Prog视网膜眼部研究。作者手稿；PMC 2012年9月4日提供。
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糖尿病视网膜病变中的炎症
，医学博士1,三和，博士*,2,三
曾冠豪
1美国俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学大学医院眼科研究所眼科和视觉科学系
三美国俄亥俄州克利夫兰市路易斯·斯托克斯克利夫兰VA医疗中心研究服务
蒂莫西·科恩
2美国俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学医学系
三美国俄亥俄州克利夫兰市路易斯·斯托克斯克利夫兰VA医疗中心研究服务
1美国俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学大学医院眼科研究所眼科和视觉科学系
2美国俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学医学系
三美国俄亥俄州克利夫兰市路易斯·斯托克斯克利夫兰VA医疗中心研究服务
*通讯作者
摘要
糖尿病会导致视网膜的一些代谢和生理异常，但这些异常中的哪一种会导致糖尿病视网膜病变（DR）的公认特征尚不清楚。糖尿病视网膜中发现的许多分子和生理异常与炎症相一致。此外，在动物模型中发现许多抗炎疗法可以显著抑制DR不同方面的发展。在此，我们回顾了炎症介质及其与DR早期和晚期的关系，并讨论了抗炎方法抑制视网膜病变不同阶段发展的潜力。我们主要关注来自体内研究的信息，补充来自体外研究的信息很重要。
1.简介
大约8%的美国人口患有糖尿病，美国和世界上被诊断患有这种疾病的人数正在迅速增加。DR是视觉障碍的主要原因，也是美国20-75岁人群失明的主要原因(Kempen等人，2004年)。成人糖尿病患者中DR的患病率大于40%，约5%-10%的患者出现了威胁视力的并发症，包括增殖性糖尿病视网膜病变（PDR）、严重非增殖性糖尿病眼病或黄斑水肿(Kempen等人，2004年).
许多机制被假设来解释视网膜病变的发病机制，但其中许多假设机制都集中在特定的分子异常上。在这篇综述中，我们回顾了支持以下假说的证据：炎症样过程在视网膜病变早期和晚期的发展中起着关键作用，炎症假说可以在广泛的“保护伞”下涵盖许多先前假设的机制糖尿病视网膜病变发病机制的假说。我们将首先回顾视网膜病变，然后讨论支持炎症过程在糖尿病视网膜病变发病机制中假设作用的研究，以及当前炎症假设的弱点和未来方向。
2.糖尿病视网膜病变
糖尿病视网膜病变的临床可见病变主要为血管性。因此，糖尿病视网膜病变多年来一直被视为一种血管疾病。根据视网膜血管的增殖状态，视网膜病的自然病史可分为两个阶段：早期非增殖期（NPDR；)晚期、增殖期或新生血管期（PDR；)。神经异常也已被认识到，目前正在研究以确定其临床意义。
A类中度非增殖性糖尿病视网膜病变（NPDR）患者的眼底图像。可以看到微动脉瘤（黑色箭头）以及包含火焰出血（黄色箭头）和颞侧中央凹渗出物（白色箭头）的区域。B类增生性糖尿病视网膜病变（PDR）患者的眼底图像。这里可以看到多个包含微动脉瘤的区域（黑色箭头），以及视盘新生血管的区域（黄色箭头）和颞上至中央凹的渗出物（白色箭头）。C类B组患者的荧光素血管造影图。视网膜深层无灌注区域由一颗星标识。大量的白点（白色箭头）表明存在微动脉瘤，与彩色照片相比，荧光血管造影更容易显示微动脉瘤。D。糖尿病患者分离的视网膜微血管显示大量毛细血管微动脉瘤（粗箭头）和退化毛细血管（细箭头）。
第二章。糖尿病视网膜病变的早期
视网膜病变非增殖期的变化本身很少有临床意义，但其出现和严重程度的增加往往预示着疾病向更高级和更具临床意义的阶段发展。早期糖尿病视网膜病变患者通常有视网膜微动脉瘤，扩张眼底镜检查显示为红点。这些微动脉瘤是微血管的局部扩张，据推测是由于血管壁的局部薄弱、压力紊乱或神经胶质回缩/死亡而发展起来的(科恩，2007年)。微动脉瘤出现和消失率的增加标志着视网膜病变的进展，并预测未来视觉功能的下降(Nunes等人，2009年)。在糖尿病狗、猫和灵长类动物中也发现了微动脉瘤，但在糖尿病啮齿类动物中没有发现可重复发生的微动脉瘤(科恩，2008年;Zheng和Kern，2010年).
毛细血管无灌注和变性也是早期视网膜病变的重要病变(de Venecia等人，1976年;科纳和亨金，1970年)因为它们被认为是最终发展为新生血管的原因(清水等，1981年)如以下简单流程图所示：
低氧刺激低氧调节血管增殖因子的释放，如血管内皮生长因子（VEGF），但在毛细血管变性之前，糖尿病动物的视网膜中也发现VEGF增加，这表明其他因素也调节其在糖尿病中的诱导。如果不向血液中注入荧光染料（荧光素），临床上就无法检测到毛细血管未灌注()，但在视网膜微血管的分离制备中，退化的毛细血管非常明显()。迄今为止，在所有受试动物中都观察到糖尿病引起的视网膜毛细血管变性(科恩，2008年;Zheng和Kern，2010年)但是，与一些糖尿病患者相比，仅研究了几年或更少时间的糖尿病动物模型中出现的毛细血管无灌注和变性的程度是适度的（可能解释了动物模型未能进展为视网膜前新生血管）。
一些糖尿病患者出现视网膜水肿或视网膜增厚，据信是由于血-视网膜屏障破裂，导致局部血管通透性增加，超过视网膜色素上皮的泵送能力。这种通透性的增加发生在血管内皮水平上，与VEGF表达的增加相关，并继发于VEGF的表达增加(Ehrlich等人，2010年)。在早期NPDR患者中，渗漏似乎主要来自微动脉瘤，并导致局部水肿。
糖尿病患者视网膜的神经功能和结构也发生改变。糖尿病会降低糖尿病患者和动物的对比敏感度和视网膜电图（ERG）。一些组织学材料的研究也表明，一些视网膜神经胶质细胞在糖尿病患者和啮齿动物中丢失(巴伯等人，1998年)。体内使用扫描激光偏振法、光学相干断层扫描术和其他技术发现糖尿病患者的神经纤维层或视网膜厚度变薄，这进一步与糖尿病患者视网膜神经节细胞及其轴突的丢失相一致(科恩和巴伯，2008年).
2B、。晚期糖尿病视网膜病变
糖尿病视网膜病变的更晚期通常由视网膜新生血管事件和视力损害定义。DR相关视力丧失的机制包括玻璃体出血、增生性糖尿病视网膜病变引起的牵引性视网膜脱离、玻璃体中纤维血管膜的形成和黄斑水肿。实验动物中糖尿病新生血管和黄斑水肿的研究一直存在问题，因为大多数实验动物都没有黄斑，也没有显示晚期糖尿病视网膜病变患者的视网膜新生血管和增厚特征。
3.炎症和糖尿病视网膜病变
3A。什么是炎症？
炎症是一种对损伤的非特异性反应，包括多种功能和分子介质，包括白细胞的募集和/或激活。炎症通常在急性基础上具有有益的影响，但如果长期持续，可能会产生不良影响。经典的细胞炎症模型已经被认识了几十年，但目前对炎症的讨论还包括分子变化和机制()。炎症是宿主先天免疫系统在暴露于抗原或微生物后迅速自我保护的手段之一。先天免疫系统对病原体的识别是通过病原体与模式识别受体（如Toll样受体（TLR）和晚期糖基化终产物受体（RAGE））的特异性结合介导的。这些受体的配体被归类为一类分子，称为“病原体相关分子模式”（PAMP）。TLRs的激活导致细胞因子的产生，如肿瘤坏死因子α（TNFα）和白细胞介素-1β（IL-1β），其作用是诱导促炎蛋白的表达。炎症通常通过包括resolvins、lipoxin和proteins在内的协调程序迅速解决(Serhan，2007年).
先天免疫系统与炎症的关系概述。如文中所示，糖尿病动物的视网膜中发现该系统的许多成分异常。1l-1R1、白细胞介素-1受体；AGEs，晚期糖基化终产物；HMGB1，高迁移率盒组1；TNFαR，TNFα受体；MyD88，髓系分化初级反应基因（88）；IRAK，白细胞介素-1受体相关激酶；IKK、IκB激酶；第38页；p38 MAP激酶
许多炎症蛋白的增加表达是通过激活促炎转录因子（包括核因子-κB（NF-κB））在基因转录水平上调节的。NF-κB的激活最终导致许多细胞因子、趋化因子、急性期蛋白和促炎分子的合成。在自身免疫性疾病和炎症条件下，会诱导炎症前蛋白，如环氧合酶-2（COX-2）、IL-1β、一氧化氮合酶（iNOS）诱导的亚型和TNFα。
3B、。炎症与糖尿病视网膜病变的早期
炎症对糖尿病视网膜病变发展的可能贡献源于最初的报告，即糖尿病患者服用水杨酸盐治疗类风湿关节炎的DR发生率低于预期(鲍威尔和菲尔德，1964年)。自那时以来，人们发现糖尿病动物和患者的视网膜或玻璃体体液中存在与炎症相一致的各种生理和分子异常。微阵列分析同样显示糖尿病啮齿动物视网膜的炎症反应(Brucklacher等人，2008年).
这些促炎性变化与先天免疫途径一致，也在其他地方进行了综述(阿达米斯和伯曼，2008年;Kaul等人，2010年;科恩，2007年)。许多炎症变化在糖尿病视网膜病变的发展中似乎很重要，因为抑制它们会阻止动物视网膜病变特征的发展。炎症分子已被证明有助于视网膜病特征的结构或功能改变，总结如下第3B1节和第3B2节提供了关于这些异常的更多详细信息。随后，本章讨论了这些异常是如何相互作用的（第4节），并讨论了哪些炎症异常可能是抑制视网膜病变的良好治疗靶点（第5节）。我们目前对炎症过程在糖尿病视网膜病变发病机制中的作用的认识尚处于早期阶段，需要进一步扩大。
表1
已证明参与糖尿病视网膜病变临床公认病变发展的炎症分子
3B1.糖尿病视网膜病变的分子变化
iNOS和一氧化氮（NO）
大多数研究发现实验性糖尿病啮齿动物和患者的视网膜iNOS上调(Zheng和Kern，2009年)。氨基胍的研究初步表明，这种酶可能在糖尿病视网膜病变的发病机制中发挥作用。氨基胍是iNOS的抑制剂，被发现可以抑制糖尿病诱导的视网膜NO生成和iNOS表达的增加(Du等人，2002年)以及糖尿病大鼠、狗和小鼠糖尿病视网膜病变微血管病变的发展(Zheng和Kern，2009年)。然而，氨基胍也有其他作用，因此这种治疗并不能证明iNOS在视网膜病发病机制中的作用。最近，iNOS基因缺陷小鼠直接证明了iNOS在糖尿病视网膜病变早期发展中的作用(Leal等人，2007年;Zheng等人，2007a) ()。在这些研究中，iNOS被删除或抑制的糖尿病小鼠没有出现糖尿病诱导的视网膜结构（包括毛细血管变性）或功能（通透性）异常。iNOS对视网膜病变发展的贡献似乎不一定适用于其他一氧化氮合酶，因为内皮型一氧化氮合酶缺失使恶化视网膜病(Li等人，2010b).
炎症前蛋白iNOS的基因缺失可抑制糖尿病诱导的（a）毛细血管变性和（b）糖尿病小鼠视网膜血管周细胞丢失9个月。N、 非糖尿病；SD，链脲佐菌素糖尿病；WT，野生型；iNOS系统-/-，iNOS缺乏。（经Springer Science+Business Media许可使用：糖尿病学诱导型一氧化氮合酶在链脲佐菌素诱导糖尿病小鼠视网膜毛细血管变性中的关键作用。2007年50（9）：1987-96年；Zheng L、Du Y、Miller C、Gubitosi Klug RA、Ball S、Berkowitz BA、Kern TS；).
一氧化氮的产生导致视网膜蛋白的硝化和亚硝化(Ali等人，2008年;El-Remessy等人，2003a;El-Remessy等人，2005年;El-Remessy等人，2003b;Zhan等人，2007年)，导致潜在的毒性影响(Ali等人，2008年).
二十碳五烯酸和脂类
糖尿病改变视网膜的脂质分布(Tikhonenko等人，2010年)。二十烷酸是花生四烯酸的代谢物，是已知的炎症介质。二十烷酸的两个主要家族是前列腺素（由环氧化酶合成）和白三烯（由脂氧化酶合成）。
据报道，在糖尿病动物的视网膜中，COX-2的诱导以及前列腺素的产生增加。在糖尿病视网膜病变的晚期，从糖尿病患者去除的纤维血管性视网膜前膜的血管内皮细胞中发现COX-2(El-Asrar等人，2008年)。塞来昔布（一种选择性COX-2抑制剂）显著抑制糖尿病大鼠视网膜PGE2的生成，但COX-1抑制剂不抑制PGE2生成(阿亚拉索马亚朱拉和孔佩拉，2004年)表明COX-2是糖尿病导致视网膜前列腺素生成增加的原因。抑制COX-2也抑制糖尿病诱导的视网膜VEGF的上调(阿亚拉索马亚朱拉和孔佩拉，2003年)视网膜血管通透性增加和白细胞沉积(Joussen等人，2002年)以及在糖尿病样浓度葡萄糖中培养的视网膜内皮细胞的死亡(Du等人，2004年)。COX-2抑制剂美洛昔康还降低eNOS水平，抑制糖尿病视网膜中NF-κB的活化，并部分降低TNFα视网膜中的水平(Joussen等人，2002年)。选择性COX抑制剂对糖尿病视网膜病变组织学损害的影响尚未研究，但选择性较低的COX抑制剂（如水杨酸盐）抑制了糖尿病狗和啮齿动物视网膜血管组织病理学的发展(科恩和恩格曼，2001年;Zheng等人，2007b)。COX抑制剂Nepafenac可抑制糖尿病引起的视网膜前列腺素生成增加、视网膜血管中白细胞粘附、视网膜毛细血管细胞凋亡以及视网膜周细胞和毛细血管变性(Kern等人，2007年).
5-脂氧合酶产品，包括白三烯B4（长期借款4)和白三烯C4/D类4/电子4，分别在白细胞募集和血管通透性中起重要作用。糖尿病患者玻璃体中脂氧合酶衍生的5-羟基二十碳四烯酸（5-HETE）和其他花生四烯酸和二十二碳六烯酸衍生的脂质类化合物增加(施瓦茨曼等人，2010年)。5-脂氧合酶缺乏可抑制糖尿病诱导的小鼠视网膜毛细血管变性、白细胞抑制和超氧化物生成(Gubitosi-Klug等人，2008年) ()。相反，12-脂氧合酶缺乏抑制糖尿病小鼠视网膜血管的白细胞增生，但不抑制视网膜毛细血管的退化。BLT1受体抑制LTB的拮抗作用4-培养的视网膜内皮细胞诱导死亡(Talahalli等人，2010年).
A类与非糖尿病对照组相比，删除5-或12-脂氧合酶可显著抑制糖尿病诱导的白细胞沉积。野生型小鼠和5-脂氧酶或12-脂氧酶基因缺陷的小鼠被制成糖尿病9个月或作为非糖尿病对照。B类通过缺乏5-脂氧合酶而非12-脂氧合酶来抑制糖尿病诱导的毛细血管变性。N、 非糖尿病；D、 糖尿病患者。（版权所有2008美国糖尿病协会摘自糖尿病，2009年第57卷；1387-1393经美国糖尿病协会许可转载）。
有趣的是，非糖尿病或糖尿病小鼠的视网膜既不产生白三烯，也不产生5-脂氧合酶mRNA，但将外源性白三烯A（4）添加到视网膜或视网膜胶质细胞中会导致白三烯B（4）或半胱氨酸白三烯的大量产生。因此，视网膜细胞可以产生促炎/有毒的前列腺素，但前提是它们被提供初始底物（LTA）4)来自其他单元格类型()。与视网膜细胞相比，糖尿病小鼠的骨髓细胞（成熟为白细胞）产生的LTB量高于正常值4(Talahalli等人，2010年)。这些数据表明，骨髓来源的细胞可以产生LTA4血载细胞向视网膜的前列腺素前体跨细胞传递可能导致内皮细胞死亡，也可能导致糖尿病视网膜病变的慢性炎症(Talahalli等人，2010年).
示意图总结了视网膜和骨髓源细胞之间的跨细胞转移，这被认为是糖尿病视网膜病变中炎症变化和细胞死亡的原因。
与某些脂质的促炎作用相反，二十二碳六烯酸、resolvins和其他自类固醇类化合物已被证明在视网膜细胞中具有抗炎作用(Chen等人，2005年;Opreanu等人，2010年)。Busik及其合作者还报告说，二十二碳六烯酸的给药可以抑制糖尿病诱导的动物视网膜毛细血管变性（未发表），但这是否与抗炎作用有关尚待研究。
粘附分子和整合素
白细胞通过多步骤过程与内皮细胞表面的ICAM-1结合，导致血细胞粘附在内皮细胞壁上，这是炎症的特征。ICAM-1受多种刺激上调，包括VEGF、PARP激活、氧化应激和血脂异常，至少部分通过NF-κB。糖尿病患者视网膜血管中VCAM的表达也增加。ICAM-1或其配体（CD18）基因缺陷的糖尿病小鼠可以避免早期糖尿病视网膜病变（包括毛细血管变性、周细胞丢失和通透性增加）以及白细胞沉积(Joussen等人，2004年)。糖尿病大鼠局部注射白细胞功能相关抗原-1（LFA-1）小分子拮抗剂已被证明可显著减少视网膜白细胞沉积和血-视网膜屏障破坏(Rao等人，2010年).
整合素α4/CD49d已被确定为早期糖尿病视网膜病变中白细胞粘附和视网膜血管生理改变的另一种介质。阻断该整合素可减轻糖尿病引起的视网膜炎症变化，包括NF-κB活化、VEGF和TNFα上调、白细胞增生和血管渗漏(Iliaki等人，2009年).
血管内皮生长因子
众所周知，VEGF是一种促炎分子，其玻璃体水平与视网膜新生血管和水肿高度相关。抗血管内皮生长因子（VEGF）眼内注射疗法目前广泛用于治疗晚期糖尿病视网膜病变（综述见(Wirostko等人，2008年)。血管生成过程中，血管内皮生长因子（VEGF）增强通透性和内皮细胞迁移/增殖的作用已被充分证明，并且可能通过血管炎症发生。VEGF已被证明可促进内皮细胞ICAM-1的表达，导致白细胞活化和细胞因子释放，从而导致VEGF表达的进一步增加和炎症反应的扩增。特异性阻断内源性VEGF（164）可显著抑制早期和确诊糖尿病患者的视网膜白细胞沉积和BRB分解(Ishida等人，2003年a)。视网膜Müeller（glial）细胞中大量产生VEGF，抑制Müller细胞衍生的VEGF可显著降低糖尿病小鼠TNFα、ICAM-1和NF-κB的表达(Wang等人，2010年)。使用磺化寡糖抑制视网膜中的VEGF与抑制糖尿病大鼠的白细胞抑制和ERG变化有关(Ma等人，2009年).
细胞因子和趋化因子
糖尿病动物视网膜中IL-1β和TNFα水平升高。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1是从其前体产生活性IL-1β的酶，IL-1β生物活性通过与细胞表面受体IL-1R1结合而介导。糖尿病小鼠、半乳糖喂养小鼠、糖尿病人类的视网膜和在高葡萄糖浓度下孵育的视网膜Müller细胞中caspase-1活性增加(Mohr等人，2002年)。膳食抗氧化剂(Kowluru和Odenbach，2004年;Yulek等人，2007年)或使用米诺环素抑制caspase-1(文森特和莫尔，2007年)抑制糖尿病诱导的视网膜IL-1β的增加，并抑制这些动物视网膜毛细血管的退化(文森特和莫尔，2007年)。作为IL-1β在视网膜毛细血管变性中作用的进一步证实，缺乏IL-1β受体的小鼠在糖尿病时可免受视网膜毛细血管的变性(文森特和莫尔，2007年)。IL-1β的一个已知作用是激活NF-κB。
Eternacept，一种可溶性TNFα作为竞争性抑制剂阻断TNF效应的受体α与细胞结合，减少视网膜血管中的白细胞粘附(Joussen等人，2002年)糖尿病视网膜的血-视网膜屏障破坏和NF-κB活化(Joussen等人，2009年)。玻璃体内注射另一种TNFα-特异性抑制剂pegsunercept显著减少糖尿病大鼠周细胞丢失和毛细血管变性(Behl等人，2008年;Behl等人，2009年)，并且据报道，TNFα基因缺陷的小鼠在糖尿病中由糖尿病引起的血管通透性和白细胞停滞的增加较少(Huang等人，2011年)实验性半乳糖血症中周细胞和内皮细胞的丢失(Joussen等人，2009年)。与TNFα在糖尿病诱导的视网膜毛细血管变性中的作用一致，受TNFα调节的转录因子Forkhead box O1（FOXO1）的DNA结合在1型和2型糖尿病动物的视网膜中升高，玻璃体内注射FOXO1 siRNA可抑制糖尿病引起的视网膜毛细血管变性和周细胞丢失(Behl等人，2009年).
研究发现，PDR或糖尿病黄斑水肿患者的促炎细胞因子（TNFα、IL-8和IL-6）、趋化因子（单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1））和其他蛋白（内皮素-1、sE选择素、VEGF、ICAM-1、CXCL10/IP-10）的玻璃体浓度高于对照组。晚期DR玻璃体切除术获得的玻璃体样品和视网膜前膜在糖尿病性黄斑水肿中也显著增加了IL-6、IL-8和MCP-1的水平(Kocak等人，2010年).
NF-κB和其他转录因子
NF-κB是一种广泛表达的诱导转录因子，是参与炎症和免疫反应、细胞增殖和凋亡的许多基因的重要调节因子。NF-κB的激活最常见的结果是p50-p65异二聚体移位到细胞核，随后在细胞核中诱导多种促炎蛋白（包括iNOS、ICAM和细胞因子）的转录。糖尿病已被证明能激活啮齿动物视网膜中的NF-κB(Zheng等人，2004年;Kowluru等人，2006年)并使p65亚单位迁移到视网膜内皮细胞、周细胞、神经节细胞或内核层细胞的细胞核中(罗密欧等人，2002年;Zheng等人，2007b)。DNA结合实验也表明，暴露于高浓度葡萄糖的视网膜内皮细胞或周细胞中NF-κB的DNA结合活性增加。PDR患者视网膜前膜NF-κB表达（mRNA和免疫组织化学分析）高于正常值(Harada等人，2004年;Mitamura等人，2003年).
越来越多的证据支持NF-κB在DR早期发病机制中的重要作用。使用脱氢甲基环氧奎诺霉素选择性抑制NF-κ的活化似乎可以抑制糖尿病诱导的视网膜白细胞增多以及体内ICAM-1和VEGF的表达(Nagai等人，2007年)，但没有进行长期组织病理学研究。然而，糖尿病诱导的视网膜毛细血管变性和炎性蛋白的表达却被抑制糖尿病患者视网膜NF-κB活化的选择性较低的疗法（水杨酸盐，如阿司匹林、水杨酸钠和柳氮磺胺吡啶(Zheng等人，2007b)或抗氧化剂(Kowluru等人，2003年)). p105是NF-κB p50亚单位的前体，其缺失导致糖尿病患者视网膜毛细血管加速退化（Veenstra和Kern，正在准备中）。我们假设糖尿病小鼠中p105的缺失会移除NF-κB依赖性转录的一个重要潜在调节因子，从而导致超正常视网膜炎症和随后的组织病理学。除了通过与RelA、RelB或c-Rel形成异二聚体而在靶基因反式激活中发挥公认的作用外，p50亚基还可以形成p50-50同源二聚体，阻断经典NF-κB的反式激活(齐格勒·海布洛克，2001).
糖尿病患者视网膜中的多种其他转录因子发生改变（Kern，未发表），但这些转录因子尚未与导致糖尿病视网膜病变的事件相关。更多的研究有望提供关于哪些转录因子有助于视网膜病变的发展的更多信息。
色素上皮衍生因子（PEDF）
色素上皮衍生因子（PEDF）是丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族的一员，具有复杂的神经营养、神经保护、抗血管生成、抗氧化和抗炎特性(Yamagishi等人，2008年;Yoshida等人，2009年)。高糖降低了视网膜Müller细胞中PEDF的表达，DME或PDR患者的PEDF玻璃体水平显著低于非糖尿病患者或无视网膜病变的糖尿病患者。这种缺陷可能具有促炎作用，因为在糖尿病和氧诱导视网膜病变的大鼠模型中，玻璃体内注射PEDF显著降低了血管的高渗透性，与视网膜炎症因子（包括VEGF、VEGF受体-2、MCP-1、TNF）水平的降低相关α和ICAM-1）(Zhang等人，2006年)。此外，siRNA下调PEDF表达导致视网膜Müller细胞中IL-1β的表达显著增加(沈等，2010)。糖尿病大鼠长期服用血管紧张素转换酶抑制剂可抑制糖尿病引起的VEGF/PEDF比值增加，并抑制毛细血管变性(Zheng等人，2009年).
Rho/Rho激酶（ROCK）途径
Rho/Rho激酶途径通过炎症机制与糖尿病微血管疾病有关。玻璃体内注射选择性ROCK抑制剂显著抑制糖尿病大鼠视网膜ICAM-1表达、白细胞粘附和受损内皮细胞数量(Arita等人，2009年).
3B2.糖尿病视网膜病变的功能变化
渗透
糖尿病患者血-视网膜屏障的破坏归因于白细胞抑制、细胞因子和生长因子的增加(Antonetti等人，1999年;Harhaj等人，2006年;Joussen等人，2001年)。分子改变，如紧密连接复合体蛋白的改变，也被证明在糖尿病诱导的毛细血管通透性增加中起着重要作用(埃里克森等人，2007年)。众所周知，血管内皮生长因子（VEGF）是糖尿病和其他视网膜疾病中导致视网膜通透性的关键分子，临床上已通过使用血管内皮生长激素拮抗剂或陷阱来抑制二甲醚。同样，TNFα通过蛋白激酶C zeta增加视网膜内皮通透性(Aveleira等人，2010年)。据报道，糖尿病动物的通透性也会增加，据报道，多种具有抗炎作用的治疗方法可以抑制糖尿病引起的视网膜血管通透性增加。糖尿病患者视网膜通透性增加是否会导致视网膜炎症，炎症改变是否会导致糖尿病患者视网膜的通透性升高，或者两者兼而有之，目前还没有得到充分的解决。
白细胞淤积
白细胞可能通过呼吸爆发释放细胞因子和超氧物，或通过物理阻塞毛细血管，导致微血管损伤()从而导致阻塞下游的局部缺血。白细胞在多步骤过程中与内皮细胞表面的ICAM-1和VCAM相互作用并结合，导致血细胞粘附在内皮细胞壁上（白细胞抑制）。众所周知，糖尿病大鼠、小鼠和猴子的视网膜血管中的白细胞增多，并受到糖尿病引起的各种异常的影响，包括氧化应激、炎症分子和肾素-血管紧张素系统。糖尿病猴视网膜毛细血管非灌注区附近的血管内多形核白细胞数量增加(Kim等人，2005年)以及糖尿病患者脉络膜血管中积聚的白细胞(Lutty等人，1997年)。在动物模型中，白细胞淤积通常与糖尿病视网膜病变有关，白细胞与内皮细胞粘附重要蛋白（ICAM-1和CD-18）的缺失可显著抑制糖尿病诱导的毛细血管变性(Joussen等人，2004年)。此外，糖尿病大鼠（而非对照大鼠）的白细胞在体外诱导内皮细胞凋亡(Joussen等人，2003年).
白细胞粘附在视网膜毛细血管壁上（白细胞沉积）。对血管系统进行灌注以去除所有游离血细胞和血浆，然后用刀豆球蛋白A-FITC灌注血管系统，刀豆球蛋白A-FITC将内皮染成浅绿色，粘附的白细胞染成亮绿色（箭头）。
尽管如此，其他研究(Gubitosi-Klug等人，2008年;Kern等人，2010年) ()表明体外技术测量的白细胞抑制(Joussen等人，2002年)可能不是视网膜毛细血管变性的原因，因为在一些研究中，即使白细胞抑制，糖尿病引起的视网膜毛细血管退化也没有受到抑制。一些白细胞确实会阻塞糖尿病患者的视网膜毛细血管（如所示体内(Azuma等人，1998年)，但是体外测量白细胞抑制的方法有一个额外的潜在混淆变量，它来自灌注本身；灌注以清洗血管中的游离血液和白细胞似乎可能会人为地将相对僵硬的白细胞滞留在毛细血管床中。
愿景
视力下降是糖尿病发病的主要原因，糖尿病也会损害小鼠的视力和对比敏感度(巴伯等人，2010年;Li等人，2010a)。糖尿病发病时对p38 MAPK或RAGE的药物抑制对对比敏感度缺陷没有影响(Li等人，2010a)提出了关于这些炎症变化在糖尿病小鼠视觉功能缺陷发病机制中的作用的问题。还需要进一步研究，以更好地确定视网膜中其他糖尿病诱导的炎症过程是否在糖尿病诱导的视觉功能改变的发展中起作用。
3B3.特定细胞类型的炎症变化
骨髓源性细胞
在糖尿病小鼠中，仅从骨髓细胞（Li、Veenstra、Talahalli、Wang、Gubitosi-Klug、Sheibani、Kern；正在审查中）删除炎症蛋白（PARP-1或iNOS），糖尿病诱导的炎症变化、超氧化物生成和视网膜毛细血管变性受到抑制。这有力地证明了白细胞等骨髓源性细胞在动物视网膜病变的发展中起着关键作用。
4.炎症分子与糖尿病视网膜病变的血管病变；多重机制还是共同途径？
在动物模型中，本章描述的炎症蛋白与糖尿病诱导的微血管疾病有关，抑制这些蛋白可抑制视网膜微血管疾病的发展。这些不同的炎症蛋白似乎不太可能通过不同的机制导致毛细血管变性，所以我们假设这些促炎步骤是一个序列途径的一部分，如通过抑制或删除特定酶，然后确定哪些额外的分子异常也被抑制（那些将是靶向反应的下游），可以推断出分子步骤的序列。例如，p38 MAPK的抑制抑制了糖尿病引起的视网膜iNOS和ICAM表达的改变，以及白细胞抑制和超氧物生成(Du等人，2010年)。同样，抑制iNOS抑制高血糖诱导的前列腺素生成(Du等人，2004年)反之则不然（抑制环氧合酶并不抑制一氧化氮的生成）。因此，iNOS和ICAM、白细胞抑制和超氧物生成很可能是p38 MAPK的下游（并受其调节），而iNOS调节前列腺素的生成，但环氧合酶显然不调节一氧化氮的生成。最近的证据还表明，环氧合酶-2和一氧化氮在血管通透性和血管生成方面与VEGF系统相互作用。
糖尿病患者炎症导致视网膜毛细血管变性的假设方案。该方案显示了一系列步骤，通过抑制特定蛋白质（如iNOS）来阐明这些步骤，然后确定哪些其他步骤（或蛋白质）也受到抑制（因此受到该蛋白质的调节）。RAGE也适用于此方案，但其相对于许多其他异常的位置尚不清楚。
已知许多细胞因子和其他信号分子激活NF-κB和其他促炎介质，因此表明炎症系统及其与糖尿病视网膜病变的关系比图中所示的要复杂得多。例如，NF-κ的B能够直接诱导ICAM-1和COX2的表达。这一工作模式显然必须在未来进行更新。中确定的许多步骤也在提示导致糖尿病视网膜病变血管异常的分子异常与先天免疫系统在视网膜病变某些方面的可能作用相一致。
5.抑制视网膜病变的良好炎症靶点是什么？
良好的血糖控制仍然是抑制糖尿病并发症的最佳公认方法，但抑制炎症可能有助于抑制视网膜病变，即使存在高血糖。根据迄今为止的动物研究，我们还没有看到任何特定的抗炎治疗有很大的优势或劣势，至少在抑制糖尿病引起的视网膜毛细血管变性方面。一个例外是，与抑制12-脂氧合酶相比，抑制5-脂肪氧合酶更有利于抑制糖尿病视网膜病变中的毛细血管变性。在副作用方面也存在差异，这使得一些治疗方法不如其他方法可取。据报道，类固醇、COX2抑制剂和大剂量阿司匹林有不良副作用，应予以避免。对于至少抑制早期糖尿病视网膜病变血管异常的能力，似乎值得进一步检查的药物包括水杨酸盐衍生物（如salsalate）或米诺环素、RAGE抑制剂和p38 MAPK、5-脂氧合酶或TNFα抑制剂（或拮抗剂）。脂质介质，包括二十烷酸，在其他组织的炎症调节中发挥重要作用(Wall等人，2010年)但现在越来越多的证据表明，补充叶黄素或二十二碳六烯酸等脂质对糖尿病视网膜病变也有益处(Arnal等人，2009年;Kowluru等人，2008年a).
炎症变化也可能导致糖尿病患者视网膜神经元变性。炎症在糖尿病诱导的视网膜神经变性中的潜在作用才刚刚开始探索，但有趣的是，已知具有抗炎作用的药物（米诺环素和水杨酸盐）抑制糖尿病动物视网膜神经节细胞层细胞的死亡(Krady等人，2005年;Zheng等人，2007b).
免疫组织化学研究表明糖尿病患者NF-κB亚单位迁移到视网膜神经元细胞核(Zheng等人，2007b)这表明糖尿病患者的神经元中激活了这种促炎症转录因子。水杨酸盐抑制了视网膜神经元中NF-κB的核移位（可能还激活了NF-κ）(Zheng等人，2007b).
6.临床上使用的治疗方法，在糖尿病视网膜中也有抗炎作用
糖尿病引起的视网膜炎症改变也被认为主要作用于其他靶点的治疗所抑制。阻断血管紧张素II 1型受体（替米沙坦）可显著抑制视网膜白细胞抑制和ICAM-1、VEGF、血管紧张素Ⅱ和血管紧张素II 1型受体的表达，但血管紧张素二2型受体（缬沙坦）不能抑制白细胞抑制(Kim等人，2009年;Nagai等人，2007年)。肾素前受体阻滞剂抑制糖尿病诱导的VEGF和ICAM表达增加以及白细胞抑制(Satofuka等人，2009年)。在糖尿病Ren-2大鼠中，坎地沙坦减少了视网膜无细胞毛细血管、炎症以及iNOS和NO(Miller等人，2010年)。给糖尿病动物服用洛伐他汀和辛伐他汀，使糖尿病诱导的ICAM-1、VEGF和TNFα表达正常化，并抑制紧密连接（闭塞素）和粘附连接（VE-cadherin）蛋白的减少(Al-Shabrawey等人，2008年;Li等人，2009年a)。他汀类药物介导这种效应的机制可能涉及线粒体衍生的活性氧(Zheng等人，2010)。新的香豆素衍生物也被证明可以减轻糖尿病引起的视网膜通透性、粘附分子和细胞因子的改变(Bucolo等人，2009年).
如果炎症确实有助于视网膜病变的发展，那么这些疗法似乎应该抑制DR的形态学病变。众所周知，抗VEGF疗法和类固醇对视网膜水肿和/或新生血管的形成具有强大的作用，玻璃体内类固醇降低VEGF和ICAM-1的表达并抑制NF-κB的激活(Wang等人，2008)。同样，血压药物（如卡托普利）(Zhang等人，2007年)和培哚普利(Zheng等人，2009年)和降脂药物(Zheng等人，2010)抑制糖尿病视网膜病变中的毛细血管变性。这些研究并没有证明这些疗法对视网膜病变的有益作用是通过抗炎作用介导的，但值得进一步测试。
水杨酸盐是一类值得讨论的抗炎药物，因为它们对DR的影响已经在临床试验和动物研究中进行了研究。糖尿病开始时服用阿司匹林（狗、大鼠）或其他水杨酸盐（大鼠）可显著抑制糖尿病引起的视网膜毛细血管变性(科恩和恩格曼，2001年;Zheng等人，2007b)。然而，对人类进行的前瞻性临床试验得出了相互矛盾的结论，其中一项研究显示阿司匹林治疗组中明确的微动脉瘤数量的年平均增长率明显较低(DAMAD研究小组，1989年)另一种则显示阿司匹林对视网膜病没有益处（或危害）(早期治疗糖尿病视网膜病变研究小组，1991年)。糖尿病视网膜病变早期治疗研究未能抑制视网膜病变，这可能表明炎症不是视网膜病变发生的主要原因，但这一结论似乎为时过早，因为阿司匹林的剂量不够高，不足以产生抗炎作用，在研究开始时，视网膜病变的严重程度可能过于严重，无法及时得到抑制。最近的一项前瞻性随机研究支持了水杨酸盐在抗炎剂量下可以抑制视网膜病变的假设，其中非甾体抗炎药舒林酸的治疗抑制了DR的发展和进展(Hattori等人，2007年).
8.糖尿病是如何引起视网膜炎症的？
众所周知，糖尿病患者的视网膜会发生细胞死亡，这可能会引发炎症反应。然而，糖尿病患者的视网膜细胞死亡似乎主要是通过凋亡发生的，因此，引发炎症状态所需的信号可能主要来源于代谢。
脂质
糖尿病引起的视网膜脂肪酸代谢变化导致视网膜n-3多不饱和脂肪酸（PUFAs），尤其是二十二碳六烯酸（DHA）显著下降(Tikhonenko等人，2010年)，脂肪酸组成的这些变化可能与糖尿病视网膜中发生的慢性炎症有关(拜恩等人，2010年)。Hammes及其合作者发现，糖尿病大鼠长期服用omega-3脂肪酸会导致视网膜毛细血管变性显著增加(Hammes等人，1996年)。糖尿病患者的玻璃体中也检测到了玻璃体脂质，包括促炎性脂氧合酶和细胞色素P450环氧合酶衍生的前列腺素(施瓦茨曼等人，2010年).
与某些脂类的促炎作用相反，二十二碳六烯酸、消旋素和少量其他自类脂具有抗炎作用。Busik及其合作者报告称，多科己酸的给药可抑制糖尿病诱导的动物视网膜毛细血管变性（未发表）。膳食类胡萝卜素抑制糖尿病引起的视网膜ICAM-1增加(Kowluru等人，2008b)HMG-CoA抑制剂（他汀类药物）抑制糖尿病引起的视网膜炎症状态和血-视网膜屏障的增加(Li等人，2009年a).
年龄/年龄
众所周知，晚期糖基化终产物与RAGE的相互作用具有促炎作用，RAGE抑制剂已被证明对视网膜具有抗炎作用(Li等人，2011年)和其他组织。在人视网膜Müller细胞系中，通过MAPK途径的RAGE信号传导可在高糖下引起细胞因子的产生，阻断RAGE可阻止高糖和S100B诱导的Müler胶质细胞的细胞因子反应(Zong等人，2010年)。RAGE信号的药理抑制(Barile等人，2005年;Li等人，2011年)显著抑制动物早期糖尿病视网膜病变的视网膜毛细血管变性和其他病变。
细胞因子
Busik及其同事提出证据表明视网膜内皮细胞对高血糖没有反应就其本身而言而是邻近细胞产生的细胞因子(Busik等人，2008年)。与在高糖中培养人视网膜内皮细胞的效果相反，细胞暴露于促炎细胞因子IL-1β或TNFα会增加葡萄糖消耗、线粒体超氧化物生成、ERK和JNK磷酸化、酪氨酸磷酸化、NF-κB和caspase活化(Busik等人，2008年).
血压
通过VEGF和ICAM-1的表达评估，高血压会加重糖尿病诱导的视网膜炎症(Silva等人，2007年)。与此相一致，向Ren-2糖尿病大鼠施用坎地沙坦明显通过恢复乙醛酶-I功能，减轻了视网膜炎症和血管病理。抗高血压药物的益处是否仅仅通过对血压的影响而发挥作用尚不清楚。
内质网应激
糖尿病引起的视网膜炎症增加与内质网应激有关，视网膜中的炎症分子使用化学应激刺激物（衣霉素）增加，而化学伴侣（4-苯基丁酸）减少(Li等人，2009年b).
9.炎症假说的弱点
尽管越来越多的数据表明炎症过程对糖尿病视网膜病变的发展有贡献，但目前的假设仍有不足之处。如果炎症过程确实有助于糖尿病视网膜病变的发展，为什么非糖尿病患者或动物的其他炎症条件不会导致糖尿病样视网膜病变？例如，在非糖尿病的胰岛素抵抗动物中观察到视网膜白细胞沉积增加（与炎症相一致）(Abiko等人，2003年)然而，胰岛素抵抗通常不会导致糖尿病样视网膜病变。在没有糖尿病的情况下，衰老或高血压会增加视网膜中促炎分子的表达(Silva等人，2007年;Xu等人，2009年)然而，这些条件不会导致糖尿病样视网膜病变。此外，全身炎症的诱导（由脚垫注射脂多糖产生）导致糖尿病引起的视网膜炎症的严重程度降低（通过白细胞抑制和粘附分子的mRNA表达进行评估）(Tamura等人，2005年).
因此，似乎有可能系统的，系统的炎症不会导致视网膜糖尿病中发生的炎症（我们假设这有助于早期糖尿病视网膜病变的发展）。我们假设引发视网膜病变的促炎环境必须在视网膜局部发生。例如，糖尿病诱导的视网膜血管通透性增加和白细胞抑制作用是通过阻断神经胶质细胞（如视网膜Muller细胞）中NF-κB的激活来实现的（Bethea和Kern，未发表）。由于这两个测量参数都涉及视网膜血管系统，这表明视网膜胶质细胞有助于局部炎症变化的发展，从而对糖尿病动物的视网膜血管系统产生不利影响。
关于炎症在糖尿病视网膜病变发展或进展中的假定作用，还有其他几个问题值得考虑。炎症假说的一个明显弱点是糖尿病患者视网膜中的炎症变化迅速发展，但病理组织学直到相当长的一段时间后才发展（并且视网膜前新生血管在动物模型中尚未再生）。这种差异还有待解释。另一个尚未回答的问题是为什么糖尿病患者的视网膜炎症无法解决。炎症通常会随着时间消退，但糖尿病的异常环境似乎会产生无法消退的炎症，这需要解释。研究发现，即使在血糖恢复到接近正常水平后，糖尿病诱导的炎症蛋白表达增加仍会持续升高(Chan等人，2010年)。这种持续性很重要，因为它与糖尿病视网膜病变的发展趋势相类似，即使在高血糖得到纠正后（称为“代谢记忆”），也可能为视网膜病变的发病机制提供新的见解。糖尿病视网膜病变通过改善血糖抵抗阻滞的机制，以及炎症是否有助于代谢记忆，尚不清楚。
10.未来方向
为了更全面地了解炎症在糖尿病视网膜病变发病机制中的重要性，需要解决的研究课题有很多，其中一些总结如下。
实验室研究
哪些代谢异常会引发糖尿病引起的视网膜炎症？与其他炎症过程相比，抑制某些炎症过程是否有优势？
糖尿病视网膜病变中哪些视网膜细胞类型表现或引起炎症？越来越多的证据表明非视网膜细胞在糖尿病视网膜病变的发病机制中发挥作用，这一点似乎特别值得注意。这表明研究需要超越传统的视网膜病观点，包括白细胞、干细胞，可能还包括其他类型的细胞。先天免疫系统的其他方面（如类toll受体和PAMP）在糖尿病视网膜病变的病因中的作用是什么？
炎症过程在糖尿病引起的视网膜神经功能障碍中起作用吗？
糖尿病的促炎性变化导致视网膜神经和/或血管细胞功能障碍或死亡的机制是什么？
炎症是否有助于代谢记忆？通过什么机制？
为什么糖尿病患者的视网膜炎症不能解决，纠正这种异常对视网膜有好处吗？
临床研究
炎症在糖尿病视网膜病变发病机制中的假设作用最严重的弱点是缺乏支持这一概念的患者临床数据。一个关键的需要是评估炎症分子在视网膜病早期发挥关键作用这一概念的有效性。因此，需要解决的临床问题包括：
糖尿病患者的视网膜是否可以显示炎症标记物（最好是非侵入性的）？
测试炎症在糖尿病视网膜病变发展中的假定作用的最佳抗炎治疗方法是什么？
抗炎剂量的药物能抑制糖尿病视网膜病变的发展吗？
这种疗法的最佳给药途径是什么？
11.结论和观点
我们和其他人假设炎症过程在糖尿病视网膜病变早期（也可能是晚期）的发展中起着重要作用。与葡萄膜炎不同，糖尿病引起的炎症在视网膜中并不明显，DR具有炎症发病机制的概念是基于炎症的分子特征（与炎症的经典细胞定义相反）。这些分子变化似乎至少与糖尿病引起的视网膜毛细血管渗漏和变性的发展有关，因为在多个点抑制炎症级联反应抑制了动物视网膜病变的特征性异常。可能“炎症”并不能完美地描述最终导致视网膜病变的变化，但这个术语似乎比以前的概念更好地描述了视网膜病变的发病机制。这一概念很可能会在未来的研究中得到更好的关注。
两个问题似乎对理解炎症在糖尿病视网膜病变发展中的作用特别重要。首先，炎症过程导致视网膜细胞死亡或视觉功能障碍的机制是什么。第二，为什么糖尿病患者的视网膜炎症不能解决？了解这些问题有望为抑制或预防视网膜病变提供新的治疗靶点。
服用抗炎类固醇或血管内皮生长因子抑制剂可减少患者的糖尿病黄斑水肿，但这些或其他抗炎疗法是否也能抑制早期糖尿病视网膜病变尚未在患者中得到充分测试。这一假设的严格测试需要临床研究，但这似乎值得投资，因为现有证据表明炎症可导致糖尿病视网膜病变的早期和晚期。
致谢
这项工作由退伍军人事务职业发展和基金会奖（JT）的研究拨款、退伍军人事件功绩奖和PHS拨款EY00300（TK）资助。
脚注
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