分泌粒蛋白Ⅲ在糖尿病性视网膜病变新生血管形成中的作用及意义

王漫峤 综述 李筱荣 审校

天津医科大学眼科医院 天津医科大学眼视光学院 天津医科大学眼科研究所 国家眼耳鼻喉疾病医学研究中心天津市分中心 天津市视网膜功能与疾病重点实验室,天津 300384

眼部血管性疾病主要发生在角膜、虹膜、视网膜和脉络膜等部位,其中视网膜血管疾病和视网膜下血管疾病是造成中重度视力丧失的主要原因[1-2]。眼部新生血管性疾病的调控因子有很多,其中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)发挥着主要作用。目前抗VEGF药物已成为辅助治疗或者治疗糖尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)的重要方法。同时抗VEGF治疗仍面临一些问题,比如药物耐受性、继发视网膜增生性改变,潜在神经相关损伤等,因此寻找新的治疗靶点的研究仍在继续。目前有研究发现分泌粒蛋白Ⅲ(secretogranin Ⅲ,SCG3)在眼部同样与血管新生有关,并且可以通过抑制SCG3的作用抑制血管新生,从而达到延缓DR进展的作用[3]。SCG3属于粒蛋白家族(granin family)中的分泌粒蛋白家族。本文将就SCG3的结构与性质、分布与作用以及与VEGF的比较等方面对SCG3在DR中可能存在的作用、意义和作为治疗靶点的前景进行综述。

1 粒蛋白家族

粒蛋白家族是一类由单链糖蛋白组成的粒蛋白家族,在内分泌和神经分泌系统中发挥着重要的作用,参与机体内环境稳态的维持;其主要由嗜铬粒蛋白家族和分泌粒蛋白家族组成[4]。每种粒蛋白由不同的基因编码,但仍具有一定的共同特性[4]。用于分泌途径的蛋白质在粗面内质网中合成后,转运到高尔基体,然后被分类成致密核心分泌颗粒;而粒蛋白就是致密核心分泌颗粒中的主要蛋白质,可占总核心蛋白的80%,与激素、生长因子、神经肽、神经递质和酶一起通过高尔基体从内分泌和神经分泌细胞中分泌出来[5]。粒蛋白家族目前主要包括嗜铬粒蛋白A(chromogranin A,CGA)、CGB和分泌粒蛋白Ⅱ～Ⅶ(SCG2-7)[6-7],它们具有多种生物学功能,其中有些功能与粒蛋白切割所产生的小肽有关[4]。

分泌粒蛋白家族目前由至少6种已知的糖蛋白组成,被命名为SCGⅡ-Ⅶ(SCG2～7),其共同结构特点是缺乏N端疏水二硫键环[8-9]。分泌粒蛋白家族中的蛋白具有多种内分泌及神经分泌调节功能,包括调节进食与能量消耗、肠胃功能、前激素转化酶活性、激素、神经营养因子和神经递质的释放以及免疫系统、血压、血管生成和心血管系统[6]。研究发现SCG3在DR中可能发挥着重要的作用[3,10-11],而其余分泌粒蛋白还尚未发现有这种作用。

2 SCG3

2.1 SCG3的结构和性质

SCG3被认为是在下丘脑中食欲素、黑色素浓缩激素、神经肽Y和前阿片黑素细胞皮质激素作用下形成的分泌颗粒[12]。人类SCG3基因是一个拥有1 404个核苷酸的开放阅读框,位于15号染色体上;其编码的蛋白质含468个氨基酸和7对碱性氨基酸,预测分子量为53 000,等电点为4.8[13]。氨基酸序列分析表明SCG3有3个N-连接寡糖潜在位点(Asn-X-Ser/Thr),但未发现O-连接寡糖位点及其他位点[13]。同时SCG3具有3个功能结构域:胆固醇结合结构域(1-164)、CGA结合结构域(192-351)和膜相关的羧肽酶E(carboxypeptidase E,CPE)结合结构域(352-449)。因此,SCG3可能同时拥有胆固醇、CGA和CPE这3种物质的生理功能。

2.2 SCG3的分布及在血管新生中的作用

SCG3广泛存在于具有内分泌和神经分泌功能的组织和细胞中。有研究发现,SCG3在小肠、结肠、胎盘组织、胰腺和乳腺中均有不同程度的表达,同时在脑、心脏、骨骼肌、肾脏、肝脏及肾上腺中表达丰富,在血小板和肥大细胞等非内分泌细胞或神经分泌细胞中也有表达[14]。配体组学研究发现,SCG3在糖尿病小鼠视网膜中高表达,而在正常小鼠中不表达[5,11]。另有研究证实代谢综合征人群血清中SCG3含量明显升高[15]。

研究发现粒蛋白家族中的一些蛋白可以作为血管生成调节剂或前体调节剂,其中SCG3属于一种高度特异性的血管生成因子[16]。据文献报道,SCG3仅在糖尿病小鼠等非正常小鼠中呈现出明显的高表达,诱导角膜血管生成[11,17]。有研究发现,糖尿病患者玻璃体液中SCG3含量较非糖尿病患者明显升高[18]。同时经配体组学研究发现,SCG3与糖尿病血管的结合率最高,而与健康血管的结合率最低[11],说明SCG3受体可能在DR血管被明显诱导。有研究证明,玻璃体内注射SCG3中和抗体可显著减少激光诱导的脉络膜新生血管的渗漏、缩小病变范围及降低新生血管密度。此外,皮下注射SCG3中和抗体还可以显著预防基质胶(Matrigel)诱导的脉络膜新生血管[19]。由于湿性年龄相关性黄斑病变对视网膜色素上皮的损害与病理性新生血管有关,因此认为SCG3存在辅助治疗湿性年龄相关性黄斑病变的可能性[20]。由此推断,SCG3与眼部病理性新生血管的形成存在一定的相关性。

2.3 SCG3在DR中的作用

近年来,人们对于DR的认识逐渐加深,认为微血管改变、炎症因子作用以及视网膜神经变性是3种造成DR早期视网膜损害的重要方式[21]。目前根据SCG3在组织和细胞中分布所进行的相关研究显示,在DR中SCG3可能起以下作用:(1)在糖尿病视网膜血管渗漏中起重要作用,可以促进新生血管的生成[11]。(2)SCG3可能影响人体代谢水平,其玻璃体液和血清浓度与空腹血糖水平、游离脂肪酸水平、体质量指数和腰围均与呈正相关[15,18];SCG3可能成为控制血糖水平的新靶点。(3)SCG3可能参与了视网膜神经变性的过程,有研究表明SCG3在神经元通讯和神经递质释放中起着重要作用,与抗脑源性神经营养因子共表达[22],可作为Caspase的底物参与细胞凋亡信号转导,导致其生物学功能丧失,进而发生神经细胞损伤[23]。(4)SCG3可能与DR中炎症反应相关,在神经细胞的信息交换、损伤细胞清除及损伤修复过程中发挥着存储与运输大量生长因子、细胞活素类等一系列分泌肽类物质的作用[24],有研究证明在星形胶状细胞中炎症因子白细胞介素6与SCG3存在共表达[22]。

由于血管生成因子是DR中明确的致病因素,因此SCG3也可能成为减轻DR中血管渗漏的重要靶点之一。目前DR的治疗主要在于控制微血管并发症,治疗手段包括玻璃体内药物注射、激光光凝和玻璃体切割手术。玻璃体内注射抗VEGF药物是目前早期和晚期DR的重要治疗方法及辅助治疗手段,可以有效改善患者视力,减少眼部不良作用;传统的激光治疗只能稳定患者视力[21]。然而,长期应用抗VEGF药物也会增加不良反应发生的风险[25]。

有研究将SCG3中和抗体注射到链脲佐菌素诱导的糖尿病模型小鼠眼内,发现视网膜血管的渗漏明显减轻[11]。还有研究将SCG3中和抗体注射到氧诱导的视网膜新生血管模型小鼠眼内,发现视网膜中病理性新生血管明显减少[26-27]。由此可以推断抗SCG3抗体对于DR有一定的治疗效果。有研究发现[28]SCG3中和抗体腹膜内注射与抗VEGF药物阿柏西普玻璃体腔注射均能有效减少视网膜缺血小鼠病理性视网膜新生血管形成,且二者抗血管新生作用无显著差异[26];同时未检测到SCG3中和抗体对视网膜功能和视网膜血管发育产生不良影响,且抗SCG3抗体全身应用不会导致新生小鼠肾小管损伤或肾血管发育异常或体质量增加异常,但是玻璃体腔注射阿柏西普新生小鼠出现视网膜发育异常,进而造成视网膜功能异常,证明SCG3中和抗体在治疗ROP时在保证有效性的同时具有较高的安全性[29]。鉴于抗SCG3抗体的有效性和安全性,研究抗SCG3抗体对于DR的治疗作用具有重要的意义。有研究者利用人脐静脉内皮细胞探究SCG3在抗新生血管作用中的机制,发现SCG3可以诱导丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MEK)/细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)的磷酸化,MEK抑制剂和ERK抑制剂可以阻断SCG3诱导的人脐静脉内皮细胞的增生和迁移,证明SCG3可以通过MEK/ERK信号传导通路促进血管生成[23],也为后续研究SCG3在人体内的作用机制提供了一定的参考价值。

2.4 SCG3与VEGF的差异

VEGF主要通过改变血管通透性和促进新生血管生诱导DR的发生和发展。在代谢缺氧条件下,视网膜神经节细胞释放生长因子,如碱性成纤维细胞生长因子和血小板衍生生长因子,这些因子反馈调节视网膜小胶质细胞和Müller细胞中VEGF的分泌,从而刺激血管新生,以满足代谢组织的需要[30]。VEGF的受体包括VEGF受体-1(VEGF receptor 1,VEGFR1)和VEGFR2,前者为高亲和力受体[31],后者为低亲和力且是VEGF的主要信号受体[30]。研究表明,SCG3不与VEGFR1或VEGFR2结合,目前尚未有找到任何相关的SCG3受体[11]。因此推断SCG3与VEGF的作用途径和激活的细胞内信号通路不同,且目前尚未有研究表明二者存在相互作用。VEGF可诱导MEK、ERK1/2、蛋白激酶B(protein kinase B,Akt31)、S-位点半胱氨酸富集蛋白(S-locus cysteine rich protein,Src)和信号传导及转录激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)途径的磷酸化,而SCG3可激活MEK、ERK1/2和Src激酶,但不能激活Akt或STAT3[11,30]。而Akt和STAT3介导的信号通路通常与增生相关,参与到各种疾病的组织纤维化和成纤维细胞转化中[32]。在PDR中,VEGF相关的新生血管形成与结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)相关的纤维化相互平衡,当使用抗VEGF药物时,该平衡偏向CTGF,即促进细胞凋亡,加速纤维化,并在底层视网膜上产生牵引力,最终造成牵拉性视网膜脱离[33]。而SCG3不激活Akt和STAT3通路,可能与CTGF不存在相互关系,减少了发生牵拉性视网膜脱离的风险。既往研究证明SCG3仅在糖尿病小鼠等非正常小鼠中诱导血管生成,而VEGF在糖尿病和正常小鼠中均有促进血管新生的作用[11]。推测SCG3受体在正常内皮细胞上以最低限度表达,但当机体在糖尿病等病理状态下,受体表达显著上调,使SCG3与糖尿病视网膜血管结合显著增加的现象[5,11],说明抗SCG3药物对于疾病的治疗一定程度上比抗VEGF药物更具有特异性和针对性。SCG3中和抗体长期应用于氧诱导视网膜新生血管模型小鼠的安全性优于VEGF抑制剂[29]。因此,SCG3可能成为DR研究领域的新突破。

3 SCG3治疗DR的展望

SCG3作为一种多功能蛋白质,不仅可作为一种囊泡蛋白来调节分泌颗粒,还可作为一种血管生成因子,并且是一种与DR相关的高度特异性血管生成因子。随着比较配体组学技术的出现,系统地鉴定更多疾病高特异性因子的内皮配体成为热门研究方向。鉴于SCG3的高度特异性以及与神经损伤和炎症作用的相关性,其抑制剂可能引领一类新型特异性血管生成阻滞剂开发的新时代,为DR提供新的治疗靶点。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

志谢感谢邵彦医生、焦明菲医生对本篇综述的帮助和指导