粘附分子E-选择素和糖尿病视网膜病变的相关性研究

张伟亮 李双农

E-选择素（E-selectin），又称CD62E，属于粘附分子选择素家族，在血管内皮细胞受到刺激后大量表达并且部分从内皮细胞膜上脱落，入血形成可溶性e-选择素（sE-选择素），由于E-选择素仅表达于活化的血管内皮细胞，实验证明E-选择素和sE-选择素分子的mRNA有相同的剪接形式，故血清中sE-选择素水平间接的反映了体内血管内皮细胞的活化状态，临床上可作为人体内内皮细胞损伤的特异性指标〔1〕。高血糖导致细胞内代谢紊乱及血流动力学改变，损伤内皮细胞，导致E-选择素表达增加，介导白细胞粘附，发生炎症反应。Elhadd等〔2〕研究发现，sE-选择素是体内高血糖所致内皮活化的最敏感的指标。目前，E-选择素作为一种促炎因子,越来越受到临床医师的关注。但E-选择素在糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）的发生、发展中的作用比较复杂，涉及到许多细胞因子的调控和炎性因子的协同，本文对近年来有关E-选择素与糖尿病视网膜病变的相关性研究作一综述。

1 E-选择素的基本功能

E-选择素通过载体、配体相互作用参与体内多种生理和病理过程。E-选择素的外结构域中有C型凝集素的功能区作为受体,识别的配体包括多种白细胞、CD4+T细胞亚群等特定的糖链结构，主要是一些寡糖基团。目前，发现的配体有sLea、sLex、ESL-1（ E-selectin ligand-1）和 L-选择素等〔3〕。 其中、sLea和sLex不被白细胞表达，而是某些肿瘤细胞表达，如乳腺癌、结肠癌、黑色素瘤、白血病、淋巴癌等，故临床中通过检测血清中sLea和sLex的含量判断肿瘤是否转移〔4〕。载体是可以使寡糖分子安置在受体表面的物质，包括：唾液酸化、硫酸化糖蛋白、岩藻糖基化、糖脂和蛋白聚糖等。

E-选择素主要功能有：介导炎症过程中白细胞的起始黏附；参与肿瘤转移过程；在缺血再灌注损伤中起重要作用；参与血栓的形成；促进创伤的修复和愈合；参与细胞内外的信号传递；此外，在器官移植排斥中也起重要作用〔5〕。其中，炎症反应最主要的病理变化是白细胞穿越血管壁进入组织间隙，包括白细胞滚动、激活和粘附移行三步。目前认为，E-选择素及其配体是参与炎症反应起始黏附即白细胞滚动阶段的重要黏附分子,在炎症早期阶段扮演着重要的角色。通过单克隆抗体技术及特异性底物的分解证明，E-选择素参与多种白细胞（包括粒细胞、巨噬细胞、单核细胞等）及CD4+记忆性T细胞亚群的粘附、聚集作用。E-选择素介导的白细胞粘附作用在多种疾病如糖尿病及其血管并发症、心血管疾病、类风湿性关节炎、狼疮等的发生发展中占有重要地位。研究发现血浆中sE-选择素也有生物学活性，利用基因重组技术得到的重组sE-选择素通过与白细胞上相应配体结合,可以活化中性粒细胞表面CD18分子。由于E-选择素和配体在炎症起始白细胞黏附阶段具有重要作用，目前它正在作为药物作用新的靶点被大家广泛关注〔6〕。

2 DR中，与E-选择素相关的炎性因子

在高血糖症、高胰岛素血症、胰岛素抵抗、糖耐量异常等疾病中，均会导致细胞间黏附因子 1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）、血管细胞黏附因子 1（vascular cell ad-hesion molecule-1，VCAM-1）和E-选择素在内皮细胞表面的表达升高。虽然这几种粘附因子都受血糖浓度的调节，但E-选择素反应时间短、反应程度高，能更敏感的表示内皮细胞的活跃程度，是反映内皮损害和应激状态的标志物。当血糖浓度降低时，sE-选择素浓度也迅速降低。

Bagg等〔7〕研究发现，在 DR 中 E-选择素及 IL-6 mRNA在DR中的表达水平明显升高，E-选择素及IL-6可作为炎症反应的标志物；武圣洁等〔8〕报道，糖尿病视网膜病变患者血浆同型半胱氨酸（Hcy）水平明显增高，经相关分析证明血浆Hcy水平增高的程度与糖尿病视网膜病变的程度呈明显正相关。Welch等〔9〕研究表明，Hcy可能通过损害血管内皮功能、促血小板激活、诱导平滑肌细胞增殖等途径诱导微血管病变的发生，而E-选择素介导白细胞与内皮细胞的黏附可诱导急性期蛋白的产生，激活淋巴细胞，也可以促进平滑肌细胞增殖和血小板释放〔10〕。因此推测Hcy与E-选择素在诱导微血管病变的发生上有相关性。杨大春等〔11〕在动脉粥样硬化疾病的实验中证明，在一定浓度范围内，Hcy可显著促进人脐静脉内皮细胞E-选择素、IL-6的合成和分泌，两者呈剂量依赖关系。在同一浓度作用下，脐静脉内皮细胞E-选择素、IL-6的分泌呈时间依赖关系。这些研究提示Hcy是E-选择素正向刺激因子，在微血管病变中均有促进发生的作用。Wang等〔1 2〕通过蛋氨酸负荷实验证实了轻、中度Hcy血症血浆中E-选择素、P-选择素、VCAM-1明显升高，同时Hcy可刺激血管平滑肌细胞表达和释放单核细胞趋化因子-1及IL-6〔13〕。

众所周知，VEGF在DR的发生发展中起着重要的作用。牛晓燕等〔14〕选用 VEGF作为 E-选择素的参考指标，在 DM患者中发现，VEGF、sE-选择素均显著高于正常对照组，随着DR严重程度的增加而增加，血浆VEGF与血浆sE-选择素的变化趋势一致；并且研究中发现，在体外或活体的视网膜血管组织中，VEGF可增加毛细血管内皮E-选择素的表达，进一步说明E-选择素在DR发病机制中的作用。 此外，郭灵〔15〕对糖尿病患者血清 IL-10、IL-18水平与 E-选择素水平进行相关性分析，结果表明，无论患者有无DR，IL-10与E-选择素呈正相关（r=0.508 4，P＜0.01），IL-18 也如此（r=0.613 7，P＜0.01）。但是，Boulbou等报道称，粘附分子在发病或具有直接影响DR的进展中尚未得到确切的理论支持，尽管他们发现这些分子水平的提高。故有学者提出，全身血液循环中E-选择素的水平不能代表DR严重程度，进一步的研究应该是通过PCR在组织水平评估粘附分子和信使RNA对E-选择素的表达。

3 DR中，E-选择素对视网膜血管的损伤机制

Olson 等〔16〕和 Blann 等〔17〕曾 对 DR 患 者 血浆 中 sE-选择素水平进行研究，结果表明：DR患者中，高血糖可增加E-选择素的表达，sE-选择素与血糖改变显著相关，E-选择素介导的白细胞与血管内皮细胞的黏附过程在毛细血管内皮损伤、毛细血管闭塞及新生血管形成的三个阶段中均起重要作用。有研究表明sE-选择素水平与HbA1c具有相关性〔18〕，因此，sE-选择素可用于监测降糖治疗后早期血管内皮损伤的预后。

3.1 E-选择素的生成及表达

静息时，内皮细胞上的E-选择素含量非常低，高血糖症、高胰岛素血症、高血脂、高糖化血红蛋白血症导致糖尿病醛糖与蛋白质广泛接触，糖基化终产物（AGEs）产生增加，氧化应激途经诱导内皮细胞E-选择素的表达〔19〕，同时刺激大量炎性细胞因子生成，进而加速诱导E-选择素的表达〔20〕。进一步的研究发现〔21〕，高血糖诱导的氧化应激，通过 p47phox（一个增加膜转细胞氧化酶激活的关键步骤）激活NAD（P）H氧化酶，NAD（P）H氧化酶衍生的活性氧（ROS）参与 T2 DR血清诱导的内皮细胞E-选择素的表达。实验证明，在apocynin或DPI抑制NAD与（P）H氧化酶组装NAD（P）H氧化酶后，ROS的生成继而减少，内皮细胞E-选择素的表达也明显减少，说明DR中，NAD（P）H氧化酶对内皮细胞E-选择素的表达有促进作用。多数学者认为高血糖诱导的氧化应激是通过激活核因子 κB（nuclear factor-B，NF-κB）促使内皮细胞与中性粒细胞粘附性增强，刺激 E-选择素的快速表达〔22〕，Bevilacqua等〔23〕通过基因定位检测，确定了E-选择素的表达增加是在分子转录水平上诱导的。但Essani等〔24〕发现E-选择素表达的调控是多因素、多环节的：NF-κB与E-选择素基因启动子结合后，还要求NF-κB复合物与白细胞黏附分子-1及白细胞黏附分子-2结合才能启动E-选择素的表达。之后内皮细胞E-选择素的特异性碳水化合物基团被白细胞识别、粘附而发挥生物学作用〔25〕。

3.2 E-选择素的作用结果

E-选择素对白细胞的粘附使得白细胞在血管中几乎处于停滞状态，然后黏附、聚积于血管壁，释放氧自由基、酶等物质与内皮细胞相互作用，损伤血管内皮。其中单核细胞、粒细胞产生弹性蛋白酶和胶原酶损伤内皮细胞；中性粒细胞释放带正电荷的溶酶体蛋白，嗜碱性粒细胞、巨噬细胞产生释放的蛋白水解酶破坏毛细血管基底膜和细胞外基质成分。损伤的内皮细胞极易形成微血栓、阻塞毛细血管，同时增加微血管的通透性，造成组织损伤。成军等〔26〕通过显微镜检查发现，中、晚期DR血管腔内有大量白细胞粘附、聚集，周细胞、内皮细胞凋亡，基底膜增厚，PAS深染。表现为毛细血管闭塞，小动脉硬化等多种形态学改变。DM患者随着病程延长血液黏稠度逐渐增高，白细胞粘附集聚现象增加。DR血管内皮细胞损伤又促进了E选择素等粘附分子高表达〔27〕，造成恶性循环。由此证明：E-选择素高表达与DR毛细血管损伤严重程度及病程长短均有相关性。增殖型糖尿病视网膜病变（PDR）患者sE-选择素水平较非增殖型糖尿病视网膜病变（NPDR）患者血清中明显升高。Abe Y〔28〕应用单克隆抗体免疫组化的方法证明，PDR患者的TNF-α、E-选择素表达显著增加，提示E-选择素的局部表达在DR增殖阶段起很重要的作用。在小鼠模型中，10 nmol E-选择素可促使小鼠角膜的血管生长，这与白介素（IL）-8、纤维母细胞生长因子（FGF）、血管内皮生长因子（VEGF）等刺激新生血管生成的剂量几乎是完全一致的。但sE-选择素与VEGF的作用机理截然不同。sE-选择素是通过对内皮细胞的趋化作用，使其发生迁移。此外，E-选择素粘附、聚集的巨噬细胞、单核细胞可释放VEGF促进血管内皮增殖，刺激血管生长，且E-选择素诱发白细胞在毛细血管聚集引起的毛细血管闭塞、血管破坏，导致局部组织缺氧，也是刺激新生血管形成的重要因素。

4 E-选择素检测的意义与治疗

在DR发展过程中，血浆sE-选择素水平与VEGF、Hcy、IL-6、IL-10等具有正相关性。因此，在DM的早期，监测sE-选择素水平，控制E-选择素高表达及其介导的白细胞与内皮的黏附，可以保护内皮细胞，促使内皮损伤的逆转，对于DR的防治有一定的意义。目前，对E-选择素抑制的药物研究中发现，抗凝因子蛋白-C、糖皮质激素类可以直接抑制NF-κB亚单位的活性〔29〕；体外实验发现，高密度脂蛋白可以抑制IL-1刺激后人脐静脉内皮细胞E-选择素表达的增高。依达拉奉可以使血浆中E-选择素和L-选择素的表达显著下调〔30〕；吡咯烷二硫代氨基甲酸盐（PDTC）作为一种 NF-kB的抑制剂可以抑制其活化，阻碍kBp65亚基向细胞核转移，也可以下调E-选择素的基因表达，同时降低血浆中sE-选择素〔31〕。一些中药如西红花酸、麝香保心丸、葛根素对E-选择素的生成均有抑制作用。在大鼠的DR模型研究中发现，氨基胍是一种较好的抗DR药物，其抗DR的机制部分是由于降低了E-选择素、VCAM-1粘附分子的表达〔32〕。此外，E-选择素单克隆抗体的应用可阻断白细胞和内皮细胞的粘附作用，这有望为DR的治疗开辟新的途径。

5 问题与展望

E-选择素在DR中的作用已经逐步被揭示，血浆中sE-选择素水平与DR的发生、发展有相关性，但血浆中E-选择素的含量能否代表DR的严重程度尚无确切定论，研究发现血浆中E-选择素容易受到多种因素干扰，如：血压、血脂及机体感染等，有学者提出玻璃体腔内E-选择素的含量在DR发展过程中更具有代表性。那么，在治疗DR时，局部用药可能更具有针对性，也更为有效。对于抑制E-选择素的药物研究已取得了一定的成绩，但针对治疗DR的药物仍在研究当中，目前，E-选择素单克隆抗体的研究已经开始，但处于万里长征的第一步，药物的有效性、安全性及持续性将是关注的重点，希望能像年龄相关性黄斑变性中雷珠单抗抑制VEGF一样，在不久的将来，治疗DR除了传统的激光、手术外，E-选择素单克隆抗体能成为治疗DR最有效的方法之一。

总之，E-选择素的研究可能进一步揭示DR的发病机制，并为诊断、治疗该病提供新的理论依据，希望今后能通过有效的药物控制E-选择素的表达，从而成为治疗DR有效手段之一。

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