色素上皮衍生因子在糖尿病血管并發癥中的潛在治療作用

盛 霞 黃國良

糖尿病血管并發癥(diabetic vascular complications，DVC)是糖尿病致殘和高致死率的重要原因。臨床研究表明嚴格控制糖尿病患者血糖和血壓能夠降低糖尿病血管并發癥(DVC)發生的風險。由于各種原因，臨床上很難做到血糖和血壓的嚴格控制，目前臨床上對DVC的防治仍不理想。70%的2型糖尿病患者死于心血管疾病，且糖尿病致終末期腎病與繼發性失明的患者數目仍在不斷增加。因此，進一步探索和尋找新的針對DVC的防治策略是極其必要的。

色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)最初是在視網膜色素上皮細胞中發現的，一種屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑超基因家族但無抑制蛋白水解酶活性的糖蛋白，可以誘導視網膜母細胞瘤細胞Y2-79向成熟的神經元分化。胎兒和年輕人的視網膜色素上皮有較高水平PEDF基因表達，而衰老的細胞PEDF表達下調。隨著對PEDF的深入認識，發現PEDF在糖尿病視網膜病、糖尿病腎病、糖尿病心血管疾病均起著有益的作用，可能成為防治DVC的新策略。本文就PEDF在DVC中的潛在治療作用及研究進展做一綜述。

一、PEDF對糖尿病視網膜病(DR)的保護作用

1.PEDF對視網膜細胞的保護作用:視網膜微血管主要由外膜細胞(pericytes)和內皮細胞(endothelial cells，EC)組成。DR早期病理組織學標志是外膜細胞的缺失，EC的過度增殖，與之伴隨的基膜增厚，血管通透性增高，和微動脈瘤的形成。外膜細胞不僅抑制EC的過度生長，也能夠保持前列環素的產生和保護過氧化氫所致EC的損傷。

氧化應激被認為與DR早期外膜細胞的丟失和功能障礙，及EC的損傷密切相關。最近研究證明PEDF能夠增加抗氧化物質如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽 (GSH)，減少活性氧簇(ROS)的產生，抑制血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor-VEGF)的表達，抑制高糖介導視網膜EC增生和損傷，抑制caspase-3的活化，抑制晚期糖基化終產物(AGEs)介導的外膜細胞凋亡和功能障礙［1，2］。研究提示 PEDF通過抗氧化應激作用，抗外膜細胞損傷、抑制EC增生，對早期DR起著保護作用。

2.抗血管生成和調節血管通透性:視網膜血管增生和血管高通透性在許多危害視力的疾病如DR的發病中起著重要的作用。既往研究表明糖尿病視網膜病變，老年人的房水和脈絡膜，及視網膜血管生成病變中PEDF表達減少，VEGF高表達。VEGF是體內重要促血管生成和調節血管通透性的因子。最近Cai等［3，4］研究發現，PEDF 通過調節膜內蛋白水解和抑制VEGFR-1磷酸化作用，有效抑制VEGF誘導的新生血管生成和血管高通透性。

Gehlbach等［5］研究發現在玻璃體內注入腺病毒載體編碼的PEDF(Ad-PEDF)可顯著上調體內PEDF水平，抑制視網膜和脈絡膜的血管再生。另外，Park等［6］最新研究證明，伴氧誘導的視網膜病變(OIR)的PEDF轉基因(PEDF-Tg)鼠中，視網膜血管生成密度顯著低于未轉基因組，PEDF-Tg能夠抑制激光誘導的脈絡膜血管生成，降低血管高通透，抑制促血管生成因子和炎癥因子如VEGF、轉化生子因子 -β(TGF-β)、腫瘤壞死因子 -α(TNF-α)的表達，在正常PEDF-Tg鼠中未發現任何視網膜組織學或視力功能異常。

3.抗氧化應激和抗炎癥反應:炎癥反應在DR起著十分重要的作用。體外實驗證明，PEDF通過阻斷AGEs介導的細胞內 NADPH氧化酶活性，下調p22PHOX和gp91PHOXmRNA水平，減少活性氧簇(ROS)的生成及下游的VEGF、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細胞黏附因子-1(ICAM-1)的高表達，起到保護內皮細胞、降低血管通透性和抗炎癥反應的作用［7］。NF-κB是介導炎癥反應的一個關鍵性的因子，近年研究發現PEDF通過抑制晚期糖基化終產物受體(RAGE)在大鼠眼內的表達，阻斷AGERAGE介導的NF-κB的活化，抑制視網膜炎癥反應［8］。在糖尿病大鼠或氧誘導的視網膜病變中也證實了，PEDF降低視網膜血管高通透性的作用與其抑制炎癥反應相關［9］。以上研究均提示PEDF的降低與DR密切相關，PEDF是一種高效的，抗炎癥因子和血管生成抑制因子。

二、PEDF對DN保護作用

1.抗血管生成和調節血管通透性:腎毛細血管滲透性增加，出現微量尿蛋白，是DM早期腎臟損傷的重要標志。近年研究發現正常狀態下PEDF在腎臟的表達高于視網膜，主要表達于腎小球系膜和基膜，而鏈尿菌素(STZ-)誘導的DM大鼠2周、4周、6個月及非糖尿病對照組腎組織的表達，結果發現糖尿病后兩周PEDF的表達顯著下調，提示PEDF的表達下降在DN早期就已存在［10］。而給予腺病毒載體編碼的Ad-PEDF有效降低血管通透性，減少DM鼠24尿白蛋白水平［11］。以上研究提示PEDF在腎組織的降低與DN早期通透性增加相關，PEDF可能通過抑制VEGF的作用、或直接抑制血管內皮細胞的移行，抗新生血管生成和降低血管通透性，維持腎臟內環境的穩定，對DN起著保護作用。

2.抗纖維化和抗ECM積聚:糖尿病腎病(DN)主要病理特征為腎小球系膜細胞(RMC)增生肥大，系膜外基質(ECM)沉積和基膜增厚等導致腎小球纖維化。TGF-β、CTGF、VEGF被認為是重要的促纖維因子，在腎小球纖維化中發揮了重要作用。各種系膜外基質膠原蛋白(COⅡ、COⅢ、COⅡⅤ)和纖維連接蛋白(FN)在系膜外沉積及降解減少，是導致ECM積聚的重要原因。基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)是降解ECM的重要蛋白酶。在正常腎組織，MMP-2在腎小球系膜細胞和上皮細胞中有很高的表達，而在高糖條件下，MMP-2的表達和活性明顯減少，從而引起ECM降解減少和腎小球系膜增厚。研究發現給予Ad-PEDF干預或外源性PEDF蛋白可上調PEDF在DM大鼠腎組織和高糖誘導的RMC水平，下調CTGF、TGF-β、VEGF、FN 的表達，MMP-2 恢復到正常水平，最近國內研究也證明PEDF能夠抑制高糖介導的HMC纖維因子的高表達［12，13］。研究表明PEDF是一種有力的ECM產生的抑制劑，降低CTGF、TGF-β、FN和VEGF的過量表達，從而緩解這些病理因子導致的纖維化。

3.抗炎癥反應、抗氧化應激:越來越多的研究表明炎癥因子在DN發病中起著重要的作用。腺病毒介導的PEDF(Ad-PEDF)轉染大鼠的干預研究證實PEDF抑制NF-κB活化和VEGF表達的激動因子HIF-1的激活，抑制了促炎性因子如TNF-α、ICAM-1、MCP-1、VEGF 在腎臟組織的過表達［14］。最近Ide等［14］研究發現，給予外源性PEDF重組蛋白通過抑制細胞內ROS的產生，完全阻滯AGEs誘導的NF-κB的活化，從而抑制AGEs對系膜細胞的損傷，下調ECM基質蛋白FN、COIIV和炎癥因子ICAM-1、MCP-1、TNF-α、VEGF的表達。提示PEDF是內源性的抗炎性因子，通過抑制氧化應激作用抑制腎臟纖維因子和炎癥因子的表達。

另外，Maeda等［15］研究發現，PEDF通過抑制腎小管上皮細胞RAGE的表達，顯著抑制ROS的產生，抑制 NF-κB 的活性，下調 MCP-1、COIIV、TGF-β1的過表達。研究表明AGEs通過與細胞表面糖基化終產物受體(RAGE)結合激活一系列細胞信號途徑，如氧化應激、P38MAPK磷酸化等，促進糖尿病血管并發癥的發生［17］。因此進一步深入研究PEDF對AGE-RAGE軸的抑制及其作用機制是非常有意義的，有望成為防治DN及其他糖尿病血管并發癥的重要途徑。

三、PEDF的神經營養和保護作用

既往大量研究表明，PEDF是一種特有的神經營養和保護作用因子，對中樞及周圍神經細胞都有著重要的保護及營養作用。PEDF在培養的小腦顆粒細胞、海馬神經元、脊髓運動神經元，包括缺乏視網膜上皮細胞的兩棲類感光器中被證明具有神經營養和神經保護作用。但目前尚未見PEDF在糖尿病神經病變中的作用的研究報道。

四、PEDF抗血栓形成作用

大多數糖尿病患者死于心腦血管動脈粥樣硬化。血小板功能的改變導致微血栓形成，促動脈粥樣硬化，致糖尿病心腦血管病的發生。大量研究表明氧化應激與血小板的活化和聚集密切相關。最近研究表明Ad-PEDF通過阻斷STZ-或AGEs介導的糖尿病大鼠體內NADPH氧化酶活性，抑制ROS的產生，抑制血小板性選擇蛋白、血小板的激活和聚集，抗體內血栓形成［18］。Ueda等［18］研究發現在急性左室梗塞(AMI)大鼠模型中梗塞部位的PEDF表達下調，而未梗塞部位PEDF表達顯著升高，給予PEDF后能夠抑制未梗塞部位氧化應激，抑制心肌纖維化，抑制細胞死亡作用，抑制心室重構和改善心臟功能。研究發現PEDF通過抗氧化活性，抑制血小板源性生長因子(PDGF)介導的平滑肌細胞的增殖和遷移，及血管損傷后新內膜的形成，可能成為球囊擴張術后再狹窄的治療策略。以上研究結果提示PEDF抗動脈血栓形成與其抗氧化性能相關，并有望成為糖尿病心血管疾病一種新的防治。

六、展 望

綜上所述，PEDF是一種內源性抑制因子，使用有效量最低，具有抗氧化應激、抗血管生成、抗纖維化、抗炎癥、抗血栓形成及神經營養和保護等綜合特性的糖蛋白，給予外源性PEDF來補充內源性PEDF的不足有望成為DVC新的治療方向。許多研究表明PEDF的抗血管生成作用，在抑制腫瘤新生血管中也起著重要的作用。PEDF在糖尿病神經病變、糖尿病相關或胰島素相關性腫瘤方面的防治尚未見相關報道。對PEDF及其誘導劑在治療糖尿病慢性并發癥方面的研究具有非常廣闊的應用前景。

運用PEDF的腺病毒載體或腺相關病毒載體注入腎臟局部進行基因轉導，能避免反復注射和全身的不良反應。PEDF真正用于臨床還需要進一步探討。目前，對于PEDF的研究大部分基于體外和動物實驗，其給藥劑量和不良反應有待進一步研究，以便今后推廣至臨床。PEDF將為臨床防治糖尿病血管并發癥開拓一條新途徑。

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