细胞因子在糖尿病视网膜病变发病中作用的研究进展

付 鹏，万小波

（柳州市人民医院眼科，广西 柳州 545006）

糖尿病是威胁人体健康的主要代谢性疾病之一，近年随着国内经济发展、人们生活水平提升及饮食结构变化，糖尿病发病率呈现逐年升高的趋势[1]。糖尿病的主要危害在于其引起的各类并发症，其中糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病较为严重的并发症之一，其发病早期为非增殖性DR，以眼底微动脉瘤为特征，继而进展为增殖性DR，伴有眼底硬性及软性渗出、新生血管及出血等症状[2]。导致DR 的危险因素较多，包括血糖、血压及血脂异常等，血管系统异常中的血-视网膜屏障破坏，血管通透性增加及进行性血管内皮细胞损伤与细胞丢失等，均是导致DR 进展的因素[3]。炎症因子、血管生成等在DR 发病中发挥着重要作用，且近年来临床对DR 发生机制的相关研究逐渐增多[4]。为进一步分析和了解炎症细胞因子、血管生长相关因子、趋化因子及新型细胞因子在DR 发生、发展中的作用机制，本研究检索整理相关研究文献，总结既往研究结果，分析上述各细胞因子与DR 的关系，从而为临床有关DR 发病机制研究、新型药物研制等内容提供理论依据，现作如下综述。

1 DR 患病率

糖尿病于全球范围内的患病率较高，且目前正处于迅速增长期。据2021 年国际糖尿病联盟统计，我国糖尿病患者人数超过1.4 亿，位居全球第一[5]。DR 作为糖尿病患者一类高发的眼部并发症，其患病率因国家、地区及种族而存在较大差异，发展中国家整体患病率高于发达国家[6]。国内研究结果显示，农村地区的患病率高于城市，北方地区的患病率高于南方及东部地区[7]。

2 DR 的发病机制

DR 发病机制比较复杂，目前暂未完全明确，主要假说包括糖基化终末产物的作用、多元醇通路激活、蛋白激酶C 活化与氧化应激及炎症反应等。机体内血糖长期处于较高水平可引发缺血及缺氧症状，进而导致大量的细胞因子释放及生长因子表达异常，多种细胞因子发挥不同的生物活性，互相调节和作用，导致微循环障碍，使微血管阻塞与血-视网膜屏障破裂，产生血管渗漏、神经退行性变化、毛细血管无灌注及新生血管生成等，进而造成反复性玻璃体积血和牵拉性视网膜脱离等各类并发症[8]。

相关研究指出，DR 属于炎症介质介导的慢性、低度免疫炎症过程[9]。DR 炎症变化主要包括白细胞浸润、视网膜微血管系统黏附，进而引起DR 复杂的病理及生理过程。DR 患者机体内促炎细胞因子和抗炎细胞因子的分泌处于异常状态，引起视网膜有关功能障碍，并导致疾病进展。

3 传统细胞因子与DR 的关系

3.1 炎性细胞因子炎症是指机体对损伤、应激及病原体侵袭而发生的非特异性反应，由模式识别受体[如Toll样受体（TLR）和晚期糖基化终末产物（AGE）受体]识别，大多数TLR 激活髓样分化因子88（MyD88）途径应答配体后生成促炎细胞因子。在TLR 激活结合蛋白后，MyD88 激活后与白细胞介素-1（IL-1）受体结合激酶，诱导磷酸化下激酶是由有丝分裂原激活的蛋白激酶，与肿瘤坏子因子受体蛋白6、核转录因子-κB（NF-κB）激活后并释放出多种炎症因子，如白细胞介素-6（IL-6）等[10]。IL-6 可以诱导血管内皮生长因子（VEGF） 并促进新生血管，血管通透性增加并使内皮细胞骨架形态改变，细胞通透性增加能提高血管紧张素Ⅱ受体的表达，内皮细胞氧化应激增加可刺激生成血管紧张素Ⅱ受体，导致 DR 病情进展。白细胞介素-1α（IL-1α）能诱导中性粒细胞募集，在炎症发生初期阶段引发组织损伤。作为单核细胞分泌的促炎细胞因子，巨噬细胞与细胞表面受体结合，进而激活MyD88 信号，炎症细胞存活并利于炎症基因表达。当IL-1α 水平增加后，视网膜毛细血管内皮细胞变形下引起视网膜缺血，此时NF-κB 刺激诱导一氧化氮合酶的氧化应激反应，视网膜毛细血管内皮细胞形成受损[11]。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）由活化单核细胞、巨噬细胞产生，自身生物效应能实现对分子黏附、增殖、分化及细胞凋亡的调节，且在免疫系统细胞信号转导中可以发挥重要作用，抑制胰岛素信号转导，往往与高胰岛素血症、胰岛素抵抗存在密切联系。同时，在恶病质发生、发展中，TNF-α 同样发挥着重要作用，也是降低DR 患者BMI 的重要原因[12]。DR 患者眼内炎症的发生与TNF-α 关系紧密，早期TNF-α 激活视网膜血管内皮细胞并增加视网膜血管通透性，中后期诱导细胞内产生活性氧，使VEGF表达增加，当血管外机制、新生血管形成后，纤维连接蛋白增殖可以诱导白细胞聚集及单核细胞趋化、上调黏附分子并激活NF-κB，刺激各种转录因子、生长因子，持续诱导炎症反应。

3.2 血管生长相关因子血管内皮功能障碍为视网膜缺血的重要因素，而高血糖持续刺激、活性氧生成及炎症反应等会引起VEGF 表达上调，而其水平上调并与受体结合后能促进血管生成。在DR 患者中VEGF 可作为评估指标，而抗VEGF 药物为临床治疗选择新的方向。成纤维生长因子（FGF）具有促进血管生成、利于伤口愈合的作用。研究显示，FGF 是形成增殖膜的相关细胞因子，通过抑制蛋白酶合成介导炎症反应，利于肌成纤维细胞分化[13]。基质金属蛋白酶（MMP）可降解细胞外基质成分。研究表明，生理条件下MMPs 可以诱导视网膜细胞机制的重塑，处于病理状态下诱导视网膜细胞凋亡后参与到特定蛋白结构域介导的信号功能的局部蛋白水解，与细胞表面受体之间存在相互作用[14]。

3.3 趋化因子趋化因子与多项生物化学、生理活动关系紧密，在免疫系统发育、维持免疫稳态中发挥着核心作用，可以参与免疫反应及炎症反应。趋化因子的结构为同源性的细胞因子大家族，依据是否激活时表达划分为炎症趋化因子和稳态趋化因子[15]。单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）为第一个被广泛研究的趋化因子家族成员之一。目前认为，在DR 发病中血清及眼内MCP-1 水平偏高，且与DR 的严重程度密切相关[16]。此外，MCP-1 能通过增加胶原蛋白表达实现对MMPs 的调节，进而激活成纤维细胞表型参与到组织纤维化过程中。

4 新型细胞因子与DR 的关系

4.1 生长分化因子-15（GDF-15） GDF-15 是GDF-15 基因编码后生成的、具有多种生物学效应的应激反应蛋白，参与细胞增殖、分化及凋亡过程。当机体处于缺氧、缺血及肿瘤等病理条件下，GDF-15 表达水平呈现上升趋势，进而激活细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）、苏氨酸蛋白激酶（AKT）等相关信号通路，有效调节血管内皮细胞增殖、分化、迁移及血管生成作用[17]。在缺氧、炎症等病理情况下，GDF-15 表达增加，经旁分泌/自分泌等途径作用于细胞后参与到细胞增殖、凋亡等过程[18]。

4.2 胰岛素样生长因子-1（IGF-1） IGF-1 约有45%的结构与胰岛素相似，以亲水表面部分为主，IGF-1 有胰岛素样活性[19]。IGF-1 可激活缺氧诱导因子，使眼内VEGF、促红细胞生成素表达水平升高。同时，视网膜多数细胞中的IGF-1 分泌后会生成多种内皮细胞，如血管内皮细胞、胶质细胞等。IGF-1 也会在人视网膜血管内皮细胞中表达，能促进缺氧诱导因子1α（HIF-1α）蛋白质合成，VEGF 的表达随之增加，在人类视网膜色素上皮细胞（RPE）的活化中，IGF-1 在激活VEGF 后形成新生毛细血管[20]。依据上述结果可知，在DR 患者玻璃体液中IGF-1 水平上升参与并促进了DR 的发生、发展。

4.3 甘露糖结合凝集素（MBL） MBL 为一种与先天性防御有关的血清凝集素，与微生物中的不同糖配体结合后经MBL 丝氨酸蛋白激酶激活凝聚素通路实现吞噬、凝集细胞及诱导炎症反应的作用。当前认为MBL 会引起炎症及补体活化，与糖尿病血管并发症有关；且DR 患者血清中MBL 水平明显升高，推测MBL 水平可以作为反映DR病情的生物标记物[21]。研究显示，DR 患者中MBL 水平高于健康受试者，且随着病变程度加重其水平呈现上升趋势，补体凝集素激活后并引起DR 发生、发展[22]。上述结果证实，DR 的发生与MBL 水平有关，今后可进一步研究其具体作用机制。

4.4 转化生长因子-β（TGF-β） TGF-β 可调控细胞增殖、凋亡及分化，为一类具有多重功效的生物因子。TGF-β 信号通路可以对肌层纤维细胞产生介导作用，造成细胞外基质（ECM）过量积累而出现视网膜组织收缩和功能受损[23]。细胞因子信号在视网膜组织纤维化反应中发挥着重要作用，因眼部病变与多种病理性纤维性疾病有关，如角膜混浊、黄斑下纤维化及增殖性视网膜疾病等。肌层纤维细胞经上皮-间质转化（EMT）为肌成纤维细胞，生成大量炎症介质及异常ECM 蛋白，当ECM 蛋白过量分泌后造成累积则间接重塑ECM，产生瘢痕及无功能组织[24]。在肌成纤维细胞转化过程中，TGF-β 信号通路在其中发挥着重要作用，激活经典信号通路中Smad 同源物3（Smad3）后，与基因启动子结合并诱导促纤维化分子转录，引起肌层纤维细胞活化和ECM 沉积[25]。同时，TGF-β 信号通路下纤维化介导作用破坏视网膜神经组织，纤维血管瘢痕增生形成后引起继发性视网膜脱落，造成视力不可逆损伤。TGF-β 信号通路介导的纤维化在增殖性DR 发病中发挥着关键作用，其中最为重要的特征表现为视网膜色素上皮（RPE）细胞EMT 过程及ECM 的过量积累[26]。基于TGF-β 信号通路中调节因子多样性、潜在信号传导途径复杂性，能抑制视网膜组织病理性纤维化的可能性，经靶向治疗能有效控制DR 进展。

4.5 人类软骨糖蛋白-39（YKL-40） YKL-40 归属于奇凝集素家族，存在于脊椎动物及无脊椎动物中，由免疫活性细胞生成，能参与细胞外的基质重构及炎症反应等各类病理过程[27]。有关YKL-40 在机体中的功能暂未完全明确，其产生的主要部位为退化关节软骨与炎症或者增生性滑膜、纤维化肝组织及胶质瘤，其中YKL-40 的生成与恶性肿瘤、肥胖、肾病、糖尿病、类风湿性关节炎、冠状动脉疾病、脑卒中及炎症性肠病等疾病有关，YKL-40 在病毒及细菌急性感染期间，也与免疫反应及炎症有关[28]。且有研究显示，糖尿病与DR 患者的外周血YKL-40 水平存在异常升高现象[29]。YKL-40 于DR 发展期间的作用能通过其对代谢过程产生的影响进行解释，其能激活糖代谢、细胞增殖、凋亡、转录及迁移等各类细胞获得期间发挥关键作用的蛋白激酶C 和磷酸肌醇-1，3 激酶信号通路，抑制细胞凋亡，能加快血管内皮细胞趋化、附着、扩张及迁移。因此，YKL-40 有望成为DR 的预警因子，发挥有效的监测作用。

5 DR 的治疗

患者在确诊为糖尿病后，需要定期进行眼底检查，当裸眼或者矫正视力处于正常水平时，尽量间隔半年进行1次眼底检查，当发现存在视力障碍时，需要及时在医师指导下开展检查及治疗。①首先需要控制机体的血糖水平，减少血糖波动，需在医师指导下合理使用降糖药物；②当患者不存在视力障碍或者视力发生轻微下降时，能在眼科医师指导下，及时采取改善视网膜血液循环的药物治疗；③当眼底出现视网膜新生血管、无灌注区时，需要进行眼底激光治疗。激光治疗的主要目的并非是提升视力，而是防止DR 进一步发展，以达到维持患者当前视力水平、减少DR 所致失明发生的目标；④当玻璃体出血时，先采取药物止血处理，待出血稳定后予改善循环治疗以促进出血吸收；积血持续无法吸收者，需行玻璃体切割手术，同时加以全视网膜激光光凝治疗；⑤对于并发黄斑水肿和新生血管形成的患者优先选择眼内注射抗VEGF 药物，并及时完成视网膜激光光凝治疗[30]。

6 小结

DR 是糖尿病最常见的并发症之一，能导致视力障碍甚至失明等严重后果，严重影响患者的生活质量，增加了社会的经济负担。DR 发病过程复杂，且尚未完全明确，有多种细胞因子参与其中。DR 是一种慢性、低度炎症性疾病，同时也是一种微血管疾病。当机体处于高血糖水平状态时，患者局部、全身炎症介质水平的表达增加，炎症环境的形成，是DR 发生与发展的重要原因。DR 是由多细胞因子参与所导致的疾病，包括传统的炎性细胞因子（包括IL-1、IL-6、TNF-α、VEGF、MMP 及MCP-1）和新型细胞因子（GDF-15、IGF-1、MBL 等）的共同参与，部分已经证实与DR 发生、发展有关联，但部分依然处于研究之中，对实际应用及诊断效能上仍需开展大规模研究证实。