姜萌萌，柳 林，張敬法,2

0引言

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)作為糖尿病最常見的并發(fā)癥，是全球范圍內(nèi)工作人群致盲的首要原因[1]。糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生發(fā)展與糖尿病其它并發(fā)癥有密切聯(lián)系，可作為大血管并發(fā)癥的風險預估和評測指標[2]。然而目前臨床針對糖尿病視網(wǎng)膜病變的診斷和治療主要在微血管損害發(fā)生后，此時疾病往往已經(jīng)進展到后期，患者視功能已發(fā)生明顯損害。因此，糖尿病視網(wǎng)膜病變的早診斷及早治療對患者來說可以最大程度降低疾病帶來的風險。研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變在糖尿病視網(wǎng)膜病變早期已經(jīng)發(fā)生，且與視網(wǎng)膜微血管損傷緊密相關[3]。隨著研究進展，糖尿病視網(wǎng)膜病變不再是傳統(tǒng)意義上單一的糖尿病微血管并發(fā)癥，視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變在糖尿病視網(wǎng)膜病變中扮演的角色受到越來越多的重視，并為更早期介入糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療提供可能。本篇綜述旨在總結(jié)早期糖尿病視網(wǎng)膜病變中視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變的表現(xiàn)及發(fā)生機制，并探究其與視網(wǎng)膜微血管病變之間的關系。

1糖尿病視網(wǎng)膜病變中視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變的表現(xiàn)

神經(jīng)血管單元(neurovascular unit，NVU)概念的提出，為解釋糖尿病視網(wǎng)膜病變中視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變奠定了生理基礎[4]。NVU的概念首先在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中提出并用于研究神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞及血管之間的關系，后被延伸到眼科領域以更好地研究視網(wǎng)膜相關疾病[4-5]。視網(wǎng)膜中，NVU的細胞組成包括神經(jīng)元(如神經(jīng)節(jié)細胞、無長突細胞、水平細胞和雙極細胞)、膠質(zhì)細胞(Müller細胞、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞)和血管組成細胞(血管內(nèi)皮細胞和周細胞)。在NVU中，各細胞組件之間交流密切，共同構(gòu)成血-視網(wǎng)膜內(nèi)屏障(inner blood-retinal barrier，iBRB)，同時通過血流動力學方式完成血管自我收縮及擴張調(diào)節(jié)以應對視網(wǎng)膜微環(huán)境變化，維持視網(wǎng)膜正常功能[4-5]。研究表明，在出現(xiàn)可見的微血管病變之前，如微血管瘤、點狀出血等，早期糖尿病視網(wǎng)膜病變的臨床特征就已出現(xiàn)，如閃光誘發(fā)血管收縮法(flicker-evoked vasodilation)可檢測出視網(wǎng)膜微血管自我調(diào)節(jié)功能障礙，表明NVU細胞組件功能損害[4]。研究證實糖尿病視網(wǎng)膜病變中神經(jīng)元退行性病變包括視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡(neuronal apoptosis)和膠質(zhì)反應(reactive gliosis)兩個主要特征[4-5]。

1.1視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡在視網(wǎng)膜的眾多神經(jīng)元中，光感受器細胞(視桿細胞和視錐細胞)對光敏感并能夠感受光。來自視桿細胞和視錐細胞的神經(jīng)信號經(jīng)過視網(wǎng)膜上其他神經(jīng)元的處理和傳遞后，最終由視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞以動作電位的形式經(jīng)其軸突聚集形成的視神經(jīng)傳輸出至大腦。

神經(jīng)節(jié)細胞(GCs)的凋亡在糖尿病視網(wǎng)膜病變中最先被發(fā)現(xiàn)。早在1961年，密歇根大學的Wolter通過對糖尿病患者供體眼的研究，檢測到供體視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細胞層萎縮和內(nèi)核層(INL)變性，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變是糖尿病視網(wǎng)膜病變病程中的一個重要事件。這一發(fā)現(xiàn)后來被Barber和Gardner等科學家證實，至此，糖尿病視網(wǎng)膜病變中，神經(jīng)節(jié)細胞凋亡被廣泛接受[4-5]。目前研究證實糖尿病視網(wǎng)膜病變中所有神經(jīng)元，包括神經(jīng)節(jié)細胞、無長突神經(jīng)細胞、雙極細胞、水平細胞和光感受器細胞均會發(fā)生凋亡[5]。

視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡可導致視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)破壞和功能障礙，這些病理學特征在臨床檢查中也能得到驗證，如利用光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)可檢測視網(wǎng)膜厚度(retinal thickness，RT)和神經(jīng)纖維層(retinal nerve fiber layer，RNFL)、神經(jīng)節(jié)細胞層(ganglion cell layer，GCL)厚度變薄，這些神經(jīng)元病變甚至早于臨床上所能檢測到的微血管病變[6]。多焦視網(wǎng)膜電圖(multifocal electroretinography，mfERG)作為檢測視網(wǎng)膜功能的金標準可檢測到糖尿病視網(wǎng)膜病變患者P1潛伏期延長，提示視網(wǎng)膜功能減退[6]。糖尿病患者視網(wǎng)膜神經(jīng)元病變還表現(xiàn)在患者辨色能力下降、對比敏感度降低、暗適應延遲和視野異常，嚴重導致患者視覺相關的生活質(zhì)量下降。

1.2膠質(zhì)反應視網(wǎng)膜中的膠質(zhì)細胞包括大膠質(zhì)細胞(Müller膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞)和小膠質(zhì)細胞。膠質(zhì)細胞作為NVU的重要細胞組件，在參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜血流、維持水離子平衡以及血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)完整性方面發(fā)揮了重要作用。在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，上述三種膠質(zhì)細胞反應不一，即膠質(zhì)反應，共同損害了視網(wǎng)膜NVU[5]并參與了糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性病變的發(fā)生與發(fā)展。

1.2.1大膠質(zhì)細胞反應大膠質(zhì)細胞在視網(wǎng)膜中與視網(wǎng)膜血管的關系依位置不同稍有差別，視網(wǎng)膜淺層血管由Müller細胞和星形膠質(zhì)細胞共同包繞；而深層血管僅由Müller細胞包繞，這種分布差異提示膠質(zhì)細胞在糖尿病視網(wǎng)膜病變尤其是黃斑水腫發(fā)病機制中可能發(fā)揮重要作用。

Müller細胞作為視網(wǎng)膜中主要的大膠質(zhì)細胞，是唯一跨越視網(wǎng)膜全層的細胞，與視網(wǎng)膜血管和視網(wǎng)膜神經(jīng)元都有密切聯(lián)系[7]。研究表明，早期糖尿病視網(wǎng)膜病變與Müller細胞反應性增生有關，表現(xiàn)為Müller細胞數(shù)量增多、胞體肥大、膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)和水通道蛋白(aquaporins，AQPs)早期表達水平升高等[8]。在糖尿病視網(wǎng)膜病變早期，Müller細胞通過反應性增生并釋放生長因子和細胞因子對紊亂的視網(wǎng)膜微壞境進行代償，但隨著疾病進展，視網(wǎng)膜內(nèi)微環(huán)境持續(xù)惡化，Müller細胞逐漸失代償，參加并導致視網(wǎng)膜慢性炎癥反應、神經(jīng)元功能障礙、新生血管形成等[7]。

星形膠質(zhì)細胞是視網(wǎng)膜內(nèi)另一種大膠質(zhì)細胞，其參與iBRB的形成并維持其功能的完整。星形膠質(zhì)細胞表達縫隙連接蛋白，如Connexin 43等，有利于NVU之間信息的交流與溝通。在早期糖尿病視網(wǎng)膜病變中，星形膠質(zhì)細胞與Müller細胞反應不同，其發(fā)生退行性病變，早期就出現(xiàn)了細胞凋亡，表現(xiàn)為細胞數(shù)量減少、GFAP表達早期降低等[9]。

1.2.2小膠質(zhì)細胞反應小膠質(zhì)細胞是視網(wǎng)膜中特化的巨噬細胞，參與維持視網(wǎng)膜內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定[10]。生理條件下，視網(wǎng)膜中小膠質(zhì)細胞處于靜息狀態(tài)，呈分枝狀；如果內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)破壞，小膠質(zhì)細胞迅速活化，呈阿米巴樣，并迅速遷移至病灶處發(fā)揮作用。在早期糖尿病視網(wǎng)膜病變中，小膠質(zhì)細胞處于活化狀態(tài)，表現(xiàn)為數(shù)量增多、遷移增強、形態(tài)從分枝狀變?yōu)榘⒚装蜖?，并釋放炎癥因子等[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)，激活的小膠質(zhì)細胞有兩種作用相反的表型，即促炎型(M1)和抗炎型(M2)，在糖尿病視網(wǎng)膜病變早期，激活的小膠質(zhì)細胞主要以M2型為主，對視網(wǎng)膜有保護作用。而到晚期，M1型小膠質(zhì)細胞逐漸增加并占據(jù)主導地位，導致視網(wǎng)膜微血管病變、神經(jīng)元損傷等[5，10]。

2糖尿病視網(wǎng)膜病變中視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變的分子機制

2.1高血糖在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，高血糖(hyperglycemia)可以通過多種生化代謝途徑導致視網(wǎng)膜氧化應激并形成惡性環(huán)路，相互促進導致視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變的發(fā)生發(fā)展[12]。(1)多元醇途徑增強。高血糖會導致多元醇途徑增加，導致山梨醇在細胞內(nèi)積累，降低NADPH/NADP含量，增加NADH/NAD+比值，細胞NADPH的下降可能會減少細胞中一氧化氮的生成，改變細胞氧化還原平衡。(2)晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)生成增加。高血糖也會促進蛋白質(zhì)的糖基化，早期糖基化尚可逆，但晚期不可逆。AGEs可以通過特定的受體(RAGE)激活炎癥細胞，如單核細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞等產(chǎn)生炎癥因子。(3)蛋白激酶C(PKC)通路活化。高血糖通過糖酵解途徑導致磷酸丙糖生成增多，最終導致甘油二脂(DAG)合成增加，DAG可進一步激活蛋白激酶C通路。在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，當PKC途徑激活時，其介導的大量生化信號通路上調(diào)，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等，導致視網(wǎng)膜損害。(4)氨基己糖途徑增強。在氨基己糖途徑中，6-磷酸果糖被一系列酶轉(zhuǎn)化成二磷酸尿嘌呤-N-乙酰葡萄糖胺(UDP-N-acetylglucosamine，UDP-Glc-NAc)，后者是許多胞質(zhì)及核蛋白的調(diào)節(jié)因子。糖尿病視網(wǎng)膜病變中，UDP-Glc-NAc合成增加與一系列病理過程有關。(5)聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)激活。PARP活化會消耗大量的NAD+并抑制三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)生成，進而引起視網(wǎng)膜神經(jīng)元的損傷及膠質(zhì)細胞的激活。

2.2氧化應激在糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)生發(fā)展過程中，活性氧(ROS)的產(chǎn)生主要取決于兩個因素：(1)線粒體氧化磷酸化；(2)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)-氧化酶(Nox)系統(tǒng)。線粒體是細胞內(nèi)ROS來源的主要途徑，在糖尿病中，線粒體電子傳輸?shù)慕馀悸?lián)導致過多的超氧化物產(chǎn)生可能刺激多種異常生化反應代謝途徑，如多元醇、PKC和AGEs途徑。而Nox系統(tǒng)可以產(chǎn)生ROS，并通過接受NADPH中的電子將其轉(zhuǎn)運給分子氧，催化分子氧生成超氧化物和/或過氧化氫[13]。細胞內(nèi)ROS聚積標志著氧化應激(oxidative stress)程度增高，繼而介導異常的生化代謝反應。由于神經(jīng)元承擔著復雜的生理功能，更容易受視網(wǎng)膜微環(huán)境變化而代謝紊亂，產(chǎn)生氧化應激，導致視網(wǎng)膜功能障礙及神經(jīng)元退行病變的發(fā)生[12，14]。

2.3線粒體損傷在高血糖的情況下，葡萄糖代謝通過主要途徑和替代途徑得到增強，糖酵解及線粒體內(nèi)大量產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)為ROS提供合成原料。由于線粒體是視網(wǎng)膜細胞內(nèi)源性ROS的重要來源，容易受ROS損害。高血糖生成的ROS和伴隨的氧化應激導致電子傳遞鏈功能受損，其本身導致線粒體DNA受損。線粒體損傷(mitochondrial dysfunction)導致線粒體功能損害，能量生產(chǎn)減少，導致視網(wǎng)膜病變的發(fā)生和發(fā)展[15]。

2.4谷氨酸毒性作用谷氨酸是視網(wǎng)膜中重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。視網(wǎng)膜中Müller細胞主要負責調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜細胞內(nèi)外的谷氨酸水平。谷氨酸有兩種代謝方式，即酰胺化生成谷氨酰胺和轉(zhuǎn)胺生成α-酮戊二酸。研究表明，谷氨酸水平過高與中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)元損傷有關[16]。在高血糖狀態(tài)下，膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元之間谷氨酸和谷氨酰胺的平衡被改變，在視網(wǎng)膜神經(jīng)變性中起重要作用。二者失衡包括如下可能的機制：(1)Müller細胞中谷氨酰胺合成酶活性降低；(2)谷氨酸被氧化為α-酮戊二酸；(3)Müller細胞對谷氨酸的攝取減少，導致神經(jīng)視網(wǎng)膜細胞外谷氨酸的積累[15-16]。

2.5神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌減少腦衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞具有保護作用，糖尿病患者視網(wǎng)膜中BDNF水平降低[15]。神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)被證明可以防止神經(jīng)元和Müller細胞發(fā)生凋亡。相反，它的前體蛋白(pro-NGF)則被認為具有促進視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡的作用。糖尿病視網(wǎng)膜的氧化應激環(huán)境破壞pro-NGF到成熟NGF生成的過程，NGF生成障礙，pro-NGF/NGF比例失衡，從而導致神經(jīng)節(jié)細胞死亡、血管通透性增加和視網(wǎng)膜炎癥[17]。色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)是一種有效的血管生成抑制劑，被認為具有保護神經(jīng)元免受光損傷和氧化應激的作用，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者和小鼠視網(wǎng)膜中PEDF水平下降[15]。

2.6炎癥因子增加在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，視網(wǎng)膜氧化應激導致內(nèi)皮細胞、膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元分泌眾多炎癥因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-8、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、細胞間黏附分子-1(intracellular adhesion molecule-1,ICAM-1)等。這些炎癥因子在視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變中發(fā)揮了重要作用[12]。視網(wǎng)膜炎癥因子的聚積導致視網(wǎng)膜處于低中度炎癥水平，引起B(yǎng)RB破壞，加重神經(jīng)元凋亡。血管生成素2(angiopoietin 2，Ang2)可以導致星形膠質(zhì)細胞凋亡，導致BRB破壞[9]。炎癥因子也可以直接激活小膠質(zhì)細胞和Müller細胞，并導致星形膠質(zhì)細胞死亡，促進視網(wǎng)膜神經(jīng)元退行性病變的進展[10]。

3糖尿病視網(wǎng)膜病變中神經(jīng)元退行性病變和微血管損傷的聯(lián)系

3.1神經(jīng)元退行性病變與血-視網(wǎng)膜屏障破壞糖尿病視網(wǎng)膜病變的早期階段微血管病變包括iBRB的破壞和血管基底膜的增厚，同時伴有周細胞和內(nèi)皮細胞凋亡和丟失[3，5]。隨著疾病的進展，新生血管生成甚至破裂出血，造成嚴重的視力損害。研究表明，糖尿病視網(wǎng)膜病變早期神經(jīng)元退行性病變及微血管損傷均會發(fā)生，但二者之間的聯(lián)系并不十分明確。有研究認為由于視網(wǎng)膜神經(jīng)元本身可能是氧化應激的重要來源，能促進視網(wǎng)膜炎癥環(huán)境形成[5，12]。也有研究表明視網(wǎng)膜神經(jīng)元可分泌信號蛋白-3a(semaphorin-3a)等分子，促進BRB功能障礙，可能導致黃斑水腫[18]。糖尿病視網(wǎng)膜病變中膠質(zhì)細胞激活同樣會釋放大量促炎作用炎癥因子，導致iBRB的破壞，促進微血管損傷[7，10]。由于微血管損傷引起視網(wǎng)膜內(nèi)環(huán)境紊亂，導致神經(jīng)元退行性病變的發(fā)生發(fā)展[3]。

3.2神經(jīng)元退行性病變與微血管病變有研究利用電鏡觀察2型糖尿病患者視網(wǎng)膜組織切片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Müller細胞可引起毛細血管壁的改變和阻塞，引起增殖性視網(wǎng)膜病變和視網(wǎng)膜囊樣變性，提示神經(jīng)膠質(zhì)細胞退行性病變早于微血管病變，為神經(jīng)細胞和膠質(zhì)細胞在糖尿病視網(wǎng)膜病變病理過程中的作用提供了形態(tài)學證據(jù)[19]。

mfERG作為檢測視網(wǎng)膜功能比較敏感的方法，可提示視網(wǎng)膜尤其是神經(jīng)元的功能。有研究對11項使用mfERG檢測神經(jīng)退行性變的研究進行總結(jié)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)尚未出現(xiàn)糖尿病視網(wǎng)膜病變的患者中，mfERG的潛伏期明顯延長，提示神經(jīng)元退行性病變出現(xiàn)在微血管病變之前[20]。歐洲大樣本臨床研究(European Consortium for the Early Treatment of Diabetic Retinopathy，EUROCONDOR)對納入的449例糖尿病患者分析發(fā)現(xiàn)58%的患者在沒有臨床意義上視網(wǎng)膜病變的情況下存在mfERG異常，提示神經(jīng)元退行性病變早于微血管病變出現(xiàn)[6]。

OCT可通過檢測和分析視網(wǎng)膜各層厚度提示神經(jīng)元退行性病變的發(fā)生。通過對45例糖尿病患者4a的OCT隨訪發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者RNFL和GCL厚度隨著糖尿病進展變薄，而且要早于糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變[21]。另有研究通過分析OCT結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖尿病患者神經(jīng)元病變早于臨床上可見的微血管病變[20]。

此外，隨著光學相干斷層掃描血管成像(optical coherence tomography angiography，OCTA)技術(shù)的臨床應用，在糖尿病早期發(fā)現(xiàn)進行性結(jié)構(gòu)性視網(wǎng)膜神經(jīng)病變與旁中心凹微血管的改變密切相關，黃斑神經(jīng)節(jié)細胞/內(nèi)叢狀層(macular ganglion cell/inner plexiform layer，mGCIPL)變薄可能先于微血管損傷[22]。然而，EUROCONDOR研究另一項分析也發(fā)現(xiàn)無糖尿病視網(wǎng)膜病變或早期糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的視網(wǎng)膜血管直徑與神經(jīng)視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)變化無明顯相關性[23]。也有研究報道OCTA檢查發(fā)現(xiàn)糖尿病視網(wǎng)膜病變早期視神經(jīng)乳頭區(qū)微血管損傷出現(xiàn)在神經(jīng)損傷之前[24]。

因此，雖然目前大量研究為神經(jīng)元退行性病變早于微血管損傷提供了證據(jù)，但是解釋二者之間的關系仍需要更多臨床和基礎研究。

4總結(jié)

糖尿病不僅會引起典型的視網(wǎng)膜微血管病變還會引起以神經(jīng)元凋亡和膠質(zhì)細胞反應為特征的神經(jīng)退行性變，神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能障礙在糖尿病引起的神經(jīng)血管損傷中發(fā)揮著重要作用。然而目前對視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變和微血管疾病之間的細胞和分子機制的了解仍然有限，需要更多的研究來闡述復雜的細胞相互作用關系。有證據(jù)表明，神經(jīng)退行性變是糖尿病視網(wǎng)膜病變的早期事件，可能與微血管疾病的發(fā)生和進展無關，屬于糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)病的獨立事件。因此，在未來的研究中，期望大樣本的納入及高度敏感新技術(shù)的應用來更好地闡述這一問題。