神經膠質成熟因子-β誘導糖尿病大鼠視網膜Müller細胞炎癥反應的機制研究

羅影　單偉　張俏

摘要：目的 研究神經膠質成熟因子-β（GMFB）對糖尿病大鼠視網膜Müller細胞活化的作用及相關機制。方法 SPF級雄性SD大鼠60只，采用腹腔注射鏈脲佐菌素（STZ，55 mg/kg）制備糖尿病模型后分為STZ組、STZ+AAV-GMFB組和STZ+AAV-GMFB+K252a組，每組15只。另取15只正常大鼠作為CON組。STZ+AAV-GMFB組和STZ+AAV-GMFB+K252a組大鼠于成模8周后玻璃體腔單次注射AAV-GMFB腺病毒載體5 μL。STZ+AAV-GMFB+K252a組在注射腺病毒基礎上給予腹腔注射25 ?g/（kg·d）的K252a。12周后，免疫熒光檢測GMFB在Müller細胞中的表達，免疫組織化學染色檢測視網膜膠質纖維酸性蛋白（GFAP）的表達，酶聯免疫吸附試驗檢測視網膜炎性因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-1β、IL-6的表達，Western blot檢測GMFB、腦源性神經營養因子（BDNF）及磷酸化酪氨酸激酶受體B（p-TrkB）蛋白相對表達水平。HE染色檢測視網膜病理改變。結果 GMFB在Müller細胞中大量表達。與CON組比較，STZ組GMFB、GFAP表達及TNF-α、IL-1β、IL-6水平增加，BDNF、p-TrkB蛋白表達減少，視網膜神經節細胞（RGC）排列紊亂，數量減少；與STZ組比較，STZ+AAV-GMFB組GMFB、GFAP表達及TNF-α、IL-1β、IL-6水平降低，BDNF、p-TrkB蛋白表達增加，RGC排列整齊，數量增加。TrkB抑制劑K252a能大部分逆轉AAV-GMFB的保護作用。結論 糖尿病大鼠視網膜GMFB表達增加，誘導了Müller細胞活化，加重了炎癥反應，該作用與抑制BDNF/TrkB信號通路有關。

關鍵詞：糖尿病；糖尿病視網膜病變；炎癥；神經膠質成熟因子-β；Müller細胞；BDNF/TrkB信號通路

中圖分類號：R587.1，R774.1文獻標志碼：ADOI：10.11958/20221106

Study on the mechanism of glial maturation factor-β induced inflammatory response of retinal Müller cells in diabetes rats

LUO Ying SHAN Wei ZHANG Qiao

1 Department of Neurology， the First Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University， Jinzhou 121001， China;

2 Department of Anatomy， Jinzhou Medical University

△Corresponding Author E-mail： 594926970@qq.com

Abstract： Objective To study the activation and its related mechanisms of glial maturation factor-β（GMFB） on retinal MüLler cells in diabetes rats. Methods Sixty SPF grade male SD rats were divided into the streptozotocin （STZ） group， the STZ+AAV-GMFB group and the STZ+AAV-GMFB+K252a （TrkB inhibitor） group with 15 rats in each group. Another 15 normal rats were taken as the CON group. Rats in the STZ+AAV-GMFB group and the STZ+AAV-GMFB+K252a group were injected with AAV-GMFB adenovirus vector 5 μL in vitreous cavity 8 weeks after modeling. The STZ+AAV-GMFB+K252a group received intraperitoneal injection of K252a （25 ?g·kg-1·d-1）. After 12 weeks， the expression of GMFB in Müller cells was detected by immunofluorescence， the expression of glial fibrillary acidic protein （GFAP） in retina was detected by immunohistochemistry， and the retinal inflammatory factor tumor necrosis factor- α （TNF-α）， interleukin （IL）-1β and IL-6 were detected by ELISA. The relative expression levels of GMFB， brain derived neurotrophic factor （BDNF） and its tyrosine kinase receptor B （p-TrkB） were detected by Western blot assay. HE staining was used to detect the pathological changes of retina. Results GMFB was expressed in Müller cells. Compared with the CON group， the expression levels of GMFB， GFAP and TNF-α， IL-1β， IL-6 levels increased， the number of retinal ganglion cells （RGC） and the expression levels of BDNF， p-TrkB decreased in the STZ group. Compared with the STZ group， the expression levels of GMFB， GFAP and TNF-α， IL-1β and IL-6 levels decreased， the expression of BDNF， p-TrkB and the number of RGC were increased in the STZ+AAV-GMFB group. However， K252a can largely reverse the protective effect of AAV-GMFB. Conclusion The expression of GMFB in the retina of rats with diabetes is increased， which can induce the activation of Müller cells and aggravate the inflammatory response. This effect is related to the inhibition of BDNF/TrkB signal pathway.

Key words： diabetes mellitus; diabetic retinopathy; inflammation; glial maturation factor-β; Müller cells; BDNF/TrkB signaling pathway

Müller細胞為視網膜神經膠質細胞，對維持視網膜功能尤為重要。高血糖會引起視網膜環境的紊亂，進而影響正常Müller細胞的功能，最終影響整個視網膜功能［1-2］。研究顯示，高血糖狀態下，Müller細胞活化會釋放多種炎性因子，產生嚴重的神經炎癥反應，導致神經元功能障礙，引起新生血管形成［3］。神經膠質成熟因子-β（glial maturation factor-β，GMFB）是一種生長分化因子，介導神經元和神經膠質的生長和成熟。研究顯示，GMFB在多種神經炎癥和神經變性疾病中表達上調并加重神經變性和神經炎癥［4-5］。目前，有關GMFB在糖尿病誘導的Müller細胞活化中影響的研究較少。在高血糖狀態下，腦源性神經營養因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）及酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）在視網膜中表達降低，表明糖尿病性視網膜神經退行性疾病可能與神經營養因子的缺乏有關［6］。Müller細胞可以釋放神經營養因子，在維持視網膜穩定方面起重要作用。然而，在高血糖狀態下，Müller細胞過度活化可導致神經營養因子釋放減少，炎性因子釋放增加［7］。本研究旨在探討GMFB在糖尿病視網膜損傷下的功能定位及其對BDNF/TrkB通路的調控作用。

1 材料與方法

1.1 主要材料 SPF級雄性SD大鼠65只，體質量180～220 g，購自錦州醫科大學，生產許可證號：SCXK（遼）2009-2021。鏈脲佐菌素（STZ）購自美國Sigma公司；TrkB抑制劑K252a（美國AbMole公司）；兔抗大鼠GMFB、膠質纖維酸性蛋白（GFAP）、BDNF、p-TrkB一抗，小鼠抗大鼠谷氨酰胺合成酶（GS）一抗，β-actin一抗購自英國Abcam公司，熒光二抗及Western blot二抗購自英國Abcam公司；酶聯免疫吸附試驗（ELISA）及蘇木精-伊紅（HE）染色試劑盒購自上海MLBIO公司。

1.2 研究方法

1.2.1 動物分組及模型制備 50只大鼠適應性飼養1周，建模前禁食水12 h，采用腹腔注射STZ（55 mg/kg）制備糖尿病模型。72 h后空腹血糖≥16.7 mmol/L為模型制備成功，其中模型成功45只。采用隨機數字表法分成STZ組、STZ+AAV-GMFB組和STZ+AAV-GMFB+K252a組，每組15只。另取15只正常大鼠作為CON組。STZ+AAV-GMFB組和STZ+AAV-GMFB+K252a組大鼠于成模8周后麻醉，解剖顯微鏡下用微量進樣器于內眥角膜緣后1.0 mm處進針，玻璃體腔單次注射AAV2型GMFB敲低腺病毒載體（AAV-GMFB）5 μL（預實驗已證實AAV病毒稀釋液的安全性），注射后72 h內大鼠出現出血、感染等并發癥時予以剔除；STZ+AAV-GMFB+K252a組在注射腺病毒基礎上給予腹腔注射K252a，劑量25 ?g/（kg·d）［8］；CON組和STZ組給予腹腔注射等劑量生理鹽水。AAV-GMFB由上海吉瑪生物有限公司設計完成，其靶序列為3′-ACACCGAAGACCTAACTGA-5′，滴度為1×1010 PFU/mL。各組均干預12周，期間均無大鼠死亡，實驗遵循國家《實驗動物管理條例》。

1.2.2 標本采集 模型制備12周后，用戊巴比妥鈉（10 g/L）麻醉大鼠。每組5只大鼠采用4%多聚甲醛灌流1.5～2.0 h，取眼球置于-4 ℃固定液中48 h，常規進行石蠟包埋，5 μm切片，用于免疫熒光、免疫組織化學染色和HE染色。5只大鼠取新鮮視網膜組織進行酶聯免疫吸附試驗（ELISA）。5只大鼠進行Western blot檢測。

1.2.3 免疫熒光染色觀察Müller細胞中GMFB的表達 切片常規脫蠟水化。磷酸鹽緩沖液（PBS）洗滌3次，每次5 min，10%山羊血清+0.3% Triton-X 100室溫孵育2 h；加入GMFB（1∶300）、GS（1∶500）一抗，4 ℃孵育過夜。PBS洗滌3次，每次10 min，滴加Alexa 488和Alexa 594標記的二抗（1∶500），室溫避光濕盒孵育2 h。PBS洗滌3次，每次10 min，抗熒光淬滅封片劑封片，倒置熒光顯微鏡下拍照觀察，實驗重復3次。

1.2.4 免疫組織化學染色觀察視網膜GFAP表達分布 切片常規脫蠟水化，抗原修復后恢復至室溫，3% H2O2避光反應10 min。PBS洗滌3次。滴加山羊血清工作液30 min。滴加一抗GFAP（1∶300）4 ℃孵育過夜。次日（＞18 h）復溫1 h，二抗（1∶500）孵育1 h，PBS洗滌，鏈霉素親和素孵育1 h。DAB顯色后蘇木素復染，梯度乙醇和二甲苯溶液脫水透明，中性樹膠封片。顯微鏡下觀察，鏡下出現棕黃色顆粒為GFAP表達陽性。

1.2.5 ELISA檢測視網膜炎性因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-1β、IL-6相對表達水平 取新鮮視網膜，加入裂解液，收集各組上清液，于4 ℃、12 000 r/min離心20 min，按照ELISA說明書加液后37 ℃水浴60 min，棄去液體，每孔加入過氧化氫和3，3'，5，5'-四甲基聯苯胺混勻后反應15 min。加入終止液，以450 nm波長處測光密度（OD）值。

1.2.6 Western blot檢測GMFB、BDNF、p-TrkB蛋白相對表達水平 收集上清液同1.2.5。BCA試劑盒測定蛋白濃度。電泳，轉膜，1% BSA封閉2 h。加入GMFB（1∶5 000）、BDNF（1∶8 000）、p-TrkB（1∶5 000）、β-actin（1∶5 000）4 ℃孵育過夜。18 h后TBST洗膜，二抗（1∶5 000）室溫孵育2 h，ECL顯影。用Image J 1.8.0軟件分析各蛋白相對表達水平。

1.2.7 HE染色觀察視網膜病理變化 切片常規脫蠟水化后PBS洗3次；蘇木素浸染2 min，自來水沖洗；伊紅浸染1 min，自來水沖洗；脫水透明后封片，倒置顯微鏡拍照觀察視網膜神經節細胞（RGC）在節細胞層的排列和數量變化。

1.3 統計學方法 采用SPSS 22.0統計軟件進行數據分析。符合正態分布的計量資料以x±s表示，多組間計量資料比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t法。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 GMFB在Müller細胞中的表達 通過GMFB和Müller細胞標志物GS免疫熒光雙標發現，GMFB在Müller細胞中大量表達，見圖1。

2.2 各組GFAP表達分布情況比較 CON組GFAP僅表達于節細胞層，STZ組和STZ+AAV-GMFB+K252a組GFAP表達貫穿視網膜全層。STZ+AAV-GMFB組GFAP表達量介于CON組和STZ組之間，見圖2。

2.3 各組視網膜炎性因子表達水平比較 與CON組比較，STZ組TNF-α、IL-1β、IL-6表達水平增加（P＜0.05）。與STZ組比較，STZ+AAV-GMFB組TNF-α、IL-1β、IL-6表達水平降低（P＜0.05）。與STZ+AAV-GMFB組比較，STZ+AAV-GMFB+K252a組TNF-α、IL-1β、IL-6表達水平增加（P＜0.05），見表1。

2.4 各組BDNF/TrkB通路蛋白相對表達水平比較 與CON組比較，STZ組GMFB相對表達水平增加，BDNF、p-TrkB相對表達水平降低（P＜0.05）。與STZ組比較，STZ+AAV-GMFB組GMFB相對表達水平降低，BDNF、p-TrkB相對表達水平升高（P＜0.05）。與STZ+AAV-GMFB組比較，STZ+AAV-GMFB+K252a組GMFB相對表達水平無明顯變化（P＞0.05），BDNF、p-TrkB蛋白相對表達水平降低（P＜0.05），見表2、圖3。

2.5 各組視網膜病理變化 與CON組比較，STZ組RGC排列紊亂，數量明顯減少。與STZ組比較，STZ+AAV-GMFB組RGC排列整齊，數量增加。與STZ+AAV-GMFB組比較，STZ+AAV-GMFB+K252a組RGC排列紊亂，數量明顯減少，見圖4。

3 討論

高血糖會引起嚴重的Müller細胞活化，導致神經營養因子釋放減少，炎性因子釋放增加［1-2，7］。GMFB主要在中樞神經系統中表達，包括星形膠質細胞、小腦中的神經膠質細胞以及視網膜中的Müller細胞等神經膠質類細胞［4］。研究發現，在出生后14 d的大鼠視網膜中可檢測到GMFB mRNA和蛋白，且GMFB的表達主要局限于大鼠視網膜中的Müller細胞［9］。本研究采用GMFB和Müller細胞標志物GS免疫熒光染色后發現，GMFB與GS大量共存，且與CON組比較，STZ組大鼠視網膜GMFB表達明顯增加，表明高血糖會誘導視網膜表達GMFB，提示GMFB的表達變化與糖尿病視網膜損傷密切相關。本研究進一步發現，STZ+AAV-GMFB組GMFB相對表達水平較STZ組降低，提示敲低GMFB表達可抑制高血糖引起的Müller細胞活化，減輕細胞損傷程度。

現已確定糖尿病動物模型Müller細胞會被激活，其明顯標志之一是GFAP的表達增加［10］。本課題組前期研究發現，正常大鼠視網膜GFAP僅少量表達于節細胞層，而糖尿病大鼠GFAP呈現全細胞免疫陽性［11］。Müller細胞活化后會釋放大量的炎性因子，且其是視網膜IL-1β產生的主要來源。在Müller細胞中，高血糖可強烈誘導IL-1β信號通路激活［1］。除IL-1β外，Müller細胞還產生TNF-α和IL-6等炎性因子［12-13］。這些炎性因子加重了糖尿病視網膜慢性炎癥，且隨病程延長，炎癥進展也促進視網膜細胞損傷［3］。本研究結果也證實，STZ組視網膜GFAP、TNF-α、IL-1β、IL-6水平較CON組均增加，提示高血糖會引起Müller細胞處于極度活化狀態，這對視網膜是有害的。而注射AAV-GMFB后，上述指標均降低，表明GMFB表達上調是介導的Müller細胞活化誘發的炎癥反應的重要原因之一。

BDNF具有神經保護功能和神經營養作用，可以促進神經再生，維持正常的神經元功能［14］。研究發現，糖尿病時BDNF表達明顯降低，視網膜功能受損［15］。本研究結果顯示，與CON組比較，STZ組BDNF及其受體p-TrkB蛋白相對表達水平降低，提示糖尿病大鼠視網膜中Müller細胞功能下降，炎癥反應加重。而與STZ組比較，STZ+AAV-GMFB組BDNF和p-TrkB相對表達水平升高，提示下調GMFB表達可促進BDNF及其受體TrkB的表達，保護視網膜。為了進一步驗證BDNF/TrkB途徑在GMFB調節視網膜損傷中的作用，本研究在給予AAV-GMFB的同時，給予TrkB受體抑制劑K252a，發現K252a大部分逆轉了AAV-GMFB的保護作用，再次證實GMFB在糖尿病視網膜損傷中的作用是通過BDNF/TrkB途徑實現的。

綜上所述，糖尿病時視網膜GMFB表達明顯上調，誘導了Müller細胞活化，進而加重了炎癥反應，GMFB表達上調可對視網膜造成損害。AAV-GMFB可抑制Müller細胞活化，降低炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6的表達，保護RGC，該保護作用機制與激活BDNF/TrkB途徑密切相關。然而，糖尿病機制復雜，GMFB調控此信號通路進而對糖尿病大鼠視網膜的作用機制仍需進一步驗證。

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（2022-07-14收稿 2022-09-29修回）

（本文編輯 陸榮展）