刘 春 马 捷 王露瑶 段俊国

糖尿病视网膜病变(DR)作为糖尿病最常见的微血管并发症,是全球中老年人视力丧失的主要原因[1]。预计到2045年,全世界糖尿病患者数量将增至7.83亿[2]。随着糖尿病患病率的增加以及病程的延长,DR发病率随之递增, 2030年全球DR患者中约有5630万人面临视力损害[3]。目前,DR的临床治疗方法主要包括视网膜激光光凝术、玻璃体内注射抗血管内皮生长因子(VEGF)药物、玻璃体切割术等,这些方法有一定的临床疗效,但还没有一种方法能够完全阻止该病进展或逆转患者视网膜损伤[4]。因此,寻找并开发新的治疗方法与治疗靶点对DR患者至关重要。

1 青蒿素及其衍生物概述

青蒿素(ART)又名黄蒿素,是一种具有过氧桥结构的倍半萜内酯类化合物[5],主要从菊科植物黄花蒿茎叶中提取分离,或由青蒿酸半合成[6]。临床中为进一步提高ART的利用率,以ART为起始材料合成了多种衍生物,包括青蒿琥酯、双氢青蒿素、蒿乙醚和蒿甲醚等[7-8]。研究发现,ART及其衍生物具有半衰期短,起效快且副作用小等性质[9]。有报道称,ART及其衍生物通过静脉推注或肌肉注射等方式给药[10-11],其利用度远大于口服用药(19.00%～35.00%),且可直接或间接穿过血-脑屏障,其药物浓度在脑部相对较高,对于脑相关部位疾病具有重要作用[12]。此外,多项研究表明,ART及其衍生物在抗炎、抗血管生成、抗病毒和抗癌等方面作用突出[13-16],其临床应用前景广泛且巨大。本文通过对ART及其衍生物在DR治疗中的作用开展的一系列研究进行综述,以期为该病的治疗提供理论参考。

2 ART及其衍生物在DR治疗中的作用

2.1 ART及其衍生物恢复胰岛细胞功能DR患者血糖控制情况与疾病进展和视力预后密切相关,在DR早期,可通过严格控制血糖,降低血压、血脂来减缓DR的发生发展[17]。另外,ART及其衍生物可以通过恢复胰岛细胞功能有效实现这一治疗目标。ART及其衍生物主要通过两个途径恢复胰岛细胞功能,其一是促进胰岛素的分泌。Kim等[18]通过构建高脂饮食小鼠模型发现,黄花蒿以剂量依赖性方式抑制α-葡萄糖苷酶活性,且其效果比已知抗糖尿病药物阿卡波糖更佳;Guo等[19]研究证明,胰岛素、胰高血糖素和生长抑素浓度的不平衡可以通过在胰岛中施用蒿甲醚调整;Yu等[20]研究证实,青蒿琥酯可逆转葡萄糖刺激后大鼠胰岛素分泌抑制状态,而不影响正常大鼠的胰岛素分泌。据此,有研究推测,ART及其衍生物可能起到“平衡器”的作用[21]。其二是保护胰岛细胞。Guo等[19]采用蒿甲醚治疗2型糖尿病小鼠,可以改善胰岛空泡形成,抑制细胞凋亡,降低胰岛β细胞凋亡率;Yu等[20]在细胞实验中证明,青蒿琥酯通过刺激NAD-依赖性去乙酰化酶Sirtuin-1(SIRT1)表达降低核转录因子(NF-κB)活性,减少诱导型一氧化氮合酶表达和一氧化氮生成,抑制白细胞介素(IL)-1β的生成,从而对胰岛β细胞产生保护作用。但是,关于ART及其衍生物是否可以实现胰岛α细胞到胰岛β细胞的转分化这一结论尚存在争议[22],仍需进一步研究。

2.2 ART及其衍生物抑制炎症反应炎症是DR的重要发病机制,在DR发展过程中,炎症细胞因子,如肿瘤坏死因子(TNF)、IL-1、IL-6和IL-8等水平均显著升高,它们参与细胞黏附、钙超载、凋亡等途径[23],增加血管通透性,破坏血-视网膜屏障,其表达水平与DR的严重程度相关[24]。

有研究发现,ART及其衍生物具有抗炎特性,并已广泛应用于各种炎症相关研究。Yang等[25]研究发现,双氢青蒿素通过抑制miR-376b-3p/KLF15轴在高糖诱导的相关炎症中发挥保护作用。Zhang等[26]研究发现,青蒿琥酯通过抑制促炎细胞因子和抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、NF-κB、磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB)途径来预防实验模型中的炎症进展。最近,Fu等[27]研究表明,蒿甲醚可以促进AMP活化蛋白激酶(AMPK)激活,并下调炎症细胞因子的表达来逆转db/db小鼠的病理状态。有研究报道,环氧合酶-2(COX-2)是一种诱导型酶,在正常组织中低水平表达,但在炎症刺激细胞时高表达[28]。Kim等[18]研究发现,1年生青蒿叶提取物可明显下调COX-2表达。上述研究证实,ART及其衍生物通过各种通路抑制炎症反应,在治疗DR方面具有巨大潜力。

2.3 ART及其衍生物抑制氧化应激视网膜是人体内高耗氧、高代谢场所之一,这与视网膜色素上皮(RPE)细胞中含有大量线粒体、RPE细胞膜含有大量选择性的离子通道有关。目前研究普遍认为,高血糖导致视网膜内活性氧(ROS)的合成增加,主要通过蛋白激酶C(PKC)途径、晚期糖基化终末产物(AGEs) 、多元醇途径以及己糖胺途径形成4条经典分子通路引起氧化应激[28-29]。 Eshaq等[30]研究表明,氧化应激反应与DR的发生发展存在广泛联系,大量ROS可降低机体的抗氧化能力,导致血管、神经和视网膜组织损伤。

线粒体作为重要的氧化代谢场所,缺氧、炎症等因素导致线粒体功能障碍是视网膜细胞发生氧化损伤的重要因素之一[31]。Kowluru等[32]研究表明,通过抗氧化剂调节线粒体内稳态可以为DR治疗提供一种新的模式。Yan等[33]研究表明,ART可以通过激活丝裂原活化蛋白激酶(p38)和细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)途径阻止过氧化氢(H2O2)诱导的视网膜神经元(RGC-5)细胞的死亡,并且ART在体外和体内均能保护视网膜神经元功能免受H2O2损伤。Chong等[34]研究证实,ART能够激活细胞外信号调节激酶环磷酸腺苷反应序列结合蛋白(ERK/CREB)通路来抑制线粒体膜电位异常变化,恢复线粒体结构与功能,从而保护RPE细胞免受氧化损伤。此外,Li等[35]研究发现,ART能够通过增强AMPK的激活来降解由H2O2导致的细胞毒性,并抑制细胞内ROS的产生。另有研究发现,RPE细胞中的脂质积累增加达到高浓度水平,可能产生毒性反应诱导线粒体功能障碍,双氢青蒿素和青蒿琥酯均可抑制3T3-L1前脂肪细胞的成脂分化过程,影响脂质形成,且细胞内脂质以浓度依赖性方式下降[36]。综上所述,ART及其衍生物在抑制氧化应激、调节线粒体稳态及改善脂质代谢异常等方面作用显著,或可帮助进一步研发治疗DR新的有效药物。

2.4 ART及其衍生物抑制新生血管生成当处于缺血、缺氧、高糖等环境时,视网膜周细胞、内皮细胞、神经节细胞、光感受器细胞和RPE细胞过度表达VEGF,与其受体特异性结合,一方面,VEGF可活化蛋白激酶促进内皮细胞增殖,另一方面,可诱导紧密连接蛋白磷酸化从而增加血管通透性,引起血管渗漏,破坏血-视网膜屏障[37],促进视网膜新生血管的生成。DR患者存在新生血管生成则标志着进展为增生型DR,患者视力丧失的风险也随之增加[38],如何有效抑制VEGF表达是减少新生血管形成并控制DR进展的重要策略。目前,玻璃体内注射抗VEGF药物是临床常用方法,然而抗VEGF治疗也带来了诸多挑战和难题,如患者需要多次注射、治疗过程可能发生眼内炎并诱导眼底纤维瘢痕生成,部分患者甚至并发牵拉性视网膜脱离[39]。

研究发现,ART及其衍生物在抑制新生血管生成方面卓有成效。Dong等[40]研究发现,双氢青蒿素可以通过阻断NF-κB途径作用于内皮细胞中的VEGF受体2(VEGFR2),进而抑制内皮细胞增殖和迁移,阻止新生血管生成。葛鹏飞等[41]研究表明,青蒿琥酯可以通过降低人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)蛋白表达水平的增加来抑制视网膜新生血管形成和渗漏,并在高糖条件下呈浓度依赖性。Li等[42]通过给5例视网膜新生血管患者注射80青蒿琥酯,并随访52周发现,患者视网膜新生血管、视盘水肿和高眼压显著缓解。Dong等[40]和Odaka等[43]的研究均表明,ART及其衍生物可以通过MAPK、NF-κB和PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等信号通路发挥对新生血管生成的抑制作用。Zhu等[44]研究指出,ART及其衍生物的多靶点作用可能会解决抗VEGF药物的局限性和不良反应,可作为针对血管生成相关疾病的潜在新疗法。

2.5 ART及其衍生物抑制视网膜细胞凋亡视网膜细胞的异常凋亡是发生DR的另一个关键原因。有研究证实,DR患者中所有神经元细胞均会发生凋亡[45],Park等[46]研究发现,糖尿病发病4周内患者光感受器细胞开始凋亡,外核层厚度到24周时则显著降低。在早期糖尿病大鼠模型中发现,凋亡基因Bcl-2、Bax的表达会随着病程加剧而提高[47]。Adamiec-Mroczek等[48]研究发现,在患者视力进行性损害的DR早期,半胱氨酸蛋白酶依赖的视网膜神经节细胞凋亡机制参与其中。一直以来,微血管病变被认为是DR发病的核心机制,但是越来越多的证据表明,视网膜神经变性才是DR更为早期的表现[49],称之为糖尿病性视网膜神经变性(DRN)。需要注意的是,神经元凋亡是包括DR在内的多种神经系统疾病的“终末共同途径”[50]。因此,保护视网膜神经元,抑制视网膜细胞凋亡对阻止DR病程的发生发展具有重要意义。Albasher等[51]研究表明,黄花蒿提取物可以通过增强抗凋亡标记物Bcl-2的表达并抑制促凋亡标记物Bax的表达,显著减轻高浓度葡萄糖下神经细胞的空泡变性,并阻止细胞凋亡。Gugliandolo等[52]的研究中,青蒿琥酯对神经细胞具有广谱保护作用,这种神经保护作用来自于其强大的抗氧化、抗炎、抗凋亡和神经调节活性。上述研究证明,ART及其衍生物对视网膜细胞的凋亡有抑制作用,存在延缓DR病程的作用靶点。

3 小结

ART及其衍生物作为一类治疗代谢性疾病潜力巨大的药物,其在防治DR方面的作用受到了很大的关注。ART及其衍生物具有多种生物活性作用,除了通过促进胰岛素的分泌和保护胰岛细胞来恢复胰岛细胞功能,还包括抑制炎症反应、通过多种途径减少ROS的产生,调控VEGF通路抑制新生血管的生成,保护视网膜细胞,阻止其凋亡。ART及其衍生物在DR治疗中具有广阔的前景,有望成为新靶点,但是其临床应用仍具有挑战性,需要明确其在DR治疗中的具体作用机制,其安全性和有效性需要更深入的研究和探索。