視網膜小膠質細胞是視網膜的免疫細胞，參與視網膜免疫反應。近年發現小膠質細胞在糖尿病視網膜病變（DR）的發病過程中扮演重要角色，同時參與DR神經變性及微血管病變的病理過程。了解視網膜小膠質細胞的功能及其在DR發病及治療機制中的作用，通過精準調控小膠質細胞可能為DR的治療開辟新途徑。
引用本文： 江楓, 顏華. 小膠質細胞在糖尿病視網膜病變發病及治療機制中的研究進展. 中華眼底病雜志, 2018, 34(4): 412-415. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2018.04.025 復制
微血管病變是糖尿病視網膜病變（DR）的典型特征，其基本病理改變是血視網膜屏障（BRB）的破壞和視網膜新生血管的形成。然而越來越多的證據表明，以視網膜神經節細胞丟失及對比敏感度下降為特征的神經變性才是DR更為早期的表現[1-3]。并且，微血管病變與神經變性作為DR的共同特征，相輔相成，共同促進DR的發生、發展[3]。小膠質細胞是視網膜的免疫細胞，有其特有的功能和特點。研究發現，在DR的發病過程中，小膠質細胞能發生激活、增生、遷移和極化，這些變化可能在DR視網膜神經變性及微循環調節障礙的發生發展中發揮重要作用[4-6]。
1 小膠質細胞的分布與功能
視網膜小膠質細胞起源于造血干細胞，主要分布在內層視網膜[7]。生理條件下，視網膜小膠質細胞能夠提呈抗原、吞噬細胞碎片、分泌神經保護因子及抗炎因子，表達多種受體，如細胞因子受體、Toll樣受體（TLR1～TLR9）、嘌呤受體、補體受體、CC趨化因子受體樣蛋白（CCR）1～CCR8、趨化因子受體1/2/3、CX3C趨化因子受體1（CX3CR1）等，并能與多種配體結合，發揮抵抗外界微生物侵襲、調節免疫及修復受損組織的作用[1-10]。
在正常視網膜組織，小膠質細胞處于靜息狀態，呈多分支形狀，受微環境的病理變化激活成阿米巴樣。當外界刺激消除，小膠質細胞能迅速轉變回多分支形狀[11]；而當病理性刺激長期存在，小膠質細胞能持續保持激活狀態[12]。激活的小膠質細胞有兩種極化狀態，即M1型極化和M2型極化[13-15]。M1型小膠質細胞自身能吞噬損傷的神經元及血管內皮細胞，同時釋放大量炎癥因子及氧化自由基，從而具有細胞毒性，導致BRB破壞，BRB滲漏增加[16]；同時這些細胞因子又促進視網膜神經節細胞、光感受器細胞及血管內皮細胞的病理損傷[17]；相反，M2型小膠質細胞能夠分泌多種抗炎因子及神經營養因子，抑制視網膜炎癥反應、保護神經節細胞和光感受器細胞[11, 14, 18, 19]。
2 DR中小膠質細胞活化
在糖尿病大鼠模型中，成模4周視網膜小膠質細胞出現激活、增生[20-23]；隨著病程延長，激活的小膠質細胞遷移到外層視網膜及視網膜下組織[21, 22]，但是這個遷移及吞噬過程可造成繼發性損傷。近期Arroba等[18]在模擬人DR進程的db/db小鼠模型中發現，視網膜小膠質細胞在出現激活、增生的同時還能發生極化，并且在發病早期（5周）以M2型極化為主，隨著病程延長（8周），轉變成以M1型極化為主，同時伴隨局部促炎癥因子表達顯著增加，視網膜電圖表現異常。
在正常人視網膜組織，小膠質細胞呈樹枝狀，散在分布于內層視網膜；在DR患者視網膜組織中，視網膜小膠質細胞數量增加，激活成阿米巴樣，聚集在視網膜病灶周圍，隨著DR病情進展，小膠質細胞能浸潤到外層視網膜及視網膜下組織[24]。在頻域光相干斷層掃描圖像中，激活、增生的小膠質細胞表現為強反射小點，并與神經纖維及神經節細胞層的厚度呈負相關[25-28]。
以上結果提示，小膠質細胞活化貫穿DR整個發病過程，并與DR病情發生和進展密切相關。
3 DR中小膠質細胞過度活化的機制
到目前為止，在DR中的小膠質細胞激活確切機制尚不清楚。
3.1 正向激活機制的持續刺激
慢性炎癥機制在DR發病中發揮重要作用，高血糖最初引起BRB滲漏增加，伴隨產生大量炎癥因子[29]，通過與小膠質細胞表面的細胞因子受體結合，炎癥因子能迅速激活小膠質細胞，激活小膠質細胞進一步表達白細胞介素（IL）-1β、IL-3、IL-6、腫瘤壞死因子-ɑ（TNF-ɑ）、血管內皮生長因子（VEGF）、淋巴毒素、巨噬細胞炎性蛋白-1（MIP-1）、基質金屬蛋白酶和其他活性氧（ROS），加重視網膜炎癥，破壞BRB，損傷神經節細胞[19]。高血糖引起晚期糖基化終末產物（AGEs）在視網膜組織中積聚。在體外，AGEs能直接激活小膠質細胞，誘導其過表達誘導型一氧化氮合酶（iNOS），釋放大量一氧化氮和ROS[30]；在DR模型中，高表達的AGEs能誘導小膠質細胞產生大量ROS，激活細胞外信號調節激酶（ERK）/p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子（NF）-κB信號通路，釋放大量炎癥因子TNF-α，促進局部炎癥及神經損傷[31]。
研究者還對小膠質細胞激活的炎癥級聯反應機制進行研究。Swaroop等[32]發現，熱休克蛋白60（HSP60）在炎癥因子引起的小膠質細胞炎癥級聯反應機制發揮重要作用，炎癥因子IL-1β激活小膠質細胞自分泌HSP60，與小膠質細胞表面的TLR4結合，激活TLR4- MAPK/ERK激酶3/6-p38 MAPK信號軸，促進炎癥基因轉錄，形成小膠質細胞促炎癥正反饋環路；細胞內ROS也是引起的小膠質細胞炎癥級聯反應的重要介質，ROS作為第二信使激活小膠質細胞轉錄因子AP1和NF-κB等活性及Jun氨基末端激酶（JNK）、p38、JAK/信號傳導及轉錄激活因子等激酶活性，促進小膠質細胞存活、表達更多炎癥因子，導致炎癥級聯反應[12, 30]。上述研究提示，通過抑制炎癥和調控HSP60或胞內ROS能調節小膠質細胞促炎癥促損傷作用，可能成為治療DR的新靶點。
3.2 調節穩態機制異常
正常情況下，小膠質細胞處于低水平吞噬活性的靜息狀態，并且在刺激因素清除后能迅速轉變為靜息狀態，這表明小膠質細胞同時受抑制信號作用動態維持其穩態。Fractalkin （FKN）是健康神經元表達的趨化因子，小膠質細胞表達FKN受體CX3CR1，在神經炎癥環境中，FKN/CX3CR1信號通路能傳導抑制信號，抑制小膠質細胞激活及促炎癥因子釋放。研究顯示，人群中約20%～30%其CX3CR1基因能發生等位變異，其中突變體M280與老年性黃斑病變遺傳易感性密切相關[33]。在CX3CR1基因敲除或FKN基因敲除小鼠糖尿病模型中[34, 35]，FKN/CX3CR1信號通路異常或喪失能顯著加重小膠質細胞過度活化，可能在DR發病中發揮重要作用。因此，通過恢復失常抑制信號通路調控小膠質細胞的過度活化，可能也是治療DR的新方向。
3.3 DR中小膠質細胞極化的機制
小膠質細胞激活貫穿DR發生、發展過程。同時有研究顯示，激活的小膠質細胞能發生極化，DR早期，以M2型極化為主，分泌多種抗炎因子及神經營養因子，參與組織修復；隨著病程進展，正向激活機制持續作用，極化的小膠質細胞則以M1型為主，促進病理性損害的發展[6, 18]。因此，在DR早期及發展期，增加M2型小膠質細胞比例可能逆轉DR的病理過程，達到治愈DR的目的。
4 調控小膠質細胞治療DR的研究進展
目前尚缺乏特異性調節小膠質細胞的手段，但基于小膠質細胞在很多炎癥性疾病包括DR中的關鍵作用，研究者們對其特異性治療進行初步探索。有學者發現，糖尿病大鼠腹腔注射米諾環素能抑制小膠質細胞活化，減少炎癥因子、細胞毒性物質釋放及半胱天冬酶-3活性，抑制視網膜炎癥及神經元損傷[36]。但米諾環素同時具有抗炎性質，其對小膠質細胞的抑制不具有特異性。鑒于炎癥因子在小膠質細胞的激活中的重要作用，有研究者在觀察抗炎治療對小膠質細胞的影響中發現，與疾病對照組相比，玻璃體腔注射糖皮質激素能減少視網膜組織小膠質細胞數量、抑制其激活和促炎癥及促凋亡信號通路的激活以及抑制視網膜血管病變，保護光感受器細胞和神經節細胞[37-39]；Couturier等[40]發現，玻璃體腔注射VEGF中和抗體也能減少LPS（脂多糖）誘導的葡萄膜炎中活化的小膠質細胞數量，提示VEGF及其通路在小膠質細胞的過度活化中可能起著重要作用，目前抗VEGF治療可能部分通過抑制小膠質細胞的激活發揮作用。細胞內ROS在小膠質細胞炎性級聯反應中起重要作用。Wong等[30]利用細胞內抗氧化劑抑制小膠質細胞內ROS，可減輕AGEs引起的神經炎癥。在FKN基因敲除糖尿病小鼠玻璃體腔注射FKN可減少視網膜血管旁小膠質細胞的聚集、炎性因子釋放，保護BRB[35]。以上研究證實通過下調正向激活機制或上調抑制機制能抑制小膠質細胞的過度活化，從而減輕DR中的視網膜炎癥，保護神經元細胞。
DR中小膠質細胞激活也存在積極意義，激活的小膠質細胞能吞噬受損及死亡的細胞或細胞碎片，M2型小膠質細胞能分泌抗炎癥因子及神經營養，促進組織修復；DR發病過程中激活的小膠質細胞還能從抗炎促修復的M2型轉變為促炎促損傷的M1型，加重DR病情[18]。目前關于調控視網膜小膠質細胞極化的研究很少。Roche等[41]的最近研究顯示，在視網膜色素變性模型中，炔諾孕酮通過小膠質細胞表面的孕激素受體，能降低M1型小膠質細胞比例，增加M2型小膠質細胞比例，從而保護光感受器細胞和視功能。在病程8周的db/db小鼠，視網膜小膠質細胞以M1型為主，R-DS-ONJ能增加M2小膠質細胞數量；體外實驗顯示，R-DS-ONJ抑制LPS激活小膠質細胞的促炎癥信號通路NF-κB的核轉錄及JNK的磷酸化，顯著降低小膠質細胞釋放炎癥因子[18]。以上研究初步證實在DR早期及發展期，增加M2型小膠質細胞比例可能逆轉DR的病理過程，達到治愈DR的目的。
微血管病變是糖尿病視網膜病變（DR）的典型特征，其基本病理改變是血視網膜屏障（BRB）的破壞和視網膜新生血管的形成。然而越來越多的證據表明，以視網膜神經節細胞丟失及對比敏感度下降為特征的神經變性才是DR更為早期的表現[1-3]。并且，微血管病變與神經變性作為DR的共同特征，相輔相成，共同促進DR的發生、發展[3]。小膠質細胞是視網膜的免疫細胞，有其特有的功能和特點。研究發現，在DR的發病過程中，小膠質細胞能發生激活、增生、遷移和極化，這些變化可能在DR視網膜神經變性及微循環調節障礙的發生發展中發揮重要作用[4-6]。
1 小膠質細胞的分布與功能
視網膜小膠質細胞起源于造血干細胞，主要分布在內層視網膜[7]。生理條件下，視網膜小膠質細胞能夠提呈抗原、吞噬細胞碎片、分泌神經保護因子及抗炎因子，表達多種受體，如細胞因子受體、Toll樣受體（TLR1～TLR9）、嘌呤受體、補體受體、CC趨化因子受體樣蛋白（CCR）1～CCR8、趨化因子受體1/2/3、CX3C趨化因子受體1（CX3CR1）等，并能與多種配體結合，發揮抵抗外界微生物侵襲、調節免疫及修復受損組織的作用[1-10]。
在正常視網膜組織，小膠質細胞處于靜息狀態，呈多分支形狀，受微環境的病理變化激活成阿米巴樣。當外界刺激消除，小膠質細胞能迅速轉變回多分支形狀[11]；而當病理性刺激長期存在，小膠質細胞能持續保持激活狀態[12]。激活的小膠質細胞有兩種極化狀態，即M1型極化和M2型極化[13-15]。M1型小膠質細胞自身能吞噬損傷的神經元及血管內皮細胞，同時釋放大量炎癥因子及氧化自由基，從而具有細胞毒性，導致BRB破壞，BRB滲漏增加[16]；同時這些細胞因子又促進視網膜神經節細胞、光感受器細胞及血管內皮細胞的病理損傷[17]；相反，M2型小膠質細胞能夠分泌多種抗炎因子及神經營養因子，抑制視網膜炎癥反應、保護神經節細胞和光感受器細胞[11, 14, 18, 19]。
2 DR中小膠質細胞活化
在糖尿病大鼠模型中，成模4周視網膜小膠質細胞出現激活、增生[20-23]；隨著病程延長，激活的小膠質細胞遷移到外層視網膜及視網膜下組織[21, 22]，但是這個遷移及吞噬過程可造成繼發性損傷。近期Arroba等[18]在模擬人DR進程的db/db小鼠模型中發現，視網膜小膠質細胞在出現激活、增生的同時還能發生極化，并且在發病早期（5周）以M2型極化為主，隨著病程延長（8周），轉變成以M1型極化為主，同時伴隨局部促炎癥因子表達顯著增加，視網膜電圖表現異常。
在正常人視網膜組織，小膠質細胞呈樹枝狀，散在分布于內層視網膜；在DR患者視網膜組織中，視網膜小膠質細胞數量增加，激活成阿米巴樣，聚集在視網膜病灶周圍，隨著DR病情進展，小膠質細胞能浸潤到外層視網膜及視網膜下組織[24]。在頻域光相干斷層掃描圖像中，激活、增生的小膠質細胞表現為強反射小點，并與神經纖維及神經節細胞層的厚度呈負相關[25-28]。
以上結果提示，小膠質細胞活化貫穿DR整個發病過程，并與DR病情發生和進展密切相關。
3 DR中小膠質細胞過度活化的機制
到目前為止，在DR中的小膠質細胞激活確切機制尚不清楚。
3.1 正向激活機制的持續刺激
慢性炎癥機制在DR發病中發揮重要作用，高血糖最初引起BRB滲漏增加，伴隨產生大量炎癥因子[29]，通過與小膠質細胞表面的細胞因子受體結合，炎癥因子能迅速激活小膠質細胞，激活小膠質細胞進一步表達白細胞介素（IL）-1β、IL-3、IL-6、腫瘤壞死因子-ɑ（TNF-ɑ）、血管內皮生長因子（VEGF）、淋巴毒素、巨噬細胞炎性蛋白-1（MIP-1）、基質金屬蛋白酶和其他活性氧（ROS），加重視網膜炎癥，破壞BRB，損傷神經節細胞[19]。高血糖引起晚期糖基化終末產物（AGEs）在視網膜組織中積聚。在體外，AGEs能直接激活小膠質細胞，誘導其過表達誘導型一氧化氮合酶（iNOS），釋放大量一氧化氮和ROS[30]；在DR模型中，高表達的AGEs能誘導小膠質細胞產生大量ROS，激活細胞外信號調節激酶（ERK）/p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子（NF）-κB信號通路，釋放大量炎癥因子TNF-α，促進局部炎癥及神經損傷[31]。
研究者還對小膠質細胞激活的炎癥級聯反應機制進行研究。Swaroop等[32]發現，熱休克蛋白60（HSP60）在炎癥因子引起的小膠質細胞炎癥級聯反應機制發揮重要作用，炎癥因子IL-1β激活小膠質細胞自分泌HSP60，與小膠質細胞表面的TLR4結合，激活TLR4- MAPK/ERK激酶3/6-p38 MAPK信號軸，促進炎癥基因轉錄，形成小膠質細胞促炎癥正反饋環路；細胞內ROS也是引起的小膠質細胞炎癥級聯反應的重要介質，ROS作為第二信使激活小膠質細胞轉錄因子AP1和NF-κB等活性及Jun氨基末端激酶（JNK）、p38、JAK/信號傳導及轉錄激活因子等激酶活性，促進小膠質細胞存活、表達更多炎癥因子，導致炎癥級聯反應[12, 30]。上述研究提示，通過抑制炎癥和調控HSP60或胞內ROS能調節小膠質細胞促炎癥促損傷作用，可能成為治療DR的新靶點。
3.2 調節穩態機制異常
正常情況下，小膠質細胞處于低水平吞噬活性的靜息狀態，并且在刺激因素清除后能迅速轉變為靜息狀態，這表明小膠質細胞同時受抑制信號作用動態維持其穩態。Fractalkin （FKN）是健康神經元表達的趨化因子，小膠質細胞表達FKN受體CX3CR1，在神經炎癥環境中，FKN/CX3CR1信號通路能傳導抑制信號，抑制小膠質細胞激活及促炎癥因子釋放。研究顯示，人群中約20%～30%其CX3CR1基因能發生等位變異，其中突變體M280與老年性黃斑病變遺傳易感性密切相關[33]。在CX3CR1基因敲除或FKN基因敲除小鼠糖尿病模型中[34, 35]，FKN/CX3CR1信號通路異常或喪失能顯著加重小膠質細胞過度活化，可能在DR發病中發揮重要作用。因此，通過恢復失常抑制信號通路調控小膠質細胞的過度活化，可能也是治療DR的新方向。
3.3 DR中小膠質細胞極化的機制
小膠質細胞激活貫穿DR發生、發展過程。同時有研究顯示，激活的小膠質細胞能發生極化，DR早期，以M2型極化為主，分泌多種抗炎因子及神經營養因子，參與組織修復；隨著病程進展，正向激活機制持續作用，極化的小膠質細胞則以M1型為主，促進病理性損害的發展[6, 18]。因此，在DR早期及發展期，增加M2型小膠質細胞比例可能逆轉DR的病理過程，達到治愈DR的目的。
4 調控小膠質細胞治療DR的研究進展
目前尚缺乏特異性調節小膠質細胞的手段，但基于小膠質細胞在很多炎癥性疾病包括DR中的關鍵作用，研究者們對其特異性治療進行初步探索。有學者發現，糖尿病大鼠腹腔注射米諾環素能抑制小膠質細胞活化，減少炎癥因子、細胞毒性物質釋放及半胱天冬酶-3活性，抑制視網膜炎癥及神經元損傷[36]。但米諾環素同時具有抗炎性質，其對小膠質細胞的抑制不具有特異性。鑒于炎癥因子在小膠質細胞的激活中的重要作用，有研究者在觀察抗炎治療對小膠質細胞的影響中發現，與疾病對照組相比，玻璃體腔注射糖皮質激素能減少視網膜組織小膠質細胞數量、抑制其激活和促炎癥及促凋亡信號通路的激活以及抑制視網膜血管病變，保護光感受器細胞和神經節細胞[37-39]；Couturier等[40]發現，玻璃體腔注射VEGF中和抗體也能減少LPS（脂多糖）誘導的葡萄膜炎中活化的小膠質細胞數量，提示VEGF及其通路在小膠質細胞的過度活化中可能起著重要作用，目前抗VEGF治療可能部分通過抑制小膠質細胞的激活發揮作用。細胞內ROS在小膠質細胞炎性級聯反應中起重要作用。Wong等[30]利用細胞內抗氧化劑抑制小膠質細胞內ROS，可減輕AGEs引起的神經炎癥。在FKN基因敲除糖尿病小鼠玻璃體腔注射FKN可減少視網膜血管旁小膠質細胞的聚集、炎性因子釋放，保護BRB[35]。以上研究證實通過下調正向激活機制或上調抑制機制能抑制小膠質細胞的過度活化，從而減輕DR中的視網膜炎癥，保護神經元細胞。
DR中小膠質細胞激活也存在積極意義，激活的小膠質細胞能吞噬受損及死亡的細胞或細胞碎片，M2型小膠質細胞能分泌抗炎癥因子及神經營養，促進組織修復；DR發病過程中激活的小膠質細胞還能從抗炎促修復的M2型轉變為促炎促損傷的M1型，加重DR病情[18]。目前關于調控視網膜小膠質細胞極化的研究很少。Roche等[41]的最近研究顯示，在視網膜色素變性模型中，炔諾孕酮通過小膠質細胞表面的孕激素受體，能降低M1型小膠質細胞比例，增加M2型小膠質細胞比例，從而保護光感受器細胞和視功能。在病程8周的db/db小鼠，視網膜小膠質細胞以M1型為主，R-DS-ONJ能增加M2小膠質細胞數量；體外實驗顯示，R-DS-ONJ抑制LPS激活小膠質細胞的促炎癥信號通路NF-κB的核轉錄及JNK的磷酸化，顯著降低小膠質細胞釋放炎癥因子[18]。以上研究初步證實在DR早期及發展期，增加M2型小膠質細胞比例可能逆轉DR的病理過程，達到治愈DR的目的。