李東潔，吳　迪，張旭鄉(xiāng)

作者單位：(100053)中國北京市，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院眼科

?

·文獻綜述·

糖尿病視網膜神經節(jié)細胞損傷的研究進展

李東潔，吳迪，張旭鄉(xiāng)

作者單位：(100053)中國北京市，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院眼科

Research advance of diabetic retinal ganglion cell lesions

Dong-Jie Li, Di Wu, Xu-Xiang Zhang

Department of Ophthalmology,Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

Correspondence to:Xu-Xiang Zhang. Department of Ophthalmology, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China.zhangxuxiang@vip.163.com

Received：2015-12-25Accepted：2016-03-16

Abstract

?Diabetic retinopathy (DR) is one of the severe complications of diabetes, which could lead to severe visual impairment. Retinal ganglion cell (RGC) apoptosis has been confirmed bothinvivoandinvitroprior to the definite micro-vascular damages. RGC impairment contributes to an early deterioration of vision. Hyperglycemia, oxidative stress, neuron growth factor deficiency and glutamate excitotoxicity were found to be involved in retinal ganglion cell apoptosis. Some neuron protective agents have been showed to prevent the apoptosis of RGC in experimental diabetic retinopathy. Clinical evidences about effectiveness and security also suggested potential treatments for the diabetic retinal neuron.

KEYWORDS:?diabetes;retinal ganglion cell;pathogenesis;treatment

Citation:Li DJ, Wu D, Zhang XX.Research advance of diabetic retinal ganglion cell lesions.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(4):670-672

摘要

糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy，DR) 是糖尿病嚴重并發(fā)癥之一，可對患者造成嚴重視功能損害。在視網膜出現微血管病變之前，已經出現視網膜神經節(jié)細胞(retinal ganglion cell, RGC)的病變。神經細胞的病理改變是糖尿病早期視功能障礙的重要因素。RGC的損傷機制可能與高血糖代謝紊亂、氧化應激損傷、神經營養(yǎng)因子缺乏以及谷氨酸興奮毒性有關。許多實驗研究發(fā)現神經元保護藥物能減少RGC凋亡，一些關于有效性和安全性的臨床研究為臨床治療糖尿病視網膜神經細胞病變奠定重要基礎。

關鍵詞：糖尿病；視網膜神經節(jié)細胞；損傷機制；治療

引用：李東潔，吳迪，張旭鄉(xiāng).糖尿病視網膜神經節(jié)細胞損傷的研究進展.國際眼科雜志2016;16(4):670-672

0引言

糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy，DR) 是糖尿病嚴重并發(fā)癥之一，可造成嚴重的視力損害。據統計，2012年全球約9 300萬糖尿病視網膜病變的患者[1]。DR被看成是視網膜微血管的病理改變，目前認為DR的發(fā)病機制與高血糖、多元醇代謝異常、蛋白質非酶糖基化、細胞凋亡、細胞因子及自由基作用等多種因素相關。越來越多的研究發(fā)現早在微血管病變之前，已經出現視網膜神經病變。DR主要是內層視網膜神經元——視網膜神經節(jié)細胞的病變，視網膜神經節(jié)細胞(retinal ganglion cell, RGC)是視覺傳導通路上的第二級神經元，整合視網膜的視覺信息，通過動作電位傳到視覺中樞，神經元的損害與早期糖尿病患者的視功能下降密切相關。早期發(fā)現DR神經元病變，早期治療，有助于提高糖尿病患者的生活質量，我們就糖尿病視網膜神經節(jié)細胞病變研究進展進行綜述分析。

1糖尿病視網膜神經節(jié)細胞及視神經病變

1962年，Bloodworth[2]研究糖尿病患者尸眼發(fā)現視網膜神經節(jié)細胞呈現核破碎、核固縮等細胞凋亡的特征改變。1988年，Barber等[3]也發(fā)現，在出現典型眼底微血管病變之前，已經出現視網膜神經元退行性改變，缺口末端標記法(TUNEL)染色陽性的細胞與內皮細胞標記物von Willebrand 因子標記的位置不重疊，凋亡的細胞并非血管內皮細胞。光學相干斷層掃描發(fā)現，糖尿病患者出現黃斑區(qū)神經節(jié)細胞層(ganglion cell layer, GCL)和視盤周圍神經纖維層(retinal nerve fiber layer, RNFL)變薄，且與糖尿病病程相關[4-6]。多項研究發(fā)現，在出現糖尿病視網膜微血管病變之前，神經活動及穩(wěn)定性已經出現變化，提示內層神經視網膜病變[7]。

視神經由RGC的軸突組成，易受缺血缺氧及代謝紊亂損害，糖尿病視神經病變與DR可能存在一定聯系，但兩者并不完全平行。病程1～5a的糖尿病患者發(fā)病率約5%，6～10a發(fā)病率約8%。其臨床表現較多樣，目前對其確切定義、診斷、分期及分型尚無統一標準[8]。糖尿病患者VEP振幅下降和潛伏期延長。

目前糖尿病動物模型只能模擬人類早期DR病變和增殖期新生血管病變，通過藥物誘導模型和自發(fā)性糖尿病模型是常用的模型。遺傳性模型易受環(huán)境或基因突變等影響，發(fā)病程度不一。注射藥物鏈脲佐菌素(streptozotocin, STZ)可以選擇性破壞胰島β細胞，制備糖尿病動物模型，高血糖，此模型可以表現DR的早期病理改變，廣泛應用于發(fā)病機制及藥物試驗。STZ誘導的大鼠[9]和小鼠糖尿病模型[10]均出現不同程度內層視網膜改變，包括視網膜厚度變薄、RGC凋亡，因實驗方案不同，出現病變的程度及時間存在一定差異。自發(fā)糖尿病模型如GK大鼠、NOD小鼠、db/db小鼠及Ins2(Akita)小鼠中也出現視網膜神經細胞凋亡，BB/W大鼠RGC軸突萎縮[11]。視神經出現脫髓鞘改變，膠質細胞增生，血管和結締組織相對增加[12]。不同模型各有優(yōu)劣，探尋接近人類DR的理想動物模型極為關鍵，深入研究早期神經元損傷的機制，為臨床治療提供可靠依據。

2視覺電生理和心理物理學的改變

視網膜電圖(electroretinography，ERG)反映視網膜神經元電活動的變化，可能檢測糖尿病早期神經元損害，很難特異的對某一神經元的病理變化作出判斷。在糖尿病早期可出現暗適應ERG的振蕩電位(oscillatory potentials，OPs)振幅下降，主要與內層視網膜循環(huán)障礙有關，OPs波幅異?？勺鳛轭A測非增殖性DR進展為增殖性DR的敏感指標[13]。與正常同齡人比較，糖尿病患者圖形視網膜電圖N95波的波幅顯著下降，出現DR患者與未出現視網膜病變患者比較也有顯著差異[13]。糖尿病患者視網膜電圖的b波潛伏期延長，而且隨病程進展有延長趨勢[14]。多焦視網膜電圖(multifocal electroretinography，mfERG)可檢測局部視網膜神經元功能的變化，潛伏期的改變可預測患者發(fā)生DR風險，對病變早期發(fā)現、治療及隨訪具有良好的應用價值[15]。視覺誘發(fā)電位反映視網膜受刺激后在枕葉視皮質產生電活動，是研究視神經病變的重要工具，在出現視網膜病變之前，糖尿病患者VEP振幅下降和潛伏期延長[13]。另外，短波長視野計發(fā)現視野缺損、對比敏感度下降和色覺異常也提示著視網膜神經元的損傷[16]。臨床上應加強對糖尿病早期視網膜神經元功能的評估，發(fā)現隱匿的病變，及早采取措施防治。

3視網膜神經元損傷機制及治療

糖尿病視網膜神經元的損害是多因素相互協同、多途徑和多階段的過程，而且其損傷是代謝紊亂導致的原發(fā)性損傷還是繼發(fā)于糖尿病視網膜微血管病變仍存在爭議。目前許多藥物在動物研究中證實能減少RGC凋亡，少數關于有效性和安全性的臨床研究也為防治糖尿病視網膜神經細胞病變奠定重要基礎。

3.1高血糖及代謝紊亂Meta分析結果發(fā)現，密集胰島素治療和胰島素泵治療的1型糖尿病患者較每天多次胰島素注射的患者，DR進展速度減慢[17]。動物研究發(fā)現，胰島素控制血糖可以延緩糖尿病視網膜神經元的凋亡[3]。但良好的血糖控制并不能保證不發(fā)生視網膜病變，胰島素強化治療早期可能導致視網膜病變惡化[18]。

高血糖激活異常代謝途徑，如多元醇代謝途徑可產生山梨醇，山梨醇在胞內蓄積導致滲透壓升高、細胞腫脹破裂，同時胞內葡萄糖水平升高可通過多元醇途徑激活氧化應激，加重細胞損傷[19]。醛糖還原酶是山梨醇通路的關鍵酶，醛糖還原酶抑制劑可減輕視網膜氧化應激損傷，減少RGC凋亡[20]。

高血糖導致蛋白質非酶糖基化產生大量糖基化終末產物(advanced glycation end products, AGE)，AGE可與細胞表面的AGE受體結合，誘導細胞凋亡[21]。AGE抑制劑能減少視網膜神經元凋亡[22]。

3.2氧化應激損傷在糖尿病患者及動物模型中證實高血糖可激活氧化應激反應，使視網膜氧自由基增加以及抗氧化清除降低導致細胞凋亡[9, 23]。 氧化應激升高后，自由基破壞線粒體脂質膜，能量代謝障礙，胞外的鈣離子內流，自由基還可攻擊細胞DNA[24]，進而導致細胞凋亡。體內抗氧化清除系統包括酶類如超氧化物歧化酶和非酶類如維生素C/E、GSH，能清除自由基，保護RGC[9]。

越來越多的實驗研究發(fā)現，清除自由基或增加視網膜的抗氧化能力可以減少糖尿病RGC凋亡，抗氧化應激損傷有很好的應用前景。常見的抗氧化劑維生素C和E能保護脂質過氧化，Ⅱ期臨床研究發(fā)現口服抗氧化劑對非增殖期糖尿病視網膜病變有保護作用[25]。其他抗氧化劑如蝦青素、白藜蘆醇、黃酮類(如燈盞花素)等可通過清除氧自由基、增強抗氧化清除，從而對損傷的RGC起保護作用[26-28]。

3.3神經營養(yǎng)因子缺乏糖尿病微循環(huán)障礙可能使神經纖維軸漿流運送神經生長因子受阻[29]，導致神經元發(fā)生退行性病變，補充神經營養(yǎng)因子可能有一定的預防和治療作用。動物研究發(fā)現，補充腦源性神經生長因子(BDNF)、神經生長因子(NGF)可減少RGC凋亡[30-31]。注射促紅細胞生成素(EPO)能有效減少糖尿病視網膜神經元凋亡[32]。色素上皮衍生因子(PEDF)的缺乏，導致RGC凋亡[33]。眼內注射PEDF或者多肽滴眼液對糖尿病動物模型的RGC起保護作用[34-35]。神經生長因子種類多，補充外源性神經營養(yǎng)因子需要進一步臨床研究證實其有效性和安全性。

3.4谷氨酸興奮毒性實驗研究發(fā)現，糖尿病時，視網膜缺血缺氧以及Müller細胞功能障礙導致細胞外谷氨酸升高，N-甲基-D天門冬氨酸(NMDA)受體表達增加，鈣離子內流進而激活一氧化氮合酶合成大量一氧化氮(NO)，誘導神經元凋亡[36]。因此，降低谷氨酸水平或抑制NMDA受體可能減少視網膜神經元凋亡。美金剛是一種有效、副作用少的NMDA受體抑制劑，可以降低NMDA誘導的NO合成，減少視網膜谷氨酸介導的氧化應激損傷，減輕糖尿病模型的視網膜病變，減少RGC丟失[36]。青光眼的Ⅲ期臨床試驗并不證實美金剛的神經保護作用，其對糖尿病視網膜神經元的保護作用需要臨床研究證明。

3.5缺血預適應缺血預適應(ischemic preconditioning，IPC)是對一個器官進行缺血預處理，使機體產生對缺血的保護，減少后續(xù)嚴重缺血事件引起的損傷。IPC是多種作用機制共同作用的過程，對缺血后視網膜神經細胞損傷起保護作用[37]。視網膜缺血預適應可減輕糖尿病視網膜大鼠ERG的a波、b波、OP振幅降低[38]，減輕視神經軸突損傷、髓鞘丟失和膠質細胞增生[39]；減輕視網膜的氧化應激損傷[40]。Przyklen等[41]通過對一個器官實施短暫缺血而誘導對另一個器官的缺血耐受，稱之為遠隔器官缺血預適應(remote ischemic preconditioning, RIPC)。而對缺血缺氧極其敏感的重要器官，如視網膜，RIPC具有更重要的臨床應用價值。肢體缺血適應可使ERG的a波、b波振幅升高14%[42]。RIPC對大鼠RGC缺血/再灌注損傷起保護作用，可能與抗氧化應激蛋白Nrf2、HO-1的表達上調有關[43]。RIPC在動物實驗中證實一定的效果，尚無臨床應用的報道，其簡單、無創(chuàng)的特點，可能成為糖尿病視網膜神經細胞的保護措施。

綜上所述，糖尿病早期出現微血管并發(fā)癥之前已經RGC凋亡，視網膜神經細胞的損傷機制錯綜復雜，近年來的基礎研究結果為其損傷機制及治療奠定了基礎，深入認識糖尿病RGC凋亡機制及發(fā)生的時間，尋找其中的關鍵靶點，是研究的重點和難點之一，這將有助于更好保護糖尿病患者的視功能。

參考文獻

1 Yau JW, Rogers SL, Kawasaki R,etal. Global prevalence and major risk factors of diabetic retinopathy.DiabetesCare2012;35(3):556-564

2 Bloodworth JM.Diabetic retinopathy.Diabetes1962;11(1)：1-22

3 Barber AJ, Lieth E, Khin SA,etal.Neural apoptosis in the retina during experimental and human diabetes. Early onset and effect of insulin.JClinInvest1998;102(4):783-791

4 Chen X, Nie C, Gong Y,etal. Peripapillary retinal nerve fiber layer changes in preclinical diabetic retinopathy:a meta-analysis.PLoSOne2015;10(5):e0125919

5 van Dijk HW, Verbraak FD, Kok PH,etal. Decreased retinal ganglion cell layer thickness in patients with type 1 diabetes.InvestOphthalmolVisSci2010；51(7):3660-3665

6 Chhablani J，Sharma A，Goud A,etal. Neurodegeneration in Type 2 Diabetes:Evidence From Spectral-Domain Optical Coherence Tomography.InvestOphthalmolVisSci2015;56(11):6333-6338

7 Fletcher EL, Phipps JA, Ward MM,etal. Neuronal and glial cell abnormality as predictors of progression of diabetic retinopathy.CurrPharmDes2007;13(26):2699-2712

8丁小燕, 歐杰雄,馬紅婕.糖尿病性視神經病變的臨床分析.中國實用眼科雜志2005;23(12):1269-1274

9 Li X, Zhang M,Zhou H.The morphological features and mitochondrial oxidative stress mechanism of the retinal neurons apoptosis in early diabetic rats.JDiabetesRes2014;2014：678123

10 Yang Y, Mao D, Chen X,etal. Decrease in retinal neuronal cells in streptozotocin-induced diabetic mice.MolVis2012;18：1411-1420

11 Lai AK,Lo AC. Animal models of diabetic retinopathy:summary and comparison.JDiabetesRes2013;2013：106594

12 Fernandez DC, Pasquini LA, Dorfman D,etal. Early distal axonopathy of the visual pathway in experimental diabetes.AmJPathol2012;180(1):303-313

13 Pescosolido N, Barbato A, Stefanucci A,etal. Role of Electrophysiology in the Early Diagnosis and Follow-Up of Diabetic Retinopathy.JDiabetesRes2015;2015：319692

14 Jansson RW,Raeder MB,Krohn J. Photopic full-field electroretinography and optical coherence tomography in type 1 diabetic retinopathy.GraefesArchClinExpOphthalmol2015;253(7):989-997

15 Bearse MA,Ozawa GY. Multifocal electroretinography in diabetic retinopathy and diabetic macular edema.CurrDiabRep2014;14(9):526

16 Jindal V. Neurodegeneration as a primary change and role of neuroprotection in diabetic retinopathy.MolNeurobiol2015;51(3):878-884

17 Virk SA, Donaghue KC, Wong TY,etal.Interventions for Diabetic Retinopathy in Type 1 Diabetes:Systematic Review and Meta-Analysis.AmJOphthalmol2015；160(5):1055-1064

18 Zhao C, Wang W, Xu D,etal.Insulin and risk of diabetic retinopathy in patients with type 2 diabetes mellitus:data from a meta-analysis of seven cohort studies.DiagnPathol2014;9：130

19 Obrosova IG,Kador PF. Aldose reductase / polyol inhibitors for diabetic retinopathy.CurrPharmBiotechnol2011；12(3):373-385

20 Ding Y, Yuan S, Liu X,etal. Protective effects of astragaloside IV on db/db mice with diabetic retinopathy.PLoSOne2014;9(11):e112207

21 Milne R,Brownstein S. Advanced glycation end products and diabetic retinopathy.AminoAcids2013;44(6):1397-1407

22 Li G, Tang J, Du Y,etal. Beneficial effects of a novel RAGE inhibitor on early diabetic retinopathy and tactile allodynia.MolVis2011;17：3156-3165

23 Negi G, Kumar A, Joshi RP,etal. Oxidative stress and Nrf2 in the pathophysiology of diabetic neuropathy:old perspective with a new angle.BiochemBiophysResCommun2011;408(1):1-5

24 Wakabayashi Y, Usui Y, Shibauchi Y,etal.Increased levels of 8-hydroxydeoxyguanosine in the vitreous of patients with diabetic retinopathy.DiabetesResClinPract2010;89(3):e59-61

25 Rodriguez-Carrizalez AD, Castellanos-Gonzalez JA, Martinez-Romero EC,etal. The effect of ubiquinone and combined antioxidant therapy on oxidative stress markers in non-proliferative diabetic retinopathy:A phase IIa, randomized, double-blind, and placebo-controlled study.RedoxRep2015;publish online

26 Dong LY, Jin J, Lu G,etal. Astaxanthin attenuates the apoptosis of retinal ganglion cells in db/db mice by inhibition of oxidative stress.MarDrugs2013;11(3):960-974

27 Kim YH, Kim YS, Kang SS,etal. Resveratrol inhibits neuronal apoptosis and elevated Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II activity in diabetic mouse retina.Diabetes2010;59(7):1825-1835

28 Ola MS, Ahmed MM, Ahmad R,etal. Neuroprotective Effects of Rutin in Streptozotocin-Induced Diabetic Rat Retina.JMolNeurosci2015;56(2):440-448

29 Whitmire W，Al-Gayyar MM, Abdelsaid M,etal. Alteration of growth factors and neuronal death in diabetic retinopathy:what we have learned so far.MolVis2011;17：300-308

30 Mantelli F, Lambiase A, Colafrancesco V,etal. NGF and VEGF effects on retinal ganglion cell fate:new evidence from an animal model of diabetes.EurJOphthalmol2014;24(2):247-253

31 Bikbova G，Oshitari T，Baba T,etal. Neurotrophic factors for retinal ganglion cell neuropathy - with a special reference to diabetic neuropathy in the retina.CurrDiabetesRev2014;10(3):166-176

32 Wang Q, Gorbey S, Pfister F,etal. Long-term treatment with suberythropoietic Epo is vaso- and neuroprotective in experimental diabetic retinopathy.CellPhysiolBiochem2011；27(6):769-782

33 Unterlauft JD, Claudepierre T, Schmidt M,etal. Enhanced survival of retinal ganglion cells is mediated by Muller glial cell-derived PEDF.ExpEyeRes2014;127：206-214

34 Yoshida Y, Yamagishi S, Matsui T,etal. Protective role of pigment epithelium-derived factor (PEDF) in early phase of experimental diabetic retinopathy.DiabetesMetabResRev2009;25(7):678-686

35 Liu Y，Leo LF，McGregor C,etal. Pigment epithelium-derived factor (PEDF) peptide eye drops reduce inflammation, cell death and vascular leakage in diabetic retinopathy in Ins2(Akita) mice.MolMed2012;18：1387-1401

36 Kusari J, Zhou S, Padillo E,etal. Effect of memantine on neuroretinal function and retinal vascular changes of streptozotocin-induced diabetic rats.InvestOphthalmolVisSci2007;48(11):5152-5159

37 Roth S, Li B, Rosenbaum PS,etal. Preconditioning provides complete protection against retinal ischemic injury in rats.InvestOphthalmolVisSci1998;39(5):777-785

38 Fernandez DC, Sande PH, Chianelli MS,etal. Induction of ischemic tolerance protects the retina from diabetic retinopathy.AmJPathol2011;178(5):2264-2274

39 Fernandez DC, Pasquini LA, Dorfman D,etal.Ischemic conditioning protects from axoglial alterations of the optic pathway induced by experimental diabetes in rats.PLoSOne2012;7(12):e51966

40 Salido EM, Dorfman D, Bordone M,etal. Ischemic conditioning protects the rat retina in an experimental model of early type 2 diabetes.ExpNeurol2013;240：1-8

41 Przyklen K, Bauer B, Ovize M,etal. Regional ischemic ‘preconditioning’ protects remote virgin myocardium from subsequent sustained coronary occlusion.Circulation1993;87(3):893-899

42 Brandli A,Stone J. Remote ischemia influences the responsiveness of the retina:observations in the rat.InvestOphthalmolVisSci2014;55(4):2088-2096

43 Zhang X, Jizhang Y, Xu X,etal. Protective effects of remote ischemic conditioning against ischemia/reperfusion-induced retinal injury in rats.VisNeurosci2014;31(3):245-252

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.4.20

收稿日期：2015-12-25 修回日期： 2016-03-16

通訊作者：張旭鄉(xiāng)，女，主任醫(yī)師，研究方向：神經眼科.zhangxuxiang@vip.163.com

作者簡介：李東潔，女，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院在讀碩士研究生。