Müller細(xì)胞在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的研究進(jìn)展

楊 曼，譚 薇

0引言

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病(diabetic mellitus，DM)嚴(yán)重的微血管病變，是目前全球第二大致盲性眼病。DR不僅影響視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)元，還影響視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[1-3]。Müller細(xì)胞是視網(wǎng)膜最主要的膠質(zhì)細(xì)胞，其可分泌營養(yǎng)因子，回收神經(jīng)遞質(zhì)，防止谷氨酸(Glu)毒性，通過空間緩沖重新分配離子，參與類視黃醇循環(huán)，并通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)營養(yǎng)供應(yīng)，在維持血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和保護(hù)神經(jīng)元的完整性、代謝、視網(wǎng)膜內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等方面均發(fā)揮著重要作用[4-6]。DR可導(dǎo)致Müller細(xì)胞發(fā)生一系列病理性改變，如反應(yīng)性膠質(zhì)化增生[7]、谷氨酰胺合成酶(GS)合成減少、谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(GLAST)轉(zhuǎn)運(yùn)能力減弱[8]、分泌大量血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)[9]、Kir4.1通道表達(dá)下調(diào)[10]、釋放炎癥因子，形成慢性炎癥性視網(wǎng)膜環(huán)境[11]等，這些病理改變可能在DR視網(wǎng)膜神經(jīng)變性及微循環(huán)調(diào)節(jié)障礙的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1 Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜的分布

Müller細(xì)胞是脊椎動(dòng)物視網(wǎng)膜神經(jīng)大膠質(zhì)細(xì)胞的一個(gè)子集，是生物學(xué)家Heinrich Müller在視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)的一種呈細(xì)長形且在視網(wǎng)膜上呈特異性放射狀分布、對(duì)組織結(jié)構(gòu)具有支持作用的膠質(zhì)纖維，也稱Müller纖維，其來源于室管膜細(xì)胞(ependymal cell)。有研究表明[12]，靈長類動(dòng)物的視網(wǎng)膜黃斑中央凹由25～35個(gè)獨(dú)特的呈倒錐形的Müller細(xì)胞形成，且覆蓋在光感受器高密度區(qū)域。在成熟視網(wǎng)膜中，Müller細(xì)胞從內(nèi)界膜到外界膜縱貫整個(gè)神經(jīng)視網(wǎng)膜，位于所有核層和叢狀層，包繞各級(jí)視網(wǎng)膜神經(jīng)元胞體及突觸，又緊密包裹視網(wǎng)膜血管，其特化的足板附著于視網(wǎng)膜毛細(xì)血管壁參與構(gòu)成BRB[13-14]。有研究采用[15]，Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜各層形態(tài)、大小較為一致，但在視網(wǎng)膜各層中的分布不同，與其線粒體在視網(wǎng)膜分布趨勢(shì)相一致，表現(xiàn)為從感光細(xì)胞層到節(jié)細(xì)胞及神經(jīng)纖維層逐漸增多。DR可導(dǎo)致Müller細(xì)胞胞體及內(nèi)外側(cè)突起發(fā)生腫脹，線粒體數(shù)量減少，空泡化程度加深，細(xì)胞器減少等改變，且最早發(fā)生這種形態(tài)學(xué)改變是在視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層、節(jié)細(xì)胞層和內(nèi)叢狀層。

2 DR發(fā)生過程中Müller細(xì)胞的病理生理改變及研究進(jìn)展

2.1反應(yīng)性膠質(zhì)化增生反應(yīng)性膠質(zhì)化增生可能是DM早期Müller細(xì)胞的主要病理改變之一。實(shí)驗(yàn)性和人自發(fā)的早期DR均可引起Müller細(xì)胞活化。持續(xù)性反應(yīng)性膠質(zhì)化增生是早期視網(wǎng)膜損害的標(biāo)志[7]。反應(yīng)性膠質(zhì)化增生的特征改變包括Müller細(xì)胞肥大和增生，中間絲波形蛋白和巢蛋白以及膠質(zhì)細(xì)胞纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)上調(diào)[16]。近年Xie等[17]研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜下移植嗅鞘細(xì)胞(OEC)和嗅神經(jīng)成纖維細(xì)胞，二者可能與Müller細(xì)胞相互作用，并通過抑制Notch信號(hào)通路顯著抑制Müller細(xì)胞的活化和退行性視網(wǎng)膜病變中的神經(jīng)膠質(zhì)化增生。GFAP過度表達(dá)是反應(yīng)性膠質(zhì)化增生最常見的標(biāo)志。Müller細(xì)胞中的GFAP表達(dá)增加，可導(dǎo)致Müller細(xì)胞肥大和神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成。通常GFAP由視網(wǎng)膜星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，而Müller細(xì)胞不表達(dá)。有研究采用鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)大鼠發(fā)生DM，2mo后進(jìn)行免疫組織化學(xué)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)Müller細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞均表達(dá)GFAP，Müller細(xì)胞中GFAP表達(dá)增加，而星形膠質(zhì)細(xì)胞中GFAP表達(dá)減少。該研究還發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠視網(wǎng)膜中，Müller細(xì)胞的增生先于GFAP過度表達(dá)，這通常被認(rèn)為是神經(jīng)膠質(zhì)化增生的關(guān)鍵特征[7]。多種類型的視網(wǎng)膜的損傷均可導(dǎo)致Müller細(xì)胞中GFAP的快速上調(diào)而不是細(xì)胞增生。Wei等[18]發(fā)現(xiàn)富含氫的生理鹽水可抑制Müller細(xì)胞GFAP的表達(dá)。周偉等[19]研究指出褪黑素可降低DM大鼠視網(wǎng)膜GFAP的陽性表達(dá)。Jung等[20]研究也證實(shí)蘆薈素可呈劑量依賴性地降低Müller細(xì)胞中GFAP表達(dá)，且蘆薈素對(duì)Müller細(xì)胞膠質(zhì)增生具有預(yù)防作用。Wang等[21]最新研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子SOX9敲除不僅能夠抑制大鼠Müller細(xì)胞GFAP表達(dá)，而且能減弱細(xì)胞遷移能力，表明抑制SOX9活性可能是降低神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活性的新型治療策略。

2.2谷氨酸興奮性毒性視網(wǎng)膜中多數(shù)興奮性信號(hào)由Glu介導(dǎo)。Glu是視網(wǎng)膜最主要的神經(jīng)遞質(zhì)，但神經(jīng)突觸間隙中過量的Glu可引起視網(wǎng)膜神經(jīng)元損傷甚至死亡。Müller細(xì)胞參與了突觸間隙中Glu的攝取，避免了Glu興奮性毒性。此外，Glu在Müller細(xì)胞中還被回收轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，并返回給神經(jīng)元，為神經(jīng)遞質(zhì)的合成提供底物[22]。DR發(fā)病初期，Müller細(xì)胞就開始發(fā)生功能改變。正常情況下，Glu清除主要通過GLAST。Müller細(xì)胞被病理性活化可導(dǎo)致GS表達(dá)降低，GLAST活性降低[8]。研究表明[23]，在糖尿病發(fā)生4wk后，通過GLAST轉(zhuǎn)運(yùn)的Glu顯著減少，導(dǎo)致細(xì)胞外Glu濃度升高，Glu水平升高也可導(dǎo)致Glu受體表達(dá)改變，破壞視網(wǎng)膜Glu穩(wěn)態(tài)。DR進(jìn)展期間，Müller細(xì)胞通過降低K+攝取而間接促成K+濃度失衡和K+穩(wěn)態(tài)改變，導(dǎo)致神經(jīng)元興奮和Glu毒性。當(dāng)視網(wǎng)膜內(nèi)Glu濃度升高到一定濃度時(shí)可造成神經(jīng)元發(fā)生嚴(yán)重的不可逆性損傷，即Glu興奮性毒性。曾凱宏等[24]通過高糖誘導(dǎo)DM大鼠進(jìn)行體內(nèi)研究，結(jié)果表明?；撬峥稍黾覯üller細(xì)胞中GLAST的表達(dá)活性，從而抑制DM引起的視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞功能改變。Zeng等[25]研究也發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可預(yù)防DM大鼠視網(wǎng)膜中GLAST和GS mRNA與蛋白表達(dá)下調(diào)。上述研究結(jié)果可作為應(yīng)對(duì)DM發(fā)生過程中視網(wǎng)膜興奮性毒性的補(bǔ)充策略。

2.3病理性血管內(nèi)皮生長因子的產(chǎn)生VEGF可促進(jìn)血管通透性增加，細(xì)胞外基質(zhì)變性、血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖和血管形成，是目前已知的最強(qiáng)的促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂因子和血管生成因子，被認(rèn)為是與增殖性DR新生血管形成聯(lián)系最緊密的一種因子[26-27]。Müller細(xì)胞主要通過產(chǎn)生VEGF或VEGF-A參與視網(wǎng)膜炎癥、新血管的形成、血管滲漏和損傷，這也是與DR相關(guān)的關(guān)鍵病理過程[28]。Mu等[9]研究證實(shí)，在高糖誘導(dǎo)下，Müller細(xì)胞可分泌大量VEGF。近年有學(xué)者[29-31]通過條件性敲除DR小鼠Müller細(xì)胞VEGF基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠視網(wǎng)膜VEGF表達(dá)下降。表明Müller細(xì)胞可能是DR發(fā)生過程中VEGF的主要來源之一。VEGF可誘發(fā)視網(wǎng)膜病理性新生血管形成，新生血管長入玻璃體并引起玻璃體積血，最終可引起牽拉性視網(wǎng)膜脫離等。此外，VEGF可顯著增加微血管的通透性，破壞BRB，使細(xì)胞外液積聚于黃斑，引起黃斑水腫，導(dǎo)致視力減退。目前，玻璃體腔內(nèi)注射抗VEGF藥物(貝伐單抗、雷株單抗、康柏西普等)是臨床上普遍采用的抗視網(wǎng)膜新生血管的治療方法。近年，Shen等[32]研究提供了一種潛在的新型組合方法，即聯(lián)合使用靶向內(nèi)皮糖蛋白和VEGF-A比單獨(dú)使用抗VEGF-A和抗內(nèi)皮因子對(duì)Müller細(xì)胞破壞所引起的視網(wǎng)膜下纖維新生血管形成的抑制作用更強(qiáng)。Coughlin等[33]最新研究發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素-6(IL-6)可通過VEGF-A信號(hào)傳導(dǎo)保護(hù)Müller細(xì)胞免受高葡萄糖毒性，該結(jié)果對(duì)靶向IL-6的藥物開發(fā)具有臨床意義。

2.4 Kir4.1通道的表達(dá)下調(diào)迄今為止，已在Müller細(xì)胞中鑒定出6個(gè)內(nèi)向整流K+(Kir)通道(Kir1～Kir6)，其中Kir4.1大量表達(dá)。Kir4.1和視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞中的水通道蛋白4(AQP4)的共表達(dá)緊密調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜水穩(wěn)態(tài)，Müller細(xì)胞通過Kir4.1通道維持視網(wǎng)膜K+濃度[34-35]。DR發(fā)生過程中，Müller細(xì)胞中Kir4.1表達(dá)下降，可導(dǎo)致Müller細(xì)胞腫脹，視網(wǎng)膜血管滲漏等。Thompson等[36]將大鼠Müller細(xì)胞在晚期糖基化終產(chǎn)物修飾的層粘連蛋白培養(yǎng)皿上進(jìn)行培養(yǎng)，并通過免疫熒光和Western blot檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Müller細(xì)胞中Kir4.1表達(dá)水平降低，且Kir4.1通道功能降低，表明晚期糖基化終產(chǎn)物修飾的層粘連蛋白對(duì)Kir4.1通道是有害的。Hassan等[37]研究結(jié)果表明，Kir4.1通道具有晝夜節(jié)律，這種節(jié)律因DM而減弱，此外，視網(wǎng)膜中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的增加也可導(dǎo)致Kir4.1表達(dá)降低。Jung等[20]研究證實(shí)，蘆薈素可對(duì)Müller細(xì)胞中鉀和水的轉(zhuǎn)運(yùn)過程發(fā)揮關(guān)鍵作用，可抑制由Kir4.1通道下調(diào)介導(dǎo)的Müller細(xì)胞腫脹。Yang等[38]在慢性高眼壓模型大鼠玻璃體腔注射腺苷受體拮抗劑SCH442416，其可上調(diào)Müller細(xì)胞Kir4.1、GS和GLAST表達(dá)并增強(qiáng)內(nèi)向鉀電流，表明SCH442416不僅可以改善相關(guān)蛋白的表達(dá)，還可以改善Müller細(xì)胞中的鉀通道功能。

2.5炎性因子的釋放Müller細(xì)胞是視網(wǎng)膜細(xì)胞因子的主要來源，DR發(fā)生過程中，活化的Müller細(xì)胞可釋放炎癥因子和細(xì)胞因子，如誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS)、VEGF、成纖維細(xì)胞生長因子-2(FGF-2)、TNF-α、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)等，形成慢性炎癥性視網(wǎng)膜環(huán)境，加重視網(wǎng)膜神經(jīng)元的損傷和凋亡，破壞BRB結(jié)構(gòu)的完整，誘發(fā)血管滲漏、黃斑水腫及新生血管生成等[4，39]。Eastlake等[11]對(duì)炎癥因子表達(dá)的比較分析結(jié)果表明，除某些趨化因子外，Müller細(xì)胞可在體外產(chǎn)生多數(shù)細(xì)胞因子和炎癥因子，包括粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)、血小板衍生因子(PDGF-Bb)、VEGF和組織生長因子(TGF-B2)等。因此Müller細(xì)胞靶向炎癥因子的產(chǎn)生可能是預(yù)防視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)增生期間神經(jīng)損傷的有效方法。Lu等[40]使用體內(nèi)和體外應(yīng)激模型探索670nm光的生物調(diào)節(jié)對(duì)激活的Müller細(xì)胞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用670nm光進(jìn)行早期治療能夠減少氧化損傷后Müller細(xì)胞活化，降低GFAP和FGF-2在視網(wǎng)膜中的表達(dá)，減少M(fèi)üller細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子(如IL-1β等)。

3小結(jié)

Müller細(xì)胞獨(dú)特的排列結(jié)構(gòu)跨越視網(wǎng)膜全層，是連接神經(jīng)元和血管的一種功能紐帶。DR發(fā)生發(fā)展過程中，長時(shí)間高血糖狀態(tài)會(huì)影響Müller細(xì)胞的正常生理功能，因此了解視網(wǎng)膜中Müller細(xì)胞的病理生理改變，能夠?yàn)橹委烡R提供靶點(diǎn)，也為有效治療DR提供理論基礎(chǔ)。