氧化應(yīng)激在糖尿病性視網(wǎng)膜病變?cè)缙谥委熤械难芯窟M(jìn)展

唐 凱 綜述，譚 薇 審校

(遵義醫(yī)科大學(xué)，貴州遵義 563000)

1 糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)概述

DR是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥，也是世界勞動(dòng)年齡人群視力障礙的主要原因[1]。DR的主要病理過(guò)程是由高血糖引起，包括視網(wǎng)膜周細(xì)胞凋亡、毛細(xì)血管基底膜增厚、視網(wǎng)膜血管通透性增加、組織缺血缺氧、新生血管形成等，早期可無(wú)任何自覺癥狀，病變累及黃斑后可出現(xiàn)不同程度的視力減退。DR按照嚴(yán)重程度可分為以微動(dòng)脈瘤的形成和視網(wǎng)膜微小血管擴(kuò)張為典型特征的非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR)和以新生血管形成為特征的增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)。

2 氧化應(yīng)激與DR

氧化還原反應(yīng)是人體最基本的化學(xué)反應(yīng)，生理狀態(tài)下處于平衡狀態(tài)。氧化應(yīng)激是指活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生過(guò)量而導(dǎo)致的一種負(fù)面作用，是體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)，致使細(xì)胞損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能缺失。

目前普遍認(rèn)為，高血糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜氧化損傷涉及4個(gè)經(jīng)典的代謝異常:蛋白激酶C (protein kinase C,PKC)通路、多元醇通路、己糖胺途徑、晚期糖基化終產(chǎn)物(advance glycation end products，AGEs)形成。而DR患者長(zhǎng)期處于高血糖狀態(tài)下，機(jī)體通過(guò)激活氧化應(yīng)激的各種異常代謝途徑損傷視網(wǎng)膜毛細(xì)血管壁，導(dǎo)致其閉塞。此外，慢性高血糖狀態(tài)會(huì)誘發(fā)低度炎癥，增加ROS的產(chǎn)生，打破機(jī)體氧化還原反應(yīng)的平衡狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致早期視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞死亡[2]和周細(xì)胞死亡，隨后血視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)瓦解，血管通透性增加，加速DR進(jìn)展。

除上述4種代謝紊亂外，不規(guī)則的表觀遺傳修飾[3]所導(dǎo)致的“代謝記憶”現(xiàn)象、核因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)[4]高度活化、核因子紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2)[5]活性減弱、高血糖介導(dǎo)的線粒體功能障礙[6],也被證明與ROS的過(guò)量產(chǎn)生相關(guān)。

ROS的過(guò)量產(chǎn)生對(duì)于DR的產(chǎn)生機(jī)制影響廣泛，并在其中起著至關(guān)重要的作用。除上述影響外，ROS的過(guò)量產(chǎn)生會(huì)影響內(nèi)源性抗氧化劑酶的活性，如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)和過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)等，繼而致使其保護(hù)細(xì)胞的能力下降，引起氧化-抗氧化系統(tǒng)的失衡，促進(jìn)DR的發(fā)生、發(fā)展。人體視網(wǎng)膜外層視網(wǎng)膜中富含多種不飽和脂肪酸，這些不飽和脂肪酸對(duì)于視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和功能具有重要的作用[7]，而體內(nèi)氧化-抗氧化調(diào)節(jié)失衡，ROS產(chǎn)生過(guò)剩，導(dǎo)致這些脂肪酸被氧化降解，同時(shí)啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，進(jìn)而影響視網(wǎng)膜生理及視覺細(xì)胞的功能。此外，視網(wǎng)膜復(fù)雜的生理功能，需要長(zhǎng)期的高氧耗狀態(tài)來(lái)支持，故而更加容易產(chǎn)生ROS，加快脂質(zhì)過(guò)氧化的過(guò)程[8]，最終加速DR的進(jìn)展。同時(shí)，過(guò)多的ROS積聚也會(huì)損害視網(wǎng)膜血管內(nèi)及周圍的組織[9]，最終導(dǎo)致DR的發(fā)生。

因此，通過(guò)以上途徑抑制ROS生成或是清除過(guò)量ROS被認(rèn)為可作為DR早期治療的部分策略。

3 氧化應(yīng)激與DR早期治療

DR的治療依賴其視網(wǎng)膜病變的嚴(yán)重程度分期，目前的治療方式大多無(wú)法早期干預(yù)DR的進(jìn)展，如類固醇激素、視網(wǎng)膜光凝、注射抗血管生長(zhǎng)因子(anti-vascular endothelial growth factor，anti-VEGF)藥物、玻璃體切割術(shù)等主要針對(duì)晚期DR，而晚期DR往往已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的血管改變，且視網(wǎng)膜神經(jīng)元也有不可修復(fù)的損傷。

氧化應(yīng)激對(duì)DR發(fā)生、發(fā)展的影響涉及多個(gè)方面。針對(duì)不同的機(jī)制，調(diào)控氧化應(yīng)激，減少ROS生成和清除過(guò)多的ROS，干預(yù)DR的病理生理過(guò)程，在DR早期治療方面具有很大的潛力。本文主要介紹靶向治療及抗氧化藥物兩種方式在DR早期治療方面的研究進(jìn)展。

3.1 靶向調(diào)控

3.1.1線粒體完整性

研究表明，高血糖狀況下，視網(wǎng)膜線粒體氧化應(yīng)激程度增加，繼而線粒體完整性及功能出現(xiàn)變化，這種變化會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜的能量代謝失調(diào)，氧化-還原平衡狀態(tài)被破壞，加重氧化應(yīng)激程度。由于視網(wǎng)膜線粒體完整性的缺陷，使得視網(wǎng)膜能量代謝在DR的早期階段受到影響，進(jìn)而加重DR。

減輕線粒體障礙對(duì)于阻止DR進(jìn)展有關(guān)鍵性作用，為延緩DR發(fā)展提供了許多治療靶點(diǎn)[10]，包括干預(yù)其生物發(fā)生和DNA損傷過(guò)程；通過(guò)增強(qiáng)線粒體內(nèi)藥物吸收，從而改變線粒體內(nèi)的能量代謝異常狀態(tài)，如應(yīng)用艾地苯醌調(diào)節(jié)恢復(fù)生物能量代謝[11]；通過(guò)改變生活方式和防止表觀遺傳修飾的新型療法維持線粒體穩(wěn)態(tài)。這些方法都有望靶向延緩氧化應(yīng)激對(duì)于DR的影響。

3.1.2AGEs

AGEs過(guò)度積累會(huì)加快DR的進(jìn)展。在高血糖情況下，AGEs的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致ROS的生成增加，而ROS增加又致使AGEs的堆積，形成惡性循環(huán)。基于此，如何清除AGEs的毒副作用成為DR治療的一個(gè)攻克點(diǎn)。ARAGONES等[12]選擇AGEs的解毒系統(tǒng)——乙二醛酶作為研究目標(biāo)，系統(tǒng)分析其在防治DR方面的潛力，并通過(guò)大鼠實(shí)驗(yàn)分析各組織中的乙二醛酶的活性，結(jié)果表明該系統(tǒng)在視網(wǎng)膜中AGEs解毒中有重要作用。通過(guò)提高該解毒系統(tǒng)的活性，可以減少AGEs的積累，從而減緩DR的進(jìn)展。

3.1.3高遷移率組蛋白1 (high-mobility group box 1,HMGB1)

HMGB1是一種參與許多生理和病理途徑的蛋白質(zhì)，其對(duì)于DR的影響主要是通過(guò)促進(jìn)新生血管形成及介導(dǎo)NF-κB信號(hào)通路[13]，從而影響ROS的產(chǎn)生。此外，也有研究表明，HMGB1在高血糖狀態(tài)下表達(dá)上調(diào)，然后激活NF-κB與氧化應(yīng)激相關(guān)的通路，增加氧化應(yīng)激水平，繼而造成視網(wǎng)膜的損傷[14]。靶向抑制該蛋白活性，對(duì)于早期延緩DR進(jìn)展可能具有重要作用。

3.1.4微RNA(microRNA,miRNA)

miRNA是一類非編碼單鏈RNA分子，它們的細(xì)胞外載體能夠誘導(dǎo)受體細(xì)胞產(chǎn)生廣泛影響。許多研究已經(jīng)證實(shí)miRNA參與多種細(xì)胞過(guò)程的調(diào)節(jié)，包括細(xì)胞增殖和凋亡，因此，靶向調(diào)控該分子很有可能有助于維持視網(wǎng)膜組織穩(wěn)態(tài)。但miRNA類型繁多，除部分有正向的作用外，也有部分miRNA促進(jìn)DR的進(jìn)展。另外，MARTINS等[15]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA可能通過(guò)其在炎癥、氧化應(yīng)激和血管生成的重要作用來(lái)促進(jìn)DR的發(fā)展，并提出了針對(duì)miRNA的靶向治療與抗炎、抗氧化藥物和營(yíng)養(yǎng)藥物聯(lián)合治療DR方面的潛在作用，再次佐證了miRNA通過(guò)調(diào)控氧化應(yīng)激過(guò)程影響DR發(fā)生、發(fā)展的可能性。

3.1.5組蛋白脫乙酰酶 6 (histone deacetylase 6,HDAC6)

HDAC6是一種抑制轉(zhuǎn)錄的酰胺水解酶。ABOUHISH等[16]通過(guò)對(duì)暴露于高濃度葡萄糖的人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞、1 型糖尿病大鼠模型的視網(wǎng)膜和糖尿病死亡患者視網(wǎng)膜標(biāo)本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3類標(biāo)本中HDAC6 的表達(dá)和活性均有增加。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)HDAC6 與視網(wǎng)膜微血管通透性過(guò)高和炎癥標(biāo)志物的上調(diào)有關(guān)，在DR中是誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜氧化/硝化應(yīng)激的關(guān)鍵介質(zhì)。

3.1.6胰高血糖素樣肽-1 (glucagon-like peptide-1，GLP-1)

GLP-1是一種主要由腸道細(xì)胞所產(chǎn)生的激素。研究表明，GLP-1對(duì)DR發(fā)揮著有益作用。潛在的機(jī)制涉及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的下調(diào)、促炎細(xì)胞因子和促凋亡信號(hào)傳導(dǎo)、血-視網(wǎng)膜屏障的緊密連接和細(xì)胞的保護(hù)作用[17]。在動(dòng)物模型中，DR大鼠使用GLP-1治療會(huì)增加視網(wǎng)膜抗氧化酶的表達(dá)，從而增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力，并防止DNA/RNA損傷，表明了GLP-1的神經(jīng)保護(hù)活性[18]。

3.1.7環(huán)氧合酶(cyclooxygenase，COX)、脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)和細(xì)胞色素P450酶(cytochrome P450，CYP450)

COX、LOX和CYP450 3種氧化酶可以將花生四烯酸(arachidonic acid，AA)轉(zhuǎn)化為二十烷酸類化合物，該物質(zhì)可調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、視網(wǎng)膜 VEGF 水平和炎性細(xì)胞因子[19]，對(duì)于DR的早期靶向治療具有潛在作用。DR的病理生理機(jī)制中，氧化應(yīng)激對(duì)于二十烷酸化合物介導(dǎo)的微血管功能障礙具有重要調(diào)節(jié)作用，因此，早期減輕機(jī)體氧化應(yīng)激水平可能成為靶向中斷二十烷酸化合物信號(hào)傳導(dǎo)的方法，從而減慢DR的進(jìn)展[19]。

3.2 抗氧化劑

3.2.1維生素D

作為機(jī)體中重要的營(yíng)養(yǎng)成分維生素D對(duì)于人體健康具有重要意義，其抗氧化作用在近年來(lái)得到了廣泛研究證據(jù)支持。TOHARI等[20]研究發(fā)現(xiàn)維生素D可以防止高葡萄糖環(huán)境中DR的氧化應(yīng)激損傷。FERNANDEZ-ROBREDO等[21]研究結(jié)果也顯示了維生素D的抗氧化和抗炎特性，側(cè)面印證了其在緩解 DR發(fā)展中的慢性低度炎癥和氧化應(yīng)激方面的潛力。主要表現(xiàn)在以下方面：(1)維生素D可有效抵消過(guò)氧化氫 (H2O2) 引起的氧化應(yīng)激；(2)減少炎癥因子的生成；(3)在炎癥條件下的抗血管生成作用；(4)修復(fù)視網(wǎng)膜色素上皮的形態(tài)學(xué)損害。

3.2.2抗壞血酸和蝦青素

抗壞血酸一般多指維生素C，其具有很強(qiáng)的還原性。蝦青素為一種類胡蘿卜素，LAI等[22]研究表明，蝦青素減少了 ROS 的產(chǎn)生并減弱了高葡萄糖環(huán)境中的細(xì)胞凋亡，提示蝦青素作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑可防止DR的視力損失。上述兩者均具有抗氧化作用。不同于以往將兩種物質(zhì)分開來(lái)進(jìn)行研究，OH等[23]首次將兩者聯(lián)合使用，結(jié)果表明，與單獨(dú)使用相比，抗壞血酸和蝦青素的聯(lián)合使用顯示出更好的抗氧化作用，兩者具有協(xié)同作用。

3.2.3非諾貝特

非諾貝特是一種過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體激動(dòng)劑-α(peroxisome proliferators-activated receptors-α，PPAR-α)。研究表明，PPAR-α是炎癥和氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)劑，可誘導(dǎo)抗氧化酶的活化[24]。2007年一項(xiàng)關(guān)于該藥物的多國(guó)隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，非諾貝特可明顯防止DR進(jìn)展并減少激光治療的使用率[25]。HSU等[26]系統(tǒng)地分析了非諾貝特對(duì)于視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用，闡明其可能是通過(guò)增強(qiáng)硫氧還蛋白 (thioredoxins，Trxs)表達(dá)和抑制人凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulated kinase-1，Ask-1)活性，從而抑制了ROS產(chǎn)生，減低線粒體功能障礙程度，以及調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)部分細(xì)胞凋亡信號(hào)通路。

3.2.4膳食補(bǔ)充劑

二十碳五烯酸 (eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)是兩種具有抗氧化作用的有機(jī)物。通過(guò)食物營(yíng)養(yǎng)來(lái)治療疾病，在臨床中已經(jīng)廣泛使用，特別是對(duì)于糖尿病這類代謝性疾病而言，食物的營(yíng)養(yǎng)成分配比在疾病的進(jìn)展更是重中之重。SAENZ DE VITERI等[27]研究將EPA和DHA按照不同比例進(jìn)行配比，結(jié)果顯示，與DHA相比，補(bǔ)充更高比例的EPA可能更有利于預(yù)防或延緩DR進(jìn)展。

3.2.5褪黑素

雖然褪黑激素主要以其調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的作用而聞名，但它參與各種生理功能，針對(duì)氧化應(yīng)激，其最重要的作用就是抗氧化，且有研究表明它可以清除氧自由基使得機(jī)體免受氧化應(yīng)激的傷害[28]。同時(shí)，F(xiàn)UENTES-BROTO等[29]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，褪黑素可以降低體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化，從而降低氧化應(yīng)激程度。褪黑素除了上述抗氧化及清除氧自由基的作用之外，還具有減少細(xì)胞凋亡和促進(jìn)抗氧化劑產(chǎn)生的作用[30]，從而延緩DR的進(jìn)展。

經(jīng)過(guò)多年研究，通過(guò)使用抗氧化劑來(lái)調(diào)控氧化應(yīng)激以早期減緩DR發(fā)展的想法已經(jīng)逐步走向成熟，除上述物質(zhì)外，目前發(fā)現(xiàn)自然界中許多物質(zhì)都具有抗氧化作用。如白藜蘆醇作為PKC通路抑制劑防止氧化應(yīng)激損傷[31]，以及有效抑制視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡、新生血管形成、炎性反應(yīng)等[32]；草藥組合(CPA4-1)抑制AGEs的積累降低氧化應(yīng)激程度[33]；葉黃素通過(guò)抑制NF-κB并激活Nrf2信號(hào)通路及相關(guān)的抗氧化酶[34]等。這些具有抗氧化性的天然化合物均有望在DR的早期治療當(dāng)中發(fā)揮出重要作用。

4 總結(jié)和展望

DR是糖尿病的常見微血管并發(fā)癥，病情嚴(yán)重者導(dǎo)致玻璃體積血、牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，遺留視力下降，甚至失明。目前對(duì)于DR的治療，主要針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)臨床癥狀的DR患者，當(dāng)前的治療手段，如視網(wǎng)膜光凝、抗VEGF藥物眼內(nèi)注射、玻璃體切除等，都只能延緩DR的進(jìn)展，并不能夠逆轉(zhuǎn)的DR的發(fā)展，且手術(shù)費(fèi)用昂貴，給患者造成很大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)壓力。因此，著力于明確DR早期進(jìn)展的因素，進(jìn)行針對(duì)性干預(yù)，對(duì)于控制DR的進(jìn)展具有重要意義。

氧化應(yīng)激在DR早期的發(fā)生、發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)多種途徑影響著該病進(jìn)展。主要包括以下兩個(gè)部分：(1)氧化-抗氧化系統(tǒng)的失衡導(dǎo)致ROS的過(guò)量產(chǎn)生和降解減少；(2)氧化應(yīng)激和DR互為因果，加重病情進(jìn)展。近年來(lái)，針對(duì)氧化應(yīng)激這一過(guò)程的研究不在少數(shù)，雖然取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于氧化應(yīng)激的作用機(jī)制涉及基因、遺傳、分子、細(xì)胞等多個(gè)方面，故而取得關(guān)鍵性突破是非常困難的，但由于其對(duì)DR進(jìn)展起重要作用，因此，投入大量的研究是非常有意義的。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和深刻的認(rèn)識(shí)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，針對(duì)氧化應(yīng)激的靶向治療會(huì)在DR的治療中發(fā)揮作用，從而實(shí)現(xiàn)早期診療，延緩疾病進(jìn)展，為患者提供更新、更準(zhǔn)確的治療方案。