馮路迦 張學(xué)東

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是與持續(xù)性高血糖相關(guān)的一種慢性、進(jìn)行性、潛在危害視力的視網(wǎng)膜疾病[1]。在西方國(guó)家，DR是工作年齡人群(20～64歲)失明的主要原因[2]。在我國(guó)，隨著糖尿病發(fā)病率的增加，DR的患病率以及由DR引起的失明率也逐年上升。以往認(rèn)為，DR是一種微血管病變，事實(shí)上，近年美國(guó)糖尿病協(xié)會(huì)(American Diabetes Association,ADA)已經(jīng)將DR定義為一種高度組織特異性的神經(jīng)血管并發(fā)癥[3]。但目前關(guān)于DR

的發(fā)病機(jī)制尚不明確，研究認(rèn)為其可能與多元醇代謝通路異常、蛋白質(zhì)非酶糖基化產(chǎn)物堆積、蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)的活化、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶系統(tǒng)的作用等相關(guān)[4]。而近年研究發(fā)現(xiàn)，自噬與高遷移率族蛋白B1(high mobility group box protein 1，HMGB1)存在于病理性新生血管生成和神經(jīng)退行性變中，并以此參與DR的發(fā)生發(fā)展[5-6]。

1 自噬與糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變和神經(jīng)退行性變

細(xì)胞自噬是廣泛存在于真核細(xì)胞內(nèi)的一種溶酶體依賴的降解途徑，胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器通過(guò)自噬作用被降解，產(chǎn)生的氨基酸、脂肪酸等降解產(chǎn)物再被細(xì)胞重新利用。自噬主要包括3種形式：巨自噬、小自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，通常所說(shuō)的自噬是指巨自噬(本文所指為巨自噬，以下簡(jiǎn)稱(chēng)自噬)。自噬過(guò)程主要包括自噬體的形成、自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體以及自噬溶酶體通過(guò)蛋白水解酶降解吞噬的物質(zhì)。自噬過(guò)程的任何一個(gè)環(huán)節(jié)受損都將導(dǎo)致自噬功能障礙[7]。自噬現(xiàn)象貫穿于真核細(xì)胞正常生長(zhǎng)增殖和病理生理過(guò)程，對(duì)細(xì)胞作用具有雙重性。自噬對(duì)細(xì)胞作用的雙重性根據(jù)疾病進(jìn)展的不同階段、細(xì)胞微環(huán)境的變化和治療干預(yù)措施等不同而產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)。比如在生理狀態(tài)或某些疾病初期，自噬有助于清除衰老細(xì)胞以及清除受損的細(xì)胞或細(xì)胞器，而在自噬功能過(guò)強(qiáng)時(shí)則對(duì)細(xì)胞或組織、器官產(chǎn)生致病作用[8-9]。

1.1 自噬與糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變DR是血管內(nèi)持續(xù)性高糖狀態(tài)誘發(fā)的視網(wǎng)膜微血管病變[10]。大量研究表明，自噬功能受到抑制會(huì)促進(jìn)微血管循環(huán)障礙。Müller細(xì)胞是視網(wǎng)膜上分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)最多的細(xì)胞。將小鼠視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞置于高糖環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)高糖使Müller細(xì)胞自噬功能受到抑制，導(dǎo)致大量VEGF釋放，在使用自噬激動(dòng)劑雷帕霉素以后，VEGF釋放明顯減少；同時(shí)，在動(dòng)物模型中得到了類(lèi)似的結(jié)論[11]。在對(duì)視網(wǎng)膜新生血管形成進(jìn)行研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，高糖可以激活視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬相關(guān)因子的表達(dá)，從而抑制VEGF的釋放，最終抑制視網(wǎng)膜新生血管形成[12]。然而，最近也有研究表明，自噬功能異常激活可能促進(jìn)VEGF的表達(dá)。體外實(shí)驗(yàn)證明高糖可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)自噬通量的異常增高，增高的自噬通量會(huì)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生損傷，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。這一病理過(guò)程可被自噬特異性抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)抑制[13]，表明自噬的異常激活是高糖狀態(tài)下血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的原因之一。這證實(shí)了自噬對(duì)于細(xì)胞的作用具有雙重性，適度的細(xì)胞自噬可以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，高糖環(huán)境所導(dǎo)致的自噬信號(hào)過(guò)度激活或者激活減弱，都將促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變的發(fā)生。

關(guān)于自噬異常促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變發(fā)生的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，但在對(duì)高糖環(huán)境下的鼠Müller細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，高糖可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增強(qiáng)，使細(xì)胞內(nèi)未折疊蛋白增加，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)溶酶體酶活性降低，自噬活性減弱，從而使大量的自噬底物泛素化p62堆積，最終導(dǎo)致大量VEGF釋放以及細(xì)胞凋亡[11]。此外，在對(duì)視網(wǎng)膜新生血管形成進(jìn)行研究中發(fā)現(xiàn)，Sirtuin 3(Sirt3,一種主要的線粒體NAD+依賴性脫乙酰酶)通過(guò)抑制自噬相關(guān)因子的表達(dá)，抑制視網(wǎng)膜新生血管形成[12]。Fu等[14]發(fā)現(xiàn)，腺苷5’-單磷酸活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate activated protein kinase,AMPK)通路的激活可能參與了高糖所導(dǎo)致的自噬功能異常，并導(dǎo)致大量VEGF的釋放。

1.2 自噬與糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變研究已經(jīng)證實(shí)視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變是DR的早期改變，近期研究表明，細(xì)胞自噬與糖尿病神經(jīng)退行性變息息相關(guān)[15]。大量研究表明，自噬的激活與糖尿病神經(jīng)退行性變呈正相關(guān)。對(duì)糖尿病小鼠模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)視網(wǎng)膜血管損傷和細(xì)胞凋亡以前，就已經(jīng)出現(xiàn)了自噬功能紊亂和視桿細(xì)胞損傷。同時(shí)在該模型中還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)激活自噬，小鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡增加，從而使視網(wǎng)膜外核層(outer nuclear layer,ONL)變薄，在促進(jìn)硫氧還蛋白(Trx)表達(dá)以后，自噬活性受到抑制，減少了細(xì)胞凋亡，同時(shí)也阻止了ONL變薄[16]。在將人Müller細(xì)胞暴露于糖化-低密度脂蛋白(glycated low density lipoprotein cholesterol,HOG-LDL)中發(fā)現(xiàn)，HOG-LDL表現(xiàn)出明顯的毒性作用，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬并顯著降低細(xì)胞活力，使細(xì)胞凋亡和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化增加。小檗堿抑制細(xì)胞自噬并顯著增加細(xì)胞活力，減少細(xì)胞凋亡和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化[14]。然而，也有研究表明，自噬的激活與糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變呈負(fù)相關(guān)。研究表明，神經(jīng)保護(hù)因子可以通過(guò)抑制mTOR活性來(lái)促進(jìn)自噬，從而起到保護(hù)細(xì)胞的作用[17]。

目前認(rèn)為，關(guān)于自噬異常促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變發(fā)生的機(jī)制可能與高糖導(dǎo)致大量的晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end-products,AGEs)積累、Trx表達(dá)降低以及AMPK通路的異常激活有關(guān)，但更深入的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究[16]。Ankita等[18]發(fā)現(xiàn)糖尿病患者體內(nèi)血清離子鈣增加可以誘導(dǎo)視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致視網(wǎng)膜光感受器橢球區(qū)(ellipsoidzone,EZ)破壞增加，從而促進(jìn)DR。

這些研究表明，在糖尿病情況下，自噬對(duì)視網(wǎng)膜細(xì)胞的作用具有雙重性，也許正如Fu等[19]發(fā)現(xiàn)的那樣，在輕度氧化應(yīng)激條件下，自噬對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用，但在氧化應(yīng)激增加到一定程度時(shí)，自噬將促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變和神經(jīng)退行性變的發(fā)生。因此推測(cè)，維持自噬功能的正常可能阻止DR的發(fā)展。

2 HMGB1與糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變和神經(jīng)退行性變

HMGB1因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳時(shí)的快速遷移而得名，主要存在于細(xì)胞核，其廣泛分布于腦、心、肝、淋巴以及腎等組織中。HMGB1由3個(gè)獨(dú)特結(jié)構(gòu)域組成：帶負(fù)電荷的C-末端區(qū)(天門(mén)冬氨酸和谷氨酸)、帶正電荷的N-末端的A盒和B盒，后兩者為同源性的 DNA結(jié)合序列，在細(xì)胞外，B-box是引起炎癥反應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)域，致炎區(qū)域存在高度保守的B盒DNA結(jié)合區(qū)，而A盒對(duì)B盒具有一定的拮抗作用[20]。細(xì)胞核內(nèi)的HMGB1從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以后，主要參與炎癥的激活、自噬的調(diào)節(jié)以及細(xì)胞凋亡的調(diào)控；而細(xì)胞外的HMGB1則作為危險(xiǎn)預(yù)警分子，將危險(xiǎn)信號(hào)傳遞給相鄰的細(xì)胞[21-22]。

2.1 HMGB1與糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變近年來(lái)，HMGB1被視作一種直接或間接的促血管生長(zhǎng)因子，它可以通過(guò)激活巨噬細(xì)胞而導(dǎo)致后者分泌更多的VEGF[23]。研究發(fā)現(xiàn)，DR患者玻璃體中的HMGB1、VEGF、內(nèi)皮細(xì)胞血管生成標(biāo)志物可溶性血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(sVE-cadherin)和可溶內(nèi)皮糖蛋白(sEng)水平顯著高于非糖尿病患者，并且HMGB1和sVE-cadherin水平之間存在顯著正相關(guān)[24]。最近發(fā)現(xiàn)，DR模型在缺血缺氧條件下，視網(wǎng)膜色素細(xì)胞中的HMGB1在細(xì)胞內(nèi)重新定位，并且大量的HMGB1釋放到細(xì)胞質(zhì)中，使視網(wǎng)膜色素細(xì)胞中血管纖維化因子表達(dá)上調(diào)，并促進(jìn)DR的發(fā)生；相反，阻斷HMGB1的激活可以預(yù)防病理性新生血管的發(fā)生[25]。

Chen等[26]發(fā)現(xiàn)，HMGB1這些促血管生成的作用可能是通過(guò)激活核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)，并與TLR4結(jié)合，從而參與糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變；Gong等[27]發(fā)現(xiàn)，HMGB1可以通過(guò)直接導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管周細(xì)胞和血管內(nèi)皮損傷以及死亡來(lái)促進(jìn)DR的發(fā)生；Mohammad等[28]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型中，HMGB1表達(dá)增加，并激活了轉(zhuǎn)錄激活因子-3，從而導(dǎo)致Müller細(xì)胞釋放大量的VEGF，并使得視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)。

2.2 HMGB1與糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變?cè)絹?lái)越多的研究表明，HMGB1參與到糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變中。研究發(fā)現(xiàn)，在DR早期，HMGB1可以通過(guò)下調(diào)對(duì)視網(wǎng)膜具有保護(hù)作用的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)的表達(dá)，抑制BDNF對(duì)視網(wǎng)膜的保護(hù)作用，從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變[29]。在糖尿病大鼠和正常大鼠玻璃體內(nèi)注射HMGB1都將誘導(dǎo)視網(wǎng)膜上的 HMGB1表達(dá)增加，從而使突觸素、酪氨酸羥化酶、谷氨酰胺合成酶和乙二醛酶-1表達(dá)明顯下調(diào)[30]。Elaskar等[31]在DR患者玻璃體和糖尿病大鼠動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，HMGB1表達(dá)升高，并伴隨谷氨酸、突觸體素、酪氨酸羥化酶、谷氨酰胺合成酶以及乙二醛1的顯著下調(diào)。這表明HMGB1 參與到早期糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變中。

關(guān)于HMGB1 參與到早期糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變的機(jī)制，Zhao等[32]認(rèn)為，HMGB1可能是通過(guò)激活HMGB-1-TLR4-NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，激活炎癥，促進(jìn)RGC凋亡，從而促進(jìn)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變；Jiang等[33]發(fā)現(xiàn)，HMGB1可能是通過(guò)激活HMGB1-TLR9信號(hào)參與到該疾病過(guò)程中的；Elasrar等[31]發(fā)現(xiàn)HMGB1通過(guò)活化的信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(EPK1/2)、活化型半胱天冬酶-3 和谷氨酸鹽途徑參與到早期糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變中。

這些研究均提示，HMGB1可能成為阻止糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變和神經(jīng)退行性變進(jìn)程或者治療的一個(gè)潛在的靶點(diǎn)。

3 自噬與HMGB1的相互作用

HMGB1和自噬在DR中均可能扮演了關(guān)鍵角色，但是在DR中有關(guān)二者之間究竟是否存在一定聯(lián)系以及存在何種聯(lián)系尚未見(jiàn)報(bào)道。不過(guò)在糖尿病以及其他疾病中有大量研究表明HMGB1與自噬有著密切關(guān)系。

研究表明，HMGB1可能作為自噬激活分子發(fā)揮其作用，而自噬同樣也可以調(diào)控HMGB1的生成、分泌和降解。一方面，在細(xì)胞核中，HMGB1通過(guò)調(diào)節(jié)熱休克蛋白HSPB1/HSP27來(lái)調(diào)控自噬；在細(xì)胞質(zhì)中，HMGB1能夠與BCL2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Beclin1來(lái)激活自噬反應(yīng)；而在細(xì)胞外還原型的HMGB1 能與其受體RAGE1 結(jié)合，同樣能活化自噬信號(hào)[21]。另一方面，在細(xì)胞受到外界刺激時(shí)，自噬可以通過(guò)ROS-依賴的途徑促進(jìn)HMGB1由細(xì)胞核移位到細(xì)胞質(zhì)，從而取代 Bcl-2 而與 Beclin1 結(jié)合，激活自噬反應(yīng)并進(jìn)一步維持自噬，在使用自噬激動(dòng)劑雷帕霉素以后，分泌到細(xì)胞外的HMGB1也是增加的，同樣的在使用了自噬抑制劑3-MA以后，分泌到細(xì)胞外的HMGB1也受到了抑制[34]。HMGB1可以通過(guò)自噬-溶酶體途徑進(jìn)入溶酶體，從而被降解。而進(jìn)入溶酶體內(nèi)的HMGB1可以使溶酶體膜通透性增加，從而使自噬途徑的重要成員溶酶體酶B從溶酶體中釋放到細(xì)胞質(zhì)中，誘發(fā)炎癥反應(yīng)并引起細(xì)胞凋亡[35]。同時(shí)，有研究表明，溶酶體酶B也可以調(diào)控HMGB1的釋放，在細(xì)胞受到外界刺激時(shí)，尤其是饑餓、氧化應(yīng)激、感染等，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞自噬-溶酶體途徑受到損害，導(dǎo)致溶酶體膜通透性增強(qiáng)，使大量溶酶體酶B從溶酶體中釋放到細(xì)胞質(zhì)，從而引起大量HMGB1釋放，維持炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡[36]。此外，HMGB1與NF-κB關(guān)系密切，HMGB1可以影響 NF-κB 的激活，從而影響炎癥的發(fā)生[37]。而自噬與 NF-κB關(guān)系也非常密切，二者不僅擁有共同的上游調(diào)控信號(hào)，并且通過(guò)自噬途徑可以抑制 NF-κB 的激活，限制炎癥的發(fā)生[38]。在分子水平，自噬與NF-κB通過(guò)正負(fù)反饋彼此影響，來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定[39]。因此，自噬可能通過(guò)NF-κB通路與HMGB1途徑產(chǎn)生對(duì)話。

4 小結(jié)

綜上所述，細(xì)胞自噬與HMGB1 在糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變和神經(jīng)退行性變中均發(fā)揮了重要作用，推測(cè)在 HMGB1 刺激下可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜細(xì)胞發(fā)生自噬現(xiàn)象，而自噬也可以影響HMGB1的表達(dá)。盡管目前對(duì)于自噬與HMGB1在DR中所起的作用進(jìn)行了一些研究，但沒(méi)有深入探討自噬功能障礙及HMGB1表達(dá)異常和誘導(dǎo)損傷的病理機(jī)制，因此其致病機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。通過(guò)干預(yù)自噬或HMGB1相關(guān)靶點(diǎn)，探究其在DR發(fā)病中的分子機(jī)制，對(duì)于DR 的防治具有重要的理論意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。