Alpha-lipoic acid: A possible pharmacological agent for treating dry eye disease and retinopathy in diabetes
Clin Exp Pharmacol Physiol . 2020 Dec;47(12):1883-1890. doi: 10.1111/1440-1681.13373. Epub 2020 Jul 21.
PMID: 32621549 DOI: 10.1111/1440-1681.13373
IF=2.372（2015）index 0.606 (一般偏难)
摘要：α-硫辛酸（ALA）是天然存在的二硫醇微量营养素，可充当线粒体酶活性的辅助因子。由于其潜在的抗氧化剂活性，它被认为是“通用抗氧化剂”。先前的研究报道了ALA的药理学优势，例如血糖控制，改善的胰岛素敏感性以及减轻糖尿病并发症（如神经病变和心血管疾病）的发生。糖尿病患者中普遍存在干眼病和视网膜病。实验研究证明了ALA在干眼症和糖尿病性视网膜病中的有益作用。ALA可以通过下调角膜上皮细胞中基质金属蛋白酶9的表达并激活眼表的抗氧化状态来预防干眼症。此外，它的直接抗氧化作用还可以防止氧化应激引起的角膜表面侵蚀和泪腺损害。ALA通过抑制O-联结的β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶和核因子-κB活性并减轻氧化应激来预防糖尿病性视网膜病。它可以激活视网膜神经节细胞中的核因子红系2相关因子2和AMP激活的蛋白激酶。在视网膜前病变糖尿病患者中进行的临床试验表明，含染料木黄酮和维生素的ALA可以保护视网膜细胞并降低糖尿病患者的炎症作用。然而，很少有研究探索其在干眼病和糖尿病性视网膜病中的有益作用。因此，这篇评论文章讨论了ALA在干眼病和糖尿病性视网膜病中的作用的最新进展，
关键字： α-硫辛酸；抗氧化剂 糖尿病性视网膜病变; 干眼病 基质金属蛋白酶 核因子红系2相关因子2。
1引言
α-硫辛酸（ALA）1,2-二硫杂环戊酸酯-3-戊酸是一种天然存在的低分子量（206.32 g / mol）二硫醇微量营养素，可作为与线粒体代谢相关的生物能酶活性的辅助因子。1 ALA与丙酮酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶，支链α-酮酸脱氢酶和甘氨酸裂解系统等酶的赖氨酸残基的ε-氨基共价连接。1，2与硫醇基团此有机硫化合物在植物和动物中产生。动物的主要来源是肉，尤其是红肉，而植物的主要来源是西兰花，抱子甘蓝，菠菜，马铃薯，番茄和豌豆。3，4它可以在哺乳动物细胞的线粒体中合成，发现在病理条件下会降低。5在人类中，ALA是在心脏，肝脏和肾脏中合成的。6商业ALA是R和S形式的外消旋混合物。天然存在的R形式充当线粒体酶的辅因子。7食物中R和S形式的绝对生物利用度均不超过40％，并且能够穿越血脑和血视网膜屏障。8，9许多植物衍生的抗氧化剂，包括在ALA老化相关的病症的治疗用途最近进行了综述。10
Hagen等人证明，饮食中补充2周的ALA可以改善线粒体功能，这可以通过增加老年大鼠的O 2消耗量和线粒体膜电位来证明。11 ALA或其钯共轭形式可改善老年大鼠心肌和大脑中的电子传输链活性。12 - 14如防止心血管疾病，炎症，衰老和认知功能障碍阿尔茨海默病ALA的许多生物活性吸引了其药理好处。15 - 17 ALA的抗癌作用表现在各种癌细胞系。18，19该作用通过生长因子受体结合蛋白2（一种细胞信号通路的衔接蛋白和AMP激活的蛋白激酶（AMPK））介导，导致表皮生长因子受体（EGFR）和哺乳动物雷帕霉素S6信号转导的靶标下调。途径。20，21此外，ALA可以下调几个蛋白激酶，包括粘着斑激酶，细胞外信号调节激酶1/2和蛋白激酶B这将最终抑制转化生长因子β1信号的磷酸化。这被解释为ALA对乳腺癌细胞抗侵袭作用的可能机制。22ALA或其还原形式的二氢硫辛酸（DHLA）可以直接或间接调节蛋白激酶C和AMPK的表达，这是细胞代谢的许多下游信号传导途径中的关键酶。23，24此外，作为过氧化物酶体增殖物激活受体α和γ的激动剂。25这些机制解释了ALA对肥胖，非酒精性脂肪肝和肝纤维化的有益作用。26 - 28
由于氧化应激参与糖尿病并发症的分子机制，因此ALA的抗氧化作用可用于其治疗。大多数临床研究表明，在减轻糖尿病患者的氧化应激，神经病以及与神经病有关的疼痛和感觉异常方面具有药理作用。29，30。然而，最近的荟萃分析与安慰剂相比时结束ALA的对血糖控制和胰岛素敏感性的影响不显着。31在2型糖尿病患者中普遍存在视网膜病变和干眼症。32实验研究证明ALA在干眼病和糖尿病性视网膜病中的有效性。但是，尚未通过临床试验确定其在这些眼部疾病中的作用。因此，本文综述了ALA在干眼病和糖尿病性视网膜病中的作用。截至2020年6月，在PubMed，Scopus和Web of Science中使用搜索词α-硫辛酸和眼部疾病或干眼症或糖尿病性视网膜病变对相关文章进行了文献检索。
2 硫辛酸的抗氧化剂和抗炎活性
α-硫辛酸是一种强大的抗氧化剂分子，因此被认为是“通用抗氧化剂”。ALA和DHLA的抗氧化和抗炎作用如图1所示 。通过基于NAD（P）H的反应，ALA易于从饮食中吸收，运输到细胞并在肝脏中还原为DHLA。由于它可溶于水和脂肪，因此广泛分布在细胞膜和细胞质中。33 ALA的氧化形式和还原形式均具有抗氧化性能。1，33，34的范围内的氧化还原活性含硫天然产品，包括ALA的药理学性质被关联到硫醇基团。35ALA的潜在抗氧化作用可以归因于直接活性氧（ROS）清除能力，金属离子螯合能力和恢复细胞抗氧化剂的能力，例如还原型谷胱甘肽（GSH），辅酶Q，维生素C和E含量。11，34，36研究已经证明ALA可以提高下降在肝细胞和心肌细胞中GSH，维生素C，维生素E和辅酶Q的水平。36发现ALA的脂质体制剂可增强其抗氧化能力。37在ALA的ROS清除特性中，在生物系统中已证明清除了羟基自由基，次氯酸，过氧自由基和单线态氧。38它还可能通过过渡金属螯合发挥抗氧化作用。ALA可以螯合Fe 2+和Cu 2+，从而防止氧化还原活性金属介导的反应，如Fenton和Haber-Weiss反应。2，39，40此外，由于金属螯合性质它可以有效地减轻与重金属中毒有关的毒性。
图1：α-硫辛酸（ALA）的抗氧化和抗炎作用。通过线粒体/胞质溶胶中NADH / NADPH依赖性反应分别将ALA酶促还原为二氢硫辛酸（DHLA）。DHLA反过来会减少细胞中氧化的维生素C [Vit.C（O）]，维生素E [Vit.E（O）]和氧化的谷胱甘肽（GS-SG）。ALA允许核因子红系-2相关因子2（Nfr-2）的核易位，并增加超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）基因表达。Nfr-2可以抑制核因子κB（NF-kB），ALA可以使DNA高甲基化，从而下调肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白介素（IL）-1β和IL-6的水平。两者最终都会产生抗炎作用。此外，ALA的直接自由基（FR）清除和氧化还原金属螯合特性也有助于其抗氧化作用。GSH，还原型谷胱甘肽
α-硫辛酸可以增加主要抗氧化剂的基因表达，例如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）。该作用是通过氧化还原敏感的转录因子，核因子erythroid-2相关因子2（Nrf2）的稳定和核易位介导的。41由于Nrf2阻断了核因子-κB（NF-κB）的活化，因此可以解释ALA的Nrf2活化和抗氧化特性，因为它具有抗炎作用。41此外，人类神经母细胞瘤细胞中显示出一种新型的ALA抗炎机制，它可以使DNA甲基化，从而下调炎性细胞因子白介素（IL）-1β和IL-6的水平。42
体外和体内研究均表明ALA和DHLA的促氧化特性。DHLA的促氧化特性可能是通过羟基自由基的产生介导的。15此外，ALA和DHLA已显示出可促进离体大鼠肝脏线粒体中线粒体通透性的转变，从而产生过量的ROS（如超氧阴离子）。DHLA刺激大鼠肝线粒体和线粒体下颗粒中超氧阴离子的产生。43因此，选择合适的ALA药理剂量对于限制其抗氧化作用至关重要。44为确定老年人群体中ALA的耐受性而进行的一项研究得出的结论是，每天600毫克一餐，连续5天的口服剂量耐受性良好。45但是，较高剂量可能产生上消化道副作用和潮红感。45
3 硫辛酸在眼病中的作用
3.1干眼症
干眼病是一种与年龄有关的多因素慢性疾病，会因泪液产生中断和角膜上皮完整性丧失而影响眼表。此病最初会引起轻度不适。以后，它可能导致眼表疤痕，可能导致不可逆的视力损害。泪腺中泪液的产生与神经内分泌，激素和免疫学因素有关。带有角膜上皮的眼泪可保持眼表的水合作用和表面光滑度。眼膜，眼角膜和房水中的酶抗氧化剂和非酶抗氧化剂可提供抗氧化应激的保护。抗氧化剂关键酶SOD，CAT和GPx，46，47在正常角膜上皮，抗氧化酶活性的顺序被报告为SOD> CAT> GPx的。48除此之外，眼泪蛋白乳铁蛋白和S100A还有助于眼表的抗氧化防御。
经常与干眼症有关的环境因素包括暴露于污染物，臭氧，紫外线辐射以及长期使用防腐眼药水（如治疗青光眼）。49这些因素会增加氧化应激，从而导致眼表发炎。50，51在干眼疾病的病理生理学活性氧和氮物种的重要的作用是通过增加证明在眼表面组织8-羟基脱氧鸟苷2，4-羟基壬烯醛，丙二醛和硝基酪氨酸水平。49，52 - 54 ROS的水平和活性保护酶导致的氧化性损伤和眼表面炎症之间的不平衡。49，55减少的结膜上皮抗氧化酶（SOD，CAT和GPX）的表达是在与干眼疾病的受试者中发现。56干眼动物模型表明，氧化产物在角膜上皮中积累。57 Kruk等人发现，增加的氧化应激反过来会导致眼表发炎和干眼症的发生。58
眼泪中基质金属蛋白酶（MMP）及其抑制剂之间平衡的改变是与眼表疾病相关的病理生理机制之一。59，60在氧化应激，MMP的在角膜上皮屏障（对-和反式-细胞上皮）的分子的破坏作用在干眼病进行了说明。61，62 MMP-9过度表达已被证明在干眼病。63类似于Kelch的ECH相关蛋白1（Keap1）-Nrf2抗氧化反应元件途径在调节抗氧化剂基因的表达，维持角膜上皮细胞的抗氧化剂状态并从而保护眼表免受干眼症的影响中起着关键作用。64，65因此，Nfr-2在角膜上皮细胞中的激活可以间接增强抗氧化防御能力，例如SOD，CAT和GPx。66最近的一项研究得出结论，在干眼模型中，Nrf-2激活剂可有效抵抗角膜上皮细胞损伤。67
仅少数研究提出氧化应激作为干眼病局部治疗的靶标。49，68的氧化应激和ALA的干眼疾病中的作用描述于图 2。最近的体外和体内研究表明，ALA可以下调MMP-2和MMP-9的表达并增加其组织抑制剂在眼泪中的表达。69，70个研究在动物模型表明，ALA和硒蛋白P可以有助于减轻氧化应激的眼表。71 ALA通过激活眼表细胞中的Nrf-2来增加泪腺过氧化物酶并恢复泪腺产生。72ALA对大鼠辐射性泪腺损伤具有保护作用，其作用是通过抑制活化的T细胞表达和NF-κB信号传导途径介导的，从而提示ALA在干眼症中可能具有治疗作用。73
图2：α-硫辛酸（ALA）在干眼症中的保护作用。氧化应激诱导基质金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-9活性并降解角膜上皮。ALA可以激活眼表中抗氧化状态，如乳铁蛋白和抗坏血酸。此外，ALA激活了其调节因子Kelch样ECH相关蛋白1（Keap 1）的核因子红系2相关因子2（Nfr-2）的解离，并使其易位至角膜上皮细胞核。Nfr-2增加抗氧化剂基因的表达，从而增加超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的水平。ALA可以通过增强抗氧化剂防御能力或通过增加MMP的组织抑制剂水平来阻止MMP激活。
糖尿病患者中普遍存在干眼病。32在2型糖尿病患者中，糖尿病视网膜病变与干眼症之间存在显着相关性。74糖尿病患者血糖控制不佳也与干眼症发生率相关。75糖尿病中干眼症的可能机制与高血糖症有关，高血糖症可能导致高泪膜渗透压和眼表发炎。由于泪腺的神经病变，这种炎症和氧化应激降低了杯状细胞密度，结膜上皮鳞状化生以及泪液产生不足。76 - 78ALA的降血糖，抗炎和抗氧化作用可能对糖尿病相关的干眼症有效。然而，需要更多的研究来确定其在干眼病中的作用。
3.2糖尿病性视网膜病
糖尿病性视网膜病仍然是糖尿病的主要眼部并发症之一。已经证明包括氧化应激和炎症在内的各种机制可导致糖尿病性视网膜病的形成。79葡萄糖的自动氧化，高级糖基化终产物的形成增加以及醛糖还原酶和蛋白激酶C活性的增加，是导致糖尿病视网膜多种细胞类型中ROS形成的因素。65糖尿病视网膜病变的病理生理学也报道了肾素-血管紧张素过度活化，血液血液动力学变化，白细胞介导的内皮细胞损伤以及视网膜毛细血管基底膜灌注不足和增厚。80 - 83高血糖症会在己糖胺的生物合成途径中诱导O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性的激活。这种增强的O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性产生了O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖信号传导，这与糖尿病性视网膜病的发病机理有关。84，85 ö -GlcNAcylation在高血糖状态可以激活NF-κB，炎性转录因子。86由于视网膜神经节细胞（RGC）死亡，氧化应激和炎症在糖尿病性视网膜病变的发展中起着重要作用。86
在图3中描述了ALA在糖尿病性视网膜病中的作用 。ALA在线粒体生物能反应中的作用以及在细胞膜和细胞溶质中作为抗氧化剂的作用可以显着控制糖尿病性视网膜病变，神经病变和其他血管疾病。29此外，ALA可以增强血管内皮细胞对内皮细胞的抗氧化防御能力。87 Inman等人已经证明饮食疗法可以减轻氧化应激，从而改善青光眼的RGC存活率。88 ALA补充4-11个月可以改变与氧化应激相关的基因和蛋白质的表达。88与对照组相比，ALA治疗组的RGC数和轴突转运，轴突数和轴突完整性发生了变化。88所测量的视网膜脂质过氧化，蛋白质亚硝基化和DNA氧化水平支持了这一效果。ALA可以激活内皮型一氧化氮合酶产生一氧化氮，改善内皮功能，并抑制糖尿病患者的糖基化反应。29，89
图3：α-硫辛酸（ALA）对糖尿病性视网膜病变的保护作用。糖尿病中的高血糖症可以诱导活性氧（ROS）的形成和核因子-κB（NF-kB）的激活。活化的NF-kB可以进一步增加ROS的形成和氧化应激。高血糖症和氧化应激可激活己糖胺途径的O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖（O - GlcNAc）转移酶。氧化应激和O- GlcNAc均可诱导视网膜神经节细胞（RGC）凋亡死亡，从而导致糖尿病性视网膜病变。ALA可以抑制O与β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性相关联，并激活角膜上皮细胞中的核因子红系-2相关因子2（Nfr-2），以增强抗氧化剂的状态。此外，ALA可以激活AMP激活的蛋白激酶（AMPK）以增加胰岛素敏感性，从而减轻高血糖症。ALA的直接抗氧化作用还可以防止ROS的形成，从而防止氧化应激
Nrf2在氧化应激过程中在视网膜中的保护作用被证明。90然而，糖尿病患者的高血糖水平可能有助于Keap1的表观遗传修饰，以增加其在细胞质中的水平，并且在糖尿病性视网膜病变中观察到Nrf2的相关失活。91，92 ALA增强的Nrf-2的视网膜神经元的核易位。93
为ALA提出的另一种保护糖尿病小鼠RGC的机制是通过激活AMPK和抑制O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性来介导的。94 ALA可以抑制糖尿病动物视网膜中的NF-kB活化和血管内皮生长因子的作用。95在视网膜病变前期糖尿病患者中进行的临床试验表明，以染料木黄酮和维生素进行的ALA剂量为400 mg / d持续2个月可以保护视网膜细胞。96最近的一项研究表明，以600 mg / d的ALA对糖尿病患者的抗炎作用持续4个月。97但是，Haritoglou等人进行的临床试验表明，每天的ALA（600毫克，持续2年）不能预防在胰岛素依赖型糖尿病患者中发生具有临床意义的黄斑水肿。98因此，需要更多的研究来确定ALA在糖尿病性视网膜病中的作用。
4 结论与未来展望
硫辛酸被认为是“通用抗氧化剂”。ALA的抗氧化作用与直接ROS清除能力，金属离子螯合能力及其恢复细胞抗氧化剂的能力有关。ROS和抗氧化剂含量之间的不平衡会导致眼表的氧化损伤和炎症。动物模型研究表明，ALA和硒蛋白P可能有助于缓解眼表的氧化应激。ALA增加了泪腺过氧化物酶的活性并恢复了泪腺的产生，从而改善了干眼症。还发现ALA对糖尿病性视网膜病有效。它通过诱导Keap1-Nrf2-ARE信号通路在视网膜中发挥抗氧化应激的神经保护作用。O-连接的β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶活性。通过抗氧化活性，ALA可以抑制细胞凋亡并维持RGC。临床试验发现口服ALA（600 mg / d）可以有效缓解糖尿病患者中轻度至中度多发性神经病的作用，范围为40天至4年。99 - 101短期ALA治疗（600毫克/千克，静脉注射8周）可以改善在糖尿病患者中早期肾病。102口服剂量为1300 mg / d的ALA以及维生素E或二十碳五烯酸和能量受限的饮食8-10周可减轻肥胖症的体重。26，103最近的研究结果发现，连续六个月给予ALA以及其他抗氧化剂和二十二碳六烯酸可减轻原发性开角型青光眼患者的氧化应激，而没有任何不良影响。104制备了一种基于纳米胶束的ALA滴眼剂，用于糖尿病相关的角膜治疗，它可以增强ALA的角膜通透性，稳定性，溶解性和积累。105ALA预防这些糖尿病并发症的有益作用是值得的。但是，在糖尿病患者中使用ALA治疗眼病（如干眼症和糖尿病性视网膜病）的临床试验尚不足以支持其有益作用。尽管进行了临床和临床前研究，但仍需要使用不同的口服剂量或ALA滴眼剂进行更有针对性的长期临床试验，以探索其在眼部疾病中的治疗潜力。
致谢
作者非常感谢印度印度喀拉拉邦Elthuruth，Thrissur，St。Aloysius HSS英语系Babitha NV，高级HSST，英语系的宝贵帮助。
利益冲突
作者声明没有潜在的利益冲突。
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