糖尿病视网膜病变神经损伤的研究进展.pdf

糖尿病视网膜病变是全球职业活跃个体实质性视力损害的主要原因已经成为导致工作人群不可逆性视力损害的最常见眼病之一 早期病变的准确识别及精准干预对阻断或延缓其病程发展具有重要意义 近年的研究表明 神经损伤要先于视网膜微血管病变发生具有暗适应延迟、对比敏感度及色调辨别力下降等一系列特征性临床表现是 早期的关键事件与细胞凋亡、胶质细胞增生、氧化应激、炎症、谷氨酸兴奋性毒性及神经营养因子失衡等因素密切相关 本文对 神经损伤及其相关因素的研究进展作一综述以期为 防治的研究提供新思路关键词:糖尿病视网膜病变神经损伤细胞凋亡胶质细胞氧化应激:./.:.:().:.()():引言糖尿病视网膜病变()是一种重要的糖尿病眼部并发症在糖尿病发病 以上的患者高概率合并视网膜的并发症可导致不可逆、永久性的视力损害严重降低患者的生活质量 基于 导致不可逆性盲的特点早期病变的准确识别及后继的有效干预对延缓 发展至关重要 近年的研究表明神经损伤是 早期的关键事件发生在经典的视网膜微血管病变之前具有暗适应延迟、对比敏感度和色调辨别力下降及视野异常等表现成为目前 早期防治策略研究领域的焦点问题本文将就 神经损伤的研究进展做一综述 细胞凋亡与 神经损伤细胞凋亡是一种通过信号转导机制进行调节受基因控制的程序化死亡 凋亡对多种真核生物的生长发育、生长平衡、细胞存活和机体衰老等方面起重要作用 在 中长期持续的高糖状态会引起视网膜神经细胞的凋亡已经明确的介导 神经细胞凋亡的信号通路包括下列 条:内质网应激()信号通路、线粒体信号通路及死亡受体信号通路.信号通路内质网具有修饰、合成蛋白质调节钙稳态等功能被认为是维持生物体正常活动的重要细胞器 高糖、氧化应激、低氧、缺乏营养物质等因素持续作用于内质网时引起的内质网功能障碍称为 通过未折叠蛋白反应()和信号通路两个途径诱导细胞凋亡:()通路:当内质网受到一定程度损伤时 成为对内质网实现有效保护的一项措施 生理状态下分子伴侣蛋白调节因子()分别与内质网内的转录激活因子()、需肌醇酶()和蛋白激酶 样内质网激酶(.:/.:.)个因子结合为无活性的复合物 时 与 个因子相互解离激活的、和 分别激活三条通路启动 减少未折叠蛋白、错误折叠蛋白在内质网的积累以达到缓解内质网压力的目的 持 续 时 激 活/同 源 蛋 白()/途径、/途径诱导细胞凋亡)持续时 表达明显增加 可通过上调下调 表达诱导细胞凋亡)持续时 被 与肿瘤坏死因子受体相关因子 和凋亡信号调节激酶 形成的复合物激活激活的 可使 磷酸化使凋亡蛋白的表达上调或者间接使线粒体上的细胞色素()释放调控 家族活化半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶()级联反应 进而诱导细胞凋亡()信号通路:生理条件下 储存在内质网维持稳态 时由内质网释放浓度上调激活 依赖的钙蛋白酶钙蛋白酶切割 前体使 成为激活态激活的 通过级联反应相继激活 和 诱导神经细胞凋亡 诱导的细胞凋亡在中枢神经病变中扮演了重要角色近年研究表明 在 过程中也起重要作用在 早期主要发生以细胞凋亡为主要表现的视网膜神经细 胞 损 伤 等发 现 在 注 射 链 脲 佐 菌 素()诱导高血糖建立的小鼠 模型中证实了视网膜神经节细胞()数量的减少与 的表达升高有关 等研究发现 时 表达的显著增加与视网膜神经节细胞凋亡 相 关 等研 究 发 现 促 红 细 胞 生 成 素()可能通过提高 和 的表达水平来抑制 信号通路从而抑制高糖引发的 的凋亡发挥对 中 的保护作用 一系列研究证明 在 神经损伤过程中发挥了重要作用.线粒体信号通路线粒体不仅是动态的适应生理需求的代谢中心而且在细胞凋亡中也起着核心作用 在线粒体信号通路介导的细胞凋亡过程中 家族中抑制细胞凋亡的因子、和促进细胞凋亡的因子、等共同调控线粒体外膜的通透性进而促使凋亡的发生 线粒体信号通路介导的细胞凋亡分为 依赖的凋亡途径和非 依赖的凋亡途径 依赖的凋亡途径:当细胞受到缺氧、细胞营养因子缺乏、损害等因素刺激时线粒体膜通透性发生改变凋亡蛋白酶激活因子()等促凋亡 因 子 释 放 到 胞 质 与 家 族 中 的 启 动 子结合形成“凋亡小体”凋亡小体不可逆地激活凋亡执行者 进而启动细胞凋亡 在早期 小鼠模型中/的比例失衡导致视网膜神经节细胞的损伤作用可能是通过线粒体介导的细胞凋亡途径实现的 非 依赖的凋亡途径:凋亡诱导因子()和 核 酸 内 切 酶()在非 依赖凋亡中起主要作用 是一种线粒体氧化还原酶主要以清除活性氧()的功能被熟知当 受到非 依赖的凋亡信号刺激刺激作用于 的结构域 使 由通透化的线粒体转移进入细胞核导致大量 片段化和核染色质凝聚最终引起细胞凋亡 在线粒体损伤时可以从线粒体转移到细胞核使 片段化高糖状态下各种因素导致由线粒体介导的凋亡发生继而促使 神经组织变性等研究发现高糖诱导下的线粒体释放 增加和 在细胞核中的积累增加可以促进 死亡.死亡受体信号通路死亡受体介导的凋亡信号通路主要 是 由 肿 瘤 坏 死 因 子 受 体()超家族中的死亡受体通过与其跨膜受体相互作用启动的死亡受体通过与它们的同源配体或激动抗体结合促使细胞凋亡 在糖尿病高糖状态时肿瘤坏死因子超家族成员 配体()通过与肿瘤坏死因子超家族成员()结合转变为激活态 与死亡受体/相互作用组装为死亡诱导信号复合物()通过连锁反应启动依赖 的细胞凋亡过程最终激活 导致 神经细胞凋亡且大量研究发现糖尿病患者的神经视网膜中促凋亡分子 表达显著增加 另外 在高糖诱导的视网膜细胞死亡中起核心作用 等通过对高糖环境中培养的视网膜神经细胞研究发现视网膜神经细胞死亡与 表示升高有关这表明 与肿瘤坏死因子()结合后激活 级联反应可以促进视网膜神经细胞凋亡 胶质细胞增生与 神经损伤视网膜的神经胶质细胞主要包括大胶质细胞和小胶质细胞其中大胶质细胞包括 细胞和星形胶质细胞 生理状态下它们共同发挥视网膜支持、稳态维持、神经元碎片吞噬、摄取、参与代谢以及一些营养因子和递质释放的作用 在糖尿病高血糖状态下视网膜神经胶质细胞过度活化增生导致 神经损伤.大胶质细胞增生与 神经损伤 细胞位于视网膜中在视网膜神经胶质细胞中处于主导地位对视网膜全层发挥维持形态和功能的支持作用 在 早期 细胞主要通过反应性增生和代偿性释放生长因子维持视网膜微环境的稳态随着 进展这种代偿保护效用不能维持视网膜环境稳态 细胞胞体肥大、数量增加视网膜中水通道蛋白和胶质纤维酸性蛋白水平增高进而导致视网膜神经元功能障碍 星形胶质细胞具有神经营养支持、轴突机械支持及维持血视网膜屏障完整性的生物学功能 糖尿病时机体持续的高血糖状态促使视网膜星形胶质细胞反应被激活星形胶质细胞发生增殖、肥大、胶质纤维酸性蛋白水平增高导致了视网膜神经组织损伤 已有研究发现早期位于视网膜星形胶质细胞中的胶质纤维酸性蛋白在神经节细胞层和神经纤维层高表达证实星形胶质细胞增生是视网膜神经细胞损伤的重要因素.小胶质细胞增生与 神经损伤 小胶质细胞是驻留在视网膜组织中的巨噬细胞其对视网膜组织稳态的维持起重要作用 生理状况下小胶质细胞以静息的分枝状驻留在视网膜当遇到危险因素刺激时转变为阿米巴样的激活态可以极化为 促炎型、抗炎型 在 的早期 型与 型表达一致可以延缓疾病的发展 随着 病程的进展 型的表达得以维持而 型的表国际眼科杂志 年 月 第 卷第 期 :/.电话:电子信箱:.达则下降在这种情况下经典的促炎信号通路被长期激活导致视网膜神经变性、神经纤维层变薄造成视觉功能损害 氧化应激与 神经损伤氧化应激是由自由基形成和清除之间不平衡引起的指的是体内氧化与抗氧化失衡且氧化占优势的一种状态 的聚积是氧化应激程度增高的标志以超氧化物和过氧化氢的生成为最直接的主导表现 在 的病理生理过程中 主要由烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶()和线粒体氧化磷酸化系统产生:()高血糖状态时 作为氧化应激的关键酶源将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酯()作为电子供体传输给分子氧通过单电子还原驱动分子氧转化为超氧化物和/或过氧化氢()线粒体氧化磷酸化产生机体内大部分 其原因可能是:高糖情况下三羧酸循环活跃程度增加黄素腺嘌呤二核 苷 酸()和 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸()两种电子供体数量达到线粒体膜电压梯度的极限导致多余的电子转移到氧分子使得超氧化物水平升高最终导致氧化应激 此时视网膜 细胞暴露在氧化应激环境其转运细胞外谷氨酸的转运蛋白活性显著下降从而引起谷氨酸代谢失衡导致视网膜神经节细胞凋亡 等研究发现严格控制血糖水平可减轻氧化应激程度减轻 的过度凋亡从而延缓 的神经损伤这从另一角度证实了氧化应激是 神经损伤的重要因素 高血糖与 神经损伤视网膜组织主要依靠糖酵解供能当发生糖尿病时会导致糖酵解超负荷使得糖酵解中间体的浓度异常升高这些中间体可以分流到不同的破坏途径造成视网膜神经细胞的损伤这些 途径包括 晚期糖基化 终产物()积累、多元醇途径活化、己糖胺和蛋白激酶()途径的激活()积累:高血糖状态下蛋白质的糖基化因血糖高而加速发生促使大量的 积累于视网膜内 与其受体结合激活多条信号转导通路导致氧化应激及炎症反应造成视网膜 细胞功能障碍()多元醇途径的过度活化:生理状况下只有较少的葡萄糖经过多元醇途径 在糖尿病患者中流入多元醇途径的葡萄糖增加导致辅助因子 的消耗增加水平降低会增加细胞氧化应激程度导致视网膜 细胞凋亡()己糖胺途径的激活:在高血糖条件下己糖胺途径被过度激活可通过不同途径导致视网膜神经细胞凋亡 首先己糖胺途径的过度激活可以抑制胰岛素/信号通路的神经保护作用增加视网膜神经元细胞凋亡另外它可通过增加核因子()促进糖尿病动物模型小鼠模型中的 死亡()途径:二酰甘油()是细胞中 途径的关键激活剂在高血糖条件下 的合成增强 表达增加导致糖尿病 的损伤造成了 的神经组织变性 炎症与 神经损伤研究表明 是一种微炎症病变以“慢性、低度”为特征多种炎性因子通过不同途径参与了 神经损伤:()血管内皮生长因子():在生理情况下有保护神经细胞的作用且正常视网膜神经元细胞中存在 的受体表明 在神经视网膜中可能发挥作用 在病理情况下 是由视网膜缺血缺氧诱导 发生的介质根据 等研究发现 在 患者的神经节细胞层和内核层表达显著且伴随着神经保护因子的下调证实 与 神经损伤有关():是一种重要的炎症因子由 细胞释放研究发现阻断 受体可减少神经元细胞死亡并进一步证实在 时 可以通过上调 水平导致视网膜神经元死亡()单核细胞趋化蛋白():是单核细胞和巨噬细胞的强效趋化因子可以刺激单核细胞和巨噬细胞产生超氧化物高糖状态下视网膜色素上皮细胞、内皮细胞和 细胞都可产生 发生时来源于视网膜神经元的 表达水平增加 通过作用于 和 通路来诱导小胶质细胞释放 从而激活小胶质细胞最终导致 神经损伤()白介素():是一种促炎因子在高糖状态下大鼠的神经视网膜上 水平上升 可以促进视网膜大胶质细胞和小胶质细胞的增殖从而造成视网膜神经细胞损伤 在 早期炎症因子、可触发小胶质细胞的激活导致视网膜神经节细胞的凋亡()转录因子:为一二聚体核转录因子在 早期即增高 等研究发现 可导致 视网膜神经纤维层水肿 以往研究多认为炎症主要导致 微血管损伤近年来的研究证实炎症也是导致 神经损伤的重要因素 谷氨酸兴奋性毒性与 神经损伤谷氨酸是一种兴奋性神经递质由 酮戊二酸经过谷氨酸脱氢酶途径和谷氨酰胺途径产生生理状态下在兴奋神经元和神经传递过程中发挥重要作用 在 超载、线粒体功能障碍、产生等病理状态下谷氨酸代谢发生障碍最终可导致神经细胞凋亡 在 诱导的糖尿病大鼠模型中 后 的谷氨酸转运蛋白和谷氨酸受体转录水平降低造成视网膜神经细胞损伤其原因可能是谷氨酸转运蛋白和谷氨酸受体转录水平下降造成谷氨酸在突触间隙积累过多引起谷氨酸兴奋性毒性过量的谷氨酸持续作用于谷氨酸受体导致 损伤 神经营养因子失衡与 神经损伤神经营养因子对视网膜神经元的生长和生存起到营养支持作用其失衡是 神经损伤的关键因素:()神经生长因子():是第一个被发现的神经营养因子 生理状态下成熟的 与其酪氨酸激酶受体结合可以激活保护性的信号传导途径 通过与 神经营养因子受体()结合激活炎症和凋亡途径 在 中成熟的 合成下降 积累增加从而激活凋亡途径促进 凋亡导致 时视网膜神经组织 变 性()脑 源 性 神 经 营 养 因 子():是神经营养因子家族的成员由视网膜中的神经元和神经胶质细胞产生通过与 酪氨酸激酶受体结合启动其神经营养信号通路可以在神经细胞存活、修复和发育中发挥作用降低 水平可以促进 动物模型的神经变性且 .:/.:.水平降低与早期视网膜神经病变呈正相关()生长抑素():主要来源于视网膜色素上皮数量相对丰富在维持视网膜正常稳态中起关键作用 在 患者中 的下调与 神经胶质细胞激活和神经元凋亡有关局部应用 能够预防/小鼠的视网膜神经变性()色素上皮衍生因子():是一种神经营养保护性糖蛋白视网膜中的 主要由视网膜色素上皮分泌 通过对抗神经毒 性因素发 挥对神经的 保护作用 在 中视网膜内 降低促进视网膜 细胞的谷氨酰胺合成酶增加导致 细胞损伤这表明 可通过抑制 细胞中谷氨酰胺合成酶活性达到 神经保护作用 上述研究表明神经营养因子对 神经损伤具有确切的保护作用这为防治 神经损伤的新途径提供了一定的导向作用 小结与展望针对 神经损伤的因素国内外学者从细胞凋亡、神经胶质细胞过度活化、氧化应激、炎症、谷氨酸兴奋性毒性、神经营养因子失衡等方面进行了一定深度的研究这些研究结果提示 神经损伤的发生发展是始动因素多元化、介导途径多向性的病理生理过程因此立体、深入地探究其确切的发病机制探寻其精准的治疗靶标成为目前 防治研究领域的新方向参考文献 .:.():.:.():.:.():.:.():.:.():.():.():.:?():.():.():郭双 邢栋 吕勃.细胞凋亡及细胞程序性坏死和细胞焦亡的研究进展.中华实用诊断与治疗杂志():刘大锐 李报春 李怀东.细胞凋亡核心基因 家族的研究进展.中国医药导刊():.:.:.():.():./.():./.():.():.():.:.():.():.():.():.():.:.:.:.():.:.():.():.:.:国际眼科杂志 年 月 第 卷第 期 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