PDGF-BB/PDGFR信號通路與糖尿病視網(wǎng)膜病變相關(guān)性研究進(jìn)展

王菲艷，魏菁，夏逸帆

(河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，河南 洛陽 471000)

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，是工作年齡人群失明的最常見原因。隨著全球肥胖癥患病率的增加和糖尿病患者的老齡化，估計(jì)至2045年約有1.6億人會受到DR的影響[1]。DR患者早期通常無癥狀，隨著病情的進(jìn)展，患者會出現(xiàn)糖尿病性黃斑水腫、玻璃體積血以及牽拉性視網(wǎng)膜脫離等，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的視功能損害[2]。目前，DR患者早期治療主要依賴血糖水平的控制，血管病變嚴(yán)重者則需要行視網(wǎng)膜激光光凝術(shù)。抗血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)藥物可有效改善視網(wǎng)膜屏障功能、促進(jìn)新生血管消退，在DR治療中已取得一定進(jìn)展[3]。但也有報(bào)道顯示，部分DR患者對抗VEGF無反應(yīng)或重復(fù)給藥后出現(xiàn)耐藥性[4]。血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)-BB作為周細(xì)胞最重要的生長調(diào)節(jié)因子，可于DR早期對PDGF-BB/PDGF受體(PDGF receptor，PDGFR)信號軸進(jìn)行調(diào)控，從而有效抑制周細(xì)胞的凋亡，延緩DR的進(jìn)程[5]。在DR晚期，抑制PDGF-BB/PDGFR信號通路具有顯著的抗新生血管生成作用[6]。PDGF-BB/PDGFR信號通路通過調(diào)控多種視網(wǎng)膜細(xì)胞的生理功能參與DR發(fā)生發(fā)展過程，對早期DR的發(fā)病及治療均具有重要意義。現(xiàn)就PDGF-BB/PDGFR信號通路與DR相關(guān)性的研究進(jìn)展予以綜述。

1 PDGF與PDGFR概述

PDGF是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和增殖的生長因子，由血小板、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等分泌后儲存于血小板，并在血小板脫α顆粒時釋放出來[7]。單體形式的PDGF(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D)無活性，可通過二硫鍵結(jié)合形成二聚體產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。目前PDGF共有5種二聚體形式(PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC、PDGF-DD和PDGF-AB)，其中活性最高、功能最強(qiáng)的是PDGF-BB。PDGFR是一種具有Ⅲ類酪氨酸蛋白激酶的跨膜糖蛋白，包括PDGFR-αα、PDGFR-αβ、和PDGFR-ββ 3種亞型。PDGFR由5個結(jié)構(gòu)域組成，包括胞外N端與配體特異識別結(jié)構(gòu)域、跨膜疏水結(jié)構(gòu)域、ATP結(jié)合位點(diǎn)區(qū)域、胞內(nèi)C端酪氨酸蛋白激酶結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)尾端；PDGF與PDGFR的胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合可使細(xì)胞質(zhì)中酪氨酸殘基發(fā)生自磷酸化而活化，從而激活下游信號[8]。研究證實(shí)，只有PDGF-BB可與PDGFR-αα、PDGFR-αβ和PDGFR-ββ亞型特異性結(jié)合，因此其具有更強(qiáng)的促進(jìn)結(jié)締組織細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及平滑肌細(xì)胞增殖、分化的功能[9]。

2 PDGF-BB/PDGFR信號通路的激活機(jī)制

2.1胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)/Ras途徑 PDGF-BB可與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合誘導(dǎo)受體胞內(nèi)酪氨酸殘基磷酸化，而磷酸化的酪氨酸可以從胞質(zhì)中招募含有SH2(Src homology 2)結(jié)構(gòu)域的下游生長因子受體結(jié)合蛋白2，生長因子受體結(jié)合蛋白2再通過其SH2結(jié)構(gòu)域與鳥嘌呤核苷酸交換因子結(jié)合，形成生長因子受體結(jié)合蛋白2-鳥嘌呤核苷酸交換因子復(fù)合物，而該復(fù)合二聚體可使與Ras分子結(jié)合的GDP轉(zhuǎn)換為GTP，繼而促進(jìn)Ras分子激活[10]。而Ras分子激活又可促進(jìn)Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信號通路各分子的激活，并將相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核，從而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，提高機(jī)體轉(zhuǎn)錄活性，觸發(fā)細(xì)胞生長、分化、遷移、血管生成等生理過程[11]。

2.2磷脂酶C(phospholipase C，PLC)γ途徑 PLCγ是一種含有2個SH2結(jié)構(gòu)域和1個SH3結(jié)構(gòu)域的磷脂酶。當(dāng)PDGF-BB與PDGFR結(jié)合時，PLCγ被酪氨酸蛋白激酶激活，而活化的PLCγ可將底物磷脂酰肌醇二磷酸水解為三磷酸肌醇和二酰甘油，其中三磷酸肌醇主要作用于機(jī)體細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過促進(jìn)Ca2+的釋放增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，誘導(dǎo)細(xì)胞活性改變，而二酰甘油與Ca2+共同作用于蛋白激酶C，誘導(dǎo)核糖體絲氨酸與蘇氨酸殘基磷酸化，該過程具有促進(jìn)細(xì)胞增殖等生理功能；此外，二酰甘油還可激活細(xì)胞內(nèi)的Na+/H+質(zhì)子泵，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)H+與細(xì)胞外Na+頻繁交換；同時，二酰甘油還可減少細(xì)胞H+的數(shù)量，促進(jìn)細(xì)胞的增殖功能[12]。

2.3磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)途徑 PI3K是由p110催化亞基和p85調(diào)節(jié)亞基組成的異二聚體酶。蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)是PI3K主要的下游分子通路。磷酸化的PDGFR可與p85亞基結(jié)合誘導(dǎo)PI3K分子活化，進(jìn)而導(dǎo)致磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸催化轉(zhuǎn)變?yōu)榱字＜〈?3，4，5-三磷酸，而磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸可通過Akt的N端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域與其結(jié)合，并將Akt轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜上[13]。此外，活化的PI3K還可通過激活3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1誘發(fā)Akt磷酸化，從而完全激活該組蛋白，PDGFR激活的PI3K/Akt信號通路可促進(jìn)肌動蛋白重組以及細(xì)胞遷移和生長，同時抑制細(xì)胞凋亡等生命活動[14]。

2.4信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)途徑 STAT通過一個分子量為84 000～113 000的細(xì)胞質(zhì)蛋白與目標(biāo)DNA相結(jié)合調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的過程。研究顯示，STAT家族共包含7個成員，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6[15]。STAT是一種細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，具有轉(zhuǎn)錄因子的作用。PDGFR被PDGF-BB激活后，主要通過酪氨酸蛋白激酶誘發(fā)STAT蛋白C端酪氨酸殘基和絲氨酸殘基磷酸化，從而激活STAT分子，促進(jìn)同源或異源STAT蛋白二聚體產(chǎn)生，隨后二聚體移位進(jìn)入細(xì)胞核，激活靶基因，促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂[16]。

3 PDGF-BB與DR

3.1PDGF-BB/PDGFR信號通路影響非增殖性DR(non-proliferative DR，NPDR)的機(jī)制 NPDR患者最主要的病理特征是周細(xì)胞丟失導(dǎo)致的毛細(xì)血管被動擴(kuò)張形成短路血管，該過程可誘導(dǎo)周圍正常血管的血流量和毛細(xì)血管細(xì)胞成分減少，導(dǎo)致無細(xì)胞、無灌注的微血管形成，加重視網(wǎng)膜缺血缺氧，促進(jìn)DR進(jìn)展[17]。

3.1.1PDGF-BB與周細(xì)胞 PDGF-BB是維持周細(xì)胞存活最重要的生長因子。在持續(xù)高血糖狀態(tài)下，周細(xì)胞中的蛋白激酶C和p38α促分裂原活化的蛋白激酶被激活，導(dǎo)致含SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白酪氨酸磷酸酶1表達(dá)增加，這一信號級聯(lián)反應(yīng)最終導(dǎo)致PDGFR去磷酸化減少，進(jìn)而引起周細(xì)胞凋亡，造成微血管損傷，且這種血管損傷不會因血糖正常而逆轉(zhuǎn)[18]，高血糖誘導(dǎo)蛋白激酶C過表達(dá)的機(jī)制目前尚未明確。Chen等[19]發(fā)現(xiàn)，9-順式視黃酸可通過下調(diào)含SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白酪氨酸磷酸酶1的表達(dá)誘導(dǎo)Akt和ERK1/2磷酸化，從而提高小鼠視網(wǎng)膜周細(xì)胞對PDGF-BB的敏感性，抑制周細(xì)胞凋亡。此外，PDGF-BB還可誘導(dǎo)周細(xì)胞的增殖與遷移，Tomkowicz等[20]研究發(fā)現(xiàn)，PDGF-BB誘導(dǎo)周細(xì)胞增殖與遷移的過程主要受Src/PI3K/ERK1/2信號軸及其下游信號分子c-fos的調(diào)控；研究還發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮唾液酸蛋白對周細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用通過PDGF-BB誘導(dǎo)的ERK磷酸化實(shí)現(xiàn)。周細(xì)胞丟失不僅可導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺血、缺氧，其凋亡還可破壞血-視網(wǎng)膜屏障，導(dǎo)致血管通透性增加、血漿蛋白積聚、細(xì)胞間質(zhì)間的滲透壓升高、內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)增加，從而形成糖尿病性黃斑水腫[21-22]，這也是DR患者視力下降的主要原因。

3.1.2PDGF-BB與Müller細(xì)胞 Müller細(xì)胞作為視網(wǎng)膜主要的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，在維持神經(jīng)元的代謝中起重要作用。在DR早期，Müller細(xì)胞的谷氨酰胺合成酶功能障礙可導(dǎo)致視網(wǎng)膜細(xì)胞谷氨酸水平增加，從而引起視網(wǎng)膜細(xì)胞死亡[23]。Saito等[24]通過針刺構(gòu)建小鼠視網(wǎng)膜損傷模型發(fā)現(xiàn)，損傷后6～96 h小鼠體內(nèi)PDGF-BB分子出現(xiàn)一個分泌高峰，而PDGF-BB分泌增加可促進(jìn)視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞增殖，從而修復(fù)受損的視網(wǎng)膜細(xì)胞；進(jìn)一步利用AG1295抑制PDGF-BB信號通路后發(fā)現(xiàn)，Müller細(xì)胞增殖效應(yīng)受到顯著抑制，但其具體的信號軸仍需進(jìn)一步研究。

綜上，高血糖所致的PDGF-BB/PDGFR信號通路慢性紊亂是NPDR階段血管異常與周細(xì)胞丟失的重要原因。在DR早期，PDGF-BB/PDGFR信號通路增強(qiáng)可通過保護(hù)周細(xì)胞、增加周細(xì)胞的覆蓋率維持微血管的穩(wěn)定；還可通過促進(jìn)Müller細(xì)胞的增殖修復(fù)受損的視網(wǎng)膜；此外，也可通過保護(hù)血-視網(wǎng)膜屏障減少液體的滲漏，從而延緩DR的發(fā)展[25]。

3.2PDGF-BB/PDGFR信號通路影響增殖性DR(proliferative DR，PDR)的機(jī)制 NPDR若不及時采取治療即可進(jìn)展為PDR。新生血管形成是PDR最主要的病理特征，不成熟的新生血管易導(dǎo)致玻璃體積血、牽拉性視網(wǎng)膜脫離、新生血管性青光眼等，導(dǎo)致視力嚴(yán)重下降，造成眼部組織不可逆的損傷[26]。

3.2.1PDGF-BB與內(nèi)皮祖細(xì)胞 當(dāng)視網(wǎng)膜受到機(jī)體內(nèi)外刺激后，PDGF-BB分子從血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放，并與周細(xì)胞表面的PDGFR-β結(jié)合，導(dǎo)致PDGFR陽性的周細(xì)胞沿著新生血管芽增殖、移行、覆蓋管壁，從而促進(jìn)新生血管的形成[27]。內(nèi)皮祖細(xì)胞是出生后促進(jìn)新生血管形成的主要細(xì)胞，而PDGF-BB可促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖、遷移，并促進(jìn)其分化為血管形成的表型。在體外實(shí)驗(yàn)中，Wang等[28]通過使內(nèi)皮祖細(xì)胞過表達(dá)PDGFR-β提高PDGF-BB的生物利用度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著PDGF-BB水平的增加，內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖和遷移也隨之增加，從而促進(jìn)新生血管形成。此外，PDGF-BB還可通過促進(jìn)新生血管芽附近的血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌VEGF而促進(jìn)新生血管形成[29]。

3.2.2PDGF-BB與血管平滑肌細(xì)胞 PDGF-BB可通過誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖、移行和表型轉(zhuǎn)換影響眼部新生血管的生成與成熟[30]。PDGF-BB還可通過抑制α-平滑肌肌動蛋白和鈣調(diào)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞從靜止收縮表型轉(zhuǎn)化為合成表型，繼而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖效應(yīng)[31]。此外，PDGF-BB分子還可通過激活PI3K和ERK等分子途徑，抑制富含半胱氨酸的蛋白質(zhì)的表達(dá)，間接增強(qiáng)基質(zhì)金屬蛋白酶的活力，從而增強(qiáng)血管平滑肌細(xì)胞的遷移能力[32]。Song等[33]研究發(fā)現(xiàn)，Ruxolitinib(PDGF-BB分子通路抑制劑)可顯著抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，而該效應(yīng)通過Janus激酶/STAT3信號通路和ERK信號通路[34]實(shí)現(xiàn)。

3.2.3PDGF-BB與新生血管 PDGF-BB可通過上調(diào)VEGF的表達(dá)以及促進(jìn)血管周圍細(xì)胞的增殖和募集誘導(dǎo)血管生成，抑制PDGFR則可有效抑制新生血管的形成，并可促進(jìn)新生血管的凋亡[35]。晚期新生的血管對抗PDGF-BB藥物更敏感，其原因是新生血管在已成管后趨于穩(wěn)定的時間段中無法再通過抗VEGF影響血管內(nèi)皮細(xì)胞，但血管周細(xì)胞仍處于未成熟狀態(tài)，故此時的新生血管對抗PDGF-BB的敏感性更強(qiáng)，在抗PDGF-BB的同時還會抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)VEGF-A[36]。研究發(fā)現(xiàn)，E10030(PDGF-BB拮抗劑)聯(lián)合雷尼布單抗(VEGF拮抗劑)抑制視網(wǎng)膜新生血管的生成及促進(jìn)其消退的效果優(yōu)于單用雷尼布單抗，其相關(guān)機(jī)制可能與Janus激酶/STAT3、ERK、PI3K等信號通路有關(guān)[37-38]。VEGF和PDGF-BB的雙重阻斷可更有效抑制病理性血管生成，同時顯著減少脈絡(luò)膜新生血管消退后的隱匿性視網(wǎng)膜下瘢痕的形成[39-40]。目前，關(guān)于抗PDGF-BB/VEGF的雙抗藥物(如帕唑帕尼和E10030)治療濕性老年性黃斑變性的研究已進(jìn)入臨床試驗(yàn)后期[41]，期待PDGF-BB/VEGF雙重抑制新生血管的藥物進(jìn)入DR早期臨床試驗(yàn)。

3.2.4PDGF-BB與纖維化 在PDR期，由于機(jī)體對高血糖的耐受導(dǎo)致PDGF-BB表達(dá)增加，從而對纖維組織增生過程產(chǎn)生重要的調(diào)節(jié)作用[42]。在視網(wǎng)膜前纖維增殖的病理過程中，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞可分泌PDGF-BB，而PDGF-BB又可吸引視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞并作為有絲分裂原促進(jìn)新細(xì)胞的募集與增殖，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞遷移至視網(wǎng)膜前或玻璃體腔后增殖形成視網(wǎng)膜前膜，視網(wǎng)膜前膜收縮牽拉可致視網(wǎng)膜脫離，從而導(dǎo)致視力嚴(yán)重下降[43]。Lambers等[44]發(fā)現(xiàn)，PDGF-BB可劑量依賴性地上調(diào)α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原蛋白和纖連蛋白的表達(dá)，促使成纖維細(xì)胞分化為促纖維化肌成纖維細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)纖維化進(jìn)程。Shah等[45]利用胸腺肽β4衍生肽(PDGF-BB抑制劑)處理肝星狀細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肝星狀細(xì)胞的成纖維轉(zhuǎn)化效應(yīng)與Ⅰ型膠原蛋白合成過程均受到明顯抑制，主要原因在于胸腺肽β4通過阻斷Akt磷酸化抑制PDGF-BB的生理功能。Klaassen等[46]證實(shí)，視網(wǎng)膜纖維增生程度與玻璃體內(nèi)的PDGF-BB分子水平呈正相關(guān)，且該效應(yīng)可能與PDGF-BB分子的PI3K信號通路相關(guān)。以上研究表明，抑制PDGF-BB/PDGFR信號通路可能對改善PDR病情具有積極作用，同時PDGF-BB/PDGFR信號通路在NPDR期對周細(xì)胞和Müller細(xì)胞的存活也起積極作用。在DR的不同時期，PDGF-BB/PDGFR信號通路發(fā)揮不同的作用，但目前關(guān)于該通路的藥物研究仍主要集中于抑制新生血管形成方面，因此作用于PDGF-BB的藥物在NPDR中的應(yīng)用仍需未來進(jìn)一步研究。

4 小 結(jié)

目前DR的治療策略主要在于管理微血管并發(fā)癥，包括玻璃體內(nèi)注射藥物、激光光凝和玻璃體手術(shù)等。其中，玻璃體內(nèi)注射抗VEGF藥物已成為糖尿病性黃斑水腫和PDR的一線療法，但臨床由于需要頻繁注射且價格昂貴導(dǎo)致患者依從性差，同時頻繁玻璃體腔內(nèi)注射抗VEGF藥物會引起視網(wǎng)膜的萎縮，使抗VEGF藥物的應(yīng)用受到限制[47]。目前已有10多種PDGFR-β多激酶拮抗劑被美國食品藥品管理局批準(zhǔn)用于腫瘤性疾病血管生成和間質(zhì)性肺纖維化的治療[8]。血管生成過程受多個信號通路的調(diào)控，單一阻斷VEGF/VEGFR后，視網(wǎng)膜仍可通過其他信號通路(如PDGF-BB/PDGFR)形成新生血管，因此需要使用新一代多靶點(diǎn)抗血管生成劑最大限度地發(fā)揮抗血管生成功能[48]。相信隨著對DR發(fā)病機(jī)制研究的深入，PDGF-BB這一重要的促新生血管因子可成為治療DR的新靶標(biāo)。