摘 要:高等动物的黄斑是存在于视网膜后极部的一个色素性区域。黄斑色素主要包括
叶黄素和玉米黄质,分布在整个视网膜上,以黄斑中心凹密度最高.对保护黄斑区,减少光损伤,避免老年性黄斑疾病有重要作用、是一个有希望的研究方向。本文就黄斑色素的组成结构、分布、来源以及功能特点作一综述。
黄斑是位于高等动物视网膜后极部的一个色素性区域,由于在尸体解剖中呈现为黄色而得名。Wald(1945年)首先确定了人类黄斑中的黄色色素是绿叶植物类胡萝卜醇家族中的一种类胡萝卜素
[1]。之后的40年,对黄斑色素的研究基本处于停滞状态。直到1985年,Bone发现黄斑色素是叶黄素(Lutein)和玉米黄质(Zeaxanthin)的混合物
[2]。其后,Handleman又报道.叶黄素和玉米黄质不仅位于黄斑区,而且存在于整个视网膜
[3]。由于黄斑色素独特的结构和功能,近20年来,黄斑色素重新引起科学家的注意。1998年,张承芬教授指出,黄斑色素(mscular Pigment,MP)可作为老年
黄斑变性的一个指标,亦可作为全眼健康的生物指标。是一个有希望的研究方向
[21]。
一、黄斑色素的组成与分布
人类黄斑色素由两种类胡萝卜素——叶黄素(L)和玉米黄质(Z)的混合物组成[2,4]。叶黄素仅有一种立体异构体L(3R,3’R,6’R)、而玉米黄素有三种立体异构体,Z(3R,3’R),MZ(3R,3’S),SZ(3S,3’S)[2,8]。
叶黄素和玉米黄质选择性沉积在视网膜上,以黄斑中心凹周围密度最高,而视网膜周边部锐减[5,37]。叶黄素和玉米黄质的分布可随着性别[6]和年龄[5]变化。Hammond等[6]应用视觉电生理方法,分析了不同性别的黄斑色素密度,发现在饮食摄入量及血浆类胡萝卜素浓度相同的条件下,男性的黄斑色素密度比女性高38%。Bone[5]应用高效液相色谱法(HPLC),测定5例0~7个月婴儿供体的视网膜标本,发现整个视网膜的叶黄素与玉米黄质比(L:Z)为3.3±1.8,左旋玉米黄素与玉米黄质比(MZ:Z)为0.29±0.28,皆与正常成年人的L:Z(1.86±0.63)和服:Z(0.50±0.13)有显著性差异。
黄斑色素的浓度个体差异明显[33]。两岁以后,正常成年人的黄斑色素的浓度和组成(L:Z)不再随年龄发生变化[4,6,35]。在黄斑区中央,叶黄素是玉米黄质(L:Z)的1/2[2]。在距黄斑中心凹超过6mm的视网膜,叶黄素与玉米黄质(L:Z)浓度比在2:1至3:1之间[3,4],距离黄斑中心凹的离心率增加,其浓度比持续改变。周边部视网膜则以叶黄素为主要成分。Bone认为从黄斑中心凹到视网膜周边部,叶黄素与玉米黄质(L:Z)浓度比增加与杆锥细胞比的变化吻合[3],表明叶黄素和玉米黄质可能分别反映杆、锥细胞。Elsner等[7]报道健康成年人中心凹感光色素或黄斑色素分布有轻微差异,在老年人差异较大,提示年龄引起了中心凹构建的改变。中心凹重建可能是老龄化过程的一部分。
二、黄斑色素的来源
高级动物不能在体内合成类胡萝卜素,因此视网膜黄斑色素主要来源于饮食摄入[34]。叶黄素(L)和玉米黄质(Z)是在高等植物里发现的两种主要的胡萝卜醇,其中叶黄素占普遍优势,存在于所有绿色植物和部分黄色水果蔬菜,是人类饮食中类胡萝卜素的主要来源,而玉米黄质的饮食来源仅限于玉米、桃子、南瓜和柑橘类水果[9]。
Maoka等分析玉米、南瓜和鸡蛋黄内的玉米黄质,发现自然界中的玉米黄质只有一种构型Z(3R,3’R)[5],视网膜上的叶黄素L(3R,3’R,6’R)与自然界存在的构型一致。所以,人类从饮食中摄取的类胡萝卜素只有叶黄素(L)和玉米黄质(Z)两种,而视网膜上存在L、Z、MZ、SZ四种类胡萝卜素,目前普遍认为MZ和SZ分别由L和Z转化而来[5,8]。由于人体血液中不能测到MZ和SZ,那么L和Z极可能在视网膜内转化为MZ和SZ。
L与MZ的分子构型很相似,L只要移动一个双键的位置,就形成MZ,提示L是MZ的前体。Bone[5]分析了L和Z的立体异构体在视网膜上的分布,发现(L+MZ):Z不随离心率而改变,并且与血浆中的L:Z一致,而视网膜上L:2由中央向周边部逐渐上升,MZ:Z逐渐下降:这些结果证明MZ是由L转化而来,并且转化率随着从视网膜后极部中央到周边部离心率的增加而逐渐降低。
Bone同时推论,L可能是通过锥细胞轴突的一种异构酶完成转化。他排除了光化学作用的可能,因为:首先在细胞实验中,L没有发生这种转化过程;其次,光化学作用转化是不会随视网膜离心率改变的;再者,光化学作用应该产生构型为[3R,3’S,6’R]L的产物,但是视网膜上未发现此异构体。
另一种血液中检测不到的类胡萝卜素是SZ,它在视网膜上含量甚微。主要由Z型异构体(3R,3’R)的两个羟基生物氧化,进行非立体特异性降解,以致丢失共轭键而形成。
三、黄斑色素的功能
黄斑色素有以下功能[10]:1)可以增加碳氢键排列的有序性.有效修正细胞膜结构;2)降低氧代谢产物的分布浓度,控制化学反应率.保护脂肪酸免受氧损伤;3)机械性稳定模型的细胞膜结构,减缓水通过膜的速度。此外,近年来得到普遍重视和广泛研究的是它保护黄斑区和视网膜防止光损伤的功能[6,10,12]。有三方面的证据证明黄斑色素可以保护视网膜免受光损伤,从而避免黄斑疾病。
(一)流行病学的证据
流行病学发现,进食大量富含类胡萝卜素的食物。特别是富含黄斑色素——叶黄素和玉米黄质的食物,可以防止老年黄斑变性[10,11]。眼病病例-对照研究组(Eye Disease Case-Con-trol Study Group)[12]调查了421例老年黄斑变性患者,615例健康老年个体,通过对比各组间血浆叶黄素、玉米黄质浓度.证明血浆中的抗氧化营养因子(叶黄素和玉米黄质)可防御新生血管性老年黄斑变性的发生,而最有力的保护因子就是类胡萝卜素。Hammond对13例不同性别的个体分别应用马氏光学系统(Maxwellian View Optical System)测定视网膜黄斑色素密度。高效液相色谱法(HPLC)测量血浆叶黄素和玉米黄质的浓度.并通过问卷调查了解饮食中类胡萝卜素的摄入量,证明类胡萝卜素的摄人量与叶黄素和玉米黄质在血液中的浓度呈正相关,黄斑色素与血浆中叶黄素和玉米黄质的浓度也呈正相关。研究结果提示,增加黄斑色素密度可以有效地降低老年黄斑变性的危险[6]。
(二)视网膜局部萎缩病人检查结果
许多视网膜局部萎缩病人,黄斑中心凹保留完好.与该处黄斑色素最浓密的现象一致
[13]。Weiter
[14]研究了环形
黄斑病变患者.发现未受病变侵袭范围与黄斑色素的空间分布一致,推断黄斑色素有助于保护黄斑中心凹。
(三)黄斑色素个体差异与老年黄斑变胜的危险因素一致
黄斑色素的密度高,则老年黄斑变性的发病危险因素小;黄斑色素的密度低.则老年黄斑变性的发病危险因素大[6,10,15,16]。例如,浅色虹膜是老年黄斑变性发病的高危因素[15],而浅色虹膜者个体通常伴有低黄斑色素密度。Hammond等[15]认为由于先天发育的原因,浅色虹膜者本身黄斑色素的密度也较低;或者,也可能是由于浅色虹膜允许更多的光线落在视网膜上,导致黄斑色素的损伤[15,17]。另外,抽烟和酗酒也是AMD发病的高危因素[19],它们都可导致血浆中类胡萝卜素浓度下降及黄斑色素减少[16,18,31,32]。
黄斑色素保护视网膜的机制有两个假说。其一,黄斑色素可滤过损害光感受器和视网膜色素上皮的蓝光[20,36],Snollerly认为,感受蓝光的锥细胞〔B锥细胞)在锥细胞中数量最少、最容易被光线杀伤。随年龄增长,接受B-锥细胞信息输入的神经传导通路敏感性下降,而中心凹的B锥细胞传导通路的敏感性比视网膜其它部位B锥细胞传导通路下降少,这是因为黄斑色素能滤过并吸收蓝光,防止年龄相关性损伤,其二,类胡萝卜素作为抗氧化剂,可清除自由基和游离氧,从而限制由于新陈代谢和光线所致的组织氧张力[17,20]。Khachik等[17]分析了1只猴视网膜和53例人视网膜内的类胡萝卜素,发现视网膜上存在着叶黄素和玉米黄质的氧化代谢产物,表明叶黄素和玉米黄质可能作为一种抗氧化剂保护黄斑,减少可见光短波段的损伤,提出人视网膜的叶黄素和玉米黄质氧化降解途径对预防老年黄斑变性至关重要。
四、黄斑色素与老年黄斑变性
老年黄斑变性(AMD)是西方国家65岁以上人群主要的致盲眼病[22]。目前,对于该病尚无行之有效的治疗方法。近年来,随着人口老龄化的发展,老年黄斑变性的发病率呈上升起势。
老年黄斑变性的临床特点和严重性有明显的个体差异。一般可分为干性和湿性两种。干性老年黄斑变性又称为萎缩性老年黄斑变性,其特点是硬性或软性渗出(细胞外碎片沉积),病变发生在视网膜色素上皮层,或光感受器和视网膜色素上皮萎缩;湿性老牛黄斑变性的特点是新生血管形成和浆液性渗出。干性老年黄斑变性占大约90%的病例,但是最严重的视力损害都见于湿性老年黄斑变性病人。
老年黄斑变性的病理生理学尚未明确、但黄斑色素对老年黄斑变性起预防作用的事实已受重视[6,10,15,26]。例如,黄斑色素密度低的老年人(>60岁)比黄斑色素密度高的老年人,视敏度差;后者视敏度与青年人无显著性差异[23]。近年来,如何应用黄斑色素预防老年黄斑变性,成为研究的热点。
早在1980年,Malinow等[24]改变猴饮食中类胡萝卜素含量,通过眼底彩色照相和视网膜血管荧光造影检查,发现正常饮食(含类胡萝卜素)的猴视网膜上存在黄斑色素,而饮食中去除类胡萝卜素的猴视网膜无黄斑色素。黄斑色素密度受饮食中营养因素摄入量的极大影响,Hammond等[25]在最近的一项前瞻性研究中,选择了13例个体,分成三组,在每天饮食中分别增加菠菜(富含叶黄素)、菠菜和玉米及玉米(富含玉米黄质),持续15周。在饮食调整4周后,70%试验者的黄斑色素和血浆类胡萝卜素浓度(L或Z)都明显增加;15%试验者黄斑色素无改变,但血浆类胡萝卜素浓度增加;另外15%的人这两者皆无改变。黄斑色素密度的增高,在停止饮食调整数月后仍持续存在。动物实验亦显示,血浆中特定的类胡萝卜素与饮食摄入直接相关。
与其它抗氧化剂不同,饮食摄人类胡萝卜素对人体的不利作用鲜见报道
[10]。黄斑色素除了可以降低老年黄斑变性发生,还与人类晶状体的清晰程度有关
[26]。大量摄入含类胡萝卜素的食物,能减少
白内障的发生率
[27]。另外,类胡萝卜素在降低心脏疾病和
癌症的发生率方面,有重要价值
[28,29]。然而,在应用β-胡萝卜素防止
肺癌的前瞻性研究中,效果并不理想
[33]。黄斑色素与其它眼部疾病的关系也尚不清楚,有待于进一步探讨。
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