Müller細(xì)胞在糖尿病黃斑水腫中的作用及機(jī)制

朱少進(jìn) 綜述 方嚴(yán) 審校

安徽理工大學(xué)第一附屬醫(yī)院 淮南市第一人民醫(yī)院 安徽理工大學(xué) 232001

目前，全球大概有4.15億人患有糖尿病，預(yù)計到2040年患者人數(shù)將達(dá)到6.42億人，據(jù)統(tǒng)計，約有35%的糖尿病患者會發(fā)生糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)，常表現(xiàn)為視力逐漸受損[1-2]。糖尿病致盲的主要原因是糖尿病黃斑水腫(diabetic macular edema,DME)，其在糖尿病人群中的患病率約為6.8%[3]，可發(fā)生于DR的任何階段。DME的形成機(jī)制比較復(fù)雜，主要包括2個方面：(1)在病理條件下，血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)被破壞，視網(wǎng)膜內(nèi)液體滲漏；(2)液體吸收機(jī)制受損，液體的產(chǎn)生與吸收機(jī)制紊亂，導(dǎo)致視網(wǎng)膜下液體產(chǎn)生，聚集在黃斑中心處而形成DME[4-5]。Müller細(xì)胞作為視網(wǎng)膜中主要的大型膠質(zhì)細(xì)胞，橫跨視網(wǎng)膜，與視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元、微血管和突起相接觸，在維持視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)與功能方面扮演重要角色。為了深入認(rèn)識Müller細(xì)胞參與DR的發(fā)生途徑，本文就Müller細(xì)胞在DME中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為治療DME提供新策略。

1 Müller細(xì)胞

Müller細(xì)胞貫穿視網(wǎng)膜各層，胞體主要位于內(nèi)核層，兩端的突起從玻璃體表面的內(nèi)界膜穿越至外界膜，包繞著各類視網(wǎng)膜神經(jīng)元，并與視網(wǎng)膜中的微血管建立了重要聯(lián)系[6]。視網(wǎng)膜特異性的“神經(jīng)-血管耦連”機(jī)制與Müller細(xì)胞、血管和神經(jīng)元緊密關(guān)聯(lián)，同時這種“代謝共生”的關(guān)系對維持視網(wǎng)膜的穩(wěn)定性十分重要[7]。作為視網(wǎng)膜的支架，Müller細(xì)胞參與視網(wǎng)膜的發(fā)育和形成，并對其完整性具有支持作用；此外，在生理條件下，Müller細(xì)胞可以通過多種途徑參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信息傳遞、調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜內(nèi)離子和水等物質(zhì)動態(tài)平衡，通過代謝為神經(jīng)元提供必要的營養(yǎng)支持，通過分泌各類生長因子和炎性因子來維持BRB的穩(wěn)定性[8]。任何干擾視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)的因素都會影響Müller細(xì)胞的正常功能，進(jìn)而影響整個視網(wǎng)膜功能。在DR發(fā)生和發(fā)展過程中，Müller細(xì)胞由于長期處于低氧高糖的環(huán)境下，其結(jié)構(gòu)與功能均有所改變，反應(yīng)性膠質(zhì)增生、細(xì)胞腫脹、凋亡、水及電解質(zhì)調(diào)節(jié)紊亂和BRB通透性增加等，均可促使黃斑中心凹和周圍間隙液體積聚，從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜水腫和黃斑水腫。

2 Müller細(xì)胞在DME中的變化及作用

2.1 Müller細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化

Müller細(xì)胞由細(xì)胞核、胞體和內(nèi)外側(cè)突起組成，胞體突起由內(nèi)向外發(fā)出，垂直高度與視網(wǎng)膜厚度接近，細(xì)胞核位于內(nèi)核層，染色觀察為橢圓形或多角形，核周胞質(zhì)比較少[9-10]。在DR早期，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層和內(nèi)叢狀層中Müller細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，胞體腫脹，空泡化程度加深，細(xì)胞器減少，細(xì)胞凋亡增多。目前大多數(shù)研究認(rèn)為黃斑水腫形成的主要機(jī)制是細(xì)胞外液的積聚，但有跡象表明囊樣黃斑水腫與Müller細(xì)胞腫脹和凋亡相關(guān)[11-12]。熒光素眼底血管造影檢查結(jié)果顯示，部分DME患者的血管并未出現(xiàn)明顯滲漏，這說明有些DME可能是Müller細(xì)胞腫脹引起。為了進(jìn)一步探討Müller細(xì)胞在DR過程中的改變，過貴元等[13]對誘導(dǎo)的高糖缺氧條件下糖尿病大鼠視網(wǎng)膜組織的觀察中發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)的第8周，Müller細(xì)胞的胞體開始膨脹，線粒體腫大、嵴溶解，隨著DR病程的延長，其空泡化程度越明顯；在第24周時，細(xì)胞核向外遷移到內(nèi)核層最外側(cè)，胞體水腫加深，Müller細(xì)胞這些改變?yōu)榕R床中囊樣黃斑水腫的形成提供了參考依據(jù)。Fehér等[14]通過對38例人視網(wǎng)膜組織觀察，其中28例來自糖尿病患者，10例來自非糖尿病患者，認(rèn)為隨著糖尿病發(fā)展，Müller細(xì)胞逐漸轉(zhuǎn)化為分化程度較差的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)也逐漸出現(xiàn)上述改變。王心蕊等[15]發(fā)現(xiàn)兔視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞在高糖狀態(tài)下細(xì)胞核縮小，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高度擴(kuò)張呈空泡狀，染色質(zhì)增多、凝結(jié)和邊聚，細(xì)胞表面微絨毛減少變鈍。這些細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)的改變可以誘導(dǎo)視網(wǎng)膜微血管異常，從而誘發(fā)DME的形成。這些研究表明Müller細(xì)胞長期在高糖缺氧環(huán)境因素的影響下，其形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，細(xì)胞出現(xiàn)水腫甚至凋亡，這是DME形成的重要因素，囊樣黃斑水腫是特征類型表現(xiàn)。這種改變可能是DR發(fā)生功能性變化的基礎(chǔ)，與糖尿病病程及血糖濃度等因素密切相關(guān)。

2.2 Müller細(xì)胞引起的BRB功能異常

Müller細(xì)胞不僅可以釋放細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)水及電解質(zhì)的轉(zhuǎn)運，還能參與BRB的形成。一旦BRB形成異常，將會引起DME的形成。緊密連接和視網(wǎng)膜的內(nèi)外2層屏障是維持BRB穩(wěn)定的重要因素，若血管內(nèi)皮細(xì)胞或緊密連接受到各類因素的損傷，將會通過破壞內(nèi)外層屏障影響B(tài)RB的正常結(jié)構(gòu)與功能，增加其通透性，加速微血管內(nèi)液體的滲出，這是視網(wǎng)膜下液來源的重要途徑。

雖然在DR早期可以發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜微血管滲漏，但在日常的臨床診療中，明顯的黃斑水腫癥狀直到局部代償機(jī)制破壞才能形成。Müller細(xì)胞對BRB的形成具有重要支持作用，Müller細(xì)胞的凋亡會破壞BRB結(jié)構(gòu)和功能。小鼠中表達(dá)調(diào)控Müller細(xì)胞的相關(guān)基因被敲除后，視網(wǎng)膜內(nèi)不僅光感受器細(xì)胞發(fā)生凋亡，毛細(xì)血管和BRB結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)異常[16]，證實了Müller細(xì)胞的缺乏可導(dǎo)致視網(wǎng)膜疾病，對視神經(jīng)元和微血管具有損害作用。在牛眼BRB的體外模型中，常氧條件下，與未加入Müller細(xì)胞共培養(yǎng)的BRB組相比，Müller細(xì)胞共培養(yǎng)的BRB組視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能有所增強(qiáng)；但研究發(fā)現(xiàn)，在低氧環(huán)境下，培養(yǎng)12 h的Müller細(xì)胞會增加視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞單層通透性，使視網(wǎng)膜內(nèi)液體的流出增多，集聚于黃斑中心處[17]。在高糖缺氧環(huán)境下，Müller細(xì)胞凋亡增加，參與BRB形成的過程發(fā)生異常，間接損傷視網(wǎng)膜，這是DR發(fā)生的基礎(chǔ)，也是DME形成的關(guān)鍵。

此外，Müller細(xì)胞還具有分泌功能，正常視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞可以分泌各類細(xì)胞因子，如血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)、腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)等[18]，這些細(xì)胞因子對支持BRB的完整性和穩(wěn)定性十分重要。在常氧條件下，Müller細(xì)胞分泌的PEDF會抑制VEGF的表達(dá)，使視網(wǎng)膜組織內(nèi)的VEGF處于正常穩(wěn)定水平；一旦發(fā)生缺氧，Müller細(xì)胞表達(dá)PEDF將會下調(diào)，失去對VEGF表達(dá)的抑制作用，眼內(nèi)VEGF的含量有所增加[19]，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)異常，增加視網(wǎng)膜微血管的通透性，導(dǎo)致血管發(fā)生滲漏和新生血管，從而引起黃斑水腫。目前針對黃斑水腫的小分子藥物，主要都是通過抗VEGF機(jī)制發(fā)揮作用。晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products,AGEs)是葡萄糖代謝發(fā)生異常的產(chǎn)物，沉積于血管基底膜[20]，也可以通過增加血管通透性破壞BRB，玻璃體內(nèi)AGEs升高可促進(jìn)Müller細(xì)胞分泌VEGF[21]，視網(wǎng)膜新生血管的形成與VEGF的表達(dá)上調(diào)密切相關(guān)。

緊密連接蛋白(occludin)是構(gòu)成緊密連接復(fù)合體和維持BRB通透性的關(guān)鍵成分[22]。Müller細(xì)胞對occludin的表達(dá)有很大影響，葉輝等[23]發(fā)現(xiàn)在添加Müller細(xì)胞的組織中，上清液內(nèi)occludin的表達(dá)量最多，但未添加Müller細(xì)胞的組織中occludin的表達(dá)有所下調(diào)，這與Tout等[21]發(fā)現(xiàn)單獨培養(yǎng)的視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞很難形成緊密連接的結(jié)論類似。Occludin的表達(dá)依賴于Müller細(xì)胞，但高糖條件會抑制Müller細(xì)胞表達(dá)occludin，從而破壞BRB的通透性。在DR發(fā)生過程中，occludin含量的下降與基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的降解有關(guān)。Giebel等[24]在糖尿病大鼠模型的視網(wǎng)膜內(nèi)檢測出MMP-2、MMP-9和MMP-14的mRNA表達(dá)水平上升，其中MMP-9的表達(dá)最為顯著，但occludin的表達(dá)明顯減少，提示MMPs的降解可能會導(dǎo)致occludin形成障礙，可能與組織內(nèi)血糖升高有關(guān)，高糖阻礙了occludin參與緊密連接的構(gòu)成，這需要實驗進(jìn)一步驗證。

2.3 Müller細(xì)胞引起的液體轉(zhuǎn)運異常

視網(wǎng)膜內(nèi)液體的轉(zhuǎn)運離不開Müller細(xì)胞，若Müller細(xì)胞受損，細(xì)胞內(nèi)外水和離子的動態(tài)平衡將會發(fā)生異常，引起液體在血管和組織之間的分布紊亂，促發(fā)細(xì)胞腫脹和組織間液體積聚，從而導(dǎo)致黃斑水腫。一般生理條件下，由于血液流動和氧化代謝作用，組織所產(chǎn)生的水積聚在神經(jīng)視網(wǎng)膜層和視網(wǎng)膜下，主要依靠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)運和吸收[25-26]。鉀離子通道蛋白4.1(Kir4.1)和水通道蛋白4(aquaporin 4,AQP4)對視網(wǎng)膜內(nèi)水、電解質(zhì)轉(zhuǎn)運平衡至關(guān)重要。Kir4.1和AQP4分別介導(dǎo)K+和水轉(zhuǎn)運，二者相互協(xié)調(diào)，具有功能性耦聯(lián)作用[27]。AQP4和Kir4.1散在分布于視網(wǎng)膜血管周圍和Müller細(xì)胞末端終足，二者在內(nèi)界膜和小血管周圍等處均可表達(dá)，這為組織內(nèi)液體的轉(zhuǎn)運提供了基礎(chǔ)保障[28]。

Kir4.1是Müller細(xì)胞調(diào)節(jié)K+轉(zhuǎn)運的主要通道蛋白，對維持視網(wǎng)膜內(nèi)K+濃度的穩(wěn)定具有重要意義[29]。生理情況下，視網(wǎng)膜神經(jīng)組織興奮產(chǎn)生的K+流入組織間隙，再擴(kuò)散進(jìn)入Müller細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)刺激Kir4.1，主動將K+排入毛細(xì)血管內(nèi)和玻璃體腔中，細(xì)胞內(nèi)的水伴隨此過程也流入血管和玻璃體腔，完成一系列水轉(zhuǎn)運[30-31]。由此可以看出Kir4.1對維持視網(wǎng)膜中各層的“干燥狀態(tài)”起到關(guān)鍵性作用。若Müller細(xì)胞以及K+通道被破壞，視網(wǎng)膜K+和水的轉(zhuǎn)運就會發(fā)生異常，形成視網(wǎng)膜水腫。在高糖和低氧環(huán)境中，Müller細(xì)胞內(nèi)Kir4.1表達(dá)減少，細(xì)胞持續(xù)攝取的K+無法轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外，從而引起Müller細(xì)胞腫脹和功能障礙，視網(wǎng)膜組織內(nèi)液體的吸收異常，導(dǎo)致DME的形成[6,32-33]。病理條件下，Müller細(xì)胞上調(diào)膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá)，這與Kir4.1活性降低有著重要聯(lián)系[34]。在對糖尿病大鼠的視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的觀察中發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜血管周圍Kir4.1通道蛋白顯著減少，K+內(nèi)流減少[32]；Thompson等[35]將大鼠Müller細(xì)胞在AGEs修飾的層黏連蛋白培養(yǎng)皿上進(jìn)行培養(yǎng)，檢測發(fā)現(xiàn)Müller細(xì)胞中Kir4.1表達(dá)水平降低，且Kir4.1通道功能降低，表明AGEs修飾的層黏連蛋白抑制Kir4.1通道的表達(dá)。孫偉等[36]也發(fā)現(xiàn)K+通道干預(yù)劑可以調(diào)控Kir4.1的表達(dá)，增加視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞中Kir4.1的蛋白含量，同時觀察到在干預(yù)劑的作用下，視網(wǎng)膜水腫也有所減輕。

AQP4跨膜轉(zhuǎn)運蛋白具有雙向性，通過介導(dǎo)視網(wǎng)膜組織間隙中的水進(jìn)入Müller細(xì)胞，同時調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的水轉(zhuǎn)運至微血管和玻璃體腔內(nèi)，以實現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)水轉(zhuǎn)運的平衡[37]。缺氧環(huán)境下，視網(wǎng)膜內(nèi)AQP4表達(dá)明顯增多[38]，Müller細(xì)胞轉(zhuǎn)運機(jī)制發(fā)生異常，以此促進(jìn)視網(wǎng)膜血管中的水分快速轉(zhuǎn)入組織間隙，引起視網(wǎng)膜下液增多，集聚于黃斑處而形成DME；同樣病理條件下，K+通道下調(diào)會導(dǎo)致AQP4-K+介導(dǎo)水轉(zhuǎn)運的偶聯(lián)解除[39]，引起Müller細(xì)胞及視網(wǎng)膜血管水通量發(fā)生變化，也會導(dǎo)致水在細(xì)胞質(zhì)中積累，促進(jìn)視網(wǎng)膜水腫的發(fā)生。在DR中，Müller細(xì)胞的排水能力降低，AQP4和Kir4.1移向細(xì)胞的外部，其他水通道蛋白AQP1和AQP9也在細(xì)胞表面表達(dá)[40]，這些水通道的改變是加速視網(wǎng)膜下液體匯聚的重要原因。

AQP4和Kir4.1參與了DR的發(fā)生過程，是形成DME的重要機(jī)制之一，其作用機(jī)制解釋了部分黃斑水腫對抗VEGF應(yīng)答不敏感的現(xiàn)象，可能是Müller細(xì)胞對視網(wǎng)膜內(nèi)離子和水轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)紊亂所致，提示我們可以通過干預(yù)Müller細(xì)胞的途徑對DME進(jìn)行防治。

3 Müller細(xì)胞在DME進(jìn)展中的保護(hù)作用

由于Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜的特殊分布與功能，其對視網(wǎng)膜損傷具有一定保護(hù)和修復(fù)作用。Müller細(xì)胞作為視網(wǎng)膜主要內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞，在視網(wǎng)膜損傷后，可以進(jìn)入細(xì)胞周期增生并分化為神經(jīng)細(xì)胞，以彌補(bǔ)光感受器細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受損帶來的影響，但完全實現(xiàn)這一過程仍需復(fù)雜而漫長的過程。在DR早期，Müller細(xì)胞被激活產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，可分泌相關(guān)細(xì)胞因子為視網(wǎng)膜提供保護(hù)。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)生長因子通過作用于原肌球蛋白相關(guān)激酶(tropomyosin-related kinase,Trk)A受體[41]，釋放堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)，開放K+和Cl-通道，抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的滲透性腫脹；腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)通過激活TrkB和bFGF受體抑制Müller細(xì)胞的腫脹，減輕視網(wǎng)膜水腫；神經(jīng)保護(hù)劑的應(yīng)用在DME的防治中具有良好的前景，為其治療提供了新的選擇。IL-6可以預(yù)防高血糖引起的Müller細(xì)胞功能障礙和損傷，維持正常的神經(jīng)元功能[42]；在視網(wǎng)膜脫離模型中，IL-6基因的缺失常導(dǎo)致感光細(xì)胞死亡數(shù)量顯著增加[8]；也有研究發(fā)現(xiàn)IL-6可以保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，避免眼壓升高導(dǎo)致的視野損傷[43]；這些研究提示在DME發(fā)生過程中，Müller細(xì)胞通過分泌IL-6可以保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，以此為黃斑水腫造成的視力損傷提供保護(hù)。Müller細(xì)胞可通過VEGF/VEGFR2特異性信號傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)神經(jīng)營養(yǎng)因子釋放，對高糖環(huán)境下視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元提供必要保護(hù)[44]。糖尿病小鼠視網(wǎng)膜內(nèi)BDNF和細(xì)胞衍生神經(jīng)營養(yǎng)因子的急劇減少，被證實與VEGF/VEGFR2信號傳導(dǎo)途徑直接或間接釋放營養(yǎng)因子密切相關(guān)[6]。

目前對DME的治療大多集中在抗VEGF治療方面，通過降低眼內(nèi)VEGF的含量維持BRB的完整性和穩(wěn)定性，減少視網(wǎng)膜內(nèi)液體的滲出。但在臨床診療過程中，我們發(fā)現(xiàn)仍有許多DME患者經(jīng)過多次抗VEGF治療，黃斑水腫并未見明顯消退或消退后又不斷復(fù)發(fā)，常稱之為難治性黃斑水腫。這類現(xiàn)象可能是由于長期使用抗VEGF藥物破壞了Müller細(xì)胞介導(dǎo)的VEGF/VEGFR2特異性信號傳導(dǎo)途徑，減少神經(jīng)因子釋放，因此達(dá)不到滿意的治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，玻璃體腔內(nèi)注入地塞米松緩釋劑對于治療難治性黃斑水腫有一定作用[45]。地塞米松被證實是通過降低視網(wǎng)膜血小板衍生生長因子受體α的水平而增加微囊蛋白-1(caveolin-1)的含量，同時誘導(dǎo)生成caveolin-5，調(diào)節(jié)AQP4的功能和改善Müller細(xì)胞的作用，以維持BRB的完整性，降低視網(wǎng)膜水腫的發(fā)生率[46-47]。

在DR發(fā)展過程中，視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞既會損傷視網(wǎng)膜組織，同時對其也有保護(hù)作用。未來可以將Müller細(xì)胞作為DME的治療靶點進(jìn)行研究，通過干預(yù)Müller細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、細(xì)胞凋亡和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑，充分發(fā)揮Müller細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)作用及再生能力，為治療DME以及其他視網(wǎng)膜疾病提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突