量子化学可防止年龄相关性黄斑变性

在西方国家，视力丧失的主要原因是年龄相关性黄斑变性(AMD)，这是一种中央视力恶化，始于脂质和称为脂褐素的蛋白质液滴积聚在视网膜中并损害细胞。目前还没有有效的AMD治疗方法，目前尚不清楚健康的眼睛如何防止这种积累。

然而，耶鲁大学和德国蒂宾根大学的研究人员发现了眼睛的部分保护机制，其中涉及黑色素的不寻常量子化学反应去除了脂褐素。他们说，这一发现可以为AMD治疗提供信息。

“看起来黑色素是大自然应对各种生物学挑战的解决方案，”耶鲁大学治疗放射学和皮肤病学教授，这项新研究的合著者道格拉斯·E·布拉什(Douglas E. Brash)说。

研究结果于8月<>日发表在《美国国家科学院院刊》上。

光感受器是眼睛中的特殊细胞，可将光转换为信号，然后发送到大脑。这些细胞的外部包括称为圆盘的膜堆，这些膜充满了视紫红质，视紫红质是捕获光并将其转换为电信号的分子。一旦暴露在光线下，堆叠顶部的光盘就会经历一个回收过程，在这个过程中，有用的材料被收集起来重新使用。同时，在堆叠的底部形成新的圆盘。这个过程在一个人的一生中不断重复。

一些不能分解用于椎间盘周转的材料成为脂褐素。随着脂褐素的积累，它会损害视网膜中的细胞并导致AMD。

先前对白化小鼠的研究表明，脂褐素积累和视网膜损伤比其他小鼠发生得更早。因此，在这项新研究中，研究人员首先使用高放大倍率电子显微镜观察白化和色素沉着小鼠的视网膜细胞中未消化的椎间盘，这些细胞经过基因改变以模拟AMD。

“难以消化的椎间盘残留物在白化小鼠中比在色素小鼠中频繁十倍，”蒂宾根大学眼科中心教授，该研究的资深作者Ulrich Schraermeyer说。

黑色素是一种存在于头发、皮肤和眼睛中的色素;它因人而异，并且随着年龄的增长而变得不那么有效。白化小鼠也缺乏它，导致它们着色。怀疑色素可能在防止脂褐素积累方面发挥作用，研究小组诱导白化小鼠黑色素合成。研究人员发现，这样做减少了小鼠中脂褐素的含量。

Brash对紫外线如何导致皮肤癌感兴趣。在之前的研究中，他的实验室发现黑色素内发生的电子化学激发或“化学激发”会引起导致DNA损伤的反应。

“这些量子化学反应将黑色素电子激发到高能状态并翻转其自旋，之后允许不寻常的化学反应，”Brash说。

为了测试化学激发是否可能介导脂褐素去除，他确定了可以直接激发电子而不必通过黑色素工作的化合物，以及一种可以阻止化学激发的黑色素引发其他反应的化合物。

“我们知道随着年龄的增长，黑色素变得不那么有效，”布拉什说。“因此，一旦Schraermeyer实验室确定黑色素是感光器椎间盘周转所必需的，并且对于防止脂褐素积聚至关重要，我们想看看化学兴奋的药物是否是一种规避黑色素同时诱导其作用的方法。

研究人员在白化小鼠的视网膜组织上测试了这些化合物。

“在两天内，脂褐素显着减少，”该研究的主要作者，中国上海总医院的研究员Yanan Lyu说。“而这种改进被兴奋状态的淬灭剂阻止了。

激发电子逆转脂褐素的后续化学性质仍有待确定。但Schraermeyer对将这一发现转化为临床持乐观态度。

“30年来，我一直坚信黑色素体 - 细胞中产生黑色素的细胞器 - 降解脂褐素，但无法确定机制，”他说。“化学激发是缺失的环节，它应该让我们绕过AMD在眼睛的黑色素随着年龄增长而下降时开始的问题。直接化学兴奋的药物对我们的患者来说可能是一个突破。