高海拔缺氧环境对视网膜新生血管的影响※

牛浩宇综述 王 青审校

(青海大学，西宁 810000)

视网膜新生血管(Subretinal Neovascularization)由多种因素联合引发，而引起视网膜新生血管最重要的机制是视网膜组织和血管发生的缺血缺氧性改变。有关缺氧因素引起的视网膜新生血管疾病的深层次发生机制和诱因尚不明确。因此，高海拔缺氧环境对视网膜新生血管影响研究成为近期研究热点，产生了不同的、具有争议性的学术观点。本综述围绕缺氧引起视网膜新生血管的各种疾病和血管生成因子、眼底血流动力学改变进行探讨和归纳总结。

1.引起视网膜新生血管形成的调节因子及高海拔缺氧诱发机制

引起视网膜新生血管的众多调节因子包括VEGF(血管内皮生长因子)、PLGF(胎盘生长因子)、EPO(红细胞生成素)、CTGF(结缔组织生长因子)、TGF-β(转换生长因子-β)、 ANXA2(膜联蛋白)、HIF-1α(缺氧诱导因子-1α)、Ang(血管生成素)和CD160等，下面做具体阐述。

1.1 VEGF

VEGF又称血管通透因子(vascular permeability factor，VPF)，是一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，具有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推动血管形成等作用[1]。视网膜色素上皮细胞(RPE)是视网膜VEGF的主要来源，血管化不足的组织的一个特征是低氧或缺氧，缺氧条件下视网膜内皮细胞与维持的RPE细胞层的附着增强[2]。因此，缺氧被认为是血管生成和新生血管生长的主要驱动力，缺氧刺激转录因子HIF-1α的表达，导致VEGF表达增加。这些结果表明，高海拔下缺氧环境促进VEGF沉积和内皮细胞招募，这可能有助于脉络膜新生血管和其他组织中的血管生成[3]。

1.2 PLGF

PLGF是VEGF家族中的一员，最早于1991年被人从人的胎盘cDNA文库中分离纯化而得。PLGF对滋养层细胞和内皮细胞功能有独特的调节作用，能够促进新生血管生成。它在炎症及血管通透性、病理性血管生成中起病理作用。PlGF在多种细胞类型中表达，包括内皮细胞(endothe- lial cells，ECs)和视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelial，RPEs)，以响应缺氧。在缺氧环境下，PLGF激活影响VEGF- vegfr2信号通路的FLT1，提示PLGF和VEGF有协同作用，它还可以与VEGF结合形成异源二聚体，对血管成熟和生长有很强的影响力[4]。

1.3 EPO

EPO又称红细胞刺激因子，是一种由肾脏产生的糖蛋白。EPO的主要生物学功能是刺激幼红细胞前体的分化和增殖，刺激网织红细胞释放进入血液循环，并刺激细胞内蛋白质合成而起到调节红细胞生成的作用。同时，EPO作为血管内皮细胞的分裂原与血管内皮细胞生长因子具有相当的促血管生成潜力。持续缺氧的视网膜组织通过增加EPO的表达诱导视网膜新生血管的发生[5]。

1.4 CTGF

CTGF是Bradham等人在人脐静脉内皮细胞的条件培养基中发现的，它是一种由349个氨基酸组成，分子量为34～38 KD的富含半胱氨酸的分泌肽。视网膜、脑组织毛细血管和前毛细血管小静脉等小口径血管的顺应性更多地取决于其性质及其基底膜(BM)和内皮下基质，这些基质中富含细胞通讯网络就是CTGF等基质细胞蛋白，与血管健康发育的所有方面都息息相关：支持细胞锚固，提供结构、组织和机械稳定性[6]。细胞外基质(ECM)的蛋白表达、组织特性的异常变化，以及随之而来的血管顺应性变化，会影响血管扩张剂反应、微血管压力传递和侧枝灌注。微血管顺应性的变化是引发、驱动或加剧大量眼部微血管疾病的独立因素，在缺氧环境下，基质细胞蛋白CTGF在视网膜血管发育和再生过程中至关重要[7]。

1.5 TGF-β

TGF-β是新近发现的调节细胞生长和分化的TGF-β超家族因子、是一种多效性细胞因子，在调控细胞分化和增殖中起重要作用。近年来在新生血管方面的研究显示，TGF-β能够趋化血管内皮细胞或使内皮细胞分化，刺激血管发生，也有研究表明TGF-β的这种作用是通过上调VEGF的表达而间接促进血管生成的[8]。

1.6 ANXA2

ANXA2是钙离子依赖的、与磷脂特异性结合的蛋白家族成员，在细胞内外发挥多种生物学功能，包括参与细胞膜形成、维持细胞骨架稳定、激活纤溶酶原和作为RNA结合蛋白等。ANXA2的表达具有组织差异性，在血管系统中表达量较高，它通过调节纤维蛋白溶解系统平衡及参与VEGF促血管生成作用，影响新生血管发生、发展。在有关人新生血管的实验中提到：体内血管生成和抗anxA2mAb在血管生成活跃区域的归巢需要ANXA2的表达。提示anx2的磷酸化/去磷酸化开关可能调控信号通路，在血管生成中发挥关键作用[9]。

1.7 CDl60

CDl60是一种糖基化磷脂酰肌醇(GPI)锚定的膜蛋白分子，主要表达于一些具有细胞毒活性的细胞的表面，如CD8、NKT和NK细胞等。近些年有研究表明CD160在正常眼和病理眼的视网膜血管中均有表达。在缺氧条件下，视网膜血管内皮细胞表达CD160与眼新生血管疾病相关[10]。

1.8 HIF-1

HIF-1是具有转录活性的核蛋白，具有相当广泛的靶基因谱，其中包括与缺氧适应相关的一定数量的靶基因，它是Semenza和Wang首先发现的，随后确立了HIF-1的结构，并证明了其cDNA的编码顺序。HIF-1普遍存在于人和哺乳动物细胞内，常氧下(21%O2)也有表达，但合成的HIF-1蛋白很快即被细胞内氧依赖性泛素蛋白酶降解途径所降解，只有在缺氧条件下HIF-1才可稳定表达。视网膜新生血管产生的结果是局部缺氧、稳定缺氧诱导的转录因子HIF-1α和HIF-2α，使血管生成因子和基因的表达难以维持氧气应激条件下的稳态[11]。

1.9 Ang

Ang是一族分泌型的生长因子，该家族主要由Ang-l、Ang-2、Ang-3和Ang-4组成。Ang家族及其受体Tie2系统在血管的发育成熟与稳定、调控血管完整性方面具有重要意义。其中Ang-1和Ang-2与血管生成关系最为密切。Ang-1主要表达在血管周细胞、血管平滑肌细胞以及RPE细胞中，通过与Tie2受体结合后激活PI3-K/ Akt信号通路发挥抑制血管渗漏等重要作用。有实验表明，在缺氧状态下，视网膜新生血管的产生和发展与Ang-1、Ang-2的表达有关[12]。

2.在高海拔环境下引起视网膜新生血管的主要视网膜病变及发病机制

2.1 糖尿病性视网膜病变(DR)

DR是糖尿病性微血管病变中最重要的表现，是一种具有特异性改变的眼底病变，是糖尿病的严重并发症之一。临床上根据是否出现视网膜新生血管为标志，将没有视网膜新生血管形成的糖尿病性视网膜病变称为非增殖性糖尿病性视网膜病变(NPDR)(或称单纯型或背景型)，而将有视网膜新生血管形成的糖尿病性视网膜病变称为增殖性糖尿病性视网膜病变(PDR)。在长期慢性高血糖和长期慢性高原缺氧的共同作用下，视网膜细胞内发生氧化应激反应，这种氧化应激反应可抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶GAPDH的活性，与此同时使糖酵解途径的活性增强，糖酵解的产物进入己糖胺途径，生成葡萄糖胺，葡萄糖胺进一步生成H2O2，增多的H2O2产物促进细胞内的氧化应激反应增强，最后使得内皮细胞发生改变、毛细血管的管壁渗透性增加、新生血管生成[13]。

2.2 老年性黄斑变性

老年性黄斑变性又称年龄相关性黄斑变性(AMD)，主要表现为视网膜色素上皮细胞对视细胞外节盘膜吞噬消化能力下降，结果使未被完全消化的盘膜残余小体潴留于基底部细胞原浆中，并向细胞外排出，沉积于Bruch膜，形成玻璃膜疣。或者引起Bruch膜断裂，脉络膜毛细血管通过破裂的Bruch膜进入RPE下及视网膜神经上皮下，形成脉络膜新生血管。有研究显示高原生活时间是AMD发病的危险因素之一，在高原居住的时间越长其发生AMD的风险越高[14]。

2.3 高海拔性视网膜疾病

高海拔视网膜病变(high altitude retinopathy，HAR)是指机体处于高海拔环境时，由低压缺氧引起的视神经、视网膜病变，是引起长期居住在平原地区人群进入高海拔地区后视力下降的主要原因之一。目前认为，HAR发病涉及血-视网膜屏障完整性破坏、视网膜神经细胞损伤、炎性介质和细胞因子的异常释放、视网膜血管调节功能障碍以及血流动力学改变等多种机制以及其协同作用。HAR可诱导HIF-1[15]、VEGF[16]表达增加，引发和加重视网膜新生血管的形成和发展。

2.4 视网膜静脉栓塞

视网膜静脉栓塞是视网膜中央静脉栓塞(CRVO)和视网膜分支静脉栓塞(BRVO)的总称。视网膜静脉阻塞比动脉阻塞较为常见，阻塞可发生在中央主干，更多见于其分支。阻塞发生后，静脉血液回流受阻。视网膜静脉阻塞的病因，与高海拔缺氧环境下引发的动脉硬化、血液高黏度和血流动力学异常等有密切关系。长期暴露在高海拔环境中是CRVO的独立危险因素[17]。视网膜毛细血管灌注减少，视网膜缺血缺氧，血管内压增加是导致血-视网膜屏障功能异常、液体外渗，并造成黄斑水肿及视网膜新生血管形成和发展的原因[18]。

3.高海拔对视网膜新生血管产生的影响机制

3.1 高海拔缺氧环境对视网膜的影响

每个人对高原缺氧的适应能力有一定限度，过度缺氧时易发生适应不全，对所有系统和器官都有影响，氧气分压与海拔高度的负相关形成了低气压缺氧环境。低比重的缺氧是压力的一个重要来源，影响基因表达、细胞代谢、生化途径，从而可能影响正常生理[19]。高海拔缺氧环境导致人眼发生病理生理变化和新陈代谢紊乱，对视力 、眼压、眼底等产生影响[20-23]。高原地区眼底改变主要表现为视网膜血管的改变，当血氧饱和度降至一定水平时，眼底表现为静脉发暗、黄斑水肿，严重者表现为视网膜血管阻塞、视网膜出血，甚至引起玻璃体积血，严重影响视力，称为高原视网膜病变。一项研究显示：人视网膜血管密度随海拔高度升高而增加[24]。对缺氧引发视网膜新生血管机制的研究已经经历了漫长的过程，其中，魏德曼认为在高海拔视网膜病变的过程中会出现视网膜出血，微血管内皮屏障破裂，产生新生血管芽[25]。另一项研究则表明长期暴露于高海拔地区是视网膜中央静脉阻塞的高危因素[26]。而此外的一些研究也证明了在高海拔下，高海拔与EPO[27]、HIA-1A[28]有直接相关性。这些都近一步证明了高海拔是引发视网膜新生血管的重要危险因素。

3.2 高海拔缺氧环境对视网膜新生血管产生的氧化应激作用

氧化应激(Oxidative Stress，OS)是指自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞出现炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物。人们普遍认为，活性氧(ROS)的产生随着海拔升高而加快，暴露于不断升高的陆地海拔会导致细胞中环境氧的可用性降低，产生一系列缺氧氧化应激反应，改变人体的氧化还原平衡。ROS，如超氧化物和过氧化氢，它们在细胞内低浓度产生时可以作为第二信使调节生理和病理血管生成。越来越多的证据表明NADPH氧化酶依赖物参与了HIF、VEGF血管生成信号通路的调节，参与新生血管的生成[29]。Elizabeth Tannous等人发现，氧化应激可通过激活Wnt信号通路中的关键分子dishevel(DVL)诱导Wnt信号的上调，诱导人视网膜微血管内皮细胞(HRMECs)血管生成[30]。内皮细胞和平滑肌细胞的过度增殖导致的闭塞性动脉重构是肺动脉高压(PAH)的特征，已知是由肺血管炎症和氧化应激驱动的，这就说明氧化应激可以促进动脉血管硬化，作用于视网膜可引起眼底微循环障碍和血流动力学改变[31]。

3.3 高海拔缺氧环境对视网膜新生血管产生的血流动力学影响

血流动力学指血液变形和血液流动的科学。眼部血流动力学是以眼部器官血液与血管的流动和变形为研究对象，探讨血液和血浆的黏稠度对其的影响。血流动力学检查包括血液比粘度(血比粘度、血浆比粘度、全血比粘度)、红细胞沉降率和纤溶系统功能等。高海拔缺氧环境会导致红细胞数量增多，血红蛋白增加，血液黏滞性增加，视网膜血管管径增粗、充盈扩张。微循环也发生微血管管襻数目增多、畸形率升高、血管直径增宽、血流速度减缓等相应的变化。一项研究表明，缺氧诱导的红细胞胞外囊泡通过调节eNOS磷酸化和ET-1表达损害血管内皮功能[32]，进而可引起视网膜血管新生，并且缺氧环境可增强红细胞在微循环中的粘附性[33]。高海拔环境可引起器官血流加速，导致造血器官增生活跃以及视网膜血管血液流变学特性改变(微循环血管扩张，流速减缓)，这可能与某些血管扩张因子如NO、HIF-1α、ET-1等表达增加有关[34][35]。

4.展望

缺氧是否可以作为独立危险因素对视网膜新生血管产生影响，学术界观点并不统一，要确定其具体的分子作用机制和血流动力学改变机制还很困难。目前建立相关动物模型进行的实验研究领域还有许多空白点，这将是未来工作和研究的重点。此外，是否还存在其他的影响机制，也将是留给今后研究者的课题。在未来可以从分子水平和血流动力学方面来推进我们的研究，最终破解高海拔地区视网膜新生血管疾病高发的原因和发生机制。