-2表达的影响.医学临床研究,20051567-1570

7Dillon JZheng LMerriam JCGaillard ERTransmission of light to thenghuman retinapossible implications for age related macular degeneration[J]Exp Eye Rcs200479(6)753-759

8Zareba MSzewczyk Q Sama T'et a1Effects of photodegradation on the physical and antioxidant properties Of melanosomes isolated from retinal pigment epithelium[J]Photochem Photobiol200682(4)1024-1029