李 紅 綜述，樊映川 審校

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院眼科，四川 成都 610072)

視網(wǎng)膜神經(jīng)血管相互作用機(jī)制及其在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的病理改變的研究進(jìn)展

李 紅1綜述，樊映川2審校

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院眼科，四川 成都 610072)

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)的發(fā)病機(jī)制至今尚未完全闡明，目前通過(guò)對(duì)視網(wǎng)膜生理結(jié)構(gòu)和功能的研究，提示DR可能是視網(wǎng)膜神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU)結(jié)構(gòu)和功能改變的結(jié)果。重建視網(wǎng)膜神經(jīng)血管之間的相互作用，為DR的藥物治療提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。

糖尿病視網(wǎng)膜病變；神經(jīng)血管單元；治療

神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能單位，具有控制局部能量代謝、維持微環(huán)境等重要生理功能，各組分間在功能和調(diào)控上密切相關(guān)。糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病最嚴(yán)重的微血管病變之一，其發(fā)病機(jī)制至今尚未完全闡明。目前，通過(guò)對(duì)視網(wǎng)膜生理結(jié)構(gòu)和功能的研究，提示DR可能是視網(wǎng)膜NVU結(jié)構(gòu)和功能改變的結(jié)果。本文就視網(wǎng)膜神經(jīng)血管相互作用的機(jī)制及其在DR中的病理改變作一綜述。

1 NVU

1.1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的NVU 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元的活動(dòng)和局部的血流量是緊密耦合的，被稱為功能性充血，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)維持動(dòng)態(tài)平衡的基本機(jī)制之一。大腦的功能性充血，是由一組彼此密切相關(guān)的細(xì)胞完成，即所謂的NVU[1]。NVU將血管和神經(jīng)細(xì)胞之間的相互作用看作一個(gè)整體進(jìn)行研究，其組成結(jié)構(gòu)包括微血管、血管周圍的星形細(xì)胞突起及由這些突起所支持的神經(jīng)元以及軸突[2]。每個(gè)組件都相互緊密聯(lián)系在一起，形成一個(gè)解剖和功能的整體，從而建立一個(gè)高效的腦血流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)[3]。NVU對(duì)維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能起著重要作用，一旦發(fā)生破壞往往會(huì)導(dǎo)致各種形式的疾病[4]。例如，目前公認(rèn)中風(fēng)就是擾亂“神經(jīng)血管單元”的結(jié)果[5]。此外還涉及到阿爾茨海默氏病[6]、癲癇[7]、帕金森氏病、偏頭痛和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的其他疾病。視網(wǎng)膜是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，視網(wǎng)膜血管的性質(zhì)類似于大腦血管。視網(wǎng)膜各種細(xì)胞之間的相互作用對(duì)維持其組織穩(wěn)態(tài)也起到重要作用，且相互作用遭到損害即可導(dǎo)致視網(wǎng)膜疾病的發(fā)生和/或發(fā)展[8]。盡管許多實(shí)驗(yàn)集中于研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)血管耦合的細(xì)胞和分子機(jī)制，但很少研究活體動(dòng)物眼睛的神經(jīng)活動(dòng)與血管功能之間的關(guān)系。

1.2 視網(wǎng)膜中神經(jīng)血管的相互作用 視網(wǎng)膜是體內(nèi)新陳代謝最活躍的組織，單位組織的血供率需求最高。視網(wǎng)膜細(xì)胞的代謝改變?nèi)Q于內(nèi)部(例如，血壓的變化)和外部(例如，曝光水平)因素的影響。視網(wǎng)膜血管通過(guò)響應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，滿足這些不同的因素，從而控制組織的血液供給。大量研究表明，視網(wǎng)膜血液循環(huán)受內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)元的活動(dòng)和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活的調(diào)節(jié)。使用脫氧葡萄糖追蹤代謝活動(dòng)，顯示閃爍光的刺激選擇性地升高了兔[9]和猴[10]內(nèi)層視網(wǎng)膜細(xì)胞的代謝需求。同時(shí)，在大鼠眼中可以記錄到閃爍光致視網(wǎng)膜血管氧分壓的變化[11]。此外，通過(guò)功能磁共振成像獲得的血氧水平依賴性信號(hào)也可以檢測(cè)到視覺刺激引起的血管內(nèi)PO2的改變[12]。這種視網(wǎng)膜代謝變化引起血液循環(huán)增強(qiáng)的反應(yīng)，被稱為視覺誘發(fā)血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。

1.2.1 神經(jīng)血管耦合的機(jī)制 已經(jīng)有幾種機(jī)制提出來(lái)，解釋了閃爍光刺激即增加神經(jīng)元的活動(dòng)能誘導(dǎo)視網(wǎng)膜血流量增加的原理。例如，一氧化氮(NO)似乎對(duì)大腦中神經(jīng)元活性依賴性的血管舒張是一個(gè)重要的參與因素[13]，且一氧化氮合酶(NOS)抑制劑能使閃爍光誘導(dǎo)的視乳頭和視網(wǎng)膜的血管舒張發(fā)生減弱[14]。突觸釋放谷氨酸鹽，作用在神經(jīng)元的天門冬氨酸(NMDA)受體上，使細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度提高，從而激活神經(jīng)元的NOS。釋放的NO通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)的環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)來(lái)松弛血管平滑肌細(xì)胞。除了血管擴(kuò)張作用，NO還可以調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管之間的信號(hào)傳遞[15]。目前已證實(shí)，在視網(wǎng)膜動(dòng)脈周圍存在血管周圍氮能神經(jīng)(一種依賴于NO傳遞信息的自主神經(jīng))[16]。因此，氮能神經(jīng)源性的NO也有助于視網(wǎng)膜循環(huán)的調(diào)節(jié)。

神經(jīng)元釋放的遞質(zhì)可誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，導(dǎo)致磷脂酶A2的活化和花生四烯酸的產(chǎn)生[17]?；ㄉ南┧峥杀淮x成許多血管活性化合物，包括前列腺素和環(huán)氧二十碳三烯酸(EETs)，都可擴(kuò)張血管，以及20-羥-二十烷四烯酸(20-HETE)，其可收縮血管。因此，不同的條件下，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活則可使血管發(fā)生舒張或收縮[15]。

視網(wǎng)膜血管周圍細(xì)胞可控制視網(wǎng)膜小動(dòng)脈的血管張力，這種作用由可擴(kuò)散的化學(xué)信使介導(dǎo)。有研究表明，NMDA可作用在血管周圍細(xì)胞上，擴(kuò)張視網(wǎng)膜小動(dòng)脈[18]。這一發(fā)現(xiàn)表明，視網(wǎng)膜細(xì)胞如視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞，可通過(guò)表達(dá)NMDA，從而控制血管張力。刺激血管周圍細(xì)胞上的NMDA受體后，ATP發(fā)生水解并合成腺苷酸，從而調(diào)節(jié)NMDA的血管擴(kuò)張作用。盡管這些結(jié)果不能解釋神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在這種現(xiàn)象中的作用，但仍然能表明代謝變化能夠影響視網(wǎng)膜的血管張力。

1.2.2 視網(wǎng)膜血液循環(huán)中兒茶酚胺的作用 視網(wǎng)膜血管缺乏交感神經(jīng)支配，但表達(dá)α-和β-腎上腺素能受體。因此，可以通過(guò)增加腎上腺髓質(zhì)釋放兒茶酚胺，激活自主神經(jīng)系統(tǒng)，從而改變視網(wǎng)膜血管張力。對(duì)老鼠的研究表明，腎上腺素刺激β2-和β3-腎上腺素能受體使視網(wǎng)膜血管舒張[19]，而去甲腎上腺素刺激α1A-和α1D-腎上腺素能受體使視網(wǎng)膜血管收縮[20]。另一方面，外源性給入去甲腎上腺素不能改變?nèi)艘暰W(wǎng)膜的血流量[21]。所以作者得出的結(jié)論是，即使循環(huán)中有高水平的去甲腎上腺素，仍對(duì)視網(wǎng)膜血流量的調(diào)節(jié)影響較小。然而，目前仍有少量關(guān)于兒茶酚胺對(duì)控制視網(wǎng)膜血流量作用的信息。

1.2.3 視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在血管網(wǎng)形成中的作用

在小鼠模型中，視網(wǎng)膜血管在出生后即開始發(fā)育，在第7天即覆蓋大部分的視網(wǎng)膜，20天后發(fā)育完全。然而，在缺乏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGCs)的小鼠中，視網(wǎng)膜血管網(wǎng)則完全沒有發(fā)育[22]。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物琥珀酸鹽可作用在RGCs表達(dá)的GPR91受體上，其主要積聚在視網(wǎng)膜的缺氧區(qū)域，剔除RGCs上的受體，可使視網(wǎng)膜病變模型中的病理性新生血管的形成大幅減少[22]。因此，RGCs似乎在視網(wǎng)膜新生血管形成的生理和病理上發(fā)揮重要作用。

2 糖尿病對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)血管耦合的影響

糖尿病能同時(shí)損害視網(wǎng)膜的神經(jīng)元活動(dòng)和血管功能[23]，使得血管異常引起的內(nèi)層視網(wǎng)膜的血液供應(yīng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的代謝需求之間的不平衡，這些變化可導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺氧。相反，神經(jīng)活動(dòng)的減少可減輕血管的刺激反應(yīng)。在糖尿病患者中閃爍光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜血管擴(kuò)張減少[24]，這最有可能反映了高血糖引起的微血管損傷。在這種情況下，視網(wǎng)膜血管的內(nèi)皮細(xì)胞可能發(fā)生受損，然后釋放內(nèi)皮型NOS，這對(duì)其自身調(diào)節(jié)非常重要[24]。而且因?yàn)樘悄虿∫鸬难獫{粘度增強(qiáng)，血小板聚集增加，紅細(xì)胞變形性降低，也會(huì)導(dǎo)致血流量的減弱。反過(guò)來(lái)，這些變化導(dǎo)致的灌注問題以及視網(wǎng)膜的局部缺血，與DR的發(fā)展密切相關(guān)。

DR是一個(gè)復(fù)雜的病理過(guò)程，視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的異常，包括基底膜增厚，周細(xì)胞丟失和終末小動(dòng)脈閉塞，這些通常視為糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展的早期跡象。除了這些形態(tài)的改變，閃爍光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜血管擴(kuò)張也減少了，且這種反應(yīng)比糖尿病視網(wǎng)膜病變的臨床體征先被檢測(cè)到。在另一方面，也有報(bào)道表明神經(jīng)退行性改變可能先于這些血管的改變[25]。因此，在DR中，神經(jīng)細(xì)胞死亡和血管功能障礙之間的因果關(guān)系尚不清楚。

在DR中觀察到的閃爍光誘導(dǎo)的血管擴(kuò)張減少的機(jī)理還沒有完全弄清楚。然而，視網(wǎng)膜神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞的病理性改變可進(jìn)一步減少閃爍光誘導(dǎo)的血管舒張，并且可因此剝奪視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這一系列的改變將加劇DR的發(fā)展。

3 針對(duì)神經(jīng)血管相互作用治療視網(wǎng)膜疾病

對(duì)動(dòng)物模型或DR患者中神經(jīng)血管耦合的研究，闡明了DR的發(fā)病機(jī)制，為針對(duì)神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞-血管之間相互作用的藥物治療提供了發(fā)展的機(jī)會(huì)。接下來(lái)，對(duì)理?yè)?jù)基于視網(wǎng)膜神經(jīng)血管之間相互作用的新的治療方法進(jìn)行討論。

3.1 GABAc受體激動(dòng)劑 有研究假設(shè)：減少內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的活性會(huì)降低視網(wǎng)膜細(xì)胞的代謝需求，并減少視網(wǎng)膜的缺血或缺氧應(yīng)激[23]。γ-氨基丁酸(GABA)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。GABAc受體由于以下幾種原因受到特別關(guān)注，例如：①GABAc受體高表達(dá)于視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞的軸突終末，其末端是與內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞相連；②GABAc受體介導(dǎo)的持續(xù)反應(yīng)很少發(fā)生脫敏的跡象；③GABAc受體表現(xiàn)出較高的激動(dòng)劑敏感性，因此，相對(duì)低劑量的藥物即可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的期望抑制[23]。他們的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，GABAc激動(dòng)劑能提供藥物干預(yù)，能夠重新建立神經(jīng)元活性和血液供應(yīng)之間的平衡，可緩解受損視網(wǎng)膜的缺氧。

3.2 iNOS的抑制劑 在DR中觀察到iNOS的表達(dá)普遍增加[26]。NO的過(guò)量產(chǎn)生可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的凋亡[23]。視網(wǎng)膜組織中高水平的NO不會(huì)破壞血管反應(yīng)性，但會(huì)抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放延緩劑，破壞神經(jīng)元活性和血管舒張之間的耦合，從而導(dǎo)致血管舒張減少以及血管收縮增強(qiáng)[15]。因此，抑制iNOS和減少視網(wǎng)膜NO的水平也許能促進(jìn)神經(jīng)血管信號(hào)的正常化[26]。

3.3 血管緊張素II拮抗劑 實(shí)驗(yàn)和臨床證據(jù)已確定了視網(wǎng)膜上腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)的存在[27]。已確定視網(wǎng)膜RAS的組件包括血管細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞，這些組件參與了多種視網(wǎng)膜疾病(如DR和早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變)的發(fā)病機(jī)制，如增強(qiáng)了視網(wǎng)膜新生血管的形成、炎癥、氧化應(yīng)激以及神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的功能障礙。這些異?？赏ㄟ^(guò)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和血管緊張素II 1型(AT1)受體拮抗劑來(lái)治療減輕[28]。因此，作用于RAS的化合物可以用來(lái)修正神經(jīng)細(xì)胞-膠質(zhì)細(xì)胞-血管之間的相互作用，并可能最終用于糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，血管神經(jīng)單元的組件組成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，共同維持視網(wǎng)膜神經(jīng)元微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。在視網(wǎng)膜疾病中，細(xì)胞間通訊的中斷可能代表了糖尿病視網(wǎng)膜病變中一個(gè)附加的危險(xiǎn)因素。因此，未來(lái)努力開發(fā)藥物治療視網(wǎng)膜疾病的治療中，必須以糾正和/或重建神經(jīng)血管單元中細(xì)胞之間的相互作用為目標(biāo)。

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Neurovascular interactions in the retina：mechanism and the advances of pathological changes of diabetic retinopathy

LI Hong1，F(xiàn)AN Ying-chuan2

R774.1

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1672-6170(2015)03-0148-03

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