高海拔缺氧環(huán)境對視網(wǎng)膜新生血管的影響※

牛浩宇綜述 王 青審校

(青海大學(xué)，西寧 810000)

視網(wǎng)膜新生血管(Subretinal Neovascularization)由多種因素聯(lián)合引發(fā)，而引起視網(wǎng)膜新生血管最重要的機(jī)制是視網(wǎng)膜組織和血管發(fā)生的缺血缺氧性改變。有關(guān)缺氧因素引起的視網(wǎng)膜新生血管疾病的深層次發(fā)生機(jī)制和誘因尚不明確。因此，高海拔缺氧環(huán)境對視網(wǎng)膜新生血管影響研究成為近期研究熱點(diǎn)，產(chǎn)生了不同的、具有爭議性的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。本綜述圍繞缺氧引起視網(wǎng)膜新生血管的各種疾病和血管生成因子、眼底血流動力學(xué)改變進(jìn)行探討和歸納總結(jié)。

1.引起視網(wǎng)膜新生血管形成的調(diào)節(jié)因子及高海拔缺氧誘發(fā)機(jī)制

引起視網(wǎng)膜新生血管的眾多調(diào)節(jié)因子包括VEGF(血管內(nèi)皮生長因子)、PLGF(胎盤生長因子)、EPO(紅細(xì)胞生成素)、CTGF(結(jié)締組織生長因子)、TGF-β(轉(zhuǎn)換生長因子-β)、 ANXA2(膜聯(lián)蛋白)、HIF-1α(缺氧誘導(dǎo)因子-1α)、Ang(血管生成素)和CD160等，下面做具體闡述。

1.1 VEGF

VEGF又稱血管通透因子(vascular permeability factor，VPF)，是一種高度特異性的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子，具有促進(jìn)血管通透性增加、細(xì)胞外基質(zhì)變性、血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移增殖和推動血管形成等作用[1]。視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(RPE)是視網(wǎng)膜VEGF的主要來源，血管化不足的組織的一個(gè)特征是低氧或缺氧，缺氧條件下視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞與維持的RPE細(xì)胞層的附著增強(qiáng)[2]。因此，缺氧被認(rèn)為是血管生成和新生血管生長的主要驅(qū)動力，缺氧刺激轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α的表達(dá)，導(dǎo)致VEGF表達(dá)增加。這些結(jié)果表明，高海拔下缺氧環(huán)境促進(jìn)VEGF沉積和內(nèi)皮細(xì)胞招募，這可能有助于脈絡(luò)膜新生血管和其他組織中的血管生成[3]。

1.2 PLGF

PLGF是VEGF家族中的一員，最早于1991年被人從人的胎盤cDNA文庫中分離純化而得。PLGF對滋養(yǎng)層細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞功能有獨(dú)特的調(diào)節(jié)作用，能夠促進(jìn)新生血管生成。它在炎癥及血管通透性、病理性血管生成中起病理作用。PlGF在多種細(xì)胞類型中表達(dá)，包括內(nèi)皮細(xì)胞(endothe- lial cells，ECs)和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(retinal pigment epithelial，RPEs)，以響應(yīng)缺氧。在缺氧環(huán)境下，PLGF激活影響VEGF- vegfr2信號通路的FLT1，提示PLGF和VEGF有協(xié)同作用，它還可以與VEGF結(jié)合形成異源二聚體，對血管成熟和生長有很強(qiáng)的影響力[4]。

1.3 EPO

EPO又稱紅細(xì)胞刺激因子，是一種由腎臟產(chǎn)生的糖蛋白。EPO的主要生物學(xué)功能是刺激幼紅細(xì)胞前體的分化和增殖，刺激網(wǎng)織紅細(xì)胞釋放進(jìn)入血液循環(huán)，并刺激細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成而起到調(diào)節(jié)紅細(xì)胞生成的作用。同時(shí)，EPO作為血管內(nèi)皮細(xì)胞的分裂原與血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子具有相當(dāng)?shù)拇傺苌蓾摿?。持續(xù)缺氧的視網(wǎng)膜組織通過增加EPO的表達(dá)誘導(dǎo)視網(wǎng)膜新生血管的發(fā)生[5]。

1.4 CTGF

CTGF是Bradham等人在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的條件培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)的，它是一種由349個(gè)氨基酸組成，分子量為34～38 KD的富含半胱氨酸的分泌肽。視網(wǎng)膜、腦組織毛細(xì)血管和前毛細(xì)血管小靜脈等小口徑血管的順應(yīng)性更多地取決于其性質(zhì)及其基底膜(BM)和內(nèi)皮下基質(zhì)，這些基質(zhì)中富含細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)就是CTGF等基質(zhì)細(xì)胞蛋白，與血管健康發(fā)育的所有方面都息息相關(guān)：支持細(xì)胞錨固，提供結(jié)構(gòu)、組織和機(jī)械穩(wěn)定性[6]。細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的蛋白表達(dá)、組織特性的異常變化，以及隨之而來的血管順應(yīng)性變化，會影響血管擴(kuò)張劑反應(yīng)、微血管壓力傳遞和側(cè)枝灌注。微血管順應(yīng)性的變化是引發(fā)、驅(qū)動或加劇大量眼部微血管疾病的獨(dú)立因素，在缺氧環(huán)境下，基質(zhì)細(xì)胞蛋白CTGF在視網(wǎng)膜血管發(fā)育和再生過程中至關(guān)重要[7]。

1.5 TGF-β

TGF-β是新近發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化的TGF-β超家族因子、是一種多效性細(xì)胞因子，在調(diào)控細(xì)胞分化和增殖中起重要作用。近年來在新生血管方面的研究顯示，TGF-β能夠趨化血管內(nèi)皮細(xì)胞或使內(nèi)皮細(xì)胞分化，刺激血管發(fā)生，也有研究表明TGF-β的這種作用是通過上調(diào)VEGF的表達(dá)而間接促進(jìn)血管生成的[8]。

1.6 ANXA2

ANXA2是鈣離子依賴的、與磷脂特異性結(jié)合的蛋白家族成員，在細(xì)胞內(nèi)外發(fā)揮多種生物學(xué)功能，包括參與細(xì)胞膜形成、維持細(xì)胞骨架穩(wěn)定、激活纖溶酶原和作為RNA結(jié)合蛋白等。ANXA2的表達(dá)具有組織差異性，在血管系統(tǒng)中表達(dá)量較高，它通過調(diào)節(jié)纖維蛋白溶解系統(tǒng)平衡及參與VEGF促血管生成作用，影響新生血管發(fā)生、發(fā)展。在有關(guān)人新生血管的實(shí)驗(yàn)中提到：體內(nèi)血管生成和抗anxA2mAb在血管生成活躍區(qū)域的歸巢需要ANXA2的表達(dá)。提示anx2的磷酸化/去磷酸化開關(guān)可能調(diào)控信號通路，在血管生成中發(fā)揮關(guān)鍵作用[9]。

1.7 CDl60

CDl60是一種糖基化磷脂酰肌醇(GPI)錨定的膜蛋白分子，主要表達(dá)于一些具有細(xì)胞毒活性的細(xì)胞的表面，如CD8、NKT和NK細(xì)胞等。近些年有研究表明CD160在正常眼和病理眼的視網(wǎng)膜血管中均有表達(dá)。在缺氧條件下，視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)CD160與眼新生血管疾病相關(guān)[10]。

1.8 HIF-1

HIF-1是具有轉(zhuǎn)錄活性的核蛋白，具有相當(dāng)廣泛的靶基因譜，其中包括與缺氧適應(yīng)相關(guān)的一定數(shù)量的靶基因，它是Semenza和Wang首先發(fā)現(xiàn)的，隨后確立了HIF-1的結(jié)構(gòu)，并證明了其cDNA的編碼順序。HIF-1普遍存在于人和哺乳動物細(xì)胞內(nèi)，常氧下(21%O2)也有表達(dá)，但合成的HIF-1蛋白很快即被細(xì)胞內(nèi)氧依賴性泛素蛋白酶降解途徑所降解，只有在缺氧條件下HIF-1才可穩(wěn)定表達(dá)。視網(wǎng)膜新生血管產(chǎn)生的結(jié)果是局部缺氧、穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α和HIF-2α，使血管生成因子和基因的表達(dá)難以維持氧氣應(yīng)激條件下的穩(wěn)態(tài)[11]。

1.9 Ang

Ang是一族分泌型的生長因子，該家族主要由Ang-l、Ang-2、Ang-3和Ang-4組成。Ang家族及其受體Tie2系統(tǒng)在血管的發(fā)育成熟與穩(wěn)定、調(diào)控血管完整性方面具有重要意義。其中Ang-1和Ang-2與血管生成關(guān)系最為密切。Ang-1主要表達(dá)在血管周細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞以及RPE細(xì)胞中，通過與Tie2受體結(jié)合后激活PI3-K/ Akt信號通路發(fā)揮抑制血管滲漏等重要作用。有實(shí)驗(yàn)表明，在缺氧狀態(tài)下，視網(wǎng)膜新生血管的產(chǎn)生和發(fā)展與Ang-1、Ang-2的表達(dá)有關(guān)[12]。

2.在高海拔環(huán)境下引起視網(wǎng)膜新生血管的主要視網(wǎng)膜病變及發(fā)病機(jī)制

2.1 糖尿病性視網(wǎng)膜病變(DR)

DR是糖尿病性微血管病變中最重要的表現(xiàn)，是一種具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。臨床上根據(jù)是否出現(xiàn)視網(wǎng)膜新生血管為標(biāo)志，將沒有視網(wǎng)膜新生血管形成的糖尿病性視網(wǎng)膜病變稱為非增殖性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(NPDR)(或稱單純型或背景型)，而將有視網(wǎng)膜新生血管形成的糖尿病性視網(wǎng)膜病變稱為增殖性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(PDR)。在長期慢性高血糖和長期慢性高原缺氧的共同作用下，視網(wǎng)膜細(xì)胞內(nèi)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，這種氧化應(yīng)激反應(yīng)可抑制甘油醛-3-磷酸脫氫酶GAPDH的活性，與此同時(shí)使糖酵解途徑的活性增強(qiáng)，糖酵解的產(chǎn)物進(jìn)入己糖胺途徑，生成葡萄糖胺，葡萄糖胺進(jìn)一步生成H2O2，增多的H2O2產(chǎn)物促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，最后使得內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生改變、毛細(xì)血管的管壁滲透性增加、新生血管生成[13]。

2.2 老年性黃斑變性

老年性黃斑變性又稱年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)，主要表現(xiàn)為視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞對視細(xì)胞外節(jié)盤膜吞噬消化能力下降，結(jié)果使未被完全消化的盤膜殘余小體潴留于基底部細(xì)胞原漿中，并向細(xì)胞外排出，沉積于Bruch膜，形成玻璃膜疣?；蛘咭養(yǎng)ruch膜斷裂，脈絡(luò)膜毛細(xì)血管通過破裂的Bruch膜進(jìn)入RPE下及視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮下，形成脈絡(luò)膜新生血管。有研究顯示高原生活時(shí)間是AMD發(fā)病的危險(xiǎn)因素之一，在高原居住的時(shí)間越長其發(fā)生AMD的風(fēng)險(xiǎn)越高[14]。

2.3 高海拔性視網(wǎng)膜疾病

高海拔視網(wǎng)膜病變(high altitude retinopathy，HAR)是指機(jī)體處于高海拔環(huán)境時(shí)，由低壓缺氧引起的視神經(jīng)、視網(wǎng)膜病變，是引起長期居住在平原地區(qū)人群進(jìn)入高海拔地區(qū)后視力下降的主要原因之一。目前認(rèn)為，HAR發(fā)病涉及血-視網(wǎng)膜屏障完整性破壞、視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞損傷、炎性介質(zhì)和細(xì)胞因子的異常釋放、視網(wǎng)膜血管調(diào)節(jié)功能障礙以及血流動力學(xué)改變等多種機(jī)制以及其協(xié)同作用。HAR可誘導(dǎo)HIF-1[15]、VEGF[16]表達(dá)增加，引發(fā)和加重視網(wǎng)膜新生血管的形成和發(fā)展。

2.4 視網(wǎng)膜靜脈栓塞

視網(wǎng)膜靜脈栓塞是視網(wǎng)膜中央靜脈栓塞(CRVO)和視網(wǎng)膜分支靜脈栓塞(BRVO)的總稱。視網(wǎng)膜靜脈阻塞比動脈阻塞較為常見，阻塞可發(fā)生在中央主干，更多見于其分支。阻塞發(fā)生后，靜脈血液回流受阻。視網(wǎng)膜靜脈阻塞的病因，與高海拔缺氧環(huán)境下引發(fā)的動脈硬化、血液高黏度和血流動力學(xué)異常等有密切關(guān)系。長期暴露在高海拔環(huán)境中是CRVO的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[17]。視網(wǎng)膜毛細(xì)血管灌注減少，視網(wǎng)膜缺血缺氧，血管內(nèi)壓增加是導(dǎo)致血-視網(wǎng)膜屏障功能異常、液體外滲，并造成黃斑水腫及視網(wǎng)膜新生血管形成和發(fā)展的原因[18]。

3.高海拔對視網(wǎng)膜新生血管產(chǎn)生的影響機(jī)制

3.1 高海拔缺氧環(huán)境對視網(wǎng)膜的影響

每個(gè)人對高原缺氧的適應(yīng)能力有一定限度，過度缺氧時(shí)易發(fā)生適應(yīng)不全，對所有系統(tǒng)和器官都有影響，氧氣分壓與海拔高度的負(fù)相關(guān)形成了低氣壓缺氧環(huán)境。低比重的缺氧是壓力的一個(gè)重要來源，影響基因表達(dá)、細(xì)胞代謝、生化途徑，從而可能影響正常生理[19]。高海拔缺氧環(huán)境導(dǎo)致人眼發(fā)生病理生理變化和新陳代謝紊亂，對視力 、眼壓、眼底等產(chǎn)生影響[20-23]。高原地區(qū)眼底改變主要表現(xiàn)為視網(wǎng)膜血管的改變，當(dāng)血氧飽和度降至一定水平時(shí)，眼底表現(xiàn)為靜脈發(fā)暗、黃斑水腫，嚴(yán)重者表現(xiàn)為視網(wǎng)膜血管阻塞、視網(wǎng)膜出血，甚至引起玻璃體積血，嚴(yán)重影響視力，稱為高原視網(wǎng)膜病變。一項(xiàng)研究顯示：人視網(wǎng)膜血管密度隨海拔高度升高而增加[24]。對缺氧引發(fā)視網(wǎng)膜新生血管機(jī)制的研究已經(jīng)經(jīng)歷了漫長的過程，其中，魏德曼認(rèn)為在高海拔視網(wǎng)膜病變的過程中會出現(xiàn)視網(wǎng)膜出血，微血管內(nèi)皮屏障破裂，產(chǎn)生新生血管芽[25]。另一項(xiàng)研究則表明長期暴露于高海拔地區(qū)是視網(wǎng)膜中央靜脈阻塞的高危因素[26]。而此外的一些研究也證明了在高海拔下，高海拔與EPO[27]、HIA-1A[28]有直接相關(guān)性。這些都近一步證明了高海拔是引發(fā)視網(wǎng)膜新生血管的重要危險(xiǎn)因素。

3.2 高海拔缺氧環(huán)境對視網(wǎng)膜新生血管產(chǎn)生的氧化應(yīng)激作用

氧化應(yīng)激(Oxidative Stress，OS)是指自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種負(fù)面作用，并被認(rèn)為是導(dǎo)致衰老和疾病的一個(gè)重要因素。體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞出現(xiàn)炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物。人們普遍認(rèn)為，活性氧(ROS)的產(chǎn)生隨著海拔升高而加快，暴露于不斷升高的陸地海拔會導(dǎo)致細(xì)胞中環(huán)境氧的可用性降低，產(chǎn)生一系列缺氧氧化應(yīng)激反應(yīng)，改變?nèi)梭w的氧化還原平衡。ROS，如超氧化物和過氧化氫，它們在細(xì)胞內(nèi)低濃度產(chǎn)生時(shí)可以作為第二信使調(diào)節(jié)生理和病理血管生成。越來越多的證據(jù)表明NADPH氧化酶依賴物參與了HIF、VEGF血管生成信號通路的調(diào)節(jié)，參與新生血管的生成[29]。Elizabeth Tannous等人發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激可通過激活Wnt信號通路中的關(guān)鍵分子dishevel(DVL)誘導(dǎo)Wnt信號的上調(diào)，誘導(dǎo)人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞(HRMECs)血管生成[30]。內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的過度增殖導(dǎo)致的閉塞性動脈重構(gòu)是肺動脈高壓(PAH)的特征，已知是由肺血管炎癥和氧化應(yīng)激驅(qū)動的，這就說明氧化應(yīng)激可以促進(jìn)動脈血管硬化，作用于視網(wǎng)膜可引起眼底微循環(huán)障礙和血流動力學(xué)改變[31]。

3.3 高海拔缺氧環(huán)境對視網(wǎng)膜新生血管產(chǎn)生的血流動力學(xué)影響

血流動力學(xué)指血液變形和血液流動的科學(xué)。眼部血流動力學(xué)是以眼部器官血液與血管的流動和變形為研究對象，探討血液和血漿的黏稠度對其的影響。血流動力學(xué)檢查包括血液比粘度(血比粘度、血漿比粘度、全血比粘度)、紅細(xì)胞沉降率和纖溶系統(tǒng)功能等。高海拔缺氧環(huán)境會導(dǎo)致紅細(xì)胞數(shù)量增多，血紅蛋白增加，血液黏滯性增加，視網(wǎng)膜血管管徑增粗、充盈擴(kuò)張。微循環(huán)也發(fā)生微血管管襻數(shù)目增多、畸形率升高、血管直徑增寬、血流速度減緩等相應(yīng)的變化。一項(xiàng)研究表明，缺氧誘導(dǎo)的紅細(xì)胞胞外囊泡通過調(diào)節(jié)eNOS磷酸化和ET-1表達(dá)損害血管內(nèi)皮功能[32]，進(jìn)而可引起視網(wǎng)膜血管新生，并且缺氧環(huán)境可增強(qiáng)紅細(xì)胞在微循環(huán)中的粘附性[33]。高海拔環(huán)境可引起器官血流加速，導(dǎo)致造血器官增生活躍以及視網(wǎng)膜血管血液流變學(xué)特性改變(微循環(huán)血管擴(kuò)張，流速減緩)，這可能與某些血管擴(kuò)張因子如NO、HIF-1α、ET-1等表達(dá)增加有關(guān)[34][35]。

4.展望

缺氧是否可以作為獨(dú)立危險(xiǎn)因素對視網(wǎng)膜新生血管產(chǎn)生影響，學(xué)術(shù)界觀點(diǎn)并不統(tǒng)一，要確定其具體的分子作用機(jī)制和血流動力學(xué)改變機(jī)制還很困難。目前建立相關(guān)動物模型進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域還有許多空白點(diǎn)，這將是未來工作和研究的重點(diǎn)。此外，是否還存在其他的影響機(jī)制，也將是留給今后研究者的課題。在未來可以從分子水平和血流動力學(xué)方面來推進(jìn)我們的研究，最終破解高海拔地區(qū)視網(wǎng)膜新生血管疾病高發(fā)的原因和發(fā)生機(jī)制。