糖尿病視網(wǎng)膜病變的相關分子機制研究進展

1、    糖尿病視網(wǎng)膜病變的相關分子機制研究進展    劉曉佳等摘要：糖尿病視網(wǎng)膜病變（dr）是糖尿病微血管病變常見的并發(fā)癥，具有高發(fā)病率和高致盲率，特別是增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變（pdr）可引起患者嚴重的視力喪失。dr發(fā)病機制非常復雜，病理過程包括周細胞喪失、內皮細胞增生、基底膜增厚、管腔狹窄閉塞、視網(wǎng)膜缺血缺氧、血管新生及牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，各進程涉及多種細胞因子。本文就血管內皮細胞生長因子vegf、ang-tie系統(tǒng)和胰島素樣生長因子igf系統(tǒng)進行討論，該類分子機制主要參與了糖尿病引起的視網(wǎng)膜缺血性血管病變。關鍵詞：糖尿病視網(wǎng)膜病變；細胞因子；視網(wǎng)膜缺

2、血：r5872文獻標志碼：a：1007-2349（2014）10-0078-05【abstract】diabetic retinopathy（dr）is a common complication of diabetic microvascular disease，with high morbidity and high rate of blindness and particularly proliferative diabetic retinopathy（pdr）can cause severe vision loss for patients. dr pathogenesis is ve

3、ry complex with pathological processes including pericytes loss，endothelial cell proliferation，basement membrane thickening，stenosis occlusion，retinal ischemia and hypoxia traction retinal detachment as well as various processes and a variety of cytokines. vascular endothelial growth factor vegf and

4、 ang-tie system and insulin growth factor igf system are discussed in the paper. the molecular mechanism is mainly involved in the retinal ischemic vascular lesions caused by diabetes【key words】diabetic retinopathy，cytokines，retinal ischemia糖尿病是一種長期以高血糖為主要特征的代謝綜合征，是由于胰島素缺乏和（或）胰島素牛物作用障礙導致的糖代謝紊亂，同時伴有脂

5、肪、蛋白質、水、電解質等代謝障礙，并可并發(fā)眼、腎、神經(jīng)、心血管等多臟器慢性損害1。其中，糖尿病視網(wǎng)膜病變（dr）是糖尿病微血管病變常見的并發(fā)癥。高血糖是糖尿病并發(fā)癥發(fā)生和發(fā)展的重要因素，然而糖尿病最終是如何引起的dr的發(fā)病機制非常復雜。長時間的高血糖癥會導致氧化酶損傷、微血栓形成、細胞因子活化等。dr發(fā)病的病理過程包括周細胞喪失、內皮細胞增生、基底膜增厚、管腔狹窄閉塞、視網(wǎng)膜缺血缺氧、血管新生及牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，各進程涉及血管內皮細胞生長因子vegf、ang-tie和胰島素樣生長因子igf多種細胞因子2?，F(xiàn)將其綜述如下。1血管內皮細胞生長因子（vegf）vegf是血管生成的關鍵調節(jié)因子，并涉

6、及糖尿病視網(wǎng)膜血管病變的致病機制3。vegf家族包括7個分泌型糖蛋白vegf-a、-b、-c、-d、-e、-f，以及胎盤生長因子。vegf-a（就是通常所說的vegf）是一種高度特異性的內皮細胞促有絲分裂原，是最重要的血管形成調節(jié)因子。由于外顯子選擇性剪切方式的差異性產生不同長度的血管原亞型，根據(jù)氨基酸鏈的長度被定為vegf121，vegf145，vegf165，vegf183，vegf189和vegf206。其中vegf165被認為是與缺血性視網(wǎng)膜病變關系最密切的亞型4。差異性剪切同樣能夠產生抗血管原的vegf亞型，其氨基酸編號后用'b'標識（vegf121b，vegf165

7、b 和vegf189b）5。血管內皮生長因子可能由人視網(wǎng)膜中多種細胞合成，如內皮細胞，周細胞，神經(jīng)細胞和視網(wǎng)膜色素上皮細胞6。vegf家族成員至少有五個跨膜的絡氨酸蛋白激酶受體vegfr-1（flt-1）、vegfr-2（kdr）、vegfr-3（flt4）、神經(jīng)氈蛋白1（nrp-1）和神經(jīng)氈蛋白2（nrp-2），vegf能與vegfr-1和-2以及np-1和-2結合，vegfr活化的主要原因是vegf糖蛋白促血管生成活動所發(fā)出的信號7。vegfr-2的主要作用是介導vegf血管內皮細胞增生，增加血管通透性和趨化內皮細胞等功能。vegfr-2為vegf的主要功能受體。采用免疫組化研究18例無糖

8、尿病史捐贈者的眼睛和27例有糖尿病史的以及四只眼內注射pbs或vegf-a的猴子，結果顯示無糖尿病史者和注射pbs猴子的視網(wǎng)膜內vegfr-1、-2、-3在非血管區(qū)表達，只有vegfr-1在視網(wǎng)膜微血管組成型表達，在患有糖尿病史者微血管內vegfr-2、-3表達上調，且主要在滲漏的微血管內，注射vegf-a的猴子視網(wǎng)膜微血管內vegfr-1、-2、-3均有表達，這表明微血管內vegfs發(fā)出信號活化vegfr-2、-3發(fā)生在糖尿病發(fā)病之后8。獼猴脈絡膜-視網(wǎng)膜內皮細胞（rf/6a）能持續(xù)性表達vegfr-2和nrp-1，且在低氧情況下該表達增加9。hif是最重要的vegf表達轉錄調節(jié)因子，微陣列

9、基因表達數(shù)據(jù)分析顯示人血管內皮細胞中所有的基因超過2%被hif-1調控10。缺氧誘導因子（hif）是一個轉錄因子，當細胞處于低氧條件時其能與一分子的缺氧反應原件（hre）在vegf基因啟動子中結合。hif異二聚體含有分別對氧敏感和不敏感的hif-及hif-亞基。不同的hif-a亞基產生不同的hifs，不過至今大多數(shù)的研究主要集中在hif-1。缺氧使二聚的hif-和hif-亞基產生活性hif11。從動物試驗中能清楚的看到hif-1對于缺血性視網(wǎng)膜病變的重要性，一項氧誘導小鼠視網(wǎng)膜病變（oir）的試驗中，小鼠從高氧恢復到正常氧環(huán)境期間，用免疫印跡法測定hif-1和hif-2，并用免疫組化法檢測它們

10、在細胞分布的情況，結果顯示hif-1和hif-2蛋白水平顯著升高，hif-1主要分布于視網(wǎng)膜內層神經(jīng)元細胞而hif-2僅存在于müller神經(jīng)膠質和星形膠質細胞，當視網(wǎng)膜內皮細胞處于低氧狀態(tài)hif-表達增高時緊接著會有vegf和紅細胞生成素（epo）的表達增高12?？焖偌訌娨葝u素治療是糖尿病視網(wǎng)膜病變的獨立危險因素，快速加強胰島素治療的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜vegf水平顯著提高，視網(wǎng)膜細胞核提取物hif-1含量也增高，且hif-1與vegf啟動子中的缺氧反應原件的相關結合性增加，強化胰島素治療后的血視網(wǎng)膜屏障損害顯著提高。對氧誘導視網(wǎng)膜病變小鼠的視網(wǎng)膜內雙重注射hif-1抑制劑（yc-1）

11、，yc-1呈現(xiàn)多效性，總的視網(wǎng)膜病變率下降，血管閉塞受到抑制，cd31和血管性血友因子（vwf）表達增加hif-1蛋白的表達顯著受到抑制，且vegf、紅細胞生成素、內皮素-1等表達下調，yc-1能抑制病理性的視網(wǎng)膜血管新生13。endprint轉錄增強因子-1（tef-1）是一種細胞特異性轉錄激活因子，能調控心臟和骨骼肌細胞的多種基因表達。最初關于該轉錄因子與vegf相互作用的描述是在牛主動脈內皮細胞中，研究發(fā)現(xiàn)tef-1家族成員之一rtef-1在缺氧的內皮細胞中表達上調，過度表達的rtef-1能增加vegf啟動子的活性以及vegf的表達，致使內皮細胞增殖擴散并促進血管的形成14。在常氧和缺氧

12、條件下培養(yǎng)人視網(wǎng)膜內皮細胞，用rt-pcr檢測rtef-1轉錄，結果顯示內皮細胞存在rtef-1轉錄產物且在高氧和低氧情況下產生可變剪接產物，可變剪接變異體能夠增強vegf5 附近啟動子區(qū)域的表達15。rtef-1可增強vegf的表達，但其一個新的亞型tead4216能抑制vegf啟動子的活性且不受環(huán)境中氧含量的影響16。2angiopoietin-tie系統(tǒng)促血管生成素（angiopoietin，ang）和其特異性的受體tie對于維持正常視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)的發(fā)育以及維持其成熟性至關重要。另一方面，該系統(tǒng)的微小變化可能導致視網(wǎng)膜血管病變，其作用方式較為復雜，部分取決于環(huán)境因素。ang-1能激活內皮

13、細胞受體蛋白激酶-tie2。ang-1主要來源于視網(wǎng)膜周細胞17。tie2同樣由周細胞產生，并與ang-1一起影響血管的改變，并且該過程受ang-tie系統(tǒng)的調控18，19。雖然ang-2也能和tie2結合，但是親和力和效價低，可能充當了tie2的興奮劑和拮抗劑的作用20。然而watanabe 等研究發(fā)現(xiàn)，ang-2與人視網(wǎng)膜缺血性血管病變有關，臨床數(shù)據(jù)結果顯示出：30例有活性增生糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的玻璃體內ang-2水平相較于11例非增生性糖尿病患者以及18例沒有糖尿病的人顯著提高21。此外，很多研究者利用體內及體外模型研究闡明了ang-tie系統(tǒng)在缺血性視網(wǎng)膜血管病變中的作用。通過對氧誘

14、導小鼠視網(wǎng)膜病變模型的研究發(fā)現(xiàn)，當視網(wǎng)膜新生血管化活躍的時候，其峰值水平達p17，視網(wǎng)膜內ang-2表達增加，而此時ang-1表達無變化22。將成年大鼠短暫性的置于無氧條件下同樣可以檢測到ang-2蛋白表達上調23。有兩篇文獻24均報道了在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜中，ang-2信號和蛋白的表達均上調，而ang-1的水平是不受影響的；相反，在非糖尿病大鼠模型中ang-2表達無變化。盡管兩個課題組研究的動力學有所不同，但實驗結果均表明了ang-tie系統(tǒng)在缺血性視網(wǎng)膜血管病變中起到的調節(jié)作用，并且其中的變化與ang-2有關。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，對氧誘導視網(wǎng)膜病變小鼠注射tie2受體拮抗劑后，

15、視網(wǎng)膜內新生的毛細血管的形成顯著降低22。而在同樣的動物模型中，經(jīng)組織病理學檢測雜合子和純合子后，發(fā)現(xiàn)ang-2基因的缺失很少甚至不會導致視網(wǎng)膜血管新生25。相反，ang-2的大量表達會導致視網(wǎng)膜血管新生量減少26。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，ang-2是否具有使血管新生和血管退化的作用取決于視網(wǎng)膜是否缺血有關27。通過檢測伊文氏藍標記的白蛋白溢出物發(fā)現(xiàn)，在成熟的鏈脲霉素注射的大鼠體玻璃體內注射ang-1 后，視網(wǎng)膜血管通透性減弱，然而向玻璃體腔內注射ang-2可增強視網(wǎng)膜血管通透性，可見ang-2與視網(wǎng)膜血管通透性方面有著重要的影響24。隨后，rangasamy等的研究也同樣發(fā)現(xiàn)在糖尿病視網(wǎng)膜病變過程

16、中，ang-2在增加血管的通透性方面可能發(fā)揮重要作用24。另外，研究視網(wǎng)膜內皮細胞為涉及ang-tie系統(tǒng)在視網(wǎng)膜缺血性血管病變中提供了別有新意的新視角。在視網(wǎng)膜缺血性血管病變中，ang的表達以及效應會受到vegf的影響。在牛視網(wǎng)膜內皮細胞中，vegf會選擇性上調ang-2的表達。牛視網(wǎng)膜內皮細胞用ang1或ang2處理，mmp-9水平提高，mmp-9可通過釋放vegf以參與血管生成28。用ang-2和vegf對豬視網(wǎng)膜血管內皮細胞進行處理后，用anti-zo-1抗體對ang-2和vegf進行可視化評估，研究發(fā)現(xiàn)ang-2和vegf之間產生的相互作用會進一步促進血管通透性增強29。3胰島素樣生

17、長因子igf-1系統(tǒng)自從胰島素樣生長因子（igf）-1在30年前被首次測序獲得，一個包括配體受體和結合蛋白復雜的igf系統(tǒng)才被人們所認識30。關于視網(wǎng)膜缺血性血管病變，對于igf系統(tǒng)而言，該領域的大多數(shù)工作主要集中在igf-1（胰島素樣生長因子-1）。igf-1最初研究發(fā)現(xiàn)是在肝臟合成，后來又報道證明在眼中和眼外也可合成。igf-1可能通過自分泌，旁分泌和內分泌路徑實現(xiàn)效應。可溶性的igf-1與細胞表面受體igf-1r親和力最高，igf-1的生物活性主要通過與受體igf-1r結合來體現(xiàn)，構成自分泌或旁分泌來發(fā)揮作用。嚙齒動物眼檢查表明igf-1可能由視網(wǎng)膜內皮細胞產生，包括光感受器和神經(jīng)元集群

18、以及神經(jīng)膠質細胞和視網(wǎng)膜血管內皮細胞23，31。很明顯igf-1在視網(wǎng)膜內皮細胞生存中扮演了很重要的角色，轉錄組學分析證實在人視網(wǎng)膜內皮細胞中igf-1r的表達較高。在高濃度的葡萄糖及血清饑餓條件下可導致人視網(wǎng)膜內皮細胞凋亡，但這種影響在細胞與igf-1一起培養(yǎng)時可以部分消除32。各類動物實驗和人體均可觀察到igf-1促進視網(wǎng)膜內皮細胞增殖擴散的能力3334。視網(wǎng)膜內皮細胞可能部分響應igf-1。增值性人視網(wǎng)膜內皮細胞和血管內皮細胞對比，兩者增長均與vegf劑量正相關，而只有視網(wǎng)膜內皮細胞生長只與igf-1相關33。后來在smith和hellstrom合作的試驗中35，涉及igf-1基因缺失的

19、小鼠和臨床觀察早產嬰兒得到了一項重要的早產兒視網(wǎng)膜病假設；早產后的嬰兒缺乏充足的igf-1，視網(wǎng)膜血管發(fā)育首先停止，導致缺氧和vegf增加嚴重，當igf-1水平恢復則視網(wǎng)膜血管發(fā)育就恢復。增殖性視網(wǎng)膜病變是導致糖尿病患者失明的主要原因。danis等36認為，并不是整個視網(wǎng)膜病變過程均有igf-1增高，只有增生性病變時，循環(huán)中igf-1才增高。糖尿病患者玻璃體內igf-l與lgfbp-3濃度與二者的血清濃度呈正相關，與糖尿病視網(wǎng)膜病變血管通透性增強以及血-視網(wǎng)膜屏障功能減弱有關，從而促進玻璃體內新生血管形成。igf-l在新生血管形成過程中，不僅能促進毛細血管內皮細胞的增殖與分化，還能促進凝血酶原

20、激活物和氧自由基的釋放，激活纖溶酶原，降解視網(wǎng)膜微血管的基底膜，使血管內皮細胞易于移動，導致新生血管形成出現(xiàn)增殖性視網(wǎng)膜病變3738。endprint然而，igf-1的生物活性通常是受胰島素受體和胰島素樣生長因子結合蛋白的影響（igfbps），其可能會隔絕igf-1或使其受體附近的生長因子富集。至今有六個高親和性的igbps被報道39。幾個小組研究關于igf-1和糖尿病視網(wǎng)膜病變患者眼中獲得的相關蛋白的表達。研究結果過表明，igf-1水平改變和igf-1受體表達增加有利于視網(wǎng)膜缺血性血管病變生長因子的表達40。ulbig 等41的研究結果顯示，從5個玻璃體切除手術的增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變患者中

21、摘除視網(wǎng)膜前纖維血管膜有很強結合放射性的igf-1，且該實驗認為其可被額外的非放射性igf-1抑制，結果表明視網(wǎng)膜新生血管組織有igf-1受體的表達。此外，從三例無增生糖尿病視網(wǎng)膜病變史的死者眼中分離出視網(wǎng)膜內皮細胞，通過膠體金定量免疫組化學檢測，結果顯示相較于3例無糖尿病史的捐贈者其igf-1水平明顯降低。這與igf-1r、igfbp（1、2、3、5）表達增加、igfbp4表達降低相關42。4展望dr 的發(fā)病是一個很復雜的病理過程，它是多因素、多階段作用的結果。它與vegf因子、ang-tie系統(tǒng)和胰島素樣生長因子系統(tǒng)有關。糖尿病視網(wǎng)膜病變至今已取得了較大的成績，但是由于其發(fā)病機制錯綜復雜，

22、各種因素協(xié)同作用相互影響，共同參與其發(fā)生發(fā)展，目前對于糖尿病糖尿病視網(wǎng)膜病變的影響已經(jīng)有很多研究報道，本文對其的分子機制進行了深入的探討。這些分子機制在防治糖尿病視網(wǎng)膜病變，以及其它糖尿病并發(fā)癥，以至于治療糖尿病都奠定了很好的基礎。因此，根據(jù)dr發(fā)病機制研究的新進展，在dr的防治中，應高度重視該類分子機制在參與糖尿病所引起的視網(wǎng)膜缺血性血管病變，并做好血糖控制和改善微循環(huán)。參考文獻：1付文亮，付秀美，和亞強，馬洪偉，陳志宏：生長激素/胰島素樣生長因子-1 軸與糖尿病研究進展j.中國老年學雜志 2010，30（19）：2869-28722張小玲，邱曙東，陳艷炯，孫文濤：糖尿病性視網(wǎng)膜病變發(fā)病機制

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