【关键词】 叶黄素;番茄红素;黄斑;年龄相关性黄斑变性
“黄斑”为视网膜后极部一个色素性区域， 因含叶黄素而呈黄色，是视网膜上锥细胞最密集的地方，能产生敏锐视觉。黄斑区受损将失去中心视觉和细微视觉功能〔1〕。人体视网膜黄斑区叶黄素浓度达1 mmol /L〔2〕，对维持正常视觉起着重要作用。叶黄素对眼睛的主要生理功能是抗氧化和防止光损伤〔3〕。叶黄素分子结构不对称，化学合成尚未成功，故其临床应用受到限制。番茄红素存在于番茄、西瓜等常见蔬菜水果中，其成品生产除了从番茄中提取外，还可通过化学合成、生物工程等方法获取，因而番茄红素在来源和可获得性上较叶黄素具有优势。番茄红素在人睫状体、脉络膜等眼组织中均有分布〔4〕。
1 叶黄素、番茄红素的理化性质与黄斑变性
叶黄素、番茄红素具有共同的化学结构特征，分子中最重要的部分是决定其生物功能和颜色的共轭双键系统。叶黄素(3，3′二羟基α胡萝卜素)分子式为C40H56O2，分子量为568.85，在乙醇中其最大吸收波长为445 nm。由于黄色和蓝色为互补色故叶黄素对蓝光有吸收作用，而蓝色光波长(蓝光波长范围424～470 nm，中心波长430 nm)与紫外光很近，它是所有能到达视网膜的可见光中能量最高、潜在危害性最大的一种光。叶黄素是黄斑色素的主要成分，在蓝光到达光感受器及视网膜色素上皮细胞和下部的脉络膜血管层之前，黄斑色素能过滤蓝光，削弱蓝光强度，减少光子激发自由基的产生。叶黄素直链尾部环上各带一个羟基，由于氧原子的电负性较强，故其直链不饱和键容易打开，并与自由基结合，具有很强的抗氧化活性。番茄红素为11个共轭双键和2个非共轭双键组成的直链全反式结构，分子式为C40H56，分子量536.85，在472 nm处有一强吸收峰。番茄红素的所有共轭和非共轭双键都在同一平面上，这使它在清除自由基和猝灭单线态氧的反应作中速率最大，番茄红素猝灭常数为31×109M1S1，叶黄素为8×109M1S1，番茄红素猝灭单线态氧以物理猝灭为主，通过把激发态氧的能量传递给番茄红素，产生基态的氧和激发态的三线态番茄红素，再通过三线态番茄红素和周围介质相互分子振动和转动作用，使能量散发，同时产生基态番茄红素。在这种物理猝灭的循环过程中，番茄红素本身没有发生变化，类似于催化剂的作用。在对类胡萝卜素的实验研究中发现番茄红素在抗氧化性能上比α胡萝卜素、β胡萝卜素、叶黄素和玉米黄素更有效。
2 叶黄素、番茄红素的食物来源
叶黄素、番茄红素存在于多种蔬菜水果中，含叶黄素高的食物主要有羽衣甘蓝(39 550 μg/100 g)、苋菜叶(15 000 μg/100 g)、水芹(12 500 μg/100 g)、菠菜(12 198 μg/100 g)。番茄红素含量高的食物主要有番石榴(5 204 μg/100 g)、西瓜(4 532 μg/100 g)、番茄(2 573 μg/100 g)、红色葡萄柚(1 419 μg/100 g)。
至今，没有证据证明动物和人体自身可以合成类胡萝卜素(包括叶黄素、番茄红素)，人体所需类胡萝卜素均需通过食物摄入。细菌、真菌、藻类和绿色植物可以合成类胡萝卜素。近年来，人们通过对类胡萝卜素生物合成过程进行全面系统的生物化学分析和遗传分析，在分子水平上阐明了类胡萝卜素生物合成的主要路径。类胡萝卜素的生物合成一般可分为四个过程，即八氢番茄红素的生成、脱氢过程、环化过程和含氧官能团的引入，通过类异戊二烯代谢途径合成，其合成前体由乙酰辅酶A衍生来。研究显示番茄红素是叶黄素等类胡萝卜素合成过程的中间产物，其在不同环化酶的作用下分别生成α胡萝卜素、β胡萝卜素，α、β胡萝卜素经引入、转化、环化、氧化等反应形成结构更为复杂的叶黄素、玉米黄素、新黄素等〔5，6〕。
叶黄素分子结构不对称，化学合成比较困。在万寿菊 (Tagetes erecta)花中，叶黄素含量超过2%(W/W，干重)，是用于工业生产叶黄素制品的主要生物资源。万寿菊中的叶黄素以游离态叶黄素和叶黄素酯两种存在形式，且以后者为主。游离态叶黄素可被人体直接吸收利用，而叶黄素酯必须在体内水解成游离态后才能被吸收。获得游离叶黄素的途径主要是在强碱性条件下将叶黄素酯进行皂化，分离纯化，但是存在成本高、产率低、环境污染严重、产品难以达到食品标准等问题。直接从果蔬中提取叶黄素，成本十分昂贵。而番茄红素可以通过植物提取、微生物发酵和化学合成等方法进行生产，成本相对较低。
3 叶黄素、番茄红素与黄斑功能的研究现况
年龄相关性黄斑变性(Agerelated macular degeneration，ARMD或AMD)是西方发达国家首要的不可逆致盲原因，是全球发达国家50岁以上人群中视力严重损害的主要原因之一，因AMD而致盲的几乎占盲人总数的50%〔7，8〕。近年来，随着我国经济的飞速发展，人口平均寿命不断延长，社会老龄化日益明显，以往在我国比较少见的AMD发病率以惊人的速度增长。AMD的发病危险随着年龄的增长而增加，目前尚无有效的治疗方法。AMD分干型和湿型两种：干型的特点是视觉分辨能力逐步下降，并有脉络膜小疣生成而导致黄斑变薄、变干;湿型的特点是视觉分辨能力迅速下降，在黄斑后生成大量脆性脉络膜新血管，脆性血管可能出现渗漏而导致黄斑区形成瘀瘢，并对视力造成严重破坏。黄斑是视网膜上锥细胞最密集的地方，负责产生敏锐的视觉和维持中心视力，如果黄斑受损，将失去中心或细微的视觉功能。
AMD的发病机制错综复杂，尚不清楚，可能与黄斑长期慢性光损伤、遗传、代谢、种族、饮食等多种因素有关。研究证明，脂褐素在AMD的氧化损伤中起主要作用〔9〕。随着年龄增长，视网膜色素上皮细胞(RPE)内积聚大量脂褐素，脂褐素吸收一定波长的光(尤其是蓝光)与氧作用可以产生超氧负离子、单态氧和过氧化氢等。脂褐素在体内与氧、蛋白质、脂质、碳水化合物、核酸等相互作用导致脂质过氧化，溶酶体酶、抗氧化酶等失活，进一步引起细胞膜和溶酶体功能异常〔10〕。番茄红素可以通过清除上皮细胞自由基及对抗脂质过氧化来抑制脂褐质的形成，从而阻止AMD发生〔11〕。Chichili等〔12〕研究表明，番茄提取物可以提高人RPE株ARPE19的氧化应激能力，保护RPE。
研究显示，视网膜光损伤可能是AMD发生、发展的危险因素。West等〔13〕在进行光损伤与AMD关系的研究时提出：测量终生累积光照暴露量，必须排除回顾偏倚;用居住史估计人均年周围环境阳光辐射量，是用潜在暴露量来代替实际暴露量，这使阐述光照暴露量和AMD之间的关系变得更加复杂，没有一个确定的方法准确计算终生累积光照暴露量，所以光损伤和AMD之间的关系仍有争议〔14〕。眼科研究组〔15〕调查威斯康星州5 000名老年人，评估光照暴露与AMD之间的横向及纵向联系，结果表明两者之间存在正相关，在匹配年龄和性别因素后，每天暴露在户外时间少于2 h的人与暴露5 h以上的人相比，后者发生早期AMD的危险增加。视网膜黄斑区存在两种类胡萝卜素：叶黄素和玉米黄素，它们可通过改善像差作用而提高视力、保护中央视网膜。这可能主要基于以下两方面的作用：一是叶黄素作为高能量蓝光滤过器〔16，17〕，吸收光谱中有害的短波，在其到达精细的功能性结构包括光感受器、RPE和其下的脉络膜毛细血管层并形成损伤之前，将之消散为热量;二是作为抗氧化剂，猝灭和清除光诱导产生的活性氧(ROS)，流行病学调查显示经常食用菠菜等富含叶黄素的食品，能使血液中叶黄素水平升高，降低年龄相关性黄斑变性的发生，同时还可以降低老年性失明的风险〔18～20〕。叶黄素和玉米黄素的膳食摄入量与年龄相关性黄斑变性的发生呈负相关〔21，22〕。叶黄素和玉米黄素是视网膜黄斑区存在的唯一类胡萝卜素，在饮食中摄取的叶黄素和玉米黄素可以影响黄斑色素密度〔23〕，理论上增加黄斑色素密度可以提高视觉功能，但尚未得到证实;研究表明黄斑疾病，特别是AMD和黄斑色素密度低有关，但均为相关性研究，尚无直接证据表明高密度黄斑色素有明确的视觉保护作用〔14〕。
近年来，人们通过对AMD的临床和基础研究，提出许多新观点，对该病有新的理解。Grunwald等〔24〕研究证实，AMD眼脉络膜血流下降、灌注不足，渗出型AMD眼更显著。脉络膜新生血管(CNV)发生风险越高的AMD眼，中心凹脉络膜血流下降越显著，低氧诱导血管生成因子产生CNV。流行病学调查发现AMD的发生与血脂异常、血液学流变学的关系极为密切〔25〕， AMD患者中血脂和血流变异者占80.77%〔26〕。动脉粥样硬化被视为AMD的危险因素，因其可导致脉络膜和视网膜循环紊乱。Friedman〔27〕基于AMD与动脉粥样硬化有共同的风险和发病机制，提出新的AMD血管模型理论:巩膜和脉络膜血管的脂类来源于全身血液循环，玻璃膜疣和Bruch膜的脂类来源于RPE;进行性脂类浸润和老化引起的黄斑部脉络膜毛细血管变窄，使脉络膜血管阻力增加;脉络膜对RPE的灌注受损，RPE对外层脂类的加工和RPE分泌脂蛋白的清除受损，导致玻璃膜疣、色素改变、地图状萎缩，以及Bruch膜的钙化及破裂。既往关于叶黄素、番茄红素对视觉的保护主要为滤过蓝光或清除自由基等方面的作用，从改善血脂代谢和眼部微循环等方面进行研究的尚未见报道。根据上述关于AMD研究的分析以及番茄红素抗小鼠体内氧化〔28〕、抗家兔动脉粥样硬化形成〔29〕等方面的作用，笔者认为番茄红素可能通过调节血脂代谢、改善眼部微循环，保护视网膜。
MaresPerlman等〔30〕的研究显示：血浆中番红素浓度和AMD的患病呈负相关。他们选择了294对样本，检测了血浆中的维生素E及各种类胡萝卜素的水平，发现血浆低番茄红素浓度者有较高的AMD发病水平。Cardinault等〔31〕研究了34名AMD患者和21名正常人血清和脂蛋白中的类胡萝卜素水平，结果显示AMD患者番茄红素水平下降，而其他类胡萝卜素水平无改变，由此推测番茄红素对黄斑有类似于叶黄素、玉米黄素的保护作用。Khachik〔6〕等在人RPE/脉络膜细胞、睫状体组织中检测到除叶黄素、玉米黄素外的7种类胡萝卜素，其中番茄红素在睫状体的含量为7.80 ng/0.20 g组织，在RPE/脉络膜细胞的含量为8.64 ng/0.20 g组织，它们在保护人类正常视觉功能方面可能具有与叶黄素同等重要的意义，Cardinault还指出〔31〕，目前相关研究主要集中在叶黄素、玉米黄素上，番茄红素和其他膳食类胡萝卜素也存在于人的某些视觉组织上，其生理功能有待深入研究。
4 结 语
综上所述，番茄红素与叶黄素在理化性质、生理功能方面非常相似，而番茄红素更容易通过膳食途径从番茄及其制品中摄取，其植物提取和人工合成也更简便，其对黄斑是否具有与叶黄素类似的作用有待深入研究。在类胡萝卜素的生物合成过程中，番茄红素是叶黄素、玉米黄素合成的中间产物，是否可以假设机体摄入适量番茄红素制品或富含番茄红素的食物也能够通过增加视网膜黄斑色素密度而预防AMD的发生、发展?在预防眼部疾病方面，番茄红素能否发挥较强的抗氧化作用?明确上述问题将有利于番茄红素更好地为人类健康服务。
【参考文献】
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