Müller細胞在糖尿病視網膜病變中的研究進展

楊 曼，譚 薇

0引言

糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病(diabetic mellitus，DM)嚴重的微血管病變，是目前全球第二大致盲性眼病。DR不僅影響視網膜微血管系統和視網膜神經元，還影響視網膜神經膠質細胞[1-3]。Müller細胞是視網膜最主要的膠質細胞，其可分泌營養因子，回收神經遞質，防止谷氨酸(Glu)毒性，通過空間緩沖重新分配離子，參與類視黃醇循環，并通過多種機制調節營養供應，在維持血-視網膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)的形態結構和保護神經元的完整性、代謝、視網膜內環境穩態等方面均發揮著重要作用[4-6]。DR可導致Müller細胞發生一系列病理性改變，如反應性膠質化增生[7]、谷氨酰胺合成酶(GS)合成減少、谷氨酸轉運體(GLAST)轉運能力減弱[8]、分泌大量血管內皮生長因子(VEGF)[9]、Kir4.1通道表達下調[10]、釋放炎癥因子，形成慢性炎癥性視網膜環境[11]等，這些病理改變可能在DR視網膜神經變性及微循環調節障礙的發生發展中發揮重要作用。

1 Müller細胞在視網膜的分布

Müller細胞是脊椎動物視網膜神經大膠質細胞的一個子集，是生物學家Heinrich Müller在視網膜中發現的一種呈細長形且在視網膜上呈特異性放射狀分布、對組織結構具有支持作用的膠質纖維，也稱Müller纖維，其來源于室管膜細胞(ependymal cell)。有研究表明[12]，靈長類動物的視網膜黃斑中央凹由25～35個獨特的呈倒錐形的Müller細胞形成，且覆蓋在光感受器高密度區域。在成熟視網膜中，Müller細胞從內界膜到外界膜縱貫整個神經視網膜，位于所有核層和叢狀層，包繞各級視網膜神經元胞體及突觸，又緊密包裹視網膜血管，其特化的足板附著于視網膜毛細血管壁參與構成BRB[13-14]。有研究采用[15]，Müller細胞在視網膜各層形態、大小較為一致，但在視網膜各層中的分布不同，與其線粒體在視網膜分布趨勢相一致，表現為從感光細胞層到節細胞及神經纖維層逐漸增多。DR可導致Müller細胞胞體及內外側突起發生腫脹，線粒體數量減少，空泡化程度加深，細胞器減少等改變，且最早發生這種形態學改變是在視網膜神經纖維層、節細胞層和內叢狀層。

2 DR發生過程中Müller細胞的病理生理改變及研究進展

2.1反應性膠質化增生反應性膠質化增生可能是DM早期Müller細胞的主要病理改變之一。實驗性和人自發的早期DR均可引起Müller細胞活化。持續性反應性膠質化增生是早期視網膜損害的標志[7]。反應性膠質化增生的特征改變包括Müller細胞肥大和增生，中間絲波形蛋白和巢蛋白以及膠質細胞纖維酸性蛋白(GFAP)表達上調[16]。近年Xie等[17]研究發現，視網膜下移植嗅鞘細胞(OEC)和嗅神經成纖維細胞，二者可能與Müller細胞相互作用，并通過抑制Notch信號通路顯著抑制Müller細胞的活化和退行性視網膜病變中的神經膠質化增生。GFAP過度表達是反應性膠質化增生最常見的標志。Müller細胞中的GFAP表達增加，可導致Müller細胞肥大和神經膠質瘢痕形成。通常GFAP由視網膜星形膠質細胞表達，而Müller細胞不表達。有研究采用鏈脲佐菌素(STZ)誘導大鼠發生DM，2mo后進行免疫組織化學檢測結果發現Müller細胞和星形膠質細胞均表達GFAP，Müller細胞中GFAP表達增加，而星形膠質細胞中GFAP表達減少。該研究還發現，在糖尿病大鼠視網膜中，Müller細胞的增生先于GFAP過度表達，這通常被認為是神經膠質化增生的關鍵特征[7]。多種類型的視網膜的損傷均可導致Müller細胞中GFAP的快速上調而不是細胞增生。Wei等[18]發現富含氫的生理鹽水可抑制Müller細胞GFAP的表達。周偉等[19]研究指出褪黑素可降低DM大鼠視網膜GFAP的陽性表達。Jung等[20]研究也證實蘆薈素可呈劑量依賴性地降低Müller細胞中GFAP表達，且蘆薈素對Müller細胞膠質增生具有預防作用。Wang等[21]最新研究發現，轉錄因子SOX9敲除不僅能夠抑制大鼠Müller細胞GFAP表達，而且能減弱細胞遷移能力，表明抑制SOX9活性可能是降低神經膠質細胞活性的新型治療策略。

2.2谷氨酸興奮性毒性視網膜中多數興奮性信號由Glu介導。Glu是視網膜最主要的神經遞質，但神經突觸間隙中過量的Glu可引起視網膜神經元損傷甚至死亡。Müller細胞參與了突觸間隙中Glu的攝取，避免了Glu興奮性毒性。此外，Glu在Müller細胞中還被回收轉化為谷氨酰胺，并返回給神經元，為神經遞質的合成提供底物[22]。DR發病初期，Müller細胞就開始發生功能改變。正常情況下，Glu清除主要通過GLAST。Müller細胞被病理性活化可導致GS表達降低，GLAST活性降低[8]。研究表明[23]，在糖尿病發生4wk后，通過GLAST轉運的Glu顯著減少，導致細胞外Glu濃度升高，Glu水平升高也可導致Glu受體表達改變，破壞視網膜Glu穩態。DR進展期間，Müller細胞通過降低K+攝取而間接促成K+濃度失衡和K+穩態改變，導致神經元興奮和Glu毒性。當視網膜內Glu濃度升高到一定濃度時可造成神經元發生嚴重的不可逆性損傷，即Glu興奮性毒性。曾凱宏等[24]通過高糖誘導DM大鼠進行體內研究，結果表明牛磺酸可增加Müller細胞中GLAST的表達活性，從而抑制DM引起的視網膜Müller細胞功能改變。Zeng等[25]研究也發現白藜蘆醇可預防DM大鼠視網膜中GLAST和GS mRNA與蛋白表達下調。上述研究結果可作為應對DM發生過程中視網膜興奮性毒性的補充策略。

2.3病理性血管內皮生長因子的產生VEGF可促進血管通透性增加，細胞外基質變性、血管內皮細胞遷移、增殖和血管形成，是目前已知的最強的促進內皮細胞有絲分裂因子和血管生成因子，被認為是與增殖性DR新生血管形成聯系最緊密的一種因子[26-27]。Müller細胞主要通過產生VEGF或VEGF-A參與視網膜炎癥、新血管的形成、血管滲漏和損傷，這也是與DR相關的關鍵病理過程[28]。Mu等[9]研究證實，在高糖誘導下，Müller細胞可分泌大量VEGF。近年有學者[29-31]通過條件性敲除DR小鼠Müller細胞VEGF基因，結果發現小鼠視網膜VEGF表達下降。表明Müller細胞可能是DR發生過程中VEGF的主要來源之一。VEGF可誘發視網膜病理性新生血管形成，新生血管長入玻璃體并引起玻璃體積血，最終可引起牽拉性視網膜脫離等。此外，VEGF可顯著增加微血管的通透性，破壞BRB，使細胞外液積聚于黃斑，引起黃斑水腫，導致視力減退。目前，玻璃體腔內注射抗VEGF藥物(貝伐單抗、雷株單抗、康柏西普等)是臨床上普遍采用的抗視網膜新生血管的治療方法。近年，Shen等[32]研究提供了一種潛在的新型組合方法，即聯合使用靶向內皮糖蛋白和VEGF-A比單獨使用抗VEGF-A和抗內皮因子對Müller細胞破壞所引起的視網膜下纖維新生血管形成的抑制作用更強。Coughlin等[33]最新研究發現白細胞介素-6(IL-6)可通過VEGF-A信號傳導保護Müller細胞免受高葡萄糖毒性，該結果對靶向IL-6的藥物開發具有臨床意義。

2.4 Kir4.1通道的表達下調迄今為止，已在Müller細胞中鑒定出6個內向整流K+(Kir)通道(Kir1～Kir6)，其中Kir4.1大量表達。Kir4.1和視網膜Müller細胞中的水通道蛋白4(AQP4)的共表達緊密調節視網膜水穩態，Müller細胞通過Kir4.1通道維持視網膜K+濃度[34-35]。DR發生過程中，Müller細胞中Kir4.1表達下降，可導致Müller細胞腫脹，視網膜血管滲漏等。Thompson等[36]將大鼠Müller細胞在晚期糖基化終產物修飾的層粘連蛋白培養皿上進行培養，并通過免疫熒光和Western blot檢測發現，Müller細胞中Kir4.1表達水平降低，且Kir4.1通道功能降低，表明晚期糖基化終產物修飾的層粘連蛋白對Kir4.1通道是有害的。Hassan等[37]研究結果表明，Kir4.1通道具有晝夜節律，這種節律因DM而減弱，此外，視網膜中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的增加也可導致Kir4.1表達降低。Jung等[20]研究證實，蘆薈素可對Müller細胞中鉀和水的轉運過程發揮關鍵作用，可抑制由Kir4.1通道下調介導的Müller細胞腫脹。Yang等[38]在慢性高眼壓模型大鼠玻璃體腔注射腺苷受體拮抗劑SCH442416，其可上調Müller細胞Kir4.1、GS和GLAST表達并增強內向鉀電流，表明SCH442416不僅可以改善相關蛋白的表達，還可以改善Müller細胞中的鉀通道功能。

2.5炎性因子的釋放Müller細胞是視網膜細胞因子的主要來源，DR發生過程中，活化的Müller細胞可釋放炎癥因子和細胞因子，如誘導型一氧化氮合成酶(iNOS)、VEGF、成纖維細胞生長因子-2(FGF-2)、TNF-α、白細胞介素-1β(IL-1β)等，形成慢性炎癥性視網膜環境，加重視網膜神經元的損傷和凋亡，破壞BRB結構的完整，誘發血管滲漏、黃斑水腫及新生血管生成等[4，39]。Eastlake等[11]對炎癥因子表達的比較分析結果表明，除某些趨化因子外，Müller細胞可在體外產生多數細胞因子和炎癥因子，包括粒細胞集落刺激因子(G-CSF)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)、血小板衍生因子(PDGF-Bb)、VEGF和組織生長因子(TGF-B2)等。因此Müller細胞靶向炎癥因子的產生可能是預防視網膜神經膠質增生期間神經損傷的有效方法。Lu等[40]使用體內和體外應激模型探索670nm光的生物調節對激活的Müller細胞的影響，結果發現采用670nm光進行早期治療能夠減少氧化損傷后Müller細胞活化，降低GFAP和FGF-2在視網膜中的表達，減少Müller細胞產生促炎細胞因子(如IL-1β等)。

3小結

Müller細胞獨特的排列結構跨越視網膜全層，是連接神經元和血管的一種功能紐帶。DR發生發展過程中，長時間高血糖狀態會影響Müller細胞的正常生理功能，因此了解視網膜中Müller細胞的病理生理改變，能夠為治療DR提供靶點，也為有效治療DR提供理論基礎。