周琳琳 杨晓春 梅妍

1昆明理工大学医学院（昆明 650500）；2云南省第一人民医院昆明理工大学附属医院（昆明650532）；3阴正勤专家工作站（昆明 650032）

糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病患者的眼部并发症，是全世界范围内失明的重要原因之一。随着全球糖尿病发病率呈指数增长，其DR的患病率也将增加。根据目前的预测，美国糖尿病患者的人数将从2007年的2 780万人增加到2030年的6 070万人［1］。目前尚无彻底治疗DR的方法，因而这种并发症发生率的增加，将使患者和医生面临一个严峻的挑战，也将给社会和家庭带来极大的负担。近年来，有研究发现血清和玻璃体的神经生长因子前体蛋白（pro⁃nerve growth factor，proNGF）与神经生长因子（nerve growth factor，NGF）比例失衡是DR发生的潜在因素之一［2］。因此，proNGF与糖尿病视网膜病理生理机制的改变密不可分，它对DR的临床治疗具有重要的指导作用。本文以NGF和其前体蛋白及其受体TrkA和p75营养因子受体（p75 Neurotrophin Receptors，p75NTR）在DR的作用予以综述。

1 DR的神经细胞病变

大量的研究表明DR不仅是一种血管疾病，而且还具有神经退行性成分，视网膜中所有类型的细胞基本上都受到影响，最终导致视觉功能的慢性丧失［3］。DR涉及的视网膜上的神经细胞，包括视网膜神经节细胞（retinal ganglion cell，RGC）、视锥和视杆细胞、双极细胞及视网膜神经胶质细胞等，此外还有视网膜外核层明显变薄，视锥和视杆细胞凋亡［4］。小胶质细胞是负责监测眼睛炎症反应的主要免疫细胞之一。活化B细胞（nuclear transcription factor⁃κB，NFκB）和细胞外信号调节激酶（extracellular sig⁃nal⁃regulated kinase，ERK）信号通路的核因子κ⁃轻链增强剂介导的活化小胶质细胞中的转录变化，导致各种促炎介质（包括细胞因子，趋化因子，半胱天冬酶和谷氨酸盐）的释放［5］。在DR中，活化的小胶质细胞迁移并释放炎性细胞因子，这有助于破坏血液⁃视网膜屏障，神经元丢失和增强的活性氧产生，导致神经元凋亡增加并随后使视觉丧失［6］。Müller细胞是视网膜神经胶质细胞，是唯一跨越整个视网膜宽度的细胞类型，与视网膜中的几乎每种细胞类型都有接触，因此它们具有独特的定位功能，可以执行维持视网膜动态平衡所需的各种功能，如介导神经元功能障碍，产生促血管生成因子导致新血管形成，建立慢性炎性视网膜环境和最终诱导细胞死亡［7］，同时它们还表现出成纤维细胞样表型和在DR中的迁移能力［8］。RGC是晚期分化的中枢神经系统神经元，它们在受伤后具有有限的内源性再生能力，因此RGC死亡会导致永久性的视觉损失［9］。DR早期的视网膜神经细胞病变主要涉及RGC细胞，表现为细胞数量的明显减少［10］。YANG等［10］在其报道中指出在糖尿病小鼠模型中，糖尿病发病后6和12周，糖尿病小鼠的眼压水平显著升高，而且在糖尿病小鼠中发生视网膜神经细胞减少，这说明RGC减少可能是糖尿病视网膜病变的重要组成部分。

2 糖尿病RGC受损的机制

目前研究发现多种机制参与了DR，主要包括如下几种：（1）Nogo⁃NgR机制。Nogo受体是神经元凋亡的重要因子，Nogo蛋白受体（NgR）有抑制神经再生的功能，多种致盲性疾病导致RGC凋亡的机制可能与NgR表达上调Caspase⁃3表达、诱发氧化应激有关［11］。GUO等［12］发现在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中，糖尿病发病后12周，视网膜nogo受体和Rho激酶表达明显增加，视网膜神经节细胞凋亡明显，而用RNA干扰抑制大鼠视网膜Nogo受体的表达，可明显抑制视网膜Rho激酶的表达，明显降低糖尿病大鼠视网膜神经节细胞的凋亡。（2）基质金属蛋白酶⁃9（matrix metalloproteinase⁃9，MMP⁃9）机制。小胶质细胞在DR期间的神经炎症和病理变化中的有着重要的作用。ZHU等［13］通过用高糖刺激小胶质细胞Bv2细胞模拟糖尿病微环境，研究发现芍药甙通过上调细胞因子信号传导3（suppressor of cytokine signaling⁃3，SOCS3）在糖尿病视网膜病变中抑制TLR4/NF⁃κB途径抑制高葡萄糖诱导的视网膜小胶质细胞MMP⁃9的表达和炎症反应，此外，DR相关的神经元损伤或血管损伤可通过此通路治疗减轻。（3）proNGF及p75NTR途径。p75NTR是proNGF的高亲和力受体，当p75NTR水平较高时，proNGF能介导神经系统的不同损伤，并介导神经细胞的凋亡。IBÁN⁃ARIAS等［14］在其报告中指出新的DHEA环氧衍生物BNN27通过激活NGF的原肌球蛋白相关激酶A（Tropomyosin⁃related kinase A，TrkA）受体，降低p75NTR的表达和胶质细胞的活化，逆转糖尿病所致的视网膜损伤。这提示proNGF⁃p75NTR途径对保护糖尿病患者的视觉功能具有非常重要的意义。

3 NGF、proNGF生物学特点

NGF是一种广泛存在于人类组织中的多能介质，它最初被认为仅在神经元动态平衡和病理生理学中是重要的，但是后来的研究发现它也涉及炎症，上皮分化和伤口愈合的病理生理学［15］。NGF是前脑胆碱能神经元存活和功能维持所必需的，主要分布和产生在大脑皮层和海马，但成熟的NGF（Mngf）具有存活/分化的作用，其前体能引起胆碱能神经元的凋亡［16］。它除了活跃于广泛的非神经系统细胞外，还由一系列细胞类型合成，这些细胞类型被认为不是NGF依赖性神经元神经支配的经典靶点，这些细胞包括免疫⁃造血系统的细胞和脑中参与神经内分泌功能的群体［17］。在视觉系统中，这种神经营养素及其受体TrkA和p75NTR在大多数眼内组织（包括晶状体、玻璃体、脉络膜、虹膜和小梁网）中存在，这也突显了NGF在眼部病变中的重要作用［18］。

proNGF的编码基因位于第一对染色体的近短臂上，是NGF的前体的形式，经过蛋白水解裂解产生的成熟形式NGF。它能激活2个独特的受体，分别是原肌球蛋白的酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase，TrK）和p75NTR［19］。NGF以成熟形式和前体形式存在。这两种形式对神经元具有相反的作用：NGF诱导增殖，而proNGF通过结合常见的神经营养因子受体（p75NTR和sortilin）形成复合物诱导细胞凋亡［20］，但它也会发挥神经营养作用。proNGF发挥的这两种作用，其取决于相应受体水平。当其低亲和力受体TrK水平较高时，其主要表现为神经营养活性。然而当高亲和力受体p75NTR水平较高时，ProNGF能介导神经系统的不同损伤。一般认为NGF主要通过TrkA发挥作用，诱导酪氨酸激酶启动的级联反应，而proNGF与p75NTR结合更强［21］。proNGF对神经系统的正确发育至关重要。

p75NTR是TNF⁃α受体超家族的成员，它的分布十分广泛，在施万细胞、少突胶质细胞及运动神经元等均有表达。p75NTR能与所有NT结合，主要调节其促凋亡作用，且它是眼睛、脑、心脏和周围肢体的多种缺血性血管疾病的主要参与者，其在这些疾病中表达明显增加并伴有神经血管损伤［22］。神经营养因子前体蛋白（pro⁃neurotrophin，proNT）和p75NTR作用后能够促进细胞凋亡、抑制生长、减弱突触功能。在细胞受损，比如炎症、外伤和病变等情况下，P75NTR会表达上调，介导proNGF诱导神经细胞凋亡。proNGF现在被认为是一种生物活性信号分子，在诱导视网膜细胞减少中的作用在神经退化的条件下显得尤为重要［23］。因此，越来越多的证据支持神经营养因子蛋白在视网膜疾病中的新兴作用，特别是在DR中［19］。

4 proNGF与NGF失衡介导糖尿病视网膜神经细胞损伤

糖尿病诱导的氧化应激改变视网膜NGF的稳态，导致其前体proNGF的积累。而其前体是在中枢神经系统中的主要形式，以牺牲NGF为代价，其在保护神经元和视网膜功能中起关键作用。而这种不平衡与实验性DR损伤相吻合。糖尿病所导致的proNGF/NGF的不平衡这一表征进一步提示其可能为糖尿病并发症的早期标志物［2］。此外，proNGF/NGF的失衡对提示DR的病程不再处于早期有重要意义，其可能预示着视网膜炎症、神经变性、血管通透性和无细胞毛细血管的发展［19］。TRABJERQ等［20］通过比较NGF和proNGF的成熟部分中的氢/氘交换，发现proNGF的前体部分的存在导致成熟部分中的3个环区域的结构稳定化，其作用可能是通过分子直接相互作用。Trabjerq E使用串联质谱分析，进一步发现了proNGF的前端中两个N⁃连接和两个O⁃连接部位出现糖基化。这些结果助于为NGF和proNGF在分子水平上的多种生物效应提供理论依据。越来越多的证据支持proNGF失调与早期视网膜炎症，神经和微血管变性之间存在着非常密切的联系［19］。研究还表明，糖尿病引起的神经营养因子失衡在于增加其前体形成，这与在视网膜中上调p75NTR受体相关。MYSONA的研究发现：糖尿病改变了NGF的平衡，NGF的减少，并导致了受体p75NTR的聚集，提示proNGF⁃p75NTR轴在DR的病理生理机制中具有重要作用［24］。

5 proNGF和p75NTR、sortilin相互作用，直接介导糖尿病视网膜神经细胞损伤

TrkA、TrkB和TrkC是神经营养素的另一类主要受体，两者结合后具有较强的修复和促存活功能。ProNGF与其各种受体间存在着相互联系、相互影响，又相互独立的关系。MEEKER等［25］发现：尽管Trk受体被特定的神经营养因子直接激活，但p75NTR作为一种多功能受体，通过与TrkA，TrkB，TrkC，sortilin或Nogo受体的异二聚体相互作用来发挥其作用，以调节多种细胞功能。P75NTR能通过与不同的配体结合，调节成熟proNGF与受体的结合，激活不同的信号传导途径，进而影响细胞的生长、存活及死亡。LOANNOU等［26］系统地改变TrkA受体水平，启动细胞因子，利用轻微干扰RNA，并利用诱变PC12nnr5细胞系，发现在不存在TrkA的情况下，即使p75NTR和sortilin水平降低，也会发生proNGF诱导的细胞死亡，结果表明proNGF可以响应于TrkA受体水平的变化而在神经营养和凋亡活性之间切换，而成熟的NGF不能。proNGF能够以高亲和力与p75NTR和Sortilin结合，并且启动神经细胞凋亡程序引起神经元的凋亡、抑制生长、减弱突触的功能作用。proNGF/p75NTR/Sortilin结合形成的三聚体是诱导神经凋亡的必要条件，其中Sortilin起辅受体及分子开关作用，控制P75NTR，介导ProNGF诱导凋亡前信号。而且，P75NTR与NFκB相互作用可以导致促炎性细胞的激活，因P75ICD可以与蛋白质相互作用在细胞质中或可以改变原子的位置，这有可能直接调控转录。p75NTR缺失可使糖尿病引起的视网膜 NGF 表达减弱，而 ProNGF、NFκB、P⁃nfκB和TNF⁃α表达增加，同时p75NTR的缺失也能抑制糖尿病诱导的胶质纤维酸性蛋白表达、神经节细胞丢失和血管通透性［24］。因此，控制p75NTR能减弱糖尿病引起的视网膜炎、神经胶质激活缺失，神经节细胞丢失和血管通透性。

6 proNGF介导炎症，间接诱导糖尿病视网膜神经细胞损伤

炎症是DR发病的重要因素。DR中出现的神经感觉缺陷与炎症相关，并且发生在临床可识别的血管并发症之前，糖尿病神经缺陷与视网膜神经胶质细胞及神经元对高血糖反应的异常反应有关［27］。p75NTR在成人视网膜中的表达于Müller细胞。在DR中，Müller细胞经历了激活和胶质化，导致p75NTR和ProNGF的水平升高，它们的自分泌结合促进TNF、α2M等促炎细胞因子的产生和释放。BAR⁃CELONE等［28］使用链脲佐菌素诱导的小鼠糖尿病模型进行研究，发现糖尿病非常早期p75NTR在神经胶质细胞和周细胞中表达上调，以介导配体依赖性诱导炎症细胞因子表达，促使神经—神经胶质—血管单元破坏，以及血—视网膜屏障受损，细胞水肿和神经元死亡。在糖尿病诱导早期，白细胞介素⁃1β（Interleukin⁃1β，IL⁃1β）在视网膜的表达增加，并随着疾病进展而持续增加，这一改变与胶质细胞活化标志物的上调在时间上相关［29］。MOHAMED等［30］用链脲佐菌素（STZ）分别诱导野生型和p75NTR基因敲除（p75ko）小鼠糖尿病模型，观察调节p75NTR对糖尿病视网膜病变的保护作用，数据显示，糖尿病介导的p75NTR的表达可引起视网膜炎症，IL⁃1β和应激激酶JNK表达增加，并表达caspase⁃3，介导细胞凋亡。而敲除p75NTR则减少了视网膜炎症和proNGF表达。p75NTR基因缺失抑制了长期糖尿病所致的IL⁃1β炎症，可恢复NGF和TrkA的活化。

7 结论

综上所述，近年来针对DR的诊断和治疗方法有一定的进展。自动筛查、光学相干断层扫描、系统性危险因素控制，以及手术、微脉冲激光和新药物治疗的应用，都丰富了对该疾病的控制手段。然而，这些治疗方法并不能取得令人满意的效果。患者所关注的视功能的维持和恢复，仍是DR治疗的重点和难点。而视网膜神经细胞的损伤对患者视觉质量的影响仍是一个非常重要的因素。ProNGF/p75NTR通过直接或间接作用，介导糖尿病视网膜神经细胞损伤的作用已在许多的实验中得到证实，而其介导损伤的机制正待进一步完全阐明。可以预见，针对ProNGF/p75NTR的干预将有可能是治疗和预防DR视网膜神经细胞损伤的新策略，因此在ProNGF/p75NTR的干预科研方面应投入更多的心血和精力。