【摘要】 糖尿病性视网膜病变是糖尿病微血管病变常见而严重的并发症,在很大程度上导致不可逆的视功能损害或完全失明.VEGF在DR发生、发展,尤其在视网膜新生血管形成过程中发挥重要作用，本文就血管内皮生长因子与糖尿病性视网膜病变的关系进行综述。
【关键词】 糖尿病性视网膜病变 血管内皮细胞生长因子
糖尿病性视网膜病变( diabetic retinopathy,DR)是一种严重的眼内缺血性病变, 常伴有眼内新生血管形成, 可导致严重的眼内并发症, 如：增殖性玻璃体视网膜病变, 新生血管性青光眼和眼内出血等。近年来, 许多学者认为视网膜缺血性病变新生血管的发生发展与血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)有着密切的关系。据报道DR患者眼内液中VEGF含量不仅增高, 而且与DR发展变化的程度、糖尿病眼底改变(微血管异常、新生血管、玻璃体积血) 密切相关[1,2],因此VEGF在DR的发展变化中作为一个强有力的刺激因子, 刺激新生血管生长。叶健华等[3]的研究也证实：VEGF不但导致糖尿病微血管病变发生,而且与病变的严重程度密切相关。近年来，血管内皮生长因子在糖尿病性视网膜病变进展中所起的作用及促进其病变发展的相关机制已成为眼科研究的热点问题。
1VEGF概述
1.1 VEGF的理化性质
血管内皮生长因子(VEGF) 又称血管通透因子(vascular permeability factor , VPF) , 它首先于1989 年从牛的垂体滤泡星状细胞培养液中分离纯化[4]。是一种相对分子质量在46000～48000之间的糖蛋白二聚体,为血管内皮的强促分裂素。亚基之间通过二硫键相连,该键如被还原,则丧失所有的生物学特性。人VEGF 基因位于6p21.3 ,全长28kb ,编码VEGF基因约14kb ,基因由交替剪接8个外显子、7个内含子组成, 全长14000碱基对。编码产物分子质量为34～45×103 的同源二聚体糖蛋白。VEGF基因经过转录水平剪接,产生数种变异体,以氨基酸的长短依次分为VEGF206,VEGF189,VEGF183,VEGF165,VEGF148,VEGF145 和VEGF121 ,异构体功能上的差异主要取决于与肝素的不同结合能力,VEGF183,VEGF145 是最近在胎盘生殖道肿瘤发现一种新的蛋白，VEGF206,VEGF189 作为一种储备形式与细胞表面或基地蛋白上的蛋白多糖结合，而VEGF165,VEGF121 属于分泌型,可自由扩散,与VEGF生物活性密切相关。VEGF的受体有3种：VEGFR1( Flt 1),VEGFR 2(KDR/FIk1),VEGFR3(Flt4)。其中,VEGFR 2主要分布在血管内皮细胞,也分布在造血干细胞、巨噬细胞等[5]。它的主要作用是介导VEGF的血管内皮细胞增生,趋化内皮细胞和增加血管通透性等功能,因此,是VEGF的主要功能受体[6]。VEGFR1在新生血管生成过程中的作用也主要是调节VEGFR2的功能[7]。研究表明,培养的人视网膜色素上皮细胞会表达VEGF和两个同源受体KDR与Flt21[8]。VEGFR3在胚胎期表达于血管和淋巴管内皮细胞,参与了心血管系统的发育;3种受体均为跨膜蛋白,与配体结合后形成二聚体,引发一系列生化连锁反应。Flt1激活对内皮细胞间及内皮细胞与间质间调控起重要作用,但不引起细胞分裂增殖。Flt1在增生和静止的内皮细胞均表达,表明其在维持内皮细胞中发挥作用。近来尚有其他受体报道,如神经纤毛蛋白1(neuropilin1)和神经纤毛蛋2(neuropilin2)[9],neuropilin1[10]通过增加VEGF165与Flt1亲和力,从而加强VEGF生物学效应,但不与VEGF121合。Neuropilin1被认为是VEGF165的特异性受体而和VEGFR2共同表达。已发现以上两种受体在早产儿视网膜病变模型小鼠的视网膜共同表达。
1.2 VEGF的分布
VEGF 广泛分布于人和动物体内的脑、肾、肝、眼等多种组织, 在眼部正常情况下,视网膜的周细胞、视网膜色素上皮细胞和内皮细胞均可产生较低水平VEGF。视网膜血管细胞合成VEGF 并有高亲合受体,证明VEGF是一种自分泌生长因子。最初报道[11], VEGF对体外培养的牛视网膜内皮细胞生长具有明显的调节作用。之后在小鼠的视网膜内核层发现有VEGF存在, Dorey 等[12]用原位杂交的方法阐述了VEGFmRNA主要表达于新生大鼠视网膜无血管部分的内核层, 在缺氧条下,VEGF受体数量增加50% ,VEGFmRNA及其蛋白表达也均增强。
2VEGF的生物学效应
2.1增加血管通透性
VEGF是目前所发现的最强的血管通透剂, 它在1mmol/ L 浓度下即有活性,其活性是组胺的50000倍。Tamim等[13]发现糖尿病大鼠早期就出现VEGF引发的血视网膜屏障破坏。Odwyer等[14]发现VEGF能使Occludin蛋白磷酸化含量下调，使其从细胞间连接处转移至细胞内而破坏血视网膜屏障，VEGF也可以通过增加活性氧的产生提高血管通透性。
2.2促进内皮细胞迁移、增殖和血管形成
VEGF 是一种特异性有丝分裂原, 在体内,它可诱导血管生成,新生血管的数量与VEGF的表达密切相关;在体外,它可促进内皮细胞增殖[15]。在DR早期，视网膜毛细血管内皮细胞未出现增殖。相反,研究发现[16]在链脲佐菌素诱导的糖尿病早期视网膜内皮细胞及周细胞存在凋亡。 随着病程的进展,VEGF 的作用将逐渐增强,以达到刺激视网膜血管内皮细胞的迁移和增殖的强度,最终导致新生血管的形成。
2.3使细胞外基质表达上调,促进细胞外基质变性 VEGF能上调细胞外基质,改变内皮细胞内某些基因的激活状态,血浆纤溶酶原激活物、尿激酶型纤溶酶原激活物、组织型纤溶酶原激活物、纤溶酶原激活物抑制剂1以及间质胶原酶表达上调[17],导致细胞外基质变性,有助于血管生长。
2.4上调细胞间黏附分子
1(ICAM1) 的基因表达 VEGF可增加视网膜血管ICAM1的mRNA和蛋白质水平, 形成白细胞栓子, 激活白细胞,释放多种活性物质,引起血流缓慢和血栓形成,导致视网膜局部缺血加重和新生血管形成。
3 DR时VEGF及受体表达在发病机制中的作用
Spirin等[18]用RTPCR法研究也发现:非DR视网膜VEGFmRNA表达与正常对照相同,而DR者VEGFmRNA表达明显增高。另外,国外学者[19]用ELISA 法测定患者房水和玻璃体VEGF含量,结果表明玻璃体VEGF含量与新生血管严重程度密切相关[20]。玻璃体VEGF含量高于房水。以往研究认为VEGF只是在视网膜缺血性病变中才呈高水平表达,近年研究表明在增生性玻璃体前膜疾病的玻璃体增生膜及视网膜前膜中同样有VEGF受体mRNA的表达[21]。
3.1 VEGF及受体表达调节的因素与DR
3.1.1缺氧
视网膜组织缺氧是刺激VEGFmRNA表达的最强因素。Aiello等[22]在缺氧的条件下培养视网膜色素上皮细胞(RPE)和内皮细胞4h,Northern杂交表明,VEGFmRNA表达增加,缺氧18h后人RPE VEGFmRNA增加16倍,RPET内皮细胞条件培养液可使视网膜内皮细胞DNA含量增加60%。缺氧时大量的眼细胞如视网膜血管内皮细胞、周细胞和Müller细胞分泌VEGF明显增高,破坏血视网膜屏障。缺氧时大量的视网膜血管内皮细胞、周细胞和Müller 细胞分泌VEGF明显增高,破坏BRB ,导致视网膜血管通透性增高,渗出增加,视网膜水肿; 当VEGF在玻璃体及视网膜含量明显增加时,则刺激视网膜内皮细胞增殖,诱导视网膜新生血管形成。其可能的作用机制是: （1）眼组织中VEGF与相应受体（主要是KDR/FIk1）特异性结合：丙氨酸扫描诱变(alanine scanning mutagenesis) 显示Arg82 ,Lys84 和His86 是VEGF 结合到VEGFR 2 的关键位点,这些氨基酸所在的区域位于VEGF 单体结构的一端,2 个这样的单体通过二硫键以头尾相连的方式连接在一起形成二聚体,二聚体的两端就形成了和受体结合的区域[23]。（2）受体二聚体的形成:VEGF二聚体的两端分别和一个VEGFR2单体结合,这样就促使了VEGFR2 二聚化的形成。受体形成二聚体的位点可能是在VEGFR2 胞外段的第4 区中,在没有和VEGF结合前,位点可能被第4～7区中的抑制结构所“封闭”,当与VEGF 结合后,由于构象的改变,抑制作用解除,2个受体结合成二聚体[24]。（3）胞内信号转导VEGFR2在二聚化以后,其胞内段的酪氨酸位点发生了自磷酸化,磷酸化的酪氨酸残基可能有控制受体激酶活性和为胞浆内的信号传递分子提供锚点的作用。这些传递分子本身或者是酶,或者是调节子,这样就把VEGFR和信号转导途径联系起来。
3.1.2高血糖
生理条件下VEGF受体仅在内皮细胞表达,但在高血糖条件下VEGF及其受体在视网膜神经节、内外神经层可见表达,VEGF及其表达增加,促进血管内皮细胞增生,增加血管通透性,促进新生血管的形成。高血糖导致VEGF异常可能的致病机制包括:蛋白质非酶性糖基化、多元醇通路代谢异常、蛋白激酶C 通路激活等。最近，Okamoto等[25]研究发现甘油醛乙醇醛源性糖化终末产物glycerandGlycolAGE与周细胞缺失有关，糖化终末产物与受体的交互作用通过核因κB(NF2κB)和激活蛋白1（AP1），转录激活VEGF基因，促进新生血管形成。
3.1.3胰岛素
在应用胰岛素早期,胰岛素可能通过激活视网膜周细胞的K+通道,使膜出现去极化,引起周细胞收缩,减少血流,导致视网膜缺血、缺氧,并使毛细血管通透性增强,促进DR进展[26]。据报道,胰岛素还可刺激微血管内皮细胞DNA的合成,加速内皮细胞增殖,促进血管芽的形成,导致血管新生[27]。研究显示,胰岛素能刺激Müller细胞表达VEGF，可通过增加VEGF蛋白的表达而加速DR的进展,但这种蛋白的增加是通过转录水平调节。
3.1.4血管紧张素Ⅱ（ATⅡ）
ATⅡ通过血管紧张素原在肾素作用下产生血管紧张素Ⅰ(ATⅠ) ,后者再在血管紧张素转换酶(ACE) 的作用下产生的。肾素、ATⅠ和ATⅡ也可以在眼组织局部合成[28],并在高血糖环境下被活化。研究表明,在增殖型糖尿病视网膜病变(PDR)患者玻璃体中ATⅡ和ACE 的水平明显高于正常对照组[29]。此外有报道给糖尿病大鼠服用ATⅡ的AT1R拮抗剂如losartan 可以延缓DR的进程[30]局部ATⅡ与视网膜的新生血管形成有着密切的关系,其可能的机制有: ①细胞凋亡是血管组成细胞新陈代谢的一种方式,而ATⅡ为细胞凋亡的抑制剂,其含量的增加使细胞凋亡的减少,从而使血管中细胞数量增加,促进血管重塑和新生血管形成。②ATⅡ还可以诱导具有丝裂原活性的蛋白激酶活化,后者是一种细胞强有力的增殖刺激因子[31]。③ATⅡ可以诱导刺激VEGF的表达,促进新生血管的形成。从而参与到DR的发生发展。
3.1.5其他细胞因子与VEGF
碱性成纤维生长因子(bFGF)可上调VEGF表达,且与VEGF有协同作用;转化生长因子β、胰岛素样生长因子1、血小板衍生因子、表皮生长因子、白细胞介素1均可上调VEGF mRNA 表达。瘦素也是通过上调VEGF诱导视网膜新生血管的形成[32]。肿瘤坏死因子α下调VEGF。存在于正常人视网膜局部的色素上皮细胞衍生因子,有生理性抑制视网膜血管形成的作用,也可使VEGF表达下调[33];另外雌二醇( E2) 及孕酮( P4) 对VEGF 的表达也有影响[34]。
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