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

山西中医药大学学报 2017年5期

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。