糖尿病性視網(wǎng)膜病變發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展

楊 健 楊鳳娟 苗 曉 蘇冠方

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院，吉林 長春 130041)

糖尿病性視網(wǎng)膜病變發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展

楊 健 楊鳳娟 苗 曉 蘇冠方

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院，吉林 長春 130041)

糖尿病性視網(wǎng)膜病變；細(xì)胞凋亡；氧化應(yīng)激

糖尿病性視網(wǎng)膜病變(DR)是糖尿病(DM)影響視力的主要微血管并發(fā)癥之一，是導(dǎo)致失明的主要原因。嚴(yán)格控制血壓及血糖水平是預(yù)防或阻止其發(fā)展的關(guān)鍵因素，同樣也是較為困難的預(yù)防因素。DR是一種緩慢進(jìn)展的慢性疾病，起初患者眼底可有輕微的改變，隨著疾病的發(fā)展，毛細(xì)血管無灌注區(qū)的產(chǎn)生可導(dǎo)致新生血管開始生長，發(fā)展成為增殖性DR。如不及時(shí)治療，可牽拉形成視網(wǎng)膜脫離。目前，DR的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，本文主要討論與之相關(guān)機(jī)制的新進(jìn)展。

1 DR變發(fā)生的可能機(jī)制

1.1血糖調(diào)節(jié)途徑異常 DM患者血糖升高，由胰高血糖素調(diào)控糖異生的速度明顯加快，胰島素及胰高血糖素比值降低，血糖的去路受阻而糖異生作用卻不斷進(jìn)行，肝臟失去了緩沖血糖的能力，因此在進(jìn)食后可造成高血糖。高血糖是DM并發(fā)癥，為視網(wǎng)膜病變發(fā)展的主要?jiǎng)右?。DM控制和并發(fā)癥試驗(yàn)(DCCT)表明，強(qiáng)化血糖控制與常規(guī)控制血糖控制患者相比，約有76%強(qiáng)化控制的患者降低了視網(wǎng)膜病發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)〔1〕。在高血糖狀態(tài)下，可通過產(chǎn)生毒性代謝產(chǎn)物，干擾葡萄糖介導(dǎo)的信號(hào)通路從而造成細(xì)胞功能障礙。過量的葡萄糖通過醛糖還原酶轉(zhuǎn)化為山梨糖醇，進(jìn)一步通過山梨醇脫氫酶氧化為果糖〔2〕，當(dāng)醛糖還原酶氧化 NADPH成為 NADP+時(shí)，山梨醇脫氫酶利用NAD+形成NADH，由此激活多元醇通路可降低NADPH和NAD+水平，導(dǎo)致機(jī)體氧化還原的發(fā)生。高血糖狀態(tài)可以增加毛細(xì)血管基底膜在神經(jīng)纖維層、外叢狀層的厚度，降低毛細(xì)血管周細(xì)胞面積并增加無細(xì)胞血管的數(shù)量，使視網(wǎng)膜毛細(xì)血管細(xì)胞凋亡，降低視網(wǎng)膜歧化酶和過氧化氫酶的活性〔3〕。高血糖相關(guān)的氧化應(yīng)激和炎癥反映在DR的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。高血糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞凋亡也被認(rèn)為參與了DR的發(fā)展過程〔4〕。

1.2細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是指細(xì)胞的程序性死亡。在此過程中，細(xì)胞內(nèi)容物被細(xì)胞膜包裹形成凋亡小體，而溶酶體相對(duì)完整，局部無炎癥反應(yīng)〔5〕。周細(xì)胞是與凋亡相關(guān)的重要細(xì)胞之一。周細(xì)胞可以控制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移，影響血管滲透性，從而調(diào)節(jié)血腦及血視網(wǎng)膜屏障功能〔6〕。有研究表明，人視網(wǎng)膜周細(xì)胞的穩(wěn)定性與血糖水平有關(guān)，在高血糖狀態(tài)下更為脆弱，凋亡率增加〔7〕，可見周細(xì)胞的丟失與高血糖狀態(tài)有直接關(guān)系〔8〕。也有研究表明，缺氧狀態(tài)也是導(dǎo)致周細(xì)胞喪失的重要原因〔9〕。在疾病初期，周細(xì)胞的不斷丟失及基底膜增厚是導(dǎo)致DR發(fā)生、發(fā)展的重要因素，其會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)控的異常，繼而出現(xiàn)新生血管〔6〕。在DR中，毛細(xì)血管壁中周細(xì)胞數(shù)量的減少，失去對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞增殖的調(diào)控作用，造成了異常新生血管的生成及血-視網(wǎng)膜屏障破壞〔10〕。與周細(xì)胞凋亡密切相關(guān)的基因有P53基因與Bcl-2 家族。P53基因具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，其編碼的P53蛋白是一種腫瘤抑制蛋白，在腫瘤及其新生血管發(fā)生過程中發(fā)揮潛在的作用〔11,12〕。Bargonetti等〔11〕表明，這種蛋白質(zhì)也參與DM的進(jìn)展過程，其編碼的P53蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白，在細(xì)胞周期中檢查DNA是否有損傷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷DNA時(shí)則加以修復(fù)，若修復(fù)失敗則會(huì)啟動(dòng)凋亡過程。Bcl-2家族中包括抗凋亡成員Bcl-2(可以使得細(xì)胞免受凋亡)及促凋亡成員Bax。在正常情況下，Bax與Bcl-2在細(xì)胞內(nèi)保持著一定的比例，Bax與Bcl-2之間的相互作用決定了細(xì)胞死亡的閾值。在高血糖狀態(tài)下，可以誘導(dǎo)視網(wǎng)膜毛細(xì)血管周細(xì)胞中Bcl-2基因的表達(dá)水平下降，而對(duì)于凋亡起到促進(jìn)作用的Bax基因表達(dá)水平上調(diào)〔13〕，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜周細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

1.3氧化應(yīng)激 DM患者視網(wǎng)膜及其毛細(xì)血管細(xì)胞氧化應(yīng)激增加，氧化應(yīng)激增高被認(rèn)為是DR發(fā)展的主要代謝異常之一〔14,15〕。氧化應(yīng)激即是在機(jī)體穩(wěn)態(tài)下，由ROS介導(dǎo)的在細(xì)胞、組織、器官中造成的損傷。當(dāng)氧化應(yīng)激發(fā)生或內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)受損時(shí)，NADPH氧化酶(NOx)代謝水平增強(qiáng)而ROS便隨之產(chǎn)生〔16〕。 由于高血糖抑制糖酵解酶(GAPDH)的活性，活性氧簇(ROS)的產(chǎn)生會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)甘油二酯前體——磷酸丙糖的生成，進(jìn)一步刺激甘油二酯通過磷酸丙糖途徑合成。蛋白酶C的激活也通過提高NADPH氧化酶的活性，以助于ROS的產(chǎn)生、氧化應(yīng)激的增加〔17〕。ROS是一組化學(xué)反應(yīng)活性較高的氧基分子〔18〕，包括超氧自由基、羥基自由基和過氧化氫等物質(zhì)〔19〕。在高糖狀態(tài)下，視網(wǎng)膜代謝處于異常狀態(tài)，自由基的水平隨之增加，其中主要涉及4種途徑：激活蛋白激酶C、多元醇途徑、氨基己糖途徑及糖基化產(chǎn)物生成途徑，以上途徑均與氧化應(yīng)激息息相關(guān)〔20,21〕。此外，由于大分子糖基化的增加，與受體結(jié)合后不斷激活氮氧化物產(chǎn)生，可增加氧化應(yīng)激水平〔22〕。Valko等〔23〕表明，中、高濃度的ROS通過細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，過量的ROS會(huì)導(dǎo)致血管功能障礙，從而使DR進(jìn)一步發(fā)展。盡管氧化應(yīng)激是導(dǎo)致細(xì)胞衰老的主要因素之一〔24〕，ROS致細(xì)胞內(nèi)皮衰老的機(jī)制尚未完全闡明。局部組織氧化應(yīng)激已被證實(shí)作為DR發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，即使DM患者血糖恢復(fù)正常水平，細(xì)胞內(nèi)ROS濃度增加導(dǎo)致氧化應(yīng)激所造成的細(xì)胞損傷或功能障礙仍然存在。機(jī)體自身存在一些抗氧化系統(tǒng)，包括酶或非酶的抗氧化劑〔25〕，被認(rèn)為是抗自由基損傷的第一條防線〔26〕。在DM狀態(tài)下，自由基產(chǎn)生增加，抗氧化防御系統(tǒng)也受到損害，還原型谷胱甘肽不斷減少。由于氧化作用，與之對(duì)應(yīng)的氧化型產(chǎn)物增多〔27〕。負(fù)責(zé)合成和降解谷胱甘肽的酶系統(tǒng)也因高糖狀態(tài)的影響，無法分解此類氧化型產(chǎn)物，細(xì)胞損傷便進(jìn)一步加重〔25，28，29〕，這對(duì)疾病的發(fā)生發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用〔30〕。資料表明，抗氧化治療有利于患者視力的保護(hù)。因此，利用抗氧化劑作為輔助治療方案，應(yīng)當(dāng)加入DR的治療準(zhǔn)則中〔31〕。

1.4炎癥 炎癥是一種非特異性的損傷反應(yīng)。Mocan等〔32〕研究表明，炎癥在DR的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。慢性炎癥也參與了DR的發(fā)展及晚期并發(fā)癥過程〔33〕，常見的促炎癥細(xì)胞因子在DM患者的血清、玻璃體及視網(wǎng)膜中均有升高。當(dāng)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)升高時(shí)，可以使視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞增殖并增加血管通透性，從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜出血、水腫等改變。在炎癥反應(yīng)中，VEGF可以增強(qiáng)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞增殖的調(diào)控能力。VEGF可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞ICAM-1的表達(dá)，使白細(xì)胞活化釋放細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)增加，致使炎癥反應(yīng)進(jìn)一步加重。目前，眼內(nèi)注射抗VEGF藥物廣泛用于晚期DR的治療〔34〕。有實(shí)驗(yàn)證明，在視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中可以產(chǎn)生大量的VEGF因子，在抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞后，可以使得腫瘤壞死因子(TNF)-α，ICAM-1等減少〔35〕。炎癥反應(yīng)也與細(xì)胞黏附及血視網(wǎng)膜屏障進(jìn)一步損壞有直接關(guān)系，許多炎癥蛋白的表達(dá)通過促炎轉(zhuǎn)錄因子的激活而增加。在增殖性DR患者的視網(wǎng)膜中，核因子(NF)-κB的表達(dá)較正常人明顯升高〔36,37〕。NF-κB活化最終導(dǎo)致多種細(xì)胞因子、趨化因子、急性期蛋白和促炎性分子的合成，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生。

1.5表觀遺傳學(xué) 除了代謝和生理因素外，疾病的發(fā)病機(jī)制也受遺傳因素的影響。表觀遺傳學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)成為影響許多疾病的重要因素之一。表觀遺傳變化是一種規(guī)律的自然現(xiàn)象，同時(shí)也受環(huán)境、生活方式、疾病狀態(tài)等多種因素共同調(diào)控〔38，39〕。它可以調(diào)節(jié)基因和環(huán)境之間復(fù)雜的相互作用，即基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化，如DNA甲基化及乙?；取Ｔ谡＜?xì)胞中，DNA甲基化與染色質(zhì)進(jìn)入活化狀態(tài)，基因表達(dá)調(diào)控與組織特異性表達(dá)相關(guān)〔40〕。DNA甲基化可通過干擾轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄〔41〕。DM患者的高血糖環(huán)境引起的代謝失衡，可以改變基因表達(dá)狀態(tài)。Patel等〔42〕證實(shí)，妊娠狀態(tài)或分娩后，由于代謝暴露而導(dǎo)致的DNA甲基化改變可能會(huì)增加個(gè)體DM的易感性。在實(shí)驗(yàn)研究中還發(fā)現(xiàn)，高血糖誘導(dǎo)DR發(fā)生發(fā)展過程與一些基因啟動(dòng)子區(qū)的甲基化密切相關(guān)〔43〕。可見，針對(duì)DM相關(guān)基因的表觀遺傳學(xué)改變有網(wǎng)指導(dǎo)今后治療的發(fā)展方向。

2 總結(jié)與展望

DR發(fā)生與發(fā)展的多種致病因素，包括高血糖下視網(wǎng)膜周細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激反應(yīng)、促炎癥細(xì)胞因子、蛋白酶C等，但其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，多種途徑和多種因素共同參與、相互影響，最終致導(dǎo)致DR的發(fā)生發(fā)展。

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〔2017-03-25修回〕

(編輯 滕欣航)

R774.1

A

1005-9202(2017)18-4680-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2017.18.116

蘇冠方(1956-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事眼科眼底病基礎(chǔ)與臨床研究。

楊 健(1992-)，男，在讀碩士，主要從事眼科眼底病基礎(chǔ)與臨床研究。