Muller細胞與糖尿病視網(wǎng)膜病變關系的研究進展

陳晶王華1李強翔

(湖南省老年醫(yī)院,湖南長沙410016)

關鍵詞〔〕糖尿病視網(wǎng)膜病變；Muller細胞

中圖分類號〔〕R587.1〔文獻標識碼〕A〔

基金項目：國家自然科學基金面上項目(81170823)；湖南省高層次衛(wèi)生人才“225”工程培養(yǎng)項目資助;湖南省中醫(yī)藥科研計劃(21341)；中國博士后科學基金第53批面上資助(2013M531788)；湖南省衛(wèi)生廳科研計劃課題(C2012-038)；湖南省自然科學基金(12jj5047)

通訊作者：李強翔(1970-)，男，博士后，主任醫(yī)師，碩士生導師，主要從事糖尿病研究。

1中南大學湘雅醫(yī)院眼科

第一作者：陳晶(1988-)，女，在讀碩士，主要從事糖尿病研究。

糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)是糖尿病微血管病變中最為常見的一種并發(fā)癥，主要表現(xiàn)為視力進行性損害。其早期病理特征是微血管功能改變，視網(wǎng)膜血管擴張；晚期則為新生血管破裂出血，玻璃體完整性喪失。目前，DR發(fā)生的確切機制尚不明確。近年來，有很多研究認為，DR的發(fā)生與Muller細胞有著密切的關系。下面就Muller細胞與DR的關系進行總結。

1Muller細胞的分布與功能

Muller細胞是一種神經(jīng)膠質細胞，貫穿視網(wǎng)膜內(nèi)界膜與外界膜之間。鄭宏華〔1〕發(fā)現(xiàn)，Muller細胞在視網(wǎng)膜各象限中分布較均勻，但各層分布差異性顯著，大小形態(tài)較為一致，主要集中在內(nèi)網(wǎng)狀層、內(nèi)核層及節(jié)細胞和神經(jīng)纖維層，而視網(wǎng)膜細胞內(nèi)的線粒體分布則與Muller細胞分布趨勢相一致，表明Muller細胞為視網(wǎng)膜細胞的重要組成部分，由于葡萄糖主要通過線粒體供給能量，因此認為神經(jīng)元細胞供能來源大部分由Muller細胞提供〔2〕。另有研究顯示，在胚胎期，鼠視網(wǎng)膜細胞的發(fā)育時間與Muller細胞發(fā)育的時間相一致，且在神經(jīng)元晚期發(fā)育階段中形成以Muller細胞為中心的柱狀結構，從而提供穩(wěn)定的支架，為視覺形成奠定基礎〔3〕。近10年來的研究表明，Muller細胞不管是在形態(tài)上還是在功能上都表現(xiàn)有視網(wǎng)膜干細胞潛能，就哺乳動物而言，視網(wǎng)膜受到損傷后，Muller細胞的去分化及再增殖能力相對有限，需要一些生長因子、轉錄因子、細胞外基質等的參與，而這些因子通過特定的信號通路來完成，目前機制尚不明確〔4～8〕。總之，Muller細胞不僅是視網(wǎng)膜的支架，并且對神經(jīng)細胞起到營養(yǎng)、支持、絕緣等保護作用。

2Muller細胞與DR

糖尿病會導致糖脂代謝異常，而高糖高脂、高胰島素等會進一步加速糖尿病血管病變的發(fā)展。王心蕊等〔9〕發(fā)現(xiàn)Muller細胞形態(tài)改變，線粒體等細胞器受到損傷，Muller細胞功能下降；另有研究發(fā)現(xiàn)，長期暴露于高濃度游離脂肪酸中的INS-1細胞、人血管內(nèi)皮細胞，其增殖受到明顯抑制〔10〕，由此可推測：長期高脂可損傷視網(wǎng)膜Muller細胞，使其增殖受到抑制，不能完成修復功能，而導致DR。此外，在應用胰島素早期，胰島素可能通過激活 Muller細胞的K+通道，引起周細胞收縮，減少血流，從而促進DR進展〔11〕。有實驗研究觀察到，糖尿病早期Muller細胞核已發(fā)生改變，先于視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞、周細胞〔12〕。因此，探討糖尿病視網(wǎng)膜Muller細胞發(fā)病機制具有早期診斷、治療的重大意義，而視網(wǎng)膜Muller細胞功能改變累及至DR主要與下列因素密切相關。

2.1谷氨酸的積累視網(wǎng)膜Muller細胞是唯一能合成谷氨酰胺合成酶(GS)的視網(wǎng)膜細胞，并對谷氨酸轉運體(主要是GLAST)有著高親和力，通過將谷氨酸逆濃度差由細胞外轉運到細胞內(nèi)，由細胞內(nèi)的GS將其轉化為谷氨酰胺，谷氨酰胺又被輸送給神經(jīng)細胞重新合成谷氨酸，從而消除高濃度谷氨酸對神經(jīng)毒性。高糖、缺血缺氧、高游離脂肪酸時，Muller細胞形態(tài)改變，血-視網(wǎng)膜屏障(BRB)受到損害，從而使谷氨酸滲漏到細胞間質；GLAST蛋白及mRNA表達減少，功能活化受到抑制，使其逆濃度差轉運谷氨酸過程受阻，谷氨酰胺合成減少；通過激活c-jun基因，下調 GS蛋白及mRNA表達，使得 GS生成減少，谷氨酸代謝下降。上述導致谷氨酸積累，而高濃度谷氨酸使谷氨酸受體(尤其是NMDA受體)功能過度活躍，Na+、Ca2+內(nèi)流過多引起膜內(nèi)外離子失衡，從而激活神經(jīng)毒性信號轉導途徑，最終導致神經(jīng)元細胞非正常凋亡。

2.2血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的分泌增加目前，很多研究表明VEGF受多種因素調節(jié)參與DR新生血管的形成，主要由視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮、視網(wǎng)膜色素上皮、周細胞、Muller細胞及神經(jīng)節(jié)細胞合成與分泌。有研究觀察到〔13〕，DR早期VEGF蛋白及VEGF mRNA表達、Muller細胞分泌的VEGF含量都明顯增高，并且呈時間依賴性，而VEGF的增高引起毛細血管通透性增強，造成BRB破壞 ,誘導血管生成素生成增加，共同促進新生血管的形成，造成視力不可逆性損害；在DR晚期，由于Muller細胞的凋亡，各種生物學功能下降，VEGF的合成相應減少。前者分析其主要原因如下：①VEGF的受體數(shù)目增加；②低氧誘導因子(HIF)-1α介導的低氧轉導通路被激活：HIF-1α是一種氧氣敏感性轉錄因子，參與細胞黏附、血管張力、細胞存活、代謝穩(wěn)態(tài)等生理功能的調節(jié)，其高表達不僅能直接促進VEGF的表達，還可以通過增強VEGF mRNA的穩(wěn)定性來提高VEGF的表達 。高胰島素、糖基化終末產(chǎn)物(AEGs)及高糖、缺氧等情況下，通過激活磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)、絲-蘇氨蛋白激酶AKT(又稱蛋白酶B)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和(FRAP)等信號途徑來增加HIF-1α蛋白水平，從而增加HIF-1α轉錄活性，通過誘導其下游基因VEGF的表達，進而增加VEGF mRNA的轉錄，從而最終誘使視網(wǎng)膜Muller細胞產(chǎn)生大量的VEGF，促進新生血管生成〔14〕。

2.3水通道蛋白4(AQP4)表達下降AQP4是介導水轉運的專一性通道蛋白，表達于不同組織和器官，視網(wǎng)膜細胞中主要定位于視網(wǎng)膜Muller細胞，主要功能時調節(jié)細胞內(nèi)外水分平衡及水分轉運相關的各項生理活動，參與調節(jié)細胞外間隙大小及K+濃度〔15〕。有實驗觀察到〔16〕，缺氧缺血、高糖等條件下，Muller細胞受損，同時導致AQP4的表達下降，并且呈濃度-時間依賴性，機制可能是由于Muller細胞中谷氨酸鹽釋放、水、離子轉運障礙，細胞去極化，丟失大部分K+到細胞外，導致細胞內(nèi)外K+，而AQP4介導水轉運可能伴有K+流出，通過足突將過多的K+泵入細胞，并伴有水外流，以代償滲透性的改變。另外，由于細胞間隙K+、H+及谷氨酰胺等興奮性氨基酸濃度上升，從而激活Muller細胞PKC，導致AQP4磷酸化，生物活性降低，細胞水腫。

2.4離子及離子通道的改變

2.4.1鈣離子與鈣離子通道鈣離子廣泛存在于細胞內(nèi)外，參與細胞生長和信號傳遞等重要生理功能，作為信號傳遞過程的中心環(huán)節(jié)，有著重要的意義。有研究發(fā)現(xiàn)〔17〕，在DR中，Muller細胞通過增加鈣離子通道開放概率而增加細胞內(nèi)鈣離子濃度，并與糖尿病病程呈正相關，包括血糖濃度、持續(xù)時間、胰島素濃度等，而高濃度血糖、高胰島素被認為是兩個獨立因素?？偨Y可能原因如下：(1)激活Muller細胞上L型鈣離子通道，使鈣離子進入細胞內(nèi)的量增加〔18〕；(2)鈣離子、VEGF通過激活PKC途徑，產(chǎn)生IP3，使鈣離子從鈣池中釋放〔19〕；(3)高血糖酶的糖基化直接抑制Ca2+-ATP酶活性，同時抑制Na+-Ca2+-ATP酶活性，使Ca2+從胞漿轉移到胞外受阻；(4)谷氨酸通過激活NMDA、AMPA受體，增加鈣離子內(nèi)流〔20〕；(5)糖酵解導致體內(nèi)pH值下降，從而促進鈣離子釋放〔21〕。Muller細胞的鈣離子內(nèi)流增強激活鈣依賴型K+流，從而促進Muller細胞增殖；另一方面胞內(nèi)的鈣超載，可誘導Muller細胞凋亡。

2.4.2鉀離子與鉀通道的改變正常成熟的Muller細胞胞膜具有高鉀離子傳導性，通過特定的通道高密度表達所致，主要包括：(1)Kir家族的內(nèi)向整流通道，主要是Kir4.1和Kir2.1，前者是介導K+緩沖作用，后者幾乎無外向鉀離子流；(2)雙孔鉀離子通道(TASK)通道，允許去極化膜電位時的外向電流；(3)鈣離子依賴性鉀離子通道(BK通道)，需要胞內(nèi)Ca2+濃度增加或膜去極化以進入開放狀態(tài)。有多個實驗觀察到〔22〕：Muller細胞分別在高糖、高胰島素、缺血缺氧的情況下，胞膜上的K+傳導性下降，導致視網(wǎng)膜K+動態(tài)平衡紊亂，影響Muller細胞的生物功能，最終使細胞死亡?？偨Y原因可能與下述機制相關〔23〕：(1)Na+-K+-ATP酶活性下降，K+細胞內(nèi)流減少，導致細胞外K+增高，使K+依賴性神經(jīng)細胞興奮和谷氨酸鹽毒性；(2)Kir4.1蛋白的錯位及氧化應激，從而引起Kir4.1 通道介導的電流下調，損害跨膠質細胞 K+電流，導致細胞再極化過程受阻，損害細胞生物功能；(3)Kir2.1蛋白表達下降，使細胞外鉀進入細胞內(nèi)的時間延長，影響細胞再極化過程，從而導致Muller細胞生物學功能下降，具體機制尚不清楚；(4)BK通道開放概率降低，使K+外流降低，并影響細胞去極化過程。由于胞外高鉀，影響內(nèi)向修飾鉀通道，破壞離子和水平衡，最終導致Muller細胞死亡。

2.5細胞凋亡細胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主的有序死亡。有實驗研究觀察到〔9〕視網(wǎng)膜Muller細胞長時間暴露于高糖、高游離脂肪酸、缺血缺氧等環(huán)境中時，胞漿皺縮，線粒體空泡樣改變，染色質凝集貼附于核膜周邊，核固縮，并有凋亡小體形成。凋亡機制可分為3個主要方面：谷氨酸的神經(jīng)毒性作用、鈣離子超載及氧化應激，其中氧化應激被認為是主要途徑。

2.5.1谷氨酸神經(jīng)毒性上文已經(jīng)提到，過多的谷氨酸通過影響谷氨酸受體的功能引起離子平衡紊亂，從而激活神經(jīng)毒性信號轉導途徑。目前研究最多的機制是由NMDA受體所介導〔24〕：(1)谷氨酸-一氧化氮-cGMP途徑：NMDA受體活化引起突觸后神經(jīng)元內(nèi)Ca2+濃度升高，隨后與鈣調節(jié)蛋白結合，激活一氧化氮合成酶，增加一氧化氮的合成，從而激活鳥苷酸環(huán)化酶(GC)，使cGMP生成增多，作為第二信使導致神經(jīng)毒性；(2)ATP的減少：鈣及鈣調蛋白依賴的蛋白磷酸酶的活動，使Na+-K+-ATP酶去磷酸化，活動加強，ATP消耗過多；線粒體內(nèi)的Ca2+增多，削弱了呼吸鏈和ATP活動；增多的鈣活化了一氧化氮合成酶，一氧化氮增多，削弱了呼吸鏈中的某些含有亞鐵血紅素的組分，降低ATP酶的活性。

2.5.2鈣超載上文中對鈣離子超載的機制進行了描述，而鈣離子超載可以通過下列途徑損傷細胞，促進細胞凋亡〔25〕：(1)鈣依賴鈣激活蛋白酶活化而直接激活Caspases;(2)鈣激活蛋白酶裂解Bax而增加其促凋亡活性;(3)鈣激活蛋白酶還可通過Caspases執(zhí)行凋亡,Ca2+信號能導致Bad活化,使線粒體對促凋亡Bcl-2家族成員敏感性增加,這可能與Ca2+能誘導MPTP(線粒體通透性改變孔)的開放有關;(4)同時由于MPTP的開放改變，導致線粒體腫脹，功能失調。

2.5.3氧化應激高糖、高游離脂肪酸等環(huán)境下，細胞內(nèi)的自由基增多，均存在明顯的氧化應激現(xiàn)象〔26〕。氧化應激是指在各種有害刺激下體內(nèi)的自由基和活性氮自由基產(chǎn)生過多，抗氧化系統(tǒng)不能與之抗衡，而通過調節(jié)各種信號轉到通路及基因表達而損傷組織、細胞等。關于Muller細胞氧化損傷的主要路徑為線粒體途徑，具體機制如下：由于氧自由基及活性氮自由基的增加，引起線粒體去極化，促進細胞色素C的釋放，觸發(fā)蛋白水解酶家族caspases激活的級聯(lián)反應，通過內(nèi)源性凋亡途徑導致細胞死亡；另外，氧化應激下調bcl-2啟動子，觸發(fā)線粒體源性細胞凋亡。除此之外，細胞內(nèi)Ca2+濃度增加，激活NF-kB，上調Fas的表達，與FasL結合增加，通過死亡受體通路，觸發(fā)caspases家族產(chǎn)生級聯(lián)反應，從而誘發(fā)細胞凋亡。

3展望

糖尿病早期視網(wǎng)膜Muller細胞的超微結構和生理功能就已經(jīng)發(fā)生改變，影響整個DR的進展，因此，如何通過抑制或延緩甚至逆轉受損Muller細胞的功能，成為至關重要的一環(huán)，已經(jīng)有學者提出通過移植Muller細胞來治療DR的提議。就目前而言，人們對Muller細胞的研究已從分子水平跨入基因水平，這對于進一步了解視網(wǎng)膜發(fā)病機制和治療有明顯幫助的。

4參考文獻

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〔2015-02-11修回〕

(編輯李相軍)

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