王勇团队揭示矢车菊素-3-葡萄糖苷对视网膜色素上皮细胞光氧化损伤的保护作用及相关机制

2023年12月，上海理工大学、国家粮食和物资储备局科学研究院、北卡罗来纳大学教堂山分校的相关研究人员在《Food Science and Human Wellness》（IF: 7.0）上发表了题为“Cyanidin-3-glucoside protects the photooxidative damage of retinal pigment epithelium cells by regulating sphingolipid signaling and inhibiting MAPK pathway”的研究论文，揭示了膳食补充矢车菊素-3-葡萄糖苷（C3G）对视网膜光氧化损伤的保护作用及相关机制。

亮点概述：

蓝光照射导致视网膜色素上皮（RPE）细胞线粒体和溶酶体损伤，补充C3G保护了线粒体的结构和功能并维持了溶酶体的完整性。
C3G抑制JNK和p38 MAPK的磷酸化以及线粒体介导的凋亡途径，从而抑制RPE细胞凋亡。
C3G通过维持RPE细胞中的鞘脂平衡保护其免受N-亚视黄基-N-视黄基-乙醇胺(A2E)光氧化和诱导的脂质过氧化。

研究背景：

过度暴露于蓝光会对眼组织造成不可逆转的氧化损伤，是眼睛健康的一个严重危险因素。蓝光照射视网膜后，视网膜细胞会发生炎症反应和凋亡。A2E是脂褐素的主要成分，它积聚在RPE细胞的溶酶体中。过度暴露于蓝光会增加活性氧（ROS）的水平，并有助于A2E光氧化产物的产生，从而进一步释放活性醛并导致RPE细胞中的脂质过氧化。

蓝光暴露会增加ROS和脂质过氧化产物的浓度，并激活线粒体依赖性细胞凋亡和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路。线粒体是蓝光照射的含A2E的RPE细胞的主要靶细胞器之一。蓝光会破坏RPE细胞中的钙稳态，从而降低线粒体膜电位（MMP）并导致膜脂质过氧化。神经酰胺（Cer）是鞘脂代谢的中心分子，是细胞凋亡和增殖的重要调节剂。有报道指出，脂褐素A2E的积累增加了RPE细胞中的Cer，并且Cer代谢的失调可能导致视网膜变性。因此，靶向鞘脂代谢可能是预防RPE细胞损伤的一种新策略。

花色苷可以通过减少氧化应激和脂质过氧化来改善视力健康。C3G是最主要的花色苷之一，它天然存在于黑米、黑豆和许多深色浆果中。C3G对视网膜细胞的保护作用已经有报道，但C3G在蓝光诱导的RPE细胞损伤中调节鞘脂信号传导和MAPK通路的作用机制仍知之甚少。

研究人员首先观察到，与对照组相比，含A2E的蓝光照射细胞内ROS水平显著增加，10/ 25μmol/L C3G处理显著降低了ROS水平。ROS的产生可诱导脂质过氧化。A2E和蓝光照射处理后，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）、4-羟基壬烯醛(HNE)和4-羟基己烯醛(HHE)水平显著升高，而10/25μmol/L C3G处理有效降低了这些脂质过氧化产物的水平。荧光分析显示，在A2E和蓝光照射处理后，RPE细胞表现出MMP的丧失和线粒体功能障碍，而10/25μmol/L的C3G处理有效地抑制了线粒体的去极化。随着MMP的丧失和Ca²⁺水平的升高，A2E光氧化也诱导了RPE细胞线粒体形态的显著紊乱，10/25μmol/L C3G处理后，线粒体超微结构的变化发生逆转，表明C3G保护了RPE线粒体的结构和功能。

C3G对RPE细胞ROS和脂质过氧化产物的影响

C3G对RPE细胞线粒体功能的影响

溶酶体膜通透性的改变可能导致溶酶体中的A2E释放到胞质中，刺激细胞凋亡。与对照组相比，蓝光照射的含A2E的RPE细胞显示出溶酶体完整性的丧失，而C3G（10/25μmol/L）有效地保持了溶酶体的完整性。进一步的蛋白磷酸化及细胞凋亡蛋白表达的分析表明，MAPK通路参与了受蓝光照射的含A2E的RPE细胞中线粒体凋亡的调节，C3G通过抑制JNK和p38 MAPK通路来阻止RPE细胞凋亡。

C3G对RPE细胞溶酶体完整性的影响

C3G对RPE细胞MAPK通路的影响

最后，研究人员探讨了光氧化条件下脂质代谢的变化。脂质组学分析表明，C3G通过维持鞘脂平衡保护RPE细胞免受蓝光诱导的脂质过氧化和细胞凋亡。C3G显著抑制了经蓝光照射的含A2E的RPE细胞中神经酰胺（Cer d18:0/15:0、Cer d18:0/16:0和Cer d18:0/18:0）的积累，并提高了半乳糖神经酰胺（GalCer d18:1/15:0和GalCer d18:1/16:0）的水平。此外，C3G还可通过增加磷脂酰胆碱和磷脂酰丝氨酸水平来减轻细胞膜损伤。