知乎作者：RobertLIAN
本来想这篇文章写有关jcyte公司的干细胞疗法方面的东西，结果看到消息，今年五月初的ARVO会议取消了，感觉最近一两个月应该不太会放出什么实质性消息，所以jcyte的疗法分析就暂缓一下。今天来写点关于维生素A的干货。这篇文章不以综述的形式来写，但我会从学术上，也就是将生物化学，生理学，遗传学，临床眼科这四个学科整合起来，着重介绍维生素A（vitamin A，以下简称VA）对视网膜色素变性（以下简称RP）患者的利处和弊处，以及各位患者可能出现的危险错误用药，其可能加速病程恶化或导致毒副作用。
维生素A是一个统称，其包括视黄醇（retinol），视黄醛（retinal），视黄酸（retinoic acid）和部分维生素A前体（provitamin）例如beta-胡萝卜素（beta-carotene）要了解维生素A在眼生理学方面的作用，首先必须理解的就是视觉周期（visual cycle），我没用中文学过生物学所以真的不知道在中文里visual cycle是怎么说的，只好字面意思翻译。视觉周期是一个化学过程，详细介绍了人眼接收到光信号后一系列的生化反应，最终将光信号处理成为神经电信号，由视神经传递到大脑的视觉皮层（visual cortex）的过程。由于视觉周期不只一个，我们这里主要介绍经典视觉周期（canonical visual cycle），也就是最早发现的，并由杆细胞（rod photoreceptor）和锥细胞（cone photoreceptor）共享的生化机理。主要参与视觉周期的VA是视黄醛，确切来说应该是视黄醛的11-顺-视黄醛（11-cis-retinal）同分异构体（isoform），高中化学应该讲过同分异构体的概念。下面的内容请参照下图的过程帮助理解。
请无视下面的的cone visual cycle，虽然也很重要但是和这篇文章关系不大。里面涉及的muller细胞也就是自2016年开始非常火的muller激活疗法思路。图中的圈被分割为两部分，上半部分就是在感光细胞层内发生的生化反应，下半部分就是在视网膜色素上皮层中发生的生化反应。
这个就是完整的视觉周期
这张图能够更直观的感受到锥杆细胞和RPE细胞的位置关系，结合视觉周期
经典视觉周期的研究大部分都是基于杆细胞的，也就是大部分RP患者出问题的细胞，锥细胞的感光机理也被认为部分基于经典视觉周期。首先得明确一点，我们的感光细胞层（photoreceptor），也就是杆细胞锥细胞共同组成的一层细胞组织，和视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，简称RPE）层紧密相邻，就像两张纸叠在一起一样。整个视觉周期的生化活动都在这两层组织中循环往复，就像上图的圈一样。视觉色素（visual pigment）是一种位于细胞膜上的蛋白质，这个零件由两部分组成，视蛋白（opsin）和11-顺-视黄醛（硬是要说的话还包括apoprotein和chromophore，11-顺-视黄醛和视蛋白以schiff bond的形式结合在一起）。视觉色素的结构有点像个装着菜的锅，锅是视蛋白，菜是视黄醛。在我们杆细胞的外部（rod outer segment，以下简称ROS），视觉色素吸收了一个光子，11-顺-视黄醛变成了全反视黄醛（all-trans retinal），并从视蛋白中脱离出来，这个过程好比菜炒熟了起锅装盘。脱离出来的全反视黄醛和磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine）结合，并被一个叫ABCR的东西运到杆细胞的表面，磷脂酰乙醇胺就像装菜的盘子，ABCR就是传菜手推车，把菜送到客人桌上。一旦全反视黄醛被运到了细胞质，就会被视黄醇脱氢酶（retinol dehydrogenase）转化成全反视黄醇（all-trans retinol），也就是大家市面上买来吃的维生素A，这个过程好比端到桌上的菜被服务员最后撒点胡椒粉。全反视黄醇随即离开杆细胞进入RPE细胞，这个过程好比客人开始吃菜。接下来卵磷脂视黄醇酰基转移酶（lecithin retinol acyl transferase）将全反视黄醇和卵磷脂（phosphatidylcholine）结合起来变成全反视黄脂，这一步好比吃下去的菜和胃液搅拌开始消化。这些全反视黄脂会逐步累积在RPE细胞内，累积的量决定了接下来将全反视黄脂还原成11-顺-视黄醇（11-cis-retinol）的进度，这个过程好比在胃里装的菜的量，吃的越多越撑，吃撑了就不想吃了。将全反视黄脂还原成11-顺-视黄醇的过程涉及一个异构反应和一个水解反应，两个反应都由RPE65蛋白来完成，没错这个RPE65蛋白就是Luxturna疗法的标靶基因。11-顺-视黄醇脱氢酶（11-cis retinol dehydrogenase）将11-顺-视黄醇氧化反应成11-顺-视黄醛，然后由NAD运输回杆细胞内，并与视蛋白结合，这个周期就算完成了，这一步出错的RP患者数量也很多，也就是RDH11失活突变。整个过程就像消化的粪便做成肥料然后又种出了可以吃的菜！（好吧我知道这个比喻很傻）人眼接收光信号的过程就是基于这个视觉周期的生化反应，我中间省略了至少5个参与的酶，因为如果全部加进去真的太太太复杂了，这是个NADPH相关反应，学过生化的都知道这个是考试时必然遇到的噩梦。上面介绍到的每一个零部件，每一个反应步骤，每一个盘子都由不同的基因转录，都有可能出错！出错的原因是获得功能（一般是显性）突变或失去功能（一般是隐性）突变，这些突变都会导致遗传眼病（没错是！都！会！）！光是一个视觉周期就有这么这么多RP或其它遗传眼病的致病机理，可见RP疗法开发难度之高。我们不光有视觉周期方面的基因可以导致遗传眼病，涉及细胞结构，细胞内运输，转录因子的大量基因也会导致各种遗传眼病。
介绍完了视觉周期，现在该说说视觉周期和大家买来吃的维生素A有什么关系。有些护肤品中也含有维生素A，配料表上写着的是视黄醇（retinol），然而我观察下来大部分患者买来吃的保健品维生素A配料表中写着的是棕榈酸脂（palmitate）。准确来说前者才是真正的维生素A，但后者也不能不算。先给各位科普下棕榈酸。一般牛奶的配料表里都由棕榈酸，这是一种食品添加剂，那为什么要添加棕榈酸呢？牛奶制品里含有大量的视黄醇，也就是维生素A的一种，常态下这种视黄醇很不稳定，容易和其它东西发生氧化反应，导致奶制品中营养流失。食品加工时添加的棕榈酸可以和视黄醇反应结合，变成棕榈酸酯，使维生素A在奶制品中更加稳定。所以总体来说吃的还是视黄醇。
那摄入视黄醇到底有没有好处呢？上文介绍视觉周期时提到了全反视黄脂在RPE细胞内的堆积，RPE细胞内保存了一定量的全反视黄脂，作为储备，同时也不会造成浪费。但如果RPE65出现了失活突变，那就意味着作为仓库的RPE细胞会被撑爆，全反视黄脂不断堆积，但又没法异构水解成11-顺-视黄醇，久而久之，一些副产物例如A2E（di-retinoid-pyridinium-ethanolamine，由全反视黄脂二聚反应而成）就会累积起来，造成非常强的RPE细胞毒性，而且全反视黄醛也是有细胞毒性的。这个时候眼底就会出现炎症反应，视野就会出现块状缺损，也就是Leber先天性黑朦症二型（LCA2），学术上也属于常染色体显性RP分类。当患者的RPE65基因正常时（WT），补充的视黄醇会先储存在肝细胞当中，在必要的时候分配到血液中，并运输到RPE和感光细胞的细胞间质中，被RPE细胞胞吞并增加全反视黄脂的储存量。基于整个视觉周期的反应都是热力学守恒的（thermodynamically equillibrium）。我们补充维生素A族里的各种化合物需要讲究科学有效，在缺少的地方补，在过多的地方避免摄入。举例说明，有一些化合物，例如所有的全反形式都较其他化合物来说稳定，在反应平衡情况下全反化合物的RPE细胞浓度会更高。再者，视黄酸（retinoic acid）主要的作用是于一些转录因子（transcription factor）结合并激活一部分基因的表达。视黄酸的形成是高度受调控的，由几种醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase）将全反视黄醛脱氢反应成视黄酸。一旦这个步骤由于获得功能性突变，例如一些显性突变导致脱氢反应平衡倾向于形成超量视黄酸，那CYP26作为一种P450细胞色素（拮抗剂)就会大量产生，反过来来清除视黄酸，就像一个抑制电路一样。同时有研究表明CYP26的过量表达会导致caspase8介导的细胞编程性死亡，无疑是有害的。上述两个例子表明，遗传病的诊治需要以个体患者为本，每一个患者都是一个独立的案例个体，都有着不同的条件，必须对症下药而并不是按照医学指南把所有鸡蛋放一个篮子里。摄入视黄醇对于一部分患者群体来说非但没有益处，反而会加速病程恶化。这里由于非常非常重要，所以单独分出一段来介绍。我非常想将做一个归类，将适用或不适用视黄醇的患者以及其对应的致病突变基因型整合起来，但我发现这个真的很难，很多研究尚未明确表明各种维生素A族化合物在药理和眼生理方面的明确细胞浓度和功能，而且其对应的临床实验也非常少，由于参与的患者基数极少，因此无法界定利弊。我在下文举两个例子，一个是维生素A族化合物摄入对于眼底病患者（当然包括RP）有利的，另一个是有害的。
首先说有害的。对于ABCA4突变失活的Stargardt患者来说，补充超量的维生素A会加速A2E的堆积，并造成RPE细胞毒性。在2008年发表的一篇论文中显示，ABCA4双敲除的小鼠接受大剂量的维生素A会导致脂褐质（lipofuscin）的堆积和沉着，其中一种就是上文提到的A2E。ABCA4这个在锥杆两种细胞中都有表达的转运蛋白，主要的功能是将NR-GPE这个化合物从ROS内部转运到细胞质中。同时在ROS中又有一种丰富的化合物A2-GPE，A2-GPE和NR-PE在一些酶的催化下合成为NR-GPE，ABCA4是NR-GPE的转运蛋白。当ABCA4突变失去功能时，NR-GPE堆积在ROS内并和全反视黄醛形成各种脂褐质，其中一个就是A2E。RPE细胞作为锥杆细胞的清道夫和仓库，每时每刻将这些有毒聚合体胞吞进自己内部，导致编程死亡机制被激活。过量的补充维生素A例如视黄醇，会导致视觉周期的反应平衡倾向于全反视黄醛，高浓度的全反视黄醛于大量堆积的NR-GPE反应，让Stargardt患者的RPE细胞内有毒脂褐质浓度增高，加速RPE细胞死亡。当然好消息是哥伦比亚大学的一个实验室筛选出了一种叫horseradish peroxidase（HRP）的过氧化物酶能够分解A2E，这个项目目前正在开发药物递送手段。因此对于所有Stargardt患者来说，我个人的建议是避免日常生活中摄入维生素A，更不能药用过量维生素A。
再说个有利的。对于LRAT突变失活（常染色体隐性突变）患者来说，维生素A摄入是绝对有益的。在上文介绍视觉周期的时候就有讲过卵磷脂视黄醇酰基转移酶（lecithin retinol acyl transferase，以下简称LRAT）。LRAT突变患者无法进行足够的全反视黄醇到全反视黄脂的反应，导致RPE细胞内的全反视黄脂储量较低，直接的导致了11-顺-视黄醛无法回收利用并浪费。这个时候我们只需要超量补充视黄醛，就可以弥补由于LRAT功能丧失而导致的RP和LCA症状。这个结论是有临床实验数据支持的。FDA项目QLT091001项目，也就是9-顺-视黄醇乙酸酯（11-cis-retinyl acetate）口服（40mg/day，7天一疗程）的临床一期安全有效性检测实验中，18个实验对象都在两个月内展现了20%-40%的视力提升，并无任何副作用。实验结果可以在http://ClinicalTrial.com上查看。
总体来说，基于我个人的判断，摄入维生素A能够获得益处的患者以及基因型是多于有害的患者/基因型的。但是患者不能因此就盲目摄入维生素A，因为风险仍然存在。我无需介绍超量摄入维生素A的肝毒性，因为大家都能在百度百科上查到。我尽量避免提及用量，适用患者人群，以及任何指导用药的词汇或语句，因为我没有医师执照，不具备诊断和指导用药的权利。我尽量避免提及一些医学上仍然争议的观点，例如“由于脂褐质堆积导致的黄斑营养不良患者应避免摄入维生素A（Radu et al. 2008）”。这些观点在后来的ARVO上有过激辩，最终结论仍然处在研究中。我想向各位患者传达的信息是，维生素A疗法属于精准疗法，就像癌症靶向药物一样，维生素A针对的是一个比癌细胞抗原略微广泛的标靶，而精准治疗需要由遗传学理论支持。盲目的在没有经过基因测序且致病基因未明的情况下跟风超量补充维生素A，风险是很大的，同时建议他人这么做也会好心办坏事。就我个人而言，刚诊断时我并没有任何生物化学和细胞分子生物学基础，在百度上查到了“维生素A有助于延缓视网膜色素变性”诸如此类的词条，当时看来是非常兴奋的。然而与医生提及”超量摄入维生素A“时，医生是持以保守的态度的，当时并没有建议我使用维生素A。我认为这类的建议才是未经遗传学诊断前医生应该给出的负责任的建议，以上是我的个人观点，不对任何伟大的医护人员进行批判。
不要纠结beta胡萝卜素和维生素A之间的关系，大家尽管将beta胡萝卜素当作视黄醇即可。
各位对于我的观点有质疑的话可以在评论区讨论或者私信我，我会尽力解答！ |
