内皮祖细胞功能障碍与糖尿病性视网膜病变的相关研究进展

　　作者：杨威 石慧 崔治华 宋鄂 作者单位：吉林大学第一医院眼科,吉林 长春 130021

　　关键词：内皮祖细胞功能障碍与糖尿病性视网膜病

　　EPCs主要定居于骨髓，外周血中EPCs数量极少，EPCs通过补充替代凋亡、缺失的内皮细胞维持血管完整性，可以说EPCs是血管内皮功能重要的保护因素，是修复损伤内皮的“细胞库”。在组织损伤、缺血缺氧等特定条件下EPCs可从骨髓动员至外周血，归巢至血管损伤部位，增殖分化为成熟内皮细胞，促进损伤内皮修复并参与新生血管形成，同时EPCs可以分泌多种生长因子，包括血管内皮细胞生长因子(VEGF)、胎盘生长因子(PIGF)、肝细胞长因子(HGF)、IL8、粒细胞集落刺激因子(GCSF)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)等〔9〕，这些因子使EPCs通过旁分泌作用调节血管舒缩功能，维持组织细胞存活及其正常功能，促进新血管形成过程和组织再生。目前研究认为EPCs的动员机制可能与VEGF、胎盘生长因子(PIGF)〔10〕、基质细胞衍生因子1(stroma derived factor1，SDF1)趋化和eNOS激活〔8〕等过程有关，而EPCs的迁移归巢过程可能涉及多种细胞因子，包括VEGF、SDF1、CXC家族趋化因子受体(CXC chemokine receptor4，CXCR4),缺氧诱导因子1(HIF1)、促红细胞生成素(EPO)、血管细胞黏附分子1(VCAM1)、钙黏连蛋白等〔11～14〕，其中SDF1和其特异性受体CXCR4的相互作用主要介导EPC向缺氧组织的归巢过程，而细胞间黏附分子1(ICAM1)ICAM1/β2integrin〔15〕可能在EPC的归巢和黏附中起重要作用。目前，有关EPCs在新生血管形成过程中的整合及分

　　化的机制尚不十分明确。

　　3 DM对EPCs的影响

　　多种病理状态，如DM、高血压、高胆固醇血症等均可造成EPCs数量的减少和功能的障碍。EPCs功能障碍是DM血管病变的危险因素之一。近年来研究表明1及2型DM患者循环血中EPCs数量均有不同程度减少，同时其增殖、移行、旁分泌等功能等均受损〔16～18〕。Hamed 〔19〕等研究认为EPCs的数量与血清葡萄糖水平及HbAlc水平呈负相关，体外研究表明葡萄糖浓度增高呈剂量依赖性降低EPCs的增殖能力及生存能力，促进细胞凋亡。Tepper〔16〕等发现，DM患者循环血中EPCs的数量较正常人减少48%，而且其增殖、迁移、黏附、分化、成管能力等功能均发生了改变，不能有效维持血管的完整性，提出EPCs功能障碍导致的血管形成能力受损可能与DM微血管并发症的发生密切相关。DM患者EPC功能障碍的分子机制可能涉及NADPH氧化酶的活性增强，eNOS生成减少及NO生物利用度的降低等，这些过程使EPCs对过氧化应激的敏感性增高进而导致的细胞存活能力的下降〔19〕;另外，p53依赖性通路〔20,21〕和p38MAPK〔22〕通路激活导致的细胞衰老也与EPCs功能障碍密切相关。最近研究〔23〕表明高血糖还可导致EPCs的分化异常，细胞向内皮分化的能力受损，而吞噬能力、激活T细胞能力和分泌IL12等炎性因子的能力增强，STZ鼠骨髓来源的EPCs数量减少40%，而同时巨噬细胞增加50%。

　　4 DMEPCs功能障碍与DR

　　近年来的研究证实EPC参与视网膜血管损伤修复及病理性新生血管的形成过程。Grant〔24〕等发现骨髓起源的EPCs参与生理及病理情况下视网膜新生血管的形成;Otani〔25〕等亦证明玻璃体内注射的EPCs能够挽救新生的视网膜色素变性小鼠本应退化的视网膜血管，促进血管的发育，而且在一定程度上保护了视网膜神经细胞，改善了视网膜功能实现视网膜毛细血管的重建。目前认为DR发生发展的各个阶段可能均与EPC有关。DR作为最常见的DM眼部并发症，其发生发展是一个复杂、多因素相关的过程，病变早期主要表现为毛细血管基底膜增厚，周细胞和内皮细胞缺失，而视网膜新生血管形成是DR发展至不可逆阶段即增殖性DR(PDR)的主要病理标志。血管完整性的丧失和缺血导致的新生血管形成能力受损是导致DM血管病变的主要原因，但发生DR却伴有视网膜新生血管的过量增生，这就是所谓的“DM矛盾现象”。

　　Caballero〔26〕等研究发现，健康人外周血EPCs能够有效地修复损伤的视网膜血管，而DM患者外周血EPCs则不能有效发挥其作用。Brunner〔27〕等研究发现，非PDR患者外周血EPC数量减少，而PDR患者外周血EPC数量显著升高EPC在DR不同时期发病机制中的作用可能不同。Lee〔28〕等研究则认为提出视网膜局部可能存在其他多种因子调控EPCs的功能及新生血管形成过程，EPCs功能的受损、血管发生作用的减弱，以及局部血管生成调控因子的失衡可能是导致视网膜病理性新生血管形成的主要原因，在缺血缺氧条件下，视网膜局部VEGF、EPO等因子的过度表达，可能募集了更多功能异常的EPCs迁移至缺血部位，进而促进了缺血局部病理性视网膜新生血管的形成。柳夏林〔29〕等进行了DR患者循环EPCs数量和集落生成单位分析，并对血清中的神经营养因子通过酶联免疫吸附实验进行测定，结果发现DM患者血清中神经营养因子(NGF)和脑源性神经营养因子(BDNF)水平增高，并且因子的升高水平同循环血中EPCs数量相关;在体外实验发现缺氧条件下视网膜细胞释放NGF，而NGF在体外可以提高EPCs的活性，促进鼠缺血肢体的血管新生，推测视网膜新生血管生成可能与NGF的过量生成导致的EPCs活化有关。EPCs的归巢需要趋化因子浓度梯度的形成，对EPCs具有趋化作用的VEGF、HIF1、SDF1、EPO可能作为PDR发生的前血管生成信号，Butler〔14〕等发现PDR患者玻璃体内SDF1水平升高，Tan〔30〕等发现尽管PDR患者血清及玻璃体SDF1, VEGF水平均增高，但EPC对SDF1及VEGF的迁移能力减弱，提示DM患者可能存在EPCs表面相关趋化因子受体的表达异常。EPCs的血管形成能力受损可能与DM导致的EPC功能缺陷有关，亦可能与受损血管本身的异常导致EPC无法正确整合入损伤部位发挥修复作用有关，Bhatwadekar〔31〕等研究发现糖基化终末产物可以改变血管基底膜的构型，进而导致DR患者EPCs血管修复功能障碍。上述研究表明DR早期EPC数量减少和功能受损是导致视网膜血管内皮修复障碍的因素之一，而随着病变进展，视网膜局部的可能产生多种因子，功能异常的EPC在相关趋化因子的作用下可能诱导异常的血管新生，导致病理性新生血管的大量形成，上述过程可能是DR时DM矛盾现象的可能机制。

　　5 EPC与 DR的治疗

　　既然EPC的功能障碍及数量减少与DR密切相关，那么改善DM患者EPC的功能或者补充健康的EPC数量可能是DR治疗的新方向。研究发现HMGCoA还原酶抑制剂、他汀类药物，生长因子(GH), IGF1〔32〕等可以改善高血糖引起的EPC功能异常，NO供体硝普钠或p38有丝分裂原激活的蛋白激酶抑制剂亦可改善高血糖对EPC的作用，因此开发能够改善EPC功能的药物不失为预防DR等DM微血管的有效手段。

　　Isner等在1999年提出了“治疗性血管发生”的概念,即通过补充EPCs数目或通过基因修饰改善EPCs的功能来增加血管生成因子的作用底物,以达到更好的血管新生效果。这为缺血性疾病的治疗提供了一个新的思路，自此，以EPCs作为种子细胞治疗缺血性疾病成为近年来研究的热点。目前，EPCs移植在冠心病、心肌梗死、DM性周围血管病等缺血性疾病的治疗中已展现了良好的临床应用潜力，在眼科领域，EPCs移植能否从根本上治疗新生血管性视网膜疾病，目前尚无定论，可以设想通过移植足量且功能正常的EPCs 或者通过基因修饰的EPC可，能在缺血的视网膜局部代偿性形成正常的视网膜血管，实现视网膜血管功能性的重建，改善血流，同时还可以通过EPCs的旁分泌作用进一步改善包括内皮细胞在内的视网膜细胞功能，使视网膜局部的各种血管生成调控因子趋于平衡，从多个层面控制病情的进展。这对于DRP等缺血性眼病的治疗来说是一个全新的理念。

　　综上，EPC功能障碍与DR的发生发展密切相关，监测外周血EPC的变化可能作为评估DR病情进展的一个生物学指标，而以EPC为靶点的抗新生血管治疗或治疗性血管生成可能作为是PDR等疾病治疗的新策略。EPCs在DR缺血性眼病未来的治疗领域具有巨大潜力。但要应用于临床,仍面临许多问题：①EPCs动员、迁移、归巢和分化的具体机制目前还不清楚;②异体移植的排斥问题;③自体移植往往需要对EPCs进行基因修饰以增强其功能，此时如何避免宿主对载体产生免疫反应以及载体对宿主的潜在威胁;④如何选择临床适应证、移植细胞的数量，防治潜在的不良反应;⑤视网膜微血管的所处位置、所组成的特殊结构以及环绕其的众多种类细胞间的相互作用决定了视网膜微血管病变的特殊性。视网膜由众多种类细胞组成，这些细胞可以通过分泌各种因子或作为各个因子的效应器而在血管新生中发挥作用，如何在改善内皮细胞功能的同时调控视网膜其他细胞的功能状态，也是目前面临的一大挑战。尽管问题颇多,但是随着研究的不断深入,有望将EPCs应用于DR等视网膜新生血管性眼病的治疗。

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