PPAR-γ防治糖尿病视网膜病变的作用机制*

.福建医科大学第一临床学院 .福建医科大学附属第一医院，福建省眼科研究所 .解放军第80医院安 娜　郑卫东　杨丽君



PPAR-γ防治糖尿病视网膜病变的作用机制*

1.福建医科大学第一临床学院 2.福建医科大学附属第一医院，福建省眼科研究所 3.解放军第180医院
安 娜1郑卫东2杨丽君3

糖尿病视网膜病变（Diabetic retinopathy， DR）是糖尿病引起的微血管并发症之一，是致盲的主要原因之一。高糖引起DR的机制包括糖基化终末产物（AGEs）的生成、氧化应激以及炎症反应等。目前DR的发病机制尚未明确，治疗DR仍然面临严峻的挑战。最近研究显示，过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（PPAR-γ）及其激动剂噻唑烷二酮类药物（TZDs）具有增强胰岛素敏感性、拮抗 AGEs生成、抗氧化、抗炎以及抗血管生成等作用，可能成为治疗由高糖引起视网膜损害的一种新方法。该文就PPAR-γ防治DR的作用机制进行综述。

糖尿病视网膜病变 过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 噻唑烷二酮类药物

糖尿病视网膜病变（Diabetic retinopathy，DR）是糖尿病引起的严重微血管并发症之一。它严重损害患者的视力，影响患者的生活质量。调查显示，DR的发病率随糖尿病病程的延长而逐渐升高。病人患糖尿病20年后，几乎所有1型糖尿病发生DR，2型糖尿病（T2DM）发生DR的概率超过60%［1］。最近流行病学调查显示，到 2030年，全球患DR的人数将从2010年的1.266亿增长到1.910亿，而威胁视力的DR则会从3.73千万增长到5.63千万［2］。虽然目前DR的发病机制尚未完全清楚［3］，但是，最近研究人员对 DR患者和适量的动物模型研究显示，过氧化物酶体增殖物激活受体-γ （peroxisome proliferator-activated receptor-γ， PPAR-γ）及其基因 PPARG可能成为治疗或者改善由高糖引起视网膜损害的一种新方法。

1　PPAR-γ概述

PPAR-γ是一种配体激活型转录因子，是核受体超家族成员。当其与配体结合后被激活，发生构象改变并与视黄醇 x受体（Retinoid X receptor，RXR）结合成异二聚体，同时释放抑制蛋白并结合辅激活蛋白，形成一个包含多个亚单位的协同激活物，再与靶基因启动子区域的过氧化物酶体增殖物反应元件（Peroxisome proliferators response element，PPRE）结合，从而发挥对靶基因的转录调控作用［4］。目前发现，PPAR-γ是调节脂质代谢、脂肪生成、糖类代谢、血管生成和炎症反应的重要因子，主要分布于脂肪组织以及免疫细胞。在哺乳动物眼部，PPAR-γ主要分布于视网膜色素上皮、光感受器外节以及脉络膜毛细血管［5］。Reiter CE［6］等发现正常视网膜表达高活性的胰岛素受体/AKT信号通路，而且其表达胰岛素受体蛋白的量相当于肝脏和大脑。研究显示，糖尿病模型或者视网膜内皮细胞处于高糖环境下，视网膜表达PPAR-γ因子被抑制［7］，而PPAR-γ激动剂噻唑烷二酮类药物（TZDs）罗格列酮可以延缓DR的发生和发展［8］。

2　PPAR-γ基因研究

PPAR-γ基因位于染色体3p25，全长1609bp，包含1～6个外显子［9］。迄今发现PPAR-γRNA有4个亚型，4种PPAR-γ mRNA异构体在不同组织中表达不完全相同［10］。生物学、基因学以及功能学研究表明，PPAR-γ基因与DR的发生发展有着密切的关系［11-16］。目前有很多研究显示，在 PPAR-γ编码区的核苷酸变异可能增加T2DM患者并发DR的敏感性。目前关于PPAR-γ基因与DR关系的研究主要集中于PPAR-γ2，包括其核苷酸多态性以及变异性。Ma［15］等经meta分析认为，PPAR-γ中的Pro12Ala多态性与T2DM中的DR以及种族间差异存在重大联系，其中，丙氨酸等位基因对 T2DM并发DR具有保护性影响。Petrovic［16］等对160名T2DM患者与101名 T2DM未并发 DR患者进行比较研究发现，PPAR-γ辅助激活因子-1（PPARGC1）中的AA型基因Gly482Ser多态性可能是 T2DM并发视网膜病变的一个危险因素，而PPAR-γ中的Pro12Ala多态性则与DR无相关联系。尽管对PPAR-γ基因与DR关系的研究存在争议，但是这些研究提示PPAR-γ基因可能是DR治疗的新方法。

3　PPAR-γ防治DR的作用机制

3.1降糖作用

高血糖是DR发生的主要原因，糖尿病患者体内长期高糖或血糖控制不达标可通过激活多元醇途径、蛋白激酶C（PKC）途径、非酶糖基化反应和氧化应激反应等促进DR的发生和发展。英国前瞻性糖尿病研究（UKPDS）证实，2型糖尿病患者微血管病变与血糖升高关系极为密切，严格控制血糖可以预防、延缓眼部微血管并发症的发生［17］。实验证明，TZDs 通过激活 PPAR-γ提高糖尿病患者对胰岛素的敏感性［18］。PPAR-γ激动剂促进靶组织中糖的转运及脂肪分解，并改善胰岛B细胞功能，从而有效地控制血糖，对DR的防治发挥直接的作用。

3.2抑制AGEs的生成

人体内蛋白质、脂肪酸或核酸的氨基基团与还原糖的醛基通过非酶性糖基化反应（Maillard反应）形成Amadori产物，后者再经过一系列的脱水、浓缩、裂解、氧化、环化反应，使蛋白质发生分子内和分子间的交联，最终形成不可逆的晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGEs）。在高血糖、衰老、高血压、氧化应激等状态下，AGEs糖基化反应加速并造成堆积，而蛋白质一旦被 AGEs所修饰，即丧失生理功能。糖尿病早期AGEs沉积在视网膜微血管壁，进而破坏血管基底膜正常结构，使毛细血管通透性增加。AGEs还可与细胞表面特异性受体（RAGE）结合，激活核转导因子-kB（NF-kB）和PKC诱导的NADPH氧化酶活性，刺激多种细胞分泌细胞炎症因子和生长因子，促进炎症反应和氧化应激，形成一个级联放大的恶性循环过程，从而促进DR的发生。此外，AGEs通过诱导周细胞释放活性氧自由基（ROS），上调AGEs受体RAGE的mRNA表达，加重AGEs对血管壁细胞的损伤。总之，AGEs可诱导视网膜的细胞凋亡、新生血管的生成、白细胞黏附，破坏血—视网膜屏障（BRB）［14］。

PPAR-γ在很大程度上可以阻止由 AGEs诱导形成的血管并发症。研究发现，替米沙坦通过激活PPAR-γ下调 RAGE的表达，从而减少由AGEs诱导的炎症反应［19］。此外，替米沙坦可以下调RAGE mRNA的水平、抑制过氧化物的产生以及趋化因子MCP-1的表达，减少ROS的生成以及C反应蛋白（CRP）的表达，而这些效应可被PPAR-γ抑制剂 GW9662所阻止［20］。

3.3抗氧化应激和细胞凋亡

氧化应激是指体内活性氧化物质（主要是ROS）的产生和抗氧化防御体系之间失衡，从而导致组织损伤的一种状态。长期高血糖刺激，使线粒体呼吸链功能异常，释放大量ROS。ROS经线粒体途径激活caspase家族，ROS的增加可引起线粒体内细胞色素c释放入胞质。细胞色素c级联引起caspase-3的激活；ROS还可以引起细胞膜脂质过氧化，细胞膜受损伤后可引起细胞内Ca2+浓度的增加；另外，ROS及其氧化应激产物可直接攻击DNA，造成细胞分化功能障碍，增殖周期延长，导致细胞发生凋亡。在DR早期几乎所有患者都发生氧化应激反应。氧化应激与视网膜毛细血管细胞的加速凋亡和微血管的异常有着密切的关系。

PPAR-γ内源性配体15-脱氧-Δ12，14-前列腺素-J2调节细胞抵御氧化应激。Brownlee［21］认为，线粒体产生过多的ROS是启动糖尿病并发症的发病机制之一，研究表明，PPAR-γ转录辅助活化因子PGC-1α可诱导经典的活性氧清除酶，调节线粒体内解偶联蛋白UCP2和UCP3的表达，UCP2和UCP3 是ROS形成的重要因子。Lee［22］等认为，PPAR-γ激动剂通过调节谷胱甘肽过氧化物酶 3（GPx3）减少全身氧化应激。Yang等人［23］则报道吡格列酮可通过激活PKC，增加p66shc磷酸化，降低全身及肾脏的氧化应激水平。Mattos［24］等报道罗格列酮可直接通过PKC途径抑制人外周血白细胞ROS的产生。虽然PPAR-γ激动剂抗氧化的具体作用机制尚不十分明了，但其抗氧化作用已为多数学者认可。

3.4抗炎作用

糖尿病视网膜病变是一种慢性炎症性疾病。在糖尿病视网膜病变发生和发展过程中上调金属蛋白酶-9（MMP-9）、纤连蛋白、环氧合酶-2（COX-2）和诱导性一氧化氮合酶（iNOS）等炎症介质，通过改变炎症相关下游效应蛋白的表达及活性，产生一系列级联效应，引发各种炎症反应，激活和增加白细胞黏附，增加血管通透性，促进内皮细胞迁移和增殖，最后导致视网膜细胞凋亡和新生血管产生。

研究表明，PPAR-γ通过抑制NF-kB阻止炎症反应以及血管生成。在 STZ诱导的糖尿病动物模型中，罗格列酮可以抑制NF-kB以及黏附分子ICAM-1的表达［25］。当视网膜色素上皮暴露在高糖环境的炎症模型中，宁夏枸杞的提取物牛磺酸激活PPAR-γ下调MMP-9、纤连蛋白、COX-2、iNOS等炎症介质mRNA的表达［14］。PPAR-γ激动剂通过改变基因转录拥有多重效应，在DR早期，高糖对视网膜周细胞生成NO产生抑制作用，视网膜的血流量下降，而曲格列酮可以逆转这种作用进而恢复视网膜的血流动力学。持续的高血糖可导致视网膜血流量加大，PPAR-γ激动剂通过抑制iNOS的表达减少NO的生成，从而降低视网膜的血流量。PPAR-γ在高糖引起的视网膜白细胞瘀滞以及白细胞渗漏中也发挥着重要作用［15］。

3.5抗血管生成和纤维化改变

随着分子生物学发展，研究发现细胞因子 VEGF参与DR新生血管的形成，在DR的发生发展中起重要作用。生理状态下，VEGF能促进血管、淋巴管增生。在DR中，细胞和体液中VEGF的含量高于正常水平，引起毛细血管通透性改变，造成视网膜内屏障破坏导致视网膜渗出、出血及水肿，诱导血管生成素（Angiogenin）生成增加，协同促进视网膜新生血管的形成，造成视力损害。

研究已经证实，PPAR-γ激动剂可以抑制脉络膜及角膜的新生血管［24］。Panigrahy等［26］报道，罗格列酮可作用于内皮细胞而抑制血管的生成。PPAR-γ抗血管生成作用的可能机制包括抑制依赖丝裂原蛋白激酶（MAPK）、Akt蛋白激酶的活化作用；上调血管生成抑制剂——血小板反应蛋白受体乳腺丝抑蛋白（Maspin）和CD36；抑制金属蛋白酶和VEGF及 VEGF受体的表达；增加纤溶酶原抑制剂PAI-1以及金属蛋白酶抑制剂的表达［27］。也有研究显示，PPAR-γ通过调节COX-2的表达及其活性拮抗VEGF诱导的血管生成［28］。

在PDR中，转化生长因子TGF-b对纤维化的病理改变起着关键作用。PPAR-γ激动剂通过下调TGF-b抑制病理性的纤维化改变。Hatanaka［29］等报道，PPAR-γ激动剂通过阻断TGF-b信号通路，从而抑制视网膜血管内皮细胞的纤维化改变，但具体机制尚未完全清楚。

综上所述，DR的发病机制复杂，至今没有找到一种完美的防治方法。PPAR-γ通过上述几种机制对DR起到保护作用，PPAR-γ激动剂TZDs有可能成为治疗DR的一种新方法。

［1］ Fong DS， Aiello LP， Ferris FL 3rd， et al. Diabetic retinopathy［J］. Diabetes Care， 2004， 27（10）: 2540-2553.

［2］ Zheng YF， He MG， Congdon N.The worldwide epidemic of diabetic retinopathy［J］. IndianJOphthalmol，2012，60（5）: 428-431.

［3］ Costa V， Ciccodicola A. Is PPARG the key gene in diabetic retinopathy［J］ Br JPharmacol， 2012， 165（1）: 1-3.

［4］ Yessoufou A， Wah1i W. Multifaceted roles of peroxisome proIiferatoractivated receptors （PPARs） at the cellular and who1e organism levels［J］. Swiss Med Wkly， 2010， 140: w13071.

［5］ Herzlich AA， Tuo J， Chan CC. Peroxisome proliferator-activated receptor and age-related macular degeneration［J］. PPAR Res 2008， 2008: 389507.

［6］ Reiter CE， Wu X， Sandirasegarane L， et al. Diabetes reduces basal retinal insulin receptor signaling: reversal with systemic and local insulin［J］. Diabetes， 2006， 55（4）: 1148-1156.

［7］ Tawfik A， Sanders T， Kahook K， et al. Suppression of retinal peroxisome proliferator-activated receptor gamma in experimental diabetes and oxygen-induced retinopathy: role of NADPH oxidase［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2009， 50（2）: 878-884.

［8］ Shen LQ， Child A， Weber GM， et al. Rosiglitazone and delayed onset of proliferative diabetic retinopathy［J］. Arch Ophthalmol， 2008， 126（6）: 793-799.

［9］ 陈永熙，王伟铭，周同，陈楠. PPAR-γ作用及其相关信号转导途径［J］.细胞生物学杂志， 2006（28）：382-386.

［10］ 徐存拴，唐自阔. PPAR-γ偶联的信号通路可能参与大鼠肝再生［J］. 基础医学与临床， 2008（8）: 810-815.

［11］ Costa V， Casamassimi A， Esposito K， et al. Characterization of a novel polymorphism in PPARG regulatory region associated with type 2 diabetes and diabetic retinopathy in Italy［J］. J Biomed Biotechnolo， 2009， 2009: 126917.

［12］ Malecki MT， Cyganek K， Mirkiewicz-Sieradzka B， et al. Alanine variant of the Pro12Ala polymorphism of the PPARgamma gene might be associated with decreased risk of diabetic retinopathy in type 2 diabetes［J］. Diabetes Res Clin Pract， 2008， 80（1）: 139-145.

［13］ Song MK， Salam NK， Roufogalis BD， et al. Lycium barbarum （Goji Berry）extracts and its taurine component inhibit PPAR-γ-dependent gene transcription in human retinal pigment epithelial cells: Possible implications for diabetic retinopathy treatment［J］. Biochem Pharmacol， 2011， 82（9）: 1209-1218.

［14］ Song MK， Roufogalis BD， Huang TH. Modulation of diabetic retinopathy pathophysiology by natural medicines through PPAR-γ-related pharmacology［J］. Br J Pharmacol， 2012， 165（1）: 4-19.

［15］ Ma JL， Li Y， Zhou F， et al. Meta-analysis of association between the Pro12Ala polymorphism of the peroxisome proliferator-activated receptor-γ2 gene and diabetic retinopathy in Caucasians and Asians［J］. Mol Vis， 2012， 18（3）: 2352-2360.

［16］ Petrovic MG， Kunej T， Peterlin B， et al. Gly482Ser polymorphism of the peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1 gene might be a risk factor for diabetic retinopathy in Slovene population （Caucasians） with type 2 diabetes and the Pro12Ala polymorphism of the PPARγ gene is not［J］. Diabetes Metab Res Rev， 2005， 21（5）: 470-474.

［17］ Turner RC， Holman RR. Lessons from UK prospective diabetes study［J］. Diabetes Res Clin Pract， 1995， 28（SupplN）: S151-S157.

［18］ 徐陈，王莉莉，曹颖林，李松.PPARs:脂代谢调剂与胰岛素增敏治疗药物的作用靶标［J］.ChinesePharmacologicalBulletin，2004，20（3）:241-244.

［19］ Yamagishi S， Nakamura K， Matsui T. Potential utility of telmisartan， an angiotensin II type 1 receptor blocker with peroxisome proliferator-activated receptor-gamma （PPAR-gamma）-modulating activity for the treatment of cardiometabolic disorders［J］. Curr Mol Med， 2007， 7（5）: 463-469.

［20］ Matsui T， Yamagishi S， Ueda S， et al. Telmisartan， an angiotensin II type 1 receptor blocker， inhibits advanced glycation end-product （AGE）-induced monocyte chemoattractant protein-1 expression in mesangial cells through downregulation of receptor for AGEs via peroxisome proliferator- activated receptor-gamma activation［J］. J Int Med Res， 2007， 35（4）: 482-489.

［21］ Brownlee M. The pathobiology of diabetic complications: a unifying mechanism［J］. Diabetes， 2005， 54（6）: 1615-1625.

［22］ Lee YS， Kim AY， Choi JW， et a1. Dysregulation of adipose glutathione peroxidase 3 in obesity contributes to local and systemic oxidative stress［J］.Mol Endocfinol，2008，22（9）: 2176-2189.

［23］ Yang HC， Deleuze S， Zuo Y， et a1. The PPAR Agonist Pioglitazone Ameliorates Aging-Related Progressive Renal Injury［J］.J Am Soc Nephrol，2009，20（11）: 2380-2388.

［24］ Mattos RT， Bosco AA， Nogueira-Machado JA. Rosiglitazone， a PPAR-1 agonist， inhibits VEGF secretion by peripheral blood mononuclear cells and ROS production by human leukocytes［J］.Inflamm Res，2012，61（1）: 37-41.

［25］ Muranaka K， Yanagi Y， Tamaki Y， Usui T， Kubota N， Iriyama A， et al. Effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma and its ligand on blood-retinal barrier in a streptozotocin-induced diabetic model［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2006， 47（10）: 4547-4552.

［26］ Panigrahy D， Huang S， Kieran MW， et al. PPARgamma as a therapeutic target for tumor angiogenesis and metastasis［J］. Cancer Biol Ther， 2005，4（7）: 687-693.

［27］ Goetze S， Eilers F， Bungenstock A， et al. PPAR activators inhibit endothelial cell migration by targeting Akt［J］. Biochem Biophys Res Commun， 2002，293（5）: 1431-1437.

［28］ Scoditti E， Massaro M， Carluccio MA， et al. PPARgamma agonists inhibit angiogenesis by suppressing PKCalpha- and CREB-mediated COX-2 expression in the human endothelium［J］. Cardiovasc Res， 2010， 86（2）: 302-310.

［29］ Hatanaka H， Koizumi N， Okumura N， et al. Epithelial-mesenchymal transition-like phenotypic changes of retinal pigment epithelium induced by TGF-beta are prevented by PPAR-gama agonists［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2012， 53（11）: 6955-6963.

福建省自然科学基金（2013J01305），通信作者：郑卫东，E-mail:wdzheng@163.com。