脂聯(lián)素在眼底新生血管性疾病中的作用

張小丹 綜述 顏華 審校

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院眼科 教育部眼部疾病研究國際合作聯(lián)合實驗室 天津市眼外傷研究與轉(zhuǎn)化重點實驗室 天津市眼健康與眼疾病研究所 天津市“一帶一路”中外聯(lián)合研究中心,天津 300052

脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜病理性血管生長可引起一系列臨床病理改變,如視網(wǎng)膜下出血、牽引性視網(wǎng)膜脫離、玻璃體出血等,這些病理改變嚴(yán)重威脅患者視力,是致盲的主要危險因素[1],常見于年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(retinopathy of prematurity,ROP)等眼底新生血管性疾病[2]。此類疾病的發(fā)生是由于眼部缺血、缺氧、炎癥等刺激使血管生成促進(jìn)因子和抑制因子之間失衡導(dǎo)致眼底新生血管形成[3]。由于血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)在促血管生成方面具有重要作用,抗VEGF藥物治療成為目前治療眼底新生血管疾病的主流[4],但部分患者對抗VEGF藥物治療耐受。這提示在眼底新生血管形成中還有其他過程參與。

近年來,多項研究表明,脂聯(lián)素、瘦素、抵抗素、游離脂肪酸等多種脂肪細(xì)胞因子可參與炎癥、代謝及血管功能的調(diào)節(jié)[5]。其中脂聯(lián)素在糖尿病、心血管疾病中已被廣泛證明具有血管保護(hù)作用[6],脂聯(lián)素及其受體還被證明可在眼底新生血管性疾病中發(fā)揮保護(hù)作用[7-9]。本文對脂聯(lián)素及其受體在眼底新生血管性疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 脂聯(lián)素及其受體的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 脂聯(lián)素的結(jié)構(gòu)與分布

脂聯(lián)素的單體亞基(分子量30 000)由C-末端球狀結(jié)構(gòu)和N-末端膠原結(jié)構(gòu)組成。脂聯(lián)素的單體亞基存在于脂肪細(xì)胞中,需要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行加工修飾形成多聚體或者球狀脂聯(lián)素后才能分泌到細(xì)胞外發(fā)揮生物效應(yīng)[10]。多聚體稱為全長脂聯(lián)素,包括三聚體(相對分子量約67 000)、六聚體(相對分子量約120 000)和高分子量聚合物(相對分子量大于300 000,由18～36個單體亞基組成)。單體亞基去掉N-末端膠原結(jié)構(gòu)再經(jīng)加工修飾形成球狀脂聯(lián)素[11]。脂聯(lián)素是健康人血漿中表達(dá)豐富(3～30 μg/ml),占血漿蛋白總量的0.01%。脂聯(lián)素在白色脂肪組織中表達(dá)量最高,同時在棕色脂肪組織、心肌細(xì)胞、骨骼肌、平滑肌、腦、肝臟、眼、成骨細(xì)胞、胎盤和垂體中也有表達(dá)[12]。

1.2 脂聯(lián)素受體的結(jié)構(gòu)

脂聯(lián)素共有3種受體:脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptor 1,AdipoR1)、AdipoR2和T-鈣粘蛋白(T-cadherin/H-cadherin,CDH13)[5]。AdipoR1和AdipoR2是具有七次跨膜結(jié)構(gòu)的膜蛋白,其羧基末端在膜內(nèi),氨基末端在膜外,而CDH13缺乏跨膜結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)大部分在膜外[13]。人體中只存在AdipoR1和AdipoR2,其中AdipoR1主要在骨骼肌、心臟、腎臟和肝臟中表達(dá),AdipoR2主要在肝臟中表達(dá)[14]。CDH13是一種新發(fā)現(xiàn)的脂聯(lián)素受體,主要在小鼠的血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)[13]。最近研究發(fā)現(xiàn),AdipoR1和AdipoR2在人的視網(wǎng)膜中也有表達(dá)[12],AdipoR1、AdipoR2和CDH13在小鼠整個視網(wǎng)膜神經(jīng)元層表達(dá),特別是視錐細(xì)胞中大量表達(dá)[5]。

1.3 脂聯(lián)素及其受體的功能

脂聯(lián)素具有改善胰島素抵抗、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、重塑受損血管、抑制動脈粥樣硬化保護(hù)心血管系統(tǒng)、抗氧化應(yīng)激及抗炎等多種生理功能,其還有抑制新生血管生成的作用[7-8]。

不同脂聯(lián)素受體分別以不同的親和力結(jié)合全長脂聯(lián)素和球狀脂聯(lián)素而發(fā)揮生物學(xué)作用。AdipoR1是球狀脂聯(lián)素的高親和力受體,是全長脂聯(lián)素的低親和力受體,而AdipoR2均以中等親和力結(jié)合全長脂聯(lián)素和球狀脂聯(lián)素。脂聯(lián)素與AdipoR1結(jié)合可促進(jìn)蛋白激酶的磷酸化,從而抑制脂肪生成和糖異生。脂聯(lián)素與AdipoR2結(jié)合激活過氧化物酶體增生物激活受體α的配體活性,從而增加脂肪酸的氧化和能量消耗[15]。脂聯(lián)素可減少膽固醇?；D(zhuǎn)移酶-1蛋白的表達(dá),降低其活性,從而參與動脈粥樣硬化病變。此外,AdipoR1和AdipoR2具有神經(jīng)酰胺酶活性,能降低血清神經(jīng)酰胺水平,升高鞘氨醇-1-磷酸水平,從而保護(hù)心肌細(xì)胞和胰腺β細(xì)胞免于凋亡[16]。CDH13對于增強(qiáng)脂聯(lián)素對心臟的保護(hù)作用至關(guān)重要[17]。

2 脂聯(lián)素在眼底新生血管疾病中的作用

2.1 脂聯(lián)素與AMD

2.1.1脂聯(lián)素及其受體基因多態(tài)性與AMD相關(guān) AMD是發(fā)達(dá)國家60歲以上人群致盲的常見原因,其所導(dǎo)致的盲占全世界所有致盲患者的8.7%[18]。Kaklamani等[9]首次報道了人類脂聯(lián)素及AdipoR1基因多態(tài)性與結(jié)腸癌關(guān)聯(lián)性的研究。后續(xù)有研究者相繼發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素及其受體基因多態(tài)性與動脈粥樣硬化、冠心病等心血管疾病密切相關(guān)[19-20]。一項來自芬蘭人群的研究證明[21],AdipoR1基因中的rs10753929與AMD顯著相關(guān)[比值比(odds ratio,OR)=1.699;95%置信區(qū)間(confidence interval,CI)=1.192～2.423;P=0.047 1],表明AdipoR1基因變異是芬蘭人群中AMD的危險因素,但該研究中所選取的樣本數(shù)量較少且人種范圍小,在不同人種以及更大的樣本中進(jìn)行研究將有利于深入了解脂聯(lián)素及其受體與AMD的遺傳關(guān)聯(lián)。

2.1.2脂聯(lián)素抑制AMD新生血管生成 Lyzogubov等[22]研究脂聯(lián)素對激光誘導(dǎo)脈絡(luò)膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)大鼠模型的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)外源性合成的脂聯(lián)素治療大鼠的CNV面積比模型對照組減少25%,表明外源性合成的脂聯(lián)素與視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和脈絡(luò)膜血管上皮細(xì)胞上的AdipoR1結(jié)合,減少VEGF的產(chǎn)生和分泌,從而減少新血管的形成。Fu等[5]用長鏈多不飽和脂肪酸Ω3飼喂小鼠1周后進(jìn)行激光誘導(dǎo)CNV,發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素基因敲除小鼠CNV面積大于野生型小鼠。本研究團(tuán)隊最近發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素在運動保護(hù)AMD中發(fā)揮著重要作用[7]。在體、體外實驗均顯示,脂聯(lián)素受體激動劑具有抑制人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞(human retinal microvascular endothelial cell,HRMEC)增殖的作用。

目前實驗基本采用激光誘導(dǎo)的CNV模型來模擬AMD,不能模擬AMD的長期衰老變性以及慢性炎癥,未來尚需建立更加貼切AMD病理過程的動物模型來預(yù)測脂聯(lián)素在AMD臨床治療中的價值。

2.2 脂聯(lián)素與DR

2.2.1脂聯(lián)素水平、脂聯(lián)素及其受體的遺傳變異與DR有關(guān) DR是糖尿病常見的微血管并發(fā)癥,其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。為了更好地了解循環(huán)中脂聯(lián)素水平與DR的關(guān)系以及脂聯(lián)素及其受體的遺傳變異對DR的影響,Liao等[23]對中國臺灣人群中進(jìn)行了一項病例對照研究,選取1 604例20歲以上的2型糖尿病患者,其中DR組632例,糖尿病對照組972例,結(jié)果發(fā)現(xiàn)DR與脂聯(lián)素基因和CDH13基因中的10個單核苷酸多態(tài)性相關(guān)。根據(jù)這10個單核酸多態(tài)性計算基因風(fēng)險評分,發(fā)現(xiàn)基因風(fēng)險評分為DR的危險因素(OR=2.61,95%CI:1.48～4.59)。在155例非DR糖尿病受試者血漿脂聯(lián)素水平明顯低于363例DR受試者,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.004);并且在這518例受試者的血漿中,脂聯(lián)素水平自然對數(shù)是發(fā)生DR的獨立危險因素(OR=1.63,95%CI:1.19～2.25),證明血漿脂聯(lián)素水平、脂聯(lián)素及其受體的遺傳變異與2型糖尿病所引起的DR有關(guān)。Aioanei等[24]分析東歐人群中脂聯(lián)素基因特定區(qū)域+276G>T的多態(tài)性與2型糖尿病和DR之間的關(guān)聯(lián),對198例患有2型糖尿病的DR患者和200名健康人進(jìn)行基因分型研究,未發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素基因突變與2型糖尿病顯著相關(guān),但與DR存在關(guān)聯(lián)(95%CI=0.887～1.203,OR=1.101,P=0.009)。

目前,關(guān)于脂聯(lián)素及其受體基因多態(tài)性與DR的研究結(jié)果較為統(tǒng)一,均顯示脂聯(lián)素及其受體基因突變是DR的危險因素,但是由于相關(guān)研究較少,脂聯(lián)素及其受體的基因內(nèi)其他區(qū)域突變是否是DR的危險因素尚需進(jìn)一步探究。

2.2.2脂聯(lián)素在細(xì)胞水平上抑制糖尿病視網(wǎng)膜新生血管的形成 為研究脂聯(lián)素在糖尿病視網(wǎng)膜新生血管形成中的影響,Palanisamy等[6]構(gòu)建脂聯(lián)素基因表達(dá)載體并轉(zhuǎn)染至原代培養(yǎng)HRMEC、人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞(human umbicical vein endothelial cell,HUVEC)和人脈絡(luò)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(human choroidal endothelial cell,HCEC)中,發(fā)現(xiàn)各轉(zhuǎn)染組細(xì)胞新生血管的形成和遷移能力明顯受到抑制;用重組脂聯(lián)素培養(yǎng)HUVEC和HRMEC可以顯著減少VEGF誘導(dǎo)的新生血管形成和遷移。結(jié)果還表明,更高濃度的脂聯(lián)素不會誘導(dǎo)人內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞毒性,從而證明它可以作為治療視網(wǎng)膜血管生成的靶點。Srinivasan等[25]發(fā)現(xiàn),分別用5 pg/ml、50 pg/ml、500 pg/ml和5 ng/ml的重組脂聯(lián)素處理1小時后,ARPE-19細(xì)胞中VEGF mRNA和蛋白質(zhì)水平均隨著脂聯(lián)素濃度升高而降低,表明脂聯(lián)素在血管生成相關(guān)疾病中起保護(hù)作用。

2.2.3脂聯(lián)素在動物水平上抑制糖尿病視網(wǎng)膜新生血管的形成 最近Sakaue等[26]研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素在小鼠視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮中積累,在糖尿病發(fā)病后逐漸減少。此外,在STZ誘導(dǎo)的糖尿病模型中,脂聯(lián)素的缺失加速誘導(dǎo)DR的早期病理特征,血管通透性明顯增加,表明APN對DR進(jìn)展有潛在的促進(jìn)作用。代艷等[27]研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素可下調(diào)糖尿病大鼠視網(wǎng)膜中一氧化氮合酶的含量,從而減輕一氧化氮對視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損傷,延緩DR的發(fā)生。王文峰等[8]研究發(fā)現(xiàn),早期2型糖尿病大鼠視網(wǎng)膜中脂聯(lián)素含量較正常組大鼠明顯降低,導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮的炎癥反應(yīng),血管細(xì)胞間黏附能力降低,血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生遷移能力增強(qiáng),促進(jìn)DR的發(fā)生;玻璃體腔注射重組脂聯(lián)素后,視網(wǎng)膜局部的炎癥反應(yīng)減輕,從而延緩DR發(fā)生。

以上研究詮釋了脂聯(lián)素在DR早期發(fā)生過程中扮演的重要角色。提高脂聯(lián)素在視網(wǎng)膜局部的含量可減輕視網(wǎng)膜炎癥反應(yīng),延緩DR發(fā)生。

2.3 脂聯(lián)素與ROP

2.3.1脂聯(lián)素與ROP的關(guān)聯(lián) ROP常見于早產(chǎn)兒、低出生體質(zhì)量兒,是一種以視網(wǎng)膜缺血、新生血管形成為特點的眼病,嚴(yán)重者可引起視網(wǎng)膜脫離,甚至致盲。Fu等[28]將46例早產(chǎn)兒(29周出生)分為患ROP組19例和未患ROP組27例,記錄早產(chǎn)兒從出生到36周出院每周血清脂聯(lián)素水平,結(jié)果顯示各組血清中脂聯(lián)素水平在第30～32周開始表現(xiàn)出差異,患ROP組血清脂聯(lián)素水平一直低于未患ROP組。另外一項研究結(jié)果顯示,視網(wǎng)膜血管生長正常的早產(chǎn)兒血清脂聯(lián)素水平高于視網(wǎng)膜血管生成延遲的早產(chǎn)兒(P<0.001)[29]。上述研究表明血清中低水平的脂聯(lián)素與ROP密切相關(guān)。

2.3.2ROP進(jìn)展與脂聯(lián)素缺乏有關(guān) 在小鼠和人眼中,玻璃體血管最先在子宮內(nèi)形成,并隨著視網(wǎng)膜血管的發(fā)育而退化。正常情況下人玻璃體血管通常在足月出生后消失,在早產(chǎn)兒眼中玻璃體血管消失延遲影響視網(wǎng)膜血管正常生長[30]。研究表明,與野生型小鼠相比,脂聯(lián)素基因敲除型小鼠中玻璃體血管不易消失,提示脂聯(lián)素缺乏會導(dǎo)致玻璃體血管消失延遲[29]。Kaklamani等[9]采用低氧誘導(dǎo)的小鼠模型并向脂聯(lián)素基因敲除小鼠體內(nèi)注射長效纖維細(xì)胞生長因子21類似物(PF-05231023)后行眼底造影觀察新生血管情況,結(jié)果顯示脂聯(lián)素的缺乏會使視網(wǎng)膜新血管增加,且缺乏脂聯(lián)素會抵消PF-05231023在減少新生血管形成方面的有益作用。

脂聯(lián)素抑制新生血管形成作用機(jī)制可能通過調(diào)節(jié)血清腫瘤壞死因子a、胰島素樣生長因子1和VEGF水平阻止ROP的發(fā)生及發(fā)展。同時脂聯(lián)素的表達(dá)也受成纖維細(xì)胞生長因子21和長鏈多不飽和脂肪酸的影響[31]。目前,脂聯(lián)素在ROP方面的研究還不足,進(jìn)一步研究脂聯(lián)素在1期和2期ROP的變化,尤其是在1期ROP的臨床試驗,對預(yù)防ROP尤為重要。未來可以研制類似脂聯(lián)素藥物,為防治ROP提供新方案。

3 展望

臨床上,病理性新生血管的形成與多種眼部疾病有關(guān),如AMD、DR和ROP等。眼內(nèi)新生血管的形成會導(dǎo)致眼部不可逆的損害,是致盲的主要危險因素。新生血管性眼病的發(fā)生機(jī)制與促血管細(xì)胞因子有關(guān),如VEGF。雖然抗VEGF治療被廣泛用于病理性新生血管的治療,但超過一半的患者無應(yīng)答,部分患者甚至出現(xiàn)治療誘導(dǎo)的變化和代謝損傷,對抗VEGF藥物產(chǎn)生耐藥性。在PDR和AMD患者中,也觀察到抗VEGF治療后的纖維化現(xiàn)象,以及治療期間視網(wǎng)膜前膜的增生加重[32]。因此,迫切需要替代的抗血管生成治療靶點,在盡量減少不良反應(yīng)的情況下有效地抑制血管生長。

現(xiàn)有的細(xì)胞和動物實驗表明,脂聯(lián)素對眼底病理性血管生長具有明顯的抑制作用。部分臨床研究也顯示,脂聯(lián)素及其受體基因突變和低水平血清脂聯(lián)素與眼底病理性血管疾病的發(fā)生存在關(guān)聯(lián)。這表明脂聯(lián)素及其受體在眼底新生血管疾病的患病風(fēng)險預(yù)測及治療中具有潛在價值。我們近期的研究結(jié)果表明,循環(huán)脂聯(lián)素水平與患者抗血管生成治療的療效顯著相關(guān)[7],因此,將循環(huán)脂聯(lián)素作為一種生物標(biāo)志物來預(yù)測濕性AMD患者對VEGF治療的反應(yīng)可能是有價值的。更多的在體研究將有助于闡明脂聯(lián)素在涉及新生血管的眼部疾病中的有效作用。隨著對脂聯(lián)素在眼底視網(wǎng)膜新生血管疾病作用認(rèn)知的不斷深入,其治療方法、時機(jī)、技術(shù)等將不斷完善。未來將繼續(xù)尋找更安全、有效、簡便的方法來阻止眼底新生血管性疾病的發(fā)生發(fā)展。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突