树突状细胞在糖尿病角膜病变发生和发展中的作用

张媛 综述 周庆军 谢立信 审校

1武汉大学人民医院眼科中心 430060；2山东第一医科大学(山东省医学科学院) 山东省眼科研究所 山东省眼科学重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地，青岛 266071

糖尿病是一种由多因素引起的、以血糖升高为特征的常见慢性疾病。近年来，其发病率有逐年上升的趋势。据国际糖尿病联合会统计，2019年全球20～79岁的成年人中，约有4.63亿人患有糖尿病。预计到2045年，这一数字将增至7亿[1]。目前，中国有超过10%的成年人患有糖尿病[2]。血糖控制不佳会使机体多个组织、器官发生病变，引起糖尿病肾病、糖尿病周围神经病变、糖尿病心脑血管病及糖尿病眼部并发症等[3]。长期高血糖会对糖尿病患者的角膜上皮及神经造成慢性损害，约有2/3的糖尿病患者会发生糖尿病角膜病变(diabetic keratopathy，DK)。树突状细胞(dendritic cells，DCs)是一类专职抗原提呈细胞，能捕获抗原，参与并调节各类炎症反应。DCs参与糖尿病发生和发展的多个过程，角膜内的DCs亦参与并调节角膜相关的病理改变。本文就DCs在DK发生和发展中的作用进行综述。

1 DK的发病机制及病理改变

DK的发病机制复杂，包括基质金属蛋白酶的表达上调、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)通路的下调、晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)的堆积及氧化应激等[4]。微小RNA(microRNAs，miRNAs)是一类具有调控功能的小分子RNA，近年来其在DK发生和发展中的重要性逐渐被发现。相关研究表明，miRNA-146a、miRNA-182和miRNA-204-5p等miRNAs参与DK的上皮与神经病变[5-7]。高血糖会诱发角膜上皮、上皮下神经丛、角膜基质及角膜内皮的异常，引起角膜功能障碍。糖尿病可导致角膜上皮细胞间的紧密连接被打断、黏附性下降，上皮基底细胞的缺失及基底膜的改变。在DK中，角膜神经纤维的长度变短、密度下降。糖尿病动物模型角膜基质内存在胶原分子和蛋白聚糖的非酶化交联，这可能是由AGEs的聚集所导致。有研究显示，高血糖会使糖尿病患者角膜内皮的形态及数量发生改变[8]。此外，DK动物模型角膜内DCs的数量及分布发生了变化，推测DCs是引起DK的重要因素之一[9]。

2 DCs的分类及其功能特征

DCs于1973年由Steinman和Cohn首次发现，是人体免疫系统的重要成员之一[10]。DCs起源于多能干细胞，根据来源和形态可将其分为髓样DCs和浆细胞样DCs[11]。大多数DCs属于髓样DCs，广泛分布于机体的组织和器官。当DCs位于上皮组织，如皮肤、角膜、肺脏和胃的上皮层时，被特定称为朗格罕斯细胞。根据DCs的分化发育阶段将其分为未成熟DCs(immature DCs，iDCs)和成熟DCs(mature DCs，mDCs)[12]。DCs表面具有许多表面分子，其中CD11c广泛表达于髓样DCs，是常用的DCs标志物。随着DCs的成熟，mDCs高表达CD40、CD86和组织相容性复合体Ⅱ(histocompatibility complex class Ⅱ，MHCII)等。DCs是固有免疫和适应性免疫之间的桥梁，其作用类似于信使。iDCs是免疫系统的“哨兵”，当人体受到病原体的入侵后，iDCs捕获抗原，并对其进行加工处理，同时迁移至淋巴结，逐渐分化为mDCs，刺激初始型T细胞增生，从而启动并调节适应性免疫反应[13]。

机体内的多个过程参与诱导DCs的成熟与迁移。iDCs通过受体介导的内吞作用、巨吞饮作用和吞噬作用来捕获抗原。iDCs表面存在Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)，它能识别微生物病原体和微生物的降解产物，激活固有免疫，并参与适应性免疫应答[14]。趋化因子是介导DCs成熟、迁移及抗原呈递的关键因子。DCs表面表达趋化因子受体(chemokine receptor，CCR)7、CCR5等，能通过与趋化因子结合，迁移至淋巴器官。1型糖尿病患者某些易感基因发生突变，会减弱机体DCs相关的免疫耐受，导致胰岛B细胞的过度破坏。同时，1型糖尿病患者体内DCs分泌细胞因子的质和量也会发生改变，从而引起DCs介导的免疫炎症反应，加重组织损伤。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是免疫反应及炎症反应的关键转录调控因子。1型糖尿病的易感基因，如MAP3K14和TNFAIP3等，能调控NF-κB的表达，影响iDCs的成熟[15]。PTPN22基因的突变能影响DCs表面TLRs的表达，从而干扰TLRs介导的固有免疫反应[16]。1型糖尿病亦会在一定程度上影响DCs的趋化功能。趋化因子19(C-C motif chemokine ligand 19，CCL19)是CCR7的配体之一。相关研究表明，在非肥胖型糖尿病模型小鼠体内，DCs对CCL19的趋化性减弱[15]。

3 DCs与DK的发生和发展

角膜作为一个无血管的组织，具有免疫赦免的特性。2002年，Hamrah等[17]在角膜中检测到DCs的存在。在正常的角膜中，DCs主要分布于角膜的上皮层和浅基质层，以髓样DCs为主，亦少量分布着一些浆细胞样DCs[18-19]。角膜周边部存在着mDCs，中央区散在分布着iDCs，DCs的密度从角膜周边至中央逐渐降低。iDCs呈圆形，伸出较少的突触，有利于其捕获抗原。mDCs具有许多较长的突触，利于其迁移至淋巴结[20]。角膜内存在丰富的感觉神经纤维，其经过角膜缘进入角膜后，穿过角膜基质在上皮下形成密集的神经丛，再穿过前弹力层进入角膜上皮层。这些感觉神经纤维能感受温度、痛觉，并参与瞬目反射，且对角膜上皮起着营养与支持的作用[21]。正常状态下，DCs与角膜上皮及角膜神经纤维形成一个功能性整体，共同维持着角膜的正常功能及稳态。

3.1 DCs在糖尿病角膜上皮病变中的作用

角膜上皮位于角膜的最表层，直接暴露于外界环境，易遭受物理因素、化学因素和生物学因素的侵袭，引起角膜炎和角膜上皮缺损。完整的角膜上皮对维持角膜的正常功能十分重要。角膜上皮的持续性损伤会破坏角膜的透明性，导致患眼视力下降[22]。角膜上皮中还分布着许多DCs，其能接收各种损伤信号，诱导免疫炎症反应，参与角膜上皮内的病理过程[23]。

3.1.1DCs与糖尿病角膜上皮慢性炎症的关系 慢性炎症是糖尿病及其并发症发生和发展的主要病理过程。DCs是免疫反应重要的启动者，其介导的炎症反应参与糖尿病角膜上皮病变的发生和发展。Lagali等[24]应用活体共聚焦显微镜对早期2型糖尿病患者和健康人群角膜中mDCs、iDCs和小圆形细胞进行观察计数，发现与正常人群相比，早期2型糖尿病患者的角膜上皮内mDCs发生增生和聚集，同时患者血浆中肿瘤坏死因子受体超家族成员9(tumor necrosis factor receptor superfamily member 9，TNFRSF9)的表达有所增加[24]。TNFRSF9主要表达于活化的T细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞及DCs等免疫细胞中，其配体表达于抗原提呈细胞，如DCs、单核细胞及巨噬细胞等。在细胞免疫过程中，活化的淋巴细胞能使TNFRSF9配体在DCs中表达增加，并促进其成熟及存活，成熟的DCs能进一步促进白细胞介素(interleukin，IL)-6，IL-12等炎症因子的释放[25-26]。有研究表明，TNFRSF9参与了角膜相关疾病的病理过程[27]。综上所述，我们推测在高血糖的状态下，TNFRSF9信号通路亦可能促进角膜内的DCs成熟，引起炎症因子释放，导致糖尿病角膜内亚临床慢性炎症反应的发生。

AGEs和活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的产生是DK重要的发病机制，它们与DK的慢性炎症反应过程密切相关。AGEs是指蛋白质、脂质及核酸等大分子物质通过非酶糖基化反应与还原糖形成的稳定加合物。随着糖尿病的进展，AGEs会在体内沉积并引起组织损伤[28]。DCs能表达清道夫受体A(scavenger receptor-A，SR-A)和AGE受体(receptor for AGE，RAGE)。AGEs能通过JNK信号通路诱导DCs中SR-A和RAGE表达上调并与其结合，促进DCs成熟以及T细胞增生，从而参与免疫炎症反应[29]。相关研究表明，在糖尿病合并心力衰竭小鼠体内，AGEs可促进DCs成熟，进一步激活NF-κB信号通路，引起IL-6等炎症因子的释放[30]。在糖尿病动物模型中，可以观察到AGEs在角膜上皮、基底膜及基质中沉积，造成角膜结构的破坏[31]。AGE诱导DCs成熟可能是AGE引起糖尿病角膜上皮慢性炎症的重要机制之一。

在高血糖环境下，葡萄糖的自氧化、AGEs与RAGEs结合等过程均能促进自由基的生成。氧化应激与DK的发生和发展密切相关[32]。以往研究发现，氧化应激能促进DCs成熟，增强DCs对CD4+及CD8+T细胞的刺激能力，增加IL-6和IL-2等促炎因子的释放[33]。高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein，HMGB1)是一类经典的损伤相关分子。近年来，研究者们发现氧化应激能通过HMGB1调控DCs。在炎症反应过程中，氧化应激能促进HMGB1的释放，而HMGB1进一步促进DCs的成熟[34]。越来越多的证据表明，HMGB1在糖尿病及其并发症的发生和发展中扮演着重要角色[35]。研究表明，在链脲佐菌素(streptozocin，STZ)诱导的糖尿病小鼠角膜内,HMGB1的表达量较对照组有所升高[36]。而HMGB1可能进一步作用于DCs，参与DK的病理过程。

3.1.2DCs与糖尿病角膜上皮愈合延迟的关系 角膜上皮不断地更新和修复对维持角膜的稳定性十分重要[37]。Gao等[38]在CD11c白喉毒素受体转基因小鼠结膜下注射白喉毒素以去除小鼠角膜内的DCs，发现角膜内缺乏DCs的小鼠角膜上皮的损伤修复较正常小鼠明显延迟，说明DCs参与角膜上皮的损伤修复；同时去除角膜内的DCs后，角膜上皮细胞中胸腺基质淋巴细胞生成素、趋化因子10等具有趋化作用的细胞因子分泌有所减少，调控上皮细胞存活的EGFR/PI3K/AKT信号通路出现下调，且角膜基质内多形核白细胞的浸润有所减少[38]。由此看来，DCs在角膜上皮损伤修复的过程中发挥着重要作用。角膜上皮损伤愈合延迟是DK的另一个特征性病理改变[32]。DCs相关的炎症反应过程及细胞再生通路的异常可能是糖尿病角膜损伤愈合延迟的因素之一。

3.2 DCs在糖尿病角膜神经病变中的作用

角膜是人体内感觉神经纤维密度最高的组织之一，其神经纤维是皮肤的400多倍[39]。角膜的感觉神经纤维主要来源于三叉神经眼支，属于周围神经系统的一部分。感觉神经纤维通过感受器接收冷、热等外界刺激，DCs通过其表面受体对外来抗原进行识别。Gao等[40]以C57小鼠为动物模型，发现DCs和角膜神经纤维在角膜基底膜及上皮内的分布具有相似性；去除三叉神经后发现，小鼠的泪液分泌减少，且角膜中DCs数量出现下降；在去除DCs的转基因小鼠角膜敏感性下降，且神经纤维的密度降低，这说明DCs与角膜神经纤维在功能上相互依赖，共同维持着角膜的稳态。近年来研究表明周围神经系统参与调控免疫反应[41]。周围神经系统的功能障碍引起的炎症反应称为神经性炎症反应[42]。DCs常参与神经性炎症反应，同时亦可能分泌神经营养因子(neurotrophic factors，NTFs)，作用于角膜神经纤维。

3.2.1NTFs与DCs在糖尿病角膜神经病变中的相互作用 NTFs是一类由神经所支配的靶组织、星形胶质细胞或其神经元本身所产生的蛋白质分子。NTFs家族包括神经生长因子(nerve growth factor，NGF)、脑源性神经营养因子、神经营养素-3、神经营养素-4/5等。有研究指出，NGF和胶质细胞源性神经营养因子能促进糖尿病角膜神经再生[43]。睫状神经营养因子(ciliary neurotrophic factor，CNTF)与NTFs家族没有同源性，被称为非靶源性神经营养因子，是IL-6家族中的一类细胞因子。有研究发现，角膜内DCs是CNTF的重要来源之一，与正常小鼠相比，STZ诱导的1型糖尿病模型小鼠角膜内DCs的数量有所下降，进一步引起CNTF的分泌减少，导致糖尿病角膜神经退行性改变及神经再生延迟[44]。这表明DCs能通过减少NTFs分泌参与糖尿病角膜神经病变。

3.2.2神经肽与DCs在糖尿病角膜神经病变中的联系 神经肽是一类小分子蛋白质，其主要由神经纤维分泌释放，并在神经细胞外的基质中发挥作用。许多研究表明，神经肽作为神经系统和免疫系统之间的重要桥梁，其参与调节复杂的神经体液免疫网络，从而维持机体的稳态[45-46]。角膜中的神经纤维能产生并分泌降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)、P物质、神经肽Y和血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)等多种神经肽，其中以CGRP和P物质的含量最高[47]。CGRP通过与DCs上的CGRP受体相互作用，减少DCs上的CD86和MHCII表达，从而降低DCs的抗原呈递作用[48]。P物质通过与DCs上的神经激肽1受体结合，增强DCs上的MHCII、CD40、CD86等表面分子的表达，有利于DCs的存活，并抑制抗炎因子IL-10的产生[49]。VIP能减少DCs分泌趋化因子配体10，并能促进其分泌C-C基序趋化因子22，从而发挥抗炎作用[50]。有研究证实，VIP能促进糖尿病角膜神经再生[51]。故推测神经肽与DCs的相互作用亦可能是神经肽参与糖尿病角膜神经病变的发病机制之一。

DK是一种由多病因引起、多种发病机制共同参与、涉及角膜多个结构发生病理改变的复杂疾病。当机体内环境的稳态被打破时，DCs能介导多条信号通路参与DK的发生和发展。如某些易感基因的突变能引起DCs表型和功能的改变，导致DCs引发的一系列下游改变，使DCs作为“因”启动DK的发生。此外，在DK中，一些趋化因子及ILs等分子质和量的改变亦可通过作用于DCs来调控炎症反应，使DCs作为“果”参与DK的发展。然而，目前DCs与DK的关系尚有许多问题有待解决。如大量临床试验发现，糖尿病患者的角膜内DCs的数量有所增加，但一些糖尿病动物模型的角膜中DCs数量有所减少，这提示可能需重新选择更贴合临床病变特征的动物模型，或者随着DK的发生和发展，DCs的数量会发生动态改变。未来需要大样本的前瞻性研究来阐明DCs在DK各个阶段的表达及作用。近年来，基于DCs治疗糖尿病的免疫疗法正吸引着许多研究者[52]，这为DCs将来应用于临床治疗奠定了基础。目前，DK的发病机制尚未完全阐明，探索DCs在DK中的作用能为全面了解DK的发病机制、探索新的治疗方法提供新的思路。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突