杨 健 杨凤娟 苗 晓 苏冠方

(吉林大学第二医院，吉林 长春 130041)

糖尿病性视网膜病变发生机制研究进展

杨 健 杨凤娟 苗 晓 苏冠方

(吉林大学第二医院，吉林 长春 130041)

糖尿病性视网膜病变；细胞凋亡；氧化应激

糖尿病性视网膜病变(DR)是糖尿病(DM)影响视力的主要微血管并发症之一，是导致失明的主要原因。严格控制血压及血糖水平是预防或阻止其发展的关键因素，同样也是较为困难的预防因素。DR是一种缓慢进展的慢性疾病，起初患者眼底可有轻微的改变，随着疾病的发展，毛细血管无灌注区的产生可导致新生血管开始生长，发展成为增殖性DR。如不及时治疗，可牵拉形成视网膜脱离。目前，DR的发病机制尚未完全阐明，本文主要讨论与之相关机制的新进展。

1 DR变发生的可能机制

1.1血糖调节途径异常 DM患者血糖升高，由胰高血糖素调控糖异生的速度明显加快，胰岛素及胰高血糖素比值降低，血糖的去路受阻而糖异生作用却不断进行，肝脏失去了缓冲血糖的能力，因此在进食后可造成高血糖。高血糖是DM并发症，为视网膜病变发展的主要动因。DM控制和并发症试验(DCCT)表明，强化血糖控制与常规控制血糖控制患者相比，约有76%强化控制的患者降低了视网膜病发展的风险〔1〕。在高血糖状态下，可通过产生毒性代谢产物，干扰葡萄糖介导的信号通路从而造成细胞功能障碍。过量的葡萄糖通过醛糖还原酶转化为山梨糖醇，进一步通过山梨醇脱氢酶氧化为果糖〔2〕，当醛糖还原酶氧化 NADPH成为 NADP+时，山梨醇脱氢酶利用NAD+形成NADH，由此激活多元醇通路可降低NADPH和NAD+水平，导致机体氧化还原的发生。高血糖状态可以增加毛细血管基底膜在神经纤维层、外丛状层的厚度，降低毛细血管周细胞面积并增加无细胞血管的数量，使视网膜毛细血管细胞凋亡，降低视网膜歧化酶和过氧化氢酶的活性〔3〕。高血糖相关的氧化应激和炎症反映在DR的发生发展中发挥着重要的作用。高血糖诱导的视网膜色素上皮细胞凋亡也被认为参与了DR的发展过程〔4〕。

1.2细胞凋亡 细胞凋亡是指细胞的程序性死亡。在此过程中，细胞内容物被细胞膜包裹形成凋亡小体，而溶酶体相对完整，局部无炎症反应〔5〕。周细胞是与凋亡相关的重要细胞之一。周细胞可以控制内皮细胞的增殖、迁移，影响血管渗透性，从而调节血脑及血视网膜屏障功能〔6〕。有研究表明，人视网膜周细胞的稳定性与血糖水平有关，在高血糖状态下更为脆弱，凋亡率增加〔7〕，可见周细胞的丢失与高血糖状态有直接关系〔8〕。也有研究表明，缺氧状态也是导致周细胞丧失的重要原因〔9〕。在疾病初期，周细胞的不断丢失及基底膜增厚是导致DR发生、发展的重要因素，其会导致内皮细胞调控的异常，继而出现新生血管〔6〕。在DR中，毛细血管壁中周细胞数量的减少，失去对内皮细胞增殖的调控作用，造成了异常新生血管的生成及血-视网膜屏障破坏〔10〕。与周细胞凋亡密切相关的基因有P53基因与Bcl-2 家族。P53基因具有诱导细胞凋亡的作用，其编码的P53蛋白是一种肿瘤抑制蛋白，在肿瘤及其新生血管发生过程中发挥潜在的作用〔11,12〕。Bargonetti等〔11〕表明，这种蛋白质也参与DM的进展过程，其编码的P53蛋白是一种DNA结合蛋白，在细胞周期中检查DNA是否有损伤，当发现缺陷DNA时则加以修复，若修复失败则会启动凋亡过程。Bcl-2家族中包括抗凋亡成员Bcl-2(可以使得细胞免受凋亡)及促凋亡成员Bax。在正常情况下，Bax与Bcl-2在细胞内保持着一定的比例，Bax与Bcl-2之间的相互作用决定了细胞死亡的阈值。在高血糖状态下，可以诱导视网膜毛细血管周细胞中Bcl-2基因的表达水平下降，而对于凋亡起到促进作用的Bax基因表达水平上调〔13〕，最终导致视网膜周细胞凋亡的发生。

1.3氧化应激 DM患者视网膜及其毛细血管细胞氧化应激增加，氧化应激增高被认为是DR发展的主要代谢异常之一〔14,15〕。氧化应激即是在机体稳态下，由ROS介导的在细胞、组织、器官中造成的损伤。当氧化应激发生或内源性抗氧化系统受损时，NADPH氧化酶(NOx)代谢水平增强而ROS便随之产生〔16〕。 由于高血糖抑制糖酵解酶(GAPDH)的活性，活性氧簇(ROS)的产生会进一步导致细胞内甘油二酯前体——磷酸丙糖的生成，进一步刺激甘油二酯通过磷酸丙糖途径合成。蛋白酶C的激活也通过提高NADPH氧化酶的活性，以助于ROS的产生、氧化应激的增加〔17〕。ROS是一组化学反应活性较高的氧基分子〔18〕，包括超氧自由基、羟基自由基和过氧化氢等物质〔19〕。在高糖状态下，视网膜代谢处于异常状态，自由基的水平随之增加，其中主要涉及4种途径：激活蛋白激酶C、多元醇途径、氨基己糖途径及糖基化产物生成途径，以上途径均与氧化应激息息相关〔20,21〕。此外，由于大分子糖基化的增加，与受体结合后不断激活氮氧化物产生，可增加氧化应激水平〔22〕。Valko等〔23〕表明，中、高浓度的ROS通过细胞氧化应激反应诱导细胞凋亡，过量的ROS会导致血管功能障碍，从而使DR进一步发展。尽管氧化应激是导致细胞衰老的主要因素之一〔24〕，ROS致细胞内皮衰老的机制尚未完全阐明。局部组织氧化应激已被证实作为DR发展的一个重要组成部分，即使DM患者血糖恢复正常水平，细胞内ROS浓度增加导致氧化应激所造成的细胞损伤或功能障碍仍然存在。机体自身存在一些抗氧化系统，包括酶或非酶的抗氧化剂〔25〕，被认为是抗自由基损伤的第一条防线〔26〕。在DM状态下，自由基产生增加，抗氧化防御系统也受到损害，还原型谷胱甘肽不断减少。由于氧化作用，与之对应的氧化型产物增多〔27〕。负责合成和降解谷胱甘肽的酶系统也因高糖状态的影响，无法分解此类氧化型产物，细胞损伤便进一步加重〔25，28，29〕，这对疾病的发生发展起到了关键的作用〔30〕。资料表明，抗氧化治疗有利于患者视力的保护。因此，利用抗氧化剂作为辅助治疗方案，应当加入DR的治疗准则中〔31〕。

1.4炎症 炎症是一种非特异性的损伤反应。Mocan等〔32〕研究表明，炎症在DR的发病机制中起着重要作用。慢性炎症也参与了DR的发展及晚期并发症过程〔33〕，常见的促炎症细胞因子在DM患者的血清、玻璃体及视网膜中均有升高。当血管内皮生长因子(VEGF)升高时，可以使视网膜色素上皮细胞增殖并增加血管通透性，从而导致视网膜出血、水肿等改变。在炎症反应中，VEGF可以增强对内皮细胞增殖的调控能力。VEGF可促进内皮细胞ICAM-1的表达，使白细胞活化释放细胞因子，从而导致血管内皮生长因子的表达增加，致使炎症反应进一步加重。目前，眼内注射抗VEGF药物广泛用于晚期DR的治疗〔34〕。有实验证明，在视网膜神经胶质细胞中可以产生大量的VEGF因子，在抑制神经胶质细胞后，可以使得肿瘤坏死因子(TNF)-α，ICAM-1等减少〔35〕。炎症反应也与细胞黏附及血视网膜屏障进一步损坏有直接关系，许多炎症蛋白的表达通过促炎转录因子的激活而增加。在增殖性DR患者的视网膜中，核因子(NF)-κB的表达较正常人明显升高〔36,37〕。NF-κB活化最终导致多种细胞因子、趋化因子、急性期蛋白和促炎性分子的合成，介导炎症反应的产生。

1.5表观遗传学 除了代谢和生理因素外，疾病的发病机制也受遗传因素的影响。表观遗传学现在已经成为影响许多疾病的重要因素之一。表观遗传变化是一种规律的自然现象，同时也受环境、生活方式、疾病状态等多种因素共同调控〔38，39〕。它可以调节基因和环境之间复杂的相互作用，即基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化及乙酰化等。在正常细胞中，DNA甲基化与染色质进入活化状态，基因表达调控与组织特异性表达相关〔40〕。DNA甲基化可通过干扰转录因子的结合，从而抑制基因转录〔41〕。DM患者的高血糖环境引起的代谢失衡，可以改变基因表达状态。Patel等〔42〕证实，妊娠状态或分娩后，由于代谢暴露而导致的DNA甲基化改变可能会增加个体DM的易感性。在实验研究中还发现，高血糖诱导DR发生发展过程与一些基因启动子区的甲基化密切相关〔43〕。可见，针对DM相关基因的表观遗传学改变有网指导今后治疗的发展方向。

2 总结与展望

DR发生与发展的多种致病因素，包括高血糖下视网膜周细胞凋亡、氧化应激反应、促炎症细胞因子、蛋白酶C等，但其发病机制复杂，多种途径和多种因素共同参与、相互影响，最终致导致DR的发生发展。

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〔2017-03-25修回〕

(编辑 滕欣航)

R774.1

A

1005-9202(2017)18-4680-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2017.18.116

苏冠方(1956-)，男，教授，博士生导师，主要从事眼科眼底病基础与临床研究。

杨 健(1992-)，男，在读硕士，主要从事眼科眼底病基础与临床研究。