陳 志,王子佩,李 紅,2,3

0 引言

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病引起的可致盲眼部疾病,主要影響工作年齡人群。DR的基本病理改變主要為微血管病變相關的血-視網(wǎng)膜屏障(blood-retina barrier,BRB)破壞以及新生血管的形成[1]。但是,近年來越來越多的研究支持以神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞與血管系統(tǒng)組合形成的視網(wǎng)膜神經(jīng)血管單元(retinal neurovascular unit,RNVU)功能失調(diào)全程參與DR的發(fā)生發(fā)展。RNVU中小膠質(zhì)細胞失衡影響單元結構中其他細胞功能障礙,調(diào)整小膠質(zhì)細胞對維持RNVU正常功能至關重要[2]。本文將對DR視網(wǎng)膜神經(jīng)血管單元中小膠質(zhì)細胞的作用機制及研究進展進行綜述。

1 視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞

1.1生理功能小膠質(zhì)細胞起源于卵黃囊并且能夠自我更新,在視網(wǎng)膜和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)監(jiān)測局部周圍環(huán)境、參與主動免疫防御第一線[3]。正常情況下,視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞分布在視神經(jīng)纖維層(nerve fiber layer,NFL)、神經(jīng)節(jié)細胞層(ganglion cell layer,GCL)、內(nèi)叢狀層(inner plexiform layer,IPL)和外叢狀層(outer plexiform layer,OPL)[4]。主要功能:(1)清除視網(wǎng)膜中的細胞廢物[5];(2)抵抗感染性物質(zhì)的過程中參與抗原呈遞、炎癥反應和補體激活,并促進視網(wǎng)膜的組織修復和免疫調(diào)節(jié)[6];(3)調(diào)節(jié)祖細胞增殖、分化和神經(jīng)元存活[7];(4)維持基于突觸結構和視網(wǎng)膜正常視覺功能的突觸傳遞[8];(5)參與血管生成;(6)維持視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)[9]?？傮w上小膠質(zhì)細胞在哺乳動物類進化過程中發(fā)揮著基本相似的功能,與周圍的神經(jīng)元之間存在相互作用,維持視網(wǎng)膜正常生長、發(fā)揮免疫監(jiān)視、突觸修剪等作用。

1.2病理改變小膠質(zhì)細胞被認為是糖尿病患者高血糖信號的第一個檢測器[10],高糖環(huán)境下小膠質(zhì)細胞數(shù)量增多,移行至視網(wǎng)膜外核層(external nuclear layer,ONL)[11],部分學者認為顱內(nèi)高糖導致腦神經(jīng)血管單元(neurovascular unit,NVU)結構耦合失調(diào),血-腦屏障破壞,小膠質(zhì)細胞活化增生并向下移行至視網(wǎng)膜[12]。DR早期小膠質(zhì)細胞激活態(tài)M1型(促炎型)和M2型(抗炎型)均升高,隨著病情發(fā)展,M1/M2比例升高,M1型比例顯著高于M2型[13]。M1型是神經(jīng)炎癥的重要神經(jīng)毒性介質(zhì)之一,分泌促炎因子,如白細胞介素(IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF-α)、趨化因子,導致神經(jīng)元死亡或損傷[14],參與視網(wǎng)膜無灌注區(qū)的定位與新生血管形成[15],加劇BRB功能障礙,促進血管滲漏和內(nèi)皮周細胞凋亡[16]。M2型主要分泌多種抗炎因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子,抑制視網(wǎng)膜炎癥反應、保護神經(jīng)節(jié)細胞和光感受器細胞,減少新生血管形成[17],M1/M2比例異常誘導局部小膠質(zhì)細胞參與各種炎癥通路,加速DR進程。

2 視網(wǎng)膜神經(jīng)血管單元

2.1RNVU生理功能RNVU由神經(jīng)元(神經(jīng)節(jié)細胞、雙極細胞、水平細胞、無長突細胞及光感受器)、膠質(zhì)細胞(Müller膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞及星形膠質(zhì)細胞)、血管細胞(內(nèi)皮細胞和周細胞)共同耦合。小膠質(zhì)細胞分支接觸視網(wǎng)膜血管,分泌營養(yǎng)因子和血管生成因子,控制周細胞和內(nèi)皮細胞的凋亡,及時清除多余的血管碎片[18-20];Müller細胞、星形膠質(zhì)細胞為神經(jīng)元提供代謝支持,維持突觸傳遞[21]。與其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)比較,RNVU的微血管系統(tǒng)線粒體相對較少,視網(wǎng)膜血管密度較低[22]且以分層的方式組成,深血管叢位于內(nèi)核層(inner nuclear layer,INL)的外表面,中間血管叢位于IPL與INL之間的邊界和NFL中的淺表血管叢[23]。光信號傳導時,RNVU中小動脈和毛細血管會隨著神經(jīng)元活動而擴張,以增加血流量,并提供足夠的營養(yǎng)來滿足神經(jīng)元的代謝需求[24-25]。RNVU各類細胞和細胞間緊密連接組成BRB,維護屏障功能;神經(jīng)元和血管間緊密配合實現(xiàn)光信號及時快速的傳遞。

2.2糖尿病視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞激活與RNVU改變

2.2.1視網(wǎng)膜血管細胞變化高糖、缺血缺氧激活小膠質(zhì)細胞,通過PI3K/STAT3/NF-κB信號通路釋放過量的促炎介質(zhì)、細胞因子、趨化因子、補體、半胱天冬酶以及谷氨酸等誘導視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞凋亡;活化的小膠質(zhì)細胞穿透內(nèi)層血-視網(wǎng)膜屏障(inner blood-retinal barrier,iBRB)的基底膜并吞噬iBRB內(nèi)皮細胞,或誘導視網(wǎng)膜血管周細胞產(chǎn)生活性氧基團(reactive oxygen species,ROS),上調(diào)NF-κB-p65蛋白和Caspase-3蛋白,加速周細胞凋亡,重塑血管[26-29];小膠質(zhì)細胞來源的旁分泌途徑產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)與VEGF/VEGFR-2結合介導視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞生成反應,改變新生血管管壁完整性,促進DR中視網(wǎng)膜新生血管長出及血管滲漏[30];在DR的缺血缺氧條件下因BRB中的連接蛋白半通道開放促進ATP從細胞內(nèi)流出,ATP過度刺激、激活P2X7受體誘導視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞活化,分泌IL-1β、TNF-α等細胞因子增加,刺激NLRP3炎癥小體自分泌激活,局部上調(diào)的炎癥因子導致血管周細胞損傷,鈣信號、鉀離子通道失調(diào),促進DR中的炎癥反應,引發(fā)微血管細胞、神經(jīng)元死亡[31-33]。

2.2.2大膠質(zhì)細胞變化RNVU中包含兩類大膠質(zhì)細胞,即Müller細胞和星形膠質(zhì)細胞。Müller細胞主要調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜代謝以及調(diào)節(jié)神經(jīng)元和血管功能,正常情況下,Müller細胞可作為細胞外ATP的一個潛在來源,介導小膠質(zhì)細胞的動態(tài)變化調(diào)節(jié)[34]。星形膠質(zhì)細胞位于NFL,包圍血管和神經(jīng)節(jié)細胞,具有提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)支持的功能[35]。長期高糖環(huán)境,活化的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞向Müller細胞發(fā)出信號,直接影響Müller細胞形態(tài)變化和功能反應。小膠質(zhì)細胞激活后上調(diào)TNF-α、IL-1β等炎癥因子表達,促進Müller細胞膠質(zhì)化、VEGF表達增加[36]。反之,Müller細胞可通過趨化性和黏附性細胞接觸增加小膠質(zhì)細胞誘導的視網(wǎng)膜炎癥反應[37]。Müller細胞通過激活CD40-ATP-P2X7/NLRP3信號通路協(xié)同小膠質(zhì)細胞形成促炎反應,并使RNVU形成炎癥級聯(lián)反應,造成視網(wǎng)膜炎癥環(huán)境、影響視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞死亡與毛細血管變性[38]。星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞之間以層黏連蛋白依賴的方式相互作用,星形膠質(zhì)細胞增生引起小膠質(zhì)細胞活化,調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜血管分支和內(nèi)皮細胞增殖,DR進程中小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞均發(fā)生膠質(zhì)增生、轉運蛋白上調(diào)[39]。

2.2.3神經(jīng)元變化DR發(fā)生發(fā)展過程中小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元有雙重作用。DR早期,激活的小膠質(zhì)細胞釋放神經(jīng)保護類因子,保護神經(jīng)元免受Müller細胞膠質(zhì)化增加引起的谷氨酸毒性作用,但隨著DR病程的進展小膠質(zhì)細胞分泌過多炎癥因子加速神經(jīng)元凋亡。小膠質(zhì)細胞激活后上調(diào)谷氨酰胺合成酶,促進谷氨酸轉化為谷氨酰胺,降低谷氨酸毒性,增強小膠質(zhì)細胞中胰島素介導的葡萄糖攝取,緩解小膠質(zhì)細胞的炎癥反應,下調(diào)NO的生成[40];與此同時,作為信號分子的ROS發(fā)揮了相互矛盾的作用,包括下調(diào)減少ROS參與神經(jīng)元極性的建立、生長錐延伸、突觸連接和神經(jīng)網(wǎng)絡的形成等過程;但也增加ROS對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA的有害的氧化應激作用,導致神經(jīng)元死亡[41]。視網(wǎng)膜神經(jīng)元分泌的單核趨化蛋白(monocyte chemoattractant proteins,MCP-1)刺激小膠質(zhì)細胞活化,并通過p38-MAPK、ERK和NF-κB信號通路誘導小膠質(zhì)細胞釋放TNF-α,分泌促炎因子(如IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α等),引起凋亡蛋白Caspase-3活化,促進視網(wǎng)膜神經(jīng)元死亡。谷氨酸、Caspase-3、ROS等神經(jīng)毒性介質(zhì)的產(chǎn)生可導致神經(jīng)細胞功能障礙,損傷視網(wǎng)膜血管周細胞和內(nèi)皮細胞[42-44]。

總之,高糖環(huán)境可引起視網(wǎng)膜RNVU各個組成成分發(fā)生變化,小膠質(zhì)細胞與RNVU中其他細胞相互作用,共同參與DR的發(fā)生發(fā)展,因此針對小膠質(zhì)細胞作為靶向治療DR在近年的研究中備受重視。

3 DR治療方案對小膠質(zhì)細胞和RNVU的影響

小膠質(zhì)細胞可通過免疫防御受體(Toll樣受體、主要組織相容性復合體Ⅰ類和Ⅱ類等)、免疫監(jiān)視相關受體、細胞因子受體等發(fā)揮抗原提呈功能、分泌功能、吞噬功能及與神經(jīng)系統(tǒng)其他細胞相互作用等功能,發(fā)揮神經(jīng)元的保護作用[45-46],也可通過Wnt-Fll途徑抑制深層血管叢產(chǎn)生過度分支。深層視網(wǎng)膜血管叢旁聚集的小膠質(zhì)細胞可特異性表達Wnt5a和Wnt11配體等Wnt信號成分,表達VEGF抑制蛋白可溶性Fll,從而抑制視網(wǎng)膜深層血管叢的血管分支[47]。因此,激活小膠質(zhì)細胞Wnt信號通路,有望成為抑制DR中視網(wǎng)膜產(chǎn)生新生血管的重要靶點,保護血管細胞及血管完整性。

3.1視網(wǎng)膜激光光凝視網(wǎng)膜激光光凝目前仍為經(jīng)典的DR治療手段,激光可破壞無灌注區(qū)視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelial,RPE)層,減少視網(wǎng)膜需氧量,增加脈絡膜與視網(wǎng)膜血流溝通。動物實驗顯示,視網(wǎng)膜激光光凝后早期周圍視網(wǎng)膜以及下方脈絡膜和鞏膜中出現(xiàn)CD11b、F4/80和iba1等小膠質(zhì)細胞標志物呈陽性的細胞增殖。激光術后炎癥主要由小膠質(zhì)細胞觸發(fā),通過釋放促炎細胞因子介導視網(wǎng)膜炎癥反應,通常導致原發(fā)性神經(jīng)元損傷的加重[48-51]。研究顯示,視網(wǎng)膜疾病進行局灶性激光治療后,視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞可能以各種活動狀態(tài)存在,并且在局部損傷后可能從“靜息”狀態(tài)轉變?yōu)椤凹せ睢睜顟B(tài)[52]?！凹せ睢钡男∧z質(zhì)細胞可能會釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子和炎癥介質(zhì),神經(jīng)營養(yǎng)因子發(fā)揮血管保護和神經(jīng)保護作用,這也是糖尿病性黃斑水腫(DME)局灶性激光獲益的基礎[53],而小膠質(zhì)細胞釋放的炎癥因子則加重局部視網(wǎng)膜及神經(jīng)損傷。因此,雖然視網(wǎng)膜激光光凝可能加重小膠質(zhì)細胞的激活,但通過改變視網(wǎng)膜激光光凝方式,減少曝光時間可抑制炎癥反應,并促使激活的小膠質(zhì)細胞發(fā)揮神經(jīng)保護作用[54],進而保護RNVU中的神經(jīng)元,達到延緩DR進展的治療效果。

3.2藥物治療針對DR小膠質(zhì)細胞被激活后出現(xiàn)促炎型M1及抗炎型M2兩種極化狀態(tài),通過藥物調(diào)節(jié)M1/M2比例有望成為以小膠質(zhì)細胞為靶點治療DR的一種方案。目前,臨床上治療DR使用的抗VEGF藥物及口服藥物均在一定程度上促進小膠質(zhì)細胞向M2型轉化。DR中視網(wǎng)膜VEGF表達上調(diào),并與VEGFR-1結合激活小膠質(zhì)細胞,促進炎癥介質(zhì)及促新生血管生成介質(zhì)的產(chǎn)生[55-58],抗VEGF藥物通過抑制VEGF受體改善視網(wǎng)膜缺氧區(qū)域的新生血管形成,減輕視網(wǎng)膜水腫及出血[59-61]。此外,抗VEGF治療可顯著降低相關細胞因子和趨化因子、細胞間黏附分子(intercellular adhesion molecules,ICAM-1)的表達、緊密連接蛋白ZO-1的異常定位和變性及細胞黏附蛋白血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的表達,抑制糖尿病相關的血管滲漏、白細胞淤積和血管內(nèi)皮細胞增生[58]?？筕EGF藥物可通過抑制新生血管產(chǎn)生、改善視網(wǎng)膜炎癥環(huán)境保護RNVU中血管內(nèi)皮細胞。

糖皮質(zhì)激素(glucocorticoids,GCs)常用于治療抗VEGF治療療效差或特殊類型的DME,GCs通過小膠質(zhì)細胞上糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptors,GCR)能夠抑制炎癥反應,是GCs發(fā)揮抗炎作用的重要靶點[62]。研究顯示,低劑量的地塞米松(DEX)、曲安奈德(triamcinolone acetonide,TA)可能會使小膠質(zhì)細胞向M2型轉化,從而增強神經(jīng)保護作用并抑制促炎小膠質(zhì)細胞的活化及浸潤,保護視網(wǎng)膜感光細胞及視神經(jīng)[63-64]。類固醇激素可以通過抑制小膠質(zhì)細胞M1型的炎癥反應、增強M2型的神經(jīng)保護作用,進而保護RNVU神經(jīng)元、減輕光感受器細胞損傷,但需密切監(jiān)測用藥過程中眼壓變化及白內(nèi)障發(fā)生情況。

目前臨床上有多項小樣本藥物研究顯示,在DR或DME治療中,抗生素類(沙星類)和四環(huán)素類藥物可通過TLR4/NF-κB途徑減弱小膠質(zhì)細胞炎癥反應,抑制小膠質(zhì)細胞活化,減少炎癥因子、細胞毒性物質(zhì)釋放及Caspase-3活性,抑制視網(wǎng)膜炎癥反應及神經(jīng)元損傷,進而保護RNVU各細胞單元結構[65-66]。常用的降糖藥二甲雙胍可通過下調(diào)血清胱抑素C(cystatin C,CysC)介導炎癥和氧化應激反應[67-68],褪黑素可增加小膠質(zhì)細胞中磷酸化信號轉導和轉錄激活因子-3(STAT3)的表達[69],姜黃素和白藜蘆醇可減少髓細胞觸發(fā)受體2(TREM2)和Toll樣受體4(TLR4)的失衡并平衡下游NF-κB的激活[70-71],高選擇性α2-腎上腺素能激動劑右美托咪定可通過MAPK/ERK途徑[72],非選擇性ATP敏感性鉀(KATP)通道開放劑Pinacidil[73]可通過直接調(diào)節(jié)改變小膠質(zhì)細胞極化M1/M2比例,將M1促炎表型轉變?yōu)镸2抗炎表型,促進小膠質(zhì)細胞向M2抗炎表型極化,同時下調(diào)M1促炎表型比例,抑制TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生,減少視網(wǎng)膜炎癥,下調(diào)高糖環(huán)境中Müller細胞膠質(zhì)增生?？傊?通過藥物改善高糖誘導的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞M1/M2比例,能夠促進神經(jīng)保護、抑制炎癥通路、減少炎癥介質(zhì),改善局部炎癥反應,保護RNVU各結構完整性。但上述藥物轉化小膠質(zhì)細胞表型在治療DR中的療效及安全性仍需進行長期、多中心研究證實。

3.3基因治療miRNA能夠調(diào)節(jié)DR基因轉錄及其相關信號通路,其中miR-124可調(diào)節(jié)神經(jīng)元分化和小膠質(zhì)細胞發(fā)育,使巨噬細胞和小膠質(zhì)細胞向M2型分化,促進小膠質(zhì)細胞的靜止,并與視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞中MCP-1 mRNA的3’-UTR結合抑制天冬氨酰氨基葡萄糖苷酶(aspartylglucosaminidase,AGA)誘導的MCP-1表達[74-77]。Dong等[78]通過敲低人肺腺癌轉移相關轉錄本1基因(metastasis associated in lung denocarcinoma transcript 1,MALAT1)抑制amadori糖化白蛋白誘導的MCP-1在視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞中的積聚,并證明MALAT1可通過直接與miR-124結合調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞中AGA誘導的MCP-1表達,從而作為競爭性內(nèi)源性RNA發(fā)揮作用。MALAT1通過增加髓細胞分化因子-88銜接蛋白(MyD88)啟動子的H3組蛋白乙酰化上調(diào)MyD88的表達,然后激活IL-1受體相關激酶(IRAK1)/腫瘤壞死因子受體相關因子6(TRAF6)軸傳導促進小膠質(zhì)細胞激活引起的炎癥級聯(lián)反應[79-80]。雖然MALAT1還有許多調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的方式未被探索,但MALAT1有望成為抑制DR中小膠質(zhì)細胞過度激活的靶點[81]。miR-124在DR炎癥的發(fā)展中起著重要作用,MALAT1-miR-124-MCP-1信號通路可能參與AGA誘導的小膠質(zhì)細胞MCP-1的表達,這可能為治療DR提供一種新的途徑[78]。上述研究表明,在糖尿病環(huán)境中基因療法調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜和其他組織中的小膠質(zhì)細胞激活、轉化及炎癥介導并預防RNVU中神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能障礙可能是治療DR炎癥的有效手段[82]。

4 小結

小膠質(zhì)細胞作為RNVU組成結構之一,對于維持神經(jīng)血管單元各結構之間的相互關聯(lián)、保障視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)環(huán)境具有重要意義。在DR中小膠質(zhì)細胞參與炎癥反應影響RNVU中神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞和血管細胞之間正常的結構與生理功能,同時也影響視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)平衡。藥物、激光治療可通過改變小膠質(zhì)細胞M1/M2極化轉換,影響RNVU功能結構的完整性,改善高糖對視網(wǎng)膜血管、膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元的作用?；虔煼ㄒ訰NVU中小膠質(zhì)細胞為靶點調(diào)節(jié)DR炎癥反應,達到保護RNVU結構與生理功能的目的,更加精準的基因水平調(diào)控小膠質(zhì)細胞向抗炎型轉換或許是未來維護DR發(fā)生發(fā)展過程中視網(wǎng)膜RNVU功能新的方向。