Müller细胞在糖尿病视网膜病变中的研究进展

2019-03-19杨曼，谭薇

国际眼科杂志 2019年11期

杨曼，谭薇

0引言

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病(diabetic mellitus，DM)严重的微血管病变，是目前全球第二大致盲性眼病。DR不仅影响视网膜微血管系统和视网膜神经元，还影响视网膜神经胶质细胞[1-3]。Müller细胞是视网膜最主要的胶质细胞，其可分泌营养因子，回收神经递质，防止谷氨酸(Glu)毒性，通过空间缓冲重新分配离子，参与类视黄醇循环，并通过多种机制调节营养供应，在维持血-视网膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)的形态结构和保护神经元的完整性、代谢、视网膜内环境稳态等方面均发挥着重要作用[4-6]。DR可导致Müller细胞发生一系列病理性改变，如反应性胶质化增生[7]、谷氨酰胺合成酶(GS)合成减少、谷氨酸转运体(GLAST)转运能力减弱[8]、分泌大量血管内皮生长因子(VEGF)[9]、Kir4.1通道表达下调[10]、释放炎症因子，形成慢性炎症性视网膜环境[11]等，这些病理改变可能在DR视网膜神经变性及微循环调节障碍的发生发展中发挥重要作用。

1 Müller细胞在视网膜的分布

Müller细胞是脊椎动物视网膜神经大胶质细胞的一个子集，是生物学家Heinrich Müller在视网膜中发现的一种呈细长形且在视网膜上呈特异性放射状分布、对组织结构具有支持作用的胶质纤维，也称Müller纤维，其来源于室管膜细胞(ependymal cell)。有研究表明[12]，灵长类动物的视网膜黄斑中央凹由25～35个独特的呈倒锥形的Müller细胞形成，且覆盖在光感受器高密度区域。在成熟视网膜中，Müller细胞从内界膜到外界膜纵贯整个神经视网膜，位于所有核层和丛状层，包绕各级视网膜神经元胞体及突触，又紧密包裹视网膜血管，其特化的足板附着于视网膜毛细血管壁参与构成BRB[13-14]。有研究采用[15]，Müller细胞在视网膜各层形态、大小较为一致，但在视网膜各层中的分布不同，与其线粒体在视网膜分布趋势相一致，表现为从感光细胞层到节细胞及神经纤维层逐渐增多。DR可导致Müller细胞胞体及内外侧突起发生肿胀，线粒体数量减少，空泡化程度加深，细胞器减少等改变，且最早发生这种形态学改变是在视网膜神经纤维层、节细胞层和内丛状层。

2 DR发生过程中Müller细胞的病理生理改变及研究进展

2.1反应性胶质化增生反应性胶质化增生可能是DM早期Müller细胞的主要病理改变之一。实验性和人自发的早期DR均可引起Müller细胞活化。持续性反应性胶质化增生是早期视网膜损害的标志[7]。反应性胶质化增生的特征改变包括Müller细胞肥大和增生，中间丝波形蛋白和巢蛋白以及胶质细胞纤维酸性蛋白(GFAP)表达上调[16]。近年Xie等[17]研究发现，视网膜下移植嗅鞘细胞(OEC)和嗅神经成纤维细胞，二者可能与Müller细胞相互作用，并通过抑制Notch信号通路显著抑制Müller细胞的活化和退行性视网膜病变中的神经胶质化增生。GFAP过度表达是反应性胶质化增生最常见的标志。Müller细胞中的GFAP表达增加，可导致Müller细胞肥大和神经胶质瘢痕形成。通常GFAP由视网膜星形胶质细胞表达，而Müller细胞不表达。有研究采用链脲佐菌素(STZ)诱导大鼠发生DM，2mo后进行免疫组织化学检测结果发现Müller细胞和星形胶质细胞均表达GFAP，Müller细胞中GFAP表达增加，而星形胶质细胞中GFAP表达减少。该研究还发现，在糖尿病大鼠视网膜中，Müller细胞的增生先于GFAP过度表达，这通常被认为是神经胶质化增生的关键特征[7]。多种类型的视网膜的损伤均可导致Müller细胞中GFAP的快速上调而不是细胞增生。Wei等[18]发现富含氢的生理盐水可抑制Müller细胞GFAP的表达。周伟等[19]研究指出褪黑素可降低DM大鼠视网膜GFAP的阳性表达。Jung等[20]研究也证实芦荟素可呈剂量依赖性地降低Müller细胞中GFAP表达，且芦荟素对Müller细胞胶质增生具有预防作用。Wang等[21]最新研究发现，转录因子SOX9敲除不仅能够抑制大鼠Müller细胞GFAP表达，而且能减弱细胞迁移能力，表明抑制SOX9活性可能是降低神经胶质细胞活性的新型治疗策略。

2.2谷氨酸兴奋性毒性视网膜中多数兴奋性信号由Glu介导。Glu是视网膜最主要的神经递质，但神经突触间隙中过量的Glu可引起视网膜神经元损伤甚至死亡。Müller细胞参与了突触间隙中Glu的摄取，避免了Glu兴奋性毒性。此外，Glu在Müller细胞中还被回收转化为谷氨酰胺，并返回给神经元，为神经递质的合成提供底物[22]。DR发病初期，Müller细胞就开始发生功能改变。正常情况下，Glu清除主要通过GLAST。Müller细胞被病理性活化可导致GS表达降低，GLAST活性降低[8]。研究表明[23]，在糖尿病发生4wk后，通过GLAST转运的Glu显著减少，导致细胞外Glu浓度升高，Glu水平升高也可导致Glu受体表达改变，破坏视网膜Glu稳态。DR进展期间，Müller细胞通过降低K+摄取而间接促成K+浓度失衡和K+稳态改变，导致神经元兴奋和Glu毒性。当视网膜内Glu浓度升高到一定浓度时可造成神经元发生严重的不可逆性损伤，即Glu兴奋性毒性。曾凯宏等[24]通过高糖诱导DM大鼠进行体内研究，结果表明牛磺酸可增加Müller细胞中GLAST的表达活性，从而抑制DM引起的视网膜Müller细胞功能改变。Zeng等[25]研究也发现白藜芦醇可预防DM大鼠视网膜中GLAST和GS mRNA与蛋白表达下调。上述研究结果可作为应对DM发生过程中视网膜兴奋性毒性的补充策略。

2.3病理性血管内皮生长因子的产生VEGF可促进血管通透性增加，细胞外基质变性、血管内皮细胞迁移、增殖和血管形成，是目前已知的最强的促进内皮细胞有丝分裂因子和血管生成因子，被认为是与增殖性DR新生血管形成联系最紧密的一种因子[26-27]。Müller细胞主要通过产生VEGF或VEGF-A参与视网膜炎症、新血管的形成、血管渗漏和损伤，这也是与DR相关的关键病理过程[28]。Mu等[9]研究证实，在高糖诱导下，Müller细胞可分泌大量VEGF。近年有学者[29-31]通过条件性敲除DR小鼠Müller细胞VEGF基因，结果发现小鼠视网膜VEGF表达下降。表明Müller细胞可能是DR发生过程中VEGF的主要来源之一。VEGF可诱发视网膜病理性新生血管形成，新生血管长入玻璃体并引起玻璃体积血，最终可引起牵拉性视网膜脱离等。此外，VEGF可显著增加微血管的通透性，破坏BRB，使细胞外液积聚于黄斑，引起黄斑水肿，导致视力减退。目前，玻璃体腔内注射抗VEGF药物(贝伐单抗、雷株单抗、康柏西普等)是临床上普遍采用的抗视网膜新生血管的治疗方法。近年，Shen等[32]研究提供了一种潜在的新型组合方法，即联合使用靶向内皮糖蛋白和VEGF-A比单独使用抗VEGF-A和抗内皮因子对Müller细胞破坏所引起的视网膜下纤维新生血管形成的抑制作用更强。Coughlin等[33]最新研究发现白细胞介素-6(IL-6)可通过VEGF-A信号传导保护Müller细胞免受高葡萄糖毒性，该结果对靶向IL-6的药物开发具有临床意义。

2.4 Kir4.1通道的表达下调迄今为止，已在Müller细胞中鉴定出6个内向整流K+(Kir)通道(Kir1～Kir6)，其中Kir4.1大量表达。Kir4.1和视网膜Müller细胞中的水通道蛋白4(AQP4)的共表达紧密调节视网膜水稳态，Müller细胞通过Kir4.1通道维持视网膜K+浓度[34-35]。DR发生过程中，Müller细胞中Kir4.1表达下降，可导致Müller细胞肿胀，视网膜血管渗漏等。Thompson等[36]将大鼠Müller细胞在晚期糖基化终产物修饰的层粘连蛋白培养皿上进行培养，并通过免疫荧光和Western blot检测发现，Müller细胞中Kir4.1表达水平降低，且Kir4.1通道功能降低，表明晚期糖基化终产物修饰的层粘连蛋白对Kir4.1通道是有害的。Hassan等[37]研究结果表明，Kir4.1通道具有昼夜节律，这种节律因DM而减弱，此外，视网膜中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的增加也可导致Kir4.1表达降低。Jung等[20]研究证实，芦荟素可对Müller细胞中钾和水的转运过程发挥关键作用，可抑制由Kir4.1通道下调介导的Müller细胞肿胀。Yang等[38]在慢性高眼压模型大鼠玻璃体腔注射腺苷受体拮抗剂SCH442416，其可上调Müller细胞Kir4.1、GS和GLAST表达并增强内向钾电流，表明SCH442416不仅可以改善相关蛋白的表达，还可以改善Müller细胞中的钾通道功能。

2.5炎性因子的释放Müller细胞是视网膜细胞因子的主要来源，DR发生过程中，活化的Müller细胞可释放炎症因子和细胞因子，如诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)、VEGF、成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)、TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)等，形成慢性炎症性视网膜环境，加重视网膜神经元的损伤和凋亡，破坏BRB结构的完整，诱发血管渗漏、黄斑水肿及新生血管生成等[4，39]。Eastlake等[11]对炎症因子表达的比较分析结果表明，除某些趋化因子外，Müller细胞可在体外产生多数细胞因子和炎症因子，包括粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、血小板衍生因子(PDGF-Bb)、VEGF和组织生长因子(TGF-B2)等。因此Müller细胞靶向炎症因子的产生可能是预防视网膜神经胶质增生期间神经损伤的有效方法。Lu等[40]使用体内和体外应激模型探索670nm光的生物调节对激活的Müller细胞的影响，结果发现采用670nm光进行早期治疗能够减少氧化损伤后Müller细胞活化，降低GFAP和FGF-2在视网膜中的表达，减少Müller细胞产生促炎细胞因子(如IL-1β等)。