硒及硒蛋白在眼部疾病的生物學(xué)功能研究進(jìn)展

王春苗，冉瑞金

0引言

硒普遍存在于自然界中，是哺乳動(dòng)物必需的一種微量元素，存在于人體多個(gè)組織及器官中，主要以硒代半胱氨酸的形式合成硒蛋白來(lái)發(fā)揮其重要生物學(xué)功能。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)24種鼠和25種人的硒蛋白基因[1]。由于硒在提高機(jī)體免疫力、改善心肌營(yíng)養(yǎng)、減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)等代謝方面發(fā)揮著重要作用，且硒在人體內(nèi)的有益劑量寬度極窄，目前對(duì)硒及硒蛋白的重要生物學(xué)功能已成為一大研究熱點(diǎn)。眼作為人體的重要視覺(jué)器官，也是人體最富含硒的代表性器官之一，研究發(fā)現(xiàn)硒及硒蛋白在眼部通過(guò)不同作用方式發(fā)揮著重要生物學(xué)功能，本文從硒及硒蛋白在眼表疾病、白內(nèi)障、眼底疾病、甲狀腺相關(guān)眼病的生物學(xué)功能研究方面進(jìn)行總結(jié)。

1硒及硒蛋白在眼表疾病中的作用

多種眼表疾病發(fā)病機(jī)制的中心環(huán)節(jié)均涉及到氧化應(yīng)激反應(yīng)，且眼表組織含硒濃度較高，所以硒及硒蛋白在眼表疾病特別是免疫性眼表疾病中的抗氧化作用已經(jīng)成為研究焦點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)角膜、虹膜、晶狀體和視網(wǎng)膜中硒的濃度為0.23～0.41μg/g，而房水中硒的濃度為0.008μg/mL，比血漿中硒的濃度(0.21μg/mL)低得多，房水中蛋白質(zhì)的濃度約為血漿的1.0%[2]，這為硒及硒蛋白在眼表疾病中的研究奠定了基礎(chǔ)。

硒及硒蛋白在預(yù)防角膜炎，促進(jìn)角膜修復(fù)等方面發(fā)揮著重要作用。適量的硒在預(yù)防角膜疾病中發(fā)揮重要作用，隨著角膜接觸鏡的廣泛使用，角膜接觸鏡相關(guān)角膜炎發(fā)病率逐漸升高，Mathews等[3]研究發(fā)現(xiàn)配戴角膜接觸鏡細(xì)菌增殖誘發(fā)的眼表炎癥，可通過(guò)在角膜接觸鏡表面涂上活性硒，利用其超氧化反應(yīng)減輕角膜炎的發(fā)生。硒不僅在預(yù)防角膜炎中起著重要作用，并且在促進(jìn)角膜愈合，防止角膜潰瘍等方面也發(fā)揮著重要作用。Sieradzki等[4]在角膜炎的兔眼模型中，運(yùn)用維生素E硒溶液能夠加速角膜潰瘍的愈合證實(shí)了這一重要作用。同樣的，許多硒蛋白也對(duì)不同類型的角膜炎起著促進(jìn)修復(fù)等作用。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)作為最常見(jiàn)的硒蛋白，在機(jī)體內(nèi)廣泛存在，是一種重要的過(guò)氧化物分解酶，Petrovich等[5]發(fā)現(xiàn)激活GPx活性可減輕單純皰疹病毒性角膜炎的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。然而，Karcioglu等[6]通過(guò)觀察1例長(zhǎng)期患有皰疹性角膜炎患者的角膜，發(fā)現(xiàn)其組織中硒的含量很少，具體原因現(xiàn)不明確，推測(cè)這可能與長(zhǎng)期抗氧化作用導(dǎo)致的硒耗竭有關(guān)。Kot等[7]在兔棘阿米巴角膜炎組織中發(fā)現(xiàn)眼組織中的GPx活性顯著降低，推測(cè)抗氧化酶的失衡可能在棘阿米巴角膜炎的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。Hua等[8]證明活性氧(reactive oxygen species，ROS)誘導(dǎo)的氧化損傷通過(guò)p38 MAPK途徑抑制了谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1(GPx1)的活性，參與了真菌性角膜炎的發(fā)病，這也說(shuō)明了GPx1在真菌性角膜炎發(fā)病中的重要作用，與Leema等[9]研究結(jié)果一致。

干眼是淚液質(zhì)或量的改變導(dǎo)致眼部不適，各種類型的干眼發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。目前針對(duì)各種類型干眼的特效藥較少，由于硒及硒蛋白獨(dú)特的免疫抑制、抗氧化應(yīng)激作用，其在干眼發(fā)病、治療方面同樣發(fā)揮著重要作用。Higuchi 等[10-11]發(fā)現(xiàn)淚液中含有豐富的硒蛋白P(selenoprotein P，SeP)，推測(cè)淚液中SeP是保護(hù)眼表細(xì)胞免受環(huán)境氧化的關(guān)鍵分子，為眼表上皮提供硒，并維持眼表微環(huán)境，由此開(kāi)發(fā)出了含硒化合物的眼藥水，并研制出Se-COMP滴眼液作為治療角膜疾病的新藥。同時(shí)，自體血清治療免疫性干眼的治療作用已經(jīng)得到了廣泛印證，血漿中含有大量的SeP，通過(guò)提取自體血清，制成含有豐富SeP的眼藥水應(yīng)用于干眼大鼠模型，證實(shí)SeP治療干眼的有效性[12]。由于GPx1在結(jié)膜及瞼板腺組織中廣泛表達(dá)，其同樣在維持正常眼表微環(huán)境中發(fā)揮了重要作用，研究發(fā)現(xiàn)GPx同樣也參與了不同類型免疫性干眼的發(fā)病，其可作為下游信號(hào)分子提示干眼的程度、預(yù)后及轉(zhuǎn)歸[13-14]，硒化合物如硒-乳鐵蛋白通過(guò)乳鐵蛋白受體進(jìn)入角膜上皮細(xì)胞中發(fā)揮干眼的治療作用[15]。

綜上，硒及硒蛋白通過(guò)多種方式參與了真菌性角膜炎、單純皰疹病毒性角膜炎、棘阿米巴角膜炎、干眼等眼表疾病的發(fā)病，這為以后的靶向性治療提供了新方向，但其作用的具體通路尚未研究成熟，仍待進(jìn)一步深入研究。

2硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的作用

白內(nèi)障的發(fā)病機(jī)制與晶狀體上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激、晶狀體蛋白的糖基化等多種作用有關(guān)，其中氧化應(yīng)激是其重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，晶狀體中硒含量豐富，硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的抗氧化應(yīng)激方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

硒及硒蛋白通過(guò)保護(hù)晶狀體上皮細(xì)胞、減輕蛋白質(zhì)異常折疊等多種方式參與白內(nèi)障的發(fā)病。研究發(fā)現(xiàn)暴露于高濃度硒中的斑馬魚(yú)產(chǎn)生的下一代晶狀體中有較高的硒濃度，并且是首先出現(xiàn)高硒濃度的數(shù)個(gè)組織器官之一，這說(shuō)明硒及硒蛋白在晶狀體疾病中有著重要作用[16]。Langford-Smith等[17]通過(guò)質(zhì)譜法檢測(cè)晶狀體組織，發(fā)現(xiàn)在晶狀體組織中硒含量隨年齡的增加而顯著減少。許多研究者從基因?qū)用骝?yàn)證了各種不同類型的硒蛋白在白內(nèi)障中的重要作用，Post等[18]分析了年齡相關(guān)性白內(nèi)障患者血清硒水平和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因1和4(GPX-1和GPX-4)之間的相關(guān)性，認(rèn)為血清硒降低可能是年齡相關(guān)性白內(nèi)障的潛在危險(xiǎn)因素。Dai等[19]研究了硒蛋白R(shí)(selenoprotein R，SelR)基因敲除對(duì)d-半乳糖誘導(dǎo)的晶狀體上皮細(xì)胞凋亡的影響，顯示siRNA引起的d-半乳糖和SelR基因敲除均能引起氧化應(yīng)激，結(jié)果表明SelR可能參與保護(hù)晶狀體上皮細(xì)胞線粒體并減輕凋亡，這表明硒作為微量營(yíng)養(yǎng)元素可能在晶狀體上皮細(xì)胞中起重要作用。也有研究認(rèn)為通過(guò)上調(diào)SelR的表達(dá)可保護(hù)晶狀體上皮細(xì)胞，對(duì)抗ROS和氧化蛋白的生成[20]，這與Marchetti等[21]研究結(jié)果一致。硒蛋白15(the 15-kDa selenoprotein，Sep15)作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白，調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中糖蛋白折疊，Kasaikina等[22]認(rèn)為白內(nèi)障可能是由Sep15缺乏引起的晶狀體蛋白折疊異常引起的。同時(shí)，后發(fā)性白內(nèi)障也與硒蛋白有關(guān)，硒代半胱氨酸涂層的人工晶狀體可降低后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生[23]。

多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)硒及硒蛋白在白內(nèi)障中的重要作用，但硒及硒蛋白通過(guò)何種信號(hào)通路發(fā)揮作用研究尚不成熟，Zhu等[24]發(fā)現(xiàn)硒在保護(hù)人晶狀體上皮細(xì)胞(human lens epithelial cells，HLECs)免受1，2-二羥基萘誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用，但與磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)/蛋白激酶B途徑關(guān)系不大。Jia等[25-26]認(rèn)為MsrB1可能通過(guò)抑制F-肌動(dòng)蛋白和介導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)失活、抑制caspase-3的活化和DNA的氧化損傷等來(lái)保護(hù)晶狀體上皮細(xì)胞。

上述研究均揭示硒及硒蛋白對(duì)白內(nèi)障的重要影響，但要將硒產(chǎn)品運(yùn)用于臨床仍任重而道遠(yuǎn)，補(bǔ)充硒可能通過(guò)減輕晶狀體中的氧化應(yīng)激反應(yīng)而減慢白內(nèi)障的發(fā)展[27]。但是過(guò)量的硒補(bǔ)充可能誘導(dǎo)產(chǎn)生核性白內(nèi)障[28]。Christen 等[29]研究發(fā)現(xiàn)每天或長(zhǎng)期補(bǔ)充硒和/或維生素E對(duì)年齡相關(guān)性白內(nèi)障發(fā)病的有益影響并不大，所以補(bǔ)充硒的劑量、時(shí)間、方式、有效性等方面仍需進(jìn)一步研究。

3硒及硒蛋白在眼底疾病中的作用

眼內(nèi)組織富含血管，細(xì)胞因子豐富，眼底疾病的發(fā)病也很復(fù)雜，硒及硒蛋白通過(guò)各種有效途徑保護(hù)視功能，減少自身免疫反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激，在各種眼底疾病中發(fā)揮重要作用。在改善視功能方面，Crary等[30]發(fā)現(xiàn)使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生理需求的硒可延緩某些視網(wǎng)膜疾病導(dǎo)致的視力下降，但其未說(shuō)明大劑量硒使用的安全性，Akit等[31]研究發(fā)現(xiàn)硒減輕了順鉑對(duì)視網(wǎng)膜細(xì)胞中碳水化合物的還原作用，Ali等[32]發(fā)現(xiàn)硒可通過(guò)降低氧化應(yīng)激水平抑制丙烯酰胺誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜毒性并起到保護(hù)作用。Pascual等[33]研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜是具有較高水平的MsrB mRNA表達(dá)的人體組織之一，MsrB在保護(hù)視錐細(xì)胞免受多種類型的氧化應(yīng)激過(guò)程中起著重要作用，并且對(duì)于保護(hù)中央視力可能至關(guān)重要。視黃醛在觸發(fā)視覺(jué)反應(yīng)方面起著重要作用，研究發(fā)現(xiàn)硒蛋白F過(guò)表達(dá)會(huì)降低視黃醇的產(chǎn)量，從而產(chǎn)生更多的視黃醛來(lái)改善視功能[34]。然而，并不是所有的視網(wǎng)膜組織均對(duì)硒有大量的需求，Eckhert等[35]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜組織的發(fā)育并不受硒的影響，最主要是影響視網(wǎng)膜血管組織。Behroozi等[36]通過(guò)構(gòu)建含硒化物的脂質(zhì)體延緩年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，ARMD)的發(fā)展，為ARMD的靶向治療提供了新思路。但是Aberami等[37]通過(guò)病理解剖發(fā)現(xiàn)晚期ARMD患者脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜中硒含量卻顯著增加。有研究發(fā)現(xiàn)硒也可減輕視網(wǎng)膜細(xì)胞的缺血再灌注損傷，能夠保護(hù)視網(wǎng)膜[38]。糖尿病性視網(wǎng)膜病變是糖尿病患者眼部的主要并發(fā)癥，隨著病情進(jìn)展，嚴(yán)重影響視力甚至后期可能會(huì)導(dǎo)致失明，其發(fā)病的主要損傷機(jī)制是氧化應(yīng)激反應(yīng)，González de Vega等[39]認(rèn)為硒可通過(guò)減輕視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)來(lái)保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，Di Leo等[40]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)長(zhǎng)期(4mo)補(bǔ)充?；撬?、維生素E、硒可延緩糖尿病大鼠視網(wǎng)膜病變的發(fā)生。Okunuki等[41]通過(guò)蛋白組學(xué)技術(shù)檢測(cè)視網(wǎng)膜自身抗原發(fā)現(xiàn)，某種硒結(jié)合蛋白可作為視網(wǎng)膜自身抗原參與白塞氏病的自身免疫反應(yīng)?？傊拔鞍自谝恍┭鄣撞≈邪l(fā)揮著重要作用，相關(guān)信號(hào)通路及補(bǔ)充硒的濃度及有效性有待更深入的研究。

4硒及硒蛋白在甲狀腺相關(guān)眼病中的作用

甲狀腺相關(guān)眼病(thyroid-associated ophthalmopathy，TAO)是一種繼發(fā)于Graves病的眼部常見(jiàn)自身免疫性疾病，主要累及眼眶組織，其發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚，主要臨床表現(xiàn)為眼瞼遲落、眼瞼退縮、眼球突出等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，甚至后期導(dǎo)致暴露性角膜炎等疾病，可引起角膜潰瘍穿孔[42]。TAO發(fā)病機(jī)制也涉及細(xì)胞免疫、免疫失衡、氧化應(yīng)激等多個(gè)方面，硒及硒蛋白在Graves眼病的發(fā)病中也起到了重要作用，并且很多硒制劑廣泛應(yīng)用于臨床治療Graves眼病，取得了很好的效果[43-44]。20世紀(jì)90年代已發(fā)現(xiàn)硒作為激活甲狀腺激素酶的重要組成部分，開(kāi)始在甲狀腺亢進(jìn)癥中的研究。Wang等發(fā)現(xiàn)硒缺乏是甲狀腺功能亢進(jìn)癥的危險(xiǎn)因素[45]，Rotondo Dottore等[46]認(rèn)為硒以硒代半胱氨酸的形式減輕了TAO患者眼眶中成纖維細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少促炎因子的分泌。歐洲甲狀腺協(xié)會(huì)(ETA)有38.2%的成員建議，沒(méi)有繼發(fā)TAO的Graves病患者需要及時(shí)補(bǔ)充硒，有絕大多數(shù)成員建議輕度、中度至重度眼部受累患者都應(yīng)該補(bǔ)充硒來(lái)減緩疾病進(jìn)展。歐洲Graves病治療指南建議輕度TAO患者需要連續(xù)補(bǔ)硒6mo，其余患者卻未推薦[43]。循證醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，早期患有輕度Graves眼病的患者補(bǔ)充硒，可以減少眼部炎癥反應(yīng)，同時(shí)還可以改善患者的生活質(zhì)量，然而補(bǔ)充硒對(duì)中度至重度Graves眼病的影響需要進(jìn)一步研究[47]。大量研究發(fā)現(xiàn)硒在Graves眼病中起著重要作用，目前很多硒產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于臨床來(lái)控制該疾病，延緩其進(jìn)展，但補(bǔ)充硒的形式及劑量暫無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并且其作用機(jī)制尚不清楚，仍需要更多的研究來(lái)證實(shí)硒在TAO中的重要作用。

5總結(jié)

綜上所述，硒及硒蛋白通過(guò)抗氧化應(yīng)激，減輕炎癥因子的產(chǎn)生等方式在眼表疾病、白內(nèi)障、眼底疾病、TAO中發(fā)揮著重要作用。適時(shí)、適量地補(bǔ)充硒或硒蛋白可延緩多種疾病的進(jìn)展，減輕炎癥反應(yīng)，改善眼部疾病的癥狀。到目前為止，硒及硒蛋白在上述眼部疾病中的重要作用仍存在一定爭(zhēng)議，具體的機(jī)制尚不清楚，仍需繼續(xù)深入研究并為其應(yīng)用于臨床提供理論依據(jù)。