PDGF-BB/PDGFR信号通路与糖尿病视网膜病变相关性研究进展

王菲艳，魏菁，夏逸帆

(河南科技大学第一附属医院眼科，河南 洛阳 471000)

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)作为糖尿病常见的微血管并发症之一，是工作年龄人群失明的最常见原因。随着全球肥胖症患病率的增加和糖尿病患者的老龄化，估计至2045年约有1.6亿人会受到DR的影响[1]。DR患者早期通常无症状，随着病情的进展，患者会出现糖尿病性黄斑水肿、玻璃体积血以及牵拉性视网膜脱离等，进而导致严重的视功能损害[2]。目前，DR患者早期治疗主要依赖血糖水平的控制，血管病变严重者则需要行视网膜激光光凝术。抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)药物可有效改善视网膜屏障功能、促进新生血管消退，在DR治疗中已取得一定进展[3]。但也有报道显示，部分DR患者对抗VEGF无反应或重复给药后出现耐药性[4]。血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)-BB作为周细胞最重要的生长调节因子，可于DR早期对PDGF-BB/PDGF受体(PDGF receptor，PDGFR)信号轴进行调控，从而有效抑制周细胞的凋亡，延缓DR的进程[5]。在DR晚期，抑制PDGF-BB/PDGFR信号通路具有显著的抗新生血管生成作用[6]。PDGF-BB/PDGFR信号通路通过调控多种视网膜细胞的生理功能参与DR发生发展过程，对早期DR的发病及治疗均具有重要意义。现就PDGF-BB/PDGFR信号通路与DR相关性的研究进展予以综述。

1 PDGF与PDGFR概述

PDGF是调节细胞生长和增殖的生长因子，由血小板、内皮细胞、巨噬细胞、上皮细胞和平滑肌细胞等分泌后储存于血小板，并在血小板脱α颗粒时释放出来[7]。单体形式的PDGF(PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D)无活性，可通过二硫键结合形成二聚体产生生物学效应。目前PDGF共有5种二聚体形式(PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC、PDGF-DD和PDGF-AB)，其中活性最高、功能最强的是PDGF-BB。PDGFR是一种具有Ⅲ类酪氨酸蛋白激酶的跨膜糖蛋白，包括PDGFR-αα、PDGFR-αβ、和PDGFR-ββ 3种亚型。PDGFR由5个结构域组成，包括胞外N端与配体特异识别结构域、跨膜疏水结构域、ATP结合位点区域、胞内C端酪氨酸蛋白激酶结构域和胞质尾端；PDGF与PDGFR的胞外结构域结合可使细胞质中酪氨酸残基发生自磷酸化而活化，从而激活下游信号[8]。研究证实，只有PDGF-BB可与PDGFR-αα、PDGFR-αβ和PDGFR-ββ亚型特异性结合，因此其具有更强的促进结缔组织细胞、内皮细胞以及平滑肌细胞增殖、分化的功能[9]。

2 PDGF-BB/PDGFR信号通路的激活机制

2.1胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)/Ras途径 PDGF-BB可与细胞膜上的受体结合诱导受体胞内酪氨酸残基磷酸化，而磷酸化的酪氨酸可以从胞质中招募含有SH2(Src homology 2)结构域的下游生长因子受体结合蛋白2，生长因子受体结合蛋白2再通过其SH2结构域与鸟嘌呤核苷酸交换因子结合，形成生长因子受体结合蛋白2-鸟嘌呤核苷酸交换因子复合物，而该复合二聚体可使与Ras分子结合的GDP转换为GTP，继而促进Ras分子激活[10]。而Ras分子激活又可促进Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信号通路各分子的激活，并将相应的信号转导至细胞核，从而诱导转录因子磷酸化，提高机体转录活性，触发细胞生长、分化、迁移、血管生成等生理过程[11]。

2.2磷脂酶C(phospholipase C，PLC)γ途径 PLCγ是一种含有2个SH2结构域和1个SH3结构域的磷脂酶。当PDGF-BB与PDGFR结合时，PLCγ被酪氨酸蛋白激酶激活，而活化的PLCγ可将底物磷脂酰肌醇二磷酸水解为三磷酸肌醇和二酰甘油，其中三磷酸肌醇主要作用于机体细胞中的内质网，通过促进Ca2+的释放增加细胞内Ca2+浓度，诱导细胞活性改变，而二酰甘油与Ca2+共同作用于蛋白激酶C，诱导核糖体丝氨酸与苏氨酸残基磷酸化，该过程具有促进细胞增殖等生理功能；此外，二酰甘油还可激活细胞内的Na+/H+质子泵，导致细胞内H+与细胞外Na+频繁交换；同时，二酰甘油还可减少细胞H+的数量，促进细胞的增殖功能[12]。

2.3磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)途径 PI3K是由p110催化亚基和p85调节亚基组成的异二聚体酶。蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)是PI3K主要的下游分子通路。磷酸化的PDGFR可与p85亚基结合诱导PI3K分子活化，进而导致磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸催化转变为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸，而磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸可通过Akt的N端调节结构域与其结合，并将Akt转运至细胞膜上[13]。此外，活化的PI3K还可通过激活3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1诱发Akt磷酸化，从而完全激活该组蛋白，PDGFR激活的PI3K/Akt信号通路可促进肌动蛋白重组以及细胞迁移和生长，同时抑制细胞凋亡等生命活动[14]。

2.4信号转导及转录活化因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)途径 STAT通过一个分子量为84 000～113 000的细胞质蛋白与目标DNA相结合调控基因转录的过程。研究显示，STAT家族共包含7个成员，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6[15]。STAT是一种细胞内信号转导蛋白，具有转录因子的作用。PDGFR被PDGF-BB激活后，主要通过酪氨酸蛋白激酶诱发STAT蛋白C端酪氨酸残基和丝氨酸残基磷酸化，从而激活STAT分子，促进同源或异源STAT蛋白二聚体产生，随后二聚体移位进入细胞核，激活靶基因，促进细胞生长和分裂[16]。

3 PDGF-BB与DR

3.1PDGF-BB/PDGFR信号通路影响非增殖性DR(non-proliferative DR，NPDR)的机制 NPDR患者最主要的病理特征是周细胞丢失导致的毛细血管被动扩张形成短路血管，该过程可诱导周围正常血管的血流量和毛细血管细胞成分减少，导致无细胞、无灌注的微血管形成，加重视网膜缺血缺氧，促进DR进展[17]。

3.1.1PDGF-BB与周细胞 PDGF-BB是维持周细胞存活最重要的生长因子。在持续高血糖状态下，周细胞中的蛋白激酶C和p38α促分裂原活化的蛋白激酶被激活，导致含SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶1表达增加，这一信号级联反应最终导致PDGFR去磷酸化减少，进而引起周细胞凋亡，造成微血管损伤，且这种血管损伤不会因血糖正常而逆转[18]，高血糖诱导蛋白激酶C过表达的机制目前尚未明确。Chen等[19]发现，9-顺式视黄酸可通过下调含SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶1的表达诱导Akt和ERK1/2磷酸化，从而提高小鼠视网膜周细胞对PDGF-BB的敏感性，抑制周细胞凋亡。此外，PDGF-BB还可诱导周细胞的增殖与迁移，Tomkowicz等[20]研究发现，PDGF-BB诱导周细胞增殖与迁移的过程主要受Src/PI3K/ERK1/2信号轴及其下游信号分子c-fos的调控；研究还发现，内皮唾液酸蛋白对周细胞的调节作用通过PDGF-BB诱导的ERK磷酸化实现。周细胞丢失不仅可导致视网膜缺血、缺氧，其凋亡还可破坏血-视网膜屏障，导致血管通透性增加、血浆蛋白积聚、细胞间质间的渗透压升高、内皮细胞转运增加，从而形成糖尿病性黄斑水肿[21-22]，这也是DR患者视力下降的主要原因。

3.1.2PDGF-BB与Müller细胞 Müller细胞作为视网膜主要的神经胶质细胞，在维持神经元的代谢中起重要作用。在DR早期，Müller细胞的谷氨酰胺合成酶功能障碍可导致视网膜细胞谷氨酸水平增加，从而引起视网膜细胞死亡[23]。Saito等[24]通过针刺构建小鼠视网膜损伤模型发现，损伤后6～96 h小鼠体内PDGF-BB分子出现一个分泌高峰，而PDGF-BB分泌增加可促进视网膜Müller细胞增殖，从而修复受损的视网膜细胞；进一步利用AG1295抑制PDGF-BB信号通路后发现，Müller细胞增殖效应受到显著抑制，但其具体的信号轴仍需进一步研究。

综上，高血糖所致的PDGF-BB/PDGFR信号通路慢性紊乱是NPDR阶段血管异常与周细胞丢失的重要原因。在DR早期，PDGF-BB/PDGFR信号通路增强可通过保护周细胞、增加周细胞的覆盖率维持微血管的稳定；还可通过促进Müller细胞的增殖修复受损的视网膜；此外，也可通过保护血-视网膜屏障减少液体的渗漏，从而延缓DR的发展[25]。

3.2PDGF-BB/PDGFR信号通路影响增殖性DR(proliferative DR，PDR)的机制 NPDR若不及时采取治疗即可进展为PDR。新生血管形成是PDR最主要的病理特征，不成熟的新生血管易导致玻璃体积血、牵拉性视网膜脱离、新生血管性青光眼等，导致视力严重下降，造成眼部组织不可逆的损伤[26]。

3.2.1PDGF-BB与内皮祖细胞 当视网膜受到机体内外刺激后，PDGF-BB分子从血管内皮细胞释放，并与周细胞表面的PDGFR-β结合，导致PDGFR阳性的周细胞沿着新生血管芽增殖、移行、覆盖管壁，从而促进新生血管的形成[27]。内皮祖细胞是出生后促进新生血管形成的主要细胞，而PDGF-BB可促进内皮祖细胞增殖、迁移，并促进其分化为血管形成的表型。在体外实验中，Wang等[28]通过使内皮祖细胞过表达PDGFR-β提高PDGF-BB的生物利用度，结果发现，随着PDGF-BB水平的增加，内皮祖细胞的增殖和迁移也随之增加，从而促进新生血管形成。此外，PDGF-BB还可通过促进新生血管芽附近的血管内皮细胞分泌VEGF而促进新生血管形成[29]。

3.2.2PDGF-BB与血管平滑肌细胞 PDGF-BB可通过诱导血管平滑肌细胞增殖、移行和表型转换影响眼部新生血管的生成与成熟[30]。PDGF-BB还可通过抑制α-平滑肌肌动蛋白和钙调蛋白的表达，促进血管平滑肌细胞从静止收缩表型转化为合成表型，继而促进血管平滑肌细胞的增殖效应[31]。此外，PDGF-BB分子还可通过激活PI3K和ERK等分子途径，抑制富含半胱氨酸的蛋白质的表达，间接增强基质金属蛋白酶的活力，从而增强血管平滑肌细胞的迁移能力[32]。Song等[33]研究发现，Ruxolitinib(PDGF-BB分子通路抑制剂)可显著抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移，而该效应通过Janus激酶/STAT3信号通路和ERK信号通路[34]实现。

3.2.3PDGF-BB与新生血管 PDGF-BB可通过上调VEGF的表达以及促进血管周围细胞的增殖和募集诱导血管生成，抑制PDGFR则可有效抑制新生血管的形成，并可促进新生血管的凋亡[35]。晚期新生的血管对抗PDGF-BB药物更敏感，其原因是新生血管在已成管后趋于稳定的时间段中无法再通过抗VEGF影响血管内皮细胞，但血管周细胞仍处于未成熟状态，故此时的新生血管对抗PDGF-BB的敏感性更强，在抗PDGF-BB的同时还会抑制血管内皮细胞表达VEGF-A[36]。研究发现，E10030(PDGF-BB拮抗剂)联合雷尼布单抗(VEGF拮抗剂)抑制视网膜新生血管的生成及促进其消退的效果优于单用雷尼布单抗，其相关机制可能与Janus激酶/STAT3、ERK、PI3K等信号通路有关[37-38]。VEGF和PDGF-BB的双重阻断可更有效抑制病理性血管生成，同时显著减少脉络膜新生血管消退后的隐匿性视网膜下瘢痕的形成[39-40]。目前，关于抗PDGF-BB/VEGF的双抗药物(如帕唑帕尼和E10030)治疗湿性老年性黄斑变性的研究已进入临床试验后期[41]，期待PDGF-BB/VEGF双重抑制新生血管的药物进入DR早期临床试验。

3.2.4PDGF-BB与纤维化 在PDR期，由于机体对高血糖的耐受导致PDGF-BB表达增加，从而对纤维组织增生过程产生重要的调节作用[42]。在视网膜前纤维增殖的病理过程中，视网膜色素上皮细胞可分泌PDGF-BB，而PDGF-BB又可吸引视网膜色素上皮细胞和神经胶质细胞并作为有丝分裂原促进新细胞的募集与增殖，视网膜色素上皮细胞和神经胶质细胞迁移至视网膜前或玻璃体腔后增殖形成视网膜前膜，视网膜前膜收缩牵拉可致视网膜脱离，从而导致视力严重下降[43]。Lambers等[44]发现，PDGF-BB可剂量依赖性地上调α-平滑肌肌动蛋白、Ⅰ型胶原蛋白和纤连蛋白的表达，促使成纤维细胞分化为促纤维化肌成纤维细胞，进而促进纤维化进程。Shah等[45]利用胸腺肽β4衍生肽(PDGF-BB抑制剂)处理肝星状细胞，结果发现肝星状细胞的成纤维转化效应与Ⅰ型胶原蛋白合成过程均受到明显抑制，主要原因在于胸腺肽β4通过阻断Akt磷酸化抑制PDGF-BB的生理功能。Klaassen等[46]证实，视网膜纤维增生程度与玻璃体内的PDGF-BB分子水平呈正相关，且该效应可能与PDGF-BB分子的PI3K信号通路相关。以上研究表明，抑制PDGF-BB/PDGFR信号通路可能对改善PDR病情具有积极作用，同时PDGF-BB/PDGFR信号通路在NPDR期对周细胞和Müller细胞的存活也起积极作用。在DR的不同时期，PDGF-BB/PDGFR信号通路发挥不同的作用，但目前关于该通路的药物研究仍主要集中于抑制新生血管形成方面，因此作用于PDGF-BB的药物在NPDR中的应用仍需未来进一步研究。

4 小 结

目前DR的治疗策略主要在于管理微血管并发症，包括玻璃体内注射药物、激光光凝和玻璃体手术等。其中，玻璃体内注射抗VEGF药物已成为糖尿病性黄斑水肿和PDR的一线疗法，但临床由于需要频繁注射且价格昂贵导致患者依从性差，同时频繁玻璃体腔内注射抗VEGF药物会引起视网膜的萎缩，使抗VEGF药物的应用受到限制[47]。目前已有10多种PDGFR-β多激酶拮抗剂被美国食品药品管理局批准用于肿瘤性疾病血管生成和间质性肺纤维化的治疗[8]。血管生成过程受多个信号通路的调控，单一阻断VEGF/VEGFR后，视网膜仍可通过其他信号通路(如PDGF-BB/PDGFR)形成新生血管，因此需要使用新一代多靶点抗血管生成剂最大限度地发挥抗血管生成功能[48]。相信随着对DR发病机制研究的深入，PDGF-BB这一重要的促新生血管因子可成为治疗DR的新靶标。