色素上皮衍生因子在糖尿病血管并發(fā)癥中的潛在治療作用

盛 霞 黃國(guó)良

糖尿病血管并發(fā)癥(diabetic vascular complications，DVC)是糖尿病致殘和高致死率的重要原因。臨床研究表明嚴(yán)格控制糖尿病患者血糖和血壓能夠降低糖尿病血管并發(fā)癥(DVC)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。由于各種原因，臨床上很難做到血糖和血壓的嚴(yán)格控制，目前臨床上對(duì)DVC的防治仍不理想。70%的2型糖尿病患者死于心血管疾病，且糖尿病致終末期腎病與繼發(fā)性失明的患者數(shù)目仍在不斷增加。因此，進(jìn)一步探索和尋找新的針對(duì)DVC的防治策略是極其必要的。

色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)最初是在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，一種屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超基因家族但無(wú)抑制蛋白水解酶活性的糖蛋白，可以誘導(dǎo)視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞Y2-79向成熟的神經(jīng)元分化。胎兒和年輕人的視網(wǎng)膜色素上皮有較高水平PEDF基因表達(dá)，而衰老的細(xì)胞PEDF表達(dá)下調(diào)。隨著對(duì)PEDF的深入認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)PEDF在糖尿病視網(wǎng)膜病、糖尿病腎病、糖尿病心血管疾病均起著有益的作用，可能成為防治DVC的新策略。本文就PEDF在DVC中的潛在治療作用及研究進(jìn)展做一綜述。

一、PEDF對(duì)糖尿病視網(wǎng)膜病(DR)的保護(hù)作用

1.PEDF對(duì)視網(wǎng)膜細(xì)胞的保護(hù)作用:視網(wǎng)膜微血管主要由外膜細(xì)胞(pericytes)和內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells，EC)組成。DR早期病理組織學(xué)標(biāo)志是外膜細(xì)胞的缺失，EC的過(guò)度增殖，與之伴隨的基膜增厚，血管通透性增高，和微動(dòng)脈瘤的形成。外膜細(xì)胞不僅抑制EC的過(guò)度生長(zhǎng)，也能夠保持前列環(huán)素的產(chǎn)生和保護(hù)過(guò)氧化氫所致EC的損傷。

氧化應(yīng)激被認(rèn)為與DR早期外膜細(xì)胞的丟失和功能障礙，及EC的損傷密切相關(guān)。最近研究證明PEDF能夠增加抗氧化物質(zhì)如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽 (GSH)，減少活性氧簇(ROS)的產(chǎn)生，抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor-VEGF)的表達(dá)，抑制高糖介導(dǎo)視網(wǎng)膜EC增生和損傷，抑制caspase-3的活化，抑制晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)介導(dǎo)的外膜細(xì)胞凋亡和功能障礙［1，2］。研究提示 PEDF通過(guò)抗氧化應(yīng)激作用，抗外膜細(xì)胞損傷、抑制EC增生，對(duì)早期DR起著保護(hù)作用。

2.抗血管生成和調(diào)節(jié)血管通透性:視網(wǎng)膜血管增生和血管高通透性在許多危害視力的疾病如DR的發(fā)病中起著重要的作用。既往研究表明糖尿病視網(wǎng)膜病變，老年人的房水和脈絡(luò)膜，及視網(wǎng)膜血管生成病變中PEDF表達(dá)減少，VEGF高表達(dá)。VEGF是體內(nèi)重要促血管生成和調(diào)節(jié)血管通透性的因子。最近Cai等［3，4］研究發(fā)現(xiàn)，PEDF 通過(guò)調(diào)節(jié)膜內(nèi)蛋白水解和抑制VEGFR-1磷酸化作用，有效抑制VEGF誘導(dǎo)的新生血管生成和血管高通透性。

Gehlbach等［5］研究發(fā)現(xiàn)在玻璃體內(nèi)注入腺病毒載體編碼的PEDF(Ad-PEDF)可顯著上調(diào)體內(nèi)PEDF水平，抑制視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜的血管再生。另外，Park等［6］最新研究證明，伴氧誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜病變(OIR)的PEDF轉(zhuǎn)基因(PEDF-Tg)鼠中，視網(wǎng)膜血管生成密度顯著低于未轉(zhuǎn)基因組，PEDF-Tg能夠抑制激光誘導(dǎo)的脈絡(luò)膜血管生成，降低血管高通透，抑制促血管生成因子和炎癥因子如VEGF、轉(zhuǎn)化生子因子 -β(TGF-β)、腫瘤壞死因子 -α(TNF-α)的表達(dá)，在正常PEDF-Tg鼠中未發(fā)現(xiàn)任何視網(wǎng)膜組織學(xué)或視力功能異常。

3.抗氧化應(yīng)激和抗炎癥反應(yīng):炎癥反應(yīng)在DR起著十分重要的作用。體外實(shí)驗(yàn)證明，PEDF通過(guò)阻斷AGEs介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi) NADPH氧化酶活性，下調(diào)p22PHOX和gp91PHOXmRNA水平，減少活性氧簇(ROS)的生成及下游的VEGF、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細(xì)胞黏附因子-1(ICAM-1)的高表達(dá)，起到保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、降低血管通透性和抗炎癥反應(yīng)的作用［7］。NF-κB是介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵性的因子，近年研究發(fā)現(xiàn)PEDF通過(guò)抑制晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)在大鼠眼內(nèi)的表達(dá)，阻斷AGERAGE介導(dǎo)的NF-κB的活化，抑制視網(wǎng)膜炎癥反應(yīng)［8］。在糖尿病大鼠或氧誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜病變中也證實(shí)了，PEDF降低視網(wǎng)膜血管高通透性的作用與其抑制炎癥反應(yīng)相關(guān)［9］。以上研究均提示PEDF的降低與DR密切相關(guān)，PEDF是一種高效的，抗炎癥因子和血管生成抑制因子。

二、PEDF對(duì)DN保護(hù)作用

1.抗血管生成和調(diào)節(jié)血管通透性:腎毛細(xì)血管滲透性增加，出現(xiàn)微量尿蛋白，是DM早期腎臟損傷的重要標(biāo)志。近年研究發(fā)現(xiàn)正常狀態(tài)下PEDF在腎臟的表達(dá)高于視網(wǎng)膜，主要表達(dá)于腎小球系膜和基膜，而鏈尿菌素(STZ-)誘導(dǎo)的DM大鼠2周、4周、6個(gè)月及非糖尿病對(duì)照組腎組織的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖尿病后兩周PEDF的表達(dá)顯著下調(diào)，提示PEDF的表達(dá)下降在DN早期就已存在［10］。而給予腺病毒載體編碼的Ad-PEDF有效降低血管通透性，減少DM鼠24尿白蛋白水平［11］。以上研究提示PEDF在腎組織的降低與DN早期通透性增加相關(guān)，PEDF可能通過(guò)抑制VEGF的作用、或直接抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的移行，抗新生血管生成和降低血管通透性，維持腎臟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，對(duì)DN起著保護(hù)作用。

2.抗纖維化和抗ECM積聚:糖尿病腎病(DN)主要病理特征為腎小球系膜細(xì)胞(RMC)增生肥大，系膜外基質(zhì)(ECM)沉積和基膜增厚等導(dǎo)致腎小球纖維化。TGF-β、CTGF、VEGF被認(rèn)為是重要的促纖維因子，在腎小球纖維化中發(fā)揮了重要作用。各種系膜外基質(zhì)膠原蛋白(COⅡ、COⅢ、COⅡⅤ)和纖維連接蛋白(FN)在系膜外沉積及降解減少，是導(dǎo)致ECM積聚的重要原因?；|(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)是降解ECM的重要蛋白酶。在正常腎組織，MMP-2在腎小球系膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞中有很高的表達(dá)，而在高糖條件下，MMP-2的表達(dá)和活性明顯減少，從而引起ECM降解減少和腎小球系膜增厚。研究發(fā)現(xiàn)給予Ad-PEDF干預(yù)或外源性PEDF蛋白可上調(diào)PEDF在DM大鼠腎組織和高糖誘導(dǎo)的RMC水平，下調(diào)CTGF、TGF-β、VEGF、FN 的表達(dá)，MMP-2 恢復(fù)到正常水平，最近國(guó)內(nèi)研究也證明PEDF能夠抑制高糖介導(dǎo)的HMC纖維因子的高表達(dá)［12，13］。研究表明PEDF是一種有力的ECM產(chǎn)生的抑制劑，降低CTGF、TGF-β、FN和VEGF的過(guò)量表達(dá)，從而緩解這些病理因子導(dǎo)致的纖維化。

3.抗炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激:越來(lái)越多的研究表明炎癥因子在DN發(fā)病中起著重要的作用。腺病毒介導(dǎo)的PEDF(Ad-PEDF)轉(zhuǎn)染大鼠的干預(yù)研究證實(shí)PEDF抑制NF-κB活化和VEGF表達(dá)的激動(dòng)因子HIF-1的激活，抑制了促炎性因子如TNF-α、ICAM-1、MCP-1、VEGF 在腎臟組織的過(guò)表達(dá)［14］。最近Ide等［14］研究發(fā)現(xiàn)，給予外源性PEDF重組蛋白通過(guò)抑制細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，完全阻滯AGEs誘導(dǎo)的NF-κB的活化，從而抑制AGEs對(duì)系膜細(xì)胞的損傷，下調(diào)ECM基質(zhì)蛋白FN、COIIV和炎癥因子ICAM-1、MCP-1、TNF-α、VEGF的表達(dá)。提示PEDF是內(nèi)源性的抗炎性因子，通過(guò)抑制氧化應(yīng)激作用抑制腎臟纖維因子和炎癥因子的表達(dá)。

另外，Maeda等［15］研究發(fā)現(xiàn)，PEDF通過(guò)抑制腎小管上皮細(xì)胞RAGE的表達(dá)，顯著抑制ROS的產(chǎn)生，抑制 NF-κB 的活性，下調(diào) MCP-1、COIIV、TGF-β1的過(guò)表達(dá)。研究表明AGEs通過(guò)與細(xì)胞表面糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)結(jié)合激活一系列細(xì)胞信號(hào)途徑，如氧化應(yīng)激、P38MAPK磷酸化等，促進(jìn)糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生［17］。因此進(jìn)一步深入研究PEDF對(duì)AGE-RAGE軸的抑制及其作用機(jī)制是非常有意義的，有望成為防治DN及其他糖尿病血管并發(fā)癥的重要途徑。

三、PEDF的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用

既往大量研究表明，PEDF是一種特有的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用因子，對(duì)中樞及周圍神經(jīng)細(xì)胞都有著重要的保護(hù)及營(yíng)養(yǎng)作用。PEDF在培養(yǎng)的小腦顆粒細(xì)胞、海馬神經(jīng)元、脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，包括缺乏視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞的兩棲類感光器中被證明具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)作用。但目前尚未見(jiàn)PEDF在糖尿病神經(jīng)病變中的作用的研究報(bào)道。

四、PEDF抗血栓形成作用

大多數(shù)糖尿病患者死于心腦血管動(dòng)脈粥樣硬化。血小板功能的改變導(dǎo)致微血栓形成，促動(dòng)脈粥樣硬化，致糖尿病心腦血管病的發(fā)生。大量研究表明氧化應(yīng)激與血小板的活化和聚集密切相關(guān)。最近研究表明Ad-PEDF通過(guò)阻斷STZ-或AGEs介導(dǎo)的糖尿病大鼠體內(nèi)NADPH氧化酶活性，抑制ROS的產(chǎn)生，抑制血小板性選擇蛋白、血小板的激活和聚集，抗體內(nèi)血栓形成［18］。Ueda等［18］研究發(fā)現(xiàn)在急性左室梗塞(AMI)大鼠模型中梗塞部位的PEDF表達(dá)下調(diào)，而未梗塞部位PEDF表達(dá)顯著升高，給予PEDF后能夠抑制未梗塞部位氧化應(yīng)激，抑制心肌纖維化，抑制細(xì)胞死亡作用，抑制心室重構(gòu)和改善心臟功能。研究發(fā)現(xiàn)PEDF通過(guò)抗氧化活性，抑制血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)介導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，及血管損傷后新內(nèi)膜的形成，可能成為球囊擴(kuò)張術(shù)后再狹窄的治療策略。以上研究結(jié)果提示PEDF抗動(dòng)脈血栓形成與其抗氧化性能相關(guān)，并有望成為糖尿病心血管疾病一種新的防治。

六、展 望

綜上所述，PEDF是一種內(nèi)源性抑制因子，使用有效量最低，具有抗氧化應(yīng)激、抗血管生成、抗纖維化、抗炎癥、抗血栓形成及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)等綜合特性的糖蛋白，給予外源性PEDF來(lái)補(bǔ)充內(nèi)源性PEDF的不足有望成為DVC新的治療方向。許多研究表明PEDF的抗血管生成作用，在抑制腫瘤新生血管中也起著重要的作用。PEDF在糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病相關(guān)或胰島素相關(guān)性腫瘤方面的防治尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。對(duì)PEDF及其誘導(dǎo)劑在治療糖尿病慢性并發(fā)癥方面的研究具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

運(yùn)用PEDF的腺病毒載體或腺相關(guān)病毒載體注入腎臟局部進(jìn)行基因轉(zhuǎn)導(dǎo)，能避免反復(fù)注射和全身的不良反應(yīng)。PEDF真正用于臨床還需要進(jìn)一步探討。目前，對(duì)于PEDF的研究大部分基于體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，其給藥劑量和不良反應(yīng)有待進(jìn)一步研究，以便今后推廣至臨床。PEDF將為臨床防治糖尿病血管并發(fā)癥開(kāi)拓一條新途徑。

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