Th1、Th2和Th17型细胞因子水平与糖尿病视网膜病变的相关性研究进展

沈雨 吴苗琴

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病(diabetesmellitus，DM)最严重且常见的眼部微血管并发症，在DM患者中DR的患病率高达51.3%，是成年人致盲的重要原因[1]。DR的发病机制尚未完全明确，大量研究证实DR是一种多因素协同作用的疾病，DR的免疫炎症机制越来越受到重视。功能不同的CD4+T辅助细胞(T helper cell，Th)参与机体多种自身免疫性疾病，其分泌的细胞因子(cytokines，CK)近年来备受人们关注。研究表明，相关因子在DR中分泌异常[2]，但在DR中的作用尚未完全清楚。本文就Th1、Th2及Th17型细胞因子与DR的相关性进行综述。

1 DR的发病机制

DR的发病机制复杂且尚未明确，主要假说包括糖基化终末产物(advanced glycationend products，AGEs)的作用、多元醇通路的激活、蛋白激酶C(protein kinases C，PKC)的活化和氧化应激、炎症反应等[3]。有报道称，在DM眼中抑制某些细胞因子可以减少动物模型视网膜毛细血管的病理改变[4]。研究发现，长期高血糖状态导致机体缺血缺氧，继而引起细胞因子大量释放、生长因子异常表达[5]，多种细胞因子发挥生物活性，相互协调与作用，引起微循环障碍[6-7]，致使微血管阻塞和血-视网膜屏障(blood-retinal barrier，BRB)的破裂，出现血管渗漏、毛细血管无灌注、神经退行性改变和新生血管形成等，最终导致玻璃体反复积血、牵拉性视网膜脱离等一系列并发症。

研究认为，DR是一种炎症介质参与的慢性低度免疫炎症过程[8-9]。第1个阐明炎症对DR的发展有贡献的报道来自于Powel和Field的研究，服用水杨酸盐治疗类风湿关节炎的DM患者后，DR发病率低于预期[10]。此后有更多证据显示DR与炎症有关[11-12]。DR的炎症改变主要包括白细胞浸润和视网膜微血管系统的黏附，从而导致DR复杂的病理生理过程。促炎细胞因子与抗炎细胞因子在DR中分泌异常，导致视网膜功能障碍并诱发疾病进展[13]。

2 DR中的Th1、Th2、Th17细胞因子

CD4+Th是构成免疫系统的主要细胞，初始Th0细胞受到抗原刺激而活化并分化为Th1、Th2以及Th17等多种功能不同的亚群效应细胞[14]。Th1细胞分泌白细胞介素-2(interleukin-2，IL-2)、IL-8、干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等细胞因子，介导细胞免疫应答和器官特异性自身免疫性疾病。Th2细胞产生IL-4、IL-6、IL-10等因子，主要介导体液免疫应答。研究发现，Th1细胞以分泌促炎细胞因子为主，Th2细胞以分泌抗炎细胞因子为主，以维持机体正常的免疫功能[15]。有研究报道，DR中IL-2和TNF-α表达增加，IL-4和IL-10分泌减少，导致Th1/Th2失衡和DR的病理进展[14]。Th17是新发现的一类独立Th细胞亚群，可分泌IL-17、IL-22等因子，在自身免疫性疾病和机体防御反应中具有重要意义[16]。研究发现，T1DM的发病与Th1型细胞因子水平密切相关[17]，但Th1、Th2及Th17型细胞因子与DR的关联与作用尚未明确。

2.1 IFN-γIFN-γ主要来源于T细胞和自然杀伤(natural killer，NK)细胞，是Th1细胞因子反应的经典组成部分，能活化产生分泌炎症细胞因子的M1型巨噬细胞或小胶质细胞和B细胞。DM患者视网膜中的IFN-γ可能来自小胶质细胞和渗入视网膜的T细胞。吲哚胺2，3-双加氧酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)作为一种炎性细胞因子诱导酶，存在于视网膜小胶质细胞中，可诱导细胞凋亡。Nahomi等[18]研究结果提示，IFN-γ水平升高能诱导视网膜毛细血管内皮中IDO的表达，而高血糖可增强IFN-γ介导的IDO表达，从而使视网膜内皮细胞凋亡。有报道发现，IFN-γ在DM大鼠视网膜中的表达上调，认为在DR早期凋亡细胞通过IFN-γ增加NO的产生而诱导免疫抑制，进而增加硝基酪氨酸和IFN-γ水平，表明炎症成分在DR中存在影响[19]。Tsai等[5]发现，在DR患者玻璃体液中IFN-γ显著上调，与DR的发病可能有关。IFN-γ治疗DR有很大的前景，但IFN-γ在DR中的确切作用以及在不同的DR阶段的水平程度，还值得进一步研究。

2.2 TNF-αTNF-α是一种主要由巨噬细胞和单核细胞产生的促炎细胞因子，存在于DR患者玻璃体、纤维血管组织血管壁、视网膜血管内皮细胞及细胞外基质中。TNF-α的过量异常表达可作为炎性介质引起炎症损伤及免疫抑制反应。近年研究发现，TNF-α在DR的发生发展中有一定作用，参与DR的作用机制可能有以下：(1)损伤BRB[20]，引起血管通透性增加，向增生型糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy，PDR)进展；(2)TNF-α可刺激视网膜血管外基质过量产生和血管内皮细胞的增殖，导致新生血管形成；(3)加强黏附分子的表达，活化小胶质细胞，使白细胞聚集，引起视网膜炎症反应[21]；(4)核转录因子(nuclear factor-κB，NF-κB)激活后促进凋亡小体的表达[22]，引起周细胞凋亡和无细胞的毛细血管增加，导致视网膜局部微循环障碍；(5)直接杀伤细胞，引导其凋亡；(6)增强血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表达，引起毛细血管通透性增高、血栓形成以及新生血管形成，从而导致DR发生。

研究发现[11，23]DR患者血清TNF-α显著升高，且与DR的病程和严重程度呈正相关。并发现TNF-α的血清水平与VEGF及糖化血红蛋白的水平相关[23]。Demircan等[24]报道了PDR患者玻璃体液中TNF-α水平显著升高，认为TNF-α在DR的发生发展过程中发挥重要作用。Sfikakis等[25]研究发现，DR患者在应用抗TNF-α抗体治疗后，黄斑水肿明显减轻。上述均提示TNF-α可能促进DR发展。

2.3 IL-2IL-2主要由Th1细胞产生，是体内重要的参与免疫应答的细胞因子，是淋巴细胞活性的敏感指标，具有刺激T细胞、B细胞和单核细胞生长及促进细胞因子分泌的功能。研究发现在DR中IL-2可激活炎症反应，促进白细胞黏附，促进免疫细胞的成熟和迁移，从而引起视网膜神经节细胞损伤，并加剧DR的发生和发展[26]。

有研究发现，在DR大鼠视网膜组织匀浆中IL-2显著表达[19]。虽然曾有研究表明IL-2具有抗血管生成和保护作用[27-28]，Wu等[28]仍研究发现，IL-2在PDR患者房水中水平高于非增生型糖尿病性视网膜(non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR)组，IL-2水平随着DR的进展而增加，认为IL-2与DR患者视网膜新生血管的发生有关。然而Tsai等[5]学者发现，DR患者玻璃体液中IL-2水平并未明显升高。上述表明IL-2可能参与了DR的发病过程和炎症损害。

2.4 IL-8IL-8是一种促进炎症反应以及新生血管生成的细胞因子，在眼内可由视网膜色素上皮(retinal pigment epithelial，RPE)细胞、小胶质细胞、血管内皮细胞和Müller细胞等分泌。在DR中加强淋巴细胞和巨噬细胞与血管内皮细胞及RPE细胞表面的黏附分子的黏附、聚集，激活小胶质细胞，介导炎症反应发生，并通过破坏BRB，引起血管通透性增加，损伤视网膜功能和结构，致使毛细血管阻塞、视网膜缺血缺氧[29]。IL-8还可以趋化巨噬细胞降解Bruch膜，促使新生血管形成及增殖膜的扩大。

2.5 IL-4IL-4是主要由活化的Th2细胞分泌的免疫调节细胞因子，可以促进T细胞、B细胞以及肥大细胞的活化增殖，增加巨噬细胞的杀伤功能等。IL-4可抑制促炎细胞因子[32]，拮抗其他促炎过程，抑制新生血管形成，减少免疫过程引起的细胞损伤，保护视网膜神经节细胞[4]。

研究发现IL-4在NPDR组显著升高，但在进展至PDR时却增加不显著[28]。Takeuchi等[33]研究结果提示PDR患者玻璃体液中IL-4的检出率和表达水平均显著高于对照组。

2.6 IL-6IL-6可由多种细胞合成，如巨噬细胞、T细胞、B细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞等分泌产生，有促炎和抗炎的双重作用，参与机体的多种病理生理过程。高糖刺激机体可以明显促进胰岛细胞分泌IL-6，因此DM可促进IL-6的生成，且与葡萄糖的浓度成正相关。有研究表明，糖尿病肾病患者血清IL-6水平显著升高[34]，进一步证实IL-6可能与DM微血管病变有关，从而推测IL-6与作为DM全身微血管主要并发症的DR有关。

眼内IL-6的来源包括RPE细胞、角膜上皮细胞和基质细胞、虹膜和睫状体等。在缺氧状态下，IL-6可诱导眼内的新生血管化，Ma等[35]和Gustavsson等[36]研究表明IL-6水平与DR的发展和PDR的发生存在相关性，随着DR病变的加重，血清IL-6水平进行性升高。且证实血浆中高IL-6水平与DR患者的黄斑水肿有密切关系。检测发现DR患者中眼内玻璃体液中的IL-6水平显著升高。IL-6可以通过血脑屏障和BRB[37]，然而Funatsu等[38]研究发现房水和玻璃体内的IL-6水平均高于血浆水平，且与DR的病变严重程度有关。由此认为IL-6不是来源于破坏的BRB从血浆中渗漏过来，而可能是眼局部产生。炎症反应发生时IL-1产生刺激了RPE细胞产生IL-6，RPE细胞可能是眼内炎症时局部IL-6的来源。

IL-6被认为是参与DR发病发展，介导眼内炎症的重要介质[39]，但其作用机制尚未明确，以下几点是目前研究所发现的：(1)有证据表明IL-6与VEGF的密切相关[23]，IL-6可通过诱导VEGF的表达，直接或间接引起血管通透性增加和新生血管形成。(2)DM患者细胞免疫紊乱和T、B淋巴细胞失衡会导致IL-6水平升高[40]。(3)IL-6能抑制视网膜血管内皮细胞的形成和发育，促进内皮细胞的凋亡，破坏血管壁的正常功能并影响视网膜血管通透性[41]。(4)IL-6可能是导致DR患者房水细胞因子总体变化的主要驱动力，Chen等[29]研究发现DR患者中IL-6与IL-8、IP-10、IL-9、IL-21等其他细胞因子的有密切显著的正或负相关性。但Wu等[28]却认为IL-6的增长趋势不如其他细胞因子明显，IL-6可能与其他细胞因子相互作用，但不起主要作用。

2.7 IL-10IL-10主要由Th2细胞和单核巨噬细胞分泌的抗炎症细胞因子，它的生物学功能主要是抑制和终止炎症反应，调节T细胞、B细胞、NK细胞等的分化和增殖，抑制巨噬细胞活性，并阻止炎性细胞因子的分泌，如：TNF-α、IL-1、IL-6、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等，减轻炎症反应。

研究发现发现外周血中的IL-10高水平与DM人群中患DR低风险相关，且似乎能减少DM的晚期并发症[42]。Hernández等[43]发现PDR患者血清IL-10水平低于对照组，但玻璃体IL-10水平在PDR和非PDR患者之间无显著差异。但有研究表明，DR患者玻璃体IL-10水平明显高于对照组[33，44]。VEGF水平与黄斑厚度和黄斑水肿严重程度呈正相关，而IL-10水平与黄斑水肿严重程度呈负相关[45]。Takeuchi等[46]证实了房水IL-10水平与玻璃体IL-10水平之间存在显著的相关性，在玻璃体液中IL-10与IL-17A呈负相关。因此，IL-10可能在PDR的发生发展中起抑制作用，且有对抗IL-17A的作用。

2.8 IL-17AIL-17A由Th17细胞分泌，是该家族的标志性细胞因子，也被称为IL-17[47]，是一种参与各种炎症和自身免疫性疾病的炎症细胞因子，在免疫细胞的募集和激活过程中起着关键作用。有研究报道PDR患者血清IL-17水平显著升高[48-49]，Chernykh等[50]发现PDR患者玻璃体液中IL-17A水平也升高。有研究提示IL-17A在DR发病机制中可能具有协同作用，随着DR病变的进展有一定程度的升高[10]。有研究表明PDR患者房水中的IL-17A水平与玻璃体IL-17A水平呈显著相关性，且在房水水平显著低于玻璃体液，且玻璃体液中IL-17A水平与IL-10、IL-22、TNF-α存在相关性[46]。Qiu等[51]认为Müller细胞是IL-17A的主要靶点，而Müller细胞异常与BRB破裂、视网膜神经元功能障碍有关，IL-17A可以促进Müller细胞分泌VEGF，参与DR的发生发展，推测阻断IL-17A是治疗DR的潜在策略。因此，IL-17A水平是可以用来监测DR进展的生物标志物。不过，目前关于IL-17A与DR的发展和进展的研究仍较少见，有待进一步研究。

3 临床发现与应用

随着研究的深入，改善炎症反应、抑制细胞因子异常表达的药物逐渐应用于DR的防治领域中，是目前国际国内研究的重点与热点。目前研究认为IL-6、IL-8、TNF-α是治疗DR的重要靶点。

不同药物作用的机制与细胞因子靶点不同。研究表明高剂量阿司匹林与高剂量美洛昔康通过抑制TNF-α表达，减轻DM鼠视网膜白细胞黏附、BRB损害并减少视网膜ICAM-1表达[52]。二甲双胍、DPP-4抑制剂等降糖药不仅用于控制血糖，也可以用在治疗DR，能有效抑制TNF-α诱导的NF-κB核蛋白p65的积累和NF-κB启动子的激活，显著降低TNF-α诱导的促炎和促黏附血管细胞因子IL-6、IL-8、ICAM-1和VCAM-1，有效减少视网膜新生血管形成[23，53]。泽兰黄酮可以通过抑制NF-κB和MAPK的激活，抑制IL-1β诱导的IL-6，IL-8和MCP-1分泌[54]。羟苯磺酸钙则通过阻止IKKB-α磷酸化来抑制IL-1β诱导的NF-κB的激活，并以剂量依赖的方式降低TNF-α诱导的IL-6和IL-18的上调[55]，从而治疗DR。非诺贝特作为第三代纤维酸衍生物类调脂药，能显著降低血清IL-1β、TNF-α、VEGF等因子，通过降低DR患者的细胞因子水平并改善炎症反应[56]。1，25-(OH)2 D3能抑制IFN-γ、TNF-α、IL-6和IL-17A的分泌，表明补充1，25-(OH)2 D3可能是预防DR发展的有效策略[57]。

关于中药对DR细胞因子机制方面的防治研究也有一定的进展。研究发现驻景丸提取物减轻BRB损害，减少视网膜电生理和形态受损，降低视网膜中TNF-α、IL-1β、ICAM-1、VEGF等，以此延缓DR的发展[58]。蒲黄花粉的多糖成分可以降低血清IL-6和TNF-α水平，降低视网膜组织中VEGF和bFGF的表达，通过抑制炎症和改善血液循环来改善DR[59]。生姜提取物也可通过其抗炎作用，减少患者体内 TNF-α等炎症因子的水平，进而缓解高血糖状态导致的微血管病变[60]。

4 小结

近年来大量研究证明细胞因子与DR的发生发展密切相关。Th1、Th2、Th17型细胞因子在各种病理刺激下平衡状态被破坏，多种细胞因子相互作用、共同协调，通过复杂的网络系统共同参与DR的发生发展过程。细胞因子作用的研究为揭示DR的发病机制、预测DR的病情发展增添了新的思路，同样为DR提供了新的有效诊断指标以及新的治疗途径。目前针对DR细胞因子的相关药物已从基础研究逐渐应用于临床治疗，大量实验正在对其长期效应进行观察。进一步寻找能影响或抑制细胞因子的表达及功能的方法，必将会为DR的防治带来重大突破。