細胞因子在糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)病中作用的研究進展

付 鵬，萬小波

（柳州市人民醫(yī)院眼科，廣西 柳州 545006）

糖尿病是威脅人體健康的主要代謝性疾病之一，近年隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展、人們生活水平提升及飲食結(jié)構(gòu)變化，糖尿病發(fā)病率呈現(xiàn)逐年升高的趨勢[1]。糖尿病的主要危害在于其引起的各類并發(fā)癥，其中糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病較為嚴重的并發(fā)癥之一，其發(fā)病早期為非增殖性DR，以眼底微動脈瘤為特征，繼而進展為增殖性DR，伴有眼底硬性及軟性滲出、新生血管及出血等癥狀[2]。導致DR 的危險因素較多，包括血糖、血壓及血脂異常等，血管系統(tǒng)異常中的血-視網(wǎng)膜屏障破壞，血管通透性增加及進行性血管內(nèi)皮細胞損傷與細胞丟失等，均是導致DR 進展的因素[3]。炎癥因子、血管生成等在DR 發(fā)病中發(fā)揮著重要作用，且近年來臨床對DR 發(fā)生機制的相關(guān)研究逐漸增多[4]。為進一步分析和了解炎癥細胞因子、血管生長相關(guān)因子、趨化因子及新型細胞因子在DR 發(fā)生、發(fā)展中的作用機制，本研究檢索整理相關(guān)研究文獻，總結(jié)既往研究結(jié)果，分析上述各細胞因子與DR 的關(guān)系，從而為臨床有關(guān)DR 發(fā)病機制研究、新型藥物研制等內(nèi)容提供理論依據(jù)，現(xiàn)作如下綜述。

1 DR 患病率

糖尿病于全球范圍內(nèi)的患病率較高，且目前正處于迅速增長期。據(jù)2021 年國際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計，我國糖尿病患者人數(shù)超過1.4 億，位居全球第一[5]。DR 作為糖尿病患者一類高發(fā)的眼部并發(fā)癥，其患病率因國家、地區(qū)及種族而存在較大差異，發(fā)展中國家整體患病率高于發(fā)達國家[6]。國內(nèi)研究結(jié)果顯示，農(nóng)村地區(qū)的患病率高于城市，北方地區(qū)的患病率高于南方及東部地區(qū)[7]。

2 DR 的發(fā)病機制

DR 發(fā)病機制比較復雜，目前暫未完全明確，主要假說包括糖基化終末產(chǎn)物的作用、多元醇通路激活、蛋白激酶C 活化與氧化應激及炎癥反應等。機體內(nèi)血糖長期處于較高水平可引發(fā)缺血及缺氧癥狀，進而導致大量的細胞因子釋放及生長因子表達異常，多種細胞因子發(fā)揮不同的生物活性，互相調(diào)節(jié)和作用，導致微循環(huán)障礙，使微血管阻塞與血-視網(wǎng)膜屏障破裂，產(chǎn)生血管滲漏、神經(jīng)退行性變化、毛細血管無灌注及新生血管生成等，進而造成反復性玻璃體積血和牽拉性視網(wǎng)膜脫離等各類并發(fā)癥[8]。

相關(guān)研究指出，DR 屬于炎癥介質(zhì)介導的慢性、低度免疫炎癥過程[9]。DR 炎癥變化主要包括白細胞浸潤、視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)黏附，進而引起DR 復雜的病理及生理過程。DR 患者機體內(nèi)促炎細胞因子和抗炎細胞因子的分泌處于異常狀態(tài)，引起視網(wǎng)膜有關(guān)功能障礙，并導致疾病進展。

3 傳統(tǒng)細胞因子與DR 的關(guān)系

3.1 炎性細胞因子炎癥是指機體對損傷、應激及病原體侵襲而發(fā)生的非特異性反應，由模式識別受體[如Toll樣受體（TLR）和晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGE）受體]識別，大多數(shù)TLR 激活髓樣分化因子88（MyD88）途徑應答配體后生成促炎細胞因子。在TLR 激活結(jié)合蛋白后，MyD88 激活后與白細胞介素-1（IL-1）受體結(jié)合激酶，誘導磷酸化下激酶是由有絲分裂原激活的蛋白激酶，與腫瘤壞子因子受體蛋白6、核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）激活后并釋放出多種炎癥因子，如白細胞介素-6（IL-6）等[10]。IL-6 可以誘導血管內(nèi)皮生長因子（VEGF） 并促進新生血管，血管通透性增加并使內(nèi)皮細胞骨架形態(tài)改變，細胞通透性增加能提高血管緊張素Ⅱ受體的表達，內(nèi)皮細胞氧化應激增加可刺激生成血管緊張素Ⅱ受體，導致 DR 病情進展。白細胞介素-1α（IL-1α）能誘導中性粒細胞募集，在炎癥發(fā)生初期階段引發(fā)組織損傷。作為單核細胞分泌的促炎細胞因子，巨噬細胞與細胞表面受體結(jié)合，進而激活MyD88 信號，炎癥細胞存活并利于炎癥基因表達。當IL-1α 水平增加后，視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞變形下引起視網(wǎng)膜缺血，此時NF-κB 刺激誘導一氧化氮合酶的氧化應激反應，視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞形成受損[11]。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）由活化單核細胞、巨噬細胞產(chǎn)生，自身生物效應能實現(xiàn)對分子黏附、增殖、分化及細胞凋亡的調(diào)節(jié)，且在免疫系統(tǒng)細胞信號轉(zhuǎn)導中可以發(fā)揮重要作用，抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導，往往與高胰島素血癥、胰島素抵抗存在密切聯(lián)系。同時，在惡病質(zhì)發(fā)生、發(fā)展中，TNF-α 同樣發(fā)揮著重要作用，也是降低DR 患者BMI 的重要原因[12]。DR 患者眼內(nèi)炎癥的發(fā)生與TNF-α 關(guān)系緊密，早期TNF-α 激活視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞并增加視網(wǎng)膜血管通透性，中后期誘導細胞內(nèi)產(chǎn)生活性氧，使VEGF表達增加，當血管外機制、新生血管形成后，纖維連接蛋白增殖可以誘導白細胞聚集及單核細胞趨化、上調(diào)黏附分子并激活NF-κB，刺激各種轉(zhuǎn)錄因子、生長因子，持續(xù)誘導炎癥反應。

3.2 血管生長相關(guān)因子血管內(nèi)皮功能障礙為視網(wǎng)膜缺血的重要因素，而高血糖持續(xù)刺激、活性氧生成及炎癥反應等會引起VEGF 表達上調(diào)，而其水平上調(diào)并與受體結(jié)合后能促進血管生成。在DR 患者中VEGF 可作為評估指標，而抗VEGF 藥物為臨床治療選擇新的方向。成纖維生長因子（FGF）具有促進血管生成、利于傷口愈合的作用。研究顯示，F(xiàn)GF 是形成增殖膜的相關(guān)細胞因子，通過抑制蛋白酶合成介導炎癥反應，利于肌成纖維細胞分化[13]?；|(zhì)金屬蛋白酶（MMP）可降解細胞外基質(zhì)成分。研究表明，生理條件下MMPs 可以誘導視網(wǎng)膜細胞機制的重塑，處于病理狀態(tài)下誘導視網(wǎng)膜細胞凋亡后參與到特定蛋白結(jié)構(gòu)域介導的信號功能的局部蛋白水解，與細胞表面受體之間存在相互作用[14]。

3.3 趨化因子趨化因子與多項生物化學、生理活動關(guān)系緊密，在免疫系統(tǒng)發(fā)育、維持免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著核心作用，可以參與免疫反應及炎癥反應。趨化因子的結(jié)構(gòu)為同源性的細胞因子大家族，依據(jù)是否激活時表達劃分為炎癥趨化因子和穩(wěn)態(tài)趨化因子[15]。單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）為第一個被廣泛研究的趨化因子家族成員之一。目前認為，在DR 發(fā)病中血清及眼內(nèi)MCP-1 水平偏高，且與DR 的嚴重程度密切相關(guān)[16]。此外，MCP-1 能通過增加膠原蛋白表達實現(xiàn)對MMPs 的調(diào)節(jié)，進而激活成纖維細胞表型參與到組織纖維化過程中。

4 新型細胞因子與DR 的關(guān)系

4.1 生長分化因子-15（GDF-15） GDF-15 是GDF-15 基因編碼后生成的、具有多種生物學效應的應激反應蛋白，參與細胞增殖、分化及凋亡過程。當機體處于缺氧、缺血及腫瘤等病理條件下，GDF-15 表達水平呈現(xiàn)上升趨勢，進而激活細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（ERK1/2）、蘇氨酸蛋白激酶（AKT）等相關(guān)信號通路，有效調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞增殖、分化、遷移及血管生成作用[17]。在缺氧、炎癥等病理情況下，GDF-15 表達增加，經(jīng)旁分泌/自分泌等途徑作用于細胞后參與到細胞增殖、凋亡等過程[18]。

4.2 胰島素樣生長因子-1（IGF-1） IGF-1 約有45%的結(jié)構(gòu)與胰島素相似，以親水表面部分為主，IGF-1 有胰島素樣活性[19]。IGF-1 可激活缺氧誘導因子，使眼內(nèi)VEGF、促紅細胞生成素表達水平升高。同時，視網(wǎng)膜多數(shù)細胞中的IGF-1 分泌后會生成多種內(nèi)皮細胞，如血管內(nèi)皮細胞、膠質(zhì)細胞等。IGF-1 也會在人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞中表達，能促進缺氧誘導因子1α（HIF-1α）蛋白質(zhì)合成，VEGF 的表達隨之增加，在人類視網(wǎng)膜色素上皮細胞（RPE）的活化中，IGF-1 在激活VEGF 后形成新生毛細血管[20]。依據(jù)上述結(jié)果可知，在DR 患者玻璃體液中IGF-1 水平上升參與并促進了DR 的發(fā)生、發(fā)展。

4.3 甘露糖結(jié)合凝集素（MBL） MBL 為一種與先天性防御有關(guān)的血清凝集素，與微生物中的不同糖配體結(jié)合后經(jīng)MBL 絲氨酸蛋白激酶激活凝聚素通路實現(xiàn)吞噬、凝集細胞及誘導炎癥反應的作用。當前認為MBL 會引起炎癥及補體活化，與糖尿病血管并發(fā)癥有關(guān)；且DR 患者血清中MBL 水平明顯升高，推測MBL 水平可以作為反映DR病情的生物標記物[21]。研究顯示，DR 患者中MBL 水平高于健康受試者，且隨著病變程度加重其水平呈現(xiàn)上升趨勢，補體凝集素激活后并引起DR 發(fā)生、發(fā)展[22]。上述結(jié)果證實，DR 的發(fā)生與MBL 水平有關(guān)，今后可進一步研究其具體作用機制。

4.4 轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β） TGF-β 可調(diào)控細胞增殖、凋亡及分化，為一類具有多重功效的生物因子。TGF-β 信號通路可以對肌層纖維細胞產(chǎn)生介導作用，造成細胞外基質(zhì)（ECM）過量積累而出現(xiàn)視網(wǎng)膜組織收縮和功能受損[23]。細胞因子信號在視網(wǎng)膜組織纖維化反應中發(fā)揮著重要作用，因眼部病變與多種病理性纖維性疾病有關(guān)，如角膜混濁、黃斑下纖維化及增殖性視網(wǎng)膜疾病等。肌層纖維細胞經(jīng)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）為肌成纖維細胞，生成大量炎癥介質(zhì)及異常ECM 蛋白，當ECM 蛋白過量分泌后造成累積則間接重塑ECM，產(chǎn)生瘢痕及無功能組織[24]。在肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化過程中，TGF-β 信號通路在其中發(fā)揮著重要作用，激活經(jīng)典信號通路中Smad 同源物3（Smad3）后，與基因啟動子結(jié)合并誘導促纖維化分子轉(zhuǎn)錄，引起肌層纖維細胞活化和ECM 沉積[25]。同時，TGF-β 信號通路下纖維化介導作用破壞視網(wǎng)膜神經(jīng)組織，纖維血管瘢痕增生形成后引起繼發(fā)性視網(wǎng)膜脫落，造成視力不可逆損傷。TGF-β 信號通路介導的纖維化在增殖性DR 發(fā)病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其中最為重要的特征表現(xiàn)為視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）細胞EMT 過程及ECM 的過量積累[26]。基于TGF-β 信號通路中調(diào)節(jié)因子多樣性、潛在信號傳導途徑復雜性，能抑制視網(wǎng)膜組織病理性纖維化的可能性，經(jīng)靶向治療能有效控制DR 進展。

4.5 人類軟骨糖蛋白-39（YKL-40） YKL-40 歸屬于奇凝集素家族，存在于脊椎動物及無脊椎動物中，由免疫活性細胞生成，能參與細胞外的基質(zhì)重構(gòu)及炎癥反應等各類病理過程[27]。有關(guān)YKL-40 在機體中的功能暫未完全明確，其產(chǎn)生的主要部位為退化關(guān)節(jié)軟骨與炎癥或者增生性滑膜、纖維化肝組織及膠質(zhì)瘤，其中YKL-40 的生成與惡性腫瘤、肥胖、腎病、糖尿病、類風濕性關(guān)節(jié)炎、冠狀動脈疾病、腦卒中及炎癥性腸病等疾病有關(guān)，YKL-40 在病毒及細菌急性感染期間，也與免疫反應及炎癥有關(guān)[28]。且有研究顯示，糖尿病與DR 患者的外周血YKL-40 水平存在異常升高現(xiàn)象[29]。YKL-40 于DR 發(fā)展期間的作用能通過其對代謝過程產(chǎn)生的影響進行解釋，其能激活糖代謝、細胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)錄及遷移等各類細胞獲得期間發(fā)揮關(guān)鍵作用的蛋白激酶C 和磷酸肌醇-1，3 激酶信號通路，抑制細胞凋亡，能加快血管內(nèi)皮細胞趨化、附著、擴張及遷移。因此，YKL-40 有望成為DR 的預警因子，發(fā)揮有效的監(jiān)測作用。

5 DR 的治療

患者在確診為糖尿病后，需要定期進行眼底檢查，當裸眼或者矯正視力處于正常水平時，盡量間隔半年進行1次眼底檢查，當發(fā)現(xiàn)存在視力障礙時，需要及時在醫(yī)師指導下開展檢查及治療。①首先需要控制機體的血糖水平，減少血糖波動，需在醫(yī)師指導下合理使用降糖藥物；②當患者不存在視力障礙或者視力發(fā)生輕微下降時，能在眼科醫(yī)師指導下，及時采取改善視網(wǎng)膜血液循環(huán)的藥物治療；③當眼底出現(xiàn)視網(wǎng)膜新生血管、無灌注區(qū)時，需要進行眼底激光治療。激光治療的主要目的并非是提升視力，而是防止DR 進一步發(fā)展，以達到維持患者當前視力水平、減少DR 所致失明發(fā)生的目標；④當玻璃體出血時，先采取藥物止血處理，待出血穩(wěn)定后予改善循環(huán)治療以促進出血吸收；積血持續(xù)無法吸收者，需行玻璃體切割手術(shù)，同時加以全視網(wǎng)膜激光光凝治療；⑤對于并發(fā)黃斑水腫和新生血管形成的患者優(yōu)先選擇眼內(nèi)注射抗VEGF 藥物，并及時完成視網(wǎng)膜激光光凝治療[30]。

6 小結(jié)

DR 是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一，能導致視力障礙甚至失明等嚴重后果，嚴重影響患者的生活質(zhì)量，增加了社會的經(jīng)濟負擔。DR 發(fā)病過程復雜，且尚未完全明確，有多種細胞因子參與其中。DR 是一種慢性、低度炎癥性疾病，同時也是一種微血管疾病。當機體處于高血糖水平狀態(tài)時，患者局部、全身炎癥介質(zhì)水平的表達增加，炎癥環(huán)境的形成，是DR 發(fā)生與發(fā)展的重要原因。DR 是由多細胞因子參與所導致的疾病，包括傳統(tǒng)的炎性細胞因子（包括IL-1、IL-6、TNF-α、VEGF、MMP 及MCP-1）和新型細胞因子（GDF-15、IGF-1、MBL 等）的共同參與，部分已經(jīng)證實與DR 發(fā)生、發(fā)展有關(guān)聯(lián)，但部分依然處于研究之中，對實際應用及診斷效能上仍需開展大規(guī)模研究證實。