小膠質細胞在糖尿病視網膜病變中的研究進展

王艷青 白 潔

浙江大學醫學院附屬第四醫院眼科，浙江義烏 322000

糖尿病性視網膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病患者最常見的眼部并發癥，嚴重威脅糖尿病患者視覺質量。目前針對DR的一線治療方案為抗血管內皮生長因子治療和玻璃體切除術，這兩種治療方法在臨床上已取得較好的療效。但對于DR的病理生理學的研究仍然有限，研究顯示，DR的發生與炎癥反應相關，包括一系列炎癥相關細胞因子表達增加，如白介素-1（interleukin1，IL-1）、白介素-6（interleukin 6，IL-6）、白介素-8（interleukin 8，IL-8）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等[1]，其中小膠質細胞誘導的視網膜炎癥反應被認為是DR發病的主要機制之一。研究顯示，2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）大鼠模型的視網膜中小膠質細胞增殖明顯，在糖尿病的晚期，隨著視網膜色素上皮細胞數量的減少，活化的小膠質細胞在視網膜下聚集[2]。視網膜小膠質細胞的形態、激活比例、分布和mRNA表達隨糖尿病大鼠疾病的進展而發生特征性變化。本文圍繞小膠質細胞的特點展開敘述，進一步探討小膠質細胞在DR發病機制中的作用，以期為DR的防治提供有效策略。

1 小膠質細胞的研究進展

1.1 小膠質細胞在神經系統中的作用

神經系統中，小膠質細胞通過與神經元交互作用為神經元提供營養支持，通過吞噬凋亡、損傷細胞維持神經元突觸正常生理功能[3-5]。小膠質細胞作為視網膜中主要免疫細胞，從靜息形態活化為變形蟲表型并釋放炎癥相關細胞因子以參與DR的發病[6]，因此，可通過觀察小膠質細胞形態學變化判斷其是否被激活。激活的小膠質細胞分泌IL-1α和IL-1β，它們通過p38-MAPK信號通路介導視網膜神經節細胞的突觸神經變性和凋亡前的線粒體損傷[7]。醛糖還原酶是葡萄糖代謝多元醇途徑中的第一個限速酶，機體處于高糖狀態時，小膠質細胞及其他神經膠質細胞活化。醛糖還原酶抑制劑已被證實可以用于抑制視網膜小膠質細胞活化造成的視神經功能損害[8]。氯化鋰可以通過PI3K/Akt/NF-κB途徑抑制小膠質細胞活化，降低玻璃體腔中炎癥細胞數量以及視網膜中促炎細胞因子的表達，減少神經節細胞凋亡和視神經損害[9]。

1.2 小膠質細胞參與視網膜的免疫反應

研究證實，小膠質細胞在維持視網膜神經元突觸和感光細胞的穩態和成熟中發揮重要作用[10]。小膠質細胞進行免疫應答的方式有直接作用和間接作用。當嚴重感染或眼部缺血時，小膠質細胞激活并調節炎癥反應，轉化為具有吞噬功能的類巨噬細胞參與免疫調節，這是小膠質細胞免疫應答的直接作用[11-12]。間接作用是指其與神經元和巨噬細胞相互作用，對神經環境的細胞因子和代謝信號做出反應，從而介導免疫反應[12]。小膠質細胞在集落刺激因子1受體抑制劑PLX5622作用下耗竭，視網膜組織中的細胞因子和趨化因子的表達減少，與脂多糖誘導的小鼠模型相比，PLX5622消除了視網膜下液體的積聚和視網膜腫脹，這表明視網膜小膠質細胞或星形膠質細胞可介導血-視網膜屏障（blood-retinal barrier，BRB）的損傷[13]。在青光眼性視神經萎縮病變中，小膠質細胞聚集于視乳頭，在局部增殖并釋放炎癥因子，如TNF-α等[10]。有研究發現，小膠質細胞作用于神經視網膜發育期間的補體 C3/C3aR軸，調節后續血管生長所需的星形膠質細胞密度，促進視網膜淺層血管床的形成[14]。

1.3 小膠質細胞誘導視網膜的炎癥反應

小膠質細胞對視網膜組織穩態的調控源于其復雜的可塑性。在慢性疾病期間，持續的組織壓力和危險信號觸發促炎成分的正反饋機制，炎癥可能無法消除。在這種環境下，小膠質細胞失去抑制炎癥的能力并釋放促炎分子，使疾病惡化[15-16]。葡萄糖濃度升高、波動可以誘導細胞培養系統中的小膠質細胞極化，隨著小膠質細胞在高糖環境中持續增殖，可分泌更多神經毒性因子和炎癥因子促進炎癥反應。活化的小膠質細胞對內皮細胞具有直接吞噬作用，并且能降低周細胞的細胞活力和數量，周細胞與內皮細胞的比例降低，與正常視網膜中組織相比，DR患者BRB嚴重破壞[17]。周細胞和內皮細胞結構和功能的完整性是維持BRB穩定的關鍵，在神經退行性病變模型中，小膠質細胞活化和周細胞丟失與視網膜血管消退有關[18]。此外，小膠質細胞還可通過損害感光細胞中的糖酵解進展來加重視網膜病變[19]。

2 DR中小膠質細胞的活化機制

2.1 DR的研究進展

既往國內外學者公認DR是一種微血管病變，但隨著研究的深入，發現發生病變的視網膜同時存在多種細胞的改變，目前認為DR的病理改變是內皮細胞、膠質細胞和神經元共同作用的結果[20-21]。DR患者視網膜中小膠質細胞處于活化狀態，組織中周細胞凋亡增加，信號傳導轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）激活，增加視網膜組織中TNF-α表達，小鼠STAT3消融實驗表明STAT3可作為預防DR周細胞丟失的潛在治療靶點[22]。在非增生性DR（non-proliferating diabetic retinopathy，NPDR）中，小膠質細胞增殖并遷移至叢狀層，增生性DR（proliferating diabetic retinopathy，PDR）時期進一步聚集在缺血區[23]。持續的高血糖、氧化應激以及神經膠質細胞功能障礙共同介導了視網膜炎癥的發生發展[24]。因此，DR的進展涉及微血管病變、多種細胞反應及炎癥反應。

2.2 高血糖直接誘導小膠質細胞激活

糖尿病的首要病因為高血糖，高濃度葡萄糖介導微血管損傷，導致線粒體中活性氧自由基生成增加，促進慢性炎癥，晚期糖基化終末產物（advanced glycosylation end products，AGEs）、脂氧化終末產物的積累，均會加重視網膜損傷[25]。高血糖增加小膠質細胞內血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達，促進低氧誘導因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）向細胞核的轉運并激活ERK1/NF-κB信號通路[26-27]。VEGF過表達導致視網膜新生血管的生成，活性氧通過各種機制激活NF-κB，NF-κB增加HIF-1α mRNA的表達，而HIF-1易位激活了血管生成相關基因的轉錄，上述機制共同促進PDR的發生[28]。高糖狀態下小膠質細胞活化，使其更易發生壞死性凋亡，阻斷小膠質細胞壞死性凋亡可抑制糖尿病視網膜神經元細胞密度和神經視網膜厚度的降低[29]。在氧誘導視網膜病變（oxygen-induced retinopathy，OIR）小鼠模型中，小膠質細胞通過糖酵解途徑誘導乙酰輔酶A的產生增加，乙酰輔酶A誘導組蛋白乙酰化，小膠質細胞重新編程為促新生血管的血管生成表型，加重視網膜新生血管損害[30]。在DR大鼠模型中，通過視網膜電圖檢測到a波和b波振幅較正常視網膜組織中降低，表明感光細胞和Müller細胞功能受損，微小核糖核酸（micro ribonucleic acid，miRNA）是參與生物過程的小型內源性非編碼核糖核酸，miRNA-124通過調節小膠質細胞的反應性在神經退行性病變和炎癥性疾病中發揮作用。接受miRNA-124注射的DR大鼠模型視網膜中小膠質細胞活性下降，細胞形態恢復到類似于正常視網膜組織中的狀態[31]。

2.3 晚期糖基化終末產物誘導小膠質細胞

小膠質細胞對ATP能量供給有巨大的需求，當代謝紊亂時小膠質細胞會出現明顯的功能異常，加劇神經系統疾病尤其是神經退行性疾病的發生發展[32]。糖尿病患者體內AGEs蓄積，AGEs的受體RAGE（receptor for advanced glycation end products，RAGE）在多種細胞上表達，可與AGEs結合形成AGE-RAGE，NF-κB細胞信號通路激活，導致組織穩態破壞[33]。研究顯示，AGEs介導的小膠質細胞活化可能是通過促進細胞增殖和加強與間隙連接蛋白的相互作用所致[34]。AGEs濃度升高，小膠質細胞形態發生改變，突觸縮短呈阿米巴樣，CD68、RAGE和pNF-B蛋白的表達顯著增加，TNF-α含量增加[35]。AGEs在小膠質細胞介導DR中可能發揮以下作用：①上調小膠質細胞中的細胞活化相關蛋白表達，激活核因子信號途徑：NF-κB能上調多種黏附分子（細胞間黏附分子1、血管細胞黏附分子1等）、細胞因子（TNF、IL-1、IL-6等）和誘導型一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）的表達，此時小膠質細胞發揮免疫監管作用，形態改變，發生增殖、移行、活化。②AGEs不僅能促進TNF-α的mRNA表達，還能誘導大鼠視網膜小膠質細胞釋放TNF-α[36]。因此，AGEs可能通過誘導小膠質細胞產生TNF-α參與DR的病理過程，促進白細胞浸潤到血管損傷部位并引起血管炎癥。

3 總結與展望

目前關于DR治療的研究專注于靶向抗VEGF治療，然而，抗VEGF治療需要定期玻璃體注射且并非所有患者都能獲得最佳療效。可通過抑制小膠質細胞激活途徑從各個方向尋找合適的干預靶點，找到潛在的治療方法，以期通過對小膠質細胞的干預為DR的臨床治療提供新的方向。