糖尿病视网膜病的发病机制及药物干预研究进展

高 晔，孙桂波，罗 云，孙晓波

(1. 哈尔滨商业大学药物工程技术中心，黑龙江 哈尔滨 150076；2. 中国医学科学院药用植物研究所，北京 100193)

近年来，随着饮食结构的改变、人口老龄化及环境等因素的影响，糖尿病患病率大幅升高，根据国际糖尿病联盟的统计数据显示，目前全球糖尿病约有4.15亿人口，预计到2040年糖尿病患者将达到6.42亿[1]。糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)属糖尿病微血管并发症，作为主要的致盲性疾病之一，目前已成为青壮年人群中视力残疾和失明的主要原因。约有1/3的糖尿病患者会出现糖尿病视网膜病变的症状，这其中1/3的人又明确患有严重的视网膜病变或黄斑水肿[2]，除了对视力的影响，糖尿病视网膜病变的存在也意味着系统性血管并发症的风险增加，时刻危及患者的生命。

DR的主要病理改变是视网膜局部组织发生缺血、缺氧，眼底周细胞丢失、眼部血管微循环障碍、血管壁和血液流变学特征发生改变，并最终诱导新生血管的形成。DR的发生、发展与糖尿病病程及血糖水平有密切的关系，且早期药物干预能取得较好的治疗效果。目前，DR的临床治疗手段主要有视网膜激光光凝治疗、玻璃体切除术、抗血管内皮生长因子药物等，但由于多针对晚期病变且治疗效果不理想，故对DR前期的诊断及防预更具有实际意义。因此，本文从DR的产生、发病机制、药物干预作用等方面论述DR的相关机制。

1 DR的致病因素

1.1 高血糖高血糖是导致糖尿病视网膜病的重要危险因素之一。血糖过高可引起氧化应激反应的增强、产生更多活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)，进一步促进多种炎症因子表达，损伤内皮细胞，造成组织细胞结构和功能障碍。而对DR的影响表现为高血糖可以增加视网膜周细胞凋亡基因的表达，使抗凋亡的基因表达量下降，加速视网膜细胞凋亡[3]。血糖控制通常用糖化血红蛋白(HbA1c)来评估，HbAlc可对血红蛋白的携氧能力产生影响，是微血管损伤的重要因子。王祺等[4]对106例2型糖尿病患者DR诊断及相关性分析中发现，相比于对照组，DR组的HbAlc值明显高于对照组，证实HbAlc与DR的发生发展有关。

1.2 血脂异常糖尿病性黄斑水肿(diabetic macular edema，DME)是造成DR视力丧失的主要原因之一。DME早期表现为硬性渗出，由于视网膜毛细血管结构及功能被破坏，血液中的脂质和蛋白渗漏到外丛状层，造成不可逆性的黄斑水肿。Klein等[5]研究表明，血脂水平的升高，尤其是低密度脂蛋白(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)和甘油三酯(triglyceride，TG)水平升高是DR硬性渗出的独立危险因素。Zhou等[6]通过荟萃分析的方法探索血脂水平与DR发生率之间的联系，分析结果发现患者有无DR在TG、总胆固醇(total cholesterol，TC)、高密度脂蛋白(high-density lipoproteincholesterol，HDL-C)水平上无显著性差异，而LDL-C水平在DR患者中表达有所增加。

载脂蛋白等非传统脂质标志物也可预测DR的严重程度。在视网膜中，血清载脂蛋白A1(apolipoprotein-A1，ApoA1)是防止脂质堆积的关键因子，是一种有效的氧化产物清除剂，ApoA1通过促进胆固醇从外周组织逆向转运至肝脏，抑制LDL-C氧化，保护视网膜免受糖尿病引起的氧化应激的影响。而载脂蛋白B(apolipoprotein-B，ApoB)是LDL-C的主要成分，可将胆固醇输送到组织中，血清中ApoA1/ApoB比值与微血管功能恶化有关。Hu等[7]收集了非增殖型DR及增殖型DR(各25例)糖尿病患者的血清样本，研究发现，轻微的非增殖型DR患者血清中HDL-C/LDL-C和ApoA1/ApoB比值有所增加，而对于病程较长的2型糖尿病患者ApoA1/ApoB的比值降低则与增殖型DR的发生相关。

1.3 糖尿病病程糖尿病病程作为DR经典的危险因素已经被众多研究报道所证实，尤巧英等[8]对260位Ⅱ型糖尿病患者DR临床因素的分析中，结果显示随着病程延长，DR的发生呈上升趋势，程度越来越重，得出结论糖尿病病程是导致DR发展的重要因素。郭学龙等[9]通过对1200例不同糖尿病病程患者的视网膜病变情况进行比较，结果显示，糖尿病病程<5年、5～15年、16～25年及>26年的糖尿病患者的视网膜病变发生率分别为21.09%、32.93%、49.42%、61.75%，呈逐渐上升趋势，且各组间比较差异均具有统计学意义，证实糖尿病病程为影响DR的一个危险因素。

糖尿病病程与其他危险因素不同，不能对其进行人为干预，而糖尿病初期对眼睛的伤害非常缓慢，早期症状不明显，容易被患者忽视，错过最佳治疗时机，这就提示我们要及早发现这些潜在的危险因素，对于已经确诊的糖尿病患者，应定期进行全面的眼底检查，及时诊断和治疗可能存在的DR风险，保护患者的视力功能。

1.4 其他DR的发生发展除与血糖、血脂控制情况等上述公认的DR致病因素外，近几年人们也发现尿微量白蛋白含量升高，也可增加视网膜病变的患病风险。糖尿病视网膜病变与糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)同为血管内皮细胞功能障碍引发的微血管并发症，二者通常平行出现，2017年美国糖尿病协会发表的DR立场申明也确认糖尿病肾病是DR的危险因素[10]。夏雪影[11]以尿微量白蛋白/肌酐比值为结局指标来探讨尿微量白蛋白在Ⅱ型糖尿病视网膜病发生发展中的作用，研究表明增殖型视网膜病变患者的尿微量白蛋白水平明显高于非增殖型视网膜病变，且线性分析的结果表明尿微量白蛋白与DR之间呈正相关，即尿微量白蛋白含量越高，患者糖尿病视网膜病变情况越严重，因此证实了尿微量白蛋白可以作为判断DR严重程度的重要指标。

DR的发生可能还与患者自身蛋白质、脂肪等物质的代谢异常相关。瘦素是脂肪组织特异性分泌的蛋白活性因子，瘦素水平与肥胖、糖和脂类代谢及胰岛素抵抗等具有相关性，作为新生血管因子参与DR中的炎症反应，瘦素在细胞内大量蓄积，对血管内的组织和细胞造成损伤，导致血管内皮细胞增生，加速DR的发展。脂联素(adiponectin，APN)是一种特异性血浆蛋白，具有增加胰岛素敏感性、调节脂质代谢、抑制视网膜新生血管、抗炎及抗氧化应激等多种生理功能。APN能提高一氧化氮含量，抑制新生血管生成，随着APN水平的下降，视网膜微血管受到损害，从而加重DR进程。黎丹凤等[12]对165例Ⅱ型糖尿病患者发生视网膜病变与APN相关性的分析中，证实血清APN水平与DR严重程度呈负相关，APN能通过抑制TNF-α，降低黏附分子等炎性因子的转录及表达等抑制DR的发生。

2 DR的发病机制

DR为糖尿病视神经病变的一种，属于缺血性视神经病变，主要是由于微血管病变引起视网膜缺血，造成的视力损伤。DR早期表现为眼底出现红色斑点即微血管瘤，此时瘤壁易破碎，使视网膜毛细血管发生渗血，形成视网膜水肿。DR晚期主要表现为新生血管的形成，与新生血管附着的纤维组织会牵拉视网膜，引起视网膜剥脱，最终导致视力的急剧下降。

DR的发病机制非常复杂，目前发现主要是通过细胞代谢、信号和生长因子效应等多个途径来调节视网膜病变的发病机制，涉及的途径包括多元醇通路激活和晚期糖基化终产物(advanced glycation end products，AGE)的积累、氧化应激、蛋白激酶C活化、炎症、肾素-血管紧张素系统和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的上调，最终引起血-视网膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)破坏。

2.1 线粒体功能障碍线粒体是细胞能量的主要来源，参与代谢过程和呼吸。它的主要作用是产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、控制细胞代谢及凋亡的调节，线粒体的功能障碍会严重影响到组织稳态。线粒体还是活性氧、超氧化物歧化酶和羟基自由基等的主要形成场所，在高血糖状态下，视网膜内ROS过度表达，增多的ROS进一步损伤线粒体DNA，导致氧化过程增加，线粒体功能紊乱，引起视网膜毛细血管细胞的凋亡。

内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)是来源于机体骨髓中一种特定的造血祖细胞，保留着血管生成能力，可以分化为成熟的内皮细胞，在内皮组织修复和血管新生中发挥了重要作用。在糖尿病患者中，EPCs可以被多种因素调节：(1)高浓度葡萄糖能诱导EPCs自噬，使线粒体氧化应激增加，线粒体氧化通透性破坏。(2)糖尿病患者普遍存在的AGE可以抑制EPCs进入细胞周期。(3)氧化应激被认为是EPCs的调节因子，暴露于过氧化氢后，EPCs的增殖能力受损[13]。临床研究表明，DR患者EPCs的变化会引起视网膜的增殖、黏附和血管生成等方面功能受损，使血管修复过程不完整[14]，因此糖尿病患者的EPCs缺乏可能是视网膜血管损伤的原因之一。

2.2 氧化应激氧化应激反应是指机体在遭受各种有害刺激时，引起机体内高活性分子如ROS、活性氮自由基的产生增加，氧化物清除不及时，使细胞产生多种毒性作用的病理状态。经研究证实，氧化应激是DR发生发展的关键因素[15]。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等作为机体的抗氧化系统，能清除多余的自由基，而在高糖情况下，这些抗氧化酶的表达受到抑制，机体抗氧化能力下降，导致视网膜内皮细胞、周细胞和神经节细胞的凋亡增加，并造成眼部微血管损伤及BRB的破坏。因此，高糖情况下，视网膜及血管细胞发生氧化应激，对细胞造成的不可逆性损伤是DR发生的机制。

2.3 神经退行性病变研究表明糖尿病视网膜病变不再是单纯的微血管疾病，通常还伴有视网膜神经元退行性病变，且视网膜内神经细胞结构和功能的改变往往发生在微血管系统病变前[16]。涉及DR视网膜上的神经细胞主要包括视网膜神经节细胞、双极细胞、视锥和视杆细胞以及备受关注的视网膜神经胶质细胞等。当神经细胞的结构及功能发生改变时，视网膜内的正常血管与各神经元之间的稳态被破坏，诱发视网膜病变。神经退行性改变的作用机制主要有蛋白激酶C的活化，晚期糖基化终产物堆积以及谷氨酸的兴奋性毒性作用等，对于不完全损伤的视网膜神经退行性改变，应该提早使用神经保护类药物进行干预治疗。

2.4 微循环障碍微循环障碍是糖尿病的早期表现，以微血管瘤增生、血流量增加、毛细血管扩张为主要特征。目前关于糖尿病微循环障碍的确切发病机制尚无完全阐明，主要涉及血管内皮损伤、一氧化氮合成减少、一些多元醇通路及蛋白激酶C被激活等，导致微血管结构受损，通透性增加，基底膜增厚，血管腔狭窄或闭塞，进而发生微循环缺血缺氧，视网膜功能障碍。因此在控制血糖的同时改善微循环障碍，对于糖尿病各类慢性并发症的预防、延缓、治疗等具有十分重要的意义。

2.5 表观遗传学改变同卵双生的两个人具有相同的基因组，即使在相同的环境下，他们的性格、健康状况也会有较大的差别，这种基因的核苷酸序列未发生改变，而基因表达及细胞表型发生变化的现象称为表观遗传改变，该种改变通常具可遗传性。随着对基因信息研究的深入，表观遗传将作为一个更加准确的方法来阐述疾病的发生及发展。

目前研究较多的表观遗传学机制主要有DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化和非编码RNA调控。糖尿病环境可以改变包括氧化应激、凋亡及炎症相关的基因，并干扰代谢的稳态水平。而表观遗传学修饰在各种慢性疾病的基因表达中具有重要作用，最近有研究也已经证实了DNA甲基化在胰岛功能中的作用。Liu等[17]发现调控DNA甲基化中MAN2A2位点的表达水平可能与胰岛素抵抗的发展有关。SUV39H2是一个编码组蛋白甲基转移酶的基因，组蛋白甲基转移酶催化H3K9的甲基化，芬兰对3 000名糖尿病肾病患者进行的研究中发现，SUV39H2基因的多态性与糖尿病微血管并发症(包括视网膜病变)之间存在关联。这些研究提示了组蛋白修饰在糖尿病视网膜病变发展中的作用[18]。了解表观遗传调控因子及其在DR发病机制中的作用，可以帮助识别新的靶点来对抗糖尿病视网膜病变。

3 药物治疗

3.1 西医药治疗西医诊疗多以优化血糖、控制血压等指标来降低DR风险或延缓其进展。常用VEGF药物、皮质类固醇激素等治疗。视网膜新生血管的形成被认为是DR患者视力丧失的主要原因，VEGF可破坏血管内皮细胞和周细胞，造成视网膜水肿和出血等。玻璃体腔注射抗VEGF类药物可减轻毛细血管渗漏，减少新生血管的形成，成为治疗DR的首选方案[23]。

近年来，类固醇激素已成为治疗DME和增殖性DR的新方法。这种治疗方式可减轻全视网膜光凝手术导致的视觉敏感度下降以及黄斑水肿等。现阶段用于治疗视网膜病变的皮质类固醇激素类药物有曲安奈德、氟西奈德和地塞米松等，该类药物的特征是短期疗效显著，但长期使用后机体易产生耐药性。因此，该类药物常作为临床辅助治疗手段。

除药物治疗外，对已确诊的视网膜病变患者，激光光凝治疗和玻璃体切割术作为快速改善视力的治疗手段广泛的应用于临床。光凝术用于治疗DR的基本原理是利用激光的光热效应使脉络膜瘢痕化，致视网膜对氧的需求下降，既可以封闭缺氧的视网膜，减少新生血管因子的产生，又可以使新生血管萎缩，术后视网膜内毛细血管收缩，渗漏减少，明显减轻视网膜水肿和渗出情况，挽救患者剩余视力。DR晚期会出现牵拉性视网膜脱落，纤维增生加重，通过玻璃体切除手术能够清除玻璃体内积血，解除玻璃体牵引，使患者的视力恢复到良好水平。但是由于手术过程中有明显出血，且对操作要求较高，因而更多的研究指出，在术前联合玻璃体内注射血管内皮生长因子抑制剂(如雷珠单抗或贝伐单抗)能够明显改善手术过程的出血，抑制新生血管和渗出反应，缩短手术用时，从而提高手术疗效和安全性。

3.2 中医药治疗传统中医理论表明视网膜病变多为气阴两虚、痰湿内阻、肝肾亏损等因素所致的目络阻滞，常见虚实夹杂。糖尿病患者久病后会灼热伤气，气伤则血行推动乏力，阴虚则火旺灼伤血脉，经脉失养，渐使血行推动不畅而成瘀，目缺乏精血、精液的濡养而出现眼部疾患。DR伴视网膜出血，辨证兼顾止血活血、应实施活血化瘀之法。中医治疗大多以清热，健脾益气，养阴生津为治本原则。周玲玉等[19]在研究金银花水提物对DR的改善作用实验中发现，金银花水提物可能通过抑制NF-κB介导的炎性信号通路，缓解视网膜的炎性损伤并改善BRB的渗漏，为清热解毒类成分用于DR的防治奠定了实验依据。李春敏[20]利用清热化瘀方治疗非增殖期糖尿病视网膜病变(nonproliferative diabetic retinopathy，NPDR)的临床观察中，得到结论：试验组患者眼底改善有效率和临床疗效有效率均高于用羟苯磺酸钙胶囊治疗组，并且能够提高患者的预后视力。王雨[21]使用当归、黄芪、生地黄、熟地和泽泻等组方配伍，结合西医治疗的方案，结果显示中药能在降低血糖的同时，减少血脂与血液的黏滞度，促进患者机体微循环，逆转或延缓DR的发展，提示中药活血化瘀药治疗DR的临床效果较好，安全性高。中医治疗DR常与西医疗法结合应用，可明显改善眼底及视力状况，提高治愈率，但由于缺少对药效机制的研究，样本数量较小，应用起来存在一些不足。

3.3 基因治疗DR是一种或多种基因作用引发的疾病，目前公认的与DR发生发展相关的基因主要包括有晚期糖基化终产物受体基因、维甲酸X-γ受体、醛糖还原酶基因等候选基因。基因多态性与环境因素共同作用影响着DR的发生，且基因多态性在不同种族之间存在较大差异，VEGF基因多态性是DR基因单核苷酸多态性研究最多的一类。有研究发现不同人群中与DR相关的基因多态性位点可能不一样，如IL-10基因rs1800896多态性与中国汉族人群DR相关[22]，rs2010963位点与印度人发生DR相关[23]；此外，尚有维生素D受体基因、促红细胞生成素基因、细胞黏附分子-l基因多态性被证实均与DR关系密切。

随着对DR发病机制认识的不断提高，科研人员也在致力于寻找新的治疗方法，包括基于药物遗传学原理的一些新方法，如针对肾素血管紧张素酶基因、抗氧化酶和补体系统等的基因治疗方案，为DR防治提供更多的依据。

4 小结与展望

DR由多因素联合作用导致，多种发病机制复杂交错、相互协同、共同参与了DR的发生及发展。常用的临床治疗方案，如激光光凝治疗、玻璃体腔注射抗VEGF药物、皮质激素类、玻璃体视网膜手术等，均只关注晚期血管病变，针对的是本病的单一病理过程，例如：抗VEGF药物会降低VEGF的生物有效性，且患者需要每个月接受抗VEGF治疗才能获得最大的临床效果；类固醇激素只能抑制炎症；而手术治疗更多的针对严重型纤维化视网膜。所有这些治疗都显示出特定的局限性，以及一些不可避免的副作用，比如感染风险及术后眼压降低。因此，亟需开发有效低毒的治疗药物。

DR是糖尿病最常见的微血管病变，也可作为一个独立的预测糖尿病患者大血管并发症及心血管风险的指标，在糖尿病患者综合管理中具有重要意义。总之，DR在糖尿病患者中的存在不仅意味着“视力问题”，通常伴随着该患者存在患其他微血管、大血管疾病以及痴呆的高风险。而对糖尿病患者实施个性化治疗时，DR的存在常常被遗忘。因此DR的管理必须提供关于健康饮食和良好生活方式的建议，如加强锻炼、警惕体重变化等，加强糖尿病患者早期的筛查及治疗成为控制和预防糖尿病视网膜病的重要途径。在DR的早期阶段，医生唯一能提供的治疗策略是严格控制DR的危险因素(主要是血糖和血压)，也就意味着目前对DR的有效治疗多适用于该病的晚期，但对于如何及早发现DR并施以有效的治疗方案仍然面临许多挑战，糖尿病视网膜病的防治工作任重道远。