糖尿病视网膜病变（DR）中视网膜清除稳态失衡作为神经血管单元（NVU）功能障碍与细胞外代谢废物累积的汇聚机制

《Diabetic Medicine》：Rethinking diabetic retinopathy: Homeostatic mechanisms for retinal clearance

　　

目标：糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy, DR）是糖尿病的一种威胁视力的后果。DR破坏视网膜神经血管单元（neurovascular unit, NVU）中的细胞间通讯，损害血流，导致血管并发症。在此，研究人员提出一个DR发病机制的整合框架，其中清除机制受损和细胞外代谢废物（extracellular metabolic waste）累积协同驱动NVU功能障碍。通过整合细胞和分子领域的证据，研究人员旨在强调这些早期事件如何为后续并发症，包括糖尿病黄斑水肿（diabetic macular oedema, DMO），奠定基础。方法：研究人员检索并总结了文献，综合证据并对糖尿病对视网膜清除稳态（retinal clearance homeostasis）的影响进行叙述性综述。使用PubMed数据库检索包括diabetic retinopathy、neurovascular unit、clearance和extracellular waste等术语。结果：糖尿病破坏血–视网膜屏障（blood–retinal barrier, BRB）完整性，改变视网膜废物产生和液体稳态（fluid homeostasis），并促进错误折叠和糖化蛋白累积。然而，这些过程尽管相互依赖，却大多被孤立地考虑。本综述整合现有证据，以确定视网膜清除受损是DR中屏障功能障碍、液体动力学改变和细胞外废物累积之间的汇聚机制联系。它还强调特定清除通路（clearance pathways）如何可能促进疾病进展并代表潜在治疗靶点。结论：组织稳态（tissue homeostasis）失败可能代表DR期间进行性视网膜NVU功能障碍的一个关键但未被充分认识的驱动因素。在此背景下，细胞外废物累积不仅仅是视网膜病变进展的下游后果，而是连接代谢失调与血–视网膜屏障破坏并扰乱视网膜结构的潜在始动因素。

1 INTRODUCTION
视网膜是机体代谢需求最高的组织之一，依赖液体控制和废物清除维持稳态、结构完整性和视觉功能。视网膜神经元需持续氧和营养以维持三磷酸腺苷（ATP）生成，并依赖神经血管单元（NVU）通过血管、神经元、胶质和免疫细胞的动态耦合维持微环境。光转导、神经传递和持续代谢产生代谢物、修饰蛋白和脂质及碎片，需及时清除以防毒性。视网膜缺乏传统淋巴系统，液体和代谢物可经内血–视网膜屏障（iBRB）通过扩散、旁细胞运输、主动转运和转胞吞清除；外血–视网膜屏障（oBRB）处视网膜色素上皮（RPE）吞噬清除脱落的光感受器外段（POS），液体经水通道蛋白1（AQP1）跨RPE转运。Müller胶质和星形胶质表达水通道蛋白4（AQP4）和内向整流钾通道（Kir4.1），缓冲细胞外K⁺并维持渗透平衡。糖尿病视网膜病变（DR）中慢性高血糖破坏该稳态。
2 DIABETIC RETINOPATHY
糖尿病仍是全球健康问题，约34%糖尿病患者发生DR。毛细血管闭塞、微动脉瘤和血管渗漏可进展为糖尿病黄斑缺血（DMI）、糖尿病黄斑水肿（DMO）和增殖性糖尿病视网膜病变（PDR）。因血管病变易于识别，DR长期被视为血管病，临床分期依赖血管病变，但神经退行也发挥关键作用。抗血管内皮生长因子（VEGF）治疗是DMO标准疗法并用于PDR，但不能完全解决缺氧和炎症，部分患者反应欠佳，且治疗成本高。糖尿病环境诱导视网膜代谢应激，增加细胞外代谢废物并破坏稳态清除。早期DR可能源于废物产生、蛋白稳态（proteostasis）和清除机制失衡，需重新评估早期发病机制。
3 THE NEUROVASCULAR UNIT IN DIABETIC RETINOPATHY
NVU在DR病理生理中至关重要。糖尿病改变神经血管耦合，降低闪烁反应，导致视网膜血流失调，并进展为iBRB破坏、血管渗漏、毛细血管无灌注和视网膜缺血。毛细血管基底膜增厚阻碍内皮细胞与周细胞通讯。周细胞是最早受损的血管细胞之一，胎盘来源生长因子-β（PDGF-β）减少和糖尿病相关血管生成素-2信号经α₃β₁-整合素促进周细胞凋亡；富含亮氨酸α-2糖蛋白-1（LRG1）与周细胞收缩和纤维化变化相关。内皮细胞受损导致iBRB破坏、凋亡和无细胞毛细血管，血浆蛋白渗漏进一步扰乱稳态。光感受器高度依赖NVU，糖尿病中可见视网膜电图异常、闪烁光诱导血管舒张减少、色觉和对比敏感度下降，动物模型显示光感受器变性和视网膜神经节细胞（RGCs）丢失。Müller胶质调节谷氨酸回收、K⁺缓冲、营养支持、炎症及液体稳态；糖尿病中其谷氨酸转运和糖皮质激素受体信号改变，AQP4和Kir4.1错位，并出现Müller细胞肿胀。星形胶质细胞早期受损，血管生成素-2经α_vβ₅-整合素/糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）/β-连环蛋白信号促进星形胶质凋亡，与内视网膜缺氧和血管渗漏相关。微胶质作为视网膜驻留免疫细胞，通过免疫监视和碎片吞噬参与NVU稳态；糖尿病中其转录改变、炎症亚型增加且吞噬活性降低，加速废物累积。废物负担增加与清除缺陷汇聚成细胞功能障碍、炎症和组织损伤的循环。
4 ACCUMULATION OF WASTE AND FAILURE OF CLEARANCE IN THE DIABETIC RETINA
慢性高血糖引起代谢紊乱和氧化应激，增加细胞内废物、细胞外代谢废物及受损和错误折叠蛋白聚集。
4.1 Metabolic by-products
氧化应激是DR核心介质，源于活性氧（ROS）过量产生和抗氧化系统受损。高血糖经线粒体功能障碍、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性增加、多元醇通路激活、蛋白激酶C（PKC）激活和抗氧化系统丧失增加ROS。广谱抗氧化剂和ROS清除策略临床试验成功有限，部分可能与试验设计有关。ROS下游形成晚期糖基化终末产物（AGEs）和晚期脂氧化终末产物（ALEs）。
4.1.1 Advanced glycation end products (AGEs)
AGEs由游离氨基酸与前体糖和活性醛如乙二醛、甲基乙二醛发生糖基化反应形成，通过交联和结构改变损害视网膜蛋白。糖尿病中AGEs沉积于神经元、血管、周细胞、胶质和视神经头。AGEs经AGE受体（RAGE）促进炎症，RAGE在Müller胶质中表达增加，导致胶质炎症、神经元和周细胞死亡；RAGE缺失具有保护作用。AGEs增加视网膜内皮细胞中趋化因子配体2（CCL2）、C-C基序趋化因子配体1（CXCL1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）表达。直接靶向AGE形成或积累尚未转化为有效临床治疗。
4.1.2 Advanced lipoxidation end products (ALEs)
糖尿病破坏视网膜脂质代谢，导致胆固醇和脂氧化终末产物累积。脂质过氧化产生丙二醛、4-羟基壬烯醛（4-HNE）和丙烯醛，修饰蛋白、核酸和磷脂，形成稳定ALE加合物。丙烯醛衍生的N^ε-(3-formyl-3,4-dehydropiperidino)lysine（FDP-lysine）与DR相关，PDR患者血红蛋白FDP-lysine显著增加，链脲佐菌素（STZ）诱导糖尿病大鼠中尤其Müller细胞和内视网膜神经元周围增加。FDP-lysine促进Müller细胞炎症和氧化应激；用2-肼基-4,6-二甲基嘧啶（2-HDP）清除可保护突触、神经元和血管。
4.2 Intracellular waste
正常时细胞内废物经泛素–蛋白酶体系统、自噬–溶酶体途径和胶质介导清除系统清除。糖尿病中这些过程逐渐受损，导致受损蛋白和脂质细胞外累积。自噬在氧化应激、内质网（ER）应激和缺氧下增加，早期具保护性，后期失调无效；线粒体自噬早期增加，后期因衰老减少。高血糖干扰溶酶体酸化。未折叠蛋白反应（UPR）受ER应激调节，糖尿病激活肌醇需求蛋白-1（IRE1）、激活转录因子-6（ATF6）和蛋白激酶RNA（PKR）分支，但STZ糖尿病中ER相关降解酶降低，可能损害错误折叠蛋白清除。UPR失调也见于DR及多种神经退行疾病。
4.3 Extracellular waste
高血糖破坏视网膜内皮细胞紧密连接，降低iBRB选择性并增加通透性，允许白蛋白等血浆蛋白渗入，促进炎症和渗透压升高。慢性高血糖损害RPE，诱导线粒体应激和线粒体自噬受损，促进脂褐素累积并损害溶酶体功能。AGEs沉积于Bruch膜，基底膜增厚，降低水和废物向脉络膜毛细血管清除。糖尿病是阿尔茨海默病（AD）的重要风险因素，DR也与AD风险增加相关。淀粉样β（Aβ）由淀粉样前体蛋白（APP）切割形成，AD中聚集并触发Tau过度磷酸化。OLETF大鼠视网膜Aβ_1–42增加；DR患者转录组显示淀粉样加工通路失调，但尚未明确检测到视网膜Aβ聚集体。Tauopathy和DR模型显示过度磷酸化Tau损害RGCs，DMO患者玻璃体中Tau增加。早期DR代谢应激驱动毒性废物累积，形成氧化损伤和炎症循环。
4.4 Ocular glymphatic clearance: An emerging hypothesis
脑缺乏传统淋巴管，类淋巴系统经AQP4和血管旁间隙清除脑脊液（CSF）、间质液（ISF）、废物和过量液体，并引流至颈部淋巴结。眼部新证据提示存在眼部类淋巴系统：玻璃体腔注射荧光标记Aβ可沿视神经血管旁间隙清除，并可能由Müller胶质AQP4促进。实验性青光眼中眼部类淋巴清除破坏。AQP4敲除STZ糖尿病小鼠DR病理加重；一项研究显示STZ糖尿病本身未改变类淋巴流，但波动血糖增加类淋巴流。糖尿病小鼠脑类淋巴清除减少。人类尚无直接证据，眼部类淋巴在DR中的作用需进一步研究。
4.5 Circadian control of retinal clearance
类淋巴系统受昼夜节律调节，脑内液体清除在睡眠/休息期较高。视网膜中内屏障通透性、RPE对POS的吞噬及Kir4.1表达均受昼夜节律影响。糖尿病模型中Kir4.1节律消失，可能影响Müller细胞清除。DMO患者早晨视网膜肿胀显著多于夜间，提示清除机制可能存在昼夜峰值。糖尿病影响昼夜节律和睡眠，早期DR中视网膜钟出现相位移动和钟基因表达扭曲。昼夜节律紊乱可能是早期DR中未被充分认识的机制。
5 CLINICAL RELEVANCE
DMO以黄斑液体累积为特征，约影响7%糖尿病成人，是糖尿病视力丧失首要原因。内、外BRB破坏导致液体、蛋白和脂质渗漏入黄斑，并上调白细胞介素（IL）如IL-1β、IL-6、IL-8，生长因子如转化生长因子-β（TGFβ）、组织坏死因子-α（TNF-α）、胎盘生长因子（PGF），以及CCL2、基质金属蛋白酶（MMPs）、ICAM和血管细胞黏附蛋白1（VCAM）等炎症介质。抗VEGF治疗可抑制渗漏，但反应异质：约28%完全反应，66%部分或次优反应，6%液体无变化。DMO可视为“渗漏”与“清除”失衡；部分患者有渗漏却无DMO，提示清除机制可代偿。中央凹区域更依赖Müller细胞和RPE介导的液体清除，AQP4定位改变可能促DMO。目前无直接量化清除的临床生物标志物，AQP4有潜力，分子标志物和光学相干断层扫描（OCT）、OCT血管成像（OCT-A）可提供间接信息。治疗可靶向Müller细胞水转运、AQP4通路、RPE和BRB功能、自噬–溶酶体、微胶质激活和昼夜节律；类淋巴样通路是潜在新靶点，但人类证据待定。
6 CONCLUSION AND FUTURE PERSPECTIVES
眼内废物和液体清除对维持视网膜稳态和正常视觉功能至关重要。糖尿病损害iBRB和oBRB、自噬、吞噬和Müller细胞液体调节。眼部类淋巴通路可能被高血糖破坏，导致液体累积并最终DMO。抗VEGF主要靶向血管渗漏，改善内源性视网膜清除通路可能成为新颖补充策略。多数证据来自临床前模型，需缩小转化差距。未来可结合多模态成像和分子生物标志物，纵向评估液体体积、血管完整性、神经元结构及炎症或蛋白稳态标志物，以区分暂时抑制与疾病修饰。按清除受损特征进行患者分层，可能识别适合清除导向治疗的亚组。该框架支持从主要治疗屏障失败后果转向早期恢复视网膜液体和代谢稳态。