文摘
在许多通路Oxygen-derived自由基通常生成。这些激进分子可以与各种蜂窝组件交互和诱导细胞损伤。当自由基超过抗氧化能力,细胞损伤会导致各种器官的病理变化。之间的不平衡的生成自由基和抗氧化防御被称为氧化应激。眼睛可以受氧化损伤的影响由于一些病变的发病机理与氧化应激有关。综述了氧化应激在发病中的作用和发展不同的眼睛结构的破坏,抗氧化剂的参与网络保护和维持体内平衡的器官,和潜在的评估方法用于研究和在某些情况下,在临床实践中。
1。介绍
眼睛是一个器官,捕捉光刺激的环境,这些光信号转换成神经冲动,经过视觉神经被大脑处理图像。今天,已经有访问的增加眼疾在人类医学和兽医。这一增长的主要原因可以归结为外源性物质派生的环境污染1),紫外线辐射强度的增加(2],喂养基于脂肪和碳水化合物与缺乏身体活动和增加退化性疾病,如糖尿病和心血管疾病(3,4]。
所有上述因素能产生有害的化学物质到眼部组织和被称为氧化剂代理或自由基(FRs)。防止外部代理,眼睛有几个非特异性防御机制,如眼睑、泪膜,角膜和晶状体。当有害的代理商有克服这些障碍,其他具体的机制被称为抗氧化剂的操作基于分子(5]。
综述了氧化应激在发病中的作用和发展不同的眼睛结构的破坏,抗氧化剂的参与网络保护和维持体内平衡的器官,和评估方法用于研究和在某些情况下,在临床实践中。
1.1。自由基
FRs代表任何化学物种有一个或多个未配对电子旋转在其外部原子轨道(6]。几个作者分类FRs根据官能团的分子。最常见的一个是氧气FRs,氧气的功能中心。这个物种叫做活性氧(ROS)和最相关的眼部损伤。活性氧是一个通用名称,包括FRs和那些像氧化剂的化学物种,但不是FRs。第一组包括超氧化物阴离子()、氢氧自由基(哦•−),过氧化氢自由基(厕所•)和烷氧基的(罗•)[3,7]。
Nonradical物种像氧化剂或很容易转化成FRs。在这个组是过氧化氢(H2O2),次氯酸(HClO),单线态氧(1O2)和臭氧(O3)[8]。
ROS通常是由正常的代谢反应和外生因素可以增加他们(3,9]。第一批主要是那些形成线粒体ATP的合成过程中,过氧化物酶体中β分子脂肪酸和酸的氧化结果p - 450的激活酶系统或巨噬细胞和中性粒细胞作为免疫反应的一部分10- - - - - -12]。外生因素包括过度摄入一些过渡金属如铁(Fe)和铜(铜),紫外线辐射,药物,和污染12,13]。
1.2。氧化应激
这改变时产生一个失衡在FRs生成和抗氧化防御机制。正常代谢过程产生大量的活性氧。然而,当FRs代超过适应和细胞防御的能力,一个条件称为氧化应激的产生。这并不定义如果变更是由于FRs的增加或减少在组织稳态响应。鉴于氧化损伤可能与缺乏保护性物质和一些保护性的物质营养,氧化应激之间的关系可以建立和营养状态。氧化应激影响细胞的完整性,因为生物分子如:DNA、蛋白质和脂质受损的后果这一过程。几乎所有的生物大分子可以通过活性氧氧化;然而,脂质和蛋白质是最不稳定的生物分子的礼物在眼球3,9]。
1.2.1。脂质过氧化作用
活性氧的作用在脂质被称为lipoperoxidation或脂质过氧化(法律流程外包)和机制,测量,和解释被广泛了。法律流程外包尤其具有破坏性的,因为它的发展作为一个self-perpetrating连锁反应。这个过程开始时活性氧去除一个氢原子的亚甲基多不饱和脂肪酸(PUFA)和脂质FRs。很快,它增加了氧气分子和成为一个脂肪酸过氧化氢FRs和氧化PUFA启动新的反应。这种机制是通过过渡金属离子的存在(铜和铁)和PUFA的双键链中包含7,8]。法律流程外包的终端产品退化和产生新的细胞毒性的化合物如4-hydroxynonenal (4-HNE)和丙二醛(MDA)。氧化损伤的后果时PUFA更明显是细胞或亚细胞细胞膜的一部分,因为它改变了它的凝聚力,流动性、渗透性和代谢功能(6,9,14]。
1.2.2。蛋白质氧化
而蛋白质、多肽和氨基酸也ROS的目标,它的修改比脂肪更少有害,因为反应的进展是缓慢的。然而,眼部组织蛋白质的比例高,然后,蛋白质上的任何改变是非常重要的15,16]。已经观察到的存在大量的芳香和硫氨基酸在蛋白质结构使它更容易受到FRs [6]。这种情况是观察到的镜头,其蛋白质成分包含高比例的色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸的氨基酸,可以修改ROS,生产加合物和聚合和酶功能改变。肽FRs也容易受到攻击的债券。这些债券可以修改后脯氨酸残基的氧化。此外,终端产品可以放大初始伤害(13]。
2。抗氧化保护机制相关联
眼组织对氧化损伤有保护系统,可分为酶和非酶的抗氧化剂17]。
2.1。酶的抗氧化剂
抗氧化剂酶催化从衬底对ROS电子转移。之后,这些反应中使用的基板或减少代理再次再生使用,它们实现这一目标通过使用NADPH产生不同的代谢途径6]。主要的抗氧化酶保护眼睛免受活性氧是超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)。每一个酶催化的还原一个特定类型的ROS (18]。
2.1.1。超氧化物歧化酶(EC 1.15.1.1, SOD)
超氧化物歧化酶催化歧化作用在H2O2和O2。这种酶是一个金属蛋白,有三个亚型,具有不同的细胞的位置和使用不同的代数余子式。的亚型Cu-SOD Zn-SOD位于胞质和细胞外液,而同种型Mn-SOD位于线粒体基质(9,19]。所有亚型已确定在角膜上皮和内皮)(18,20.- - - - - -22),晶状体上皮细胞(23],房水[24)、虹膜睫状体(25),视网膜(内段层感光细胞和色素上皮)(26,27]。
2.1.2。谷胱甘肽过氧化物酶(EC 1.11.1.9 GPx)
这个含硒蛋白质可以降低H2O2分别和有机氢过氧化物成水和酒精的使用减少谷胱甘肽(GSH)作为电子供体。描述了四个GPx亚型,它们都发现在不同的位置:细胞GPx,细胞外或原生质的GPx,磷脂氢过氧化物GPx,和胃肠道GPx。GPx都是一个重要的防御ROS-mediated损伤脂质膜和其他分子容易氧化6]。GPx已经发现角膜(上皮和内皮)(18,28),晶状体上皮细胞,房水[24)、睫状体脉络膜和视网膜(内段层感光细胞和视网膜色素上皮)(21,27,29日]。
2.1.3。过氧化氢酶(EC 1.11.1.6猫)
这hemoprotein包含四个血红素组。酶存在于过氧化物酶体线粒体和细胞质和催化转化的H2O2在H2O, O2。这个函数是与GPx共享,但猫H时具有较高的亲和力2O2在高浓度(14]。猫一直在检测角膜(上皮和内皮)(18,28),晶状体上皮细胞,房水[24],虹膜睫状体,[25),和视网膜26,27兔子和老鼠的30.]。
2.2。非酶的抗氧化剂
这些抗氧化剂构成异质群体,他们的行为通过捐赠一个电子的FRs为了稳定,创建更少的有害的化学物种细胞完整性(6]。非酶的抗氧化剂在全球主要有抗坏血酸,维生素E,维生素A,谷胱甘肽(5]。
2.2.1。抗坏血酸
是一种抗氧化剂,可溶在生理pH值在大多数组织抗坏血酸盐离子。其抗氧化作用是减少,哦•−和脂质氢过氧化物成更稳定的形式14]。抗坏血酸盐的另一个功能是相关的回收α生育酚激进,α生育酚。然而,这个过程将抗坏血酸盐离子转换成dehydroascorbate阴离子自由基,可以减少dehydroascorbate还原酶,谷胱甘肽返回本地状态。同时,抗坏血酸盐可以作为氧化剂的存在过量的铁离子浓度+ 3和铜+ 2(6,7,14]。抗坏血酸盐中检测出角膜(31日],房水[32,33),镜头34],玻璃体[35),和视网膜29日]。
2.2.2。维生素E
维生素E这个词是一个八口之家的化合物的总称,四个生育酚,和四个tocotrienols,α生育酚是最活跃的抗氧化和膜的主要国防脂溶的抗氧化剂。的α生育酚转换,哦•−和厕所•更少的活性分子。上的酚羟基色满环负责抗氧化功能(9]。与此同时,α生育酚能阻止活性氧的连锁反应在攻击细胞膜(36]。稳定ROS,α生育酚转化为α生育酚激进,其形状是稳定的,不与生物分子反应。α生育酚激进可以通过反应再生到原来由维生素C、谷胱甘肽,硫辛酸(6]。的抗氧化能力α生育酚取决于这些化合物的浓度,保持α生育酚的氧化应激的状态实例(36]。生产过剩的活性氧可能会导致活性维生素E组织浓度显著下降。的α生育酚已被发现在镜头37)、房水和视网膜(29日]。
2.2.3。维他命A
这个通用术语包含这些化合物从动物显示维生素A生物活性。维他命A的主要前体β胡萝卜素,这是最有效的中和剂1O2。维生素的抗氧化性能源于其化学结构,由长链共轭双键,这允许转换y厕所•为减少活性物质(14]。类胡萝卜素是有效的抗氧化剂,但不同浓度的眼部组织。其他类胡萝卜素,叶黄素和玉米黄质除外,发现只有在跟踪数量的眼部组织除了在睫状体,房水的产生。相比之下,叶黄素和玉米黄质在高浓度在某些眼部组织,如黄斑视网膜和晶状体(37,38]。
2.2.4。谷胱甘肽(GSH)
其减少的形式对应于一个三肽(γglutamyl-cysteinyl-glycine)与巯基(sh)的活性部位。谷胱甘肽转移电子氧化的形式,如羟基自由基和羰基,反过来成为一个氧化产品(GSSG) [9,14]。在这个反应中,谷胱甘肽捐赠一双H这两个谷胱甘肽分子氧化产生GSSG。同时,谷胱甘肽作为辅被用物移除GPx的H2O2和有机过氧化物,它可以减少生育酚FRs和dehydroascorbate返回他们原来的形式6,36]。
谷胱甘肽是重要的透镜状蛋白质减少维护的状态(30.]。这是发现在镜头39,40)、角膜和视网膜(41旁边),抗坏血酸的主要防御机制之一photo-oxidation [15]。
3所示。氧化应激和截止
眼睛是氧化应激的影响由于其生理和代谢特征。眼睛是一个新陈代谢活跃的器官,消耗大量的ATP。此外,透明的角膜、房水、晶状体、玻璃体和视网膜允许一个常数光化学ROS生成(17,32]。所有眼部组织和体液都容易被氧化应激损伤;然而,这些眼睛下面描述影响严重的功能由于生理变化他们接受18]。
3.1。角膜
主要的ROS生成发生在角膜由于高暴露于紫外线辐射(18]。角膜是主要障碍,阻止紫外线辐射(UVA-UVB)。它可以吸收92%的紫外线和60%的- a,和最高程度的吸收发生在地面层(42,43]。
紫外线辐射产生角膜的变化,如阻止上皮细胞增殖,减少上皮厚度(44),减少角膜等抗氧化剂猫,GPx, SOD (18),减少钠+/ K+腺苷三磷酸酶在角膜上皮和内皮细胞,导致显著增加角膜水化和改变角膜的透明度和释放促炎细胞因子(2,20.,45,46]。紫外线辐射也会引起生理属性的变更葡糖氨基葡聚糖基质,变得更容易从刺激吞噬细胞组织降解酶(18,47]。
已经确定,主要的抗氧化剂防御是抗坏血酸(高度集中在角膜中心的瞳孔区)和SOD活性。猫和酶GPx[扮演一个次要角色33]。然而,当一个事件触发的氧化应激,酶活性开始减少,第一只猫活动,然后GPx活性,最后SOD活性开始减少,从而增加H2O2进一步损害角膜(18,20.]。
3.2。房水
ROS生成房水的主要原因是紫外线辐射(18)和炎症过程,发生在相邻结构(48]。房水含有抗坏血酸,蛋白质,和一些氨基酸(酪氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、色氨酸),参与紫外线吸收通过允许只有一小部分这些辐射达到全球的后段(18]。房水的吸收紫外线辐射引起的增加H2O2浓度,反过来,减少谷胱甘肽的代谢。它已经确定,抗坏血酸的基本作用是紫外线过滤在哺乳动物中,有一个更大的浓度房水从白天活动的动物比夜间活动的动物17]。此外,房水中抗坏血酸浓度高于血浆(32,48,49]。
大量的活性氧的生成另一个来源是观察手术后,穿刺术或葡萄膜炎由于增加房水蛋白质和细胞的数量(32,48]。有证据表明,透镜状手术后,房水的总抗氧化能力下降40%,主要是由于抗坏血酸的浓度降低32,48]。这一事实也观察到在人类特发性急性前葡萄膜炎患者(50]。
的增加H2O2在房水浓度会引起角膜内皮损伤,镜头,和睫状体,特别是小梁网。在体外设施的研究已经表明,减少房水流出时增加H2O2浓度存在,这可能是青光眼等疾病的理由(51]。
3.3。镜头
镜头是最受氧化损伤的影响,因为它是一个无血管的结构和一个常数和备用晶状体蛋白的生产。高度暴露于紫外线辐射,显示了明显减少晶状体核中的抗氧化剂含量。此外,改变房水成分会影响(相邻结构的炎症和糖尿病等代谢紊乱)(5,51]。
晶状体代谢与能源生产渗透平衡的蛋白质合成和维护。磷酸戊糖途径,通过glucose-6-phosphate脱氢酶(G-6-PD)活动,提供了减少等价物(NADPH)保持镜头在减少状态(40]。
提出的机制来解释透镜状的氧化是不透明水晶(α,β,γ水晶),主要是镜头的蛋白质(51,52]。硫醇的photo-oxidation组透镜晶状体蛋白产生二硫加合物和分子,导致蛋白质聚合,因此白内障发展(5]。除了蛋白质聚合,也有改变的Na+/ K+atp酶(51]。它已经确定损伤的氧化过程的蛋白质水平随着年龄的增加在人类镜头和在那些患有白内障明显大于正常透明水晶(16]。增加了胱氨酸水平(二硫化组)和半胱氨酸浓度下降(含巯基的组)在白内障创世纪已经证明。也增加disulfide-sulfhydryl比人类大瀑布的可溶性和不可溶性蛋白质的镜头时更高的晶状体浑浊化增加(53]。
抗坏血酸、谷胱甘肽的主要防御机制对photo-oxidation镜头和房水[15]。晶状体上皮细胞中谷胱甘肽的浓度高达在肝脏及其浓度减少暴露于紫外线辐射(54)和白内障病例(40]。从动物之间没有差异被发现红细胞抗氧化酶和没有白内障,但MDA等离子体水平增加和抗坏血酸浓度减少从动物患有白内障49]。lutein-zeaxanthin等其他抗氧化剂在镜头类维生素a,和生育酚含量,不显示正常浓度差异和大瀑布的镜头37),同时,一项研究表明,的浓度α白内障晶状体的生育酚显著高于清晰的镜头(55]。
3.4。视网膜
视网膜是眼睛的neurosensorial组织,它是极其丰富的多不饱和脂肪。这一特点使它特别敏感ROS (56]。活性氧的主要代视网膜的存在是由于细胞的高耗氧速率(57)、暴露于紫外线辐射和疾病的存在直接影响到血管灌溉如青光眼(27]。
在视网膜上,光线直接关注细胞群位于一个含氧丰富的地方。各种色素的存在(黑色素、脂褐质和叶黄素)提供了一个最佳条件photosensitizing反应,产生活性氧。外节感光膜富含多不饱和脂质和多数损伤发生(51]。
最后共同通路相关的一组疾病的敏感性和视网膜神经节细胞的功能,减少细胞死亡,视神经头增大,减少视野,失明是青光眼。氧化应激可能导致青光眼的病因和发展58),缺血,再灌注过程影响视网膜增加一氧化氮生产秩序、FRs玻璃和房水59]。法律流程外包被触发,它被认为是视网膜神经节细胞的损伤和死亡原因和随后的视神经的损害(60]。抗氧化保护存在于视网膜,这主要是由于维生素C和E,类胡萝卜素,GPx, SOD和CAT酶,谷胱甘肽化合物(29日,51,61年]。
4所示。评价氧化应激
测量氧化应激生物标志物的变化取决于结构在全球被评估。氧化剂和抗氧化剂代理不同在不同的眼部组织和体液。可以评估和/或保护现有的损伤(32]。
4.1。保护评估
抗氧化剂的抗氧化保护可以通过测量估计化合物浓度(蛋白质、多肽或维生素),抗氧化酶的活动,或者是抗氧化能力作为一个整体在全球每个组织或流体(32,68年]。
存在的SOD、GPx,猫在全球可以评估在体外使用生化和免疫组织化学方法(18,29日,30.]。同时,可以确定SOD活性原位(18]。抗坏血酸、类胡萝卜素和天然维生素e可以由高压液相色谱(HPLC) [29日,32,37,48]。脂溶性抗氧化剂的活性可以通过量化估计的抗氧化低密度脂蛋白(6]。
接受评估的总抗氧化能力来确定组织或液体的容量抑制特定的自由基(32,48,68年]或确定谷胱甘肽(GSSG率和抗坏血酸/ dehydroascorbate率(6]。
4.2。损失评估
评估损失,我们可以利用蛋白质的识别和量化,脂质和其他物质受损细胞。生物标志物常用的羰基和巯基水平(16]。一个氧化过程,过程中羰基化合物是形成氨基酸链主要发生在赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、组氨酸残基。可以检测到这些羰基光谱光度测量的方法,高压液相色谱(HPLC)、酶联免疫吸附试验(ELISA)技术。评估的完整性脂质,膜脂质过氧化作用的测量是一个关键指标(70年]。最常见的方法来评估法律事务外包,由于它的简单性和低成本、MDA的测量是硫代巴比土酸活性物质(TBARS) [6,70年]。
5。结论
正如前面提到的,眼睛是暴露于氧化条件,导致眼部组织的变更,视力下降,反过来,动物与周围环境的关系。评估氧化应激在全球的重要性在于识别损伤的大小和程度,在这种情况下发生。有必要建立ROS预防和修复损伤的治疗方案。最后一点是被一些研究小组诱导或确定解决眼部疾病的发病率和比较的摄入抗氧化剂和/或血液水平(表1)。建立,重要的是有一个最优水平的抗氧化剂保持眼部组织安全,但目前还不清楚如果食用抗氧化剂,可以帮助实现这一黄金。兽医文学这个话题似乎是有限的(表2)。
模型来研究氧化应激产生了有希望的结果与使用抗氧化剂饮食。然而,结果不能完全证实,因为人类无法准确衡量的摄入抗氧化剂,它也不太可能推断结果研究实验动物。还有其他缺点推荐摄入抗氧化剂由于过度消费可能会导致其他疾病,如膀胱结石的形成通过食用高浓度的维生素c,疏忽管理补充剂量没有更多的知识和良好的就业条件可能会加快,而不是抑制氧化损伤。
最好知道眼睛的正常的抗氧化状态在每个动物物种和有更好的或更少侵入性的方式来评估,如测量血液抗氧化剖面,确定它与特定的抗氧化剖面或损坏眼部组织。它也是一个重要的目标找到不同的方法来加强抗氧化防御系统,阻止氧化损伤。有一个开着的门开始新的研究在这一领域有许多问题需要解决。