分泌粒蛋白Ⅲ在糖尿病性視網(wǎng)膜病變新生血管形成中的作用及意義

王漫嶠 綜述 李筱榮 審校

天津醫(yī)科大學(xué)眼科醫(yī)院 天津醫(yī)科大學(xué)眼視光學(xué)院 天津醫(yī)科大學(xué)眼科研究所 國家眼耳鼻喉疾病醫(yī)學(xué)研究中心天津市分中心 天津市視網(wǎng)膜功能與疾病重點實驗室,天津 300384

眼部血管性疾病主要發(fā)生在角膜、虹膜、視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜等部位,其中視網(wǎng)膜血管疾病和視網(wǎng)膜下血管疾病是造成中重度視力喪失的主要原因[1-2]。眼部新生血管性疾病的調(diào)控因子有很多,其中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)發(fā)揮著主要作用。目前抗VEGF藥物已成為輔助治療或者治療糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)的重要方法。同時抗VEGF治療仍面臨一些問題,比如藥物耐受性、繼發(fā)視網(wǎng)膜增生性改變,潛在神經(jīng)相關(guān)損傷等,因此尋找新的治療靶點的研究仍在繼續(xù)。目前有研究發(fā)現(xiàn)分泌粒蛋白Ⅲ(secretogranin Ⅲ,SCG3)在眼部同樣與血管新生有關(guān),并且可以通過抑制SCG3的作用抑制血管新生,從而達到延緩DR進展的作用[3]。SCG3屬于粒蛋白家族(granin family)中的分泌粒蛋白家族。本文將就SCG3的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、分布與作用以及與VEGF的比較等方面對SCG3在DR中可能存在的作用、意義和作為治療靶點的前景進行綜述。

1 粒蛋白家族

粒蛋白家族是一類由單鏈糖蛋白組成的粒蛋白家族,在內(nèi)分泌和神經(jīng)分泌系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用,參與機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持;其主要由嗜鉻粒蛋白家族和分泌粒蛋白家族組成[4]。每種粒蛋白由不同的基因編碼,但仍具有一定的共同特性[4]。用于分泌途徑的蛋白質(zhì)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后,轉(zhuǎn)運到高爾基體,然后被分類成致密核心分泌顆粒;而粒蛋白就是致密核心分泌顆粒中的主要蛋白質(zhì),可占總核心蛋白的80%,與激素、生長因子、神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)和酶一起通過高爾基體從內(nèi)分泌和神經(jīng)分泌細胞中分泌出來[5]。粒蛋白家族目前主要包括嗜鉻粒蛋白A(chromogranin A,CGA)、CGB和分泌粒蛋白Ⅱ～Ⅶ(SCG2-7)[6-7],它們具有多種生物學(xué)功能,其中有些功能與粒蛋白切割所產(chǎn)生的小肽有關(guān)[4]。

分泌粒蛋白家族目前由至少6種已知的糖蛋白組成,被命名為SCGⅡ-Ⅶ(SCG2～7),其共同結(jié)構(gòu)特點是缺乏N端疏水二硫鍵環(huán)[8-9]。分泌粒蛋白家族中的蛋白具有多種內(nèi)分泌及神經(jīng)分泌調(diào)節(jié)功能,包括調(diào)節(jié)進食與能量消耗、腸胃功能、前激素轉(zhuǎn)化酶活性、激素、神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放以及免疫系統(tǒng)、血壓、血管生成和心血管系統(tǒng)[6]。研究發(fā)現(xiàn)SCG3在DR中可能發(fā)揮著重要的作用[3,10-11],而其余分泌粒蛋白還尚未發(fā)現(xiàn)有這種作用。

2 SCG3

2.1 SCG3的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

SCG3被認為是在下丘腦中食欲素、黑色素濃縮激素、神經(jīng)肽Y和前阿片黑素細胞皮質(zhì)激素作用下形成的分泌顆粒[12]。人類SCG3基因是一個擁有1 404個核苷酸的開放閱讀框,位于15號染色體上;其編碼的蛋白質(zhì)含468個氨基酸和7對堿性氨基酸,預(yù)測分子量為53 000,等電點為4.8[13]。氨基酸序列分析表明SCG3有3個N-連接寡糖潛在位點(Asn-X-Ser/Thr),但未發(fā)現(xiàn)O-連接寡糖位點及其他位點[13]。同時SCG3具有3個功能結(jié)構(gòu)域:膽固醇結(jié)合結(jié)構(gòu)域(1-164)、CGA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(192-351)和膜相關(guān)的羧肽酶E(carboxypeptidase E,CPE)結(jié)合結(jié)構(gòu)域(352-449)。因此,SCG3可能同時擁有膽固醇、CGA和CPE這3種物質(zhì)的生理功能。

2.2 SCG3的分布及在血管新生中的作用

SCG3廣泛存在于具有內(nèi)分泌和神經(jīng)分泌功能的組織和細胞中。有研究發(fā)現(xiàn),SCG3在小腸、結(jié)腸、胎盤組織、胰腺和乳腺中均有不同程度的表達,同時在腦、心臟、骨骼肌、腎臟、肝臟及腎上腺中表達豐富,在血小板和肥大細胞等非內(nèi)分泌細胞或神經(jīng)分泌細胞中也有表達[14]。配體組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),SCG3在糖尿病小鼠視網(wǎng)膜中高表達,而在正常小鼠中不表達[5,11]。另有研究證實代謝綜合征人群血清中SCG3含量明顯升高[15]。

研究發(fā)現(xiàn)粒蛋白家族中的一些蛋白可以作為血管生成調(diào)節(jié)劑或前體調(diào)節(jié)劑,其中SCG3屬于一種高度特異性的血管生成因子[16]。據(jù)文獻報道,SCG3僅在糖尿病小鼠等非正常小鼠中呈現(xiàn)出明顯的高表達,誘導(dǎo)角膜血管生成[11,17]。有研究發(fā)現(xiàn),糖尿病患者玻璃體液中SCG3含量較非糖尿病患者明顯升高[18]。同時經(jīng)配體組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),SCG3與糖尿病血管的結(jié)合率最高,而與健康血管的結(jié)合率最低[11],說明SCG3受體可能在DR血管被明顯誘導(dǎo)。有研究證明,玻璃體內(nèi)注射SCG3中和抗體可顯著減少激光誘導(dǎo)的脈絡(luò)膜新生血管的滲漏、縮小病變范圍及降低新生血管密度。此外,皮下注射SCG3中和抗體還可以顯著預(yù)防基質(zhì)膠(Matrigel)誘導(dǎo)的脈絡(luò)膜新生血管[19]。由于濕性年齡相關(guān)性黃斑病變對視網(wǎng)膜色素上皮的損害與病理性新生血管有關(guān),因此認為SCG3存在輔助治療濕性年齡相關(guān)性黃斑病變的可能性[20]。由此推斷,SCG3與眼部病理性新生血管的形成存在一定的相關(guān)性。

2.3 SCG3在DR中的作用

近年來,人們對于DR的認識逐漸加深,認為微血管改變、炎癥因子作用以及視網(wǎng)膜神經(jīng)變性是3種造成DR早期視網(wǎng)膜損害的重要方式[21]。目前根據(jù)SCG3在組織和細胞中分布所進行的相關(guān)研究顯示,在DR中SCG3可能起以下作用:(1)在糖尿病視網(wǎng)膜血管滲漏中起重要作用,可以促進新生血管的生成[11]。(2)SCG3可能影響人體代謝水平,其玻璃體液和血清濃度與空腹血糖水平、游離脂肪酸水平、體質(zhì)量指數(shù)和腰圍均與呈正相關(guān)[15,18];SCG3可能成為控制血糖水平的新靶點。(3)SCG3可能參與了視網(wǎng)膜神經(jīng)變性的過程,有研究表明SCG3在神經(jīng)元通訊和神經(jīng)遞質(zhì)釋放中起著重要作用,與抗腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子共表達[22],可作為Caspase的底物參與細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo),導(dǎo)致其生物學(xué)功能喪失,進而發(fā)生神經(jīng)細胞損傷[23]。(4)SCG3可能與DR中炎癥反應(yīng)相關(guān),在神經(jīng)細胞的信息交換、損傷細胞清除及損傷修復(fù)過程中發(fā)揮著存儲與運輸大量生長因子、細胞活素類等一系列分泌肽類物質(zhì)的作用[24],有研究證明在星形膠狀細胞中炎癥因子白細胞介素6與SCG3存在共表達[22]。

由于血管生成因子是DR中明確的致病因素,因此SCG3也可能成為減輕DR中血管滲漏的重要靶點之一。目前DR的治療主要在于控制微血管并發(fā)癥,治療手段包括玻璃體內(nèi)藥物注射、激光光凝和玻璃體切割手術(shù)。玻璃體內(nèi)注射抗VEGF藥物是目前早期和晚期DR的重要治療方法及輔助治療手段,可以有效改善患者視力,減少眼部不良作用;傳統(tǒng)的激光治療只能穩(wěn)定患者視力[21]。然而,長期應(yīng)用抗VEGF藥物也會增加不良反應(yīng)發(fā)生的風(fēng)險[25]。

有研究將SCG3中和抗體注射到鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病模型小鼠眼內(nèi),發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜血管的滲漏明顯減輕[11]。還有研究將SCG3中和抗體注射到氧誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜新生血管模型小鼠眼內(nèi),發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜中病理性新生血管明顯減少[26-27]。由此可以推斷抗SCG3抗體對于DR有一定的治療效果。有研究發(fā)現(xiàn)[28]SCG3中和抗體腹膜內(nèi)注射與抗VEGF藥物阿柏西普玻璃體腔注射均能有效減少視網(wǎng)膜缺血小鼠病理性視網(wǎng)膜新生血管形成,且二者抗血管新生作用無顯著差異[26];同時未檢測到SCG3中和抗體對視網(wǎng)膜功能和視網(wǎng)膜血管發(fā)育產(chǎn)生不良影響,且抗SCG3抗體全身應(yīng)用不會導(dǎo)致新生小鼠腎小管損傷或腎血管發(fā)育異?；蝮w質(zhì)量增加異常,但是玻璃體腔注射阿柏西普新生小鼠出現(xiàn)視網(wǎng)膜發(fā)育異常,進而造成視網(wǎng)膜功能異常,證明SCG3中和抗體在治療ROP時在保證有效性的同時具有較高的安全性[29]。鑒于抗SCG3抗體的有效性和安全性,研究抗SCG3抗體對于DR的治療作用具有重要的意義。有研究者利用人臍靜脈內(nèi)皮細胞探究SCG3在抗新生血管作用中的機制,發(fā)現(xiàn)SCG3可以誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MEK)/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)的磷酸化,MEK抑制劑和ERK抑制劑可以阻斷SCG3誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞的增生和遷移,證明SCG3可以通過MEK/ERK信號傳導(dǎo)通路促進血管生成[23],也為后續(xù)研究SCG3在人體內(nèi)的作用機制提供了一定的參考價值。

2.4 SCG3與VEGF的差異

VEGF主要通過改變血管通透性和促進新生血管生誘導(dǎo)DR的發(fā)生和發(fā)展。在代謝缺氧條件下,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞釋放生長因子,如堿性成纖維細胞生長因子和血小板衍生生長因子,這些因子反饋調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞和Müller細胞中VEGF的分泌,從而刺激血管新生,以滿足代謝組織的需要[30]。VEGF的受體包括VEGF受體-1(VEGF receptor 1,VEGFR1)和VEGFR2,前者為高親和力受體[31],后者為低親和力且是VEGF的主要信號受體[30]。研究表明,SCG3不與VEGFR1或VEGFR2結(jié)合,目前尚未有找到任何相關(guān)的SCG3受體[11]。因此推斷SCG3與VEGF的作用途徑和激活的細胞內(nèi)信號通路不同,且目前尚未有研究表明二者存在相互作用。VEGF可誘導(dǎo)MEK、ERK1/2、蛋白激酶B(protein kinase B,Akt31)、S-位點半胱氨酸富集蛋白(S-locus cysteine rich protein,Src)和信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)途徑的磷酸化,而SCG3可激活MEK、ERK1/2和Src激酶,但不能激活A(yù)kt或STAT3[11,30]。而Akt和STAT3介導(dǎo)的信號通路通常與增生相關(guān),參與到各種疾病的組織纖維化和成纖維細胞轉(zhuǎn)化中[32]。在PDR中,VEGF相關(guān)的新生血管形成與結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)相關(guān)的纖維化相互平衡,當使用抗VEGF藥物時,該平衡偏向CTGF,即促進細胞凋亡,加速纖維化,并在底層視網(wǎng)膜上產(chǎn)生牽引力,最終造成牽拉性視網(wǎng)膜脫離[33]。而SCG3不激活A(yù)kt和STAT3通路,可能與CTGF不存在相互關(guān)系,減少了發(fā)生牽拉性視網(wǎng)膜脫離的風(fēng)險。既往研究證明SCG3僅在糖尿病小鼠等非正常小鼠中誘導(dǎo)血管生成,而VEGF在糖尿病和正常小鼠中均有促進血管新生的作用[11]。推測SCG3受體在正常內(nèi)皮細胞上以最低限度表達,但當機體在糖尿病等病理狀態(tài)下,受體表達顯著上調(diào),使SCG3與糖尿病視網(wǎng)膜血管結(jié)合顯著增加的現(xiàn)象[5,11],說明抗SCG3藥物對于疾病的治療一定程度上比抗VEGF藥物更具有特異性和針對性。SCG3中和抗體長期應(yīng)用于氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜新生血管模型小鼠的安全性優(yōu)于VEGF抑制劑[29]。因此,SCG3可能成為DR研究領(lǐng)域的新突破。

3 SCG3治療DR的展望

SCG3作為一種多功能蛋白質(zhì),不僅可作為一種囊泡蛋白來調(diào)節(jié)分泌顆粒,還可作為一種血管生成因子,并且是一種與DR相關(guān)的高度特異性血管生成因子。隨著比較配體組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn),系統(tǒng)地鑒定更多疾病高特異性因子的內(nèi)皮配體成為熱門研究方向。鑒于SCG3的高度特異性以及與神經(jīng)損傷和炎癥作用的相關(guān)性,其抑制劑可能引領(lǐng)一類新型特異性血管生成阻滯劑開發(fā)的新時代,為DR提供新的治療靶點。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

志謝感謝邵彥醫(yī)生、焦明菲醫(yī)生對本篇綜述的幫助和指導(dǎo)