炎癥調控因子在糖尿病視網膜病變新生血管形成中的作用

陳加玉，滕 巖，楊明明

0引言

糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)是勞動人口中最主要的致盲性眼病，其中以糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema，DME)最為嚴重。DR是由于長期高血糖引起的視網膜血管系統的病理和功能改變，被認為是糖尿病最常見且最嚴重的微血管并發癥[1]。DME是指視網膜黃斑區組織層間積液，其可發生在DR的任何階段，是糖尿病患者中心視力喪失的主要原因。DR的發病機制復雜(圖1)，截至目前仍未完全闡明。長期高血糖誘導的視網膜微血管改變、炎癥及視網膜神經纖維退化是引起糖尿病患者視力喪失的主要原因。此外，越來越多的證據顯示，免疫機制在DR發病中起著重要作用。

圖1 糖尿病視網膜病變的發病機制。

眼球是人體具有高度組織性和復雜性的精細器官。由于視網膜內外屏障參與免疫隔離，確保了每一個腔室具有無菌的環境。生理條件下，它們能阻止細胞和大分子物質自由進出眼睛。當視網膜的生理機能發生改變時，免疫反應將迅速被激活，內環境的穩定及功能將會得到維持。然而，糖尿病患者機體在慢性炎癥反應的持續刺激下，會導致嚴重的組織重構和功能缺失。這種低水平的慢性炎癥反應稱為副炎癥或非經典炎癥。因此，抑制這種持續的病理性炎癥是治療DR的一個新方向。最新研究表明，在DR患者眼內，參與炎癥反應的細胞因子如白細胞介素(interleukin，IL)-6、IL-1β、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的水平顯著升高[2]，它們相互作用，促進局部病理性新生血管的生成，極大地促進了DR的進展。本文旨在討論炎癥在DR發病機制中的作用及其與新生血管的關系。

1新生血管相關因子

1.1血管內皮生長因子血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)由多種相關蛋白組成，包括VEGF-A、B、C、D、E和胎盤生長因子。VEGF-A是VEGF家族的典型成員，已經證明其是血管生成的關鍵，能夠結合高親和力酪氨酸激酶受體(VEGF-R1、R2)發揮作用，在炎癥和新生血管形成中增加血管壁通透性[3]。因此，抗VEGF活性的相關藥物在臨床被廣泛用于治療DR和DME。缺氧是促進VEGF基因表達的最具特征的因素，但晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)、IL-1β、IL-6等促炎癥因子釋放均可上調VEGF mRNA的表達。這些發現解釋了在某些DME患者中，即使沒有缺氧的證據，VEGF也會過度表達。VEGF-A通過與VEGF-R2結合，對血管內皮細胞具有促進增殖和滲出的作用。VEGF-R2激活后，酪氨酸激酶受體活性增加，導致下游多種信號通路激活，進而損害視網膜內外屏障，這也是DME發病過程中一個重要的病理機制[4]。此外，VEGF-A的濃度增加還可以上調細胞間黏附因子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的表達，促進白細胞淤滯與細胞因子的釋放，進而增加新生血管生成與炎癥因子的表達。上述病理改變均是DR病理過程的重要標志。

1.2血管生成素血管生成素(angiopoietins，Ang)是一類生長因子，與血管內皮酪氨酸激酶受體Tie-2結合，具有調節血管穩態，控制血管通透性、抑制炎癥及血管生成等功能[5]，它在DR的炎癥過程中具有特殊意義。Ang1與Tie-2結合，激活的信號通路通過募集周細胞起到穩定血管，同時降低由炎癥因子誘導的血管通透性。相反，在高血糖、缺氧或氧化應激等不利條件下，Ang2競爭性地與Tie-2結合，抑制Ang1信號通路，導致血管穩定性降低、周細胞脫落、視網膜屏障破壞、炎癥加重。Rangasamy等[6]研究表明，Ang2通過改變內皮細胞連接的VE-鈣黏蛋白對視網膜內屏障產生破壞，這表明Ang2/Tie-2通路有望成為DME替代治療的新靶點之一。

2炎癥相關因子

隨著研究的深入，人們發現細胞因子和其他炎癥介質導致的持續低水平炎癥是DR及DME發展的重要機制，其中IL-6、IL-1β、IL-8、TNF-α、ICAM-1、血管細胞黏附小分子1 (VCAM-1)、整合素b-2(CD-18)、MCP-1、血漿激肽釋放酶-激肽系統(kallikrein kinin system，KKS)等已被報道在DR的發病過程中發揮關鍵作用[7](表1)。

表1 糖尿病視網膜病變中相關炎癥因子及可能參與機制

2.1IL-6 IL-6是一種重要的細胞因子，其在宿主抵抗感染和組織損傷等環境應激方面起著關鍵作用。在調節失衡的情況下，IL-6的持續分泌與各種慢性炎癥甚至癌癥的發生有關[8]。在不同靶細胞中，IL-6具有廣泛的生物學活性，包括急性期蛋白合成、調節先天和獲得性免疫反應等。

IL-6信號通路參與內皮細胞功能障礙和血管炎癥，在DR和其他炎癥性眼病的發病中起著重要作用。IL-6是VEGF介導的炎癥性血管滲漏的重要介質，可以通過直接阻斷內皮細胞和上皮細胞的屏障作用，或誘導其他細胞因子的表達，促進血管通透性增加[9-10]。Valle等[10]報道IL-6通過上調內皮細胞特異性ICAM-1的表達，導致人視網膜微血管內皮細胞的屏障破壞。此外，Yun等[11]另一項體外研究表明，IL-6可以誘導轉錄激活因子3(activator of transcription 3，STAT3)活化，進而下調緊密連接蛋白1(zonula occludens-1，ZO-1)和閉鎖蛋白，增加內皮細胞的通透性，ZO-1和閉鎖蛋白是形成視網膜內屏障細胞間緊密連接的主要成分。此外，IL-6也被發現通過誘導VEGF的產生促進視網膜新生血管的形成。

臨床發現，許多DR患者玻璃體和房水中IL-6濃度升高，預示炎癥因素在其中發揮重要的作用。一項臨床研究中顯示，IL-6受體抑制劑托珠單抗(tocilizumab)對藥物難治性黃斑水腫有顯著療效[12]。此外，一項前瞻性研究表明，在接受雷珠單抗治療的DME患者中，房水中IL-6濃度基線水平較低的治療組預后視力更好[13]。表明IL-6的濃度具有指導治療的作用，可能成為抗VEGF治療效果的候選生物標志物。

2.2IL-1β IL-1β是一種主要的促炎癥細胞因子，通常在感染、組織損傷或免疫失衡時產生[14]。它在介導自身炎癥綜合征、心血管疾病和癌癥進展方面發揮著重要作用。在眼內，IL-1β可以誘導視網膜內屏障的許多變化，包括白細胞募集、通透性增加、內皮細胞形態和功能的改變。研究發現，Müller細胞是視網膜中IL-1β細胞的主要來源，高血糖誘導的caspase-1/IL-1β信號通路激活，是誘導細胞焦亡的起始過程[15]。IL-1β除了具有強的促炎癥作用外，還可誘導血管生成。值得注意的是，IL-1β和VEGF在內皮細胞中相互上調，對誘導促血管生成反應至關重要[16]。多項臨床研究表明，DR/DME患者眼中IL-1β水平升高。IL-1β抑制劑卡納單抗可顯著改善增殖性糖尿病視網膜病變患者血管滲漏及黃斑水腫程度[17]。此外，IL-1β拮抗劑阿納金拉不僅顯著降低了激光誘導脈絡膜新生血管鼠模型中視網膜下新生血管的發育[18]，而且也能改善DR患者及實驗動物的內皮功能[19]。

2.3IL-8 IL-8是一種促炎癥趨化因子，屬于CXC趨化因子家族，被認為是中性粒細胞、單核細胞和淋巴細胞的重要激活劑和趨化劑，也是新血管形成的重要介質。研究表明，難治性DME患者房水中IL-8水平更高[20]。表明其能夠將中性粒細胞和單核細胞募集到玻璃體中，在視網膜新生血管形成過程中起到關鍵作用。IL-8濃度與DR引起的黃斑水腫的嚴重程度呈正相關，而與視網膜分支靜脈阻塞引起的黃斑水腫無相關性[21]，說明IL-8在DME的發生發展中亦起著重要的作用。Liu等[22]研究證實IL-1β可誘導IL-8表達顯著增加，這可能進一步增強DR患者中IL-1β的致病作用。這說明DR炎癥反應過程中不同細胞因子和趨化因子之間存在明顯的交互作用。

2.4TNF-α TNF-α是一種促炎癥細胞因子，與免疫介導、心血管和腫瘤疾病均有關聯。TNF-α具有多種生物學效應，包括細胞增殖、分化、死亡等，其被認為與DR發病機制及眼內炎癥等密切相關[23]。大量體內及體外研究表明，TNF-α增加白細胞對視網膜內皮細胞的黏附，增加視網膜內屏障的通透性[24]。Jo等[25]研究表明，在高脂飲食和鏈脲霉素誘導的糖尿病大鼠中，視網膜色素上皮中的小膠質細胞分泌TNF-α，激活核轉錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)，從而降低ZO-1的分布。同時，使用糖皮質激素可以抑制NF-κB信號通路，阻止TNF-α誘導的視網膜內皮細胞通透性增高。此外，依那西普可以有效降低糖尿病大鼠TNF-α表達，抑制NF-κB的活化，減少視網膜滲漏及視網膜細胞凋亡[26]。臨床藥物研究表明，TNF-α抑制劑英利昔單抗(infliximab)可有效改善DME患者預后視力[27]，提示TNF-α阻斷治療可作為DR治療的潛在藥物靶點之一。

2.5MCP-1 MCP-1也稱CCL2，是CC趨化因子家族成員之一。MCP-1可以刺激單核細胞和巨噬細胞的募集及活化，引起視網膜血管滲透性改變、活性氧形成、細胞損傷和炎癥反應，在DR的發病機制中起到重要作用[28]。此外，這種趨化因子通過促進VEGF的產生，在血管生成及纖維化中亦起到關鍵作用。值得注意的是，MCP-1的表達也受NF-κB的調控。臨床研究顯示，DR患者眼內液中MCP-1表達水平更高，表明MCP-1是在DR患者的局部視網膜上生成的[29]。此外，玻璃體腔液中MCP-1濃度與DR的嚴重程度具有顯著相關性[28]。這說明MCP-1有可能成為預示DR嚴重程度的生物標志物。

2.6其他KKS在血管損傷過程中被激活，在炎癥反應、血流變和凝血中具有重要作用。臨床研究表明，晚期DR患者玻璃體腔液中構成KKS的成分血漿激肽釋放酶(plasma kallikrein，PKal)含量增加[30]。激活眼內KKS系統可引起視網膜血管通透性改變、血管舒張和視網膜增厚，進而導致黃斑水腫。藥物臨床試驗表明，一種新型的雙環PKal抑制肽可有效改善糖尿病小鼠的視網膜通透性及炎癥性損傷[31]。上述研究表明KKS成分是DME潛在的治療靶點，目前針對該通路的臨床試驗正在進行中。

另一個參與糖尿病炎癥級聯反應的靶點是整合素，整合素家族是介導細胞-細胞和細胞-細胞外基質相互作用的細胞黏附受體。它具有多種生物學活性，如細胞分化、黏附、遷移和增殖等。眾所周知，DR患者白細胞與視網膜微血管系統的黏附顯著增加，通過中性粒細胞抑制因子的表達，選擇性拮抗這種黏附，已被證明可以逆轉糖尿病引起的視網膜微血管病變[32]。一項臨床研究顯示，白細胞整合素αmβ2(也稱為CD11b/CD18或MAC1)是一種介導白細胞與內皮細胞黏附的蛋白，它通過激活白細胞促進視網膜內皮細胞的損壞[33]。因此，預防白細胞黏附視網膜內皮細胞可能成為治療DR的潛在干預靶點。

3炎癥與新生血管的關系

血管生成和炎癥在許多病理和生理條件下關系十分密切。炎癥細胞可產生血管生成因子、生長因子和蛋白酶等，它們有助于在炎癥部位形成新的血管結構。同時，新生血管的內皮細胞可以促進白細胞招募和促炎分子的產生。新生血管和炎癥有許多共同的信號通路和分子介質，環氧合酶/前列腺素便是其中一種。此外，許多促炎細胞因子(如IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-8)可直接或間接作用于血管內皮細胞產生促血管生成介質，誘導血管形成[34]。此外，VEGF和Ang1可能通過上調細胞黏附分子和炎癥因子的表達引起血管內皮細胞的炎癥反應。

炎癥在DR的發病機制中起著重要作用，特別是在早期階段，通過激活轉錄因子和上調促炎癥/促血管生成因子的表達發揮作用[35]。炎癥和血管改變在DR中密切相關。促炎癥細胞因子、趨化因子和其他炎癥介質導致的慢性炎癥可導致視網膜血管損傷、視網膜病理性新生血管和黃斑水腫。此外，炎癥可能導致DR患者視網膜神經變性和小膠質細胞激活，促進血管生成因子和細胞因子的產生[36]。在DR患者中，炎癥與新生血管相互促進，極大地增加了病情的嚴重程度，針對DR的抗炎與抗新生血管治療依舊是DR患者藥物治療的重點。

4結論與展望

DR是一個全球性的公共健康問題，也是導致失明的主要原因。目前已明確長期慢性炎癥反應是DR發生發展的重要機制。抗VEGF藥物的發現是治療DR的一個重大突破，但單一抗VEGF治療存在局限性，一種新型的雙特異性單克隆抗體藥物法瑞西單抗(faricimab)應運而生，它能同時結合VEGF-A和Ang2，具有高親和力和特異性[37]。針對DME治療的Ⅱ期臨床試驗結果顯示，與雷珠單抗治療組相比，法瑞西單抗可進一步減少中心區視網膜厚度，有效改善DR療效。多種炎癥介質的發現有助于揭示DR發病機制中的炎癥要素及環節，也為新型藥物研發及聯合治療提供了可能。目前，針對其他抗炎靶點的藥物，如整合素或細胞因子阻滯劑等，正在進行早期臨床試驗，這些新的抗炎化合物可能比傳統類固醇藥物更具選擇性和安全性，這使它們更適合用于DR和DME等慢性疾病的治療。希望有朝一日，在深入了解DR發病機制的基礎上，開展精準醫療，探索靶向性炎癥調控對疾病進程的影響，為DR的早期防治及臨床診療提供新思路、新靶點。