VEGF 在糖尿病視網膜病變發病機制中的作用

彭 越，高 宇，王云飛，王 媞，徐玉雪

（1.濱州醫學院藥學院，山東 煙臺 264000；2.榮成市東山街道中心衛生院，山東 榮成 264300；3.榮成市中醫院腦病科，山東 榮成 264300）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種慢性代謝性疾病，其特征在于持續的高血糖癥導致大血管和微血管并發癥。眼睛是受此疾病影響的主要器官之一，糖尿病視網膜病變（diabetes retinopathy，DR）是最常見的微血管并發癥，也是糖尿病患者失明的主要原因。DR 的發病率隨著糖尿病患病時間增加而逐漸提高。病程在15 年以上的糖尿病患病群體中約60%的病人會發生視網膜病變，嚴重者導致失明。DR 根據視網膜微血管的病變程度分為非增殖期（non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR）和增殖期（proliferative diabetic retinopathy，PDR）。PDR則是糖尿病視網膜病變的晚期階段。研究表明[1]，NPDR 患者的神經節細胞復合物（GCC）層厚度減少，視網膜神經纖維層（RNFL）厚度減少，毛細血管密度（VD）降低。DR 的發病機制比較復雜，迄今為止尚未完全明確。目前DR 治療主要集中在晚期階段，此時視網膜結構和視力已經受到影響，而早期NPDR 尚缺乏有效的治療手段。血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一種在DR 的發病過程中起著至關重要作用的蛋白，主要家族成員有VEGF-A、B、C、D。其中VEGF-B 及其受體VEGFR1 和NRP1 高表達于視網膜組織中[2]；有研究報道VEGF-B 可促進血管內皮細胞、周細胞和血管平滑肌細胞的上調。本文就DR 病理特征及VEGF 家族在DR 中的作用進行綜述。

1 糖尿病視網膜病變的特征

糖尿病導致一系列并發癥，包括大血管并發癥，例如心血管疾病和中風，以及微血管（小血管）并發癥，傳統上將其視為微血管疾病，但也涉及視網膜神經變性。糖尿病視網膜病變是其最嚴重的微血管并發癥之一。其病理過程如下：機體血糖升高→視網膜缺血缺氧→毛細血管內皮細胞損害→毛細血管內皮細胞修復→毛細血管基底膜增生變厚→毛細血管管腔變窄→視網膜缺血缺氧加重→毛細血管內皮細胞損害加重→微血管瘤形成→毛細血管閉塞→組織完全缺氧→毛細血管壞死→新生血管形成[3，4]。在視網膜病變的任何階段，黃斑（視網膜的中央焦點）都有滲出和水腫，患者也可能發展為糖尿病性黃斑水腫（DME）。

糖尿病視網膜病變發病較為隱匿，在病變早期幾乎沒有任何癥狀，非常容易被忽視，僅在眼底檢查時被發現。糖尿病視網膜病變發展到中晚期，患者會出現視力下降，如果此時還不重視，部分患者可能會誘發青光眼等嚴重并發癥，不僅視力極差，還會非常疼痛。臨床上通常將糖尿病視網膜病變分為非增殖型和增殖型。病理性新生血管的出現是非增值型轉變為增殖型的標志[5，6]。非增殖型DR 分為輕度，中度和嚴重性，在沒有治療情況下發展為最嚴重的階段，即增殖型DR。輕度非增殖型視網膜病的特征是可見的視網膜小血管受損。在早期階段，血管可能會發展為氣球樣腫脹，稱為微動脈瘤。中度非增殖型視網膜病變是DR 的第二階段，在此階段。視網膜中的一些小血管實際上可能被阻塞了。這些微小血管的阻塞導致視網膜感光細胞層的營養和氧氣供應減少。嚴重的非增殖型視網膜病的特征是大量小血管被阻塞，導致視網膜區域缺乏營養和氧氣，這種情況稱為視網膜缺血。增殖性DR 是視網膜病的最晚期，其特征是這種嚴重的小視網膜血管損傷和缺氧，從而視網膜血管生長異常（新生血管）[7]。這些異常血管很脆弱，容易破裂，從而導致出血進入玻璃體腔或視網膜前腔，最終導致視力喪失。

2 VEGF 對DR 的作用

血管內皮生長因子（VEGF）是一種與肝素結合的同源二聚體糖蛋白[8]，是一種有效的促有絲分裂因子，可刺激血管生成過程中內皮細胞的增殖和遷移。VEGF-A 是VEGF 家族的創始成員，其中還包括胎盤生長因子（PIGF）、VEGF-B、VEGF-C、VEGFD。所有VEGF 家族成員均通過與細胞表面受體酪氨酸激酶（VEGFR-1、2、3）結合而發出信號，均主要在內皮細胞上表達。VEGFR-1 對單核和巨噬細胞的游走有正調節作用，且VEGF1 不同的剪接體可競爭性結合VEGFA，從而阻止VEGFA 與VEGFR2 的結合。VEGFR-2 可以在各種生理病理情況下調控血管內皮細胞的生物學活性，是血管生成信號的關鍵受體，而VEGFR-3 則是淋巴管生成的關鍵因子[9]。在發育和生理學中，VEGF 信號傳導通過誘導內皮細胞的增殖，遷移和存活以及血管通透性來調控新生血管生成。過量的VEGF 破壞細胞內屏障，增加脈絡叢內皮的滲漏，引起水腫并激活炎癥途徑。因此，異常的VEGF 信號傳導與包括糖尿病在內的幾種疾病的病理生理有關[10，11]。

2.1 VEGF-A 促進DR 新生血管生成 VEFF-A 是VEGF 家族中研究最多的成員，高血糖狀態下視網膜缺血缺氧會導致VEGF-A 的增加[12]，VA 的增加會上調視網膜局部細胞間粘附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）和內皮型一氧化氮合酶，促進多種活性物質的釋放，進而破壞血管壁，血管壁的破壞導致視網膜微血管滲漏，微血管的滲漏進一步加重，導致血流緩慢和血栓形成，致使視網膜局部缺血缺氧加重，促進新生血管形成。盡管VEGF-A 對VEGFR-1 具有更高的親和力，但其主要的信號傳導作用卻是通過VEGFR-2 引起的[13]。通過VEGFR-2 結合并誘導VEGFR2 磷酸化激活將導致其下游信號級聯反應的激活，例如有絲分裂原激活的蛋白激酶（MAPK），包括ERK1/2 和P38 激酶。對調節血管內皮細胞血管生成有至關重要。有研究顯示[14]，DR 患者視網膜中VEGFA 隨著疾病的嚴重程度顯著升高[15]，并且VEGFA 可以通過結合VEGFR2/NRP1 的形成和磷酸化導致VEGFR2 過度表達，從而激活DR 視網膜新生血管，引起眼底出血。并且VA 可以激活內皮細胞中某些基因的表達，進而促進血漿纖溶酶原激活物等的合成，導致胞外基質變性，細胞間緊密連接（tight junction）在酶的作用下減少[16，17]，導致血管通透性增加。研究發現[18]，缺氧誘導因子HIF-1α 是調節細胞內VEGFA 表達的主要轉錄因子。某些天然產物（如綠源酸）可以抑制HIF-1α/VEGF 信號通路來抑制DR 視網膜新生血管生成，緩解DR 的病程。

2.2 VEGF-B 保護DR 視網膜細胞凋亡 VEGF-B 是1996 年被發現的，最初發現VB 是VA 的同系物[12]。其以兩種異構體形式存在，結合肝素的VEGFB-167和可擴散的VEGFB-186。VEGFB 在多種組織和細胞中大量表達，包括脂肪、皮膚、肺、視網膜、血管內皮細胞等。據報道，氧化應激已被證明在糖尿病視網膜病變的發病機理中起關鍵作用。VEGFB 通過上調關鍵抗氧化酶（谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化歧化酶等）的表達起到抗氧化的作用[19]。遺傳學研究表明，缺乏VEGFB 的小鼠是健康且可正常生育的，并且沒有顯示出血管缺陷，這表明VEGFB 在血管發育過程中的血管生成作用是微乎其微的。但VEGFB在病理性血管生成的作用仍存在爭議。研究表明[20]，VEGFB 的血管生成活性僅限于缺血心臟，對缺血肢體的血管重建、缺氧肺的血管重建、缺血視網膜和皮膚損傷的新生血管沒有影響[21，22]。Huang D 等[23]研究表明，在高糖條件下，Akt 和Erk 通路的激活可以上調VB 的表達從而保護視網膜細胞凋亡。并通過玻璃體腔注射VEGFB 蛋白可明顯減少DR 大鼠視網膜細胞凋亡，改善DR 癥狀。另有研究顯示[24]，VEGF-B 可以作為一種抑制因子來防止過度新生的血管，確保平衡血管密度。因此VB 在糖尿病視網膜病變中可能具有重要的治療價值。

2.3 VEGF-C 和VEGF-D 與VR2、VR3 結合加重DR VEGF-C 是從人前列腺癌細胞系PC3 中分離純化，是最早被發現的促淋巴管生成因子。具有調節血管生成、淋巴管生成、脈管通透性等作用。有研究報道，在人視網膜色素上皮細胞中，VEGFA 促進VEGFC和VEGFR3 表達。VEGF-C 通過激活VEGFR-3 在淋巴管生成中發揮作用，但也與VEGFR-2 結合，通過VEGFR-2 激活的下游效應促進糖尿病視網膜血管生成和增加血管通透性[25]。然而，VEGFR-2 與其兩個配體VEGF-A 和VEGF-C 間的相互作用是復雜的，目前尚未闡明。VEGF-D 是Achen 等在1998年研究發現的[26]。盡管VEGF-C 和VEGF-D 被認為主要是主要的淋巴管生成因子，但其在血管生成中也起到類似VEGF-A 的作用[27]。VEGF-D 可以通過激活內皮細胞上的VEGFR-2 和VEGFR-3 來促進血管生成[28]。研究發現，在糖尿病小鼠體內通過選擇性VEGFR-3 抑制劑從而抑制淋巴管增殖，可以降低血清膽固醇，游離脂肪酸，且可以降低眼部的炎癥因子的表達，VEGF-D 可以通過細胞間途徑誘導高密度脂蛋白（HDL）表達。增加血管通透性[29，30]。VD與VA 一樣在組織缺血缺氧時也會和VEGFR-2 結合，誘導內皮細胞新生血管生成，這可能會加重糖尿病視網膜的病程發展。

3 總結

糖尿病型視網膜病變被認為是視網膜神經元凋亡的神經退行性的一種疾病。目前臨床上針對DR不同時期的病變主要以藥物和手術治療為主。VEGF是目前所知最強的內皮細胞選擇性促有絲分裂因子和血管生成因子，VEGF 及其表達增加促使血管內皮細胞增生，血管通透性增加，促進了DR 新生血管的形成。VA 是VEGF 家族的始創成員，其主要的信號轉導作用是通過結合受體VEGFR-2 來促進內皮細胞增殖、遷移。最終促進新生血管生成。VB 作為VA 的同系物幾乎在血管生成中不發揮作用。VB 被證明是有效的神經保護因子和凋亡抑制因子。其選擇性的與VEGFR-1 結合，激活Akt 和Erk 通路抑制視網膜細胞凋亡發揮抗血管作用。改善DR 癥狀。VEGFC、VEGFD 和VEGFR-3 結合在淋巴管的生成和轉移過程中發揮作用，同時在缺氧條件下VEGFC/D 也可以和VEGFR-2 受體結合促進視網膜新生血管生成和增加血管通透性，造成糖尿病視網膜病變嚴重程度加重。