【关键词】 衰老 自由基 晶状体蛋白 晶状体上皮细胞
年龄相关性白内障(agerelated cataract,ARC)又称为老年性白内障，已成为致盲的主要原因。随着年龄的增长，晶状体的有关化学成分、含量和代谢都发生了改变，使晶状体逐渐老化，透明度降低，最终导致本病的发生。笔者就新近资料对衰老与年龄相关性白内障的关系作一综述。
1 衰老与自由基
ARC是晶状体衰老的一种表现，与自由基反应有关：随着年龄的增加，接受阳光、紫外线(UVB)辐射逐年增加，急剧的氧化应力导致细胞机能障碍,细胞代谢过程和外部因子均可使细胞不断形成自由基。在正常情况下，人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡之中。进入老年，人体内抗氧化系统机能下降或缺陷，可削弱抗自由基系统的能力，不能有效清除自由基，致使自由基与抗氧化系统之间失衡，晶状体内自由基浓度逐渐增高，进而对晶状体产生氧化损伤，攻击细胞膜，使脂质过氧化，损伤DNA和细胞内蛋白质，导致晶状体混浊〔1，2〕。氧化损伤是诱发ARC的主要因素〔3〕。而自由基在氧化损伤过程中扮演了重要角色。
相关实验表明，可使晶状体蛋白氧化，形成白内障的自由基主要有：一氧化氮(NO)，过氧化氢(H2O2)等 。
11 NO NO是一种自由基性质的气体分子,含有一个未配对的电子,具有活泼的化学活性,参与多种生理过程，很容易通过细胞膜和细胞间隙〔4〕，与白内障的发生密切相关。晶状体细胞膜最易受到外界的损害，当晶状体受到NO的攻击,NO与·O-2结合产生毒性很强的ONOO-，后者是一种活跃且强烈的细胞毒性因子，对晶状体产生很强的氧化损害，氧化蛋白质的巯基，使多种酶失活,影响生物膜的功能〔5〕。高浓度的NO对晶状体产生很强的氧化损害还在于，晶状体上皮细胞DNA直接被损伤，而不能正常复制和转录，造成晶状体结构和成分改变，最终形成白内障。NO 与晶状体内谷氨酸氧化还原调节部位的巯基结合,使之亚硝酰化形成二硫键〔6〕,大多数白内障晶状体核的不溶化部分都有明显的二硫键增多。NO 还可以引起细胞核酸亚硝酰化,破坏DNA 的螺旋结构,导致细胞损害〔7〕。老年人晶状体中NO 含量增高,对晶状体产生较强的氧化损害，最终形成白内障。
12 Ｈ2Ｏ2 正常人的晶状体及房水中H2O2浓度约为20～30 μmol/L。而几乎所有白内障患者的晶状体中H2O2含量均高于正常人，最高可达663 μmol/L。H2O2可通过一系列变化转变为极为活泼的·OH(羟自由基)和氧自由基，其主要通过破坏细胞的质膜，使核酸断裂。随着年龄增长，人晶状体中水溶性蛋白(watersoluble protein，WSP)浓度降低，水不溶性蛋白(waterinsoluble protein，WIP)浓度升高，WIP中绝大部分为尿素溶性蛋白(ureasoluble protein，USP)，由于晶状体蛋白多含半胱氨酸，故易受到H2O2攻击形成高相对分子质量蛋白，继而又会再转变成USP。晶状体的透光性和屈光度直接与水溶性晶状体结构蛋白有关，若浓度发生改变，随之发生晶状体混浊。另外，当白内障患者房水中Ｈ2Ｏ2浓度高于正常房水中的Ｈ2Ｏ2浓度时,足可使晶状体上皮出现氧化损伤,表现为琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)，葡萄糖6磷酸脱氢酶(G6PD)活性下降,酶活性下降必然使晶状体的能量代谢障碍和还原能力下降，最终导致白内障的发生。试验证明，晶状体在一定浓度的H2O2环境下可变混浊，且时间越长，混浊越严重〔8〕。
正常生理情况下，在胞内和胞液中,许多酶促反应和电子传递过程中,均有自由基及其中介产物生成。同时，自由基也受到抗自由基系统的制约，如抗坏血酸、维生素E、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)等抗氧化剂。晶状体的抗氧化系统虽然可延伸到老年，但晶状体增加了对氧化作用的敏感度，它的部分蛋白变得较易受攻击，同时它的部分抗氧化系统不太稳定。致使一些细胞比另一些细胞更易受攻击，对晶状体产生氧化损伤，最终导致白内障的发生。自由基对晶状体的损伤,主要表现在自由基对脂类、对蛋白质、对核酸的作用。研究表明，老年人由于全身机体的衰老使得晶状体中自由基清除剂的含量与活性降低，导致对自由基侵害的抵御能力下降，自由基对眼晶状体产生直接的损伤破坏。
2 衰老与晶状体蛋白
ARC改变的疾病特征为蛋白质的错误折叠，称之为结构疾病〔9〕。Bron等〔10〕指出，晶状体有90%以上的晶体蛋白由α、β和γ晶体蛋白组成，其他为骨架蛋白、膜蛋白、连接蛋白、运转和通道蛋白等。所有晶状体细胞都有晶体蛋白，但其分布不均匀。晶状体上皮细胞仅有α晶体蛋白。在晶状体发育过程中，其核的α、β和γ晶体蛋白随年龄增加而成比例改变。正常情况下，晶状体蛋白可溶部分的42%为α晶状体蛋白,β晶状体蛋白为35%,γ晶体蛋白为13%。晶状体的透光性和屈光度直接与水溶性晶状体结构蛋白有关，若浓度发生改变，随之发生晶状体混浊。
α晶体蛋白是晶状体中重要的蛋白成分，分为αA(酸性多肽)和αB (碱性多肽)，两类蛋白具有分子伴侣作用，对长期维持晶状体透明性具有重要作用。α晶体蛋白基因在晶状体内表达活性极高，α晶体蛋白与部分变性的蛋白交互反应,形成α晶体蛋白变性蛋白复合物，阻止变性蛋白的进一步聚集,从而维持晶状体的透明。α晶体蛋白变性蛋白复合物是不稳定的,其多肽的重组及中间物的转换可形成稳定的可溶性蛋白颗粒,37 ℃时晶体蛋白的伴侣功能增加,形成不可溶性蛋白,导致白内障形成。因此，随着年龄的增长，α晶体蛋白活性功能的减弱或丧失，晶状体透明度不断降低，终致白内障的形成。
另外，随着人体的老化，β晶体蛋白多呈分散性，到60岁大部分晶体蛋白发生修饰，人白内障晶状体内的晶体蛋白翻译后修饰结构可能有如下改变：糖基化、氨基甲酰化、脱酰胺、谷胱甘肽加合物、皮质类固醇加合物、C末端和N末端降解、蛋白质之间二硫键形成、天门冬氨基酸消旋、蛋氨酸氧化〔11〕。Crabbe〔12〕分析，去折叠的晶体蛋白能直接发生翻译后修饰，Maillard反应在其中起关键作用。如糖、氰酸盐和类固醇等均可通过非酶反应修饰氨基，使蛋白质发生结构改变，产生光散射，氨基酮结构进一步改变产生黄色和部分荧光产物，最终蛋白质交联、聚合变成混浊晶状体。近年有人认为白内障形成的分子基础就是晶体蛋白分子聚合〔13〕。Harding〔11〕分析，不同个体白内障的形态虽然可能不同，但有确实证据表明，大多数白内障人群和实验性白内障的发生有共同途径。概括说，衰老因素诱发蛋白翻译后修饰、被修饰的蛋白去折叠，而去掉折叠的蛋白本身使蛋白质聚合，也就是说，随年龄增长，晶状体可溶性蛋白减少不溶性蛋白增加，蛋白分子逐渐凝集，相互融合，最终全部纤维形成变性蛋白，呈现水泥状，导致晶状体混浊，即ARC形成。
3 衰老与晶状体上皮细胞
人类衰老性疾病往往伴有ARC发生。人类晶状体仅由中央区生长相对静止而赤道部分裂旺盛的单层上皮细胞包绕而成。赤道部晶状体上皮细胞分裂分化，形成晶状体纤维细胞并向核心推挤，使得晶状体终生不停生长。晶状体表面覆盖的一层晶状体上皮细胞 (lens epithelial cell，LEC)，在维护晶状体的透明性和内环境稳定上起着重要的作用。这层细胞在终生生长过程中受年龄老化等诱发因素的影响〔14，15〕。ARC发生与位于晶状体前囊的LEC的衰老有关。
31 LEC端粒酶活性的变化,在ARC病理生理过程中的重要作用 端粒酶是由RNA(hTER)和蛋白质亚基(hERT)构成的具有逆转录活性的核糖核酶,其功能主要是以RNA为模板,合成端粒重复序列以维持端粒长度的稳定性,是细胞衰老的重要调节机制,因此，端粒酶活性的存在可以抑制细胞衰老。β半乳糖苷酶是目前公认的检测细胞衰老的生物学标志〔16〕。 形态学研究也表明，表达β半乳糖苷酶的细胞增加,细胞表现出衰老迹象。而端粒酶活性的丧失,直接导致表达β半乳糖苷酶的细胞数量的增加。因而认为端粒酶与细胞衰老密切相关。发现随着端粒酶活性的衰减,衰老细胞增多,最终细胞停止生长。可见端粒酶活性与细胞的衰老有关。
32 LEC是晶状体内能量代谢最活跃的部位 许多学者认为晶状体上皮内某些酶活性下降及其氧化损伤是老年白内障发生的重要因素,晶状体上皮细胞与能量代谢有关的酶活性改变,主要是琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)、葡萄糖6磷酸脱氢酶(G6PD)和三磷酸腺苷酶(ATPase)。ＳＤＨ是三羧酸循环的关键酶,也是线粒体的标志酶,晶状体内通过三羧酸循环产生的ＡＴＰ占整个晶状体ＡＴＰ量的1/4〔17〕。ＬＤＨ是糖酵解的关键酶,晶状体上皮的能量主要通过葡萄糖无氧酵解获得,其占晶状体ＡＴＰ总量的3/4〔17〕,是晶状体的主要能量来源。Ｇ6ＰＤ是磷酸戊糖旁路的重要酶,虽产生很少ＡＴＰ,有递氢作用并在抗氧化中发挥重要作用。老年白内障晶状体上皮中ＳＤＨ,ＬＤＨ,Ｇ6ＰＤ,ＡＴＰａｓｅ活性均显著下降,说明随着增龄,人体抗氧化能力降低,一些酶的辅基亦被氧化失活。酶活性下降进一步引起能量供应及还原能力不足,致晶状体上皮细胞结构和功能损伤,发生晶状体混浊。
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