糖尿病視網(wǎng)膜病變與血管生成素系統(tǒng)

董志軍，張 壘，張鐵民△

(1.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院眼科，河北承德 067000;2.承德醫(yī)學(xué)院)

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是一種危及視力的糖尿病慢性血管并發(fā)癥，不論是胰島素依賴型還是非胰島素依賴型患者，DR最終影響幾乎所有糖尿病患者。DR的特點(diǎn)表現(xiàn)為逐步加重的視網(wǎng)膜微血管病變，具體病理表現(xiàn)有微循環(huán)障礙、視網(wǎng)膜微血管瘤形成、血-視網(wǎng)膜屏障破壞、毛細(xì)血管閉塞、視網(wǎng)膜無灌注區(qū)以及新生血管形成等，還可能引發(fā)玻璃體出血和視網(wǎng)膜脫離，最終導(dǎo)致視功能不可逆性損害[1]。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了很多在DR發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用的調(diào)控因子及系統(tǒng)，其中血管生成素(Ang)是目前繼血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)之后發(fā)現(xiàn)的又一類血管內(nèi)皮細(xì)胞特異性的促血管形成因子。在此，我們就Ang/Tie-2系統(tǒng)在DR中的有關(guān)作用做以綜述。

1 Ang家族及其受體Tie-2的生物學(xué)特性

血管生成素家族目前發(fā)現(xiàn)了四種同分異構(gòu)體[2]，即Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4，它們具有相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其中Ang-1和Ang-2是目前受到學(xué)者關(guān)注并研究較為成熟的兩個因子。

Ang-1是一種分泌型糖蛋白，分子質(zhì)量約為7×104，由498個氨基酸組成。成熟的Ang-1由3個結(jié)構(gòu)域組成，作用分別是介導(dǎo)單體間的同源多聚體連接、具有分泌型信號肽的特征和介導(dǎo)與Tie-2受體結(jié)合[3]。通常Ang-1分泌表達(dá)于血管內(nèi)皮旁細(xì)胞，如周細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等細(xì)胞[4]Tie-2是Ang-1唯一的受體，Ang-1結(jié)合Tie-2后使其發(fā)生磷酸化，通過一系列信號途徑完成復(fù)雜的生理功能[5]。

Ang-2是由496個氨基酸構(gòu)成的分泌型蛋白質(zhì)，由Maisonpierre等于1997年成功克隆[6]。Ang-2主要見于血管內(nèi)皮細(xì)胞，與Ang-1的氨基酸組成有60%的同源性。Ang-同樣特意結(jié)合于Tie-2受體，但它并不引起受體的磷酸化，從而可以競爭性的阻斷Ang-1的效應(yīng)。因此，Ang-2是Ang-天然的拮抗劑，競爭性結(jié)合Tie-2受體。

關(guān)于Ang家族其余兩個成員的文獻(xiàn)報道不多，現(xiàn)已知Ang-3在鼠體內(nèi)廣泛表達(dá)，而Ang-4僅在人體肺組織發(fā)現(xiàn)有較高表達(dá)[7]。目前，關(guān)于Ang-3和Ang-4在血管生成方面的報道較少，因此,相關(guān)作用尚不清楚。

Ang受體Tie-2屬于跨膜型酪氨酸激酶受體，含有1122個氨基酸，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)構(gòu)成。其胞外區(qū)是Ang-1和Ang-2共同的結(jié)合位點(diǎn)，胞內(nèi)區(qū)有2個酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域[8]?，F(xiàn)有報道發(fā)現(xiàn),Tie-2主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞和早期造血細(xì)胞[9]。

2 Ang/Tie-2系統(tǒng)在血管生理及病理狀態(tài)下的作用

Ang/Tie-2系統(tǒng)對視網(wǎng)膜血管的影響在生理狀態(tài)及病理狀態(tài)下都起著重要作用。Tie-2作為Ang-1、Ang-2共同的受體，在Ang對血管新生和成熟穩(wěn)定的各種作用中起到關(guān)鍵作用。Jones 等[10]實(shí)驗(yàn)觀察到，Tie-2缺乏的小鼠在胚胎齡平均大約10.5天時死亡，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)死亡原因是小鼠血管發(fā)育極度缺乏。對于局部微血管Ang/Tie-2系統(tǒng)同樣顯示出其重要作用。Hackett等人[11]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在小鼠視網(wǎng)膜血管發(fā)育過程中,由于Ang-2缺陷，導(dǎo)致小鼠視網(wǎng)膜表層血管床發(fā)育遲緩，發(fā)育不完整，中間和深層血管床完全缺如，還出現(xiàn)血管玻璃樣變性等血管退行性改變。類似的許多研究說明，Ang/Tie-2系統(tǒng)對正常生理狀態(tài)下的血管的萌芽、生長、成熟和穩(wěn)定都起到重要作用，任何一個因子的異常都會影響到視網(wǎng)膜血管。2個配體Ang-1和Ang-2之間的平衡，決定了受體Tie-2的磷酸化或非磷酸化狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)血管生成及穩(wěn)定、血管分支和血管內(nèi)皮屏障功能。

Ang-1結(jié)合受體Tie-2使之磷酸化激活，起到促使血管成熟，維持血管穩(wěn)定的作用，并具有抑制新生血管形成和減少血管滲漏的特點(diǎn)。Ang-2與Tie-2受體結(jié)合后，拮抗Ang-1作用，打破局部血管穩(wěn)定性，促進(jìn)蛋白酶降解基底膜及加強(qiáng)促血管生成因子的作用，誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞出芽、新生血管形成。兩個因子共同作用，維持視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的正常生理狀態(tài)和功能。

病理狀態(tài)下，Ang-1或Ang-2與Tie-2的結(jié)合及其是否引起Tie-2的磷酸化并未發(fā)生改變，僅是各自的不同作用引起了不同的病理學(xué)表現(xiàn)。Ang-1結(jié)合Tie-2后，可以拮抗血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、延長血管內(nèi)皮細(xì)胞生存時間[12];加強(qiáng)內(nèi)皮間的連接，維持血管內(nèi)皮細(xì)胞與血管周細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞與基質(zhì)之間的關(guān)系;維持內(nèi)皮細(xì)胞的靜息狀態(tài)和血管的完整性，吸引周細(xì)胞等血管周圍細(xì)胞包圍、支持內(nèi)皮細(xì)胞;抵制血管滲漏。而Ang-2與Tie-2的結(jié)合則打破局部血管穩(wěn)定性，引起血管滲漏、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞移行[13]，始動病理性新生血管形成。

3 Ang/Tie-2系統(tǒng)與DR

視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)的構(gòu)成中,有兩種細(xì)胞起到主要作用:周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。同樣，DR的發(fā)生也始于視網(wǎng)膜微血管這兩種細(xì)胞成分的丟失。起初由于人的早期糖尿病視網(wǎng)膜病變的樣本難以得到，加之研究手段有限，確切的丟失順序并未確定。隨后,人們從動物實(shí)驗(yàn)獲得了相關(guān)證據(jù)證實(shí)，周細(xì)胞先于內(nèi)皮細(xì)胞丟失。Hammes等[14]研究人員實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ang-1表達(dá)于正常成熟視網(wǎng)膜，在糖尿病病程3個月大鼠的視網(wǎng)膜中表達(dá)上升2.5倍，同時檢測到Ang-2表達(dá)上升30倍，與此相伴發(fā)生的還有視網(wǎng)膜微血管周細(xì)胞的丟失。另外，在Ang-2缺乏的雜合子小鼠視網(wǎng)膜中，由于糖尿病所致的周細(xì)胞丟失情況減少。而注射Ang-2至正常非糖尿病小鼠則出現(xiàn)周細(xì)胞的丟失，并呈現(xiàn)劑量依賴性。Feng等[15]研究者用純合子Ang-2缺陷小鼠實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，因?yàn)槿狈ng-2，小鼠視網(wǎng)膜小動脈形成和淺表及深層的二三級微血管網(wǎng)絡(luò)形成障礙。這些數(shù)據(jù)證實(shí)，Ang-2的上調(diào)在DR周細(xì)胞丟失中起到非常重要的作用。DR時不僅在視網(wǎng)膜有Ang表達(dá)的異常變化，在其它部位也發(fā)現(xiàn)相應(yīng)變化。趙蕾等人[16]實(shí)驗(yàn)觀察到，糖尿病玻璃體出血患者玻璃體液內(nèi)的Ang-2濃度高于非糖尿病對照組，而且也高于自身血漿中Ang-2的濃度。提示Ang-2參與了增殖型糖尿病視網(wǎng)膜病變視網(wǎng)膜血管穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。隨病情進(jìn)一步發(fā)展，內(nèi)皮細(xì)胞丟失，導(dǎo)致無細(xì)胞微血管出現(xiàn)，以及出現(xiàn)無灌流的視網(wǎng)膜微血管。糖尿病的高血糖狀態(tài)會引起視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷或凋亡，造成視網(wǎng)膜微血管的滲漏。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[17]，接種的RF/76A細(xì)胞以聚碳酸酯微孔濾膜為載體，形成的單層內(nèi)皮細(xì)胞層在高糖環(huán)境下通透性增加，培養(yǎng)基中加入Ang-1后可以對抗高血糖的此種生物學(xué)作用，降低通透性，起到保護(hù)視網(wǎng)膜的作用。馮闖等人[18]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，球后注射Ang-1對STZ糖尿病大鼠視網(wǎng)膜毛細(xì)出現(xiàn)的血管內(nèi)皮細(xì)胞水腫、線粒體腫脹變性、核染色質(zhì)濃縮邊集、基底膜明顯增厚等超微結(jié)構(gòu)的損害有明顯的防治作用。由此可見，Ang-2促進(jìn)周細(xì)胞丟失，損害內(nèi)皮細(xì)胞并促使微血管滲漏，破壞視網(wǎng)膜血管穩(wěn)定性，加劇了DR的發(fā)生發(fā)展。相反Ang-1在一定程度上起到了防治DR、保護(hù)視網(wǎng)膜的作用。Ang/Tie-2系統(tǒng)的平衡影響著DR的進(jìn)程。

在DR發(fā)生發(fā)展的過程中，很多與血管生成相關(guān)的細(xì)胞因子都參與其中并起到一定作用，單獨(dú)某種或某個因子的表達(dá)增加或受抑制并不能完全影響血管的生成，很多時候個因子之間存在協(xié)同作用。

在眾多已發(fā)現(xiàn)的促血管生成因子中，VEGF是被證實(shí)作用最顯著并且功能最強(qiáng)的促血管形成因子。視網(wǎng)膜微血管的損傷和細(xì)胞丟失造成糖尿病視網(wǎng)膜局部缺氧之后，為代償氧運(yùn)輸不足會刺激視網(wǎng)膜新生血管的生成。張勇等實(shí)驗(yàn)證實(shí)，缺氧導(dǎo)致Ang-2在視網(wǎng)膜組織的表達(dá)增多[19]。馬萍萍等人研究發(fā)現(xiàn)[20]，VEGF和Ang-2在視網(wǎng)膜的表達(dá)定位一致，與正常對照組相比，糖尿病大鼠視網(wǎng)膜VEGF和Ang-2表達(dá)增強(qiáng)，尤其以內(nèi)核層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層明顯。在嚴(yán)格控制血糖水平后，情況得到改善。Oh等[21]證實(shí)VEGF和Ang-2都是缺氧后常規(guī)產(chǎn)物，共同協(xié)調(diào)誘導(dǎo)血管新生。路春等人[22]采用人類細(xì)胞因子抗體芯片技術(shù)同步檢測早期DR患者血清中細(xì)胞因子表達(dá)譜及其水平變化，發(fā)現(xiàn)與未發(fā)生DR的糖尿病患者相比，早期糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血清中Ang、VEGF等6種細(xì)胞因子表達(dá)明顯增加。有實(shí)驗(yàn)[23]檢測到糖尿病病程8周的大鼠，視網(wǎng)膜VEGF及其受體，Ang-2和Tie-2的mRNA表達(dá)較正常組大鼠視網(wǎng)膜相應(yīng)因子的表達(dá)明顯增多，同時升高的還有STAT5和促紅細(xì)胞生成素;相反，Ang-1mRNA表達(dá)較正常組減少。通過給糖尿病大鼠玻璃體腔注射Ang-1降低VEGF的表達(dá)，可以抑制大鼠眼底血管新生和滲漏[24]。此外，血清Ang-2和VEGF的水平可能與DR的病變程度相關(guān)[25]。藥物成分[26]通過抑制VEGF、Ang-2等血管生成因子的表達(dá)，也可以使DR得到改善。

DR時，VEGF與Ang的協(xié)同作用還有凋亡相關(guān)因子及其調(diào)控因子的參與。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[27]，VEGF/Ang-2比率的失衡可以明顯影響視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞Bcl-2和Bax的表達(dá)水平，同時伴隨這個失衡發(fā)生的還有caspase-3的活化和內(nèi)皮細(xì)胞增殖的減少，改變微血管通透性。這一變化在糖尿病大鼠及細(xì)胞水平實(shí)驗(yàn)中都得到證實(shí)。Survivin是迄今發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的凋亡抑制因子，其對細(xì)胞凋亡的抑制作用遠(yuǎn)大于Bcl-2家族成員。劉政學(xué)等人研究發(fā)現(xiàn),Ang-1可以上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞抑制凋亡基因Survivin的表達(dá)[17]。

Ang家族在DR發(fā)生發(fā)展過程中與其它因子相關(guān)的作用正在逐漸被人們認(rèn)識。文獻(xiàn)報道,玻璃體內(nèi)注射Ang-2引起血管通透性的明顯增加，這與Ang-2引起VE-鈣粘蛋白磷酸化增加，造成VE-鈣粘蛋白減少有關(guān)[28]。

4 展望

目前，Ang/Tie-2系統(tǒng)在DR的發(fā)病機(jī)制中作用逐漸被研究者們發(fā)現(xiàn)，但仍有許多問題需要深入探討。眼科研究者們進(jìn)一步研究Ang家族及其受體Tie-2系統(tǒng)的作用與調(diào)節(jié)，不僅有助于提高對DR發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識，也可為預(yù)防與治療DR提供新的方法與思路。

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