任成达，于　靖



·文献综述·

MnSOD与年龄相关性黄斑变性相关性的研究进展

任成达，于靖

Research progress of the relation between MnSOD and age-related macular degeneration

Citation:Ren CD, Yu J. Research progress of the relation between MnSOD and age-related macular degeneration.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(1):60-62

摘要

年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是导致老年人不可逆性失明的最常见原因之一。活性氧引起的氧化应激作为年龄相关性疾病的危险因素，证实与AMD的发病相关。锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)，作为机体一线抗氧化酶在视网膜中表达，已经在动物水平、细胞水平、患者水平三个层面证实与AMD发病相关。本文将对近年MnSOD与AMD相关性的研究进展作出综述。

关键词：年龄相关性黄斑变性;锰超氧化物歧化酶;氧化应激

引用：任成达，于靖.MnSOD与年龄相关性黄斑变性相关性的研究进展.国际眼科杂志2016;16(1):60-62

0引言

年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration，AMD)是导致老年人不可逆性失明最常见的原因之一，2010年全球约有800万AMD患者[1]。AMD分为干性和湿性两类。干性AMD的主要表现是脉络膜玻璃膜疣(drusen)及黄斑区光感受器的萎缩。湿性AMD 的重要标志则是脉络膜新生血管(chronic neovascularization，CNV)。研究已证实氧化应激与AMD的发病相关[2]。而锰超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase，MnSOD)，作为机体的一线抗氧化酶能保护细胞抗氧化应激损伤并且在视网膜色素上皮细胞中表达，可能在AMD的发病过程中起着关键的作用[3]。

1 MnSOD及其抗氧化应激的作用机制

人MnSOD由线粒体内的非线粒体DNA编码，基因位于染色体6q25.3，拥有5个外显子与4个内含子[4]。MnSOD是SOD家族唯一一个维持需氧器官生存的必要蛋白，主要负责清除线粒体内自由基，是保护组织和细胞抗氧化应激的关键酶。在正常人体中，活性氧(reactive oxygen species，ROS )的生成主要是作为线粒体内电子传递链的副产品，其次也可以通过雌激素代谢生成[5-6]。2%～5%的氧经过不完全降解而产生超氧阴离子自由基，随之引起一系列的ROS产物生成。线粒体基质中的MnSOD的作用机制是催化超氧阴离子自由基的歧化反应，将之转化为过氧化氢和氧，最后过氧化氢在谷胱甘肽过氧化物酶或过氧化物酶家族的作用下降解为水和氧气。MnSOD可以有效地清除细胞中的ROS，保护其免受ROS的损伤[7]。过多的超氧阴离子自由基的生成会引起MnSOD活性增加，从而保护细胞，维持正常的生理环境。MnSOD已经证实与多种氧化应激相关性疾病相关，包括Alzheimer病、Parkinson病、缺血性卒中等许多年龄相关性疾病[8]。

2 AMD与氧化应激

许多研究均表明氧化应激与AMD的发病有密切的联系，目前认为ROS 在氧化应激造成的视网膜色素上皮(retina pigment epithelium，RPE)损伤中扮演着重要的角色[2]。低水平的ROS对于维持氧化还原依赖性的生理过程如细胞内信号调控，基因表达，免疫系统细胞激活等十分必要[9-10]。过多的ROS或体内氧化应激防御机制功能不全可以引起多种分子损伤，包括结构蛋白和酶蛋白羟基化，DNA氧化，脂质过氧化[11]。研究认为，眼内的富氧环境以及光暴露引起的慢性氧化应激会导致RPE细胞代谢功能异常，吞噬功能下降[12]。这些细胞自我保护机制功能障碍更加重了ROS等细胞毒性物质聚集[13]，高浓度的ROS会引起RPE细胞线粒体和溶酶体等细胞器的损伤以及自体吞噬功能不全[14]。最终致使脂褐质生成增加、RPE细胞凋亡、drusen沉积、脉络膜新生血管形成，导致AMD发病[15-16]。

3 AMD与MnSOD相关性的研究进展

随着近年来MnSOD与AMD发病的关系逐渐被关注，越来越多的研究围绕两者关系展开，主要基于小鼠MnSOD基因敲除、细胞内MnSOD表达水平、人类MnSOD单核苷酸多态性三个方面。

3.1小鼠MnSOD基因敲除与AMD 近年MnSOD基因敲除与AMD发病的相关研究取得了重大进展，各种动物模型的成功建立不仅提示MnSOD的下降与AMD发病相关，更为日后在活体动物上进行AMD发病及治疗的研究提供了基础。Justilien等[17]使用巨细胞病毒肌动蛋白(cytomegalovirus β-actin，CBA)作为启动因子，采用对小鼠视网膜下注射AAV-CBA-Rz432的方法降低MnSOD的mRNA及蛋白表达水平，达到敲低MnSOD的目的。并且保证了小鼠的存活时间，使得氧化应激损伤可以持续发展，最终出现RPE及Brunch’s膜的形态学改变：氧化修饰蛋白的沉积，自体荧光水平升高，以及RPE与脉络膜小疣中出现N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺色素(N-retinyl-N-retinylidene ethanol amine，A2E)等早期干性AMD的标志性表现。这类动物模型的优势在于直接作用于视网膜并且包含了一些公认的AMD典型病变，对于开展AMD的动物研究有重要意义。目前该模型作为AMD研究的动物模型已经得到广泛应用[18]。后续的研究中，Seo等[19]对小鼠注射AAV-Rz432并通过6mo的观察发现小鼠同样出现了视网膜空泡化，Bruch’s膜变薄等典型的地图样萎缩性改变，证实了Justilien的方法。为了改进了上述方法，他们采用了RPE特异性VMD2替代CBA来介导Rz432表达，对小鼠注射AAV-VMD2-Rz432制造MnSOD基因敲低小鼠，同样成功模拟了AMD模型，验证了MnSOD表达降低后引起视网膜-RPE-脉络膜复合体氧化应激相关性损伤导致的类AMD表现。再一次说明MnSOD在AMD发病过程中的重要性。Mao的研究中采用了Cre-Loxp重组酶系统敲除小鼠MnSOD基因外显子3区域，将其替换为PVMD2-rtTA和tetO-PhCMV cre，使cre重组酶仅表现在RPE细胞中。在多西环素诱导下，小鼠RPE细胞中MnSOD表达下降，氧化应激增强，导致RPE功能异常，脉络膜损伤，感光细胞死亡。虽然没有引起疣样沉积，但这种模型已经包含了干性AMD的几个关键改变，并且已应用到AMD治疗的实验中[20]。

3.2细胞内MnSOD表达水平与AMD 细胞水平的实验证实MnSOD可以保护RPE细胞抗氧化应激，减少细胞内ROS生成，维持线粒体结构完整与功能正常，提示其在AMD的发病过程中扮演了重要的角色。对MnSOD敲除小鼠的RPE细胞进行体外培养后，其MnSOD表达明显降低，超氧自由基的含量明显升高，这种变化导致单核巨噬细胞引起的RPE细胞凋亡明显上升，与AMD的早期病变相似[21]，提示小鼠RPE细胞中MnSOD低表达，导致RPE细胞抗氧化应激能力下降与AMD发病相关。研究发现AMD患者的RPE细胞中MnSOD表达水平较正常人低[22]，说明低MnSOD表达水平与AMD的发病相关。Khandakar等指出，抑制充满A2E的ARPE-19细胞自体吞噬功能，会使得细胞内MnSOD的mRNA及蛋白表达量下降，从而导致细胞氧化应激损伤加重并引起线粒体功能障碍，与AMD患者RPE细胞的改变一致[23-24]。Yang等[25]通过AMD患者RPE细胞诱发多能干细胞从而进行AMD病变早期研究，发现AMD易患位点2(age-related macular degeneration susceptibility, ARMS2)与高温必须蛋白A1(high temperature requirement A1, HTRA1)风险等位基因的存在能够降低MnSOD对细胞的保护，使得RPE细胞更容易受到氧化应激的损伤。研究指出，MnSOD介导了姜黄素，17β雌二醇的抗氧化应激作用。两种物质都可以通过上调MnSOD的表达，减少细胞内ROS生成，提高细胞在氧化应激状态下的活性，在维持RPE结构与功能正常方面发挥重要的作用[22, 26]。由此可见，MnSOD在视网膜氧化应激的保护方面扮演了重要的角色，与AMD的发病密切相关。

3.3人类MnSOD单核苷酸多态性与AMD MnSOD最常见的单核苷酸多态性位点位于密码子16，该位点的T-C转换使得缬氨酸转化为丙氨酸。研究表明，由于丙氨酸型MnSOD的α-螺旋结构替代了缬氨酸型MnSOD的β-片层结构，使其在转运进入线粒体时效率升高，从而影响MnSOD的抗氧化应激功能[27]。许多研究指出，由单核苷酸多态性导致的MnSOD效率差异在多种疾病的发病过程中扮演重要角色，包括2型糖尿病，心血管疾病，肿瘤等[28]。

研究人员通过比较患者组和对照组特定位点的基因频率，从遗传学角度分析MnSOD与AMD的关系。最早的报道来自于Kimura等[29]，他们指出MnSOD线粒体靶向序列Ala-9Val位点中缬氨酸与丙氨酸之间的转换与MnSOD加工效率相关，其中缬氨酸型人群的MnSOD转运至线粒体时更慢。在日本人群中的研究发现，AMD患者组该位点的丙氨酸基因频率明显高于对照组，从遗传方面证明了MnSOD与AMD之间的联系。随后Kowalski等[30]对该位点进行研究，证实了Kimura的结论。然而后续针对该位点的研究中，在日本人种的研究及西班牙人种的研究均否定了之前的结论[31-33]。针对rs2842992位点与AMD的相关性在中国汉族人群中进行的研究[34]以及针对rs5474613位点在日本人群中进行研究[33]都没有证据表明该位点的单核苷酸多态性与AMD发病相关。MnSOD与AMD在单核苷酸多态性方面的研究尚不全面，由于不同个体体内ROS的生成与其饮食，体育锻炼以及其他环境因素关系密切。同时人种差异与筛选方法的不同，基因型分型方法不同，现有的几项研究得出的结论差异较大，MnSOD单核苷酸多态性与AMD有无联系仍不能确定。鉴于MnSOD在AMD发病过程中的重要性，仍然需要样本更大的基因分型方法更准确的对照试验来进一步确定MnSOD与AMD在单核苷酸多态性方面的联系。

4展望

尽管AMD的发病机制尚未完全清楚，氧化应激作为AMD的可能发病机制之一备受关注。研究表明氧化应激条件下引起的脉络膜、视网膜损伤，感光细胞死亡，与AMD患者相似均可能表明氧化应激与AMD发病相关[35-36]。因此，MnSOD可能作为AMD研究的一个新靶点，为AMD的发病机制研究及治疗提供一个新思路。

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Cheng-Da Ren, Jing Yu

Foundation item:National Natural Science Foundation of China (No.81470648)

Department of Ophthalmology, Tenth People’s Hospital of Tongji University, Shanghai 200072, China

Correspondence to:Jing Yu.Department of Ophthalmology, Tenth People’s Hospital of Tongji University, Shanghai 200072, China. dryujing@aliyun.com

Received：2015-08-25Accepted：2015-12-09

Abstract
•Age-related macular degeneration (AMD) is one of the leading causes of senile irreversible blindness. The oxidative stress caused by reactive oxygen species (ROS), as a risk factor of AMD, plays a role in the pathogenesis of AMD. Manganese superoxide dismutase (MnSOD), as one of the first line antioxidant enzymes, could be expressed in retina cells.It has been demonstrated that MnSOD is correlated with AMD and has been confirmed in animals, cellular level, and patients. This article reviewed the recent literatures on the research and progress of the relation between MnSOD and AMD.

KEYWORDS:•age-related macular degeneration;manganese superoxide dismutase;oxidative stress

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.1.15

收稿日期：2015-08-25 修回日期： 2015-12-09

通讯作者：于靖，博士，副主任医师，同济大学副教授，研究方向：玻璃体疾病、黄斑变性.dryujing@aliyun.com

作者简介：任成达，毕业于同济大学，硕士，研究方向：黄斑变性。

基金项目：国家自然科学基金面上项目(No.81470648)
作者单位：(200072)中国上海市，同济大学附属第十人民医院眼科