細胞因子在糖尿病視網膜病變發病中作用的研究進展

付 鵬，萬小波

（柳州市人民醫院眼科，廣西 柳州 545006）

糖尿病是威脅人體健康的主要代謝性疾病之一，近年隨著國內經濟發展、人們生活水平提升及飲食結構變化，糖尿病發病率呈現逐年升高的趨勢[1]。糖尿病的主要危害在于其引起的各類并發癥，其中糖尿病視網膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病較為嚴重的并發癥之一，其發病早期為非增殖性DR，以眼底微動脈瘤為特征，繼而進展為增殖性DR，伴有眼底硬性及軟性滲出、新生血管及出血等癥狀[2]。導致DR 的危險因素較多，包括血糖、血壓及血脂異常等，血管系統異常中的血-視網膜屏障破壞，血管通透性增加及進行性血管內皮細胞損傷與細胞丟失等，均是導致DR 進展的因素[3]。炎癥因子、血管生成等在DR 發病中發揮著重要作用，且近年來臨床對DR 發生機制的相關研究逐漸增多[4]。為進一步分析和了解炎癥細胞因子、血管生長相關因子、趨化因子及新型細胞因子在DR 發生、發展中的作用機制，本研究檢索整理相關研究文獻，總結既往研究結果，分析上述各細胞因子與DR 的關系，從而為臨床有關DR 發病機制研究、新型藥物研制等內容提供理論依據，現作如下綜述。

1 DR 患病率

糖尿病于全球范圍內的患病率較高，且目前正處于迅速增長期。據2021 年國際糖尿病聯盟統計，我國糖尿病患者人數超過1.4 億，位居全球第一[5]。DR 作為糖尿病患者一類高發的眼部并發癥，其患病率因國家、地區及種族而存在較大差異，發展中國家整體患病率高于發達國家[6]。國內研究結果顯示，農村地區的患病率高于城市，北方地區的患病率高于南方及東部地區[7]。

2 DR 的發病機制

DR 發病機制比較復雜，目前暫未完全明確，主要假說包括糖基化終末產物的作用、多元醇通路激活、蛋白激酶C 活化與氧化應激及炎癥反應等。機體內血糖長期處于較高水平可引發缺血及缺氧癥狀，進而導致大量的細胞因子釋放及生長因子表達異常，多種細胞因子發揮不同的生物活性，互相調節和作用，導致微循環障礙，使微血管阻塞與血-視網膜屏障破裂，產生血管滲漏、神經退行性變化、毛細血管無灌注及新生血管生成等，進而造成反復性玻璃體積血和牽拉性視網膜脫離等各類并發癥[8]。

相關研究指出，DR 屬于炎癥介質介導的慢性、低度免疫炎癥過程[9]。DR 炎癥變化主要包括白細胞浸潤、視網膜微血管系統黏附，進而引起DR 復雜的病理及生理過程。DR 患者機體內促炎細胞因子和抗炎細胞因子的分泌處于異常狀態，引起視網膜有關功能障礙，并導致疾病進展。

3 傳統細胞因子與DR 的關系

3.1 炎性細胞因子炎癥是指機體對損傷、應激及病原體侵襲而發生的非特異性反應，由模式識別受體[如Toll樣受體（TLR）和晚期糖基化終末產物（AGE）受體]識別，大多數TLR 激活髓樣分化因子88（MyD88）途徑應答配體后生成促炎細胞因子。在TLR 激活結合蛋白后，MyD88 激活后與白細胞介素-1（IL-1）受體結合激酶，誘導磷酸化下激酶是由有絲分裂原激活的蛋白激酶，與腫瘤壞子因子受體蛋白6、核轉錄因子-κB（NF-κB）激活后并釋放出多種炎癥因子，如白細胞介素-6（IL-6）等[10]。IL-6 可以誘導血管內皮生長因子（VEGF） 并促進新生血管，血管通透性增加并使內皮細胞骨架形態改變，細胞通透性增加能提高血管緊張素Ⅱ受體的表達，內皮細胞氧化應激增加可刺激生成血管緊張素Ⅱ受體，導致 DR 病情進展。白細胞介素-1α（IL-1α）能誘導中性粒細胞募集，在炎癥發生初期階段引發組織損傷。作為單核細胞分泌的促炎細胞因子，巨噬細胞與細胞表面受體結合，進而激活MyD88 信號，炎癥細胞存活并利于炎癥基因表達。當IL-1α 水平增加后，視網膜毛細血管內皮細胞變形下引起視網膜缺血，此時NF-κB 刺激誘導一氧化氮合酶的氧化應激反應，視網膜毛細血管內皮細胞形成受損[11]。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）由活化單核細胞、巨噬細胞產生，自身生物效應能實現對分子黏附、增殖、分化及細胞凋亡的調節，且在免疫系統細胞信號轉導中可以發揮重要作用，抑制胰島素信號轉導，往往與高胰島素血癥、胰島素抵抗存在密切聯系。同時，在惡病質發生、發展中，TNF-α 同樣發揮著重要作用，也是降低DR 患者BMI 的重要原因[12]。DR 患者眼內炎癥的發生與TNF-α 關系緊密，早期TNF-α 激活視網膜血管內皮細胞并增加視網膜血管通透性，中后期誘導細胞內產生活性氧，使VEGF表達增加，當血管外機制、新生血管形成后，纖維連接蛋白增殖可以誘導白細胞聚集及單核細胞趨化、上調黏附分子并激活NF-κB，刺激各種轉錄因子、生長因子，持續誘導炎癥反應。

3.2 血管生長相關因子血管內皮功能障礙為視網膜缺血的重要因素，而高血糖持續刺激、活性氧生成及炎癥反應等會引起VEGF 表達上調，而其水平上調并與受體結合后能促進血管生成。在DR 患者中VEGF 可作為評估指標，而抗VEGF 藥物為臨床治療選擇新的方向。成纖維生長因子（FGF）具有促進血管生成、利于傷口愈合的作用。研究顯示，FGF 是形成增殖膜的相關細胞因子，通過抑制蛋白酶合成介導炎癥反應，利于肌成纖維細胞分化[13]。基質金屬蛋白酶（MMP）可降解細胞外基質成分。研究表明，生理條件下MMPs 可以誘導視網膜細胞機制的重塑，處于病理狀態下誘導視網膜細胞凋亡后參與到特定蛋白結構域介導的信號功能的局部蛋白水解，與細胞表面受體之間存在相互作用[14]。

3.3 趨化因子趨化因子與多項生物化學、生理活動關系緊密，在免疫系統發育、維持免疫穩態中發揮著核心作用，可以參與免疫反應及炎癥反應。趨化因子的結構為同源性的細胞因子大家族，依據是否激活時表達劃分為炎癥趨化因子和穩態趨化因子[15]。單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）為第一個被廣泛研究的趨化因子家族成員之一。目前認為，在DR 發病中血清及眼內MCP-1 水平偏高，且與DR 的嚴重程度密切相關[16]。此外，MCP-1 能通過增加膠原蛋白表達實現對MMPs 的調節，進而激活成纖維細胞表型參與到組織纖維化過程中。

4 新型細胞因子與DR 的關系

4.1 生長分化因子-15（GDF-15） GDF-15 是GDF-15 基因編碼后生成的、具有多種生物學效應的應激反應蛋白，參與細胞增殖、分化及凋亡過程。當機體處于缺氧、缺血及腫瘤等病理條件下，GDF-15 表達水平呈現上升趨勢，進而激活細胞外調節蛋白激酶1/2（ERK1/2）、蘇氨酸蛋白激酶（AKT）等相關信號通路，有效調節血管內皮細胞增殖、分化、遷移及血管生成作用[17]。在缺氧、炎癥等病理情況下，GDF-15 表達增加，經旁分泌/自分泌等途徑作用于細胞后參與到細胞增殖、凋亡等過程[18]。

4.2 胰島素樣生長因子-1（IGF-1） IGF-1 約有45%的結構與胰島素相似，以親水表面部分為主，IGF-1 有胰島素樣活性[19]。IGF-1 可激活缺氧誘導因子，使眼內VEGF、促紅細胞生成素表達水平升高。同時，視網膜多數細胞中的IGF-1 分泌后會生成多種內皮細胞，如血管內皮細胞、膠質細胞等。IGF-1 也會在人視網膜血管內皮細胞中表達，能促進缺氧誘導因子1α（HIF-1α）蛋白質合成，VEGF 的表達隨之增加，在人類視網膜色素上皮細胞（RPE）的活化中，IGF-1 在激活VEGF 后形成新生毛細血管[20]。依據上述結果可知，在DR 患者玻璃體液中IGF-1 水平上升參與并促進了DR 的發生、發展。

4.3 甘露糖結合凝集素（MBL） MBL 為一種與先天性防御有關的血清凝集素，與微生物中的不同糖配體結合后經MBL 絲氨酸蛋白激酶激活凝聚素通路實現吞噬、凝集細胞及誘導炎癥反應的作用。當前認為MBL 會引起炎癥及補體活化，與糖尿病血管并發癥有關；且DR 患者血清中MBL 水平明顯升高，推測MBL 水平可以作為反映DR病情的生物標記物[21]。研究顯示，DR 患者中MBL 水平高于健康受試者，且隨著病變程度加重其水平呈現上升趨勢，補體凝集素激活后并引起DR 發生、發展[22]。上述結果證實，DR 的發生與MBL 水平有關，今后可進一步研究其具體作用機制。

4.4 轉化生長因子-β（TGF-β） TGF-β 可調控細胞增殖、凋亡及分化，為一類具有多重功效的生物因子。TGF-β 信號通路可以對肌層纖維細胞產生介導作用，造成細胞外基質（ECM）過量積累而出現視網膜組織收縮和功能受損[23]。細胞因子信號在視網膜組織纖維化反應中發揮著重要作用，因眼部病變與多種病理性纖維性疾病有關，如角膜混濁、黃斑下纖維化及增殖性視網膜疾病等。肌層纖維細胞經上皮-間質轉化（EMT）為肌成纖維細胞，生成大量炎癥介質及異常ECM 蛋白，當ECM 蛋白過量分泌后造成累積則間接重塑ECM，產生瘢痕及無功能組織[24]。在肌成纖維細胞轉化過程中，TGF-β 信號通路在其中發揮著重要作用，激活經典信號通路中Smad 同源物3（Smad3）后，與基因啟動子結合并誘導促纖維化分子轉錄，引起肌層纖維細胞活化和ECM 沉積[25]。同時，TGF-β 信號通路下纖維化介導作用破壞視網膜神經組織，纖維血管瘢痕增生形成后引起繼發性視網膜脫落，造成視力不可逆損傷。TGF-β 信號通路介導的纖維化在增殖性DR 發病中發揮著關鍵作用，其中最為重要的特征表現為視網膜色素上皮（RPE）細胞EMT 過程及ECM 的過量積累[26]。基于TGF-β 信號通路中調節因子多樣性、潛在信號傳導途徑復雜性，能抑制視網膜組織病理性纖維化的可能性，經靶向治療能有效控制DR 進展。

4.5 人類軟骨糖蛋白-39（YKL-40） YKL-40 歸屬于奇凝集素家族，存在于脊椎動物及無脊椎動物中，由免疫活性細胞生成，能參與細胞外的基質重構及炎癥反應等各類病理過程[27]。有關YKL-40 在機體中的功能暫未完全明確，其產生的主要部位為退化關節軟骨與炎癥或者增生性滑膜、纖維化肝組織及膠質瘤，其中YKL-40 的生成與惡性腫瘤、肥胖、腎病、糖尿病、類風濕性關節炎、冠狀動脈疾病、腦卒中及炎癥性腸病等疾病有關，YKL-40 在病毒及細菌急性感染期間，也與免疫反應及炎癥有關[28]。且有研究顯示，糖尿病與DR 患者的外周血YKL-40 水平存在異常升高現象[29]。YKL-40 于DR 發展期間的作用能通過其對代謝過程產生的影響進行解釋，其能激活糖代謝、細胞增殖、凋亡、轉錄及遷移等各類細胞獲得期間發揮關鍵作用的蛋白激酶C 和磷酸肌醇-1，3 激酶信號通路，抑制細胞凋亡，能加快血管內皮細胞趨化、附著、擴張及遷移。因此，YKL-40 有望成為DR 的預警因子，發揮有效的監測作用。

5 DR 的治療

患者在確診為糖尿病后，需要定期進行眼底檢查，當裸眼或者矯正視力處于正常水平時，盡量間隔半年進行1次眼底檢查，當發現存在視力障礙時，需要及時在醫師指導下開展檢查及治療。①首先需要控制機體的血糖水平，減少血糖波動，需在醫師指導下合理使用降糖藥物；②當患者不存在視力障礙或者視力發生輕微下降時，能在眼科醫師指導下，及時采取改善視網膜血液循環的藥物治療；③當眼底出現視網膜新生血管、無灌注區時，需要進行眼底激光治療。激光治療的主要目的并非是提升視力，而是防止DR 進一步發展，以達到維持患者當前視力水平、減少DR 所致失明發生的目標；④當玻璃體出血時，先采取藥物止血處理，待出血穩定后予改善循環治療以促進出血吸收；積血持續無法吸收者，需行玻璃體切割手術，同時加以全視網膜激光光凝治療；⑤對于并發黃斑水腫和新生血管形成的患者優先選擇眼內注射抗VEGF 藥物，并及時完成視網膜激光光凝治療[30]。

6 小結

DR 是糖尿病最常見的并發癥之一，能導致視力障礙甚至失明等嚴重后果，嚴重影響患者的生活質量，增加了社會的經濟負擔。DR 發病過程復雜，且尚未完全明確，有多種細胞因子參與其中。DR 是一種慢性、低度炎癥性疾病，同時也是一種微血管疾病。當機體處于高血糖水平狀態時，患者局部、全身炎癥介質水平的表達增加，炎癥環境的形成，是DR 發生與發展的重要原因。DR 是由多細胞因子參與所導致的疾病，包括傳統的炎性細胞因子（包括IL-1、IL-6、TNF-α、VEGF、MMP 及MCP-1）和新型細胞因子（GDF-15、IGF-1、MBL 等）的共同參與，部分已經證實與DR 發生、發展有關聯，但部分依然處于研究之中，對實際應用及診斷效能上仍需開展大規模研究證實。