氧化應激在糖尿病性視網膜病變早期治療中的研究進展

唐 凱 綜述，譚 薇 審校

(遵義醫科大學，貴州遵義 563000)

1 糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)概述

DR是糖尿病最常見的微血管并發癥，也是世界勞動年齡人群視力障礙的主要原因[1]。DR的主要病理過程是由高血糖引起，包括視網膜周細胞凋亡、毛細血管基底膜增厚、視網膜血管通透性增加、組織缺血缺氧、新生血管形成等，早期可無任何自覺癥狀，病變累及黃斑后可出現不同程度的視力減退。DR按照嚴重程度可分為以微動脈瘤的形成和視網膜微小血管擴張為典型特征的非增殖性糖尿病視網膜病變(non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR)和以新生血管形成為特征的增殖性糖尿病視網膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)。

2 氧化應激與DR

氧化還原反應是人體最基本的化學反應，生理狀態下處于平衡狀態。氧化應激是指活性氧(reactive oxygen species，ROS)產生過量而導致的一種負面作用，是體內氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態，致使細胞損傷，最終導致細胞功能缺失。

目前普遍認為，高血糖誘導的視網膜氧化損傷涉及4個經典的代謝異常:蛋白激酶C (protein kinase C,PKC)通路、多元醇通路、己糖胺途徑、晚期糖基化終產物(advance glycation end products，AGEs)形成。而DR患者長期處于高血糖狀態下，機體通過激活氧化應激的各種異常代謝途徑損傷視網膜毛細血管壁，導致其閉塞。此外，慢性高血糖狀態會誘發低度炎癥，增加ROS的產生，打破機體氧化還原反應的平衡狀態，進而導致早期視網膜神經細胞死亡[2]和周細胞死亡，隨后血視網膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)瓦解，血管通透性增加，加速DR進展。

除上述4種代謝紊亂外，不規則的表觀遺傳修飾[3]所導致的“代謝記憶”現象、核因子-κB (nuclear factor-κB，NF-κB)[4]高度活化、核因子紅系2相關因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2)[5]活性減弱、高血糖介導的線粒體功能障礙[6],也被證明與ROS的過量產生相關。

ROS的過量產生對于DR的產生機制影響廣泛，并在其中起著至關重要的作用。除上述影響外，ROS的過量產生會影響內源性抗氧化劑酶的活性，如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)和過氧化氫酶(catalase，CAT)等，繼而致使其保護細胞的能力下降，引起氧化-抗氧化系統的失衡，促進DR的發生、發展。人體視網膜外層視網膜中富含多種不飽和脂肪酸，這些不飽和脂肪酸對于視網膜的結構和功能具有重要的作用[7]，而體內氧化-抗氧化調節失衡，ROS產生過剩，導致這些脂肪酸被氧化降解，同時啟動脂質過氧化反應，進而影響視網膜生理及視覺細胞的功能。此外，視網膜復雜的生理功能，需要長期的高氧耗狀態來支持，故而更加容易產生ROS，加快脂質過氧化的過程[8]，最終加速DR的進展。同時，過多的ROS積聚也會損害視網膜血管內及周圍的組織[9]，最終導致DR的發生。

因此，通過以上途徑抑制ROS生成或是清除過量ROS被認為可作為DR早期治療的部分策略。

3 氧化應激與DR早期治療

DR的治療依賴其視網膜病變的嚴重程度分期，目前的治療方式大多無法早期干預DR的進展，如類固醇激素、視網膜光凝、注射抗血管生長因子(anti-vascular endothelial growth factor，anti-VEGF)藥物、玻璃體切割術等主要針對晚期DR，而晚期DR往往已經出現了嚴重的血管改變，且視網膜神經元也有不可修復的損傷。

氧化應激對DR發生、發展的影響涉及多個方面。針對不同的機制，調控氧化應激，減少ROS生成和清除過多的ROS，干預DR的病理生理過程，在DR早期治療方面具有很大的潛力。本文主要介紹靶向治療及抗氧化藥物兩種方式在DR早期治療方面的研究進展。

3.1 靶向調控

3.1.1線粒體完整性

研究表明，高血糖狀況下，視網膜線粒體氧化應激程度增加，繼而線粒體完整性及功能出現變化，這種變化會導致視網膜的能量代謝失調，氧化-還原平衡狀態被破壞，加重氧化應激程度。由于視網膜線粒體完整性的缺陷，使得視網膜能量代謝在DR的早期階段受到影響，進而加重DR。

減輕線粒體障礙對于阻止DR進展有關鍵性作用，為延緩DR發展提供了許多治療靶點[10]，包括干預其生物發生和DNA損傷過程；通過增強線粒體內藥物吸收，從而改變線粒體內的能量代謝異常狀態，如應用艾地苯醌調節恢復生物能量代謝[11]；通過改變生活方式和防止表觀遺傳修飾的新型療法維持線粒體穩態。這些方法都有望靶向延緩氧化應激對于DR的影響。

3.1.2AGEs

AGEs過度積累會加快DR的進展。在高血糖情況下，AGEs的產生會導致ROS的生成增加，而ROS增加又致使AGEs的堆積，形成惡性循環。基于此，如何清除AGEs的毒副作用成為DR治療的一個攻克點。ARAGONES等[12]選擇AGEs的解毒系統——乙二醛酶作為研究目標，系統分析其在防治DR方面的潛力，并通過大鼠實驗分析各組織中的乙二醛酶的活性，結果表明該系統在視網膜中AGEs解毒中有重要作用。通過提高該解毒系統的活性，可以減少AGEs的積累，從而減緩DR的進展。

3.1.3高遷移率組蛋白1 (high-mobility group box 1,HMGB1)

HMGB1是一種參與許多生理和病理途徑的蛋白質，其對于DR的影響主要是通過促進新生血管形成及介導NF-κB信號通路[13]，從而影響ROS的產生。此外，也有研究表明，HMGB1在高血糖狀態下表達上調，然后激活NF-κB與氧化應激相關的通路，增加氧化應激水平，繼而造成視網膜的損傷[14]。靶向抑制該蛋白活性，對于早期延緩DR進展可能具有重要作用。

3.1.4微RNA(microRNA,miRNA)

miRNA是一類非編碼單鏈RNA分子，它們的細胞外載體能夠誘導受體細胞產生廣泛影響。許多研究已經證實miRNA參與多種細胞過程的調節，包括細胞增殖和凋亡，因此，靶向調控該分子很有可能有助于維持視網膜組織穩態。但miRNA類型繁多，除部分有正向的作用外，也有部分miRNA促進DR的進展。另外，MARTINS等[15]研究發現，miRNA可能通過其在炎癥、氧化應激和血管生成的重要作用來促進DR的發展，并提出了針對miRNA的靶向治療與抗炎、抗氧化藥物和營養藥物聯合治療DR方面的潛在作用，再次佐證了miRNA通過調控氧化應激過程影響DR發生、發展的可能性。

3.1.5組蛋白脫乙酰酶 6 (histone deacetylase 6,HDAC6)

HDAC6是一種抑制轉錄的酰胺水解酶。ABOUHISH等[16]通過對暴露于高濃度葡萄糖的人視網膜內皮細胞、1 型糖尿病大鼠模型的視網膜和糖尿病死亡患者視網膜標本進行分析，發現3類標本中HDAC6 的表達和活性均有增加。此外，該研究還發現HDAC6 與視網膜微血管通透性過高和炎癥標志物的上調有關，在DR中是誘導的視網膜氧化/硝化應激的關鍵介質。

3.1.6胰高血糖素樣肽-1 (glucagon-like peptide-1，GLP-1)

GLP-1是一種主要由腸道細胞所產生的激素。研究表明，GLP-1對DR發揮著有益作用。潛在的機制涉及血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的下調、促炎細胞因子和促凋亡信號傳導、血-視網膜屏障的緊密連接和細胞的保護作用[17]。在動物模型中，DR大鼠使用GLP-1治療會增加視網膜抗氧化酶的表達，從而增強機體抗氧化能力，并防止DNA/RNA損傷，表明了GLP-1的神經保護活性[18]。

3.1.7環氧合酶(cyclooxygenase，COX)、脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)和細胞色素P450酶(cytochrome P450，CYP450)

COX、LOX和CYP450 3種氧化酶可以將花生四烯酸(arachidonic acid，AA)轉化為二十烷酸類化合物，該物質可調節氧化應激、視網膜 VEGF 水平和炎性細胞因子[19]，對于DR的早期靶向治療具有潛在作用。DR的病理生理機制中，氧化應激對于二十烷酸化合物介導的微血管功能障礙具有重要調節作用，因此，早期減輕機體氧化應激水平可能成為靶向中斷二十烷酸化合物信號傳導的方法，從而減慢DR的進展[19]。

3.2 抗氧化劑

3.2.1維生素D

作為機體中重要的營養成分維生素D對于人體健康具有重要意義，其抗氧化作用在近年來得到了廣泛研究證據支持。TOHARI等[20]研究發現維生素D可以防止高葡萄糖環境中DR的氧化應激損傷。FERNANDEZ-ROBREDO等[21]研究結果也顯示了維生素D的抗氧化和抗炎特性，側面印證了其在緩解 DR發展中的慢性低度炎癥和氧化應激方面的潛力。主要表現在以下方面：(1)維生素D可有效抵消過氧化氫 (H2O2) 引起的氧化應激；(2)減少炎癥因子的生成；(3)在炎癥條件下的抗血管生成作用；(4)修復視網膜色素上皮的形態學損害。

3.2.2抗壞血酸和蝦青素

抗壞血酸一般多指維生素C，其具有很強的還原性。蝦青素為一種類胡蘿卜素，LAI等[22]研究表明，蝦青素減少了 ROS 的產生并減弱了高葡萄糖環境中的細胞凋亡，提示蝦青素作為營養補充劑可防止DR的視力損失。上述兩者均具有抗氧化作用。不同于以往將兩種物質分開來進行研究，OH等[23]首次將兩者聯合使用，結果表明，與單獨使用相比，抗壞血酸和蝦青素的聯合使用顯示出更好的抗氧化作用，兩者具有協同作用。

3.2.3非諾貝特

非諾貝特是一種過氧化物酶體增殖物激活受體激動劑-α(peroxisome proliferators-activated receptors-α，PPAR-α)。研究表明，PPAR-α是炎癥和氧化應激的調節劑，可誘導抗氧化酶的活化[24]。2007年一項關于該藥物的多國隨機對照實驗表明，非諾貝特可明顯防止DR進展并減少激光治療的使用率[25]。HSU等[26]系統地分析了非諾貝特對于視網膜內皮細胞的保護作用，闡明其可能是通過增強硫氧還蛋白 (thioredoxins，Trxs)表達和抑制人凋亡信號調節激酶1(apoptosis signal-regulated kinase-1，Ask-1)活性，從而抑制了ROS產生，減低線粒體功能障礙程度，以及調節氧化應激誘導部分細胞凋亡信號通路。

3.2.4膳食補充劑

二十碳五烯酸 (eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)是兩種具有抗氧化作用的有機物。通過食物營養來治療疾病，在臨床中已經廣泛使用，特別是對于糖尿病這類代謝性疾病而言，食物的營養成分配比在疾病的進展更是重中之重。SAENZ DE VITERI等[27]研究將EPA和DHA按照不同比例進行配比，結果顯示，與DHA相比，補充更高比例的EPA可能更有利于預防或延緩DR進展。

3.2.5褪黑素

雖然褪黑激素主要以其調節晝夜節律的作用而聞名，但它參與各種生理功能，針對氧化應激，其最重要的作用就是抗氧化，且有研究表明它可以清除氧自由基使得機體免受氧化應激的傷害[28]。同時，FUENTES-BROTO等[29]動物實驗表明，褪黑素可以降低體內脂質過氧化，從而降低氧化應激程度。褪黑素除了上述抗氧化及清除氧自由基的作用之外，還具有減少細胞凋亡和促進抗氧化劑產生的作用[30]，從而延緩DR的進展。

經過多年研究，通過使用抗氧化劑來調控氧化應激以早期減緩DR發展的想法已經逐步走向成熟，除上述物質外，目前發現自然界中許多物質都具有抗氧化作用。如白藜蘆醇作為PKC通路抑制劑防止氧化應激損傷[31]，以及有效抑制視網膜細胞凋亡、新生血管形成、炎性反應等[32]；草藥組合(CPA4-1)抑制AGEs的積累降低氧化應激程度[33]；葉黃素通過抑制NF-κB并激活Nrf2信號通路及相關的抗氧化酶[34]等。這些具有抗氧化性的天然化合物均有望在DR的早期治療當中發揮出重要作用。

4 總結和展望

DR是糖尿病的常見微血管并發癥，病情嚴重者導致玻璃體積血、牽拉性視網膜脫離等，遺留視力下降，甚至失明。目前對于DR的治療，主要針對已經出現臨床癥狀的DR患者，當前的治療手段，如視網膜光凝、抗VEGF藥物眼內注射、玻璃體切除等，都只能延緩DR的進展，并不能夠逆轉的DR的發展，且手術費用昂貴，給患者造成很大的社會及經濟壓力。因此，著力于明確DR早期進展的因素，進行針對性干預，對于控制DR的進展具有重要意義。

氧化應激在DR早期的發生、發展中起著至關重要的作用，通過多種途徑影響著該病進展。主要包括以下兩個部分：(1)氧化-抗氧化系統的失衡導致ROS的過量產生和降解減少；(2)氧化應激和DR互為因果，加重病情進展。近年來，針對氧化應激這一過程的研究不在少數，雖然取得了長足的進步，但由于氧化應激的作用機制涉及基因、遺傳、分子、細胞等多個方面，故而取得關鍵性突破是非常困難的，但由于其對DR進展起重要作用，因此，投入大量的研究是非常有意義的。相信隨著技術的進步和深刻的認識，在不遠的將來，針對氧化應激的靶向治療會在DR的治療中發揮作用，從而實現早期診療，延緩疾病進展，為患者提供更新、更準確的治療方案。