波動性高糖對糖尿病視網(wǎng)膜病變的作用研究進展

董天慧，孫建梅，姚舜，鄒斌倩，蒲澤南，何雷

近年來，隨著糖尿病病人人數(shù)逐年上升，糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)已成為全球主要致盲原因之一。23.0%的糖尿病病人出現(xiàn)DR[1]，其中非增生性DR及增生性DR發(fā)病率分別為19.1%和2.8%[2]。DR的特征性病理改變表現(xiàn)為周細(xì)胞喪失和新生血管形成，臨床根據(jù)有無視網(wǎng)膜新生血管的出現(xiàn)將DR分為非增殖期DR(non-proloferative diabetic retinopathy，NPDR)和增殖期DR(proliferative diabetic retinopathy，PDR)。目前，已被證實的DR發(fā)病危險因素包括糖尿病病程，高血糖，高血壓及血脂紊亂。糖化血紅蛋白(HbA1c)反映糖尿病病人近2～3個月血糖平均水平，是反映血糖長期控制的指標(biāo)，美國糖尿病協(xié)會將HbA1c作為糖尿病及其并發(fā)癥預(yù)防監(jiān)控“金標(biāo)準(zhǔn)”[3]，但在長期血糖水平與HbA1c相近的人群中，DR的發(fā)生與病程缺乏完全的一致性[4]，且與日內(nèi)平均血糖漂移幅度有顯著關(guān)聯(lián)性，說明波動性高糖所引起的生物效應(yīng)對DR的危險性的作用可能超過血糖絕對水平的作用。近年來多項研究指出，波動性高糖能通過細(xì)胞自噬，細(xì)胞凋亡，氧化應(yīng)激及視網(wǎng)膜組織DNA損傷，血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的釋放加速糖尿病進程參與DR的發(fā)生和進展。筆者就波動性高糖與DR之間的關(guān)系進行如下綜述。

1 波動性高糖對DR的影響

2013年中國2型糖尿病防治指南中推薦2型糖尿病病人控制目標(biāo)為HbA1c<7%[5]。但目前很多研究表明，僅僅用HbA1c不足以評估糖尿病病人的血糖控制情況，糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生及嚴(yán)重程度還與血糖波動有關(guān)。波動性高糖，又稱血糖漂移，是糖尿病病人的血糖在較高水平基礎(chǔ)上圍繞均值上行、下行雙向的急性波動，被認(rèn)為是監(jiān)測短期血糖變化的主要指標(biāo)，并可通過自測血糖系統(tǒng)(self-monitored blood glucose，SMBG)或動態(tài)血糖監(jiān)測系統(tǒng)(continuous glucose monitoring system，CGMS)獲取血糖波動水平[6]。王程琳[7]采用CGMS監(jiān)測60例HbA1c值無明顯差異的2型糖尿病病人的連續(xù)72 h血糖，發(fā)現(xiàn)DR病人的平均血糖水平，平均血糖波動幅度和日間血糖平均絕對差均高于眼底正常的2型糖尿病病人，提示血糖波動是DR發(fā)生的重要因素之一，且較HbA1c的預(yù)測更為準(zhǔn)確。另有研究表明，NPDR病人血糖波動系數(shù)及糖尿病病程明顯小于PDR病人，但兩組HbA1c及空腹血糖差異無統(tǒng)計學(xué)意義，提示血糖波動也是預(yù)測DR病程進展的獨立危險因素之一[8]。有學(xué)者認(rèn)為，在慢性高糖狀態(tài)下，細(xì)胞可通過反饋調(diào)節(jié)部分拮抗高糖毒性作用，而當(dāng)細(xì)胞處于葡萄糖濃度強烈波動狀態(tài)時，該適應(yīng)性調(diào)節(jié)作用減弱，導(dǎo)致高糖毒性增強。因此在糖尿病病程較長的DR病人中，應(yīng)重視病人的血糖波動幅度，爭取平穩(wěn)降糖，以免加重DR病情進展。

2 波動性高糖引發(fā)DR的發(fā)病機制

2.1 波動性高糖與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡又被稱為Ⅰ型程序性細(xì)胞死亡，其典型的形態(tài)學(xué)特點是DNA碎片化、染色質(zhì)凝聚、核固縮、胞質(zhì)皺縮、胞膜空泡化、凋亡小體形成。覆蓋視網(wǎng)膜毛細(xì)血管的周細(xì)胞減少是DR中首先出現(xiàn)的病理改變及顯著特征，已有研究證實糖尿病視網(wǎng)膜毛細(xì)血管周細(xì)胞丟失與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[9]。周細(xì)胞最重要的功能是調(diào)節(jié)血管形成并穩(wěn)定其功能。對人視網(wǎng)膜細(xì)胞體外培養(yǎng)[10]顯示，缺乏周細(xì)胞的毛細(xì)血管仍可有完整的內(nèi)皮細(xì)胞，但微動脈瘤和新增生血管通常缺乏周細(xì)胞，提示周細(xì)胞的缺失使內(nèi)皮細(xì)胞的增生失去控制，發(fā)生非VEGF誘導(dǎo)的新生血管形成。周細(xì)胞凋亡還可導(dǎo)致毛細(xì)血管通透性改變，視網(wǎng)膜微血管滲漏，繼而導(dǎo)致微血管基底膜增厚，管腔窄縮和血流改變，促使DR后期發(fā)生視網(wǎng)膜缺血缺氧及新生血管形成，最終發(fā)生牽拉性視網(wǎng)膜脫離。Beltramo等[11]的實驗顯示，離體培養(yǎng)24 h后，波動高糖組周細(xì)胞出現(xiàn)明顯凋亡現(xiàn)象，恒定高糖組周細(xì)胞未發(fā)生凋亡，而恒定高糖組在轉(zhuǎn)入波動高糖環(huán)境下后在24 h內(nèi)出現(xiàn)細(xì)胞凋亡，且凋亡相關(guān)分子Bax含量與DNA斷裂程度呈正相關(guān)。另外一項周細(xì)胞體外培養(yǎng)顯示，波動性高糖環(huán)境下五種凋亡相關(guān)分子包括Fas配體(Fas ligand，F(xiàn)asL)，激活的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8(caspase-8)，細(xì)胞凋亡調(diào)控蛋白tBid，轉(zhuǎn)錄因子p53蛋白 和凋亡前體蛋白Bax含量較恒定高糖條件明顯增加，其中FasL增加最為顯著，而tBid，p53 和Bax增加幅度較小，但恒定高糖培養(yǎng)下的周細(xì)胞只有FasL含量明顯增加，提示波動性高糖最有可能通過caspase-8激活途徑誘發(fā)周細(xì)胞凋亡進程[12]。并且有文獻表明，大幅波動的血糖也可通過激活細(xì)胞內(nèi)Ca2+依賴的蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)和蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)介導(dǎo)周細(xì)胞凋亡[13]，Wu等[14]的體外實驗也證實波動高糖較穩(wěn)定高糖可更強烈地激活PKC，誘導(dǎo)周細(xì)胞凋亡。此外，另有研究發(fā)現(xiàn)波動性高糖可下調(diào)抗凋亡因子Bcl-2和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)前體水平，并上調(diào)凋亡前體蛋白Bax的線粒體轉(zhuǎn)位和caspase-3 p17蛋白表達水平，促進微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，并加重視網(wǎng)膜缺血缺氧狀態(tài)和微血栓形成[15]。

2.2 波動性高糖與細(xì)胞自噬 自噬以自噬體形成為特征，其激發(fā)的細(xì)胞死亡不依賴于caspase的加入，自噬體及其內(nèi)的成分通過自身的溶酶體系統(tǒng)，在酸性環(huán)境和溶酶體酶的作用下被清除。自噬引發(fā)的細(xì)胞死亡有別于凋亡引發(fā)的Ⅰ型程序性細(xì)胞死亡，因而稱之為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡。其中人視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)自噬又與DR的發(fā)生進展密切相關(guān)[16]。RPE位于脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮層之間，是通過緊密連接互相交織的單層細(xì)胞，參與加強血-視網(wǎng)膜屏障功能，因此RPE細(xì)胞層損傷后，血-視網(wǎng)膜屏障功能障礙，引起視網(wǎng)膜滲出、出血及水腫(糖尿病性黃斑水腫)，血管內(nèi)大分子物質(zhì)如纖維蛋白進入細(xì)胞外基質(zhì)中形成纖維蛋白凝膠，允許和支持新生血管和基質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)向生長，誘發(fā)DR的發(fā)生進展[17]。另有研究表明，細(xì)胞自噬失控是糖尿病血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生失穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素，并且參與了糖尿病視網(wǎng)膜新生血管形成，通過抑制自噬可在一定程度上抑制新生血管形成，延緩DR進程[18]。宋建[19]發(fā)現(xiàn)對比波動性高糖培養(yǎng)環(huán)境下RPE細(xì)胞ARPE-19的自噬體數(shù)量明顯多于恒定高糖組，且前者自噬相關(guān)蛋白LC3含量明顯增高而自噬中間媒介p62蛋白明顯降低，提示波動性高糖條件下RPE細(xì)胞自噬行為更為活躍。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)波動性高糖條件下，RPE細(xì)胞內(nèi)可見大量高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)從細(xì)胞核釋放到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，并較恒定高糖組有明顯增多，而使用丙酮酸乙酯阻斷HMGB1的釋放后，ARPE-19細(xì)胞內(nèi)的自噬水平顯著降低。而另有研究表明胞質(zhì)內(nèi)HMGB1主要通過與抗凋亡蛋白Bcl-2競爭自噬基因Beclin-1上的結(jié)合位點，形成HMGB1-Beclin-1復(fù)合物，誘導(dǎo)自噬啟動[20]。因此這也間接證明血糖波動條件下，ARPE-19細(xì)胞的自噬啟動，是由HMGB1介導(dǎo)的，并最終誘發(fā)了DR的發(fā)生進展。

2.3 波動性高糖與氧化應(yīng)激及視網(wǎng)膜組織DNA損傷 氧化應(yīng)激被認(rèn)為是糖尿病微血管并發(fā)癥的重要發(fā)病機制之一。視網(wǎng)膜在糖尿病缺血缺氧條件下，線粒體內(nèi)呼吸鏈電子傳遞受抑制，活性氧(reactive oxygen species，ROS)大量產(chǎn)生[21]。此外，高血糖及波動又可作為刺激因素進一步引發(fā)ROS水平上升[22]，胞內(nèi)ROS最主要的攻擊目標(biāo)是DNA，其中DNA的斷裂最為常見。此外，ROS又可通過下游多元醇通路激活、氨基己糖途徑、PKC通路、糖基化終末產(chǎn)物增加導(dǎo)致DR的發(fā)生進展[23]。譚芳[24]發(fā)現(xiàn)血清丙二醛與餐后血糖波動幅度(postprandial glucose excursion，PPGE)成正相關(guān)，提示餐后血糖波動可加劇氧化應(yīng)激的發(fā)生，且DR病人PPGE顯著高于未合并糖尿病微血管病變的糖尿病病人，因此推測血糖波動可能通過增強氧化應(yīng)激誘發(fā)DR的發(fā)生。而李立琴[25]在對ARPE細(xì)胞離體培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)與恒定性高糖相比，波動性高糖環(huán)境下不僅血清丙二醛生成增加，且抗氧化指標(biāo)超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽含量下降，炎性因子細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)表達量增加，提示波動性高糖可能通過加劇氧化-抗氧化機制的不均衡以及氧化應(yīng)激下炎癥反應(yīng)導(dǎo)致DR的發(fā)生。蓋春柳等[26]報告糖尿病大鼠視網(wǎng)膜組織存在 DNA損傷，血糖波動可加重該損傷，并認(rèn)為血糖波動具有獨立于持續(xù)高血糖以外的損傷作用。此外，在波動性高糖刺激下，Müller細(xì)胞合成誘導(dǎo)型一氧化氮合酶增加[27]，并生成過量的一氧化氮，一氧化氮作為自由基，參與氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、引起組織細(xì)胞損傷。

2.4 波動性高糖與VEGF VEGF是一種分子量約48 kDa的同型二聚體糖蛋白，其分子家族包括胎盤生長因子、VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C和VEGF-D，其中VEGF-A又稱血管通透因子，Klettner等[28]認(rèn)為其是DR發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。人VEGF-A基因可通過選擇性剪切產(chǎn)生至少6種主要異構(gòu)體，其中VEGF165是誘導(dǎo)血管生成、增加通透性和激發(fā)炎癥反應(yīng)的主要活化因子[29]。VEGF與受體結(jié)合后通過誘導(dǎo)視網(wǎng)膜毛細(xì)血管炎癥反應(yīng)，上調(diào)視網(wǎng)膜局部ICAM-1并增加白細(xì)胞黏附造成視網(wǎng)膜白細(xì)胞瘀滯，破壞血-視網(wǎng)膜屏障，增加視網(wǎng)膜局部血管通透性，促進血管內(nèi)皮細(xì)胞穿越基底膜后遷移和增殖，刺激視網(wǎng)膜新生血管形成誘發(fā)DR的發(fā)生進展[30]。研究發(fā)現(xiàn)血清VEGF和血小板源性生長因子-BB含量與平均血糖波動幅度，日內(nèi)最大血糖波動幅度成正相關(guān)。徐麗麗[31]在不同條件下培養(yǎng)RPE72 h后，間斷高糖組較恒定高糖組細(xì)胞胞體薄，形態(tài)不規(guī)則，且前者較后者VEGF含量明顯增高。Sun等[32]發(fā)現(xiàn)在間歇性高糖環(huán)境下培養(yǎng)的人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(human retinal endothelial cells，HRECs)VEGF基因轉(zhuǎn)錄和表達水平及線粒體產(chǎn)生的ROS水平較恒定高糖環(huán)境下有明顯上升，并且通過使用抗氧化劑錳卟啉或2-噻吩甲酰三氟丙酮阻斷ROS的作用，可使VEGF表達下調(diào)，推測間歇性高糖可能通過某種機制誘發(fā)線粒體產(chǎn)生過量ROS，并進一步通過氧化應(yīng)激通路激活核因子-κB，最終導(dǎo)致HRECs內(nèi)VEGF表達上調(diào)。此外，人視網(wǎng)膜周細(xì)胞也是分泌VEGF的主要細(xì)胞之一，而其表達的miR-126分子可通過抑制周細(xì)胞表達VEGF負(fù)向調(diào)控視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的增殖和侵襲能力，從而抑制DR的發(fā)生進展[33]。Mazzeo等[34]發(fā)現(xiàn)間歇性高糖培養(yǎng)下周細(xì)胞表達miR-126較恒定高糖培養(yǎng)環(huán)境有明顯下調(diào)，并導(dǎo)致間歇性高糖環(huán)境下周細(xì)胞分泌VEGF明顯增加，但該研究并未發(fā)現(xiàn)兩種環(huán)境下血小板衍生因子和Ang-2通路發(fā)生激活，提示間歇性高糖可能只是通過抑制miR-126，上調(diào)VEGF表達誘發(fā)DR發(fā)生。

3 總結(jié)

綜上所述，理想的血糖控制不僅要爭取血糖水平和HbA1c達標(biāo)，同時要注意減輕糖尿病病人的血糖波動。波動性高糖可通過啟動細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡，激活氧化應(yīng)激，損傷視網(wǎng)膜組織DNA，促進VEGF的釋放等多種途徑參與DR的發(fā)生進展，確切完整的機制尚需進一步研究。