二甲双胍在年龄相关性黄斑变性中的应用研究现状△

瞿思畅 张敬法

年龄相关性黄斑变性(AMD)是一种环境与多基因交互作用导致的疾病，是西方发达国家 50 岁以上老年人的首位致盲因素，该疾病带来的不可逆性视力丧失和失明严重地影响着患者的生活质量。在包括中国在内的亚洲国家中，其发病率也随着老龄化社会的到来而逐年攀升[1-3]。流行病学调查显示，预计到 2040 年，全球范围内的AMD 患者人数总和将达 2.88亿[4]。

二甲双胍是一种从山羊豆中提取出的胍类衍生物，这种药物高效、廉价且不良反应小，被美国糖尿病协会推荐作为 2型糖尿病的一线用药，在临床使用已有 60年的历史[5-6]。近年来，越来越多的研究表明，二甲双胍对心血管系统疾病[7]、消化系统疾病[8]、生殖系统疾病[9]、肿瘤[10]以及衰老相关疾病[11]等多种类型疾病均具有积极作用。在关于眼部疾病的研究中，二甲双胍也被证实可以降低白内障、青光眼和糖尿病视网膜病变等疾病的发病风险[12-14]。而针对 AMD 这一高发病率的重要眼部疾病，二甲双胍的潜在作用和保护机制将在本综述中进行总结。

1 AMD概述

AMD 根据眼底的不同表现可以分为新生血管性(湿性)AMD 和非新生血管性(干性) AMD 2种类型。其中湿性 AMD 患者约占 20%，主要表现为黄斑区新生血管(MNV)的形成，该新生血管既可以是脉络膜新生血管，生长在视网膜色素上皮(RPE)层下(1型MNV)、视网膜下腔(2型MNV)或 1/2型MNV；又可以是来自视网膜深层毛细血管网，并向视网膜下腔生长(3型MNV)，甚至穿过RPE层(1/3 型 MNV)的新生血管。其诱发的渗出性或出血性色素上皮脱离及纤维瘢痕化，可导致急剧的视力下降、甚至失明。干性 AMD 患者约占 80%，其特征表现包括视网膜黄斑区玻璃膜疣的形成，色素紊乱、视网膜外层萎缩及地图样萎缩。这一类型起病缓慢，进展至终末期亦可造成不可逆的视力丧失。

1.1 AMD的临床分期根据美国年龄相关性眼病研究(AREDS)所制定的分类方法，AMD患者病情可分为早期、中期和进展期3个阶段。其中玻璃膜疣直径为65～125 μm，中央凹 2 个视盘直径内无 RPE 异常者分类为早期 AMD;任何直径>125 μm 的玻璃膜疣，任何中央凹 2 个视盘直径内有 RPE 异常者分类为中期 AMD；RPE 脱离、新生血管性 AMD、地图样萎缩者分类为进展期 AMD。此外，基于是否存在大的玻璃膜疣、RPE细胞异常以及单眼晚期AMD可对AMD的进展进行预测。

1.2 AMD的发病机制及病理特征AMD 的发病机制复杂，涉及免疫炎症反应、氧化应激损伤、线粒体及脂质代谢功能障碍，细胞外基质(ECM)重构和衰老等多种因素[15]。这些因素共同作用可以导致光感受器细胞、RPE细胞层、Bruch 膜、脉络膜毛细血管网这一复合体的结构破坏和功能失调。在这一结构中， 处于三明治位置中心的 RPE 是维持视网膜微环境稳态的关键[16]，高度特化的 RPE 细胞顶端与光感受器外节密切接触，可特异性吞噬感光细胞脱落的外节膜盘，基底面与 Bruch 膜黏附，可进行营养物质与代谢产物的交换，从而使整个复合体处于动态平衡的稳定状态。而伴随着各种生理和病理因素的持续，稳态失衡会带来氧化应激产物的不断蓄积，这些代谢产物的持续性损伤会引起 RPE 细胞中蛋白质的错误折叠及由此引发的功能障碍[17]，最终导致视力渐进性丧失。

1.3 AMD的治疗进展针对湿性AMD 的传统治疗手段包括激光光凝治疗、光动力疗法、经瞳孔温热疗法以及黄斑手术治疗。这些方法可以破坏或去除新生血管组织，有利于保留视功能，但是不能解决复发问题，其治疗效果有待进一步评价。近年来，抗血管内皮生长因子(VEGF)药物疗法在治疗湿性 AMD 方面展现了良好的应用前景，包括雷珠单抗、贝伐单抗、阿柏西普及康柏西普等药物在内的临床应用，在很大程度上缓解了患者的病情[18]。此外，针对个别湿性 AMD 病例的眼内干细胞移植的成功尝试，也提供了新的治疗可能[19]。而针对干性 AMD 除低视力矫正和激光照射治疗等辅助方法外，当前并无有效治疗手段，因而成为临床上亟待解决的问题。

2 二甲双胍的治疗作用

2.1 二甲双胍的体内代谢过程二甲双胍的主要吸收部位为小肠，每 500 mg的绝对生物利用度约为 50%，其生物可用性随剂量的增加而减少[20]。经口服后，二甲双胍可转运至小肠被多种转运蛋白，如血浆单胺转运体(PMAT)、有机阳离子转运体1(OCT1)、血清素转运体(SERT)等转运入肠上皮细胞，并随血液循环进入全身[21]。进入血液循环的二甲双胍可迅速分布至各组织器官，主要包括胃肠道、胰腺、肝脏和肾脏等，并在胃肠道壁中高度蓄积。二甲双胍也同样被证实可进入眼部系统，有研究利用蛋白质组学技术，在服用二甲双胍的白内障患者房水中检测到了其分布[22]。二甲双胍本身携带正电荷，可根据细胞膜及线粒体内膜的跨膜电位差异经蛋白转运体在细胞浆内聚积或进入线粒体，从而发挥生物学作用。几乎所有进入体内的二甲双胍最终将于 24 h内以原型形式经肾脏排泄，而不参与人体的代谢过程[20]。

2.2 二甲双胍在多种疾病中的应用研究二甲双胍的历史始于19世纪20年代，其被偶然发现具有降低血糖的作用，并于 1957 年首次进入欧洲[23]。随着研究的深入，二甲双胍被证实可以通过减少肝糖原的输出、增加周围组织的胰岛素敏感性、降低血脂水平、恢复胰岛素分泌以及抑制肠道细胞摄取葡萄糖等方面降低血糖[24]。然而，不同于现代药物针对特定的靶点设计，二甲双胍并不指向专一通路或疾病机制， 因而具有开发其他疾病治疗方向的潜能。

近年来对于二甲双胍应用的探索十分广泛，在心血管疾病中，二甲双胍可以通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路改善高密度脂蛋白的功能紊乱，减少低密度脂蛋白的修饰，从而提高胆固醇的转运，降低心血管疾病的发病风险，并同时改善高血糖导致的氧化应激状态和炎症反应[25]；在消化系统疾病中，关于肝脏疾病的部分研究显示，二甲双胍可以通过影响脂肪合成和关键酶的表达，调节巨噬细胞极化，改善肝细胞内炎症微环境，从而控制非酒精性脂肪肝/肝炎以及与之相关的肝癌的进展[8,26]；在生殖系统疾病中，二甲双胍被证实可以通过增强胰岛素的敏感性,降低高胰岛素血症，治疗与多囊卵巢综合征相关的代谢和生殖异常[27]；在针对肿瘤的研究中显示，二甲双胍可以通过 AMPK 依赖/非依赖的方式对抗乳腺癌、结直肠癌、黑色素瘤和白血病等多系统肿瘤的进展，其作用机制包括抑制多种肿瘤细胞的生长及代谢，调节血管生成、免疫抑制以及肿瘤微环境等[28]；在有关衰老的细胞及动物模型中研究显示，二甲双胍可以通过对葡萄糖代谢的调控，对炎症和自噬的抑制以及对微生物群落的调控发挥抗衰老作用[25]。同样在衰老相关疾病的临床试验中，二甲双胍被证实可以延长健康寿命、降低衰老性疾病相关的死亡风险[29]。特别在与 AMD 密切相关的神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病等)的研究中，二甲双胍的神经保护作用及其对认知功能的改善也是其对AMD保护作用的有效佐证[30]。

3 二甲双胍在 AMD中的研究进展

3.1 临床研究在关于 AMD的部分临床回顾性研究中，二甲双胍的应用被证实可显著降低 AMD的发病风险或延缓疾病进展。Brown等[31]利用单因素回归分析和多元Logistic回归分析对 7788例年龄>55岁的AMD患者进行了研究，结果显示二甲双胍可以显著降低AMD的发病率。在我国台湾的一项队列研究中，Chen等[32]利用 Cox回归分析研究了68 205例2型糖尿病患者的资料，结果同样显示二甲双胍可以显著降低 AMD的发病率，且降低程度随二甲双胍使用剂量的增加而更加显著。以上研究结论提示，二甲双胍可能在一定条件下具有治疗 AMD 的潜力。

3.2 二甲双胍的抗氧化应激作用氧化应激损伤在 AMD 的发生发展中扮演着重要角色。在 Rozing 等[33]提出的二级AMD 病理假说模型中，氧化应激被认为是一级始动分子，可以引起二级氧化爆发和免疫炎性反应，从而推动疾病的进展。针对这一机制，多项研究表明二甲双胍具有抗氧化应激的保护作用。在关于 AMD 的明确危险因素——吸烟和高脂饮食的研究结果中显示,二甲双胍可以通过调控 Nrf2 信号通路，有效降低香烟暴露组小鼠的氧化应激损伤[34]；同样在氧化应激条件下，二甲双胍被证实可以通过激活 AMPK 通路限制小鼠胆固醇的摄入，并调节脂质平衡以改善氧化损伤[35]。

AMD 累及的黄斑区是人体代谢最旺盛的区域之一，RPE 细胞的高代谢活动需要大量线粒体的参与，产生活性氧(ROS)进行信号转导，以完成多种细胞内的代谢活动。与年轻细胞相比，衰老的线粒体会产生更多 ROS，同时伴随长期光辐射的影响带来ROS的聚积，极易造成过氧化损伤[36]。而研究表明，二甲双胍可以清除过多产生的氧自由基，并通过减少线粒体氧化呼吸链复合体中电子的流动，抑制线粒体 ROS 的产生,以缓解氧化应激状态[37-38]。同样在针对线粒体的研究中，Brown 等[39]发现,二甲双胍可以通过激活 AMPK引起线粒体生物合成的增强，并促进受损线粒体的裂解，从而保护 RPE 细胞的完整性以及视网膜的功能及结构完好。

3.3 二甲双胍的抗炎作用临床研究中，部分 AMD患者体内补体通路的激活、炎症相关分子的基因突变以及炎症急性期反应蛋白水平的上升提示免疫炎性反应在 AMD进展中发挥着重要作用。此外，AMD 的特征性表现——玻璃膜疣和脉络膜新生血管的形成也被证实与炎症及炎症微环境密切相关[40]。在针对炎症方向的研究中，二甲双胍被证实可通过多条信号通路发挥抗炎作用。Han 等[41]研究发现，二甲双胍可以通过激活 AMPK通路，抑制视网膜炎症反应，改善内皮功能、阻止视网膜新生血管的生成。而针对可能引起 AMD中炎性反应的糖基化终末产物(AGE)，研究显示，二甲双胍可以抑制血管内AGE的形成和 AGE 受体的表达[42-43]。此外，在有关炎症急性期 C 反应蛋白(CRP)水平的临床研究中，二甲双胍被证实可以持续性降低患者体内的 CRP 水平[44]。

3.4 二甲双胍对自噬功能的影响自噬是一种广泛存在于真核细胞内的清除系统，其依赖溶酶体对细胞内蛋白质和受损细胞器进行降解，以此完成自我更新过程，同时可以帮助细胞适应各种刺激导致的内环境稳态失衡[45]。越来越多的研究显示，细胞自噬功能的减退是推动 AMD 疾病进展的重要因素之一[46]。针对二甲双胍的自噬激活作用，Shu 等[47]研究显示，在视网膜损伤动物模型和 RPE 损伤细胞模型中，二甲双胍可以诱导自噬流的产生,并提升LC3-Ⅱ在视网膜组织中的水平，促进自噬以发挥保护作用。

此外在针对线粒体的研究中显示，干性 AMD 患者体内线粒体的内膜和外膜结构、线粒体大小以及线粒体的形态均受到一定程度的破坏，由此导致的线粒体自噬功能障碍也被认为是干性 AMD 进展的重要推动力[39]。尽管针对视网膜或 RPE 细胞并没有直接的证据证实二甲双胍对线粒体自噬具有激活作用，但是在软骨细胞、肾上皮细胞以及单核细胞等多种类型细胞中，二甲双胍均展示了其上调线粒体自噬，发挥延缓疾病进展的保护作用[48-50]。这些证据也提示在 AMD 的治疗中,二甲双胍可能通过诱导线粒体自噬带来有利影响。

ECM蛋白质沉积的失调是常见视网膜疾病的统一特征，在关于 AMD 的研究中，ECM 的异常沉积、基质金属蛋白酶的活性改变对纤维蛋白基质和胶原的影响均被认为是 AMD 重要的发病机制[51]。近年来，二甲双胍对 ECM 的影响也被广泛研究，实验表明，二甲双胍可以通过 AMPK 通路、整合素/ERK 通路、Sirt1/FOXO1/ 自噬轴减少ECM沉积，抑制ECM的反常重塑[52-54]。

4 展望

近年来，针对二甲双胍的广泛研究展现了其良好的应用前景，实验结果表明其可通过AMPK 依赖型通路或非依赖型通路对多种类型疾病发挥治疗作用[55]。其中，二甲双胍的抗氧化应激作用、抗免疫炎性反应作用、促进细胞自噬的作用以及对细胞外基质的调节作用均与 AMD 的病理变化密切相关。这些结果提示，二甲双胍作为一种治疗 AMD 的潜在药物具有值得深入挖掘的应用价值。