調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性:糖尿病視網(wǎng)膜病變新見(jiàn)解

易靜靜, 圈啟芳,馬 婕

(1. 青海大學(xué) 研究生院,青海 西寧 810000; 2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院 a.內(nèi)分泌科;b.血液科,青海 西寧 810000)

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是一種影響微血管和視網(wǎng)膜神經(jīng)元的疾病,是導(dǎo)致個(gè)體視力喪失的重要原因。由于DR的臨床特征主要涉及視網(wǎng)膜微血管的變化,一直以來(lái),DR都僅被認(rèn)為是一種由代謝紊亂導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷而引起的微血管疾病[1]。然而隨著研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)炎癥在高血糖誘導(dǎo)DR的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用,促使人們開(kāi)始重新評(píng)估DR的觸發(fā)因素[2-3]。隨后發(fā)現(xiàn),視網(wǎng)膜神經(jīng)元在微血管損傷之前已經(jīng)發(fā)生了病理變化,尤其是視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞的激活在DR的病理生理過(guò)程中起重要作用[2]。研究顯示,視網(wǎng)膜局部炎癥反應(yīng)由位于視網(wǎng)膜叢狀層的活化小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo),當(dāng)遇到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí),小膠質(zhì)細(xì)胞從監(jiān)視狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài),用于中和有害刺激并恢復(fù)組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)[4]。然而,長(zhǎng)期的組織應(yīng)激使小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化,產(chǎn)生大量促炎細(xì)胞因子和趨化因子,從而導(dǎo)致神經(jīng)炎癥[5]。因此,為探究小膠質(zhì)細(xì)胞是否是預(yù)防和治療視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性疾病的重要靶點(diǎn),本文就DR發(fā)生發(fā)展相關(guān)的小膠質(zhì)細(xì)胞的激活及其對(duì)DR的影響,討論了調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在治療該疾病中的可能性。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常駐的免疫應(yīng)答細(xì)胞,能產(chǎn)生和釋放多種細(xì)胞因子、趨化因子、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和神經(jīng)遞質(zhì),從而能與多種細(xì)胞類型相互作用,并根據(jù)組織環(huán)境在一定程度上發(fā)揮細(xì)胞毒性或細(xì)胞保護(hù)作用[6]。同時(shí),小膠質(zhì)細(xì)胞可以適應(yīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域,在這些區(qū)域內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出不同的表面標(biāo)記、密度和所占區(qū)域的形態(tài)。事實(shí)上,小膠質(zhì)細(xì)胞基因的表達(dá)因腦組織的不同區(qū)域而有很大差異[7]。近來(lái),利用腦小膠質(zhì)細(xì)胞單細(xì)胞RNA序列測(cè)定,發(fā)現(xiàn)了9種不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞,它們分別表達(dá)了獨(dú)特的標(biāo)記物[8]。類似地,在視網(wǎng)膜中,小膠質(zhì)細(xì)胞同樣被發(fā)現(xiàn)占據(jù)不同的區(qū)域,具有不同的功能,從而揭示了它們?cè)诜€(wěn)態(tài)和疾病中的異質(zhì)性。但在神經(jīng)退行性變過(guò)程中,它們會(huì)重新定位到視網(wǎng)膜下間隙誘導(dǎo)疾病發(fā)生[9]。

小膠質(zhì)細(xì)胞具有雙重表型即促炎型(M1樣表型)與抗炎型(M2樣表型)。M1樣表型主要是通過(guò)Th-1細(xì)胞因子、γ-干擾素或脂多糖等途徑誘導(dǎo),釋放高水平的促炎因子,如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6等[10]。在許多情況下,這種炎癥對(duì)視網(wǎng)膜環(huán)境有益,一旦損傷或病原體得到處理,小膠質(zhì)細(xì)胞就會(huì)下調(diào)促炎癥反應(yīng),從而恢復(fù)到監(jiān)視狀態(tài)。與M1樣表型相比,M2樣表型表達(dá)與抑制炎癥和恢復(fù)體內(nèi)平衡有關(guān)的細(xì)胞因子和受體,包括IL-4、IL-10和精氨酸酶1在內(nèi)的抗炎細(xì)胞因子,負(fù)責(zé)清除細(xì)胞碎片和壞死或凋亡細(xì)胞以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[11]。同時(shí),有研究表明,在體內(nèi),小膠質(zhì)細(xì)胞似乎存在中間表型,當(dāng)細(xì)胞表面受體檢測(cè)到有害刺激時(shí),小膠質(zhì)細(xì)胞激活,從長(zhǎng)而薄突起的分支狀態(tài),變?yōu)橛懈蟮募?xì)胞體和更厚、更短突起的阿米巴樣狀態(tài)[12]。表明小膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò)調(diào)整其表型以滿足需求,暗示著小膠質(zhì)細(xì)胞可以作為預(yù)防和治療視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2 DR中的小膠質(zhì)細(xì)胞激活

小膠質(zhì)細(xì)胞作為視網(wǎng)膜的常駐單核細(xì)胞,由于視網(wǎng)膜不同細(xì)胞類型和不同病理途徑之間的復(fù)雜相互作用而被激活。一些動(dòng)物模型已經(jīng)被用于研究糖尿病中小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。例如:在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠中,小膠質(zhì)細(xì)胞從長(zhǎng)而薄突起的分支狀態(tài),變?yōu)榇蠖痰陌⒚装蜆?并遷移至外叢狀層和外感光層內(nèi)[13]。在2型糖尿病的db/db小鼠模型中,在內(nèi)核層發(fā)現(xiàn)活化的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞,并在疾病早期從抗炎表型轉(zhuǎn)變?yōu)橥砥诘拇傺妆硇蚚12]。在氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變(oxygen-induced retinopathy, OIR)的小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)具有增殖和遷移表型的常駐小膠質(zhì)細(xì)胞占據(jù)了視網(wǎng)膜的缺血和新生血管區(qū)域[14]。同時(shí)使用OIR小鼠視網(wǎng)膜冷凍切片進(jìn)行的研究表明,阿米巴樣小膠質(zhì)細(xì)胞存在于視網(wǎng)膜淺層和神經(jīng)纖維層,并與新生血管有關(guān)[15]。而臨床研究也證實(shí)了,DR患者的視網(wǎng)膜中同樣存在小膠質(zhì)細(xì)胞的激活[16]。此外,在DR患者視網(wǎng)膜內(nèi)、外層中均觀察到了活化的小膠質(zhì)細(xì)胞聚集體,這表明活化小膠質(zhì)細(xì)胞可能與視網(wǎng)膜病變的進(jìn)展有關(guān)。

高血糖是糖尿病的典型特征,在DR進(jìn)展過(guò)程中視網(wǎng)膜內(nèi)葡萄糖水平升高參與誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞激活,同時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞也被認(rèn)為是高血糖早期信號(hào)的第一個(gè)檢測(cè)器, 見(jiàn)圖1。一項(xiàng)BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞活性影響的研究中發(fā)現(xiàn),從正常葡萄糖(5.5 mmol/L)到高葡萄糖(25 mmol/L)的轉(zhuǎn)變促進(jìn)了細(xì)胞生長(zhǎng),并誘導(dǎo)了氧化/炎癥應(yīng)激和小膠質(zhì)細(xì)胞活化[17]。隨著視網(wǎng)膜內(nèi)葡萄糖濃度的增加,導(dǎo)致多元醇和己糖胺路徑通量增加、細(xì)胞氧化應(yīng)激、蛋白激酶C激活、線粒體電子傳遞鏈產(chǎn)生超氧化物以及晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products,AGEs)的增加和激活,在線粒體中產(chǎn)生大量自由基,進(jìn)一步增加氧化應(yīng)激,誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化,導(dǎo)致視網(wǎng)膜的慢性低度炎癥[18-19]。同時(shí),AGES和AGES受體之間的相互作用可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的促炎表型,從而導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子如TNF-α等的分泌增加[20]。高血糖環(huán)境也可通過(guò)活性氧誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化,活性氧的增加介導(dǎo)活化B細(xì)胞核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)輕鏈增強(qiáng)子核移位和小膠質(zhì)細(xì)胞中的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)磷酸化,從而產(chǎn)生多種細(xì)胞因子,如TNF-α、IL-1β、IL-6、血管細(xì)胞黏附分子-1和血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1,誘發(fā)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和白細(xì)胞停滯,導(dǎo)致多種免疫細(xì)胞在血管表面聚集,使視網(wǎng)膜血管阻塞、缺血和血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)功能障礙[3]。高血糖還可以激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)、低氧誘導(dǎo)因子-1向細(xì)胞核的移位以及小膠質(zhì)細(xì)胞中的ERK1/2NF-κB信號(hào)通路[21-22]。此外,在OIR小鼠模型的病理性血管生成過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)糖酵解增加導(dǎo)致乙酰輔酶A產(chǎn)生增加,誘導(dǎo)組蛋白乙酰化,并將小膠質(zhì)細(xì)胞重新編程為支持新生血管形成的血管生成表型,表示促炎小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的維持依賴于糖酵解[23]?？傊?高血糖誘導(dǎo)由小膠質(zhì)細(xì)胞協(xié)調(diào)的一系列細(xì)胞事件,驅(qū)動(dòng)了DR相關(guān)的病理生理學(xué),在觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞激活和導(dǎo)致DR炎癥介質(zhì)釋放的分子事件中起著關(guān)鍵作用。

圖1 DR中小膠質(zhì)細(xì)胞激活及其炎性作用

3 小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)炎癥對(duì)DR的影響

在DR開(kāi)始時(shí),BRB提供了一個(gè)物理屏障,阻止循環(huán)細(xì)胞進(jìn)入視網(wǎng)膜,這使得小膠質(zhì)細(xì)胞和其他視網(wǎng)膜細(xì)胞成為視網(wǎng)膜的唯一免疫哨兵[10]。正常情況下,小膠質(zhì)細(xì)胞活化具有保護(hù)作用,但在某些情況下導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞活化紊亂便會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,包括血管破裂、細(xì)胞功能障礙和神經(jīng)元死亡等[24]。在DR的早期階段,小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)是糾正性的,以維持循環(huán)中促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子共存為特征,解決炎癥并提高神經(jīng)元的存活率[25]。然而,隨著葡萄糖濃度的增加,高血糖狀態(tài)和其他組織損傷,包括各種細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在糖尿病視網(wǎng)膜細(xì)胞中高度表達(dá),使小膠質(zhì)細(xì)胞激活失調(diào)產(chǎn)生反作用,觸發(fā)已經(jīng)具有神經(jīng)毒性的小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度分泌促炎因子阻止抑制炎癥的能力。此時(shí),小膠質(zhì)細(xì)胞傾向于極化為M1促炎型而不是M2抗炎型,從而加劇炎癥,導(dǎo)致BRB受損和DR的病理惡化[26-27]。

3.1小膠質(zhì)細(xì)胞活化對(duì)BRB破壞的影響 在DR中,活化的小膠質(zhì)細(xì)胞參與BRB的破壞。在實(shí)驗(yàn)性DR研究中,與視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密接觸的變形樣小膠質(zhì)細(xì)胞增多,同時(shí)活化的小膠質(zhì)細(xì)胞穿透內(nèi)層BRB的基膜并吞噬內(nèi)皮細(xì)胞,導(dǎo)致內(nèi)層BRB分解[28]。在糖尿病小鼠模型中發(fā)現(xiàn),視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)可分泌大量血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子,進(jìn)而觸發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞向RPE的募集;同時(shí),小膠質(zhì)細(xì)胞衍生的TNF-α降低了RPE細(xì)胞中閉塞帶的蛋白質(zhì)水平,從而破壞DR中外部BRB[29]。BRB分解后,使循環(huán)細(xì)胞因子和趨化因子進(jìn)入視網(wǎng)膜實(shí)質(zhì),這些細(xì)胞與過(guò)度激活的小膠質(zhì)細(xì)胞一起推進(jìn)DR的發(fā)病。

3.2小膠質(zhì)細(xì)胞活化對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)元的影響 在糖尿病動(dòng)物模型中,神經(jīng)元細(xì)胞丟失早在高血糖誘導(dǎo)后5周就開(kāi)始了,但周細(xì)胞毛細(xì)血管的密度沒(méi)有差異,表明神經(jīng)退行性變先于已確定的臨床和形態(tài)學(xué)血管變化[30-31]。視網(wǎng)膜中神經(jīng)保護(hù)介質(zhì)和和神經(jīng)毒性因子的生成失衡參與了DR神經(jīng)退行性變的發(fā)展?；罨腗1型小膠質(zhì)細(xì)胞分泌大量神經(jīng)毒性因子,如谷氨酸、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3、基質(zhì)金屬蛋白酶和氧化亞氮等,導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞功能障礙以及周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞損傷[32]。尤其是谷氨酸,其對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元危害極大,谷氨酸在細(xì)胞外的堆積使得離子型谷氨酸受體過(guò)度激活,引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載和細(xì)胞死亡,進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元的凋亡[33]。然而,在視神經(jīng)擠壓模型中發(fā)現(xiàn),2型小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬的軸突碎片比1型小膠質(zhì)細(xì)胞多[34]。故小膠質(zhì)細(xì)胞活化與視網(wǎng)膜神經(jīng)元損傷之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

4 調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性在DR中的作用

在神經(jīng)退行性疾病中,小膠質(zhì)細(xì)胞增殖并改變其形態(tài),這一過(guò)程被稱為“反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞增生”。有學(xué)者提出,調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性可作為對(duì)抗神經(jīng)退行性疾病的治療策略。例如,在阿爾茨海默癥中,n-3多不飽和脂肪酸的抗炎和抗氧化作用與其將小膠質(zhì)細(xì)胞表型從M1轉(zhuǎn)換為M2的能力有關(guān)[35]。

鑒于小膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)炎癥在DR中的臨床重要性,小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性的調(diào)節(jié)被視為治療糖尿病性黃斑水腫和DR的一種有前途的策略。有研究發(fā)現(xiàn),合成的孕酮類似物去甲孕酮通過(guò)存在于小膠質(zhì)細(xì)胞上的孕酮受體發(fā)揮作用,在rd10小鼠色素性視網(wǎng)膜炎模型中減少促炎M1并刺激抗炎M2表型,保護(hù)感光細(xì)胞的活力和視覺(jué)功能[36]。此研究為通過(guò)將小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表型來(lái)靶向治療神經(jīng)炎癥提供了新的見(jiàn)解。隨后Al-Dosary等[37]發(fā)現(xiàn),姜黃素,槲皮素和高良姜素作為有效的小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)劑,它們均有效改善了小鼠DR模型的疾病結(jié)局。此外,米諾環(huán)素是一種半合成四環(huán)素類似物,屬于抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化的藥物,通過(guò)抑制TNF-α、IL-1β、一氧化氮、環(huán)氧合酶和前列腺素的表達(dá),在小膠質(zhì)細(xì)胞上顯示出抗炎和抗凋亡特性[38]。在另一項(xiàng)視網(wǎng)膜光損傷研究中,米諾環(huán)素抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增生及光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜損傷,抑制轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白的表達(dá)[39]。芝麻素同樣作為小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)劑,一項(xiàng)研究中提到其可以抑制高葡萄糖誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子的mRNA水平,激活NF-κB信號(hào)通路,通過(guò)降低活性氧水平和增加視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞中的抗氧化酶來(lái)降低氧化應(yīng)激,緩解BRB分解,減少炎癥[40]。同時(shí),Fang等[41]在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),積雪草酸通過(guò)TLR4 / MyD88 / NF-κB p65等途徑抑制M1和促進(jìn)M2,從而調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞極化來(lái)改善早期DR。

5 小結(jié)

小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度激活及促炎細(xì)胞因子、趨化因子水平升高是DR病理學(xué)的重要標(biāo)志。調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性有望改變視網(wǎng)膜的免疫環(huán)境,從而防止神經(jīng)退行性變和與DR進(jìn)展相關(guān)的后續(xù)異常。抑制M1和促進(jìn)M2可能在未來(lái)的DR管理中具有重要的臨床意義。然而,將小膠質(zhì)細(xì)胞作為DR進(jìn)展階段的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,未來(lái)仍需要進(jìn)行大量臨床前研究。