趨化因子及其基因與糖尿病視網膜病變關系研究進展

程 藝 吳曉蓉 胡裕翔 許曉璇

(南昌大學第一附屬醫院眼科，江西 南昌 330006)

糖尿病(DM)視網膜病變(DR)是DM極為嚴重的微血管并發癥之一，已成為致盲的主要原因之一。DR的發生機制十分復雜，當前尚未完全闡明，經典機制包括多元醇途徑、氧化應激、蛋白激酶C、細胞因子和細胞凋亡等多種因素。DR的基本病理改變為視網膜毛細血管基底膜增厚、微血管壁周細胞丟失及形成微血管瘤、微血管堵塞和血-視網膜屏障受損等，上述變化導致視網膜無灌注區形成，無灌注區視網膜缺血缺氧產生多種細胞因子，如趨化因子與血管生長因子(VEGF)等，最終致使視網膜新生血管生成，而功能不完善的新生血管易發生滲出和出血，引起視網膜血管纖維化，甚至繼發性視網膜脫離以致失明。可分為非增殖期DR(NPDR)和增殖期DR(PDR)。有研究結果表明趨化因子與DR的發生發展關系密切〔1〕。本文主要綜述細胞因子中的趨化因子及其基因與DR的關系。

1 趨化因子及其基因

1.1趨化因子 趨化因子是指具備吸引白細胞移行到感染部位的作用的一些低分子量蛋白質，在炎癥反應中發揮重要作用。趨化因子的相同結構特點有：低分子量，有四個位置保守的半胱氨酸殘基以維持其三級結構，并可形成1～2個內部二硫鍵。自從1961年第一個趨化因子人血小板(PF)-4被Deuel等〔2〕發現后，趨化因子逐漸被人們知曉，目前已有超過50位成員，根據與氨基端(N端)相鄰的前兩個C間是否插入其他氨基酸可大致分為四類：①CC類：如單核細胞趨化蛋白(MCP)-1；②CXC類：可分為ELR+和ELR-兩種，ELR+趨化因子包括基質細胞衍生因子(SDF)-1、白細胞介素(IL)-8等多種因子；ELR-趨化因子包括干擾素誘導蛋白(IP)-10、IL-2等因子；③C類：如淋巴細胞趨化因子(Lymphotactin)；④CX3C類：如重組人膜結合型趨化因子Fractalkine(FKN)。隨著研究技術的發展，又陸續發現了一些新的趨化因子，如白細胞源性趨化因子。趨化因子需與其受體結合而發揮作用，趨化因子受體是趨化因子發揮作用必備的一類含7次跨膜結構的G蛋白耦聯受體，其轉導信號主要通過G蛋白途徑。而趨化因子受體主要見于中性粒細胞等介導炎癥發生的這類細胞表面。有研究表明〔3〕，趨化因子與其受體并非一一對應關系，一種趨化因子可與幾個不同的趨化因子受體結合，相反一個趨化因子受體也能與幾種不同的趨化因子結合，這種趨化因子及其受體的特殊配對關系使得趨化因子對機體進行精細調控成為可能。

1.2趨化因子基因 隨著分子生物學的發展，趨化因子的基因目前研究得較為透徹，大多數的趨化因子的基因位點已準確定位〔4〕:①CC類：CCL1～16、18、23位于17號染色體長臂1區1帶至1區2帶(17q11-12)；CCL17、22位于16q13；CCL19、21、27位于9號染色體短臂1區3帶(9p13)；CCL20位于2q36；CCL24、26位于7q11；CCL25位于19p13；CCL28位于5p12。②CXC類位于CXCL1～8位于4q13；CXCL12位于10q11；CXCL9～11、13位于4q21；CXCL14位于5q31。③C類位于1q24。④CX3C類位于16q13。

2 趨化因子及其基因與DR的關系

2.1趨化因子與DR的關系 目前研究證實趨化因子對DR的作用機制主要有趨化炎癥細胞、增加細胞間黏附因子的表達、破壞細胞間緊密連接蛋白、某些趨化因子可直接募集內皮祖細胞(EPCs)，促進血管新生、甚至可與其他細胞因子如VEGF相互作用等〔5〕。在DR的病程中，各種機制相輔相成，調控疾病的發展，而各類趨化因子與DR的關系亦各不相同。

CC類：以MCP-1為例，其受體為CCR2，Nawaz等〔6〕研究了MCP-1在DR中的作用，與NPDR組和DM組患者相比，PDR組患者玻璃體內MCP-1含量增高，提示MCP-1與DR的發生發展相關。在DR中升高的MCP-1與其受體相結合對單核細胞具有趨化活性，調節單核細胞和巨噬細胞的遷移并激活〔7〕，使其胞質內Ca2+濃度升高，大量氧自由基釋放，損害血管內皮細胞，同時上調細胞間黏附分子的表達和細胞因子IL-1、IL-6的產生，更易發生細胞淤積，導致血管閉塞、血栓形成，造成血管損傷；同時單核細胞與巨噬細胞還可產生腫瘤壞死因子(TNF)-α、轉化生長因子(TGF)-β，使視網膜毛細血管通透性增加，促使血管內皮細胞增生，導致新生血管的生成等。另外，Reddy等〔8〕研究了在年輕型的2型DM(T2DM)患者中，DR與無DR的患者中血清中MCP-1和cathepsin-D的含量。實驗分為正常糖耐量組、無視網膜病變的T2DM、NPDR組與PDR組，結果發現，T2DM組、NPDR組、PDR組患者的MCP-1和cathepsin-D含量比正常糖耐量組增高，而且與T2DM組相比，PDR組的MCP-1和cathepsin-D更高，推測這二者可能有助于預測T2DM的視網膜病變進展。

CXC類：CXC類趨化因子分為ELR+和ELR-兩種，絕大多數的ELR+趨化因子可促進新生血管的生成，ELR-趨化因子則可抑制新生血管的生成〔9〕，病程初期，二者均呈現反應性升高，隨著病程的進展，ELR+趨化因子的作用逐漸大于ELR-趨化因子，二者平衡被打破，出現進一步的白細胞大量募集，推動DR尤其是PDR的病程發展。分別以SDF-1和IL-2為例，SDF-1屬于ELR+趨化因子，其受體為CXCR4，研究表明〔10〕DR患者玻璃體中SDF-1和VEGF含量高于正常人，在DR中SDF-1可直接誘導視網膜新生血管的形成。SDF-1主要通過誘導EPCs和炎癥細胞增殖、遷移、歸巢并抑制EPCs的凋亡，Dai等〔11〕研究證實SDF-1可調節EPCs，使其更易于存活。在體外實驗中，向玻璃體內注射外源性SDF-1可促進VEGF的分泌，證實了SDF-1間接促血管作用。另外，Tonade等〔12〕研究發現在DM小鼠模型里，感光細胞會分泌大量的炎癥因子，包括IL-6、MCP-1等趨化因子，直接促進視網膜內皮細胞的滲漏。據此，SDF-1可通過直接與間接作用共同促進視網膜新生血管的生成，加速PDR的發生發展。IL-2屬于ELR-趨化因子，主要由活化的CD4+T細胞和CD8+T細胞產生并介導細胞免疫，與DM密切相關，Cao等〔13〕研究了輔助性T細胞分泌的細胞因子在DR中的作用，發現DR組和無DR的T2DM組患者血清中IL-2和TNF-α含量比健康組明顯升高，且DR組高于無DR的T2DM組。IL-2通過與受體結合，抑制視網膜新生血管的形成，減緩病程的發展，但是隨著時間的推移，ELR+趨化因子的作用增強，包括IL-2在內的ELR-趨化因子漸漸難以與之抗衡，導致新生血管形成。而這或許可以成為DR治療的一個切入點。

C類：以Lymphotactin為例，它是由Th1細胞產生，其受體為XCR1。Lymphotactin可促進CD8+細胞的增殖并增強其作用〔14〕，而CD8+細胞的細胞毒作用無疑是DR進程的一個重要推手。有研究表明〔15〕Lymphotactin也可通過影響其他細胞因子綜合發揮作用。

CX3C類：以FKN為例，它于1997年被發現，含有膜結合型和分泌型兩種形式。它的唯一受體是CX3CR1。Mendiola等〔16〕研究證實在DR患者中FKN通過影響神經小膠質細胞而發揮作用。

2.2趨化因子基因與DR的關系 既然DR與趨化因子的關系十分密切，那控制趨化因子的基因可能影響DR的發生發展，目前對CC類與CXC類研究較為透徹。

CC類：以MCP-1為例，其基因為MCP-1-2518(A/G)〔17〕，有3種基因型：AA、AG、GG。Jiang等〔18〕研究了無視網膜病變的DM(DWR)、NPDR和PDR 3組患者MCP-1的含量和基因型，結果發現與DWR組相比，NPDR和PDR組MCP-1含量顯著增高并且GG基因型出現的頻率也增加，根據基因型將PDR組的患者再分為3組，發現GG型患者MCP-1含量比另外兩組更高，據此推測MCP-1的GG基因型與PDR的發生發展有關。另外，有學者研究〔19〕DM黃斑水腫(DME)與DR的MCP-1基因型，研究發現高風險PDR患者的G等位基因出現率比A等位基因更高，而DME與MCP-1的基因型無關聯。可見DR與MCP-1的基因具有密切關系。

CXC類：以IL-8和IP-10為例，IL-8的基因為IL-8-251T/A〔20〕,3種基因型：TT、TA、AA。IP-10的基因為IP-10-1596C/T〔21〕，3種基因型：CC、CT、TT。Dong等〔22〕研究了T2DM和IL-8與IP-10基因的關系，實驗中將患者分為DR與無DR的DM組，發現IL-8的AA基因型與DR尤其是高風險的PDR相關，相反，IP-10的T等位基因可降低DR的風險，因此，從實驗中可知，IL-8的AA基因型屬于危險因子，而IP-10的T等位基因屬于保護因子。

綜上，趨化因子及其基因在DR的發病機制中發揮著不可或缺的作用，隨著醫學的快速發展，趨化因子及其基因與DR的關系將會研究的更為透徹，其研究進展亦會為DR尤其是PDR的治療注入新的希望：從趨化因子入手，對促進DR進展的趨化因子使用其拮抗劑有可能阻止疾病的進展，對抑制DR進展的趨化因子可增強其在體內的抗血管生成的作用以阻止疾病的發展，且可減少因手術帶來的風險；另外，亦可從基因入手，調節趨化因子的表達。