IGF-1/IGFBP-3在早产儿视网膜病变中的作用及其应用△

徐文芹 王雨生

早产儿视网膜病变(retinopathy of prematurity，ROP)是一种潜在的致盲性疾病，其以新生儿期视网膜血管生长受损为起始，在数周至数月后，周围视网膜缺氧诱导病理性新生血管形成，可能导致视网膜脱离和盲[1]。近年来动物实验和临床研究显示，ROP的发生和产后数周内的低血浆胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)水平相关[2-3]；影响IGF-1生物利用度的主要因子胰岛素样生长因子结合蛋白-3(insulin-like growth factor binding protein-3，IGFBP-3)，可能与IGF-1协同或者单独作用而影响ROP的发生。本文主要论述IGF-1/IGFBP-3在ROP的发生发展中的作用及其可能在ROP的诊断和早期预防中的意义。

1 IGF-1/IGFBP-3与生长发育

ROP主要发生于早产低出生体质量儿，IGF-1作为一种多肽，对于胎儿的生长发育及体质量增长均有一定的作用。在孕期后3个月，胎儿血浆 IGF-1一般增长2～3倍[4]。在早产儿中，血浆IGF-1水平与孕周相关，越早出生的婴儿血浆IGF-1水平越低[5]，且新生儿出生体质量和身长与脐带血中的IGF-1水平正相关[6]。在极度早产的婴儿中，血浆IGF-1的水平呈现急剧下降的趋势，可能是由于胎盘传输至胎儿的IGF-1的缺失及早产儿未成熟的肝细胞分泌量不足所致[7]。IGF-1基因敲除的小鼠出生体质量仅为正常鼠的60%，且产后会出现生长迟滞，8周内增长体质量仅为正常鼠的30%[8]。在人类，极少出现因IGF-1基因缺陷而导致的产前和产后的生长阻滞、神经性耳聋、小头畸形和智力障碍等[3]。

IGFBP-3作为胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP)家族中的一员，与IGF-1具有高度亲和力，以三元复合体的形式与IGF-1结合，延长了IGF-1在血液循环中的半衰期[9]，在调节IGF-1的生物利用度方面发挥着重要的作用。

2 IGF-1/IGFBP-3水平与ROP

在人类ROP患儿临床研究及ROP动物模型的实验研究中均发现，IGF-1/IGFBP-3水平在一定程度上与ROP的发生具有相关性。

大量的临床试验结果表明，新生儿血浆中 IGF-1/IGFBP-3缺乏及随后的低水平增长，可能增加了ROP发生的风险[10]。Hellstrom等[11]对84名胎龄为24～32周的早产儿进行观察，结果显示矫正胎龄30～33周时低血浆IGF-1浓度(<30 mg·L-1)与 2～5期的ROP发生相关，且低水平IGF-1持续的时间越长，ROP的程度越严重。基于非矫正胎龄计算方法的研究也发现，体质量小于1500 g或者胎龄小于32周的早产儿，产后第3周的低血浆IGF-1水平与ROP的严重程度相关[12-13]。因此推测，与出生胎龄和体质量一样，血浆IGF-1水平有可能作为ROP的一项预测因子。但并非所有研究均支持此结果，少数研究结果表明IGF-1水平与ROP的发生并无必然联系。Peirovifar等[14]报道，胎龄小于等于32周的早产儿，产后6～8周的血浆IGF-1水平与3期以上ROP的发生无必然联系。Banjac等[15]的研究结果也显示，矫正胎龄33周时的血浆IGF-1水平与2期以上ROP的发生发展无关。不一致的结果可能与实验的设计、取材的时间、胎龄范围、样本量大小和ROP的严重程度不同等有关。

在动物实验中也发现，多种ROP模型的动物循环血浆中及眼局部的IGF-1水平均低于正常。Vanhaesebrouck等[16]在氧诱导视网膜病变(OIR)造模过程中发现，大窝别(14～16只)的小鼠比小窝别(4～9只)的小鼠体质量要轻，血浆IGF-1水平也更低，OIR成模率更高，病变更加严重。通过内源性或者外源性补充IGF-1，可以增加小鼠的体质量，并减少OIR的发生率。在酸诱导视网膜病变和高二氧化碳诱导的视网膜病变模型大鼠中，视网膜的IGF-1 mRNA在产后第8天的表达水平明显低于正常大鼠[17-18]。

3 IGF-1/IGFBP-3影响ROP发生的可能机制

尽管对IGF-1/IGFBP-3与ROP的发生发展方面研究已取得显著进展，但其作用机制尚需阐明。目前认为，IGF-1可能通过抑制诱导细胞凋亡的多种刺激因子的分泌、抗炎及促进体质量增长等方面起作用。而IGFBP-3可能通过IGF-1依赖型和IGF-1非依赖型两种方式发挥作用。

在视网膜的发育中，一定浓度的IGF-1对于维持与VEGF相关的Akt和MAPK信号通路的功能是必要的，这两个信号通路在维持血管内皮细胞的增殖和存活方面发挥着关键性的作用[19]。高浓度的IGF-1可抑制上述两个信号通路，进而抑制VEGF向促进血管异常增殖的亚型转换。因此推测，正常的IGF-1浓度可能有利于提升视网膜功能性血管的生成并减少低氧诱导的VEGF的过度表达，减少ROP发生的风险。IGF-1在炎症及氧化应激方面亦有重要的作用，在血管粥样硬化研究中发现，提高循环血中IGF-1浓度有助于减轻血管炎症反应，抑制血管以及机体的氧化应激反应[20]，而炎症及氧化应激与ROP的发生密切相关[1]。IGF-1还与产后的体质量增长相关。在临床研究及动物实验中均发现，产后新生儿或鼠的体质量增长对于ROP的发生与否至关重要[11]。

由于IGFBP-3可结合IGF-1而延长其血浆半衰期，以往研究认为二者共同作用，从而影响ROP的发生发展[21-23]。但近年一些研究显示，IGFBP-3存在独立的神经和血管保护作用。相关研究显示，视网膜内皮细胞分泌的IGFBP-3可以提高血眼屏障的功能，外源补充IGFBP-3可以减轻 VEGF导致的视网膜内皮完整性的破坏。此外，IGFBP-3还能通过不依赖于IGF-1和Ca2+通路的方式扩张血管，减轻缺血缺氧的损害[24]。在OIR造模过程中观察到，IGFBP-3缺失(IGFBP-3-/-)基因型小鼠的视网膜血管发育比野生对照组小鼠差，而IGF-1水平未见差异。通过单纯补充 IGFBP-3 可以促进小鼠视网膜血管的正常血管化[25]，可见IGFBP-3可能独立于IGF-1之外而起作用。Chang等[26]发现，暴露于IGFBP-3中的CD34+造血干细胞会迅速分化为血管内皮细胞，起到一定的血管修复作用。以上结论对于IGFBP-3影响视网膜血管的生成方面具有重要的启示作用，另有研究证实，升高IGFBP-3可以促进骨髓来源的内皮祖细胞向视网膜募集，保护高氧诱导的血管损伤，促进受损血管的再生，从而减少视网膜病理性新生血管化[27]。可见，IGFBP-3在影响ROP发生发展方面并不完全依赖IGF-1。

4 IGF-1/IGFBP-3在ROP早期筛查中的应用

现今筛检ROP主要基于出生胎龄和出生体质量，对于早产或(和)低出生体质量的婴幼儿，需要在一定的矫正胎龄(如30～32周)至视网膜血管成熟期间(大约矫正胎龄40周)反复地进行眼科检查[28-29]。尽管各个国家和地区的标准不一致，但检出需要治疗的ROP患者比例仍低于10%[30-31]，且耗时费力。因此，寻求一种高效率的筛检标准很有必要。瑞典萨尔格林斯卡医院儿童眼科研究中心开发了一种基于新生儿出生后体质量增长和血浆IGF-1水平变化早期预测ROP的筛查模式，即WINROP(Weight IGF-1 Neonatal ROP)。该方法需要连续测量婴幼儿每周的体质量增长量及血浆IGF-1浓度，并与相应矫正胎龄的警戒值进行比较，若二者中任一水平异常，就有必要进行眼底检查。Lofqvist等[32]使用该方法对50名胎龄小于31周的新生儿进行筛检，灵敏度为100%，特异性达32%。

由于血浆IGF-1水平与出生后体质量增长密切相关[11]，而测量每周体质量增长更加简便，因此可以采用简化模式，即以出生后监测每周体质量增长量作为筛检标准。使用者首先需要登陆网站进行注册(http：//www.winrop.com)，注册成功后，输入新生儿的出生体质量、胎龄和每周体质量增长量，系统自动计算实际体质量增长量与参考值的差异并进行累积，若累积量超过一定的值，系统会进行自动报警，表明存在发展为3期以上ROP的风险，并需要治疗。在瑞典，按照简化的WINROP标准，其筛查灵敏度达到100%，并且需要重复进行眼科检查的早产儿数量减少了76%[33]。在美国得到的结果与瑞典相近，灵敏度和特异性分别是100%和75%[23]。最近在美国和加拿大的一项多中心研究显示，简化WINROP的灵敏度达到98.6%[34]，在巴西、中国和韩国，其灵敏度与欧美相比有一定的降低，分别为90.6%、87.5%和90%[35]，但需要做重复检查的比例均有显著下降。因此，WINROP的应用值得在世界范围内推广，以提高筛检效率，并减少不必要的医疗资源浪费。目前，WINROP仅适用于胎龄小于32周的早产儿，而在一些发展中国家可见胎龄大于32周的早产儿发生ROP的情况；其次，各地婴幼儿生长速度存在一定的差异性。因此，WINROP可能需要根据不同国家和地区的实际情况加以修订，以达到更好的效果。

由于IGFBP-3水平与ROP的发生亦具有一定的相关性，因此IGFBP-3水平也可以作为一项指标同胎龄、出生体质量等来早期预测ROP的发生。由Gharehbaghi等进行研究显示，以血浆IGFBP-3水平单独预测ROP，其灵敏度和特异性分别为65.9% 和66.7%[36]；若联合 WINROP和IGFBP-3作为筛查标准，对50名新生儿进行ROP筛查，与单纯采用WINROP相比，其在诊断3期以上的ROP中将诊断特异性由32%升至54%[32]，明显优于单独使用WINROP的筛查结果。

5 IGF-1/IGFBP-3在预防ROP发生中的启示

由于IGF-1/IGFBP-3在ROP的发生发展中起着重要的作用，因而提高血浆IGF-1/IGFBP-3水平可能是预防ROP发生的一项有效措施[37]。目前，提高血浆IGF-1/IGFBP-3水平的方法主要包括静脉间断或连续输入重组人IGF-1 /IGFBP-3(rhIGF-1 /rhIGFBP-3)、补充营养、输新鲜的冰冻血浆和尽早母乳喂养等。

动物实验证明，当给予营养不良的小鼠重组人 IGF-1(rhIGF-1)后，其生长成熟速度加快，且OIR发生率降低[16]。目前，已有试验证明连续性的静脉输入rhIGF-1 /rhIGFBP-3可以有效提高IGF-1 /IGFBP-3的血浆浓度[38]。Can等[39-40]在一项对75名早产儿的临床试验中发现，早期给予积极的肠外营养可以提高血浆的IGF-1/IGFBP-3水平，并且减少小于32周胎龄早产儿ROP的发生率。在热量补充中，低脂高蛋白以及高Omega-3脂肪酸的营养成分对于提高血浆IGF-1/IGFBP-3的效果更显著[41]。在动物实验中发现，限制Wistar大鼠繁殖期的热量供应，将会造成母鼠的急性营养不良及幼鼠的生长发育受限[42]。由此推测，改善母体的营养供应可能会影响幼体ROP的发生。对20名早产的新生儿输入新鲜冰冻血浆后，血浆中IGF-1 和IGFBP-3水平均提高，但由于血浆中二者的半衰期较短，仅有3.4 h，因此，其临床可利用度受到一定的限制[24]。母亲分泌的初乳中，IGF-1的含量较高，但在随后几天逐渐下降[43]。因此，提倡早期母乳喂养可能会降低ROP的发生率及严重程度[44]。

ROP对眼科学及新生儿科学来说将依然是一种挑战。尽管目前激光和冷凝治疗减少了ROP致盲的可能性，但预后不容乐观。大量临床试验结果表明，IGF-1/IGFBP-3与ROP密切相关；基于出生后体质量增长和IGF-1水平而制定的WINROP在ROP筛查方面具有重要的意义；提高血浆IGF-1/IGFBP-3水平，在一定程度上可减少ROP的发生，起到早期预防ROP的作用。因此表明，IGF-1/IGFBP-3在ROP的发生、发展、筛查及预防中均具有重要意义，阐明其影响ROP的具体机制将是未来重要的研究内容之一。

1 Hagadorn JI，Richardson DK，Schmid CH，Cole CH.Cumulative illness severity and progression from moderate to severe retinopathy of prematurity[J].JPerinatol，2007，27(8)：502-509.

2 Hellstrom A，Smith LE，Dammann O.Retinopathy of prematurity[J].Lancet，2013，382(9902)：1445-1457.

3 Hard AL，Smith LE，Hellstrom A.Nutrition，insulin-like growth factor-1 and retinopathy of prematurity[J].SeminFetalNeonatalMed，2013，18(3)，136-142.

4 Lassarre C，Hardouin S，Daffos F，Forestier F，Frankenne F，Binoux M.Serum insulin-like growth factors and insulin-like growth factor binding proteins in the human fetus.Relationships with growth in normal subjects and in subjects with intrauterine growth retardation[J].PediatrRes，1991，29(3)：219-225.

5 Lineham JD，Smith RM，Dahlenburg GW，King RA，Haslam RR，Stuart MC，etal.Circulating insulin-like growth factor I levels in newborn premature and full-term infants followed longitudinally[J].EarlyHumDev，1986，13(1)：37-46.

6 Lagiou P，Samoli E，Hsieh CC，Lagiou A，Xu B，Yu GP，etal.Maternal and cord blood hormones in relation to birth size[J].EurJEpidemiol，2014，29(5)：343-351.

7 Engstrom E，Niklasson A，Wikland KA，Ewald U，Hellstrom A.The role of maternal factors，postnatal nutrition，weight gain，and gender in regulation of serum IGF-I among preterm infants[J].PediatrRes，2005，57(4)：605-610.

8 Liu JP，Baker J，Perkins AS，Robertson EJ，Efstratiadis A.Mice carrying null mutations of the genes encoding insulin-like growth factor I(Igf-1) and type 1 IGF receptor(Igf1r)[J].Cell，1993，75(1)：59-72.

9 Usher R，Mclean F.Intrauterine growth of live-born Caucasian infants at sea level：standards obtained from measurements in 7 dimensions of infants born between 25 and 44 weeks of gestation[J].JPediatr，1969，74(6)：901-910.

10 Hellstrom A，Perruzzi C，Ju M，Engstrom E，Hard AL，Liu JL，etal.Low IGF-I suppresses VEGF-survival signaling in retinal endothelial cells：direct correlation with clinical retinopathy of prematurity[J].ProcNatlAcadSciUSA，2001，98(10)：5804-5808.

11 Hellstrom A，Engstrom E，Hard AL，Albertsson-Wikland K，Carlsson B，Niklasson A，etal.Postnatal serum insulin-like growth factor I deficiency is associated with retinopathy of prematurity and other complications of premature birth[J].Pediatrics，2003，112(5)：1016-1020.

12 Perez-Munuzuri A，Fernandez-Lorenzo JR，Couce-Pico ML，Blanco-Teijeiro MJ，Fraga-Bermudez JM.Serum levels of IGF1 are a useful predictor of retinopathy of prematurity[J].ActaPaediatr，2010，99(4)：519-525.

13 Cekmez F，Pirgon O，Aydemir G，Dundar B，Cekmez Y，Karaoglu A，etal.Correlation between cord blood apelin and IGF-1 levels in retinopathy of prematurity[J].BiomarkMed，2012，6(6)：821-825.

14 Peirovifar A，Gharehbaghi MM，Gharabaghi PM，Sadeghi K.Vascular endothelial growth factor and insulin-like growth factor-1 in preterm infants with retinopathy of prematurity[J].SingaporeMedJ，2013，54(12)：709-712.

15 Banjac L，Bokan V.Retinopathy of prematurity and serum level of insulin-like growth factor-1[J].ActaClinCroat，2012，51(2)：209-213.

16 Vanhaesebrouck S，Daniels H，Moons L，Vanhole，C，Carmeliet P，De Zegher F.Oxygen-induced retinopathy in mice：amplification by neonatal IGF-I deficit and attenuation by IGF-I administration[J].PediatrRes，2009，65(3)：307-310.

17 Leske DA，Wu J，Mookadam M，Chen Y，Fautsch MP，Holmes JM，etal.The relationship of retinal VEGF and retinal IGF-1 mRNA with neovascularization in an acidosis-induced model of retinopathy of prematurity[J].CurrEyeRes，2006，31(2)：163-169.

18 Leske DA，Wu J，Fautsch MP，Karger RA，Berdahl JP，Lanier WL，etal.The role of VEGF and IGF-1 in a hypercarbic oxygen-induced retinopathy rat model of ROP[J].MolVis，2004，10(1)：43-50.

19 Nowak DG，Amin EM，Rennel ES，Hoareau-Aveilla C，Gammons M，Damodoran G，etal.Regulation of vascular endothelial growth factor(VEGF) splicing from pro-angiogenic to anti-angiogenic isoforms：a novel therapeutic strategy for angiogenesis[J].JBiolChem，2010，8(285)：5532-5540.

20 Sukhanov S，Higashi Y，Shai SY，Vaughn C，Mohler J，Li Y，etal.IGF-1 reduces inflammatory responses，suppresses oxidative stress，and decreases atherosclerosis progression in ApoE-deficient mice[J].ArteriosclerThrombVascBiol，2007，27(12)：2684-2690.

21 Can E，Bulbul A，Uslu S，Bolat F，Comert S，Nuhoglu A.Early Aggressive Parenteral Nutrition Induced High Insulin-like growth factor 1(IGF-1) and insulin-like growth factor binding protein 3(IGFBP3) Levels Can Prevent Risk of Retinopathy of Prematurity[J].IranJPediatr，2013，23(4)：403-410.

22 Wu C，Vanderveen DK，Hellstrom A，Lofqvist C，Smith LE.Longitudinal postnatal weight measurements for the prediction of retinopathy of prematurity[J].ArchOphthalmol，2010，128(4)：443-447.

23 Dani C，Poggi C，Bresci C，Corsini I，Frosini S，Pratesi S.Early fresh-frozen plasma transfusion decreases the risk of retinopathy of prematurity[J].Transfusion，2013，54(4)：1002-1007.

24 Jarajapu YP，Cai J，Yan Y，Calzi S，Kielczewski JL，Hu P，etal.Protection of blood retinal barrier and systemic vasculature by insulin-like growth factor binding protein-3[J].PLoSOne，2012，7(7)：e39398.

25 Lofqvist C，Chen J，Connor KM，Smith AC，Aderman CM，Liu N，etal.IGFBP3 suppresses retinopathy through suppression of oxygen-induced vessel loss and promotion of vascular regrowth[J].ProcNatlAcadSciUSA，2007，104(25)：10589-10594.

26 Chang KH，Chan-Ling T，Mcfarland EL，Afzal A，Pan H，Baxter LC，etal.IGF binding protein-3 regulates hematopoietic stem cell and endothelial precursor cell function during vascular development[J].ProcNatlAcadSciUSA，2007，104(25)：10595-10600.

27 Liu LQ，Sposato M，Liu HY，Vaudrain T，Shi MJ，Rider K，etal.Functional cloning of IGFBP-3 from human microvascular endothelial cells reveals its novel role in promoting proliferation of primitive CD34+CD38-hematopoietic cells in vitro[J].OncolRes，2003，13(6-10)：359-371.

28 Binkhathlan AA，Almahmoud LA，Saleh MJ，Srungeri S.Retinopathy of prematurity in Saudi Arabia：incidence，risk factors，and the applicability of current screening criteria[J].BrJOphthalmol，2008，92(2)：167-169.

29 Jandeck C，Kellner U，Lorenz B，Seiberth V.Guidelines for ophthalmological screening of premature infants in Germany[J].KlinMonblAugenheilkd，2008，225(2)：123-130.

30 Harder BC，von Baltz S，Jonas JB，Schlichtenbrede FC.Intravitreal bevacizumab for retinopathy of prematurity[J].JOculPharmacolTher，2011，27(6)：623-627.

31 Mintz-Hittner HA，Kennedy KA，Chuang AZ.Efficacy of intravitreal bevacizumab for stage 3+ retinopathy of prematurity[J].NEnglJMed，2011，364(7)：603-615.

32 Lofqvist C，Hansen-Pupp I，Andersson E，Holm K，Smith LE，Ley D，etal.Validation of a new retinopathy of prematurity screening method monitoring longitudinal postnatal weight and insulinlike growth factor I[J].ArchOphthalmol，2009，127(5)：622-627.

33 Hellstrom A，Hard AL，Engstrom E，Niklasson A，Andersson E，Smith L，etal.Early weight gain predicts retinopathy in preterm infants：new，simple，efficient approach to screening[J].Pediatrics，2009，123(4)：e638-e645.

34 Wu C，Lofqvist C，Smith LE，Vander Veen DK，Hellstrom A.Importance of early postnatal weight gain for normal retinal angiogenesis in very preterm infants：a multicenter study analyzing weight velocity deviations for the prediction of retinopathy of prematurity[J].ArchOphthalmol，2012，130(8)：992-999.

35 Choi JH，Lofqvist C，Hellstrom A，Heo H.Efficacy of the screening algorithm WINROP in a Korean population of preterm infants[J].JAMAOphthalmol，2013，131(1)：62-66.

36 Gharehbaghi MM，Peirovifar A，Sadeghi K，Mostafidi H.Insulin-like growth factor binding protein-3 in preterm infants with retinopathy of prematurity[Z].IndianJOphthalmol，2012，60(6)，527-530.

37 丁小艳，张林，马波，王从毅，吴利安.胰岛素样生长因子-1对人晶状体上皮细胞增殖的影响[J]，新乡医学院学报，2012，29(9)：653-655.

38 Ley D，Hansen-Pupp I，Niklasson A，Domellof M，Friberg LE，Borg J，etal.Longitudinal infusion of a complex of insulin-like growth factor-I and IGF-binding protein-3 in five preterm infants：pharmacokinetics and short-term safety[J].PediatrRes，2013，73(1)：68-74.

39 Can E，Bulbul A，Uslu S，Comert S，Bolat F，Nuhoglu A.Effects of aggressive parenteral nutrition on growth and clinical outcome in preterm infants[J].PediatrInt，2012，54(6)：869-874.

41 Young LR，Kurzer MS，Thomas W，Redmon JB，Raatz SK.Low-fat diet with omega-3 fatty acids increases plasma insulin-like growth factor concentration in healthy postmenopausal women[J].NutrRes，2013，33(7)：565-571.

42 do Nascimento E，de Santana Muniz G，das Graças de Santana Muniz M，de Souza Alexandre L，da Rocha LS，Leandro CG，etal.Unlimited access to low-energy diet causes acute malnutrition in dams and alters biometric and biochemical parameters in offspring[J].JDevOrigHealthDis，2014，5(1)：45-55.

43 罗黎力，陈大鹏，屈艺，母得志.早产儿218例视网膜病变筛查分析[J].中华实用儿科临床杂志，2013，28(14)：1058-1060.

44 Baxter RC，Zaltsman Z，Turtle JR.Immunoreactive somatomedin-C/insulin-like growth factor I and its binding protein in human milk[J].JClinEndocrinolMetab，1984，58(6)：955-959.