糖尿病視網膜病的發病機制及藥物干預研究進展

高 曄，孫桂波，羅 云，孫曉波

(1. 哈爾濱商業大學藥物工程技術中心，黑龍江 哈爾濱 150076；2. 中國醫學科學院藥用植物研究所，北京 100193)

近年來，隨著飲食結構的改變、人口老齡化及環境等因素的影響，糖尿病患病率大幅升高，根據國際糖尿病聯盟的統計數據顯示，目前全球糖尿病約有4.15億人口，預計到2040年糖尿病患者將達到6.42億[1]。糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)屬糖尿病微血管并發癥，作為主要的致盲性疾病之一，目前已成為青壯年人群中視力殘疾和失明的主要原因。約有1/3的糖尿病患者會出現糖尿病視網膜病變的癥狀，這其中1/3的人又明確患有嚴重的視網膜病變或黃斑水腫[2]，除了對視力的影響，糖尿病視網膜病變的存在也意味著系統性血管并發癥的風險增加，時刻危及患者的生命。

DR的主要病理改變是視網膜局部組織發生缺血、缺氧，眼底周細胞丟失、眼部血管微循環障礙、血管壁和血液流變學特征發生改變，并最終誘導新生血管的形成。DR的發生、發展與糖尿病病程及血糖水平有密切的關系，且早期藥物干預能取得較好的治療效果。目前，DR的臨床治療手段主要有視網膜激光光凝治療、玻璃體切除術、抗血管內皮生長因子藥物等，但由于多針對晚期病變且治療效果不理想，故對DR前期的診斷及防預更具有實際意義。因此，本文從DR的產生、發病機制、藥物干預作用等方面論述DR的相關機制。

1 DR的致病因素

1.1 高血糖高血糖是導致糖尿病視網膜病的重要危險因素之一。血糖過高可引起氧化應激反應的增強、產生更多活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，進一步促進多種炎癥因子表達，損傷內皮細胞，造成組織細胞結構和功能障礙。而對DR的影響表現為高血糖可以增加視網膜周細胞凋亡基因的表達，使抗凋亡的基因表達量下降，加速視網膜細胞凋亡[3]。血糖控制通常用糖化血紅蛋白(HbA1c)來評估，HbAlc可對血紅蛋白的攜氧能力產生影響，是微血管損傷的重要因子。王祺等[4]對106例2型糖尿病患者DR診斷及相關性分析中發現，相比于對照組，DR組的HbAlc值明顯高于對照組，證實HbAlc與DR的發生發展有關。

1.2 血脂異常糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema，DME)是造成DR視力喪失的主要原因之一。DME早期表現為硬性滲出，由于視網膜毛細血管結構及功能被破壞，血液中的脂質和蛋白滲漏到外叢狀層，造成不可逆性的黃斑水腫。Klein等[5]研究表明，血脂水平的升高，尤其是低密度脂蛋白(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)和甘油三酯(triglyceride，TG)水平升高是DR硬性滲出的獨立危險因素。Zhou等[6]通過薈萃分析的方法探索血脂水平與DR發生率之間的聯系，分析結果發現患者有無DR在TG、總膽固醇(total cholesterol，TC)、高密度脂蛋白(high-density lipoproteincholesterol，HDL-C)水平上無顯著性差異，而LDL-C水平在DR患者中表達有所增加。

載脂蛋白等非傳統脂質標志物也可預測DR的嚴重程度。在視網膜中，血清載脂蛋白A1(apolipoprotein-A1，ApoA1)是防止脂質堆積的關鍵因子，是一種有效的氧化產物清除劑，ApoA1通過促進膽固醇從外周組織逆向轉運至肝臟，抑制LDL-C氧化，保護視網膜免受糖尿病引起的氧化應激的影響。而載脂蛋白B(apolipoprotein-B，ApoB)是LDL-C的主要成分，可將膽固醇輸送到組織中，血清中ApoA1/ApoB比值與微血管功能惡化有關。Hu等[7]收集了非增殖型DR及增殖型DR(各25例)糖尿病患者的血清樣本，研究發現，輕微的非增殖型DR患者血清中HDL-C/LDL-C和ApoA1/ApoB比值有所增加，而對于病程較長的2型糖尿病患者ApoA1/ApoB的比值降低則與增殖型DR的發生相關。

1.3 糖尿病病程糖尿病病程作為DR經典的危險因素已經被眾多研究報道所證實，尤巧英等[8]對260位Ⅱ型糖尿病患者DR臨床因素的分析中，結果顯示隨著病程延長，DR的發生呈上升趨勢，程度越來越重，得出結論糖尿病病程是導致DR發展的重要因素。郭學龍等[9]通過對1200例不同糖尿病病程患者的視網膜病變情況進行比較，結果顯示，糖尿病病程<5年、5～15年、16～25年及>26年的糖尿病患者的視網膜病變發生率分別為21.09%、32.93%、49.42%、61.75%，呈逐漸上升趨勢，且各組間比較差異均具有統計學意義，證實糖尿病病程為影響DR的一個危險因素。

糖尿病病程與其他危險因素不同，不能對其進行人為干預，而糖尿病初期對眼睛的傷害非常緩慢，早期癥狀不明顯，容易被患者忽視，錯過最佳治療時機，這就提示我們要及早發現這些潛在的危險因素，對于已經確診的糖尿病患者，應定期進行全面的眼底檢查，及時診斷和治療可能存在的DR風險，保護患者的視力功能。

1.4 其他DR的發生發展除與血糖、血脂控制情況等上述公認的DR致病因素外，近幾年人們也發現尿微量白蛋白含量升高，也可增加視網膜病變的患病風險。糖尿病視網膜病變與糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)同為血管內皮細胞功能障礙引發的微血管并發癥，二者通常平行出現，2017年美國糖尿病協會發表的DR立場申明也確認糖尿病腎病是DR的危險因素[10]。夏雪影[11]以尿微量白蛋白/肌酐比值為結局指標來探討尿微量白蛋白在Ⅱ型糖尿病視網膜病發生發展中的作用，研究表明增殖型視網膜病變患者的尿微量白蛋白水平明顯高于非增殖型視網膜病變，且線性分析的結果表明尿微量白蛋白與DR之間呈正相關，即尿微量白蛋白含量越高，患者糖尿病視網膜病變情況越嚴重，因此證實了尿微量白蛋白可以作為判斷DR嚴重程度的重要指標。

DR的發生可能還與患者自身蛋白質、脂肪等物質的代謝異常相關。瘦素是脂肪組織特異性分泌的蛋白活性因子，瘦素水平與肥胖、糖和脂類代謝及胰島素抵抗等具有相關性，作為新生血管因子參與DR中的炎癥反應，瘦素在細胞內大量蓄積，對血管內的組織和細胞造成損傷，導致血管內皮細胞增生，加速DR的發展。脂聯素(adiponectin，APN)是一種特異性血漿蛋白，具有增加胰島素敏感性、調節脂質代謝、抑制視網膜新生血管、抗炎及抗氧化應激等多種生理功能。APN能提高一氧化氮含量，抑制新生血管生成，隨著APN水平的下降，視網膜微血管受到損害，從而加重DR進程。黎丹鳳等[12]對165例Ⅱ型糖尿病患者發生視網膜病變與APN相關性的分析中，證實血清APN水平與DR嚴重程度呈負相關，APN能通過抑制TNF-α，降低黏附分子等炎性因子的轉錄及表達等抑制DR的發生。

2 DR的發病機制

DR為糖尿病視神經病變的一種，屬于缺血性視神經病變，主要是由于微血管病變引起視網膜缺血，造成的視力損傷。DR早期表現為眼底出現紅色斑點即微血管瘤，此時瘤壁易破碎，使視網膜毛細血管發生滲血，形成視網膜水腫。DR晚期主要表現為新生血管的形成，與新生血管附著的纖維組織會牽拉視網膜，引起視網膜剝脫，最終導致視力的急劇下降。

DR的發病機制非常復雜，目前發現主要是通過細胞代謝、信號和生長因子效應等多個途徑來調節視網膜病變的發病機制，涉及的途徑包括多元醇通路激活和晚期糖基化終產物(advanced glycation end products，AGE)的積累、氧化應激、蛋白激酶C活化、炎癥、腎素-血管緊張素系統和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的上調，最終引起血-視網膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)破壞。

2.1 線粒體功能障礙線粒體是細胞能量的主要來源，參與代謝過程和呼吸。它的主要作用是產生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、控制細胞代謝及凋亡的調節，線粒體的功能障礙會嚴重影響到組織穩態。線粒體還是活性氧、超氧化物歧化酶和羥基自由基等的主要形成場所，在高血糖狀態下，視網膜內ROS過度表達，增多的ROS進一步損傷線粒體DNA，導致氧化過程增加，線粒體功能紊亂，引起視網膜毛細血管細胞的凋亡。

內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是來源于機體骨髓中一種特定的造血祖細胞，保留著血管生成能力，可以分化為成熟的內皮細胞，在內皮組織修復和血管新生中發揮了重要作用。在糖尿病患者中，EPCs可以被多種因素調節：(1)高濃度葡萄糖能誘導EPCs自噬，使線粒體氧化應激增加，線粒體氧化通透性破壞。(2)糖尿病患者普遍存在的AGE可以抑制EPCs進入細胞周期。(3)氧化應激被認為是EPCs的調節因子，暴露于過氧化氫后，EPCs的增殖能力受損[13]。臨床研究表明，DR患者EPCs的變化會引起視網膜的增殖、黏附和血管生成等方面功能受損，使血管修復過程不完整[14]，因此糖尿病患者的EPCs缺乏可能是視網膜血管損傷的原因之一。

2.2 氧化應激氧化應激反應是指機體在遭受各種有害刺激時，引起機體內高活性分子如ROS、活性氮自由基的產生增加，氧化物清除不及時，使細胞產生多種毒性作用的病理狀態。經研究證實，氧化應激是DR發生發展的關鍵因素[15]。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等作為機體的抗氧化系統，能清除多余的自由基，而在高糖情況下，這些抗氧化酶的表達受到抑制，機體抗氧化能力下降，導致視網膜內皮細胞、周細胞和神經節細胞的凋亡增加，并造成眼部微血管損傷及BRB的破壞。因此，高糖情況下，視網膜及血管細胞發生氧化應激，對細胞造成的不可逆性損傷是DR發生的機制。

2.3 神經退行性病變研究表明糖尿病視網膜病變不再是單純的微血管疾病，通常還伴有視網膜神經元退行性病變，且視網膜內神經細胞結構和功能的改變往往發生在微血管系統病變前[16]。涉及DR視網膜上的神經細胞主要包括視網膜神經節細胞、雙極細胞、視錐和視桿細胞以及備受關注的視網膜神經膠質細胞等。當神經細胞的結構及功能發生改變時，視網膜內的正常血管與各神經元之間的穩態被破壞，誘發視網膜病變。神經退行性改變的作用機制主要有蛋白激酶C的活化，晚期糖基化終產物堆積以及谷氨酸的興奮性毒性作用等，對于不完全損傷的視網膜神經退行性改變，應該提早使用神經保護類藥物進行干預治療。

2.4 微循環障礙微循環障礙是糖尿病的早期表現，以微血管瘤增生、血流量增加、毛細血管擴張為主要特征。目前關于糖尿病微循環障礙的確切發病機制尚無完全闡明，主要涉及血管內皮損傷、一氧化氮合成減少、一些多元醇通路及蛋白激酶C被激活等，導致微血管結構受損，通透性增加，基底膜增厚，血管腔狹窄或閉塞，進而發生微循環缺血缺氧，視網膜功能障礙。因此在控制血糖的同時改善微循環障礙，對于糖尿病各類慢性并發癥的預防、延緩、治療等具有十分重要的意義。

2.5 表觀遺傳學改變同卵雙生的兩個人具有相同的基因組，即使在相同的環境下，他們的性格、健康狀況也會有較大的差別，這種基因的核苷酸序列未發生改變，而基因表達及細胞表型發生變化的現象稱為表觀遺傳改變，該種改變通常具可遺傳性。隨著對基因信息研究的深入，表觀遺傳將作為一個更加準確的方法來闡述疾病的發生及發展。

目前研究較多的表觀遺傳學機制主要有DNA甲基化、組蛋白乙酰化、甲基化和非編碼RNA調控。糖尿病環境可以改變包括氧化應激、凋亡及炎癥相關的基因，并干擾代謝的穩態水平。而表觀遺傳學修飾在各種慢性疾病的基因表達中具有重要作用，最近有研究也已經證實了DNA甲基化在胰島功能中的作用。Liu等[17]發現調控DNA甲基化中MAN2A2位點的表達水平可能與胰島素抵抗的發展有關。SUV39H2是一個編碼組蛋白甲基轉移酶的基因，組蛋白甲基轉移酶催化H3K9的甲基化，芬蘭對3 000名糖尿病腎病患者進行的研究中發現，SUV39H2基因的多態性與糖尿病微血管并發癥(包括視網膜病變)之間存在關聯。這些研究提示了組蛋白修飾在糖尿病視網膜病變發展中的作用[18]。了解表觀遺傳調控因子及其在DR發病機制中的作用，可以幫助識別新的靶點來對抗糖尿病視網膜病變。

3 藥物治療

3.1 西醫藥治療西醫診療多以優化血糖、控制血壓等指標來降低DR風險或延緩其進展。常用VEGF藥物、皮質類固醇激素等治療。視網膜新生血管的形成被認為是DR患者視力喪失的主要原因，VEGF可破壞血管內皮細胞和周細胞，造成視網膜水腫和出血等。玻璃體腔注射抗VEGF類藥物可減輕毛細血管滲漏，減少新生血管的形成，成為治療DR的首選方案[23]。

近年來，類固醇激素已成為治療DME和增殖性DR的新方法。這種治療方式可減輕全視網膜光凝手術導致的視覺敏感度下降以及黃斑水腫等。現階段用于治療視網膜病變的皮質類固醇激素類藥物有曲安奈德、氟西奈德和地塞米松等，該類藥物的特征是短期療效顯著，但長期使用后機體易產生耐藥性。因此，該類藥物常作為臨床輔助治療手段。

除藥物治療外，對已確診的視網膜病變患者，激光光凝治療和玻璃體切割術作為快速改善視力的治療手段廣泛的應用于臨床。光凝術用于治療DR的基本原理是利用激光的光熱效應使脈絡膜瘢痕化，致視網膜對氧的需求下降，既可以封閉缺氧的視網膜，減少新生血管因子的產生，又可以使新生血管萎縮，術后視網膜內毛細血管收縮，滲漏減少，明顯減輕視網膜水腫和滲出情況，挽救患者剩余視力。DR晚期會出現牽拉性視網膜脫落，纖維增生加重，通過玻璃體切除手術能夠清除玻璃體內積血，解除玻璃體牽引，使患者的視力恢復到良好水平。但是由于手術過程中有明顯出血，且對操作要求較高，因而更多的研究指出，在術前聯合玻璃體內注射血管內皮生長因子抑制劑(如雷珠單抗或貝伐單抗)能夠明顯改善手術過程的出血，抑制新生血管和滲出反應，縮短手術用時，從而提高手術療效和安全性。

3.2 中醫藥治療傳統中醫理論表明視網膜病變多為氣陰兩虛、痰濕內阻、肝腎虧損等因素所致的目絡阻滯，常見虛實夾雜。糖尿病患者久病后會灼熱傷氣，氣傷則血行推動乏力，陰虛則火旺灼傷血脈，經脈失養，漸使血行推動不暢而成瘀，目缺乏精血、精液的濡養而出現眼部疾患。DR伴視網膜出血，辨證兼顧止血活血、應實施活血化瘀之法。中醫治療大多以清熱，健脾益氣，養陰生津為治本原則。周玲玉等[19]在研究金銀花水提物對DR的改善作用實驗中發現，金銀花水提物可能通過抑制NF-κB介導的炎性信號通路，緩解視網膜的炎性損傷并改善BRB的滲漏，為清熱解毒類成分用于DR的防治奠定了實驗依據。李春敏[20]利用清熱化瘀方治療非增殖期糖尿病視網膜病變(nonproliferative diabetic retinopathy，NPDR)的臨床觀察中，得到結論：試驗組患者眼底改善有效率和臨床療效有效率均高于用羥苯磺酸鈣膠囊治療組，并且能夠提高患者的預后視力。王雨[21]使用當歸、黃芪、生地黃、熟地和澤瀉等組方配伍，結合西醫治療的方案，結果顯示中藥能在降低血糖的同時，減少血脂與血液的黏滯度，促進患者機體微循環，逆轉或延緩DR的發展，提示中藥活血化瘀藥治療DR的臨床效果較好，安全性高。中醫治療DR常與西醫療法結合應用，可明顯改善眼底及視力狀況，提高治愈率，但由于缺少對藥效機制的研究，樣本數量較小，應用起來存在一些不足。

3.3 基因治療DR是一種或多種基因作用引發的疾病，目前公認的與DR發生發展相關的基因主要包括有晚期糖基化終產物受體基因、維甲酸X-γ受體、醛糖還原酶基因等候選基因。基因多態性與環境因素共同作用影響著DR的發生，且基因多態性在不同種族之間存在較大差異，VEGF基因多態性是DR基因單核苷酸多態性研究最多的一類。有研究發現不同人群中與DR相關的基因多態性位點可能不一樣，如IL-10基因rs1800896多態性與中國漢族人群DR相關[22]，rs2010963位點與印度人發生DR相關[23]；此外，尚有維生素D受體基因、促紅細胞生成素基因、細胞黏附分子-l基因多態性被證實均與DR關系密切。

隨著對DR發病機制認識的不斷提高，科研人員也在致力于尋找新的治療方法，包括基于藥物遺傳學原理的一些新方法，如針對腎素血管緊張素酶基因、抗氧化酶和補體系統等的基因治療方案，為DR防治提供更多的依據。

4 小結與展望

DR由多因素聯合作用導致，多種發病機制復雜交錯、相互協同、共同參與了DR的發生及發展。常用的臨床治療方案，如激光光凝治療、玻璃體腔注射抗VEGF藥物、皮質激素類、玻璃體視網膜手術等，均只關注晚期血管病變，針對的是本病的單一病理過程，例如：抗VEGF藥物會降低VEGF的生物有效性，且患者需要每個月接受抗VEGF治療才能獲得最大的臨床效果；類固醇激素只能抑制炎癥；而手術治療更多的針對嚴重型纖維化視網膜。所有這些治療都顯示出特定的局限性，以及一些不可避免的副作用，比如感染風險及術后眼壓降低。因此，亟需開發有效低毒的治療藥物。

DR是糖尿病最常見的微血管病變，也可作為一個獨立的預測糖尿病患者大血管并發癥及心血管風險的指標，在糖尿病患者綜合管理中具有重要意義。總之，DR在糖尿病患者中的存在不僅意味著“視力問題”，通常伴隨著該患者存在患其他微血管、大血管疾病以及癡呆的高風險。而對糖尿病患者實施個性化治療時，DR的存在常常被遺忘。因此DR的管理必須提供關于健康飲食和良好生活方式的建議，如加強鍛煉、警惕體重變化等，加強糖尿病患者早期的篩查及治療成為控制和預防糖尿病視網膜病的重要途徑。在DR的早期階段，醫生唯一能提供的治療策略是嚴格控制DR的危險因素(主要是血糖和血壓)，也就意味著目前對DR的有效治療多適用于該病的晚期，但對于如何及早發現DR并施以有效的治療方案仍然面臨許多挑戰，糖尿病視網膜病的防治工作任重道遠。