糖尿病視網(wǎng)膜病變中白細(xì)胞介素-18作用信號通路的研究進(jìn)展

楊曉春綜述，梅妍審校

[云南省第一人民醫(yī)院（昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院/云南省眼底病研究中心）眼科，昆明云南650032]

綜述

糖尿病視網(wǎng)膜病變中白細(xì)胞介素-18作用信號通路的研究進(jìn)展

楊曉春綜述，梅妍審校

[云南省第一人民醫(yī)院（昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院/云南省眼底病研究中心）眼科，昆明云南650032]

糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）是糖尿病的主要微血管病變，也是目前世界上致盲的主要眼病之一。其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，炎癥、酶的代謝、細(xì)胞因子、離子通道及氧化應(yīng)激等相關(guān)因素的變化均參與DR的病理過程。白細(xì)胞介素-18（IL-18）作為人體內(nèi)一種重要的細(xì)胞因子，與機(jī)體的許多病變關(guān)系密切。目前研究證實(shí)，IL-18在糖尿病大血管病變和微血管病變中扮演了重要角色。此外IL-18通過多種方式參與DR的發(fā)病機(jī)制。筆者現(xiàn)就IL-18的在DR病理生理機(jī)制中的信號通路的研究進(jìn)展作一綜述。

白細(xì)胞介素-18；糖尿病視網(wǎng)膜病變；信號通路

糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病最常發(fā)生的微血管并發(fā)癥，是目前世界上高發(fā)的致盲性眼病[1]。1型糖尿病的患者最終都會患上DR，而病程超過20年的2型糖尿病患病患者有77%都會出現(xiàn)不同程度的DR[2]。還有流行病學(xué)調(diào)查顯示，50～60歲的糖尿病患者，約3.0%可能因DR而致盲，而60～70歲中DR的致盲率為3.3%，70～80歲中則為3.7%[3]。DR的發(fā)病機(jī)制目前還未完全闡明，臨床上的治療通常采用眼底激光光凝、藥物注射以及手術(shù)等方式[4]。然而，這些治療方法最終效果都有限。因此，深入探尋DR的發(fā)病機(jī)制及早期診斷與治療的方法仍是當(dāng)今醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個熱門話題。

白細(xì)胞介素18（Interleukin-18，IL-18）是目前已知的生物學(xué)活性最強(qiáng)、作用最持久的細(xì)胞因子之一。多項(xiàng)研究表明，IL-18在DR的病理生理進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。IL-18在DR中的作用具有兩面性。一方面IL-18參與DR的病理過程。研究顯示，IL-18刺激體內(nèi)Thl（helper T cell 1）細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)Th1細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素12（Interleukin-12，IL-12）、C干擾素和單核巨噬細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子，同時IL-18對抑制Th2（helper T cell 2）細(xì)胞相關(guān)因子的表達(dá)具有抑制作用，最終引起Th1/Th2有關(guān)的細(xì)胞因子比例失衡，以及胰島β細(xì)胞凋亡，從而參與糖尿病黃斑水腫（diabetes mellitus edema，DME）的發(fā)生、發(fā)展；IL-18通過多種機(jī)制參與糖尿病大血管和微血管病變的發(fā)生，從而參與DR的病理生理過程[5-6]；IL-18促進(jìn)神經(jīng)組織血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，增加血管滲漏[7]；IL-18通過與血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的相互作用促進(jìn)增殖性DR的發(fā)生[8]。而另外有研究表明，IL-18在DR中具有積極的作用：筆者前期在糖尿病大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著DR病程的加重，IL-18表達(dá)量下降[9]；IL-18對DR病變過程中缺血所導(dǎo)致的視網(wǎng)膜新生血管具有抑制[10]。因此，IL-18對DR病理生理過程的影響復(fù)雜?，F(xiàn)在對IL-18參與DR病理機(jī)制的信號傳導(dǎo)通路進(jìn)行綜述。

1 絲裂活化蛋白激酶（m i t ogen-act i vat ed prot ei n ki nase，M APK）途徑

MAPK信號通路是DR發(fā)生、發(fā)展的共同通路。目前發(fā)現(xiàn)MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路包括4條：c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK，又稱SAPK1）、p38促分裂素原活化蛋白激酶（P38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）（又稱SAPK 2）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellularsignal-regulated kinase，ERK1/2）（又稱p42/44MAPK）和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶5（extracellular signal-regulated kinase 5，ERK5）。YANG Y等[11]通過體外研究發(fā)現(xiàn)，外源性的IL-18可減輕PD98059[一種絲裂原活化的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase，MEK)抑制劑]對ERK1/2和SB 203580（一種p38MAPK抑制劑）對p38MAPK的抑制，同時誘導(dǎo)p38MAPK快速磷酸化從而激活下游的信號通路。ALBONI S等[12]觀察小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)IL-18是通過激活p38和ERK1/2MAPK途徑激活MAPK通路。而研究表明，MAPK影響DR病變過程中多種細(xì)胞因子的分泌，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖并增加血管通透性，促使細(xì)胞凋亡[13]。

2 磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B（phosphat i dyl i nosi t ol 3 /ki nese prot ei n ki nase B，PI 3 K/PKB）信號通路

PI3K是與機(jī)體細(xì)胞的生長、增殖、調(diào)節(jié)和分化密切相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，廣泛表達(dá)于機(jī)體多種細(xì)胞中。人體內(nèi)許多生長因子都依賴PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而發(fā)揮作用生物學(xué)作用。PKB又稱絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（serine/threonine kinases，AKT），是PI3K信號傳導(dǎo)途徑中一個重要的下游靶激酶，PI3K的激活產(chǎn)物PIP2、PIP3與AKT的C端結(jié)合，使AKT從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，并發(fā)生構(gòu)象的改變，導(dǎo)致Ser473（473位絲氨酸，serine 473）和Thr308（308位磷酸化蛋白激酶B，phosphorylated threonine kinases 308）2個位點(diǎn)磷酸化而激活介導(dǎo)下游的細(xì)胞生物學(xué)作用。另外，AKT的激活還需要磷脂酞肌醇依賴的蛋白激酶（phosphatidylinositol dependent protein kinase，PDK）的參與?；罨腁KT，進(jìn)一步激活其下游的因子，如比bcl-2（B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2，B cell lymphoma/lewkmia-2）家族、EGF（表皮細(xì)胞生長因子，epidermal growth factor）、糖原合成酶3和S6蛋白激酶等，對細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。ZHOU J等[14]通過對大鼠皮層神經(jīng)元使用IL-18前體處理，并觀察其下游信號通路的變化，認(rèn)為IL-18通過增強(qiáng)PI3K和磷酸化AKT的表達(dá)，激活了PI3K/AKT通路，從而激活其下游的NF-κB（κ基因結(jié)合核因，nuclear factor-κ-gene binding）、cAMP（環(huán)腺苷酸，cyclic adenosine monophosphate）反應(yīng)元件結(jié)合蛋白以及GSK-3β（糖原合成酶激酶-3β，glycogen synthase kinase-3β）。LI K等[15]在乳腺癌細(xì)胞中的研究也證明IL-18是直接激活PI3K/AKT通路從而引起下游的反應(yīng)。研究表明，PI3K/AKT也可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)DR的新生血管形成。

3 過氧化酶

過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators activated receptors，PPARs）主要在人體中扮演調(diào)節(jié)脂肪代謝酶轉(zhuǎn)錄的作用。PPARs由PPARα、PPARβ和PPARγ 3種亞型組成。PPARα主要存在于脂肪酸代謝水平高的組織，它主要調(diào)節(jié)機(jī)體的能量代謝、生長發(fā)育以及細(xì)胞的生長、分化與凋亡等。PPAR-γ可啟動或參與多種復(fù)雜的信號通路，從而在炎癥、胰島抵抗和糖代謝調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要作用。孫立亭等[16]研究發(fā)生胰島素抵抗的大鼠，結(jié)果表明，PPARγ的激動劑吡格列酮能夠抑制OLETF大鼠血清IL-18的表達(dá)。DIAA R等[17]在腎臟的研究也顯示吡格列酮抑制缺血/再灌注損傷大鼠組織IL-18的表達(dá)。PPARγ可競爭性的抑制炎癥相關(guān)的信號通路的激活，緩解胰島素抵抗，改善DR的缺血/再灌注損傷。

4 硫氧還蛋白互作蛋白/N LR P3 炎癥小體（t hi oredoxi n-i nt eract i ngprot ei n/N LR P3 ，TXN I P/N LR P3 ）通路

TXNIP是一種硫氧還蛋白相關(guān)的結(jié)合蛋白，可以限制硫氧還蛋白系統(tǒng)的激活，促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)的啟動，抑制下游細(xì)胞的增殖，并具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。TXNIP在胰島炎癥反應(yīng)過程中扮演重要作用，該炎癥會導(dǎo)致人體胰臟中胰島素分泌細(xì)胞的死亡。NLRP3炎性小體在體液免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要的作用。有報(bào)道指出[18-19]，發(fā)生缺血/再灌注時，血管內(nèi)皮細(xì)胞TXNIP和NLRP3間的相互作用增強(qiáng)，同時細(xì)胞表達(dá)IL-1β及IL-18均上調(diào)，共同促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，并加重機(jī)體組織的損傷，而缺血/再灌注被證實(shí)是DR重要的病理生理變化。CHEN W等[7]在糖尿病大鼠模型和高糖培養(yǎng)的人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞上的研究發(fā)現(xiàn)，高血糖刺激大鼠視網(wǎng)膜和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)NLRP3，并上調(diào)IL-1β活性，促進(jìn)IL-18分泌和Caspase-1表達(dá)，而NLRP3沉默后，上述因子的表達(dá)明顯降低，這表明DR病變過程中TXNIP/NLRP3在IL-18發(fā)揮生物學(xué)作用時扮演了重要角色。

5 凋亡信號通路

ROTHE H等[20]研究發(fā)現(xiàn)，自身免疫性糖尿病小鼠模型體內(nèi)IL-18的表達(dá)水平異常升高，使胰島細(xì)胞相關(guān)的Th1細(xì)胞激活，從而介導(dǎo)胰島炎癥和糖尿病。IL-18與Th1細(xì)胞結(jié)合介導(dǎo)凋亡的作用與Fas-FasL凋亡配體系統(tǒng)有密切關(guān)系。研究表明[21]，IL-18選擇性增強(qiáng)Fas介導(dǎo)的Th1細(xì)胞毒性作用，從而發(fā)揮介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的生物學(xué)效應(yīng)。此外，IL-18還可以通過Fas-FasL（自殺相關(guān)因子-自殺相關(guān)因子配體，factor associated suicide-factor associated suicide ligand）依賴的[21]和不依賴的[22]途徑誘導(dǎo)NK細(xì)胞發(fā)揮細(xì)胞殺傷作用，從而參與胰腺的炎性免疫反應(yīng)損傷。IL-18的促凋亡作用與NLRP3炎癥體也有密切聯(lián)系。NLRP3炎癥體由NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白和Caspase-1（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1，cysteinyl aspartate specific proteinase-1）前體組成。持續(xù)的慢性高血糖，使機(jī)體產(chǎn)生大量活性氧類（reactive oxygen species，Ros），Ros直接或間接激活NLRP3炎癥體，進(jìn)而引起IL-1和IL-18的釋放，最終導(dǎo)致胰島β細(xì)胞死亡或功能損傷[23-24]。

6 其他

IL-18還通過其他多種途徑影響DR的發(fā)生與發(fā)展，其中最重要的是其與VEGF的相互作用。SONG Z[8]通過對增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變（proliferative diabetic retinopathy，PDR）患者玻璃體腔中的IL-18和VEGF的測定表明，PDR患者中IL-18與VEGF同時升高，其含量與PDR程度有關(guān)。認(rèn)為IL-18可能與VEGF通過協(xié)同作用，促進(jìn)視網(wǎng)膜新生血管的生成。另一方面，SHEN J等[10]通過對缺血性視網(wǎng)膜病變的小鼠注射外源性IL-18，發(fā)現(xiàn)VEGF誘導(dǎo)的新生血管滲漏減輕。這說明IL-18抑制VEGF的產(chǎn)生，從而提示IL-18在脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜疾病中可能發(fā)揮多種作用。

綜上所述，DR的發(fā)生、發(fā)展是一個復(fù)雜的病理生理過程，IL-18可能激活MAPK、PI3K/AKT細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路，導(dǎo)致多種細(xì)胞因子的合成與釋放，進(jìn)而加速DR的發(fā)生、發(fā)展。PPARγ通路的激活伴隨著IL-18的抑制，IL-18與TXNIP/NLRP3通路的作用則是相互，IL-18與VEGF則存在多種作用途徑。說明IL-18在DR的信號通路中起重要作用，對IL-18的研究可能對闡明DR的病理生理機(jī)制具有重要意義。

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Study progress of signal pathways of Interleukin-18 in diabetic retinopathy

Xiao-chun Yang,Yan Mei
[Department of Ophthalmology,the First People's Hospital of Yunnan Province(the Affiliated Hospital of Kunming University of Science and Technology,Fundus Disease Research Center of Yunnan Province),Kunming,Yunnan 650032,China)

Diabetic retinopathy(DR),a major microvascular complication of eyes in diabetic patients,is one of the major causes of blindness.Pathogenesis of DR is complex,and the whole pathological process involves the changes of inflammation,enzymes,cytokines,ion channels,oxidative stress and other related factors.Interleukin-18 is a cytokine that participates in many pathological changes of human by large number of signal pathways.It has been reported that IL-18 influences the occurrence of macroangiopathy and microangiopathy by many ways,and is involved in the pathogenesis of DR.We overview the study progress of signal pathways of IL-18 in DR.

Interleukin-18;diabetic retinopathy;signal pathway

R774.13

A

10.3969/j.issn.1005-8982.2017.08.012

1005-8982（2017）08-0055-04

2016-12-21

國家自然科學(xué)基金（No：81660166）；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（No：2013FZ174）；云南省衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目（No：2016NS240）

梅妍，E-mail：meiyan163.com