VEGF 在糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)病機(jī)制中的作用

彭 越，高 宇，王云飛，王 媞，徐玉雪

（1.濱州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，山東 煙臺 264000；2.榮成市東山街道中心衛(wèi)生院，山東 榮成 264300；3.榮成市中醫(yī)院腦病科，山東 榮成 264300）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種慢性代謝性疾病，其特征在于持續(xù)的高血糖癥導(dǎo)致大血管和微血管并發(fā)癥。眼睛是受此疾病影響的主要器官之一，糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetes retinopathy，DR）是最常見的微血管并發(fā)癥，也是糖尿病患者失明的主要原因。DR 的發(fā)病率隨著糖尿病患病時間增加而逐漸提高。病程在15 年以上的糖尿病患病群體中約60%的病人會發(fā)生視網(wǎng)膜病變，嚴(yán)重者導(dǎo)致失明。DR 根據(jù)視網(wǎng)膜微血管的病變程度分為非增殖期（non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR）和增殖期（proliferative diabetic retinopathy，PDR）。PDR則是糖尿病視網(wǎng)膜病變的晚期階段。研究表明[1]，NPDR 患者的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞復(fù)合物（GCC）層厚度減少，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層（RNFL）厚度減少，毛細(xì)血管密度（VD）降低。DR 的發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜，迄今為止尚未完全明確。目前DR 治療主要集中在晚期階段，此時視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和視力已經(jīng)受到影響，而早期NPDR 尚缺乏有效的治療手段。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一種在DR 的發(fā)病過程中起著至關(guān)重要作用的蛋白，主要家族成員有VEGF-A、B、C、D。其中VEGF-B 及其受體VEGFR1 和NRP1 高表達(dá)于視網(wǎng)膜組織中[2]；有研究報道VEGF-B 可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的上調(diào)。本文就DR 病理特征及VEGF 家族在DR 中的作用進(jìn)行綜述。

1 糖尿病視網(wǎng)膜病變的特征

糖尿病導(dǎo)致一系列并發(fā)癥，包括大血管并發(fā)癥，例如心血管疾病和中風(fēng)，以及微血管（小血管）并發(fā)癥，傳統(tǒng)上將其視為微血管疾病，但也涉及視網(wǎng)膜神經(jīng)變性。糖尿病視網(wǎng)膜病變是其最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一。其病理過程如下：機(jī)體血糖升高→視網(wǎng)膜缺血缺氧→毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損害→毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞修復(fù)→毛細(xì)血管基底膜增生變厚→毛細(xì)血管管腔變窄→視網(wǎng)膜缺血缺氧加重→毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損害加重→微血管瘤形成→毛細(xì)血管閉塞→組織完全缺氧→毛細(xì)血管壞死→新生血管形成[3，4]。在視網(wǎng)膜病變的任何階段，黃斑（視網(wǎng)膜的中央焦點(diǎn)）都有滲出和水腫，患者也可能發(fā)展為糖尿病性黃斑水腫（DME）。

糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)病較為隱匿，在病變早期幾乎沒有任何癥狀，非常容易被忽視，僅在眼底檢查時被發(fā)現(xiàn)。糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展到中晚期，患者會出現(xiàn)視力下降，如果此時還不重視，部分患者可能會誘發(fā)青光眼等嚴(yán)重并發(fā)癥，不僅視力極差，還會非常疼痛。臨床上通常將糖尿病視網(wǎng)膜病變分為非增殖型和增殖型。病理性新生血管的出現(xiàn)是非增值型轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋承偷臉?biāo)志[5，6]。非增殖型DR 分為輕度，中度和嚴(yán)重性，在沒有治療情況下發(fā)展為最嚴(yán)重的階段，即增殖型DR。輕度非增殖型視網(wǎng)膜病的特征是可見的視網(wǎng)膜小血管受損。在早期階段，血管可能會發(fā)展為氣球樣腫脹，稱為微動脈瘤。中度非增殖型視網(wǎng)膜病變是DR 的第二階段，在此階段。視網(wǎng)膜中的一些小血管實際上可能被阻塞了。這些微小血管的阻塞導(dǎo)致視網(wǎng)膜感光細(xì)胞層的營養(yǎng)和氧氣供應(yīng)減少。嚴(yán)重的非增殖型視網(wǎng)膜病的特征是大量小血管被阻塞，導(dǎo)致視網(wǎng)膜區(qū)域缺乏營養(yǎng)和氧氣，這種情況稱為視網(wǎng)膜缺血。增殖性DR 是視網(wǎng)膜病的最晚期，其特征是這種嚴(yán)重的小視網(wǎng)膜血管損傷和缺氧，從而視網(wǎng)膜血管生長異常（新生血管）[7]。這些異常血管很脆弱，容易破裂，從而導(dǎo)致出血進(jìn)入玻璃體腔或視網(wǎng)膜前腔，最終導(dǎo)致視力喪失。

2 VEGF 對DR 的作用

血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）是一種與肝素結(jié)合的同源二聚體糖蛋白[8]，是一種有效的促有絲分裂因子，可刺激血管生成過程中內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。VEGF-A 是VEGF 家族的創(chuàng)始成員，其中還包括胎盤生長因子（PIGF）、VEGF-B、VEGF-C、VEGFD。所有VEGF 家族成員均通過與細(xì)胞表面受體酪氨酸激酶（VEGFR-1、2、3）結(jié)合而發(fā)出信號，均主要在內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)。VEGFR-1 對單核和巨噬細(xì)胞的游走有正調(diào)節(jié)作用，且VEGF1 不同的剪接體可競爭性結(jié)合VEGFA，從而阻止VEGFA 與VEGFR2 的結(jié)合。VEGFR-2 可以在各種生理病理情況下調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)活性，是血管生成信號的關(guān)鍵受體，而VEGFR-3 則是淋巴管生成的關(guān)鍵因子[9]。在發(fā)育和生理學(xué)中，VEGF 信號傳導(dǎo)通過誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，遷移和存活以及血管通透性來調(diào)控新生血管生成。過量的VEGF 破壞細(xì)胞內(nèi)屏障，增加脈絡(luò)叢內(nèi)皮的滲漏，引起水腫并激活炎癥途徑。因此，異常的VEGF 信號傳導(dǎo)與包括糖尿病在內(nèi)的幾種疾病的病理生理有關(guān)[10，11]。

2.1 VEGF-A 促進(jìn)DR 新生血管生成 VEFF-A 是VEGF 家族中研究最多的成員，高血糖狀態(tài)下視網(wǎng)膜缺血缺氧會導(dǎo)致VEGF-A 的增加[12]，VA 的增加會上調(diào)視網(wǎng)膜局部細(xì)胞間粘附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）和內(nèi)皮型一氧化氮合酶，促進(jìn)多種活性物質(zhì)的釋放，進(jìn)而破壞血管壁，血管壁的破壞導(dǎo)致視網(wǎng)膜微血管滲漏，微血管的滲漏進(jìn)一步加重，導(dǎo)致血流緩慢和血栓形成，致使視網(wǎng)膜局部缺血缺氧加重，促進(jìn)新生血管形成。盡管VEGF-A 對VEGFR-1 具有更高的親和力，但其主要的信號傳導(dǎo)作用卻是通過VEGFR-2 引起的[13]。通過VEGFR-2 結(jié)合并誘導(dǎo)VEGFR2 磷酸化激活將導(dǎo)致其下游信號級聯(lián)反應(yīng)的激活，例如有絲分裂原激活的蛋白激酶（MAPK），包括ERK1/2 和P38 激酶。對調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞血管生成有至關(guān)重要。有研究顯示[14]，DR 患者視網(wǎng)膜中VEGFA 隨著疾病的嚴(yán)重程度顯著升高[15]，并且VEGFA 可以通過結(jié)合VEGFR2/NRP1 的形成和磷酸化導(dǎo)致VEGFR2 過度表達(dá)，從而激活DR 視網(wǎng)膜新生血管，引起眼底出血。并且VA 可以激活內(nèi)皮細(xì)胞中某些基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)血漿纖溶酶原激活物等的合成，導(dǎo)致胞外基質(zhì)變性，細(xì)胞間緊密連接（tight junction）在酶的作用下減少[16，17]，導(dǎo)致血管通透性增加。研究發(fā)現(xiàn)[18]，缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α 是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)VEGFA 表達(dá)的主要轉(zhuǎn)錄因子。某些天然產(chǎn)物（如綠源酸）可以抑制HIF-1α/VEGF 信號通路來抑制DR 視網(wǎng)膜新生血管生成，緩解DR 的病程。

2.2 VEGF-B 保護(hù)DR 視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡 VEGF-B 是1996 年被發(fā)現(xiàn)的，最初發(fā)現(xiàn)VB 是VA 的同系物[12]。其以兩種異構(gòu)體形式存在，結(jié)合肝素的VEGFB-167和可擴(kuò)散的VEGFB-186。VEGFB 在多種組織和細(xì)胞中大量表達(dá)，包括脂肪、皮膚、肺、視網(wǎng)膜、血管內(nèi)皮細(xì)胞等。據(jù)報道，氧化應(yīng)激已被證明在糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)病機(jī)理中起關(guān)鍵作用。VEGFB 通過上調(diào)關(guān)鍵抗氧化酶（谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化歧化酶等）的表達(dá)起到抗氧化的作用[19]。遺傳學(xué)研究表明，缺乏VEGFB 的小鼠是健康且可正常生育的，并且沒有顯示出血管缺陷，這表明VEGFB 在血管發(fā)育過程中的血管生成作用是微乎其微的。但VEGFB在病理性血管生成的作用仍存在爭議。研究表明[20]，VEGFB 的血管生成活性僅限于缺血心臟，對缺血肢體的血管重建、缺氧肺的血管重建、缺血視網(wǎng)膜和皮膚損傷的新生血管沒有影響[21，22]。Huang D 等[23]研究表明，在高糖條件下，Akt 和Erk 通路的激活可以上調(diào)VB 的表達(dá)從而保護(hù)視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡。并通過玻璃體腔注射VEGFB 蛋白可明顯減少DR 大鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡，改善DR 癥狀。另有研究顯示[24]，VEGF-B 可以作為一種抑制因子來防止過度新生的血管，確保平衡血管密度。因此VB 在糖尿病視網(wǎng)膜病變中可能具有重要的治療價值。

2.3 VEGF-C 和VEGF-D 與VR2、VR3 結(jié)合加重DR VEGF-C 是從人前列腺癌細(xì)胞系PC3 中分離純化，是最早被發(fā)現(xiàn)的促淋巴管生成因子。具有調(diào)節(jié)血管生成、淋巴管生成、脈管通透性等作用。有研究報道，在人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中，VEGFA 促進(jìn)VEGFC和VEGFR3 表達(dá)。VEGF-C 通過激活VEGFR-3 在淋巴管生成中發(fā)揮作用，但也與VEGFR-2 結(jié)合，通過VEGFR-2 激活的下游效應(yīng)促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜血管生成和增加血管通透性[25]。然而，VEGFR-2 與其兩個配體VEGF-A 和VEGF-C 間的相互作用是復(fù)雜的，目前尚未闡明。VEGF-D 是Achen 等在1998年研究發(fā)現(xiàn)的[26]。盡管VEGF-C 和VEGF-D 被認(rèn)為主要是主要的淋巴管生成因子，但其在血管生成中也起到類似VEGF-A 的作用[27]。VEGF-D 可以通過激活內(nèi)皮細(xì)胞上的VEGFR-2 和VEGFR-3 來促進(jìn)血管生成[28]。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病小鼠體內(nèi)通過選擇性VEGFR-3 抑制劑從而抑制淋巴管增殖，可以降低血清膽固醇，游離脂肪酸，且可以降低眼部的炎癥因子的表達(dá)，VEGF-D 可以通過細(xì)胞間途徑誘導(dǎo)高密度脂蛋白（HDL）表達(dá)。增加血管通透性[29，30]。VD與VA 一樣在組織缺血缺氧時也會和VEGFR-2 結(jié)合，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞新生血管生成，這可能會加重糖尿病視網(wǎng)膜的病程發(fā)展。

3 總結(jié)

糖尿病型視網(wǎng)膜病變被認(rèn)為是視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡的神經(jīng)退行性的一種疾病。目前臨床上針對DR不同時期的病變主要以藥物和手術(shù)治療為主。VEGF是目前所知最強(qiáng)的內(nèi)皮細(xì)胞選擇性促有絲分裂因子和血管生成因子，VEGF 及其表達(dá)增加促使血管內(nèi)皮細(xì)胞增生，血管通透性增加，促進(jìn)了DR 新生血管的形成。VA 是VEGF 家族的始創(chuàng)成員，其主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用是通過結(jié)合受體VEGFR-2 來促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移。最終促進(jìn)新生血管生成。VB 作為VA 的同系物幾乎在血管生成中不發(fā)揮作用。VB 被證明是有效的神經(jīng)保護(hù)因子和凋亡抑制因子。其選擇性的與VEGFR-1 結(jié)合，激活A(yù)kt 和Erk 通路抑制視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗血管作用。改善DR 癥狀。VEGFC、VEGFD 和VEGFR-3 結(jié)合在淋巴管的生成和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮作用，同時在缺氧條件下VEGFC/D 也可以和VEGFR-2 受體結(jié)合促進(jìn)視網(wǎng)膜新生血管生成和增加血管通透性，造成糖尿病視網(wǎng)膜病變嚴(yán)重程度加重。