IL-6反式信号传导：视网膜新生血管形成中被忽视的驱动因素？

《Angiogenesis》：IL-6 trans-signaling: an overlooked driver of retinal neovascularization?

本研究发现，在增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)患者玻璃体中IL-6及其可溶性受体(sIL-6R)水平显著升高。研究人员通过体外实验证实IL-6反式信号传导(IL-6+sIL-6R)能独立促进血管内皮细胞迁移和出芽，破坏血-视网膜屏障功能，并诱导独特的代谢重编程。托珠单抗(Tocilizumab)与阿柏西普(Aflibercept)联合使用可协同抑制血管生成和代谢异常，为改善抗VEGF治疗疗效提供了新策略。

　　

在全球糖尿病患病率持续攀升的背景下，糖尿病视网膜病变(DR)已成为威胁视力的主要并发症。据统计，到2045年将有约7亿糖尿病患者，其中约35%会发展为DR。当非增殖性DR进展为增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)时，视网膜会出现缺血性改变，导致异常新生血管形成、血管渗漏和糖尿病性黄斑水肿(DME)，严重损害患者视力。

目前，血管内皮生长因子(VEGF)被认为是PDR和DME的关键驱动因子，抗VEGF药物玻璃体内注射已成为标准治疗方案。然而，临床上面临着疗效天花板效应、部分患者对抗VEGF治疗无应答、药物半衰期短需频繁注射等挑战。这些局限性促使研究人员思考：除了VEGF，是否还有其他因子参与疾病调节？

PDR的发生发展涉及炎症、血-视网膜屏障破坏、异常血管生成和代谢紊乱等多种病理过程的相互作用。其中，白细胞介素-6(IL-6)作为一种重要的促炎因子，在PDR患者玻璃体中水平显著升高，且研究发现 aqueous humor IL-6水平高的患者在接受抗VEGF治疗后视力预后较差。这些临床观察提示IL-6信号通路可能是潜在的治疗靶点。

IL-6通过两种截然不同的机制发挥作用：经典信号传导(cis-signaling)和反式信号传导(trans-signaling)。前者需要IL-6与细胞膜上的IL-6受体(IL-6R)结合，后者则通过可溶性IL-6受体(sIL-6R)介导，使不表达IL-6R的细胞也能对IL-6产生响应。研究表明，IL-6反式信号传导主要促进炎症反应，而经典信号传导则更多发挥保护和修复作用。

尽管已有研究报道PDR患者玻璃体中IL-6和sIL-6R水平升高，但IL-6反式信号传导在VEGF驱动的视网膜血管疾病中的作用机制尚不清楚。特别是其在血管生成、屏障功能和细胞代谢方面的具体影响，以及与VEGF信号的相互作用，都是亟待解答的科学问题。

在这项发表于《Angiogenesis》的研究中，研究人员系统探讨了IL-6信号传导在视网膜新生血管性疾病中的作用，特别关注了反式信号传导的独特贡献。他们发现IL-6反式信号传导不仅能独立促进血管生成，还会破坏血-视网膜屏障功能，并诱导与VEGF不同的代谢特征。更重要的是，联合使用抗IL-6R抗体托珠单抗和抗VEGF药物阿柏西普能产生协同抑制效果，为改善现有治疗方案提供了新思路。

关键技术方法概述

本研究采用多种实验技术验证科学假说：通过ELISA检测PDR患者玻璃体和血浆中IL-6/sIL-6R水平；利用蛋白质印迹分析下游信号通路激活；通过球体出芽实验和划痕实验评估血管生成能力；采用阻抗测量和免疫荧光观察血-视网膜屏障功能；使用Seahorse能量代谢分析仪检测线粒体功能；通过LC-MS/MS进行靶向代谢组学分析；使用抗IL-6R抗体托珠单抗和VEGF抑制剂阿柏西普进行干预研究。研究纳入了17例PDR患者玻璃体样本，并以17例黄斑前膜和19例黄斑孔患者作为对照。

患者样本中IL-6和sIL-6R水平升高

研究首先检测了PDR患者玻璃体和血浆中IL-6及sIL-6R的水平。结果显示，与黄斑前膜(MP)和黄斑孔(MH)患者相比，PDR患者玻璃体中IL-6水平显著升高(分别提高7.8倍和6.1倍)，sIL-6R水平也明显增加(分别提高2.8倍和5.5倍)。

值得注意的是，这种升高主要表现为局部效应，因为血浆中的IL-6和sIL-6R水平在PDR患者与对照组之间无显著差异。玻璃体中IL-6浓度中位数为17.1 pg/mL，sIL-6R为2.2 ng/mL，且sIL-6R水平远高于IL-6，为反式信号传导的发生提供了有利条件。

IL-6反式信号传导激活多种下游信号通路

为了阐明IL-6信号传导的分子机制，研究人员通过蛋白质印迹分析了不同刺激下人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中关键信号分子的磷酸化状态。

结果显示，IL-6单独处理主要激活STAT3酪氨酸磷酸化(pSTAT3-Tyr)，而IL-6与sIL-6R联合处理(模拟反式信号传导)则能激活更广泛的信号通路，包括STAT3酪氨酸和丝氨酸磷酸化(pSTAT3-Tyr和pSTAT3-Ser)、蛋白激酶B(pAkt)和细胞外信号调节激酶(pERK)。当与VEGF共同刺激时，IL-6+sIL-6R诱导的ERK磷酸化进一步增强。

IL-6反式信号传导促进血管生成

通过划痕实验和球体出芽实验，研究人员评估了IL-6信号传导对血管生成功能的影响。

在二维划痕实验中，IL-6+sIL-6R处理能显著促进HUVEC迁移，效果与VEGF相当。当与VEGF共同刺激时，细胞迁移能力进一步增强，表明两种信号通路具有协同作用。

在三维球体出芽实验中，IL-6+sIL-6R处理使血管出芽长度增加了61.4%，而VEGF处理则增加了128.1%。更重要的是，VEGF与IL-6+sIL-6R联合处理比单独使用VEGF效果更显著，出芽长度进一步增加25.1%，表明IL-6反式信号传导能增强VEGF的促血管生成作用。

IL-6反式信号传导破坏血-视网膜屏障功能

血-视网膜屏障功能障碍是PDR的重要病理特征。研究人员通过阻抗测量评估了不同处理对HUVEC单层屏障功能的影响。

结果显示，IL-6+sIL-6R处理导致阻抗值时间依赖性下降，在8-12小时达到最低点，表明屏障功能受损。而VEGF单独处理则轻微增加阻抗值。当VEGF与IL-6+sIL-6R联合处理时，屏障破坏效应更为明显。

免疫荧光染色进一步证实，IL-6+sIL-6R处理导致紧密连接蛋白ZO-1表达减少和定位异常，F-肌动蛋白纤维减少，细胞间连接破坏。这些形态学变化与功能测量结果一致。

IL-6反式信号传导诱导独特的代谢重编程

血管生成需要大量能量和生物合成前体，代谢重编程在这一过程中发挥关键作用。通过Seahorse能量代谢分析，研究人员发现IL-6+sIL-6R处理显著提高HUVEC的最大呼吸能力和ATP产量，且效果强于VEGF处理。

代谢组学分析进一步揭示了IL-6反式信号传导与VEGF信号在代谢调节上的显著差异。PCA分析显示，不同处理组的代谢物分布呈现明显分离，特别是在细胞外代谢物中，IL-6+sIL-6R与VEGF处理组的差异最为显著。

最引人注目的发现是乳酸代谢的差异。VEGF处理导致细胞外乳酸浓度时间依赖性增加，而IL-6+sIL-6R处理组的乳酸积累明显减少。在36小时时间点，VEGF组的乳酸浓度显著高于IL-6+sIL-6R组，联合处理组的乳酸水平也显著低于单独VEGF处理组。

同时，研究人员还观察到琥珀酸代谢的差异。VEGF处理导致细胞外琥珀酸积累，而IL-6+sIL-6R处理组的琥珀酸水平保持稳定。琥珀酸是三羧酸循环中间产物，也是线粒体电子传递链复合物II的底物，其代谢差异提示两种信号通路可能通过不同机制调节能量代谢。

氨基酸代谢分析显示，IL-6+sIL-6R处理导致细胞外谷氨酰胺和谷氨酸浓度降低，而细胞内丙氨酸和天冬酰胺水平升高。相反，VEGF处理特异性增加细胞内甘氨酸浓度，这可能与VEGF诱导的血管生成密切相关。

靶向抗体治疗的协同效应

最后，研究人员评估了联合靶向治疗的效果。在球体出芽实验中，VEGF+IL-6+sIL-6R联合刺激显著促进血管出芽，而单独使用阿柏西普(VEGF抑制剂)或托珠单抗(IL-6R抗体)只能部分抑制这种效应。只有当两种抗体联合使用时，才能完全逆转促血管生成作用。

在屏障功能实验中，托珠单抗单独或与阿柏西普联合使用，都能有效防止VEGF+IL-6+sIL-6R诱导的阻抗下降。代谢分析也显示，托珠单抗能显著降低VEGF+IL-6+sIL-6R处理组的最大耗氧率，而阿柏西普单独使用则无此效果。

研究结论与意义

本研究系统阐明了IL-6反式信号传导在视网膜新生血管性疾病中的重要作用，揭示了其与VEGF信号在血管生成、屏障功能和细胞代谢方面的相似性和差异性。

主要结论包括：

1. 1.
   PDR患者玻璃体中IL-6和sIL-6R水平显著升高，为局部IL-6反式信号传导激活提供了病理环境
2. 2.
   IL-6反式信号传导能独立促进血管内皮细胞迁移和出芽，效果与VEGF相当
3. 3.
   IL-6反式信号传导破坏血-视网膜屏障功能，而VEGF单独处理对屏障功能影响较小
4. 4.
   IL-6反式信号传导诱导独特的代谢重编程，与VEGF相比更倾向于氧化磷酸化而非糖酵解
5. 5.
   联合使用抗IL-6R抗体和抗VEGF药物能协同抑制病理过程，效果优于单药治疗

这些发现不仅深化了对PDR发病机制的理解，也为改善临床治疗策略提供了新思路。针对IL-6反式信号传导的特异性抑制剂(如olamkicept)可能成为未来治疗PDR和DME的有前景的药物。此外，代谢特征的差异可能为疾病诊断和治疗反应监测提供生物标志物。

该研究的创新之处在于首次系统比较了IL-6反式信号传导与VEGF信号在视网膜血管疾病中的功能差异，特别是揭示了它们在代谢调节方面的不同机制。这为理解多种因子协同驱动疾病进展的复杂网络提供了新视角，也为开发针对不同病理环节的联合治疗策略奠定了理论基础。

总之，这项研究强调了在抗VEGF治疗基础上靶向IL-6信号通路的重要性，为改善PDR和DME的治疗效果提供了新的理论和实验依据。未来研究需要进一步验证这些发现在动物模型和临床研究中的转化价值，探索最佳的治疗组合和给药策略。