糖尿病视网膜病变与血管生成素系统

董志军，张 垒，张铁民△

(1.承德医学院附属医院眼科，河北承德 067000;2.承德医学院)

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)是一种危及视力的糖尿病慢性血管并发症，不论是胰岛素依赖型还是非胰岛素依赖型患者，DR最终影响几乎所有糖尿病患者。DR的特点表现为逐步加重的视网膜微血管病变，具体病理表现有微循环障碍、视网膜微血管瘤形成、血-视网膜屏障破坏、毛细血管闭塞、视网膜无灌注区以及新生血管形成等，还可能引发玻璃体出血和视网膜脱离，最终导致视功能不可逆性损害[1]。随着分子生物学的发展，人们发现了很多在DR发生发展过程中起到重要作用的调控因子及系统，其中血管生成素(Ang)是目前继血管内皮生长因子(VEGF)之后发现的又一类血管内皮细胞特异性的促血管形成因子。在此，我们就Ang/Tie-2系统在DR中的有关作用做以综述。

1 Ang家族及其受体Tie-2的生物学特性

血管生成素家族目前发现了四种同分异构体[2]，即Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4，它们具有相似的结构特点。其中Ang-1和Ang-2是目前受到学者关注并研究较为成熟的两个因子。

Ang-1是一种分泌型糖蛋白，分子质量约为7×104，由498个氨基酸组成。成熟的Ang-1由3个结构域组成，作用分别是介导单体间的同源多聚体连接、具有分泌型信号肽的特征和介导与Tie-2受体结合[3]。通常Ang-1分泌表达于血管内皮旁细胞，如周细胞、血管平滑肌细胞、肿瘤细胞等细胞[4]Tie-2是Ang-1唯一的受体，Ang-1结合Tie-2后使其发生磷酸化，通过一系列信号途径完成复杂的生理功能[5]。

Ang-2是由496个氨基酸构成的分泌型蛋白质，由Maisonpierre等于1997年成功克隆[6]。Ang-2主要见于血管内皮细胞，与Ang-1的氨基酸组成有60%的同源性。Ang-同样特意结合于Tie-2受体，但它并不引起受体的磷酸化，从而可以竞争性的阻断Ang-1的效应。因此，Ang-2是Ang-天然的拮抗剂，竞争性结合Tie-2受体。

关于Ang家族其余两个成员的文献报道不多，现已知Ang-3在鼠体内广泛表达，而Ang-4仅在人体肺组织发现有较高表达[7]。目前，关于Ang-3和Ang-4在血管生成方面的报道较少，因此,相关作用尚不清楚。

Ang受体Tie-2属于跨膜型酪氨酸激酶受体，含有1122个氨基酸，由胞外区、跨膜区和胞内区构成。其胞外区是Ang-1和Ang-2共同的结合位点，胞内区有2个酪氨酸激酶结构域[8]。现有报道发现,Tie-2主要表达于血管内皮细胞和早期造血细胞[9]。

2 Ang/Tie-2系统在血管生理及病理状态下的作用

Ang/Tie-2系统对视网膜血管的影响在生理状态及病理状态下都起着重要作用。Tie-2作为Ang-1、Ang-2共同的受体，在Ang对血管新生和成熟稳定的各种作用中起到关键作用。Jones 等[10]实验观察到，Tie-2缺乏的小鼠在胚胎龄平均大约10.5天时死亡，进一步发现死亡原因是小鼠血管发育极度缺乏。对于局部微血管Ang/Tie-2系统同样显示出其重要作用。Hackett等人[11]实验发现，在小鼠视网膜血管发育过程中,由于Ang-2缺陷，导致小鼠视网膜表层血管床发育迟缓，发育不完整，中间和深层血管床完全缺如，还出现血管玻璃样变性等血管退行性改变。类似的许多研究说明，Ang/Tie-2系统对正常生理状态下的血管的萌芽、生长、成熟和稳定都起到重要作用，任何一个因子的异常都会影响到视网膜血管。2个配体Ang-1和Ang-2之间的平衡，决定了受体Tie-2的磷酸化或非磷酸化状态，从而调节血管生成及稳定、血管分支和血管内皮屏障功能。

Ang-1结合受体Tie-2使之磷酸化激活，起到促使血管成熟，维持血管稳定的作用，并具有抑制新生血管形成和减少血管渗漏的特点。Ang-2与Tie-2受体结合后，拮抗Ang-1作用，打破局部血管稳定性，促进蛋白酶降解基底膜及加强促血管生成因子的作用，诱发血管内皮细胞出芽、新生血管形成。两个因子共同作用，维持视网膜血管系统的正常生理状态和功能。

病理状态下，Ang-1或Ang-2与Tie-2的结合及其是否引起Tie-2的磷酸化并未发生改变，仅是各自的不同作用引起了不同的病理学表现。Ang-1结合Tie-2后，可以拮抗血管内皮细胞凋亡、延长血管内皮细胞生存时间[12];加强内皮间的连接，维持血管内皮细胞与血管周细胞及血管内皮细胞与基质之间的关系;维持内皮细胞的静息状态和血管的完整性，吸引周细胞等血管周围细胞包围、支持内皮细胞;抵制血管渗漏。而Ang-2与Tie-2的结合则打破局部血管稳定性，引起血管渗漏、促进血管内皮细胞移行[13]，始动病理性新生血管形成。

3 Ang/Tie-2系统与DR

视网膜微血管系统的构成中,有两种细胞起到主要作用:周细胞和内皮细胞。同样，DR的发生也始于视网膜微血管这两种细胞成分的丢失。起初由于人的早期糖尿病视网膜病变的样本难以得到，加之研究手段有限，确切的丢失顺序并未确定。随后,人们从动物实验获得了相关证据证实，周细胞先于内皮细胞丢失。Hammes等[14]研究人员实验发现，Ang-1表达于正常成熟视网膜，在糖尿病病程3个月大鼠的视网膜中表达上升2.5倍，同时检测到Ang-2表达上升30倍，与此相伴发生的还有视网膜微血管周细胞的丢失。另外，在Ang-2缺乏的杂合子小鼠视网膜中，由于糖尿病所致的周细胞丢失情况减少。而注射Ang-2至正常非糖尿病小鼠则出现周细胞的丢失，并呈现剂量依赖性。Feng等[15]研究者用纯合子Ang-2缺陷小鼠实验，结果显示，因为缺乏Ang-2，小鼠视网膜小动脉形成和浅表及深层的二三级微血管网络形成障碍。这些数据证实，Ang-2的上调在DR周细胞丢失中起到非常重要的作用。DR时不仅在视网膜有Ang表达的异常变化，在其它部位也发现相应变化。赵蕾等人[16]实验观察到，糖尿病玻璃体出血患者玻璃体液内的Ang-2浓度高于非糖尿病对照组，而且也高于自身血浆中Ang-2的浓度。提示Ang-2参与了增殖型糖尿病视网膜病变视网膜血管稳定性调节。随病情进一步发展，内皮细胞丢失，导致无细胞微血管出现，以及出现无灌流的视网膜微血管。糖尿病的高血糖状态会引起视网膜微血管内皮细胞的损伤或凋亡，造成视网膜微血管的渗漏。体外实验发现[17]，接种的RF/76A细胞以聚碳酸酯微孔滤膜为载体，形成的单层内皮细胞层在高糖环境下通透性增加，培养基中加入Ang-1后可以对抗高血糖的此种生物学作用，降低通透性，起到保护视网膜的作用。冯闯等人[18]实验发现，球后注射Ang-1对STZ糖尿病大鼠视网膜毛细出现的血管内皮细胞水肿、线粒体肿胀变性、核染色质浓缩边集、基底膜明显增厚等超微结构的损害有明显的防治作用。由此可见，Ang-2促进周细胞丢失，损害内皮细胞并促使微血管渗漏，破坏视网膜血管稳定性，加剧了DR的发生发展。相反Ang-1在一定程度上起到了防治DR、保护视网膜的作用。Ang/Tie-2系统的平衡影响着DR的进程。

在DR发生发展的过程中，很多与血管生成相关的细胞因子都参与其中并起到一定作用，单独某种或某个因子的表达增加或受抑制并不能完全影响血管的生成，很多时候个因子之间存在协同作用。

在众多已发现的促血管生成因子中，VEGF是被证实作用最显著并且功能最强的促血管形成因子。视网膜微血管的损伤和细胞丢失造成糖尿病视网膜局部缺氧之后，为代偿氧运输不足会刺激视网膜新生血管的生成。张勇等实验证实，缺氧导致Ang-2在视网膜组织的表达增多[19]。马萍萍等人研究发现[20]，VEGF和Ang-2在视网膜的表达定位一致，与正常对照组相比，糖尿病大鼠视网膜VEGF和Ang-2表达增强，尤其以内核层和神经节细胞层明显。在严格控制血糖水平后，情况得到改善。Oh等[21]证实VEGF和Ang-2都是缺氧后常规产物，共同协调诱导血管新生。路春等人[22]采用人类细胞因子抗体芯片技术同步检测早期DR患者血清中细胞因子表达谱及其水平变化，发现与未发生DR的糖尿病患者相比，早期糖尿病视网膜病变患者血清中Ang、VEGF等6种细胞因子表达明显增加。有实验[23]检测到糖尿病病程8周的大鼠，视网膜VEGF及其受体，Ang-2和Tie-2的mRNA表达较正常组大鼠视网膜相应因子的表达明显增多，同时升高的还有STAT5和促红细胞生成素;相反，Ang-1mRNA表达较正常组减少。通过给糖尿病大鼠玻璃体腔注射Ang-1降低VEGF的表达，可以抑制大鼠眼底血管新生和渗漏[24]。此外，血清Ang-2和VEGF的水平可能与DR的病变程度相关[25]。药物成分[26]通过抑制VEGF、Ang-2等血管生成因子的表达，也可以使DR得到改善。

DR时，VEGF与Ang的协同作用还有凋亡相关因子及其调控因子的参与。有学者研究发现[27]，VEGF/Ang-2比率的失衡可以明显影响视网膜内皮细胞Bcl-2和Bax的表达水平，同时伴随这个失衡发生的还有caspase-3的活化和内皮细胞增殖的减少，改变微血管通透性。这一变化在糖尿病大鼠及细胞水平实验中都得到证实。Survivin是迄今发现的最强的凋亡抑制因子，其对细胞凋亡的抑制作用远大于Bcl-2家族成员。刘政学等人研究发现,Ang-1可以上调内皮细胞抑制凋亡基因Survivin的表达[17]。

Ang家族在DR发生发展过程中与其它因子相关的作用正在逐渐被人们认识。文献报道,玻璃体内注射Ang-2引起血管通透性的明显增加，这与Ang-2引起VE-钙粘蛋白磷酸化增加，造成VE-钙粘蛋白减少有关[28]。

4 展望

目前，Ang/Tie-2系统在DR的发病机制中作用逐渐被研究者们发现，但仍有许多问题需要深入探讨。眼科研究者们进一步研究Ang家族及其受体Tie-2系统的作用与调节，不仅有助于提高对DR发病机制的认识，也可为预防与治疗DR提供新的方法与思路。

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