叶黄素和玉米黄素对年龄相关性黄斑病变与视网膜色素上皮细胞氧化损伤的防护作用及其机制研究

Age-related maculopathy (ARM) is a common eye disease leading to blindness, characterized by the degeneration of macular pigment structure and visual function. The five-year rate of vision loss is 35.7%. The early prompt treatment of ARM is essential for preventing the decrease in visual function and improving quality of life. Studies have indicated that oxidative stress plays a crucial role in the pathophysiology of ARM. As the major components of macular pigment, lutein and zeaxanthin have blue-light filtering activities and antioxidant properties. It comes as no surprise that lutein and zeaxanthin may have the beneficial effects on preventing the on set and progression of AMD; however, the exact effect and mechanism are not clear. We will combine population-based studies with laboratory studies in this study. After evaluating the association between level of lutein and zeaxanthin status and ARM risk, we will conduct a intervention study to examine the effect of lutein and zeaxanthin supplementation on macular morphology and visual function. After establishing retinal pigment epithelium (RPE) cell model of oxidative stress, we will study the protective effect and molecular mechanism of lutein and zeaxanthin on cell morphology and phagocytosis. This study will clarify the protective effect and mechanism of lutein and zeaxanthin on ARM, from the molecular, cell, tissue, individual and population, etc, to provide theoretical and experimental basis for the development of drugs for ARM, and to provide new ideas for establishment of ARM intervention strategies and the prevention and control plans.

年龄相关性黄斑病变（ARM）是一种以视网膜黄斑区色素结构和视觉功能退化为特征的常见致盲眼病，五年视力减退率为35.7%，尽早治疗对于遏制视功能下降和改善患者生活质量至关重要。研究已证实其发生与长期氧化损伤密切相关。作为黄斑色素主要成分，叶黄素和玉米黄素可起到抗氧化和滤过蓝光的作用，对ARM具有防治潜力，但其确切作用及其机制尚不清楚。本课题拟将人群研究与实验室研究相结合，在明确机体叶黄素和玉米黄素水平与ARM罹患关系的基础上，对ARM患者进行干预研究，观察叶黄素和玉米黄素干预对患者黄斑形态与视功能所起的作用；建立视网膜色素上皮（RPE）细胞氧化应激模型，探讨叶黄素和玉米黄素对其形态与吞噬功能的保护作用及其分子机制；进而从分子、细胞、组织、个体及群体等多层面，阐明叶黄素和玉米黄素对ARM的防护作用及其机制，为ARM治疗药物的研发提供理论和实验依据，为ARM干预策略与防治方案的建立提供新思路。

以往国内外研究主要集中于在膳食层面探讨叶黄素和玉米黄素与年龄相关性黄斑病变（ARM）罹患的关系，而在血清和黄斑层面的相关研究较少，特别关于中国人群机体叶黄素和玉米黄素水平的流行病学资料仍然缺乏。同时，已有相关研究的研究对象主要为晚期干性老年黄斑变性患者，其视网膜色素上皮（RPE）细胞及光感受器细胞已发生不可逆的损害，中心视力显著下降，因此干预效果相对有限。此外，尽管国外报道和我们前期研究均在人群研究层面上，发现叶黄素具有防止ARM发生发展和改善视功能的潜力，但其确切保护机制尚不清楚。因此，明确叶黄素和玉米黄素与ARM的关系及防治作用，进而阐明叶黄素和玉米黄素对 RPE 细胞氧化损伤的保护作用及其机制具有重要的意义。为此，本课题拟研究了叶黄素和玉米黄素对ARM与RPE细胞氧化损伤的防护作用及其机制。.本研究发现：1）膳食叶黄素及其它类胡萝卜素摄入量与ARM的罹患风险均未见显著性关联。与低黄斑色素密度（MPOD）水平的人群相比，高MPOD水平的人群罹患ARM风险显著降低。同时，肥胖和高LDL可能也与罹患ARM有关；2）ARM患者低中频对比敏感度显著下降，最佳矫正视力和主观视功能较非ARM对照组有下降趋势。随MPOD平提高，最佳矫正视力和对比敏感度均呈上升趋势；3）叶黄素干预过程中，叶黄素组和混合干预组MPOD水平较干预前显著提高（P<0.05），其改变与其基线水平呈显著负相关（P<0.05）；干预组最佳矫正视力呈改善趋势，但均无统计学意义，其改变与其基线水平和MPOD的改变呈负相关；干预组低中频段对比敏感度均较干预前提高；4）建立RPE的氧化应激细胞模型，发现氧化损伤后RPE细胞的生存率显著降低，酸性小体增多，ROS含量显著升高，SOD和GSH浓度显著下降。自噬相关蛋白Beclin 1表达及LC3 II/LC3 I升高，JNK磷酸化水平p-JNK/t-JNK升高。叶黄素处理后RPE细胞活力显著提高，酸性小体减少，抗氧化能力显著升高，Beclin 1表达及LC3 II/LC3 I显著下降，JNK的磷酸化活化水平显著降低，提示叶黄素可抑制氧化应激依赖JNK诱导的RPE细胞自噬性死亡，改善RPE细胞吞噬功能，减轻氧化应激对RPE细胞的损害作用。.本课题的研究已经达到预期目标，相关研究成果以论文的形式发表11篇SCI收录期刊论文，研究期间指导博士后1名和硕士生10名。