【Nature子刊综述】糖尿病视网膜病变的分子和细胞病理学机制研究进展

【Nature子刊综述】糖尿病视网膜病变的分子和细胞病理学机制研究进展

导读：糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病常见的并发症之一，随着糖尿病患病率的上升，DR的发病率也在逐年增加。本文综述了DR的分子和细胞病理学机制研究进展，从病变分级、病理机制到治疗方案，为DR的预防和治疗提供了新的思路和方向。

前言
据预测，到2045年，全球糖尿病患者数量将达到6.29亿人。在中国，自1980年以来，糖尿病患病率从不到1%上升至2018年的12.8%，患者数量已达1.3亿。糖尿病患者通常会在确诊10至15年后出现糖尿病性视网膜病变（DR），糖尿病史10年的患者DR发病率约为50%，超过20年病史DR的发病率几乎为100%。由于糖尿病患病率的上升，越来越多的患者面临出现DR的风险。目前，治疗DR的主要方法是激光治疗和抗血管内皮生长因子A（VEGFA）治疗。然而，这些方法存在治疗效果有限和无法早期治疗等缺陷。Nature Review Endocrinology曾发表综述，系统总结了DR分子机制、病理生理学以及治疗方面的进展，我们在此做简要介绍。

一、DR严重程度分级
当前对于DR严重程度分级采用的是早期DR治疗研究（ETDRS）中改进的Airlie House分级标准。美国糖尿病学会在2017年的立场声明中对其进行了详细描述。依据病变的严重程度，Airlie House将DR分为非增生型DR（NPDR）和增生型DR（PDR）两类。NPDR的临床征象包括视网膜血流和血管通透性改变、基底膜增厚、周细胞丢失和无细胞毛细血管导致的微动脉瘤、静脉串珠和视网膜内微血管异常等。随着局部缺血严重程度的增加，患者可能会进展为PDR，主要表现为视网膜新生血管或视盘新生血管形成。新生血管易引发玻璃体出血、视网膜牵拉脱离而导致视力丧失。

DR患者可能会出现糖尿病黄斑水肿（DME），水肿随着DR的严重程度增加，主要由于缺血导致视网膜毛细血管和微动脉瘤通透性增加，引起细胞外液积聚，进而使正常致密的黄斑组织增厚所致。除此之外，DR患者也会出现视网膜色素上皮和脉络膜受损。

DR的病理改变呈进行性发展（图1），与环境和遗传因素相关，其中血糖控制效果是其关键影响因素。研究显示，1型糖尿病患者更容易发生PDR，而接受胰岛素治疗的2型糖尿病患者则更容易出现DME。

图1 DR的多种病理改变。A：糖尿病患者眼底照相图。可表现正常，但NPDR时可出现微血管异常、出血、微动脉瘤和静脉珠状改变。若患者发展为PDR，视网膜内可形成新生血管，严重者可导致视网膜剥离。DME可发生在NPDR和PDR中。B：眼球的横截面示意图。DME可导致血管渗漏、新生血管和囊状结构的形成。视网膜内的神经节细胞和双极细胞，以及外层的视杆细胞和视锥细胞均可在视网膜的横切面中展现。视网膜内的血管形成了内层BRB，而视网膜色素上皮则形成了外层BRB

二、DR活动和进展的标志
ETDRS分级是运用标准7视野与彩色立体眼底照相对DR患者眼底进行描述和分类。近些年随着抗VEGF药物的应用，ETDRS分级的临床适用性降低。新技术超广角成像，则可以辨别标准7视野法以外的具有DR进展风险的患者。

DR活动和进展的标志之一是周边视网膜变性（PPL）。约50%的DR患者是以PPL为主，PPL眼睛的眼底无灌注区面积和视网膜缺血程度大于没有PPL的眼睛，如果糖尿病患者眼底出现PPL，则DR恶化和未来视力丧失的风险增加。PPL在标准ETDRS视野外比在标准ETDRS视野内范围更易观察到。

DR活动和进展的另一个标志是光学相干断层扫描影像中玻璃体高反射点的存在。研究显示，DME患者的炎症细胞病灶数量显著高于对照组。光学相干断层扫描血管成像可高分辨率地显示视网膜脉络膜血流情况，并对微血管循环进行成像。此外，对玻璃体和血清样品的代谢组学分析还发现了其他可能的生物标志物，如磷酸戊糖途径、精氨酸到脯氨酸途径、多元醇途径和抗坏血酸途径的失调。

三、与DR有关的病理机制（图2）
1.血管内皮改变：迄今为止，血管内皮改变是唯一成功的DR临床治疗靶点。DR的血管变化主要是由VEGFA水平升高，引起血管通透性并促进新血管形成所致。临床试验表明，抗VEGFA可以有效减少DME，预防或逆转PDR患者新生血管形成，防止视力进一步丧失或改善视力。但是，抗VEGFA治疗仅对约一半的患者有效，这表明可能还存在其他驱动DR病理进展的因素。

2.周细胞-内皮细胞相互作用：糖尿病使视网膜中正常的周细胞-内皮相互作用发生变化。血小板衍生生长因子B亚单位（PDGFB）向周细胞发出信号以控制血管稳定，PDGFB信号缺失会导致视网膜血管恶化。动物实验显示，视网膜周细胞丢失导致视网膜血管系统对VEGFA信号敏感性、出血和血管对葡聚糖的通透性显著增加。

3.Norrin信号：神经胶质细胞向视网膜血管内皮细胞提供形成血-视网膜屏障（BRB）所需的WNT信号，细胞因子Norrin虽不是WNT分子，但与WNT一样通过与frizzled4（FZD4）受体形成复合物进行信号传递，该复合物是视网膜血管和BRB形成所必需的。动物实验显示，Ndp和Fzd4基因敲除小鼠的视网膜血管通透性增加。Norrin治疗可减少视网膜缺血面积和抑制新生血管形成。

4.炎症反应：炎症因子介导的细胞信号转导可能是DR的发病机制之一，如DR患者可能会出现肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素（IL）-1β、IL-6、IL-8和趋化因子配体2（CCL2）等炎症因子的水平升高。抗炎治疗可能是治疗DR的手段之一。

5.新的病理通路：除了上述机制外，研究还报道了一系列可能导致视网膜通透性增加和（或）新血管形成的其他信号通路，如激肽-激肽释放酶系统、血管生成素样蛋白4、富含亮氨酸的α2-糖蛋白1和高血糖的直接影响。

6.神经元功能的改变：DR除了临床可见的视网膜血管病变外，视网膜神经元也会发生改变。在DR的动物模型中一直发现非血管细胞的凋亡，在DR患者的视网膜中，可观察到由神经纤维和神经节细胞层变薄导致的视网膜神经变性。研究发现，在临床可观察到的血管病变之前，许多视网膜功能可能就已发生变化，包括视网膜电图测量的电反应降低和对比敏感度降低。

氧化应激与DR病变有关。NF-E2相关因子2（NRF2）是一种转录因子，是许多基因的主要调节因子，这些基因以细胞保护的方式发挥作用并提供细胞抗氧化基因产物。动物模型研究显示，缺失编码NRF2的基因会加剧视网膜缺血的程度，并增加氧诱导的视网膜病变模型中的视网膜前新生血管形成，而NRF2激活药物则可以保护视力，这表明这种方法可能为治疗包括DR在内的缺血性视网膜疾病提供新思路。

图2 DR中的神经血管单位和细胞因子信号转导。A：正常的视网膜功能需要视网膜内部的视网膜血管与神经元、胶质细胞（星形胶质细胞和Müller细胞）和周细胞之间的密切联系。胶质细胞提供BRB形成所需的Norrin信号。内皮细胞通过PDGFB信号募集周细胞，周细胞通过未知机制促进内皮屏障特性。B：在DR中，胶质细胞水通道蛋白和Kir4.1通道的水平水平升高，导致细胞肿胀，多种血管活性物质增加，如VEGFA等，造成视网膜通透性增加和血管生成。炎性细胞因子产生，如TNF、IL-1β和CCL2等。高血糖通过改变氧化还原状态[NAD（P）H和ROS]直接导致内皮功能障碍。以上这些变化会破坏视网膜神经血管单元并改变正常的视网膜功能

四、再生医学
研究人员开始探索通过视网膜血管再生治疗DR的可行性。虽然临床病理研究中曾报道了缺血性视网膜自发再灌注的情况，但在DR中，这种情况通常很少见。正常情况下，常驻祖细胞会在损伤条件下激活，参与内皮细胞重建并恢复灌注。但越来越多的证据表明，糖尿病会抑制常驻祖细胞的激活并与DR修复缺陷有关。从治疗的角度来看，目前最具治疗潜力的内皮祖细胞是内皮集落形成细胞，它是从成人外周血或脐带血中分离出来，在体内体外均具有新生内皮血管功能，可形成新生血管或直接结合到已有的毛细血管中。体外试验已证明，内皮集落形成细胞可同于治疗以血管功能不全为主要特征的疾病，如卒中、外周动脉疾病、心脏病和DR等。

诱导多能干细胞技术生产视网膜类器官已在眼科和视觉科学方面取得重大进步。应用诱导多能干细胞技术建立DR模型，将实验室研究与临床合起来，从分子角度更全面地了解DR的表型，将有助于开发出更多、更新、更有效的治疗方法。

五、总结
糖尿病患者出现DR的确切病因尚未完全阐明。早期诊断，科学评估和尽早治疗对于DR至关重要。激光治疗和抗VEGFA治疗是目前DR的主流方法，但这些方法存在缺陷，包括无法进行早期干预和抗VEGFA治疗对约50%的患者无效。研究表明，复方丹参滴丸可以通过调节细胞因子，抑制炎症反应；减少周细胞丧失、抑制内皮细胞增殖、抑制视网膜细胞凋亡，改善血管内皮功能；增加视网膜中央动脉血流灌注、降低血液黏度、抗血小板聚集，改善视网膜微循环障碍等多种机制促进病变修复，治疗DR。因此，它可以与西医方法联合使用来治疗DR，并达到相互补充和增强疗效的作用。

参考文献
Antonetti DA, Silva PS, Stitt AW. Current understanding of the molecular and cellular pathology of diabetic retinopathy[J]. Nat Rev Endocrinol, 2021,17(4):195-206. DOI: 10.1038/s41574-020-00451-4.

来源：中华糖尿病杂志