糖尿病视网膜病变、超氧化物损伤和抗氧化剂

摘要

简介

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢状态，是胰岛素分泌异常或胰岛素作用下降的结果。全世界有2.46亿糖尿病患者，其数量以惊人的速度增长，被认为是21世纪的流行病。持续的高血糖导致长期并发症的进展，影响大血管和微血管疾病[1–三]. 大血管并发症包括心脏病、中风和外周血管疾病，微血管并发症影响严重依赖其微血管供应的器官，即眼睛、肾脏和神经。

视网膜病变是糖尿病的潜在致盲并发症。据世界卫生组织统计，约有500万人患有糖尿病视网膜病变，约占世界失明人数的5%。仅在美国，糖尿病视网膜病变每年就造成约10000例新的失明病例[4]. 由于糖尿病并发症的发生与糖尿病的持续时间和血糖控制质量直接相关，因此在糖尿病的最初几年很少检测到糖尿病并发症，但到20至25年糖尿病患者中，几乎90%的患者出现了某种形式的视网膜病变[5，6]。

糖尿病视网膜病变的发病机制

糖尿病视网膜病变是由视网膜的小血管系统、多细胞和眼球后部的感光组织受损引起的。它是人体内血管最多的组织，其毛细血管占该组织直径的一半。毛细血管由负责维持血-视网膜屏障的内皮细胞排列，并被平滑肌细胞、周细胞包围，周细胞为血管提供色调[7]. 在糖尿病视网膜病变的早期，周细胞开始加速死亡，这种周细胞的丢失伴随着内皮细胞的丢失，导致周细胞鬼影、脱细胞毛细血管和微动脉瘤[8–10]. 因此，在视网膜中观察到任何组织病理学之前，视网膜微血管细胞（周细胞和内皮细胞）和其他非毛细血管细胞（如Muller细胞和胶质细胞）通过凋亡选择性丢失[10–12]. 这种加速的凋亡可以解释周细胞鬼影和无细胞毛细血管，因为尽管糖尿病视网膜病变的组织病理学在人类需要几十年的时间，在大鼠需要大约一年的时间来发展，但凋亡是一种迅速完善的现象，细胞中只含有几小时的片段DNA[13]. 糖尿病患者内皮细胞复制缺陷会耗尽细胞的复制能力，从而加速视网膜缺血的进程。对啮齿类动物模型的研究表明，糖尿病6-8个月时视网膜血管中TUNEL阳性细胞增加，而同一动物模型在糖尿病10-12个月左右出现组织病理学改变[10，11]这表明在糖尿病视网膜病变中，血管细胞在其他组织病理学检测出来之前已经退化，并且糖尿病视网膜病变的临床沉默初始阶段由不可逆的细胞事件组成，具有晚期结构后果。毛细血管开始将液体渗入周围的视网膜组织，导致微动脉瘤和视网膜内出血。内皮细胞试图通过在内膜上繁殖来修复损伤，但这会促进毛细血管的闭塞，缺血的视网膜发出生长因子释放的信号，导致新生血管形成。在视网膜内或玻璃体腔中形成的新血管是脆弱的，可能导致视网膜脱离，最终导致失明[6]. 因此，这种进行性疾病与高血糖的严重程度和糖尿病的持续时间密切相关。

高血糖与糖尿病视网膜病变

高血糖被认为是糖尿病并发症发生的主要诱因。糖尿病控制和并发症试验和动物模型清楚地表明，维持良好的血糖控制可以减缓糖尿病视网膜病变的发病和进展[2，14–22]. 然而，糖尿病视网膜病变中高血糖表现的机制尚不清楚。糖尿病是一种终身疾病，视网膜病变是一种依赖于病程的缓慢进展的并发症，因此视网膜持续暴露于高糖环境中。这种高糖会破坏细胞代谢，导致急性变化，随着时间的推移，这些急性变化会导致稳定大分子长期不可逆的异常。使这一过程进一步复杂化的是，持续的高血糖本身可能导致稳定大分子的不可逆变化。糖尿病视网膜病变的动物模型表明，甚至在视网膜中可以看到任何组织病理学之前，就已经在视网膜中观察到代谢/功能改变[11，23–25]. 因此，强烈需要阐明其发展的机制，以便在其表现为病理学之前，使用旨在预防代谢障碍的治疗方法来阻止其发展。

当细胞内葡萄糖水平升高时，多元醇途径变得活跃[26]第一限速酶醛糖还原酶将葡萄糖还原为山梨醇，山梨醇脱氢酶将山梨醇转化为果糖。视网膜血管和其他细胞在糖尿病中的多元醇增加，从而表明其在糖尿病视网膜病变的发展中的作用[27]. 与葡萄糖和/或α-氧代乙醛的反应导致蛋白质、脂质和DNA的氨基发生化学修饰，这可能导致分子内和分子间交联的形成，抑制AGE介导的通路可能有助于预防糖尿病视网膜病变的发展和进展[28，29]. 另一个牵涉到的重要途径是蛋白激酶C的激活。糖尿病已被证明可以增加视网膜微血管中的蛋白激酶C活性，而视网膜微血管是糖尿病视网膜病变的主要部位[24，30]. 蛋白激酶C增加可能导致糖尿病视网膜病变的许多特征性改变，包括刺激新生血管和内皮细胞增殖、增加血管通透性、刺激凋亡、导致高血糖诱导的氧化应激和异常血流[31]。

虽然糖尿病视网膜病变的发病机制尚未完全阐明，但氧化应激被认为是糖尿病视网膜病变发生途径的关键介导者[32–37]. 糖尿病患者视网膜病变发病率的增加与血清脂质过氧化氢的增加有关[38，39]. 过多的超氧自由基会导致细胞分子的氧化修饰，激活多种途径，从而导致细胞死亡[40]. 在这里，我们总结了在理解超氧物在糖尿病视网膜病变发展中的新作用方面的最新进展(图1). 我们希望，更好地了解这种疾病的细胞内和分子机制，特别是在这种进展缓慢的疾病的早期阶段，对于改进控制和/或延缓这种疾病的治疗选择至关重要。

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图1

通过氧化应激发展糖尿病视网膜病变的分子机制示意图。糖尿病诱导的活性氧（ROS）过度产生不仅损害蛋白质、脂质和碳水化合物，还损害线粒体DNA。这导致呼吸链亚单位缺乏，超氧化物生成增加，导致恶性循环。细胞凋亡增加导致视网膜病变的发展。

糖尿病和氧化应激增加

临床和实验研究清楚地表明，高血糖是糖尿病并发症发病的第一触发因素。它激活许多代谢和血流动力学途径及其下游效应器，并通过多种不同机制增加氧化应激，包括葡萄糖的自氧化、超氧物生成增加/清除减少、多元醇途径和蛋白激酶C的激活，并增加高级糖基化终产物的形成[41]. 葡萄糖，在金属（如铁）存在下与过氧化氢反应²⁺和铜²⁺)，可形成高活性的羟基自由基，从而破坏线粒体电子传输系统并损伤DNA，进一步增加超氧化物的积累。由于多元醇途径的醛糖还原酶使用NADPH将葡萄糖还原为山梨醇，NADPH对谷胱甘肽还原酶（一种重要的抗氧化防御酶）的可用性降低[26，42，43]. 高血糖通过增加非酶糖基化增加晚期糖基化终产物的形成，糖基化最终产物与其受体的结合通过NADPH氧化酶增加细胞内活性氧（ROS）的生成[41]. 此外，蛋白激酶C通过二酰甘油的形成（在糖尿病中增加）激活，导致随后通过NADPH氧化酶产生ROS[44]。

在糖尿病视网膜病变的发展过程中，视网膜中醛糖还原酶被激活，山梨醇水平升高[45]，并且蛋白激酶C的激活增加了血管通透性、血流变化和新生血管形成[24，46–49]. 此外，在视网膜毛细血管细胞内观察到晚期糖基化的积累增加[28]. 我们的研究表明，糖尿病引起的视网膜异常是相互关联的，可以通过服用抗氧化剂来预防[24，50]表明它们是由自由基调节的。因此，持续的高糖有许多途径增加视网膜中的氧化应激。

线粒体与生成活性氧物种

如上所述，自由基在糖尿病视网膜病变的发展中起着重要作用。线粒体是细胞的发电站[51]，并使用大约90%的消耗O₂用于氧化磷酸化和ATP合成。然而，线粒体电子传递链通过电子传递链复合物I–IV将电子从还原底物转移到分子氧，从而产生不可避免的副产品超氧化物，这使得线粒体成为氧化剂破坏作用的靶点。复合物I向基质释放超氧化物，复合物III向内膜两侧释放超氧化物[52]. 这些自由基，即分子轨道上含有一个或多个未配对电子的分子或分子碎片，具有高度的反应性。因此，维持有氧生活的氧气不仅对能量代谢和呼吸至关重要；它可以进一步与其他分子相互作用，生成羟基、过氧基、烷氧基和过氧化氢等二级自由基。虽然已经确定这些自由基有毒并导致许多疾病，但它们具有生理功能，是触发复杂细胞事件的众多细胞信号通路的一部分。增加的超氧化物可通过破坏线粒体DNA和蛋白质，引起持续的有害影响，从而改变电子传递链亚单位，从而进一步产生更多的超氧化物[53，54]. 此外，NO可以与超氧物反应并生成过氧亚硝酸盐，这是一种具有较长平均生命周期的强大氧化剂，过氧亚硝基直接可以诱导脂质过氧化、酶失活并激活级联事件，导致DNA损伤和细胞存活[55–57]. 糖尿病已被证明会增加视网膜及其细胞中线粒体超氧化物和过氧亚硝酸盐的水平，氧化应激的增加与糖尿病视网膜病变的发展有关[25，58–64]. 线粒体功能失调，膜电位受损，视网膜及其毛细血管细胞中电子传递链系统复合体III的活性受损[22，35，65]. 在糖尿病视网膜病变动物模型中补充抗氧化剂抑制氧化应激和视网膜病变的发展[25，61，66]。

哺乳动物细胞具有良好的抗氧化防御系统，可以中和自由基并保持细胞氧化还原平衡。这种抗氧化防御系统由几种细胞和线粒体酶组成，包括超氧物清除酶、谷胱甘肽过氧化物酶和还原酶。超氧化物自由基不容易跨膜，但锰超氧化物歧化酶（MnSOD）是一种超氧化物清除酶，它将线粒体内的超氧化物转化为过氧化氢，过氧化氢可以从线粒体中扩散出去。此外，细胞内的抗氧化剂，如谷胱甘肽，维生素E和抗坏血酸有助于中和自由基的有害影响。糖尿病患者视网膜的抗氧化防御系统受损；抗氧化防御酶MnSOD、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性降低，谷胱甘苷水平低于正常值[25，58]. 硫氧还蛋白相互作用蛋白（硫氧还毒素的内源性抑制剂）的表达降低[67]. 因此，这些研究进一步加强了氧化损伤/防御在糖尿病视网膜病变发展中的作用。然而，应该承认，细胞可以从非线粒体来源（包括NADPH氧化酶）和脂肪酸代谢产生ROS[68]糖尿病诱导的NADPH氧化酶激活已被证明可介导与糖尿病视网膜病变发展相关的异常，包括血视网膜屏障的破坏[69，70]。

线粒体超氧化物歧化酶与糖尿病视网膜病变

如上所述，MnSOD是主要的线粒体清除剂之一，糖尿病抑制其在视网膜中的活性[34，58，63]. 然而，糖尿病如何影响视网膜MnSOD仍有待阐明。其中一种可能性是通过改变其表观遗传调控。MnSOD基因，草皮2，具有5个外显子和4个内含子，以及一个近端启动子区和一个独特的内含子2增强子区，调节钠2.氧化还原敏感核转录因子（NFk个B） p65/p50可以激活草皮2相比之下，NFk个B p50/p50抑制草皮2[71，72]. 我们的研究表明，糖尿病诱导的氧化应激激活NFk个视网膜及其毛细血管细胞中的B[18，73]，我们的初步研究表明k个B p50/p50在视网膜增强器处升高草皮2糖尿病患者[Zhong和Kowluru，未发表的观察结果]，这可能会抑制MnSOD转录。此外，基因草皮2位于染色质中，可通过组蛋白修饰进行调节。当组蛋白乙酰化打开染色质并激活基因表达时，组蛋白甲基化抑制基因表达[74]. 我们的初步结果表明，三甲基化组蛋白H4赖氨酸20在视网膜的启动子和增强子区域增加草皮2，表明组蛋白的表观遗传修饰可以紧密结合草皮2并使其不易被其他转录因子利用[Zhong和Kowluru，未发表的观察结果]。另一种可能是其翻译后修饰、MnSOD mRNA稳定性降低以及过氧亚硝酸盐蛋白的氧化修饰[19，75]可能是视网膜中MnSOD活性降低的原因。

MnSOD蛋白必须根据N端线粒体靶向序列转位到线粒体，单核苷酸多态性（SNP）Ala16/Val被证明影响其转位[76，77]. 胞嘧啶转变为胸腺嘧啶（C到T）导致缬氨酸（GTT）取代了MnSOD蛋白第16密码子氨基酸处的安乃近（GCT）。Ana16/Val破坏了MnSOD的螺旋结构并影响其线粒体运输，并且Val16/Wal基因型的酶活性低于Ala16/Ala基因型[77]. 糖尿病视网膜病变与纯合子Val16/Val和半合子Ala/Val相关[78，79]. 因此，为了预防/抑制糖尿病视网膜病变的发展，我们显然需要充分了解糖尿病是如何调节视网膜MnSOD的。

活性氧与线粒体DNA

线粒体是活性氧的主要来源，含有自己的DNA，这种DNA非常小，呈圆形，只有16.2kb。核DNA被包装成核小体，但线粒体DNA缺乏组蛋白，并且被包装成类核仁结构[80，81]. 由于这种“裸”DNA与产生ROS的电子传输链非常接近，因此特别容易受到电子传输产生的损伤[81，82]. 糖尿病损害视网膜线粒体DNA；尽管视网膜试图通过诱导DNA修复酶来克服线粒体DNA的损伤，但线粒体中的DNA修复酶仍然不足[22]. 线粒体DNA仅编码电子传递系统的13个亚单位：7个来自复合体I（ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5和ND6），1个来自复体III（细胞色素b），3个来自复物IV（COI、COII和COIII），2个来自复数V（亚基6和8）[83]. 糖尿病患者视网膜细胞色素b的表达受损，复合物III的活性降低[22，37]. 电子传输链复合物的其余亚基的转录需要线粒体转录因子（Tfam、Tfb1m和Tfb2m），这些转录因子由细胞核编码并传输到线粒体。线粒体转录因子由核呼吸因子-1（NRF1）和-2（NRF2或GA结合蛋白）调节，这些NRF还调节几种关键线粒体蛋白的转录[84]. 急性氧化应激似乎是NRF和线粒体转录因子转录的信号，导致线粒体生物生成和线粒体密度增加[85]. NRF1和Tfam在糖尿病脑中的表达增加，而在骨骼肌中的表达减少[86]. 线粒体转录因子如何调节糖尿病视网膜病变的发展目前正在研究中。

糖尿病增加线粒体DNA的氧化损伤，视网膜及其毛细血管细胞中的氧化修饰DNA水平增加[22，37]. 线粒体DNA的扩增减少，表明DNA模板上聚合酶的进展减少。线粒体中的DNA修复系统低于正常水平；虽然糖尿病增加了视网膜DNA糖基化酶的转录丰度，但线粒体中的蛋白质表达仍然低于正常水平。因为复合物I和复合物III是产生超氧物的主要来源，复合物III将电子从还原的泛醌转移到细胞色素c，糖尿病患者视网膜复合体III活性降低[22，37]，进一步加剧了导致恶性循环的情况，在这种恶性循环中，线粒体DNA编码的亚基的合成减少损害了电子传输系统，并进一步增加了促进线粒体DNA损伤的超氧化物的产生。更糟糕的是，糖尿病患者视网膜线粒体中的抗氧化防御系统也变得异常，MnSOD活性受损，线粒体谷胱甘肽水平降低[22，37]. 因此，线粒体DNA受损和DNA修复系统受损似乎在糖尿病视网膜病变的发病机制中很重要。

氧化应激与其他糖尿病诱导的视网膜代谢异常之间的联系

令人信服的结果表明，线粒体产生过多的超氧化物是糖尿病视网膜病变发生相关的主要生化异常的共同促进剂[87–89]. 超氧化物自由基通过灭活甘油醛-3-磷酸脱氢酶，增加糖酵解代谢产物甘油醛-3-phosphate的水平，这通过增加二酰甘油、己糖途径通过增加果糖-6磷酸酯、，并通过增加甲基草甘膦的形成来增加高级糖基化终产物的形成[89]. 线粒体ROS通过激活聚ADP-核糖聚合酶，可以破坏核DNA链，而核DNA链通过修饰甘油醛-3-磷酸降低其活性。在糖尿病视网膜病变的发病机制中，视网膜及其毛细血管细胞中的甘油醛-3-磷酸活性降低，酶发生共价修饰[21，90]. 此外，由于疏水性增加，视网膜甘油醛-3-磷酸从胞浆转移到细胞核更容易，使酶从糖酵解转变为凋亡部分，视网膜毛细血管细胞的凋亡先于糖尿病视网膜病变的发展[10，11]. 我们的研究表明，3-磷酸甘油醛的过度表达可以阻止葡萄糖对其活性的抑制、核移位、凋亡以及蛋白激酶C和己糖途径的激活[90]. 因此，线粒体超氧化物增加在线粒体功能障碍增加与糖尿病视网膜病变发展相关的其他代谢异常之间提供联系的可能性似乎非常大。

氧化应激与细胞凋亡

线粒体功能障碍可启动固有的凋亡途径并损伤其DNA[91]. 活性氧通过打开线粒体通透性转换孔，改变线粒体膜电位，从而使细胞色素c和凋亡诱导因子在胞浆中释放，Bax转移到线粒体。这些事件随后激活了凋亡机制[92–94]. 在糖尿病视网膜病变的发病机制中，在观察到视网膜病变的临床表现之前，视网膜毛细血管细胞和其他非毛细血管细胞会加速凋亡[10，12，20，33，61，95]. 周细胞和内皮细胞的凋亡可作为糖尿病视网膜病变组织病理学特征的预测指标[11，33，61]线粒体功能障碍被认为是潜在的途径之一[33，35]. 视网膜及其毛细血管细胞在糖尿病状态下线粒体超氧化物增加，线粒体通透性增加，细胞色素C开始渗入胞浆，Bax转位到线粒体[33，35]. 我们最近的研究表明，糖尿病患者视网膜线粒体的损伤是通过基质金属蛋白酶（尤其是MMP-2和MMP-9）的激活以及线粒体超氧化物猝灭酶的过度表达介导的，此外还可以防止糖尿病诱导的超氧化物积累和MMPs的激活，抑制糖尿病小鼠毛细血管细胞凋亡和视网膜毛细血管变性[64，65]。

MMP-9的激活被认为受小分子量G蛋白H-Ras及其下游信号通路的控制[96]. 我们对糖尿病视网膜病变动物模型的研究在体外模型清楚地表明，糖尿病激活视网膜及其微血管中的H-ras和MMP-9，从而加速视网膜毛细血管细胞的凋亡[97]这是一种预测视网膜病变相关病理学发展的现象。H-Ras作为一个“分子开关”，将细胞膜的信号转换为细胞核，并作为氧化应激触发的信号级联的关键调节器[98]. H-Ras以非活动GDP绑定形式或活动GTP绑定形式存在[99]ERK和JNK途径中的鸟嘌呤核苷酸交换因子通过将Ras-GDP转换为Ras-GTP激活Ras[100]. 这种活化的Ras通过NADPH氧化酶样活性刺激超级氧化物自由基的产生[101]，并且细胞内ROS的增加触发H-Ras的激活，从而通过激活NADPH氧化酶进一步刺激ROS水平[98，101]. 活化的H-Ras刺激Raf-1向质膜的移位，使有丝分裂原活化蛋白激酶的酪氨酸激酶/丝氨酸激酶磷酸化[102，103]. 高血糖已被证明显著刺激视网膜细胞ERK1/2、c-Jun NH2末端激酶、应激激活蛋白激酶和p38MAPK的激活[104]. 因此，清楚地阐明信号通路应该有助于我们确定预防糖尿病视网膜病变发展的分子靶点。

此外，最近的研究表明，小鼠血管内皮细胞中抗凋亡蛋白Bcl-2的过度表达抑制了糖尿病小鼠视网膜毛细血管的退化[105]. 这些观察表明线粒体功能障碍在糖尿病视网膜病变发病机制中的作用。然而，分裂和融合也是维持线粒体完整性所必需的，据报道，这种机制在细胞凋亡过程中被分解[106]. 融合分裂如何在糖尿病视网膜病变的发展中调节视网膜毛细血管细胞的凋亡尚待探索。

超氧化物损伤与代谢记忆现象

如上所述，高血糖是糖尿病并发症的主要诱因，包括视网膜病变。两项纵向研究表明，良好的血糖控制可以降低视网膜病变发生的风险，而在开始良好血糖控制之前血糖控制不佳的持续时间决定了良好血糖控制的益处。糖尿病早期良好的血糖控制具有最深远的长期影响[2，107]. 这些研究表明，在疾病早期血糖控制不佳会在作为微血管和大血管并发症靶点的组织中留下印记，这表明存在“代谢记忆”现象。在糖尿病视网膜病变的动物模型中也观察到这种与糖尿病视网膜病变持续进展相关的记忆现象。使用化学诱导的糖尿病狗和啮齿动物进行的研究表明，糖尿病视网膜病变在高血糖损伤终止后能够抵抗停搏[16，17，21，108]. 我们已经证明，氧化应激是这种代谢记忆现象的重要促成因素-视网膜及其毛细血管细胞继续经历氧化应激，负责清除线粒体超氧化物、谷胱甘肽水平和视网膜整体抗氧化能力的酶继续低于正常水平，视网膜的微血管仍显示过氧亚硝酸盐积累增加[17–21，109]. 线粒体功能障碍本身会导致活性氧的产生增加，如果细胞的防御机制被淹没，活性氧会增加氧化应激[110]. 我们最近的研究表明，糖尿病引起的视网膜线粒体DNA损伤即使在高血糖终止后也会继续，mtDNA编码的基因仍然受损，从而产生持续的超氧化物生成循环[22，37]毛细血管细胞继续凋亡[20]. 因此，糖尿病中超氧物生成增加不仅有助于糖尿病视网膜病变的发展，而且在消除高血糖损伤后其持续进展中也起着重要作用。

抗氧化剂与糖尿病视网膜病变

从这里的讨论来看，糖尿病视网膜病变是一种多因素缓慢进展的致盲性疾病，它的治疗面临许多挑战。良好的血糖控制仍然是最好的选择之一，但对这种终身疾病保持这种控制带来了许多困难的挑战，包括低血糖和体重增加的风险。糖尿病增加视网膜及其毛细血管细胞的氧化应激，线粒体功能障碍在糖尿病视网膜病变的发展中起着重要作用。因此，旨在减少氧化应激和保持线粒体稳态的策略为预防或控制糖尿病视网膜病变的发展提供了一条有趣的途径。然而，修复线粒体的特定功能障碍部分以提高其整体抗氧化防御能力可能是一项挑战。

糖尿病视网膜病变中受损的MnSOD的直接激活是防止线粒体功能障碍的良好策略，因为它是该细胞器中主要的超氧物清除剂(图（2）). 我们的实验室已经证明，硫辛酸是包括MnSOD在内的一些酶的辅因子，可以防止糖尿病大鼠视网膜毛细血管细胞的凋亡和视网膜病变的发展，并消除线粒体功能障碍[34，61]. 其他研究表明，硫辛酸可以延缓视网膜血屏障的破坏，这是糖尿病视网膜病变的标志[111]. MnSOD的合成模拟物MnTBAP可防止高血糖诱导的视网膜内皮细胞产生超氧物和凋亡，而MnSOD在小鼠中的过度表达可防止糖尿病小鼠视网膜病变的发展[35，64]. 这些研究强烈表明，通过药物或基因手段调节MnSOD有可能抑制糖尿病患者视网膜病变的发展。

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图2

抗氧化剂作用模式的示意图。左旋肉碱将脂肪酸运输到线粒体；维生素C、维生素E和硫胺是三羧酸循环的辅酶因子；硫辛酸、MnTBAP和GS-tempo-O降低超氧化物水平；线粒体过氧化物酶和AC-TEMPO保存谷胱甘肽，将过氧化氢中和为水；辅酶Q10（CoQ）和MitoQ阻止电子传输链系统的复合物。

维生素和补充剂治疗已被用于治疗与线粒体功能障碍相关的疾病。在糖尿病动物中，补充抗氧化维生素C和E的饮食可以抑制抗氧化防御系统的损伤[58]. 然而，如果维生素C+E混合物中添加Trolox、N-乙酰半胱氨酸、β-胡萝卜素和硒，则抑制效果更好[25]或添加β-胡萝卜素、锌和铜[66]. 这种基于AREDS的微量营养素正在用于其他眼部疾病——年龄相关性黄斑变性[112]还可防止糖尿病引起的视网膜MnSOD和线粒体电子传递复合物III的抑制[66]，并用于其他眼部疾病-年龄相关性黄斑变性[112]. 因此，有必要在临床环境中测试这些微量营养素。应该承认的是，尽管临床研究的数量非常有限，但已经证明了一些对抗氧化应激的有益作用，但数据不一致，并且集中在与视网膜病变以外的并发症相关的结果上[113，114]。

硫胺素（维生素B1）是克雷布斯循环中几种酶的必需辅因子，是一种保护剂，可对抗糖尿病引起的代谢损伤[115]. 研究表明，硫胺和苯硫胺（硫胺的亲脂形式）保护视网膜周细胞免受线粒体功能障碍诱导的凋亡[116]以及视网膜组织病理学和其他与糖尿病视网膜病变发展相关的代谢途径[115]。

左旋肉碱有助于长链脂肪酸运输到线粒体，已被证明在糖尿病期间可以减轻线粒体功能障碍并抑制细胞凋亡[117]. 在其他眼病中，如白内障和青光眼，左旋肉碱被证明对胰岛素抵抗的糖尿病患者具有有益的作用，并能提高胰岛素敏感性，这表明它可能对糖尿病视网膜病变的进展具有有益的影响[118]。

牛磺酸是一种非必需氨基酸，是包括视网膜在内的多种组织中最丰富的氨基酸，其缺乏与视网膜退化有关。研究表明，补充牛磺酸可以保护肝脏和心肌细胞的线粒体氧化应激，在糖尿病患者中补充牛磺酸可减轻与糖尿病视网膜病变相关的组织病理学[119]. 然而，牛磺酸作为一种预防糖尿病视网膜病变线粒体功能障碍的治疗手段还需要进一步研究。

线粒体内膜高度不透水，这可能会降低补充剂的功效，因为它们无法穿过膜到达靶点。为了促进外源抗氧化剂的扩散，研究人员正积极利用线粒体膜的负电势，以实现电子传递链功能，开发新的策略，将抗氧化剂传递到细胞器中。辅酶Q10（CoQ）是复合物I、II和III活性不可或缺的成分，如图（2）线粒体电子传递链的异常，已被证明可以减轻神经退行性疾病中由线粒体功能障碍引发的并发症[120]. 糖尿病患者补充辅酶Q可以减轻电子传递链复合物的损伤，从而降低氧化应激[121]. 米托Q是一种泛喹啉（米托喹啉）和泛醌（米托醌）的混合物，它模拟了辅酶Q抗氧化剂辅酶的活性，而米托Q的服用可减轻大鼠心脏缺血再灌注损伤[122]. 此外，CoQ和短链奎宁idebenone也被用于各种线粒体疾病。由于催化前药释放药物的酶具有独特的线粒体定位，线粒体过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶样作用）可以减少caspase-3介导的细胞凋亡[123]. 此外，另一类自由基清除剂Ac-TEMPO和GS-TEMPO被证明可以保护线粒体谷胱甘肽[124]. 这些疗法将如何影响糖尿病患者视网膜病变的发展仍有待探索。

总之，预防超氧化物积累、维持线粒体内环境稳定并保护其DNA的治疗似乎是预防糖尿病视网膜病变发展的最可能策略。因此，针对氧化应激和线粒体损伤的多步骤治疗应该为预防糖尿病这种多因素致盲并发症提供希望。

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