PDGF-BB/PDGFR信號通路與糖尿病視網膜病變相關性研究進展

王菲艷，魏菁，夏逸帆

(河南科技大學第一附屬醫(yī)院眼科，河南 洛陽 471000)

糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，是工作年齡人群失明的最常見原因。隨著全球肥胖癥患病率的增加和糖尿病患者的老齡化，估計至2045年約有1.6億人會受到DR的影響[1]。DR患者早期通常無癥狀，隨著病情的進展，患者會出現糖尿病性黃斑水腫、玻璃體積血以及牽拉性視網膜脫離等，進而導致嚴重的視功能損害[2]。目前，DR患者早期治療主要依賴血糖水平的控制，血管病變嚴重者則需要行視網膜激光光凝術。抗血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)藥物可有效改善視網膜屏障功能、促進新生血管消退，在DR治療中已取得一定進展[3]。但也有報道顯示，部分DR患者對抗VEGF無反應或重復給藥后出現耐藥性[4]。血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)-BB作為周細胞最重要的生長調節(jié)因子，可于DR早期對PDGF-BB/PDGF受體(PDGF receptor，PDGFR)信號軸進行調控，從而有效抑制周細胞的凋亡，延緩DR的進程[5]。在DR晚期，抑制PDGF-BB/PDGFR信號通路具有顯著的抗新生血管生成作用[6]。PDGF-BB/PDGFR信號通路通過調控多種視網膜細胞的生理功能參與DR發(fā)生發(fā)展過程，對早期DR的發(fā)病及治療均具有重要意義?，F就PDGF-BB/PDGFR信號通路與DR相關性的研究進展予以綜述。

1 PDGF與PDGFR概述

PDGF是調節(jié)細胞生長和增殖的生長因子，由血小板、內皮細胞、巨噬細胞、上皮細胞和平滑肌細胞等分泌后儲存于血小板，并在血小板脫α顆粒時釋放出來[7]。單體形式的PDGF(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D)無活性，可通過二硫鍵結合形成二聚體產生生物學效應。目前PDGF共有5種二聚體形式(PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC、PDGF-DD和PDGF-AB)，其中活性最高、功能最強的是PDGF-BB。PDGFR是一種具有Ⅲ類酪氨酸蛋白激酶的跨膜糖蛋白，包括PDGFR-αα、PDGFR-αβ、和PDGFR-ββ 3種亞型。PDGFR由5個結構域組成，包括胞外N端與配體特異識別結構域、跨膜疏水結構域、ATP結合位點區(qū)域、胞內C端酪氨酸蛋白激酶結構域和胞質尾端；PDGF與PDGFR的胞外結構域結合可使細胞質中酪氨酸殘基發(fā)生自磷酸化而活化，從而激活下游信號[8]。研究證實，只有PDGF-BB可與PDGFR-αα、PDGFR-αβ和PDGFR-ββ亞型特異性結合，因此其具有更強的促進結締組織細胞、內皮細胞以及平滑肌細胞增殖、分化的功能[9]。

2 PDGF-BB/PDGFR信號通路的激活機制

2.1胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)/Ras途徑 PDGF-BB可與細胞膜上的受體結合誘導受體胞內酪氨酸殘基磷酸化，而磷酸化的酪氨酸可以從胞質中招募含有SH2(Src homology 2)結構域的下游生長因子受體結合蛋白2，生長因子受體結合蛋白2再通過其SH2結構域與鳥嘌呤核苷酸交換因子結合，形成生長因子受體結合蛋白2-鳥嘌呤核苷酸交換因子復合物，而該復合二聚體可使與Ras分子結合的GDP轉換為GTP，繼而促進Ras分子激活[10]。而Ras分子激活又可促進Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信號通路各分子的激活，并將相應的信號轉導至細胞核，從而誘導轉錄因子磷酸化，提高機體轉錄活性，觸發(fā)細胞生長、分化、遷移、血管生成等生理過程[11]。

2.2磷脂酶C(phospholipase C，PLC)γ途徑 PLCγ是一種含有2個SH2結構域和1個SH3結構域的磷脂酶。當PDGF-BB與PDGFR結合時，PLCγ被酪氨酸蛋白激酶激活，而活化的PLCγ可將底物磷脂酰肌醇二磷酸水解為三磷酸肌醇和二酰甘油，其中三磷酸肌醇主要作用于機體細胞中的內質網，通過促進Ca2+的釋放增加細胞內Ca2+濃度，誘導細胞活性改變，而二酰甘油與Ca2+共同作用于蛋白激酶C，誘導核糖體絲氨酸與蘇氨酸殘基磷酸化，該過程具有促進細胞增殖等生理功能；此外，二酰甘油還可激活細胞內的Na+/H+質子泵，導致細胞內H+與細胞外Na+頻繁交換；同時，二酰甘油還可減少細胞H+的數量，促進細胞的增殖功能[12]。

2.3磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)途徑 PI3K是由p110催化亞基和p85調節(jié)亞基組成的異二聚體酶。蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)是PI3K主要的下游分子通路。磷酸化的PDGFR可與p85亞基結合誘導PI3K分子活化，進而導致磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸催化轉變?yōu)榱字＜〈?3，4，5-三磷酸，而磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸可通過Akt的N端調節(jié)結構域與其結合，并將Akt轉運至細胞膜上[13]。此外，活化的PI3K還可通過激活3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1誘發(fā)Akt磷酸化，從而完全激活該組蛋白，PDGFR激活的PI3K/Akt信號通路可促進肌動蛋白重組以及細胞遷移和生長，同時抑制細胞凋亡等生命活動[14]。

2.4信號轉導及轉錄活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)途徑 STAT通過一個分子量為84 000～113 000的細胞質蛋白與目標DNA相結合調控基因轉錄的過程。研究顯示，STAT家族共包含7個成員，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6[15]。STAT是一種細胞內信號轉導蛋白，具有轉錄因子的作用。PDGFR被PDGF-BB激活后，主要通過酪氨酸蛋白激酶誘發(fā)STAT蛋白C端酪氨酸殘基和絲氨酸殘基磷酸化，從而激活STAT分子，促進同源或異源STAT蛋白二聚體產生，隨后二聚體移位進入細胞核，激活靶基因，促進細胞生長和分裂[16]。

3 PDGF-BB與DR

3.1PDGF-BB/PDGFR信號通路影響非增殖性DR(non-proliferative DR，NPDR)的機制 NPDR患者最主要的病理特征是周細胞丟失導致的毛細血管被動擴張形成短路血管，該過程可誘導周圍正常血管的血流量和毛細血管細胞成分減少，導致無細胞、無灌注的微血管形成，加重視網膜缺血缺氧，促進DR進展[17]。

3.1.1PDGF-BB與周細胞 PDGF-BB是維持周細胞存活最重要的生長因子。在持續(xù)高血糖狀態(tài)下，周細胞中的蛋白激酶C和p38α促分裂原活化的蛋白激酶被激活，導致含SH2結構域的蛋白酪氨酸磷酸酶1表達增加，這一信號級聯反應最終導致PDGFR去磷酸化減少，進而引起周細胞凋亡，造成微血管損傷，且這種血管損傷不會因血糖正常而逆轉[18]，高血糖誘導蛋白激酶C過表達的機制目前尚未明確。Chen等[19]發(fā)現，9-順式視黃酸可通過下調含SH2結構域的蛋白酪氨酸磷酸酶1的表達誘導Akt和ERK1/2磷酸化，從而提高小鼠視網膜周細胞對PDGF-BB的敏感性，抑制周細胞凋亡。此外，PDGF-BB還可誘導周細胞的增殖與遷移，Tomkowicz等[20]研究發(fā)現，PDGF-BB誘導周細胞增殖與遷移的過程主要受Src/PI3K/ERK1/2信號軸及其下游信號分子c-fos的調控；研究還發(fā)現，內皮唾液酸蛋白對周細胞的調節(jié)作用通過PDGF-BB誘導的ERK磷酸化實現。周細胞丟失不僅可導致視網膜缺血、缺氧，其凋亡還可破壞血-視網膜屏障，導致血管通透性增加、血漿蛋白積聚、細胞間質間的滲透壓升高、內皮細胞轉運增加，從而形成糖尿病性黃斑水腫[21-22]，這也是DR患者視力下降的主要原因。

3.1.2PDGF-BB與Müller細胞 Müller細胞作為視網膜主要的神經膠質細胞，在維持神經元的代謝中起重要作用。在DR早期，Müller細胞的谷氨酰胺合成酶功能障礙可導致視網膜細胞谷氨酸水平增加，從而引起視網膜細胞死亡[23]。Saito等[24]通過針刺構建小鼠視網膜損傷模型發(fā)現，損傷后6～96 h小鼠體內PDGF-BB分子出現一個分泌高峰，而PDGF-BB分泌增加可促進視網膜Müller細胞增殖，從而修復受損的視網膜細胞；進一步利用AG1295抑制PDGF-BB信號通路后發(fā)現，Müller細胞增殖效應受到顯著抑制，但其具體的信號軸仍需進一步研究。

綜上，高血糖所致的PDGF-BB/PDGFR信號通路慢性紊亂是NPDR階段血管異常與周細胞丟失的重要原因。在DR早期，PDGF-BB/PDGFR信號通路增強可通過保護周細胞、增加周細胞的覆蓋率維持微血管的穩(wěn)定；還可通過促進Müller細胞的增殖修復受損的視網膜；此外，也可通過保護血-視網膜屏障減少液體的滲漏，從而延緩DR的發(fā)展[25]。

3.2PDGF-BB/PDGFR信號通路影響增殖性DR(proliferative DR，PDR)的機制 NPDR若不及時采取治療即可進展為PDR。新生血管形成是PDR最主要的病理特征，不成熟的新生血管易導致玻璃體積血、牽拉性視網膜脫離、新生血管性青光眼等，導致視力嚴重下降，造成眼部組織不可逆的損傷[26]。

3.2.1PDGF-BB與內皮祖細胞 當視網膜受到機體內外刺激后，PDGF-BB分子從血管內皮細胞釋放，并與周細胞表面的PDGFR-β結合，導致PDGFR陽性的周細胞沿著新生血管芽增殖、移行、覆蓋管壁，從而促進新生血管的形成[27]。內皮祖細胞是出生后促進新生血管形成的主要細胞，而PDGF-BB可促進內皮祖細胞增殖、遷移，并促進其分化為血管形成的表型。在體外實驗中，Wang等[28]通過使內皮祖細胞過表達PDGFR-β提高PDGF-BB的生物利用度，結果發(fā)現，隨著PDGF-BB水平的增加，內皮祖細胞的增殖和遷移也隨之增加，從而促進新生血管形成。此外，PDGF-BB還可通過促進新生血管芽附近的血管內皮細胞分泌VEGF而促進新生血管形成[29]。

3.2.2PDGF-BB與血管平滑肌細胞 PDGF-BB可通過誘導血管平滑肌細胞增殖、移行和表型轉換影響眼部新生血管的生成與成熟[30]。PDGF-BB還可通過抑制α-平滑肌肌動蛋白和鈣調蛋白的表達，促進血管平滑肌細胞從靜止收縮表型轉化為合成表型，繼而促進血管平滑肌細胞的增殖效應[31]。此外，PDGF-BB分子還可通過激活PI3K和ERK等分子途徑，抑制富含半胱氨酸的蛋白質的表達，間接增強基質金屬蛋白酶的活力，從而增強血管平滑肌細胞的遷移能力[32]。Song等[33]研究發(fā)現，Ruxolitinib(PDGF-BB分子通路抑制劑)可顯著抑制血管平滑肌細胞的增殖和遷移，而該效應通過Janus激酶/STAT3信號通路和ERK信號通路[34]實現。

3.2.3PDGF-BB與新生血管 PDGF-BB可通過上調VEGF的表達以及促進血管周圍細胞的增殖和募集誘導血管生成，抑制PDGFR則可有效抑制新生血管的形成，并可促進新生血管的凋亡[35]。晚期新生的血管對抗PDGF-BB藥物更敏感，其原因是新生血管在已成管后趨于穩(wěn)定的時間段中無法再通過抗VEGF影響血管內皮細胞，但血管周細胞仍處于未成熟狀態(tài)，故此時的新生血管對抗PDGF-BB的敏感性更強，在抗PDGF-BB的同時還會抑制血管內皮細胞表達VEGF-A[36]。研究發(fā)現，E10030(PDGF-BB拮抗劑)聯合雷尼布單抗(VEGF拮抗劑)抑制視網膜新生血管的生成及促進其消退的效果優(yōu)于單用雷尼布單抗，其相關機制可能與Janus激酶/STAT3、ERK、PI3K等信號通路有關[37-38]。VEGF和PDGF-BB的雙重阻斷可更有效抑制病理性血管生成，同時顯著減少脈絡膜新生血管消退后的隱匿性視網膜下瘢痕的形成[39-40]。目前，關于抗PDGF-BB/VEGF的雙抗藥物(如帕唑帕尼和E10030)治療濕性老年性黃斑變性的研究已進入臨床試驗后期[41]，期待PDGF-BB/VEGF雙重抑制新生血管的藥物進入DR早期臨床試驗。

3.2.4PDGF-BB與纖維化 在PDR期，由于機體對高血糖的耐受導致PDGF-BB表達增加，從而對纖維組織增生過程產生重要的調節(jié)作用[42]。在視網膜前纖維增殖的病理過程中，視網膜色素上皮細胞可分泌PDGF-BB，而PDGF-BB又可吸引視網膜色素上皮細胞和神經膠質細胞并作為有絲分裂原促進新細胞的募集與增殖，視網膜色素上皮細胞和神經膠質細胞遷移至視網膜前或玻璃體腔后增殖形成視網膜前膜，視網膜前膜收縮牽拉可致視網膜脫離，從而導致視力嚴重下降[43]。Lambers等[44]發(fā)現，PDGF-BB可劑量依賴性地上調α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白的表達，促使成纖維細胞分化為促纖維化肌成纖維細胞，進而促進纖維化進程。Shah等[45]利用胸腺肽β4衍生肽(PDGF-BB抑制劑)處理肝星狀細胞，結果發(fā)現肝星狀細胞的成纖維轉化效應與Ⅰ型膠原蛋白合成過程均受到明顯抑制，主要原因在于胸腺肽β4通過阻斷Akt磷酸化抑制PDGF-BB的生理功能。Klaassen等[46]證實，視網膜纖維增生程度與玻璃體內的PDGF-BB分子水平呈正相關，且該效應可能與PDGF-BB分子的PI3K信號通路相關。以上研究表明，抑制PDGF-BB/PDGFR信號通路可能對改善PDR病情具有積極作用，同時PDGF-BB/PDGFR信號通路在NPDR期對周細胞和Müller細胞的存活也起積極作用。在DR的不同時期，PDGF-BB/PDGFR信號通路發(fā)揮不同的作用，但目前關于該通路的藥物研究仍主要集中于抑制新生血管形成方面，因此作用于PDGF-BB的藥物在NPDR中的應用仍需未來進一步研究。

4 小 結

目前DR的治療策略主要在于管理微血管并發(fā)癥，包括玻璃體內注射藥物、激光光凝和玻璃體手術等。其中，玻璃體內注射抗VEGF藥物已成為糖尿病性黃斑水腫和PDR的一線療法，但臨床由于需要頻繁注射且價格昂貴導致患者依從性差，同時頻繁玻璃體腔內注射抗VEGF藥物會引起視網膜的萎縮，使抗VEGF藥物的應用受到限制[47]。目前已有10多種PDGFR-β多激酶拮抗劑被美國食品藥品管理局批準用于腫瘤性疾病血管生成和間質性肺纖維化的治療[8]。血管生成過程受多個信號通路的調控，單一阻斷VEGF/VEGFR后，視網膜仍可通過其他信號通路(如PDGF-BB/PDGFR)形成新生血管，因此需要使用新一代多靶點抗血管生成劑最大限度地發(fā)揮抗血管生成功能[48]。相信隨著對DR發(fā)病機制研究的深入，PDGF-BB這一重要的促新生血管因子可成為治療DR的新靶標。