IGF-1与糖尿病性视网膜病变的相关关系
2017-04-04张晓昀曹明芳
张晓昀,曹明芳
(1.福建中医药大学,福建福州350122; 2.福建中医药大学附属人民医院,福建福州350004)
1 IGF-1信号通路
1957年,Salmon及Daughaday两位专家最早发现与胰岛素类似的多肽蛋白物质,即IGF-1,它由70个氨基酸构成,具有内分泌、自分泌及旁分泌作用,源于肝脏细胞的合成和释放。IGF-1不仅可以抑制细胞凋亡、促进生长和合成代谢,还能促进细胞增殖、分化、成熟,在一定程度上还能降低血糖、调节免疫[1]。IGF-1 具有生物活性,需要与细胞外表面的胰岛素样生长因子-1受体(insulin like growth factor-1 receptor,IGF-1R)相链接发挥其生物学特性,主要信号因子涉及胰岛素受体底物(insulin receptor substrate,IRS)、磷脂酰肌醇 3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase,PI3K)、蛋白激酶 B(protein kinase B,简称 PKB 或 Akt)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)以及c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein2,Grb2)等[2]。
2 IGF-1与糖尿病性视网膜病变
正常情况下,眼组织内存在一定浓度的IGF-1,它是维持眼部正常发育和功能的重要因子。长期处于高血糖状态下的DR患者,可明显发现其视网膜损伤是蛋白质糖基化及交叉连接作用所致,从而导致血-视网膜屏障遭到不同程度的损害,使眼内视网膜中的IGF-1表达增高。高浓度的IGF-1促进眼底视网膜新生血管形成、毛细血管内皮细胞增生,是 DR 发生发展的重要因素[3]。Landi F 等[4]研究观察GH-IGF轴与血红蛋白之间的关系,发现IGF-1参与了细胞的增殖和分化,能够促进骨髓基质细胞的生成和释放。同时,一定浓度的IGF-1在眼球玻璃体中能促进视网膜内皮细胞的生长,形成新生血管。Chen H S等[5]纳入 480名确诊2型糖尿病伴视网膜病变患者进行前瞻性的观察,调查血糖控制情况与血清IGF-1水平差异的关系,研究证明,在持续高血糖的情况下,IGF-1水平的升高能增加DR的发病率及加速DR的发展进程,IGF-1的升高不仅能加强细胞迁移和增殖,还会加速视网膜胶原酶的生成,进一步提高增生性糖尿病性视网膜病变的发病率。
3 IGF-1在DR发病机制中的作用
3.1 抑制视网膜血管周细胞和内皮细胞的凋亡
视网膜毛细血管主要由周细胞和血管内皮细胞构成,周细胞起到调节视网膜毛细血管局部的血流量和血管通透性的作用,还可通过接触对内皮细胞的增殖起抑制作用,与内皮细胞之间的紧密连接组成了血-视网膜内屏障(breakdown of blood-retinal barrier,BRB)[6]。IGF-1 对正常生理条件下和病理状态下的视网膜内皮细胞、周细胞都有重要作用[7]。PI3K/Akt和 MAPK 是 IGF-1 发挥抗凋亡作用的两大通路[8]。当前,PI3K/Akt信号路径是IGF-1抑制细胞凋亡作用的主要经典路径。赵美芝等[9]观察苯妥英诱导的大鼠给予IGF-1后检测评估大鼠小脑颗粒神经元的存活率,采用PI3K/Akt通路特异性抑制剂 LY294002(50 μmol/L)预先与小脑颗粒神经元孵育30 min,再加1 μmol/L IGF-1和100 μmol/L苯妥英共孵育48 h,观察IGF-1与PI3K/Akt通路的关系,结果发现IGF-1凭借PI3K/Akt信号通路启动应答反应,从而导致大鼠小脑颗粒神经元受到抑制。
另外一种关键信号途径是IGF-1利用丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号途径发挥抗凋亡作用。有研究说明IGF-1与IGF-1R结合后激活胰岛素受体底物(insulin receptor substrate-1,IRS-1)、核蛋白 Ras,在一系列酶及重要功能分子的结合、催化、调节的作用下完成MAPK磷酸化,通过信号传递及酶的作用激活MAPK通路,再将信号一步步转下去,最后转到细胞核调控基因转录系统,从而发挥抑制细胞凋亡的作用[10]。Sakagami K 等[11]从大鼠视网膜分离出新鲜微血管,观察分析离子电流的活性,认为IGF-1受体是由视网膜微血管中周细胞分泌表达,IGF-1配体与其受体相结合后,伴随着动作电位的产生,周细胞去极化,通过影响细胞受体结合及电位的变化,激活钙通透性非选择性阳离子通道、钙通道开放,血清中钙离子持续涌入,过多的钙蓄积于视网膜周细胞,导致周细胞的死亡,减弱抑制内皮细胞增殖的作用,促进新生血管形成。
3.2 促进细胞分化、增殖
糖尿病患者的胰岛素水平低下,导致血糖升高从而抑制了肝脏合成IGF-1,IGF-1合成减少,加快细胞的增殖和分化,使得视网膜毛细血管内皮细胞过分增殖,促进毛细血管的不断新生。陈瑶等[12]应用不同浓度的IGF-1作用于培养箱中的血管内皮细胞,研究发现IGF-1在低浓度时对内皮细胞的增殖有推动作用及量效关系,40 ng/mL作用明显,IGF-1在高浓度(160 ng/mL)时却能抑制细胞的增殖。实验组 VEGF 平均检测值为(130.44 ±9.13)pg/mL,对照组 VEGF 平均测得值为(47.68 ±12.70)pg/mL,两组比较差异有统计学意义(P<0.05),说明IGF-1可以促进内皮细胞分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),从中可以得出结论IGF-1与VEGF参与了糖尿病性视网膜病变的形成和发展。Saukkonen T等[13]进一步研究观察15例1型糖尿病患者,发现IGF-1与IGFBP-3组合可以调节糖的代谢,可以看出IGF-1发挥的作用与生长激素相似,促进内皮细胞的增殖、分泌蛋白酶,故IGF-1受到内环境细胞间相互作用的影响,启动细胞内的一系列生化反应,引起细胞增生和分化,推动了新生血管的形成。
3.3 促使VEGF表达
IGF-1与胰岛素具有相似的结构,具有多种功能,可以促进细胞的增殖、生长和分化。视网膜色素上皮细胞、视网膜血管内皮细胞、Müller细胞、周细胞和神经节细胞能产生和分泌VEGF,IGF-1通过与IGF-1受体结合激活VEGF,VEGF可促进血管内皮细胞的生长和分化,在信号传导及细胞因子的作用下,MAPK通路被激活,诱导血管新生[14]。Poulaki V等[15]研究证明抑制PI3K/Akt传导通路,关键在于有效地激活Akt的活性,诱导在体外培养的RPE细胞VEGF的表达,并通过PI3K的抑制作用抑制体内视网膜VEGF水平。DR的病理发生发展过程与IGF-1具有直接相关关系,VEGF的表达增强在DR早期过程中起到重要作用。
4 IGF-1在DR发病中的临床研究
在生理情况下,血IGF-1水平是均衡稳定的,IGF-1可由体内大多数组织产生,在细胞生长、分化和变形中起重要的作用。抽取PDR患者玻璃体及血清检测发现两者IGF-l浓度均较正常显著升高[16]。刘波等[17]将 60 例患者分成 2 型糖尿病各组(包括NDR组、BDR组、PDR组)与正常对照组,检测血糖、血脂及糖化血红蛋白、胆固醇水平,结果表明2型糖尿病各组中的VEGF含量均高于正常对照组,BDR组明显高于NDR组,但PDR组VEGF含量下降,而各组IGF-1含量呈NDR组<BDR组<PDR组的趋势,表明随着糖尿病性视网膜病变程度的进展,血清IGF-1含量逐渐增高。同时,IGF-1可通过多种信号通路激活VEGF,诱导视网膜新生血管形成,在参与DR的发生发展中发挥重大作用。
5 中医药对于IGF-1表达的临床研究
近年来,随着DR基础及临床研究的深入,中医药在治疗DR的过程中取得丰富的收获,显示了中医药治疗的优势。杨丽等[18]通过将90只健康雄性大鼠随机分为对照组、糖尿病模型组、葛根素给药组(不同剂量),检测大鼠视网膜病理组织中IGF-1蛋白量,研究提示糖尿病模型组IGF-1蛋白表达水平的强度明显下降,证实葛根素能够通过提高IGF-1的浓度释放从而保护视网膜的功能。刘光辉等[19]通过链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠模型,将DM大鼠分为治疗组(给予加味补阳还五汤,生黄芪 15 g,山药 15 g,苍术 9 g,桃仁 5 g,红花 5 g,当归 9 g,川芎 6 g,赤芍 10 g,茯苓 15 g,生地15 g,玄参 15 g,10.71 g/kg)、对照组(羟本硫酸钙120 mg/kg)、空白组(生理盐水 3 mL/d),并设立正常组,观察视网膜毛细血管周细胞的凋亡,结果提示加味补阳还五汤对糖尿病大鼠周细胞的凋亡具有抑制作用。积极减少病变对视网膜毛细血管的侵害,进而预防和治疗糖尿病性视网膜病变造成的眼底出血、渗出等不同程度的眼部危害,保护视力,提高患者生活质量。
6 小 结
随着IGF-1与DR相关基础及临床研究的深入,IGF-1的生理作用成为DR发生发展及治疗中的关键因素,IGF-1在DR的治疗应用中将拥有广阔的远景。目前两者间相互影响的作用十分复杂,仍需要进一步的探索阐明。