糖尿病視網(wǎng)膜病變的相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展

劉曉佳等

摘要：糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）是糖尿病微血管病變常見的并發(fā)癥，具有高發(fā)病率和高致盲率，特別是增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變（PDR）可引起患者嚴(yán)重的視力喪失。DR發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，病理過程包括周細(xì)胞喪失、內(nèi)皮細(xì)胞增生、基底膜增厚、管腔狹窄閉塞、視網(wǎng)膜缺血缺氧、血管新生及牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，各進(jìn)程涉及多種細(xì)胞因子。本文就血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子VEGF、Ang-Tie系統(tǒng)和胰島素樣生長因子IGF系統(tǒng)進(jìn)行討論，該類分子機(jī)制主要參與了糖尿病引起的視網(wǎng)膜缺血性血管病變。

關(guān)鍵詞：糖尿病視網(wǎng)膜病變；細(xì)胞因子；視網(wǎng)膜缺血

中圖分類號(hào)：R5872文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-2349（2014）10-0078-05

【Abstract】Diabetic retinopathy（DR）is a common complication of diabetic microvascular disease，with high morbidity and high rate of blindness and particularly proliferative diabetic retinopathy（PDR）can cause severe vision loss for patients. DR pathogenesis is very complex with pathological processes including pericytes loss，endothelial cell proliferation，basement membrane thickening，stenosis occlusion，retinal ischemia and hypoxia traction retinal detachment as well as various processes and a variety of cytokines. Vascular endothelial growth factor VEGF and Ang-Tie system and insulin growth factor IGF system are discussed in the paper. The molecular mechanism is mainly involved in the retinal ischemic vascular lesions caused by diabetes

【Key words】diabetic retinopathy，cytokines，retinal ischemia

糖尿病是一種長期以高血糖為主要特征的代謝綜合征，是由于胰島素缺乏和（或）胰島素牛物作用障礙導(dǎo)致的糖代謝紊亂，同時(shí)伴有脂肪、蛋白質(zhì)、水、電解質(zhì)等代謝障礙，并可并發(fā)眼、腎、神經(jīng)、心血管等多臟器慢性損害[1]。其中，糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）是糖尿病微血管病變常見的并發(fā)癥。高血糖是糖尿病并發(fā)癥發(fā)生和發(fā)展的重要因素，然而糖尿病最終是如何引起的DR的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜。長時(shí)間的高血糖癥會(huì)導(dǎo)致氧化酶損傷、微血栓形成、細(xì)胞因子活化等。DR發(fā)病的病理過程包括周細(xì)胞喪失、內(nèi)皮細(xì)胞增生、基底膜增厚、管腔狹窄閉塞、視網(wǎng)膜缺血缺氧、血管新生及牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，各進(jìn)程涉及血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子VEGF、Ang-Tie和胰島素樣生長因子IGF多種細(xì)胞因子[2]?，F(xiàn)將其綜述如下。

1血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（VEGF）

VEGF是血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，并涉及糖尿病視網(wǎng)膜血管病變的致病機(jī)制[3]。VEGF家族包括7個(gè)分泌型糖蛋白VEGF-A、-B、-C、-D、-E、-F，以及胎盤生長因子。VEGF-A（就是通常所說的VEGF）是一種高度特異性的內(nèi)皮細(xì)胞促有絲分裂原，是最重要的血管形成調(diào)節(jié)因子。由于外顯子選擇性剪切方式的差異性產(chǎn)生不同長度的血管原亞型，根據(jù)氨基酸鏈的長度被定為VEGF121，VEGF145，VEGF165，VEGF183，VEGF189和VEGF206。其中VEGF165被認(rèn)為是與缺血性視網(wǎng)膜病變關(guān)系最密切的亞型[4]。差異性剪切同樣能夠產(chǎn)生抗血管原的VEGF亞型，其氨基酸編號(hào)后用'b'標(biāo)識(shí)（VEGF121b，VEGF165b 和VEGF189b）[5]。血管內(nèi)皮生長因子可能由人視網(wǎng)膜中多種細(xì)胞合成，如內(nèi)皮細(xì)胞，周細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞[6]。VEGF家族成員至少有五個(gè)跨膜的絡(luò)氨酸蛋白激酶受體VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（KDR）、VEGFR-3（Flt4）、神經(jīng)氈蛋白1（NRP-1）和神經(jīng)氈蛋白2（NRP-2），VEGF能與VEGFR-1和-2以及NP-1和-2結(jié)合，VEGFR活化的主要原因是VEGF糖蛋白促血管生成活動(dòng)所發(fā)出的信號(hào)[7]。VEGFR-2的主要作用是介導(dǎo)VEGF血管內(nèi)皮細(xì)胞增生，增加血管通透性和趨化內(nèi)皮細(xì)胞等功能。VEGFR-2為VEGF的主要功能受體。采用免疫組化研究18例無糖尿病史捐贈(zèng)者的眼睛和27例有糖尿病史的以及四只眼內(nèi)注射PBS或VEGF-A的猴子，結(jié)果顯示無糖尿病史者和注射PBS猴子的視網(wǎng)膜內(nèi)VEGFR-1、-2、-3在非血管區(qū)表達(dá)，只有VEGFR-1在視網(wǎng)膜微血管組成型表達(dá)，在患有糖尿病史者微血管內(nèi)VEGFR-2、-3表達(dá)上調(diào)，且主要在滲漏的微血管內(nèi)，注射VEGF-A的猴子視網(wǎng)膜微血管內(nèi)VEGFR-1、-2、-3均有表達(dá)，這表明微血管內(nèi)VEGFs發(fā)出信號(hào)活化VEGFR-2、-3發(fā)生在糖尿病發(fā)病之后[8]。獼猴脈絡(luò)膜-視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞（RF/6A）能持續(xù)性表達(dá)VEGFR-2和NRP-1，且在低氧情況下該表達(dá)增加[9]。

HIF是最重要的VEGF表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，微陣列基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析顯示人血管內(nèi)皮細(xì)胞中所有的基因超過2%被HIF-1調(diào)控[10]。缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)細(xì)胞處于低氧條件時(shí)其能與一分子的缺氧反應(yīng)原件（HRE）在VEGF基因啟動(dòng)子中結(jié)合。HIF異二聚體含有分別對氧敏感和不敏感的HIF-α及HIF-β亞基。不同的HIF-a亞基產(chǎn)生不同的HIFs，不過至今大多數(shù)的研究主要集中在HIF-1。缺氧使二聚的HIF-α和HIF-β亞基產(chǎn)生活性HIF[11]。從動(dòng)物試驗(yàn)中能清楚的看到HIF-1對于缺血性視網(wǎng)膜病變的重要性，一項(xiàng)氧誘導(dǎo)小鼠視網(wǎng)膜病變（OIR）的試驗(yàn)中，小鼠從高氧恢復(fù)到正常氧環(huán)境期間，用免疫印跡法測定HIF-1α和HIF-2α，并用免疫組化法檢測它們在細(xì)胞分布的情況，結(jié)果顯示HIF-1α和HIF-2α蛋白水平顯著升高，HIF-1α主要分布于視網(wǎng)膜內(nèi)層神經(jīng)元細(xì)胞而HIF-2α僅存在于Müller神經(jīng)膠質(zhì)和星形膠質(zhì)細(xì)胞，當(dāng)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞處于低氧狀態(tài)HIF-α表達(dá)增高時(shí)緊接著會(huì)有VEGF和紅細(xì)胞生成素（EPO）的表達(dá)增高[12]。快速加強(qiáng)胰島素治療是糖尿病視網(wǎng)膜病變的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，快速加強(qiáng)胰島素治療的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜VEGF水平顯著提高，視網(wǎng)膜細(xì)胞核提取物HIF-1α含量也增高，且HIF-1α與VEGF啟動(dòng)子中的缺氧反應(yīng)原件的相關(guān)結(jié)合性增加，強(qiáng)化胰島素治療后的血視網(wǎng)膜屏障損害顯著提高。對氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變小鼠的視網(wǎng)膜內(nèi)雙重注射HIF-1α抑制劑（YC-1），YC-1呈現(xiàn)多效性，總的視網(wǎng)膜病變率下降，血管閉塞受到抑制，CD31和血管性血友因子（vWF）表達(dá)增加HIF-1α蛋白的表達(dá)顯著受到抑制，且VEGF、紅細(xì)胞生成素、內(nèi)皮素-1等表達(dá)下調(diào)，YC-1能抑制病理性的視網(wǎng)膜血管新生[13]。endprint

轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)因子-1（TEF-1）是一種細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄激活因子，能調(diào)控心臟和骨骼肌細(xì)胞的多種基因表達(dá)。最初關(guān)于該轉(zhuǎn)錄因子與VEGF相互作用的描述是在牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，研究發(fā)現(xiàn)TEF-1家族成員之一RTEF-1在缺氧的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，過度表達(dá)的RTEF-1能增加VEGF啟動(dòng)子的活性以及VEGF的表達(dá)，致使內(nèi)皮細(xì)胞增殖擴(kuò)散并促進(jìn)血管的形成[14]。在常氧和缺氧條件下培養(yǎng)人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞，用RT-PCR檢測RTEF-1轉(zhuǎn)錄，結(jié)果顯示內(nèi)皮細(xì)胞存在RTEF-1轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物且在高氧和低氧情況下產(chǎn)生可變剪接產(chǎn)物，可變剪接變異體能夠增強(qiáng)VEGF5 附近啟動(dòng)子區(qū)域的表達(dá)[15]。RTEF-1可增強(qiáng)VEGF的表達(dá)，但其一個(gè)新的亞型TEAD4216能抑制VEGF啟動(dòng)子的活性且不受環(huán)境中氧含量的影響[16]。

2Angiopoietin-Tie系統(tǒng)

促血管生成素（angiopoietin，Ang）和其特異性的受體Tie對于維持正常視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的發(fā)育以及維持其成熟性至關(guān)重要。另一方面，該系統(tǒng)的微小變化可能導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管病變，其作用方式較為復(fù)雜，部分取決于環(huán)境因素。Ang-1能激活內(nèi)皮細(xì)胞受體蛋白激酶-Tie2。Ang-1主要來源于視網(wǎng)膜周細(xì)胞[17]。Tie2同樣由周細(xì)胞產(chǎn)生，并與Ang-1一起影響血管的改變，并且該過程受Ang-Tie系統(tǒng)的調(diào)控[18，19]。雖然Ang-2也能和Tie2結(jié)合，但是親和力和效價(jià)低，可能充當(dāng)了Tie2的興奮劑和拮抗劑的作用[20]。然而Watanabe 等研究發(fā)現(xiàn)，Ang-2與人視網(wǎng)膜缺血性血管病變有關(guān)，臨床數(shù)據(jù)結(jié)果顯示出：30例有活性增生糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的玻璃體內(nèi)Ang-2水平相較于11例非增生性糖尿病患者以及18例沒有糖尿病的人顯著提高[21]。

此外，很多研究者利用體內(nèi)及體外模型研究闡明了Ang-Tie系統(tǒng)在缺血性視網(wǎng)膜血管病變中的作用。通過對氧誘導(dǎo)小鼠視網(wǎng)膜病變模型的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)視網(wǎng)膜新生血管化活躍的時(shí)候，其峰值水平達(dá)P17，視網(wǎng)膜內(nèi)Ang-2表達(dá)增加，而此時(shí)Ang-1表達(dá)無變化[22]。將成年大鼠短暫性的置于無氧條件下同樣可以檢測到Ang-2蛋白表達(dá)上調(diào)[23]。有兩篇文獻(xiàn)[24]均報(bào)道了在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜中，Ang-2信號(hào)和蛋白的表達(dá)均上調(diào)，而Ang-1的水平是不受影響的；相反，在非糖尿病大鼠模型中Ang-2表達(dá)無變化。盡管兩個(gè)課題組研究的動(dòng)力學(xué)有所不同，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明了Ang-Tie系統(tǒng)在缺血性視網(wǎng)膜血管病變中起到的調(diào)節(jié)作用，并且其中的變化與Ang-2有關(guān)。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，對氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變小鼠注射Tie2受體拮抗劑后，視網(wǎng)膜內(nèi)新生的毛細(xì)血管的形成顯著降低[22]。而在同樣的動(dòng)物模型中，經(jīng)組織病理學(xué)檢測雜合子和純合子后，發(fā)現(xiàn)Ang-2基因的缺失很少甚至不會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管新生[25]。相反，Ang-2的大量表達(dá)會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管新生量減少[26]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，Ang-2是否具有使血管新生和血管退化的作用取決于視網(wǎng)膜是否缺血有關(guān)[27]。通過檢測伊文氏藍(lán)標(biāo)記的白蛋白溢出物發(fā)現(xiàn)，在成熟的鏈脲霉素注射的大鼠體玻璃體內(nèi)注射Ang-1 后，視網(wǎng)膜血管通透性減弱，然而向玻璃體腔內(nèi)注射Ang-2可增強(qiáng)視網(wǎng)膜血管通透性，可見Ang-2與視網(wǎng)膜血管通透性方面有著重要的影響[24]。隨后，Rangasamy等的研究也同樣發(fā)現(xiàn)在糖尿病視網(wǎng)膜病變過程中，Ang-2在增加血管的通透性方面可能發(fā)揮重要作用[24]。

另外，研究視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞為涉及Ang-Tie系統(tǒng)在視網(wǎng)膜缺血性血管病變中提供了別有新意的新視角。在視網(wǎng)膜缺血性血管病變中，Ang的表達(dá)以及效應(yīng)會(huì)受到VEGF的影響。在牛視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中，VEGF會(huì)選擇性上調(diào)Ang-2的表達(dá)。牛視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞用Ang1或Ang2處理，MMP-9水平提高，MMP-9可通過釋放VEGF以參與血管生成[28]。用Ang-2和VEGF對豬視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行處理后，用anti-ZO-1抗體對Ang-2和VEGF進(jìn)行可視化評估，研究發(fā)現(xiàn)Ang-2和VEGF之間產(chǎn)生的相互作用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)血管通透性增強(qiáng)[29]。

3胰島素樣生長因子IGF-1系統(tǒng)

自從胰島素樣生長因子（IGF）-1在30年前被首次測序獲得，一個(gè)包括配體受體和結(jié)合蛋白復(fù)雜的IGF系統(tǒng)才被人們所認(rèn)識(shí)[30]。關(guān)于視網(wǎng)膜缺血性血管病變，對于IGF系統(tǒng)而言，該領(lǐng)域的大多數(shù)工作主要集中在IGF-1（胰島素樣生長因子-1）。IGF-1最初研究發(fā)現(xiàn)是在肝臟合成，后來又報(bào)道證明在眼中和眼外也可合成。IGF-1可能通過自分泌，旁分泌和內(nèi)分泌路徑實(shí)現(xiàn)效應(yīng)?？扇苄缘腎GF-1與細(xì)胞表面受體IGF-1R親和力最高，IGF-1的生物活性主要通過與受體IGF-1R結(jié)合來體現(xiàn)，構(gòu)成自分泌或旁分泌來發(fā)揮作用。嚙齒動(dòng)物眼檢查表明IGF-1可能由視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生，包括光感受器和神經(jīng)元集群以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞[23，31]。很明顯IGF-1在視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞生存中扮演了很重要的角色，轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析證實(shí)在人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞中IGF-1R的表達(dá)較高。在高濃度的葡萄糖及血清饑餓條件下可導(dǎo)致人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，但這種影響在細(xì)胞與IGF-1一起培養(yǎng)時(shí)可以部分消除[32]。各類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體均可觀察到IGF-1促進(jìn)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞增殖擴(kuò)散的能力[33～34]。視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞可能部分響應(yīng)IGF-1。增值性人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞對比，兩者增長均與VEGF劑量正相關(guān)，而只有視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞生長只與IGF-1相關(guān)[33]。后來在Smith和Hellstrom合作的試驗(yàn)中[35]，涉及IGF-1基因缺失的小鼠和臨床觀察早產(chǎn)嬰兒得到了一項(xiàng)重要的早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病假設(shè)；早產(chǎn)后的嬰兒缺乏充足的IGF-1，視網(wǎng)膜血管發(fā)育首先停止，導(dǎo)致缺氧和VEGF增加嚴(yán)重，當(dāng)IGF-1水平恢復(fù)則視網(wǎng)膜血管發(fā)育就恢復(fù)。

增殖性視網(wǎng)膜病變是導(dǎo)致糖尿病患者失明的主要原因。Danis等[36]認(rèn)為，并不是整個(gè)視網(wǎng)膜病變過程均有IGF-1增高，只有增生性病變時(shí)，循環(huán)中IGF-1才增高。糖尿病患者玻璃體內(nèi)IGF-l與lGFBP-3濃度與二者的血清濃度呈正相關(guān)，與糖尿病視網(wǎng)膜病變血管通透性增強(qiáng)以及血-視網(wǎng)膜屏障功能減弱有關(guān)，從而促進(jìn)玻璃體內(nèi)新生血管形成。IGF-l在新生血管形成過程中，不僅能促進(jìn)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖與分化，還能促進(jìn)凝血酶原激活物和氧自由基的釋放，激活纖溶酶原，降解視網(wǎng)膜微血管的基底膜，使血管內(nèi)皮細(xì)胞易于移動(dòng)，導(dǎo)致新生血管形成出現(xiàn)增殖性視網(wǎng)膜病變[37～38]。endprint

然而，IGF-1的生物活性通常是受胰島素受體和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白的影響（IGFBPS），其可能會(huì)隔絕IGF-1或使其受體附近的生長因子富集。至今有六個(gè)高親和性的IGBPs被報(bào)道[39]。幾個(gè)小組研究關(guān)于IGF-1和糖尿病視網(wǎng)膜病變患者眼中獲得的相關(guān)蛋白的表達(dá)。研究結(jié)果過表明，IGF-1水平改變和IGF-1受體表達(dá)增加有利于視網(wǎng)膜缺血性血管病變生長因子的表達(dá)[40]。Ulbig 等[41]的研究結(jié)果顯示，從5個(gè)玻璃體切除手術(shù)的增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變患者中摘除視網(wǎng)膜前纖維血管膜有很強(qiáng)結(jié)合放射性的IGF-1，且該實(shí)驗(yàn)認(rèn)為其可被額外的非放射性IGF-1抑制，結(jié)果表明視網(wǎng)膜新生血管組織有IGF-1受體的表達(dá)。此外，從三例無增生糖尿病視網(wǎng)膜病變史的死者眼中分離出視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞，通過膠體金定量免疫組化學(xué)檢測，結(jié)果顯示相較于3例無糖尿病史的捐贈(zèng)者其IGF-1水平明顯降低。這與IGF-1R、IGFBP（1、2、3、5）表達(dá)增加、IGFBP4表達(dá)降低相關(guān)[42]。

4展望

DR 的發(fā)病是一個(gè)很復(fù)雜的病理過程，它是多因素、多階段作用的結(jié)果。它與VEGF因子、Ang-Tie系統(tǒng)和胰島素樣生長因子系統(tǒng)有關(guān)。糖尿病視網(wǎng)膜病變至今已取得了較大的成績，但是由于其發(fā)病機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，各種因素協(xié)同作用相互影響，共同參與其發(fā)生發(fā)展，目前對于糖尿病糖尿病視網(wǎng)膜病變的影響已經(jīng)有很多研究報(bào)道，本文對其的分子機(jī)制進(jìn)行了深入的探討。這些分子機(jī)制在防治糖尿病視網(wǎng)膜病變，以及其它糖尿病并發(fā)癥，以至于治療糖尿病都奠定了很好的基礎(chǔ)。因此，根據(jù)DR發(fā)病機(jī)制研究的新進(jìn)展，在DR的防治中，應(yīng)高度重視該類分子機(jī)制在參與糖尿病所引起的視網(wǎng)膜缺血性血管病變，并做好血糖控制和改善微循環(huán)。

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（收稿日期：2014-06-30）endprint