中医药防治糖尿病视网膜病变周细胞凋亡的研究进展＊

周云丰，李 琳，葛争艳，郭宇洁，金 龙，任 烨，李彦林，许 扬＊＊

（1. 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所 北京 100093；2. 中国中医科学院西苑医院实验研究中心 北京 100091）

中医药防治糖尿病视网膜病变周细胞凋亡的研究进展＊

周云丰1，李 琳1，葛争艳2，郭宇洁2，金 龙2，任 烨2，李彦林1，许 扬1＊＊

（1. 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所 北京 100093；2. 中国中医科学院西苑医院实验研究中心 北京 100091）

糖尿病视网膜病变是糖尿病患者常见的微血管并发症之一，视网膜周细胞凋亡是糖尿病视网膜病变早期的主要病理改变，近年来其机制研究进展明显。中药单味药、有效成分及复方均从多个途径如减轻高糖对视网膜周细胞的损害、抑制糖基化终末产物对周细胞的损伤、抑制视网膜微血管的炎性反应等方面发挥作用，对防治视网膜病变周细胞凋亡有着自身的优势。本文总结了近年来糖尿病视网膜病变周细胞凋亡的分子机制研究现状，并对中药在保护视网膜周细胞方面的作用进行综述，为深入的中药研究和防治糖尿病视网膜周细胞凋亡的创新药物开发提供科学依据。

糖尿病视网膜病变 周细胞 凋亡 分子机制 中药

糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy，DR）是I型和II型糖尿病患者常见的微血管并发症，也是导致成年人视力丧失的主要原因之一[1]。流行病学研究表明，糖尿病患者中，近50%的患者发生不同程度的DR现象。在患病15年以上的糖尿病患者中，几乎所有的I型糖尿病患者和多达75%的II型糖尿病患者会发生视网膜病变[2]。根据WHO统计，糖尿病并发DR的发病率正逐年增加，预计到2030年，因DR而导致失明患者的数量将达到预计的2倍[3]。因此，有效防治DR的发生发展已经成为糖尿病研究中亟待解决的问题，但目前对于糖尿病视网膜病变的治疗，还缺乏有效的干预手段。尽管DR的发病机制尚有许多不明之处，但大量研究表明，糖尿病视网膜病变早期周细胞的缺失是DR的标志性病理特征之一[4]。早期DR中，引起周细胞凋亡的机制目前尚未完全明确。在细胞和动物模型的研究方面，目前已经发现11种信号传导通路与周细胞的凋亡有关，分别为CD38、三磷酸甘油醛脱氢酶（Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase，GAPDH）、叉头盒蛋白1（Forkhead Box Protein O1，FoxO1）、转化生长因子β（Transforming Growth Factor beta，TGFβ）、血小板源性生长因子B （Platelet-Derived Growth Factor-B，PDGF-B）、血管生成素I及血管生成素II、血管生成素/酪氨酸激酶受体（Angiogenin/Tyrosine Kinase Receptor，Ang/TKR）、多元醇/山梨醇葡萄糖代谢、多聚ADP-核糖聚合酶、NF-κB、硫胺和苯磷硫胺[5]。与这些通路相关联的因素主要有高血糖、晚期糖基化终末产物（Advanced Glycation End Products，AGEs）、炎症、蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）激活、活性氧簇（Reactive Oxygen Species，ROS）产生，以及肾素-血管紧张素（Renin Angiotensin，RAS）等。

近10年来，中药单味药、有效成分及复方防治DR周细胞凋亡的研究取得了一定的进展，从多个途径如减轻高糖对视网膜周细胞的损害、抑制糖基化终末产物对周细胞的损伤、抑制视网膜微血管的炎性反应等方面发挥了多种作用，表明中药对防治DR周细胞凋亡有着自身的优势。目前，DR仍然缺乏有效的治疗手段，从传统中医药的优势出发，寻找早期干预DR周细胞凋亡的有效中药，对于防治DR有着重要的临床意义。

1 中医药防治DR周细胞凋亡的研究

1.1 减轻高糖对视网膜周细胞的损害

高血糖引起DR周细胞的机制虽不十分明确，但有研究表明，高糖状态可促进促凋亡蛋白Bax的高表达而引起视网膜周细胞凋亡[6]。已经明确的机制有高糖引起TGF-β和βIG-H3的基因表达，以及高糖抑制一种蛋白水解酶（Sentrin/SUMO Specific Protease 1，SENP1）的基因表达，从而促进视网膜周细胞的凋亡[7，8]。因此，控制高血糖是保护视网膜周细胞的重要前提。

杨建华等[9]观察了中药黄芪对高糖状态下牛视网膜微血管周细胞增生的影响，结果表明黄芪注射液对牛视网膜周细胞生长具有促进作用, 且中等浓度（10 mg·mL-1）的促进作用最为显著。康英英等[10]进一步观察研究表明，黄芪总黄酮对高糖培养下的牛视网膜微血管周细胞凋亡有明显的抑制作用，并呈剂量依赖性。张翔等[11]研究显示，槲皮素可减轻高糖对视网膜周细胞增殖的抑制作用，减少高糖状态下周细胞的凋亡。

周水平等[12]观察了中药复方络通对不同病程糖尿病大鼠视网膜微血管细胞凋亡的影响，显示络通对糖尿病大鼠视网膜微血管病变早中期的周细胞凋亡有较好的抑制作用。黄贵芝等[13]研究了中药部位复方DGH对STZ诱发的糖尿病大鼠早期视网膜形态学的影响，表明DGH能抑制视网膜周细胞丧失及基底膜增厚，并在一定程度上能调控STZ诱发的糖尿病大鼠的血糖水平。

高血糖是引起糖尿病视网膜病变的基础因素，上述研究从体外和体内实验两方面表明了中药黄芪及复方络通对高血糖引起的视网膜血管周细胞具有保护作用，但作用机制尚有待进一步深入研究。

1.2 抑制晚期糖基化终末产物对周细胞的损伤

AGEs的产生是蛋白质和脂类非酶糖基化反应启动后的一系列化学反应的产物，正常情况下，体内AGEs 的水平维持在一个较为平衡的状态，但当生成过多如糖尿病、衰老、摄入AGEs 过多或排出障碍如肾病等情况下，会产生一系列病理生理改变[14]。AGEs的沉积与早期视网膜血管损害直接相关，对血管细胞的损伤包括一系列的病理生理过程如线粒体肿胀、基底膜肥厚及周细胞丧失。另外，AGEs也可通过促进VEGF受体的表达而影响视网膜功能[15]，并通过其受体RAGE激活周细胞内的异常信号传导通路，引起细胞凋亡[16]。阻断AEGs对血管的损害和诱导周细胞的凋亡是控制DR进一步发展的重要手段。

Kim等[17]发现，葛根素能够有效抑制AGEs诱导的视网膜周细胞凋亡，具有一定的缓解DR的作用。其作用机制可能与干扰NADPH氧化酶相关的ROS通路，抑制NF-κB的活化有关。倪劲松等[18]研究了银杏叶注射液对牛视网膜毛细血管周细胞的保护作用，银杏叶注射液可以减轻AGEs对周细胞的毒性作用。Kim等[19]研究表明，复方KIOM-79（厚朴、葛根、甘草、大戟）对AGEs诱导的视网膜周细胞凋亡具有明显的抑制作用，其机制是阻断了NF-κB的激活。

AGEs是诱导DR视网膜周细胞凋亡的重要因素之一，葛根素及中药复方KIOM-79均能从体外和体内两方面抑制AGEs诱导的视网膜周细胞凋亡，机制的相似之处均为阻断NF-κB的激活。

1.3 抑制视网膜微血管炎性反应

视网膜组织的炎性反应是DR病理改变之一，糖尿病视网膜细胞的炎症反应与NF-κB的激活紧密相关，糖尿病患者视网膜微血管中存在大量NF-κB表达阳性的周细胞。高血糖可引起视网膜周细胞中NF-κB表达而导致周细胞凋亡[20]。

罗旭昇等[21]探讨了交泰丸对实验性糖尿病大鼠视网膜病变的影响，表明交泰丸可通过抑制STZ性糖尿病大鼠视网膜及视网膜血管周细胞中NF-κB的激活，保护周细胞免于凋亡，从而对视网膜微血管病变发挥防治作用。孙玉科等[22]研究了糖康（黄芪、葛根、山药、枸杞和红花等）对糖尿病大鼠视网膜组织中NF-κB信号通路的影响，表明糖康能够明显抑制糖尿病大鼠视网膜组织NF-κB活性及其下游靶基因Bax和IL-1β下的表达水平，通过多途径、多靶点拮抗视网膜细胞凋亡和炎症反应，保护视网膜组织，延缓了DR的发生和发展。

NF-κB的激活与组织的炎症反应关系密切，交泰丸和糖康两个复方均能抑制糖尿病大鼠视网膜周细胞中NF-κB的活性，减轻局部炎症反应，从而达到保护视网膜周细胞的目的。

1.4 抑制氧化应激损伤

氧化应激损伤出现于糖尿病视网膜病变的中间环节，由于糖尿病引起体内代谢紊乱，引起活性氧簇（Reactive Oxygen Species，ROS）增加，氧化防御系统遭到破坏，增加的ROS又导致视网膜代谢异常，产生更多的ROS而形成恶性循环。最终导致视网膜周细胞线粒体DNA损害而引起细胞凋亡[23]。

Kim等[24]同时观察了复方KIOM-79（厚朴、葛根、甘草、大戟）对甲基乙二醛（Methylglyoxal，MGO）引起的牛视网膜周细胞凋亡的保护作用，发现KIOM-79 能显著减少因MGO引起的周细胞内ROS的产生和周细胞的氧化损伤。对玻璃体内预注射MGO的大鼠，再次注射KIOM-79可阻止视网膜微血管细胞的凋亡、MGO的聚集以及DNA 氧化损伤。表明KIOM-79还可以通过抗氧化的途径对抗氧化应激引起的视网膜周细胞凋亡。江红等[25]研究了不同质量浓度的黄芪总黄酮对高糖培养下牛视网膜血管周细胞氧化应激的影响，显示一定质量浓度黄芪总黄酮对高糖培养下的牛视网膜微血管周细胞氧化应激有明显的抑制作用，且呈剂量依赖性。

ROS因量的不同，可在体内发挥有益和有害两种作用。少量的ROS作为氧化还原反应信使，调控细胞内的信号传导。过量的ROS则引起细胞的氧化应激改变，促进细胞凋亡。抑制ROS过量生成的黄芪总黄酮及复方KIOM-79可明显抑制牛视网膜微血管周细胞的氧化应激反应，从不同的途径发挥了保护周细胞的作用。

另外，刘光辉等[26]对加味补阳还五汤干预糖尿病大鼠视网膜微血管周细胞的凋亡情况进行了观察，发现其可显著抑制周细胞的凋亡，降低视网膜微血管的损害，提示加味补阳还五汤可预防糖尿病大鼠视网膜微血管病变的发展，相关机制有待于进一步研究。许扬等[27]在降糖消脂片对DR的保护作用研究中发现，降糖消脂片能明显减少STZ诱导的糖尿病大鼠视网膜中非细胞血管数、降低血管密度、减少血管条索数、提高周细胞与内皮细胞比值，提示降糖消脂片对DR大鼠周细胞具有潜在的保护作用。

2 结语

在DR发生和发展过程中，早期周细胞凋亡是病变进一步发展的病理基础。迄今为止，DR早期周细胞凋亡的机制仍不十分明确，目前已经阐明引起DR周细胞凋亡的信号传导通路有11条，涉及的相关因素有高血糖、晚期糖基化终末产物、炎症、蛋白激酶C激活、ROS产生，以及RAS等。尽管近年来的研究对于防治DR周细胞的凋亡有了一定的进展，但有效的防治方法仍然比较欠缺。

与西药防治视网膜周细胞凋亡的研究相比较，中药保护DR早期病变周细胞的研究不仅有单味药、有效成分，也有复方的研究，表明中药在防治视网膜周细胞凋亡方面具有自身的优势。从已有的研究文献看，中药单味药、有效成分及复方对于防治DR早期周细胞凋亡显示出明显的作用，表明中药对于DR早期周细胞凋亡的保护有较好的应用前景。但需要指出的是，中药对视网膜周细胞凋亡的研究报道的文献并不多，研究深度不够，大部分文献缺乏机制研究，干预相关分子信号传导通路的分子机制研究更显匮乏。由于人或动物（如大鼠、小鼠、牛等）的视网膜周细胞尚未有细胞系商业出售，需要每一项研究都自行建立原代细胞培养模型，且视网膜周细胞的原代培养具有一定的技术难度，在客观上也制约了深入研究的进一步开展。

对已在动物实验中发现的中药单味药、有效成分、复方进行深入的机制探讨和临床研究，可以推动快速发现用于防治DR早期周细胞凋亡的中药新药。在未来的研究中，需要通过生物技术手段建立视网膜周细胞系，以便为开展大规模筛选有效的中药单味药、化学成分及复方提供稳定的研究手段。另外，中药高通量定向筛选方面需要有所突破，以不断丰富候选药物品种，筛选更加高效的防治DR早期周细胞凋亡的治疗用药。

参考文献

1 Cheung N, Mitchell P, Wong, T Y. Diabetic retinopathy. Lancet, 2010, 376(9735): 124-136.

2 Stitt A W, Curtis T M, Chen M, et al. The progress in understanding and treatment of diabetic retinopathy. ProgRetin Eye Res, 2016, 51:156-186.

3 Yau J W, Rogers S L, Kawasaki R, et al. Global prevalence and major risk factors of diabetic retinopathy. Diabetes care, 2012, 35(3): 556-564.

4 Ola M S, Nawaz M I, Siddiquei M M, et al. Recent advances in understanding the biochemical and molecular mechanism of diabetic retinopathy. J Diabetes Complications, 2012, 26(1): 56-64.

5 Arboleda-Velasquez J F, Valdez C N, Marko C K, et al. From pathobiology to the targeting of pericytes for the treatment of diabetic retinopathy. CurrDiab Rep, 2015, 15(2): 1-10.

6 Podesta F, Romeo G, Liu W H, et al. Bax is increased in the retina of diabetic subjects and is associated with pericyte apoptosis in vivo and in vitro. Am J Pathol, 2000, 156: 1025-1032.

7 Han J H, Ha S W, Lee IK, et al. High glucose-induced apoptosis in bovine retinal pericytes is associated with transforming growth factor beta and betaIG-H3: betaIG-H3 induces apoptosis in retinal pericytes by releasing Arg-Gly-Asp peptides. Clin Experiment Ophthalmol, 2010, 38(6):620-628.

8 Suarez S, McCollum G W, Jayagopal A, et al. High glucose-induced retinal pericyte apoptosis depends on association of GAPDH and Siah1. J Biol Chem, 2015, 290(47):28311-28320.

9 杨建华, 段俊国.黄芪提取物对体外高糖培养牛视网膜毛细血管周细胞的影响. 国际眼科杂志, 2007, (7)3: 685-687.

10 康英英, 匡洪宇, 马丽丽, 等.不同浓度的黄芪总黄酮对高糖培养下牛视网膜血管周细胞凋亡的影响. 哈尔滨医科大学学报, 2008, 42(2):135-137.

11 张翔, 耿燕, 薛丽. 槲皮素对高糖培养牛视网膜周细胞增殖和凋亡的影响. 国际眼科杂志, 2009, 9(11): 2708-2710.

12 周水平, 仝小林, 潘琳, 等. 络通对不同病程糖尿病大鼠视网膜微血管细胞凋亡的影响. 中华中医药杂志, 2006, 5: 273-275.

13 黄贵芝, 段俊国, 杨灵萍, 等.中药部位复方DGH对STZ诱发的糖尿病大鼠早期视网膜形态学影响的实验研究. 中国中医眼科杂志, 2008, 18(4): 204-207.

14 杨秀颖, 杜冠华. 糖基化终末产物及相关药物研究进展. 中国药理学通报, 2011, 27(9) :1185-1188.

15 Kandarakis S A, Piperi C, Topouzis F, et al. Emerging role of advanced glycation-end products (AGEs) in the pathobiology of eye diseases. Prog Retin Eye Res, 2014, (42):85-102.

16 McVicar C M, Ward M, Colhoun L M, et al. Role of the receptor for advanced glycation end products (RAGE) in retinal vasodegenerative pathologyduring diabetes in mice. Diabetologia. 2015, 58(5):1129-1137.

17 Kim J, Kim K M, Kim C S, et al. Puerarin inhibits the retinal pericyte apoptosis induced by advanced glycation end products in vitro and in vivo by inhibiting NADPH oxidase-related oxidative stress. Free Radical Biology and Medicine, 2012, 53(2): 357-365.

18 倪劲松, 王越晖, 陈兰悦, 等. 银杏叶注射液对牛视网膜毛细血管周细胞的保护作用. 吉林大学学报(医学版), 2005, 31(3): 368-371. 19 Kim J, Kim C S, Sohn E, et al. KIOM-79 protects AGE-induced retinal pericyte apoptosis via inhibition of NF-kappa B activation in vitro and in vivo. PLoS One, 2012,7(8):e43591.

20 Stitt A W, Curtis T M, Chen M, et al.The progress in understanding and treatment of diabetic retinopathy. Prog Retin Eye Res, 2016, (51):156-186.

21 罗旭昇, 高健生, 潘琳, 等. 交泰丸对实验性糖尿病大鼠视网膜及视网膜血管NF-κB表达的影响. 成都中医药大学学报, 2008, 30(4): 52-57.

22 孙玉科, 石庆华, 玛尔孜亚·达尼亚尔, 等. 糖康对糖尿病大鼠视网膜组织中NF-κB信号通路的影响. 新疆医科大学学报, 2010, 33(6): 604-608.

23 Kowluru R A, Mishra M. Oxidative stress, mitochondrial damage and diabetic retinopathy. Biochim Biophys Acta, 2015, 1852(11):2474-2483.

24 Kim O S, Kim J, Kim C S, et al. KIOM-79 prevents methyglyoxalinduced retinal pericyte apoptosis in vitro and in vivo. J Ethnopharmacol, 2010,129(3):285-292.

25 江红,匡洪宇,马丽丽,等. 不同质量浓度的黄芪总黄酮对高糖培养下牛视网膜血管周细胞氧化应激的影响. 中国中医急症, 2011, 20(7): 1105-1106.

26 刘光辉, 刘安, 郑永征, 等. 加味补阳还五汤对糖尿病大鼠视网膜微血管周细胞凋亡的影响. 北京中医药大学学报, 2013, 36(3): 178-182.

27 许扬, 葛争艳, 李琳, 等. 降糖消脂片对糖尿病大鼠视网膜血管的保护作用. 中国中医药信息杂志, 2012, 19(11): 36-38.

A Research Progress on the Protective Effects of Traditional Chinese Medicine on Pericyte Loss in Diabetic Retinopathy

Zhou Yunfeng1, Li Lin1, Ge Zhengyan2, Guo Yujie2, Jin Long2, Ren Ye2, Li Yanlin1, Xu Yang1
(1.Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Science and Peking Union Medical College,Beijing 100193, China;
2. Experiment Research Center of Xiyuan Hospital, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100091, China)

Diabetic retinopathy (DR) is one of the common microvascular complications of diabetes. The apoptosis of retinal pericyte is the main pathologic change in the early stage of DR. In recent years, major progress has been made on the research of mechanism behind pericyte apoptosis. In this study，single ingredient of Chinese medicine (CM) and its effective components and formula compounds were indicated to perform various pharmacological effects, such as reducing the damage of cultivated retinal peticyte caused by high glucose, inhibiting peticyte damage caused by advanced glycation end products and suppressing the inflammatory response of retinal microvascular, as each of the three played an important role in attenuating apoptosis of pericyte of DR. This article summarized the current literatures over the molecular mechanism of pericyte apoptosis and the protective effects of CM in pericyte apoptosis in DR, which provided a reference for the treatment of CM and the development of new drugs in pericyte apoptosis of DR.

Diabetic retinopathy, pericyte, apoptosis, molecular mechanism, Chinese medicine

10.11842/wst.2016.10.025

R285.5

A

（责任编辑：马雅静，责任译审：朱黎婷）

2016-09-28

修回日期：2016-10-12

＊ 北京市自然科学基金项目（7152100）：降糖消脂片对STZ诱导的糖尿病大鼠视网膜周细胞凋亡保护作用的分子机制研究，负责人：许扬。

＊＊ 通讯作者：许扬，博士，研究员，硕士生导师，主要研究方向：中药药理学及创新药物研究。