血清胱抑素C水平與糖尿病視網膜病變相關研究進展

孔蕾，杜鵬宇，冉啟玉，孫冰

（濟寧醫學院，山東 濟寧 272013 ）

0 引言

國際糖尿病聯合會（IDF）估計[1]，2021年全球成年人群的糖尿病（diabetes mellitus,DM）患病人數約5.366億人，到 2045年將上升至7.832 億，在收入群體中，中等收入國家的患病率最高，其中包括中國。DM的并發癥也隨之增加。糖尿病視網膜病變（diabetic retinopathy, DR）是2型糖尿病（type 2 diabetes, T2DM）常見慢性并發癥，也是成人可預防失明的主要原因。該病程初期無明顯臨床癥狀，隨著病程的進展，逐漸出現視物模糊，嚴重者甚至導致失明。所以對于預防DR導致的視力喪失最重要的就是早期發現和治療。DR分級的金標準是彩色眼底照片[2]，這需要專業的眼科醫生和儀器設備，所以需要一種更直觀、方便的指標可早期發現DR的方法以便早期干預，延緩病程的進展和改善預后。CysC作為半胱氨酸蛋白酶的細胞外抑制劑，通過與目標酶的活性位點互補以發揮抑制作用，并參與機體各種生理與病理過程。有研究發現[3]，CysC參與氧化應激、炎癥反應，血管壁重塑與新生血管生成及神經變性等病理過程，及與視網膜血管分形維數及直徑、基因多態性密切相關。CysC的生物特性及作用使其成為DR研究中的熱點，探討及闡明CysC參與DR發展的分子機制可以為開發新的治療方法以預防眼部并發癥提供了基礎。目前大量研究表明CysC在DR的發展中發揮重要調控作用，本文就目前CysC與DR的相關研究進展進行如下綜述。

1 胱抑素C的生物特征

半胱氨酸蛋白酶抑制劑C(Cystatin C,CysC)又稱為胱抑素C，屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族Ⅱ家族成員，是半胱氨酸蛋白酶的有效抑制劑[4]，有研究[5]對雞胱抑素應用X射線散射技術形成的三維結構進行了分析，結果表明，雞CysC的分子中心在5個反平行的β折疊片層結構附近有一個長的α螺旋，在β貼片的末端露出第一β發夾環，N端區域和第二發夾環位于兩側。這三個結構域構成楔形結構，該楔形結構與目標酶的活性位點互補以發揮抑制作用。CysC的CST3編碼基因屬于管家基因，由所有有核細胞以恒定速率產生，且有明顯非組織特異性表達，在人的很多組織中均有表達[6]；CysC是一條單一非糖基化多肽鏈由120個氨基酸殘基組成的，分子量為13,343-13,359 Da[7]。CysC可以由腎小球自由的過濾，然后在近端腎小管處吸收并完全分解代謝。胱抑素C不受性別、年齡、身高、炎癥、肌肉質量、惡性腫瘤的影響，其產生速率通常是恒定的，CysC的穩定性很好[8]，所以CysC被作為早期腎損傷的標志物。近年來有研究發現[9]，包含肌酐和胱抑素C但省略種族的新腎小球濾過率方程比單獨使用肌酐或胱抑素C但省略種族的方程更準確，使不同種族人群之間的差異更小，所以胱抑素C已被公認為慢性腎衰的早期和準確的生物標志物。而糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)和DR同屬于糖尿病微血管病變(diabetic microangiopathy, DMAP)，所以兩者可能存在相同的危險因素，一旦發現其中一種并發癥，可能提示另一種并發癥也已經正在發生、進展。

2 CysC與DR的關系

CysC 可能通過以下機制參與DR的發展。

2.1 氧化應激

氧化應激是由活性氧（reactiveoxygen species, ROS）的產生與生物抗氧化系統之間的不平衡引起的[10]，在人體內線粒體、質膜、內質網和過氧化物酶體均可產生ROS，其中線粒體呼吸是ROS的主要細胞來源，這種產生通過抗氧化系統清除來平衡，其中包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶等[11]。在糖耐量受損和糖尿病等高血糖狀態下，通常已經存在胰島素抵抗和β細胞功能受損[12]。慢性高血糖通過多種分子途徑誘導胰島內的自由基生成，ROS的積累并導致對DNA、蛋白質和其他分子的非特異性氧化損傷[11]。氧化應激通過多種分子機制損害細胞功能。其顯著減少了胰島素的產生，損害了胰島素原囊泡進入質膜，并減少了葡萄糖進入循環時的胞吐作用。而且還誘導胰腺細胞的凋亡過程，導致細胞的功能下降和凋亡[13,14]。氧化應激通過脂質過氧化、DNA 損傷和線粒體功能障礙，在糖尿病各種并發癥的病理生理學中起關鍵作用[15-17]。同樣的，同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)也可通過一系列反應促進氧自由基的形成。由于高濃度的CysC可以抑制Hcy的分解，使Hcy濃度升高，促進大量氧自由基的形成[18]，從而導致血管平滑肌的增生，血管內皮細胞的損傷，促進血小板黏附和聚集、進一步血栓形成，繼而導致組織缺氧、微血管循環障礙，從而誘發DR[19]。

2.2 炎癥反應

CysC經過一系列反應可激活中性粒細胞[20]，進而誘發血管炎性反應，從而加重血管硬化程度。而DR的病理基礎為持續處于高血糖水平而導致微血管損傷，亦進一步表明CysC水平與糖DR密切相關[21]。還有一些研究表明[5]，CysC可能參與免疫細胞中酶和其他底物的蛋白水解加工，抗原呈遞，樹突狀細胞的成熟，蛋白功能的調節以及皮膚屏障的形成，參與免疫防御的第一道防線。由此可以看出，CysC與許多炎癥性疾病之間有著密切的關聯，所以CysC水平具有診斷價值或被用作許多炎癥性疾病預后的標志物。

2.3 血管壁重構與新生血管形成

有動物實驗表明[22]，CysC單克隆抗體可以通過降低CysC水平減輕血管周細胞的活化、增殖和表型調節，減輕外膜成纖維細胞向內膜的遷移，抑制平滑肌細胞的增殖。表明血清CysC水平可能在兔球囊損傷腹主動脈的血管重塑中起重要作用。在糖尿病視網膜病變的發展過程中，CysC可增加視網膜血管的通透性，可促進血管壁重構，從而導致視網膜新生血管的形成。

2.4 神經變性

DR的病理生理改變與黃斑的異常沉淀物、黃斑水腫、視網膜新生血管、炎性反應有關[23-24]。最近的研究表明[25]，DR可能不僅是一種微血管疾病，而且還是神經視網膜變性的結果。神經視網膜變性結構上包括無長突細胞和穆勒細胞的凋亡、反應性神經膠質增生、神經節細胞層/內叢狀(ganglion cell layer,GCL)厚度、視網膜厚度和視網膜神經纖維層厚度，以及最小邊緣寬度的神經視網膜邊緣減小。DR的病理生理改變與視神經病變及神經膠質細胞的過表達有關[23-24]。視網膜中的小膠質細胞作為炎癥細胞，除了參與免疫應答和炎癥反應，還參與神經網絡的發育和維持。在非增殖性糖尿病視網膜病變（nonproliferativediabetic retinopathy,NPDR）中，其增加的血管周圍小膠質細胞沉降到視網膜叢狀層，并表現出輕度肥大。在增殖性糖尿病視網膜病變（proliferative diabetic retinopathy，PDR）中，小膠質細胞聚集在缺血區域，新血管嚴重擴張。小膠質細胞和視網膜神經節細胞之間的接觸也位于視網膜前膜。這些發現表明，活化的小膠質細胞參與DR的所有階段，甚至可能加速DR的進展[26]。CysC則通過提高黏附分子的表達水平，來活化小膠質細胞，通過參與神經元退行性變等病理生理過程，參與DR的形成。

3 CysC在DR中的診斷應用

DR診斷是依據初步散瞳和全面的眼科檢查，這需要眼科醫生或驗光師及專業的儀器設備[27]。DR造成的視力損害及失明對于個人和社會來說成本都非常大[28]，所以DR的篩查就顯得非常重要。眼底檢查可較為準確地診斷是否DR，熒光素眼底血管造影可以更好地分期，但因不便捷、對人力和物力的依賴性高,患者仍然希望有更經濟、簡單便捷和可靠的檢測指標來早期診斷DR。以下將從CysC在早期診斷、視網膜血管直徑、基因多態性及中醫證型等方面與DR的關系展開討論。

3.1 CysC水平與DR早期發病密切相關

國內外均有相關研究。Hye Jeong Kim等人選取了806例DM患者的血糖控制情況，排除腎病患者，受試者按血清CysC水平的四分位數分為四組，DR (P＜0.001)患者在血清CysC四分位數中比例增加，調整混雜因素后，最高血清CysC水平仍然是DR的重要危險因素，由此得出血清CysC可能有助于識別無腎病2型糖尿病患者[29]。鄭德莎[19]等選取了3032例研究對象，Meta分析結果顯示，與健康對照組比較，單純DM組血清CysC水平升高0.79mg/L；與單純DM組比較，DM并發NPDR組血清CysC水平升高0.98mg/L；與DM并發NPDR組比較，DM并發PDR組血清CysC水平升高1.34mg/L，由此得出CysC水平與DR的嚴重程度有關。王前明等收集 144 例 T2DM 患者的臨床資料，根據眼底拍照結果分成視網膜病變組和單純糖尿病組，得出CysC與DR呈正相關，CysC對DR診斷有重要價值，聯合檢測高密度膽固醇脂蛋白、胱抑素C、糖化血紅蛋白等指標，對于DR的早期風險評估有重要意義[30]。綜上所述，血清CysC水平與DR呈正相關，血清CysC水平可作為DR的早期診斷、臨床分期及預后評價的實驗室指標。

3.2 CysC水平與視網膜血管直徑密切相關

有研究[31]納入1689名T2DM患者，對其視網膜血管幾何測量，在調整多個變量后，得出較小的小動脈分形維數即分支結構的復雜性和密度與CysC水平偏高相關；對視網膜血管直徑測量后，得出較窄的中央和中小動脈直徑及較寬的中央、中部和外周小靜脈直徑與CysC水平偏高相關，由此可以得出T2DM患者的多種視網膜血管分形維數和直徑測量與CysC相關。研究表明[32]，在DM患者中某些內皮產生的血管收縮劑會產生增加，如內皮素-1，而內皮產生的血管擴張劑則會產生減少，如一氧化氮，這導致視網膜血管收縮進而導致視網膜血管密度降低；內皮素-1還可能導致入球小動脈和出球小動脈的同等收縮，并減少腎血漿流量和腎小球濾過率，這可能導致CysC的增加。還有研究表明[33]谷胱甘肽過氧化物酶-3(glutathione peroxidase-3, GPx3)可以通過調節視網膜微循環血管細胞的氧化還原狀態而起作用，這些可能是較小的視網膜小動脈分形維數與CysC相關的機制。視網膜小靜脈直徑通過炎癥介質增加導致腎小球損傷內皮細胞，進而導致CysC升高[33]。這可能是視網膜小脈直徑增寬和CysC升高的相關機制。

3.3 CysC基因多態性與DR關系尚存在爭議

在DM病程足夠長的情況下，DR的發病也存在個體化差異性，這除了環境、飲食習慣外，遺傳也在DR發病中發揮著重要作用，基因多態性可能會導致個體化差異。而DR的基因參與多種途徑，包括醛糖還原酶途徑，腎素-血管緊張素系統，葡萄糖轉運蛋白，多元醇途徑，非酶糖基化，內皮功能障礙，血管張力維持和細胞外基質重塑。而參與這些途徑的基因則是DR的候選基因，其中包括醛糖還原酶，血管緊張素Ⅰ轉換酶，血管緊張素Ⅱ1型受體，葡萄糖轉運蛋白1，晚期糖基化終產物，血管緊張素原，血管內皮生長因子，誘導型和組成型一氧化氮合酶，內皮素亞型及其細胞受體和轉化生長因子β[34]。人類CysC基因編碼區的 DNA變異已可以通過直接測序檢測到，多態性，即G/A轉換，導致信號肽倒數第二個氨基酸的丙氨酸/蘇氨酸變異[35]。有研究表明[36]，CST3基因的單核苷酸多態性(rs1064039)與血清CysC水平的關系，則為具有G等位基因的患者血清CysC水平將更高，而具有A等位基因的患者將血清CysC水平將更低。CysC通常以無活性單體或二聚體形式存在，但在分泌前在細胞中轉化為活性單體形式。突變CysC產生的二聚體具有更高的穩定性，盡管有少數二聚體仍可以轉化后分泌，但突變的總體影響是CysC分泌活性降低。但仍有研究顯示[37]CysC基因位點在DM患者和正常人中分布差異無統計學意義，CysC水平不受基因多態性的影響。還有研究表明[38]STAT4基因多態性（rs3821236、rs11893432、rs11889341、rs7574865、rs897200）與中國漢族人群T2DM風險存在潛在關聯。STAT4rs11893432、rs7574865和 rs897200分別與溶血磷脂酸、胱抑素C和甲狀腺素T4顯著相關。所以CysC基因多態性與DR的關系仍存在爭議，未來需要更多不同種族人群更深入的研究來探討兩者的關系。

4 小結與展望

CysC作為半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族的一員，基因表達無組織特異性，所以在各個組織中均有表達，其生物學功能廣泛，不僅參與生理過程，而且還參與血管壁重塑，血管生成，炎癥和神經變性等病理過程，這些病理過程與黃斑水腫、視神經病變、視網膜新血管形成、炎癥過程和神經膠質細胞過度表達有關[42]，CysC參與的病理生理反應與DR的發生過程有著共同通路，同時CysC與DR在早期診斷、視網膜血管直徑、基因多態性等方面也有密切的關系，綜上所述，血清CysC是DR的獨立預測因子，可以作為DR的早期診斷指標。雖然較多研究探討了血清CysC水平與DR的相關性，但對于血清CysC水平的劑量效應與DR關系的探究較少，其超出生理水平狀態對DR進展的影響更值得進一步探究。