Mecanismo de fotodaño

En los últimos 30 años, muchos académicos han realizado extensas investigaciones sobre el daño causado por la luz en la retina y sus mecanismos utilizando varios animales de experimentación. En la actualidad, la gente coincide en que las causas del daño luminoso de la retina incluyen al menos los siguientes tres aspectos: daño térmico, daño mecánico y daño fotoquímico. El daño térmico ocurre cuando los tejidos absorben alta energía y la convierten en energía térmica, lo que hace que aumente la temperatura en los tejidos locales. Cuando la temperatura en el tejido supera un cierto límite de temperatura corporal, varios componentes proteicos (incluidos los sistemas enzimáticos) del tejido pueden desnaturalizarse y solidificarse, provocando daños. El daño mecánico se produce cuando el tejido es irradiado por una luz potente (como el láser Nd:YAG) en un período de tiempo muy corto, lo que hace que el tejido cambie instantáneamente bajo el impacto de los fotones, provocando daño mecánico al tejido. El daño fotoquímico son cambios patológicos en el tejido de la retina causados ​​por una iluminación de baja energía y relativamente prolongada que no causa un aumento significativo de la temperatura. La mayoría de los estudiosos creen que los efectos químicos desempeñan un papel muy importante en el daño causado por la luz en la retina, pero el daño mecánico de la luz es pequeño y es poco probable que el efecto térmico de la luz cause daño irreversible a la retina en entornos de luz natural. Pero, en determinadas condiciones, también pueden estar implicados en daños a la retina. Se ha informado que tanto el daño fotoquímico como el térmico pueden desempeñar un papel en el fotodaño retiniano inducido por los eclipses. ¿Por qué la retina es más susceptible al daño causado por la luz? Las razones son las siguientes: (1) El segmento externo del fotorreceptor es rico en ácidos grasos poliinsaturados y es susceptible al ataque de los radicales libres. (2) El segmento interno es rico en mitocondrias, por lo que la tensión de oxígeno es alta. (3) Hay una gran cantidad de rodopsina en la capa fotosensible, que puede absorber una gran cantidad de fotones y causar fácilmente daños leves a la retina. Pero hasta ahora, la relación entre los tres tipos de daño mencionados anteriormente y el mecanismo del daño fotoquímico no está completamente clara. Actualmente se cree que los efectos fotoquímicos pueden causar daños a través de las siguientes vías.

1) Apoptosis

Muchas publicaciones han confirmado que la apoptosis es uno de los mecanismos importantes del daño luminoso de la retina. El daño por luz induce la apoptosis de las células del EPR: el cultivo in vitro ha confirmado que la luz visible puede causar daño al neuroepitelio de la retina y al epitelio pigmentario, y que las células del EPR son particularmente sensibles a la estimulación lumínica en la banda de luz azul. Los experimentos han demostrado que la luz azul no solo puede causar daño morfológico a las células del EPR, sino también una disfunción de la barrera hematorretiniana y del transporte de leucina y cloruro. Otros estudios han demostrado que la muerte celular inducida por la luz azul se produce mediante el mecanismo de apoptosis. Algunos estudiosos utilizaron la tinción HE y el método TUNEL para marcar las células apoptóticas, y los resultados demostraron que la apoptosis de las células fotorreceptoras es uno de los mecanismos importantes del daño experimental por luz retiniana en ratas.

Genes relacionados con la apoptosis

La regulación genética de la apoptosis en células de mamíferos no está muy clara. Los principales estudiados incluyen Bcl-2, c-myc, P53, Ice, Fas/. Apo-1 etc.

(1) Gen Bcl-2: Puede inhibir la apoptosis en varios modelos. Estas proteínas incluyen C. elegans Bcl-2, Bcl-xl, Bcl-xs, Bax, Bad, Bag-1, CED-9 y algunas proteínas virales.

Gen (2)c-myc: se encuentra una alta expresión de c-myc en muchas células tumorales humanas, lo que puede promover la proliferación celular e inhibir la diferenciación celular. Como regulador transcripcional, la proteína c-myc activa genes que median la proliferación celular, por un lado, y genes que median la apoptosis celular, por otro, dando a las células dos opciones: proliferación o apoptosis. Lo que sucede depende de otras señales que recibe la célula. Si se reciben estímulos de supervivencia adicionales, como la presencia de factores de crecimiento y la expresión del gen Bcl-2, prevalecerá la proliferación; de lo contrario, las células sufrirán apoptosis.

(3) Gen P53: Es un importante gen supresor de tumores. Su función biológica es monitorizar la integridad del ADN genómico en las células en fase G1. Si el ADN está dañado, la proteína P53 hará que las células permanezcan en la fase G1 y entren en la fase M después de la reparación; si el daño no se puede reparar, inducirá la apoptosis celular para evitar que las células se vuelvan cancerosas; Si el gen p53 sufre una mutación, esta función se pierde.

(4) Gen Fas: Fas se expresa ampliamente en las células del sistema inmunológico. La apoptosis mediada por Fas juega un papel muy importante en el mantenimiento de la función inmune normal del cuerpo. Fas y sus ligandos se expresan ampliamente en varios tejidos del cuerpo y, por lo tanto, pueden desempeñar un papel en la transformación celular y la homeostasis tisular mediante la regulación de la apoptosis.

(5) Enzima convertidora de interleucina-1β (ICE) En los nematodos, CED-3 es necesaria para la apoptosis. También existe una proteasa con estructura y función muy similar en los mamíferos, a saber, ICE. La sobreexpresión en fibroblastos de ratón conduce a la apoptosis.

(6) gen bcr/abl: puede desempeñar un papel en la inhibición de la apoptosis en la leucemia mieloide crónica, prolongando así el tiempo de supervivencia de las células de la leucemia mielógena crónica.

Proteína caspasa-3

En la reacción apoptótica una serie de enzimas juegan un papel esencial, y la proteína caspasa-3 juega un papel clave. Después de activarse en la vía de la apoptosis en cascada de caspasas, finalmente conduce a que la endonucleasa celular corte el ADN nuclear, provocando la apoptosis celular. Wang Xiao et al. detectaron la expresión de la proteína caspasa-3 mediante transferencia Western. Los resultados mostraron que cuando la proporción de células apoptóticas era mayor, también aparecía la proteína caspasa-3 activada. Liu Shuangzhen et al. utilizaron el inhibidor de caspasa-3 Ac-DEVD-CHO para tratar la apoptosis de las células de la retina de pollo. Descubrieron que la tasa de apoptosis del grupo al que se le inyectó Ac-DEVD-CHO era significativamente menor que la del grupo al que no se le inyectó. y Ac-DEVD-CHO no tuvo efecto sobre la retina. El efecto inhibidor de la apoptosis aumenta al aumentar la dosis. Esto indica que la caspasa-3 está estrechamente relacionada con la apoptosis inducida por la luz. El inhibidor de la familia de proteínas de la apoptosis (iAP) puede ser importante para prevenir la apoptosis.

2) Generación de radicales libres y peroxidación lipídica

El segmento externo del fotorreceptor es rico en ácidos grasos insaturados polivalentes y es susceptible al ataque de los radicales libres, mientras que el segmento interno es rico en mitocondrias, por lo que oxígeno Alta tensión. Esto puede ocurrir a través del daño de los radicales libres y la peroxidación lipídica al receptor. El artículo traducido por Zhou Chuannong presenta la apoptosis causada por el daño ligero a las mitocondrias celulares. El mecanismo puede ser que los radicales libres generados provoquen peroxidación lipídica y dañen la retina. El producto de la peroxidación lipídica (LPO) es el malondialdehído (MDA), y el nivel de peroxidación lipídica en la retina se puede determinar midiendo la cantidad de malondialdehído en la retina. Las investigaciones muestran que LPO y su producto MDA tienen al menos los siguientes peligros:

(1) La MDA puede combinarse con la guanina en las moléculas de ADN, afectando su función.

(2)La MDA afecta indirectamente la síntesis, escisión y transcripción del ADN a través de la regulación de enzimas;

(3)La MDA también puede formar bases de Schiff con ciertos aminoácidos en moléculas de proteínas, provocando pierda su función;

(4) La LPO daña directamente las estructuras de la membrana, como las membranas mitocondriales, afectando las funciones celulares. La retina de la rata se iluminó con una fuente de luz fluorescente (18175 300 LX). Los resultados mostraron que el contenido de MDA en la retina aumentó después de 3 días y 2 horas de exposición, disminuyó gradualmente después de 5 días y se acercó a lo normal después de 8 días. Sin embargo, también se ha informado que el grado de peroxidación de los ácidos grasos poliinsaturados en la retina no sólo depende de la cantidad e intensidad de la luz de onda corta, sino que también depende del efecto de calentamiento de la luz de onda larga sobre el tejido basado en la reacción de oxidación.

Daño celular mitocondrial

Las principales funciones de las mitocondrias son la fosforilación oxidativa y el almacenamiento de iones calcio, siendo la primera la principal. En las células animales, más del 80% del ATP se sintetiza en las mitocondrias. Las mitocondrias sintetizan ATP mediante fosforilación oxidativa para proporcionar energía para las actividades de la vida celular y son la principal fuente de energía celular. Los resultados de investigaciones recientes muestran que las mitocondrias, como interruptor principal que inicia la apoptosis, pueden abrir un canal no específico en la membrana interna: el poro de transición de permeabilidad mitocondrial (MTPTP), y desempeñar un papel importante en la regulación de la apoptosis. En los últimos años, se ha descubierto que al menos tres eventos especiales en las mitocondrias desempeñan un papel en la apoptosis, a saber, la pérdida del potencial transmembrana mitocondrial (δ ψ m), la inducción de cambios en la permeabilidad mitocondrial (MPT) y la transferencia de apoptosis. -Factores derivados al citosol de translocación. Se han identificado varios factores que promueven la muerte en el espacio intermembrana mitocondrial, incluido el citocromo c, el factor inductor de apoptosis (AIF) y proteasas latentes llamadas caspasas. Como efector en las mitocondrias, el AIF suele estar secuestrado en el espacio intermembrana de las mitocondrias.

Una vez que las mitocondrias se ven afectadas por factores estimulantes, los radicales libres aumentan y la peroxidación lipídica aumenta, lo que hace que mtPTP se abra, cambiando así el potencial de membrana, lo que hace que la membrana mitocondrial interna se abulte y libere estos factores pro-muerte. El citocromo c liberado puede activar la vía de degradación de proteínas de la enzima en el citoplasma, causando daño a la estructura citoplasmática. Después de que se libera el AIF, se mueve hacia el núcleo, condensa la cromatina, provoca una fragmentación del ADN a gran escala y, por lo tanto, provoca la formación de células; muerte. El inicio de mtPTP y la posterior muerte celular también pueden iniciarse por una absorción excesiva de Ca2 por parte de las mitocondrias. La ingesta excesiva de Ca2 aumenta el tiempo que las mitocondrias están expuestas a especies reactivas de oxígeno (ROS, O2-) y reduce la eficiencia de producción. Por tanto, una disminución significativa de la productividad mitocondrial y un aumento gradual del estrés oxidativo activan el mtPTP y desencadenan la apoptosis.