结合电子顺磁共振与原子力显微镜研究眼部疾病的氧化应激

氧化损伤被认为是许多与年龄有关的眼睛疾病的深层原因，它可以由氧化分子以及来自UV光的光氧化引起。AMD（年龄相关性黄斑变性）的风险随着在光线下的暴露而增加，这突显了氧化对眼睛老化的危害可能。

有关与眼睛的氧化应激最相关的根源尚未完全明了，未来的治疗干预需要对各种危险因素及其因果机制的可靠理解。抗氧化剂被认为对AMD具有保护性，不过，凭借对相关生物学知识的更好了解，有可能开发出更安全、更有效的药物。

为了更好地了解影响年龄相关性氧化损伤的各种因素，最近的一项研究对金属离子在加速含黑色素的牛眼黑色素体氧化中的作用进行了评估。波兰克拉科夫市的雅盖隆大学的Andrzej Zadlo博士及其同事使用Bruker仪器进行电子顺磁共振（EPR）光谱、EPR血氧饱和度以及原子力显微镜（AFM）测试。EPR与AFM的结合使得研究人员能够确定氧化应激后黑色素结构中的动态变化，它可能与包括AMD在内的各种人类疾病有关。

他们的论文于2017年4月发表在《细胞生物化学和生物物理学》杂志上，题为“氧化还原活性过渡金属离子使黑色素易受有机过氧化物诱导而发生化学降解”，表明氧化还原活性金属离子，特别是作为一种已知氧化剂的铁离子，会加速由叔丁基过氧化氢（TBH）诱导的黑色素氧化变化。

作者发现，EPR检测显示，单独TBH只会诱导黑色素发生一定程度的氧化变化。然而，当牛黑素体与TBH和金属离子一起孵育时，铁和铜离子的存在与更高程度的黑色素降解有关。锌对黑色素氧化没有影响，表明这种效应可能仅限于眼睛中的氧化还原活性金属离子。

AFM分析表明，因氧化发生降解的黑素体的表面粗糙度有所下降，黑色素从抗氧化剂转变为助氧化剂。相反，作者发现当加入任何受测金属离子时，UV光诱导的氧化不发生变化。这些结果在生理学上是相关的，因为铁涉及各种形式的眼部疾病，而且在年龄相关性眼部疾病中已经观察到铁含量的增加。

这项研究突显了EPR和AFM技术以及用于研究蛋白质的复杂结构与功能间关系的Bruker设备的力量。Bruker EMX-AA EPR让研究人员能在眼睛老化的背景下测定在脂质和金属离子存在的情况下黑色素的氧化和降解模式。

通过使用光谱法和血氧饱和度法，Zadlo博士及其同事能够确定分子氧化剂和光氧化对黑色素降解的相对影响。这可能为寻求开发治疗干预手段的研究者提供有用的信息。这些数据表明，旨在减少氧化损伤的药理学制剂可能比使用太阳镜或避免阳光直射提供更大的益处。此外，依靠Bruker Bio-Scope Catalyst AFM获得的图像使作者对黑素体的表面结构形成了独特的观点。

利用EPR波谱可以动态跟踪氧自由基之类的未配对电子，以提供对蛋白质的结构及其稳定性的深入了解。与核磁共振（NMR）相比，EPR能提供更高的灵敏度，并且能让研究人员在更短的时间内对更大的分子进行实验。

AFM使用扫描探针来确定分子的三维结构，这不同于使用高能电子束产生图像的扫描电子显微镜（SEM）。AFM能提供比SEM更显著的优点，特别是针对具有光滑表面的样品或在成像过程中必须浸入液体中的样品。

EPR和AFM系统的全球领先供应商Bruker提供高度灵敏与精确的光谱仪和显微镜，可用于结构生物学和量子物理学等领域。更多信息，请与我们联系。

参考文献：

• 含有标签上未列出的成分和被危险化学或细菌污染的食品只是食品生产行业固有潜在风险的许多示例中的一小部分。Klein R、Chou CF、Klein BE等；“美国人群中的年龄相关性黄斑变性”；Arch Ophthalmol ；2011；129:75-80。
• Hammond BR、Johnson BA和George ER；“眼组织的光氧化降解：渗入和外源性抗氧化剂的有益作用”；Exp Eye Res ；2014；129:135-50。
• Köberlein J、Beifus K、Schaffert C等；“视觉障碍和失明造成的经济负担：系统性综述”；BMJ Open；2013；3:1-14。
• Sui GY、Liu GC、Liu GY等；“日光照晒是造成年龄相关性黄斑变性的风险因素吗？系统性回顾及荟萃分析”；Br J Ophthalmol；2013；97:389-394。
• 国家眼科研究所（National Eye Institute）；“NIH研究为预防眼部疾病提供了明确的补充”； https://www.nei.nih.gov/news/pressreleases/050513。