趋化因子及其基因与糖尿病视网膜病变关系研究进展

程 艺 吴晓蓉 胡裕翔 许晓璇

(南昌大学第一附属医院眼科，江西 南昌 330006)

糖尿病(DM)视网膜病变(DR)是DM极为严重的微血管并发症之一，已成为致盲的主要原因之一。DR的发生机制十分复杂，当前尚未完全阐明，经典机制包括多元醇途径、氧化应激、蛋白激酶C、细胞因子和细胞凋亡等多种因素。DR的基本病理改变为视网膜毛细血管基底膜增厚、微血管壁周细胞丢失及形成微血管瘤、微血管堵塞和血-视网膜屏障受损等，上述变化导致视网膜无灌注区形成，无灌注区视网膜缺血缺氧产生多种细胞因子，如趋化因子与血管生长因子(VEGF)等，最终致使视网膜新生血管生成，而功能不完善的新生血管易发生渗出和出血，引起视网膜血管纤维化，甚至继发性视网膜脱离以致失明。可分为非增殖期DR(NPDR)和增殖期DR(PDR)。有研究结果表明趋化因子与DR的发生发展关系密切〔1〕。本文主要综述细胞因子中的趋化因子及其基因与DR的关系。

1 趋化因子及其基因

1.1趋化因子 趋化因子是指具备吸引白细胞移行到感染部位的作用的一些低分子量蛋白质，在炎症反应中发挥重要作用。趋化因子的相同结构特点有：低分子量，有四个位置保守的半胱氨酸残基以维持其三级结构，并可形成1～2个内部二硫键。自从1961年第一个趋化因子人血小板(PF)-4被Deuel等〔2〕发现后，趋化因子逐渐被人们知晓，目前已有超过50位成员，根据与氨基端(N端)相邻的前两个C间是否插入其他氨基酸可大致分为四类：①CC类：如单核细胞趋化蛋白(MCP)-1；②CXC类：可分为ELR+和ELR-两种，ELR+趋化因子包括基质细胞衍生因子(SDF)-1、白细胞介素(IL)-8等多种因子；ELR-趋化因子包括干扰素诱导蛋白(IP)-10、IL-2等因子；③C类：如淋巴细胞趋化因子(Lymphotactin)；④CX3C类：如重组人膜结合型趋化因子Fractalkine(FKN)。随着研究技术的发展，又陆续发现了一些新的趋化因子，如白细胞源性趋化因子。趋化因子需与其受体结合而发挥作用，趋化因子受体是趋化因子发挥作用必备的一类含7次跨膜结构的G蛋白耦联受体，其转导信号主要通过G蛋白途径。而趋化因子受体主要见于中性粒细胞等介导炎症发生的这类细胞表面。有研究表明〔3〕，趋化因子与其受体并非一一对应关系，一种趋化因子可与几个不同的趋化因子受体结合，相反一个趋化因子受体也能与几种不同的趋化因子结合，这种趋化因子及其受体的特殊配对关系使得趋化因子对机体进行精细调控成为可能。

1.2趋化因子基因 随着分子生物学的发展，趋化因子的基因目前研究得较为透彻，大多数的趋化因子的基因位点已准确定位〔4〕:①CC类：CCL1～16、18、23位于17号染色体长臂1区1带至1区2带(17q11-12)；CCL17、22位于16q13；CCL19、21、27位于9号染色体短臂1区3带(9p13)；CCL20位于2q36；CCL24、26位于7q11；CCL25位于19p13；CCL28位于5p12。②CXC类位于CXCL1～8位于4q13；CXCL12位于10q11；CXCL9～11、13位于4q21；CXCL14位于5q31。③C类位于1q24。④CX3C类位于16q13。

2 趋化因子及其基因与DR的关系

2.1趋化因子与DR的关系 目前研究证实趋化因子对DR的作用机制主要有趋化炎症细胞、增加细胞间黏附因子的表达、破坏细胞间紧密连接蛋白、某些趋化因子可直接募集内皮祖细胞(EPCs)，促进血管新生、甚至可与其他细胞因子如VEGF相互作用等〔5〕。在DR的病程中，各种机制相辅相成，调控疾病的发展，而各类趋化因子与DR的关系亦各不相同。

CC类：以MCP-1为例，其受体为CCR2，Nawaz等〔6〕研究了MCP-1在DR中的作用，与NPDR组和DM组患者相比，PDR组患者玻璃体内MCP-1含量增高，提示MCP-1与DR的发生发展相关。在DR中升高的MCP-1与其受体相结合对单核细胞具有趋化活性，调节单核细胞和巨噬细胞的迁移并激活〔7〕，使其胞质内Ca2+浓度升高，大量氧自由基释放，损害血管内皮细胞，同时上调细胞间黏附分子的表达和细胞因子IL-1、IL-6的产生，更易发生细胞淤积，导致血管闭塞、血栓形成，造成血管损伤；同时单核细胞与巨噬细胞还可产生肿瘤坏死因子(TNF)-α、转化生长因子(TGF)-β，使视网膜毛细血管通透性增加，促使血管内皮细胞增生，导致新生血管的生成等。另外，Reddy等〔8〕研究了在年轻型的2型DM(T2DM)患者中，DR与无DR的患者中血清中MCP-1和cathepsin-D的含量。实验分为正常糖耐量组、无视网膜病变的T2DM、NPDR组与PDR组，结果发现，T2DM组、NPDR组、PDR组患者的MCP-1和cathepsin-D含量比正常糖耐量组增高，而且与T2DM组相比，PDR组的MCP-1和cathepsin-D更高，推测这二者可能有助于预测T2DM的视网膜病变进展。

CXC类：CXC类趋化因子分为ELR+和ELR-两种，绝大多数的ELR+趋化因子可促进新生血管的生成，ELR-趋化因子则可抑制新生血管的生成〔9〕，病程初期，二者均呈现反应性升高，随着病程的进展，ELR+趋化因子的作用逐渐大于ELR-趋化因子，二者平衡被打破，出现进一步的白细胞大量募集，推动DR尤其是PDR的病程发展。分别以SDF-1和IL-2为例，SDF-1属于ELR+趋化因子，其受体为CXCR4，研究表明〔10〕DR患者玻璃体中SDF-1和VEGF含量高于正常人，在DR中SDF-1可直接诱导视网膜新生血管的形成。SDF-1主要通过诱导EPCs和炎症细胞增殖、迁移、归巢并抑制EPCs的凋亡，Dai等〔11〕研究证实SDF-1可调节EPCs，使其更易于存活。在体外实验中，向玻璃体内注射外源性SDF-1可促进VEGF的分泌，证实了SDF-1间接促血管作用。另外，Tonade等〔12〕研究发现在DM小鼠模型里，感光细胞会分泌大量的炎症因子，包括IL-6、MCP-1等趋化因子，直接促进视网膜内皮细胞的渗漏。据此，SDF-1可通过直接与间接作用共同促进视网膜新生血管的生成，加速PDR的发生发展。IL-2属于ELR-趋化因子，主要由活化的CD4+T细胞和CD8+T细胞产生并介导细胞免疫，与DM密切相关，Cao等〔13〕研究了辅助性T细胞分泌的细胞因子在DR中的作用，发现DR组和无DR的T2DM组患者血清中IL-2和TNF-α含量比健康组明显升高，且DR组高于无DR的T2DM组。IL-2通过与受体结合，抑制视网膜新生血管的形成，减缓病程的发展，但是随着时间的推移，ELR+趋化因子的作用增强，包括IL-2在内的ELR-趋化因子渐渐难以与之抗衡，导致新生血管形成。而这或许可以成为DR治疗的一个切入点。

C类：以Lymphotactin为例，它是由Th1细胞产生，其受体为XCR1。Lymphotactin可促进CD8+细胞的增殖并增强其作用〔14〕，而CD8+细胞的细胞毒作用无疑是DR进程的一个重要推手。有研究表明〔15〕Lymphotactin也可通过影响其他细胞因子综合发挥作用。

CX3C类：以FKN为例，它于1997年被发现，含有膜结合型和分泌型两种形式。它的唯一受体是CX3CR1。Mendiola等〔16〕研究证实在DR患者中FKN通过影响神经小胶质细胞而发挥作用。

2.2趋化因子基因与DR的关系 既然DR与趋化因子的关系十分密切，那控制趋化因子的基因可能影响DR的发生发展，目前对CC类与CXC类研究较为透彻。

CC类：以MCP-1为例，其基因为MCP-1-2518(A/G)〔17〕，有3种基因型：AA、AG、GG。Jiang等〔18〕研究了无视网膜病变的DM(DWR)、NPDR和PDR 3组患者MCP-1的含量和基因型，结果发现与DWR组相比，NPDR和PDR组MCP-1含量显著增高并且GG基因型出现的频率也增加，根据基因型将PDR组的患者再分为3组，发现GG型患者MCP-1含量比另外两组更高，据此推测MCP-1的GG基因型与PDR的发生发展有关。另外，有学者研究〔19〕DM黄斑水肿(DME)与DR的MCP-1基因型，研究发现高风险PDR患者的G等位基因出现率比A等位基因更高，而DME与MCP-1的基因型无关联。可见DR与MCP-1的基因具有密切关系。

CXC类：以IL-8和IP-10为例，IL-8的基因为IL-8-251T/A〔20〕,3种基因型：TT、TA、AA。IP-10的基因为IP-10-1596C/T〔21〕，3种基因型：CC、CT、TT。Dong等〔22〕研究了T2DM和IL-8与IP-10基因的关系，实验中将患者分为DR与无DR的DM组，发现IL-8的AA基因型与DR尤其是高风险的PDR相关，相反，IP-10的T等位基因可降低DR的风险，因此，从实验中可知，IL-8的AA基因型属于危险因子，而IP-10的T等位基因属于保护因子。

综上，趋化因子及其基因在DR的发病机制中发挥着不可或缺的作用，随着医学的快速发展，趋化因子及其基因与DR的关系将会研究的更为透彻，其研究进展亦会为DR尤其是PDR的治疗注入新的希望：从趋化因子入手，对促进DR进展的趋化因子使用其拮抗剂有可能阻止疾病的进展，对抑制DR进展的趋化因子可增强其在体内的抗血管生成的作用以阻止疾病的发展，且可减少因手术带来的风险；另外，亦可从基因入手，调节趋化因子的表达。