SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：视网膜作为神经系统的延伸，对高原缺氧环境较为敏感，高原视网膜病具体发病机制研究尚不确切。本文从分子水平综述高原视网膜病发病机制，为研究高原眼底疾病预防及治疗提供新的思路。
关键词：低压低氧；视网膜病变；锰超氧化物歧化酶；琥珀酸脱氢酶；细胞色素氧化酶；细胞色素C
本文引用格式：刘海萍,柴家琦.高原缺氧对视网膜细胞线粒体酶活性的影响[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(66):143-144.
Effects of High Altitude Hypoxia on Mitochondrial Enzyme Activity in Retinal Cells
LIU Hai-ping,CHAI Jia-qi*
(Qinghai university,Xining Qinghai)
ABSTRACT:As an extension of the nervous system,the retina is sensitive to the hypoxic environment of the plateau.The specific pathogenesis of plateau retinopathy is still not clear.This article reviews the pathogenesis of high altitude retinopathy from the molecular level,and provides new ideas for the prevention and treatment of high altitude fundus diseases.
KEY WORDS:Hypobaric hypoxia;Retinopathy;Manganese superoxide dismutase;Succinate dehydrogenase;Cytochrome oxidase;Cytochrome C
0引言
低压、低氧、低温、气候多变是高原坏境的特点，人体各部分组织在低压低氧环境受到影响，神经系统和呼吸系统更为明显[1],视网膜作为神经系统的延伸，也易受高原缺氧的影响。1969年Singh首次提到高原视网膜病，主要表现为视网膜出血、视乳头水肿、棉絮斑等病变[2]。线粒体作为能量储存和供给的重要场所，在高原缺氧环境中，其结构和功能发生变化，使氧化磷酸化下降、线粒体电子传递链受阻，从而影响细胞有氧代谢[3]。锰超氧化物歧化酶（MnSOD）作为视网膜细胞线粒体内主要的抗氧化酶系统之一，是清理活性氧的第一关要[4]，琥珀酸脱氢酶（SDH）和细胞色素氧化酶（COX）作为线粒体的标志酶，其活性强弱反映了细胞有氧代谢的程度[5]。细胞色素C（Cytc）是呼吸链中传递电子的物质，但细胞线粒体发生损伤时，Cytc释放到胞浆调控调亡程序，引起视网膜细胞凋亡的发生[6]。
高原缺氧环境增加视网膜细胞的氧化应激水平，导致内源性抗氧化防御系统失衡，引起细胞氧化损伤[7,8]。Ballinger等发现，视网膜细胞氧化损伤的主要靶细胞器是线粒体，活性氧（ROS）大量释放诱导线粒体发生损害[9]。机体的活性氧对生物细胞线粒体电子传递链运转起关键作用，生理情况下，ROS参与细胞信号传导，当氧化-抗氧化系统失衡，氧自由基动态失衡，使大量的ROS堆积造成组织损伤，细胞线粒体功能失调进一步加重，促进更多自由基的产生，形成恶性循环[10]。高原缺氧使抗氧化物如超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，SOD作为视网膜抗氧化系统的重要成分之一，能够清理视网膜细胞产生过多的自由基[11]。SOD主要分为铁超氧化物歧化酶(Fe-SOD)、铜、锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)、锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)三种，Mn-SOD是SOD家族中仅有维持需氧器官生存的必需蛋白，存在于真核及原核生物中[12]，由200个左右氨基酸残基构成的原核生物的二聚体及真核生物的四聚体，定位于细胞线粒体基质内[13]。MnSOD已经证实与年龄相关性黄斑变性、Alzheimer病、缺血性卒中、Parkinson病等多种氧化应激性疾病关联[14]，Mn-SOD在视网膜色素上皮细胞中表达，它使超氧阴离子自由基转化为过氧化氢和氧，前者在过氧化物酶家族的作用下，生成水和氧气，加速超氧阴离子基的歧化反应[15]。通过多西环素的诱导，小鼠RPE细胞中MnSOD活性下调，氧化应激反应增强，RPE的结构和功能发生异常，造成脉络膜细胞损伤，感光细胞的调亡[16]。相反，若上调RPE线粒体MnSOD的表达，可减少细胞内ROS生成，增强RPE抗氧化能力[17]，同时Kanwar也发现糖尿病病人视网膜细胞线粒体的过氧化物水平升高而且电子传递复合物Ⅲ的活性下降，而MnSOD的过量表达可以保护线粒体免受这些氧化损伤[18]。
视网膜组织对氧需求较高，高原缺氧细胞线粒体酶活性发生不同改变，SDH是由四个核编码的亚基组成的蛋白质复合物，位于线粒体的内膜及嵴，参与三羧酸循环（TCA），催化柠檬酸循环中琥珀酸与延胡索酸的反应[5]，在电子转移及氧化磷酸化起着重要作用。赵桂秋等人发现高眼压7，15天后SDH活性明显下降，视网膜组织有氧氧化降低，无氧酵解增强[19]。急性低压低氧引起视网膜细胞线粒体内膜损伤，通透性增加，嵴断裂或消失，SDH活性下降，线粒体氧化磷酸化过程受到抑制。高杰等人研究发现青年组大鼠海马神经元内SDH较老龄含量高，且酶活性较强，说明线粒体有氧呼吸障碍时，发生变性、坏死，引起SDH活性降低，神经元能量供应减少[20]。肾脏缺血时SDH介导琥珀酸的堆积，导致肾缺血再灌注急性的损伤[21]。朱洁等人通过实验发现SDH也参与视网膜细胞增生，长时间缺氧使SDH失活，细胞内琥珀酸盐沉积，而延胡索酸盐减少，导致细胞代谢加快，从而促进视网膜细胞增生[22]。高原缺氧SDH活性变化，可能与视网膜细胞内乳酸生成增加，引起酸中毒而使SDH活性降低；二则细胞内钙超载抑制线粒体内膜SDH活性，或高原缺氧产生大量自由基直接损伤酶的结构，SDH活性下降；此外线粒体ATP的合成与电子传递链密切相关，SDH及NADH脱氢酶氧化的电子沿着ETC传递，与质子泵和整个线粒体内膜的质子梯度相结合，通过复合物V（ATP合酶）受控的质子流向电化学梯度来催化ATP合成[23]，ATP作为SDH的激动剂，其流失或减少都可使SDH活性降低[24]。
细胞生存所需95%的能量由线粒体呼吸链酶提供，呼吸链酶复合体在外界伤害性刺激导致缺陷，则引发一系列疾病[25]，高原缺氧环境使人体肌肉线粒体密度下降，电子传递链复合物活性水平降低[26]。COX是线粒体电子传递链的末端酶，高原缺氧使视网膜细胞中COX活性下降，线粒体的呼吸功能受损，ATP产生中断，氧化代谢过程阻断，线粒体功能障碍，神经退行性疾病帕金森病、亨廷顿舞蹈病等都与之相关[27]。反之视网细胞COX的表达上调，可通过增加COX活性催化底物氧化，使细胞色素c和分子氧还原成水，将质子从基质泵送到线粒体内膜的胞质侧，建立电化学质子梯度，通过ATP合成酶（复合物V）从ADP和磷酸盐中促使ATP合成[28]，使线粒体有氧代谢有序进行。
细胞色素C作为线粒体呼吸链的重要组成部分，与COX以共价键结合在呼吸链复合酶Ⅲ和IV之间传递电子[29]。1994年Newmeyer等在爪蟾卵细胞提取物的无细胞凋亡体系研究中，发现卵细胞提取物中线粒体成分可以使细胞核的游离染色体凝聚，证实线粒体与细胞凋亡密不可分[30]，线粒体在细胞凋亡早期会产生2方面主要的变化：一是线粒体内膜跨膜电位的降低，二是线粒体外膜通透性的增高，便于从线粒体释放可溶性的膜间蛋白质[31]。缺氧环境中，脑膜上皮细胞线粒体跨膜内外的电势差减小时，线粒体跨膜电位降低，线粒体膜内外可发生一系列生理生化的改变，引起Caspase活化的细胞色素C弥散于细胞质，形成释放Cytc通道[32]，细胞色素C不但可以作为呼吸链传递电子的物质，而且是一种细胞凋亡调控的主要蛋白，当线粒体释放细胞色素C到细胞浆后，引起Caspase级联反应[33]，影响线粒体呼吸链功能，对视网膜细胞产生毒性作用，诱导细胞凋亡[34]。
高原缺氧引起各种视网膜病变，其发病可能与视网膜细胞线粒体酶活性相关，需进一步通过大量实验探索。
参考文献
[1]Zafren K.Prevention of high altitude illness[J].Travel Med Infect Dis,2014,12(1):29-39.
[2]Singh I,Khanna PK,Shrivastzava MC,et al,Acute mountain sickness[J].N Engl J Med,1969,280(4):175-184.
[3]Chen J,Gao Y,Liao W,et al.Hypoxia Affects Mitochondrial Protein Expression in Rat Skelet al Muscle[J].OMICS:A Journal of Integrative Biology,2012,16(3):98-104.
[4]Ikegami T,Suzuki Y,Shimizu T,et al.Model mice for tissue-specific deletion of the manganese superoxide dismutase(MnSOD)gene[J].Biochemical&Biophysical Research Communications,2002,296(3):729-736.
[5]Niles N R,Bitensky L,Chayen J,et al.THE VALUE OF HISTOCHEMISTRY IN THE ANALYSIS OF MYOCARDIAL DYSFUNCTION[J].Lancet,1964,283(7340):963-965.
[6]Susin S A,Lorenzo H K,Zamzami N,et al.Molecular characterization of mitochondrial apoptosis-inducing factor[J].Nature,1999,397(6718):441-446.
[7]Izzotti A,Bagnis A,Sergio C Saccà.The role of oxidative stress in glaucoma[J].Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenes is,2006,612(2):105-114.
[8]Ferreira S M,Lerner S F,Brunzini R,et al.Oxidative stress markers in aqueous humor of glaucoma patients[J].American Journal of Ophthalmology,2004,137(1):62-69.
[9]Ballinger S W,Houten B V,Conklin C A,et al.Hydrogen Peroxide Causes Significant Mitochondrial DNA Damage in Human RPE Cells[J].Experimental Eye Research,1999,68(6):765-772.
[10]毛燕,陶磊,庞君,等.低压低氧对氧化-抗氧化系统的影响[J].现代生物医学进展,2015,15(15).
[11]Jin L H,Bahn J H,Eum W S,et al.Transduction of human catalase mediated by an HIV-1 TAT protein basic domain and arginine-rich peptides into mammalian cells[J].Free Radical Biology&Medicine,2001,31(11):1509-1519.
[12]付汉维,彭礼飞.锰超氧化物歧化酶的研究进展[J].公共卫生与预防医学,2010,21(4):69-72.
[13]W allac e DC.Mit ochondrial di seases in man and mouse[J].Science,1999,283:1482-1488.
[14]任成达,于靖.MnSOD与年龄相关性黄斑变性相关性的研究进展[J].国际眼科杂志,2016(1):60-62.
[15]Weisiger R A,Fridovich I.Mitochondrial superoxide simutase.Site of synthesis and intramitochondrial localization[J].Journal of Biological Chemistry,1973,248(13):4793-4796.
[16]Mao H,Seo S J,Biswal M R,et al.Mitochondrial Oxidative Stress in the Retinal Pigment Epithelium Leads to Localized Retinal Degeneration[J].Investigative Opthalmology&Visual Science,2014,55(7):4613.
[17]Cao Y,Feng Y,Zhu R,et al.17β-Estradiol up-regulates Nrf2 via PI3K/AKT and estrogen receptor signaling pathways to suppress light-induced degeneration in rat retina[J].Neuroscience,2015,304:328-339.
[18]White NH,Sun W Cleary PA et a1.Prolonged effect of intensive therapy on the risk of retinopathy complications in patients with type 1 diabetes mellitus:1 0 years after the Diabetes Control and Complications Trial[J].Arch Ophthalmol,2008,126:1707-1715.
[19]赵桂秋,孙为荣.急性高眼压对视网膜LDH和SDH活性的影响[J].青岛大学医学院学报,1996(3):227-228.
[20]高杰,赖红,高旭红,等.海马CA3区琥珀酸脱氢酶和酸性磷酸酶的老龄性表达[J].解剖学杂志,2009,32(1):73-75.
[21]张萱,徐晋,齐玲,等.肾缺血再灌注损伤对琥珀酸脱氢酶活性影响的观察[J].哈尔滨医科大学学报,1996(1):13-14.
[22]朱洁,王雨生,张金山,等.缺氧对培养人视网膜色素上皮细胞线粒体酶活性的影响[J].眼科新进展,2005,25(2).
[23]Van Vranken J G,Na U,Winge D R,et al.Protein-mediated assembly of succinate dehydrogenase and its cofactors[J].Crit Rev Biochem Mol Biol,2014,50(2):1-13.
[24]崔建华,杨海军,张西洲,等.富氧对缺氧大鼠心肌琥珀酸脱氢酶及超微结构的影响[J].西南国防医药,2005(2):129-131.
[25]徐婷,李华,鲁姗姗,等.线粒体电子传递呼吸链及其生物学意义的研究进展[J].复旦学报(医学版),2015,42(2):250-255.
[26]Morash A J,Radford S E,Hoppeler H,et al.Acclimatization of skelet al muscle mitochondria to high-altitude hypoxia during an ascent of Everest[J].Faseb Journal Official Publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology,2012,26(4):1431.
[27]Cardellach F,M J Martí,J Fernández-Solá,et al.Mitochondrial respiratory chain activity in skelet al muscle from patients with Parkinson's disease[J].Neurology,1993,43(11):2258.
[28] Wong-Riley M T T.Bigenomic Regulation of Cytochrome c Oxidase in Neurons and the Tight Coupling Between Neuronal Activity and Energy Metabolism[J].Advances in Experimental Medicine and Biology,2012,748:283-304.
[26]Reed JC.Cytochrome c:can't live with it-can,t live without it[J].Cell,1997,91(5):559-562.
[29]Newmeyer DD,Farschon DM,Read JC.Cell-free apoptosis in Xenopus egg extracts:inhibition by Bcl-2and requirement for an orangelle fraction enriched in mitochondria[J].Cell,1994,88(79):353-364.
[30]Castedo M,Ferri K,Roumier T,et al.Quantitation of mitochondrial alterations associated with apoptosis[J].J Immunol Methods,2002,265(12):39-47.
[31]辛晓蓉,巩天祥,赵莉,等.缺氧对脑脊液-视神经屏障中脑膜上皮细胞ATP水平和细胞色素C表达的影响[J].中华实验眼科杂志,2014,32(1):28-31.
[32]Su Sin SA,Lorenzo HZ,Zamzami N,et al.Mitochondrial release of Caspase-2 and Caspase-9 during the apoptotic process[J].Exp Med,1999,189(2):381-394.
[33]Su Sin SA,Lorenzo HZ,Zamzami N,et al.Mitochondrial release of Caspase-2 and Caspase-9 during the apoptotic process[J].xp Med,1999,189(2):381-394.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/yixuelunwen/18775.html
