色素上皮源性因子与视网膜疾病关系的研究进展△

黄琬璐 杨庆华

色素上皮源性因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)是一种可溶性糖蛋白。研究表明，PEDF具有保护营养神经、抑制新生血管形成、抗纤维化、抗炎、抗增殖等多种生物活性［1-3］，其在维持视网膜正常的生理功能等方面具有重要作用，能够影响视网膜的分化、发育和成熟［4］。目前年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration，AMD)、糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)和早产儿视网膜病变(retinopathy of prematurity，ROP)的发病率逐年增高，是患者致盲的主要疾病，上述疾病的发生均伴有新生血管形成等病理学改变，其详细的分子机制仍未完全明了。刺激血管生长的因素增多和(或)抑制血管形成的因素减少均可以导致新生血管的形成。长期以来，学者们的研究主要集中于表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血管内皮细胞生长因子、转化生长因子等的作用。增生性玻璃体视网膜病变(proliferative vitreoretinopathy，PVR)是视网膜受损后由于多种因子促进眼内多种细胞增殖而形成的增生性病变。PEDF能够抑制新生血管生成和细胞增殖［5］，在上述眼病的发生发展中具有重要作用。本文就PEDF与视网膜疾病关系的研究进展综述如下。

1 PEDF的分子结构、分泌、分布和生物学特性

1.1 PEDF的分子结构 PEDF首先由 Tombran-Tink等［6］在人类胎儿视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞培养基中发现和提取。Steele等［7］研究发现，PEDF 基因全长 16 kb，由 8 个外显子和7个内含子组成，其表达含418个氨基酸残基的PEDF蛋白，相对分子质量约为46.3 kDa，糖基化后相对分子质量为50 kDa［6］。PEDF分子主链规则排列成精细的不对称结晶样结构［8］，其活性中心螺旋(8个氨基酸残基组成)由于脯氨酸残基的存在而使其中的肽键更加稳固［9］。PEDF属于丝氨酸蛋白酶抑制剂的一种，但其无抑制蛋白水解酶的活性［9］。

1.2 PEDF的产生、分泌和分布 RPE细胞是眼内产生PEDF的主要细胞，RPE细胞产生的PEDF主要以旁分泌的方式分泌至感受器间质［4］，在视网膜分化中发挥重要作用。胎儿和青年人RPE中PEDF高表达，而老年人RPE中PEDF表达下调。另外，房水中的PEDF主要由人睫状体上皮细胞产生和分泌。Karakousis等［10］采用原位杂交技术发现，人和大鼠的角膜上皮和内皮细胞、光感受器细胞、脉络膜和视网膜内层细胞及晶状体上皮细胞中均表达PEDF mRNA。Yan等［11］在正常眼中的房水、玻璃体中发现高浓度的PEDF。除眼外，人类胎儿和成年人包括整个大脑在内的多种组织均存在 PEDF的转录［12］。因此，PEDF在人体内分布广泛，并在相应组织中发挥重要的生理功能。

1.3 PEDF的生物学特性

1.3.1 神经营养作用 PEDF具有多效性的神经营养作用，对神经组织的发育和成熟具有重要意义［6，13］。(1)与早期神经元的发育有关，人胎儿 17周时的RPE中PEDF基因已有表达;(2)调节RPE的分化，PEDF可增加新生小鼠RPE中色素颗粒的含量并促进其成熟;(3)PEDF对培养的小脑颗粒细胞有明显的促进作用;(4)保护感受器免于变性，PEDF对缺血引起的视网膜内层损伤和氧自由基诱导的视网膜神经元细胞死亡具有重要的保护作用［14-16］;(5)以裂孔源性视网膜脱离患者为对象的临床研究发现，视网膜脱离可代偿性诱导PEDF表达增高，以延缓脱离视网膜的变性［14-15］。研究显示，小脑颗粒神经元、视网膜神经节细胞、光感受器等均有大小80～85 kDa的受体，可特异性地与PEDF氨基末端44-mer的肽段结合。说明PEDF可能通过自身受体及相应信号转导途径或通过间接调节其他神经营养因子的表达而发挥对神经元的保护作用［17-18］。

1.3.2 新生血管抑制作用 PEDF对眼新生血管的抑制作用已经在动物模型中得到证实，其能够抑制鼠视网膜、脉络膜、角膜等部位新生血管生成。研究表明［19］，PEDF对血管生成的抑制作用具有广谱性，可以抑制不同刺激物所引起的血管形成，其他的血管生成抑制剂对新生血管的抑制作用具有特异性，即特异地针对某单一的诱导剂或单一类型的受体。以小鼠模型为研究对象的两个研究结果进一步证明了PEDF对血管生成的抑制作用:(1)向低氧诱导的缺血性视网膜病变小鼠模型的玻璃体内注入PEDF(2 μg)，发现视网膜新生血管明显消退［20］;(2)Stellmach等［21］在同样小鼠模型中，于腹腔中注入不同剂量的 PEDF，发现最低剂量(2.2 mg·kg－1)的 PEDF注射即可观察到内皮细胞核计数明显减少，并表现出剂量依赖关系。PEDF对新生血管抑制作用的机制包括:(1)PEDF能特异地抑制内皮细胞浸润，能抑制血管内皮细胞向新生血管诱导因子的迁移，具有剂量依赖性［22］;(2)PEDF可诱导活化的血管内皮细胞通过Fas-FasL途径发生凋亡［5］。值得注意的是，PEDF对血管形成的抑制作用表现为选择性抑制新生血管，而对正常血管没有影响，其机制可能与PEDF可通过Fas-FasL分辨新生血管内皮细胞和已有的正常血管内皮细胞有关［5］。

2 PEDF与视网膜疾病关系的研究进展

2.1 PEDF与DR PEDF在DR发病中的作用越来越受到重视［4，23］。研究显示，增生型糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者眼内液中PEDF含量与新生血管形成呈负相关［24-26］。DR的最早病理改变为视网膜微血管周细胞丧失及功能障碍，而周细胞在血管生成调控中的作用主要表现为抑制内皮细胞的生长和迁移。研究表明［27］，PEDF 对晚期糖基化终末产物(advanced glycationend products，AGE)或活性氧家族(reactive oxygen species，ROS)等诱导的周细胞损伤的抑制作用可能与其抗氧化作用有关。需要说明的是 AGE或ROS可抑制视网膜周细胞中PEDF的表达，从而加剧氧化应激等诱导的周细胞损伤，促进内皮细胞增殖、移行和新生血管形成等，促进 DR进展。另外，PEDF还能抑制缺氧等诱导的视网膜新生血管化，促进视网膜的修复［25］。上述研究结果提示，PEDF的作用贯穿于DR的始终，这可能是由于高糖环境可直接抑制RPE细胞中PEDF的表达，导致DR患者房水和玻璃体中PEDF含量降低，PDR患者则更加明显。

正常状态下，眼内的PEDF和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的含量保持动态平衡，二者之间存在互逆调节。一方面，VEGF可显著下调PEDF的表达。另一方面，PEDF可以明显下调视网膜血管内皮细胞和 Müller细胞VEGF的表达。研究显示［28］，通过 RNA干扰技术沉默Müller细胞中PEDF的表达，同时伴随着VEGF表达显著升高，间接表明PEDF可能是VEGF的内源性负性调节因子。另外的研究表明［29-30］，PEDF可抑制促分裂原活化蛋白激酶的磷酸化、缺氧诱导因子(hypoxia inducing factor，HIF)的核转位和缺氧诱导的VEGF启动子活性增加，说明PEDF可在转录水平抑制VEGF的表达;另外，PEDF抑制 VEGF表达的机制可能还涉及其可与 VEGF竞争 VEGF受体-2［29-30］。

综上所述，糖尿病患者体内高糖环境直接下调RPE细胞的PEDF表达，导致其对血管生成的抑制作用丧失;同时，由于 PEDF表达降低，失去了其对VEGF表达的负调节作用，导致视网膜VEGF水平增加，从而有利于新生血管生成，发生DR。

2.2 PEDF与ROP ROP的主要病理特征是视网膜发育不全及病理性新生血管形成。PEDF可通过拮抗多种血管生长因子的作用，而抑制视网膜新生血管生成，但不影响视网膜正常血管。研究显示，与对照组相比，ROP小鼠模型组视网膜可见大量新生血管形成，且PEDF阳性细胞率显著降低。临床资料表明，吸入较低浓度的氧、相对平稳的氧含量以及低的氧饱和度变化范围可以降低 ROP发生率［31-33］。Mezu-Ndubuisi等［34］以氧诱导视网膜病变(oxygeninduced retinopathy，OIR)小鼠模型作为对象的研究发现，向玻璃体内注入外源性的PEDF可以明显抑制视网膜新生血管的形成，同时VEGF/PEDF＜1时也可以降低新生血管生成，该研究小组以ROP小鼠模型作为研究对象，发现高氧环境时，视网膜血氧分压升高，氧供充足，PEDF表达增强，抑制血管生长;而普通氧环境时，由于氧供减少，PEDF的表达水平降低，促血管因子占优势，促进血管生长。因此，在ROP高氧/血管退行-低氧/血管增生的病理生理过程中，PEDF表达的增强或减弱是ROP病变发展、血管异常改变的重要环节。Gao等［35］以大鼠缺血性视网膜病变模型为对象的研究发现，与对照组相比，实验组 VEGF升高 5倍，同时伴 PEDF下降 2倍，VEGF/PEDF比值升高，与视网膜新生血管生成一致。研究还显示［36］，高氧时视网膜 VEGF mRNA和蛋白表达减弱，血管出现关闭或消失，视网膜退行，而低氧时视网膜VEGF mRNA和蛋白表达增强，刺激血管生长，出现病理性血管增生。上述研究结果表明，视网膜新生血管的形成是由于VEGF和PEDF的平衡关系改变而发生;另外，PEDF与VEGF的表达均受到氧的调控，两者之间互相作用，力量之比使血管生长向某个特定状态发展。

2.3 PEDF与AMD AMD是引起中老年视力丧失的最主要原因，主要病理特征为黄斑区长期慢性光损伤、RPE变性(老化)、脉络膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV)及硬化［37］。如前所述，胎儿和年轻人 RPE中 PEDF高表达，而衰老 RPE中PEDF表达下调，PEDF可拮抗多种促血管生长因子，有效抑制血管生成。由此推测，PEDF浓度下降可能是导致AMD患者CNV形成的原因。史雪辉等［38］以氪激光诱导BN大鼠CNV模型为对象的研究发现，光凝后3～4周，光斑区内血管内皮细胞标志物(FⅧR:Ag)表达增加，PEDF表达降低，二者呈负相关。Holekamp等［39］以人为对象的研究发现，与年龄匹配的非血管性视网膜疾病患者相比，伴有CNV的AMD患者玻璃体内PEDF浓度下降1/6，其玻璃体样品可在体外诱导内皮细胞增殖;Matsuyama等［40］利用氪激光诱导BN大鼠CNV模型，同样发现PEDF表达下降;这些结果提示PEDF表达下调可能是形成CNV的重要机制之一;Park等［41］利用氩激光诱导BN大鼠CNV模型，并检测视网膜和玻璃体内PEDF蛋白水平，发现大鼠CNV模型视网膜和玻璃体中的PEDF表达降低，表明PEDF表达和 CNV形成呈负相关。Machalińska等［42］以培养的人 RPE 细胞为对象的研究发现，氧化应激状态下，人 RPE细胞中PEDF mRNA和蛋白的表达均显著降低，并认为累积的氧化损伤和年龄增加抑制成人RPE细胞合成和分泌PEDF，而不是VEGF，导致VEGF和 PEDF之间的平衡失调，提示玻璃体内 PEDF降低可能是RPE细胞氧化损伤的直接结果。上述研究结果表明，AMD患者的黄斑区长期慢性光损伤、RPE变性(老化)、CNV及硬化之间存在密切的关系，PEDF表达降低可能是AMD病理改变的关键因素，为AMD的防治提供了重要的科学依据。

2.4 PEDF与 PVR PVR是视网膜受损后眼内各种细胞因子、生长因子、基质蛋白和不同类型细胞等共同参与推动形成的视网膜增生性病变。研究PEDF基因转染对巨噬细胞诱导的鼠PVR的作用时发现［43］，转染组大鼠眼视网膜各层细胞结构清晰，伴少量炎性细胞浸润;对照组大鼠玻璃体内可见随病程进展而加重的炎症反应，大量炎症细胞聚集、成纤维细胞增殖、瘢痕形成最终导致眼球萎缩。另外，对PVR患者的研究发现［44］，不同分级PVR患者的玻璃体液之间存在着明显的差异，以增生活跃的C级阶段PEDF表达水平最高;各级PVR患者的玻璃体液中PEDF浓度都明显低于正常玻璃体液的单纯黄斑孔组;PVR患者的玻璃体液中VEGF浓度明显降低。上述研究结果不仅进一步验证了PEDF的抗增殖、抗炎和抑制VEGF表达的生物学活性，而且表明PEDF在PVR的发生发展中可能发挥重要作用。

综上所述，PEDF作为一种可拮抗多种促血管生长因子的血管生成抑制剂，特别是其对血管生成的抑制作用表现为选择性抑制新生血管而不影响正常血管的特性，为血管增生性疾病的治疗提供了新的思路。相信随着PEDF在眼内稳定表达技术的成熟和以PEDF为靶点的药物的成功研制，将有助于提高伴有血管增生的视网膜疾病的治疗效果，改善患者的生存质量。

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