糖尿病視網膜神經變性是糖尿病導致的嚴重并發癥，表現為神經細胞凋亡和膠質增生，其發病機制與機體高糖水平誘發的氧化應激反應密切相關。機體血糖升高造成活性氧生成過多、抗氧化防御信號通路下調導致機體發生氧化應激，進而誘導細胞凋亡、線粒體損傷及自噬等機制導致糖尿病視網膜神經變性。通過基因療法、黃酮類化合物、重組Ad-β-連環蛋白載體以及自噬誘導劑進行抗氧化應激治療，從而發揮神經保護作用。未來需更多臨床試驗探索藥物有效劑量及副作用，開發針對氧化應激的新藥物和治療策略，以預防和治療糖尿病視網膜神經變性，以保護視網膜神經功能。
引用本文： 王嘉鵬, 羅向霞, 莊家圓, 郭琬盈, 吳雨桐, 代明麗. 氧化應激在糖尿病視網膜神經變性中的作用機制與潛在治療的研究進展. 中華眼底病雜志, 2024, 40(10): 813-818. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20240422-00162 復制
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氧化應激是機體活性氧的過度生成和抑制抗氧化防御系統消除活性氧（ROS）的細胞病變結果，其參與多種疾病的發病機制，包括糖尿病及其并發癥[1]。糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病微血管并發癥，是糖尿病患者獲得性失明的主要原因。氧化應激是DR發病機制的一個關鍵因素，氧化應激反應既可以促進機體高血糖引起的代謝異常，也可以直接導致代謝紊亂[2]。視網膜神經血管單元是視網膜重要組成部分，高糖環境導致其功能耦合受損，造成其代謝功能障礙最終導致神經元丟失[3]。研究表明，糖尿病患者在DR發病之前已出現進行性視網膜變薄和視覺功能的異常[3]。糖尿病的動物實驗和體外實驗表明，高糖環境可能直接影響視網膜神經和膠質組織，即糖尿病視網膜神經變性（DRN）[4]。《我國糖尿病視網膜病變臨床診療指南（2022年）?基于循證醫學修訂》[5]明確提出，激光光凝、抗血管內皮生長因子藥物治療以及手術治療是當前DR患者的局部治療策略。近年來對DR的研究更多的將重點放在視網膜神經損傷和非血管方面，多種基于抗氧化應激治療方案被證明可有效地預防早期視網膜神經元功能障礙[6]。現就氧化應激在DRN中的作用機制與潛在治療的研究進展作一綜述。
1 DRN
DRN是以神經元、膠質細胞和視網膜微血管系統的功能受損為主要表現，其中視網膜神經細胞凋亡和反應性膠質增生是其關鍵特征[7]。DRN在糖尿病患者出現臨床視網膜病變之前，在結構上表現為視網膜神經節細胞（RGC）復合體變薄，黃斑和視神經周圍的神經纖維層、神經節細胞層、內叢狀層受到影響（圖1）。在功能上表現為各種電生理學檢查，如多焦視網膜電圖、模式性視網膜電圖、視覺誘發電位和視野測量結果均異常[8]。
1.1 神經細胞凋亡
長期的高糖狀態會引起機體視網膜神經細胞的凋亡[9]。RGC是最早可檢測到的糖尿病誘導凋亡的神經元[10]。RGC位于視網膜內部，由于其代謝非常活躍，因此容易受到損傷，以及受到局部和全身代謝應激源的影響[10-11]。半胱天冬酶（calpain）家族在細胞增殖、信號轉導和凋亡等多種細胞過程中發揮重要作用[12]。在糖尿病患者中，高血糖會增加Ca2+釋放，進而激活與突觸可塑性有關的calpain-1和神經退行性改變有關的calpain-2造成神經損傷[13]。同時，活化的calpain能激活胱天蛋白酶（caspase）-3進而促進RGC的凋亡[14]。高糖環境下還會造成ROS的積累進而導致氧化應激，這是RGC凋亡的主要機制之一，與炎癥反應機制、缺口受體蛋白/磷酸酶基因/蛋白激酶B（Akt）信號轉導以及P38絲裂原活化蛋白激酶通路等多種機制的共同作用造成神經細胞凋亡[15]。
1.2 反應性膠質增生
神經膠質細胞參與維持視網膜的穩態，其被神經元應激和細胞死亡激活后，無法維持組織穩態的生理功能，這種反應稱為反應性膠質細胞增生[16]。視網膜神經膠質細胞增生具有兩面性，在反應早期，視網膜神經膠質細胞增生釋放神經營養因子和抗氧化劑，具有神經保護作用，避免組織受到進一步損傷并可能通過產生干細胞來促進視網膜再生[17]。然而持續性神經膠質細胞增生會導致正常的Müller神經膠質細胞功能喪失，進而導致視網膜神經元喪失[18]。在反應開始階段，高糖環境會造成Müller細胞對谷氨酸的攝取減少進而產生谷氨酸毒性，還可減少K+攝取造成K+穩態的改變，從而導致神經元興奮和間接產生谷氨酸毒性。同時高糖環境下可觀察到視網膜神經膠質纖維酸性蛋白（GFAP）的表達增加，以及Müller細胞誘導生長因子、細胞因子和趨化因子的釋放，加重Müller細胞膠質增生[19]，最終破壞血視網膜屏障完整性。同樣被激活的星形膠質細胞增殖、遷移，導致GFAP表達增加和促炎信號的分泌[20]。高糖環境下血管周圍小膠質細胞的數量適度增長，活化的小膠質細胞產生谷氨酸、金屬蛋白酶和N2O，對RGC產生毒性，引起神經元細胞功能障礙，并嚴重損害毛細血管周細胞和內皮細胞[11]。
2 DRN氧化應激機制
氧化應激是ROS生成過多、抗氧化防御信號通路下調以及產生的自由基與其清除之間的不平衡的細胞病變結果。高糖環境、衰老、基因異常或過度暴露于外源性氧化應激源會增加眼部的氧化應激反應。氧化應激過程中細胞抗氧化能力相對不足，部分ROS自由基增加，破壞生物大分子引起的細胞和組織損傷，造成氧化損傷。氧化損傷隨著氧化應激程度的增加，抗氧化能力下降以及修復系統的效率受損，導致細胞損傷和各種生理反應，包括細胞凋亡、線粒體損傷以及自噬等，最終導致視網膜神經變性的發生[21]。
2.1 氧化應激誘導細胞凋亡
在DR的實驗模型中，氧化應激是細胞凋亡的主要觸發因素，caspase是細胞凋亡標志物，屬于半胱氨酸蛋白酶家族的蛋白水解酶，在穩態和細胞凋亡中起著至關重要的作用，在DR早期激活被認為是視網膜神經退行性變的主要因素[22]。Caspase-3是caspase家族重要的效應calpain，它與caspase-8和caspase-9相互作用，通過降解核聚合酶在細胞凋亡過程中起著至關重要的作用[23]。一旦被激活，caspase-3就會切割細胞底物，如結構蛋白和DNA修復酶，造成細胞凋亡[24]。在早期DR供體的視網膜神經層中，從死亡受體通路出現的凋亡信號被內在凋亡信號通路的額外激活放大，導致caspase-3激活增強[25]。多元醇途徑激活產生的氧化應激反應，通過醛糖還原酶產生的山梨糖醇增加了還原型輔酶Ⅱ（NADPH）氧化酶的消耗，影響抗氧化劑還原型谷胱甘肽的產生，導致抗氧化失衡，并導致神經細胞凋亡和Müller細胞活化，GFAP表達顯著增加。從而導致Müller細胞活化和神經元凋亡[26]。另外，ROS產生的增加激活NADPH氧化酶，可直接誘導糖尿病視網膜的神經退行性變[2]。ROS自由基還可以直接損傷DNA，使ADP核糖基轉移酶活化促進細胞凋亡，或者ROS自由基可以直接激活某些死亡基因程序造成細胞凋亡[27]。
2.2 氧化應激誘導線粒體損傷
線粒體不僅是ROS的主要生成場所，同時也是ROS氧化損傷的主要攻擊目標[28]。線粒體由于靠近產生ROS的電子傳遞鏈系統，并且缺乏保護性組蛋白，故容易發生氧化損傷[29]。在高糖環境中，視網膜觸發的氧化應激反應，導致線粒體腫脹以及通透性增加，嚴重損害線粒體的結構和功能。研究表明，過度產生的ROS會導致線粒體DNA受損，從而影響線粒體的基因表達，這種損害還會破壞電子傳遞鏈系統，進而降低線粒體的膜電位，引發線粒體損傷[30]。線粒體膜電位降低會影響線粒體三磷酸腺苷的產生，從而有利于線粒體膜通透性增加，并促進促凋亡因子，如細胞色素C等凋亡因子從線粒體釋放到細胞質中導致細胞凋亡[31]。線粒體在調節細胞內Ca2+信號轉導中發揮著重要作用。Ca2+信號在維持神經元正常功能方面起著關鍵性作用，超氧化物與一氧化氮反應會生成強氧化劑過氧亞硝酸鹽，這種過氧亞硝酸鹽通過改變線粒體的能量和Ca2+穩態，進而可能影響神經元的Ca2+信號轉導[32]。作為NADPH氧化酶系統中大鼠肉瘤相關的C3肉毒素底物1/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2信號通路介導的氧化應激誘導線粒體損傷可造成caspase信號通路被激活從而引發細胞凋亡[33]。同時ROS介導的線粒體缺陷，會引發膠質細胞中的脂滴積累，這些脂滴隨后受到ROS的進一步氧化，最終造成視網膜神經變性[34]。
2.3 氧化應激調控自噬
ROS可以通過轉錄和翻譯后調控氧化和磷酸化誘導自噬。ROS觸發轉錄因子，如人體抑癌基因、缺氧誘導因子1α亞基和核因子-E2相關因子2的激活，誘導自噬相關基因的表達。ROS還可以氧化并滅活自噬調節蛋白酶導致自噬體的形成。ROS還阻斷磷脂酰肌醇激酶（PI3K）/Akt/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）復合物1（mTORC1）信號轉導以啟動自噬信號轉導[35]。在糖尿病小鼠模型中，糖尿病視網膜中的自噬體和自噬蛋白升高，引發了視桿細胞的光感受器顯著喪失，同時導致了突觸外層與內層厚度的明顯減少[36]。高糖環境下血視網膜屏障的泄漏導致低密度脂蛋白在視網膜中的積累，高度氧化糖化低密度脂蛋白可以誘導氧化應激后引發線粒體功能障礙，導致Müller細胞的自噬與細胞凋亡的發生[37]。
3 通過控制氧化應激預防治療DRN
3.1 基因療法
抗氧化基因1（OXR1）調節真核生物抗氧化應激過程，參與多種神經退行性疾病[38]。OXR1通過減少氧化應激以及氧化應激引起的損傷和細胞凋亡來防止神經退行性疾病的進展[39]。在DRN神經退行性變發作前，可檢測到OXR1基因產物耗盡。在動物模型中，OXR1的恢復已被證明可以減少或消除氧化應激誘導的神經膠質細胞凋亡，延緩反應性膠質增生[40]。微核糖核酸（miRNA）作為轉錄后基因抑制劑的一類，同樣可作為治療靶點。研究表明，miRNA在氧化應激與DRN中起重要作用，通過使用表達OXR1基因的miRNA抗性形式的腺相關病毒載體，將額外的拷貝引入其中，使OXR1基因的表達水平提高到更高水平，可用于治療DRN[41]。通過引入拮抗劑來阻斷抑制性miRNA的作用，可以恢復視網膜OXR1的表達以改善機體氧化應激反應造成的神經退行性疾病[39]。OXR1基因是治療神經退行性疾病的一個有吸引力的治療靶點，需要進一步研究OXR1的分子和細胞機制，以更好地了解其如何激發細胞抗氧化應激能力。這些研究可以揭示治療干預的其他潛在靶點，以調節機體氧化應激抗性基因的表達，從而治療DRN[40]。
3.2 黃酮類化合物
黃酮類化合物是一組具有不同酚類結構的天然物質，存在于水果、蔬菜、谷物等，并從植物中分離出其有效成分，稱為類黃酮，可以用作預防氧化應激的潛在藥物[42]。黃酮類化合物通過接受電子形成相對穩定的苯氧基自由基來保護自由基造成的傷害，具有增強內源性抗氧化系統，改善氧化-抗氧化平衡，有效預防氧化損傷的作用，同時可以改善維持神經元視網膜所必需的神經營養因子的水平[43]。研究表明，黃酮類的槲皮素蘆丁、葛根總黃酮以及黃芩素等，對抑制細胞凋亡有顯著作用。在大鼠DR模型中，與對照組相比，槲皮素治療組caspase-3的表達水平降低，通過抑制caspase-3和calpain的活化，證明槲皮素對大鼠視網膜神經元具有抗凋亡作用[44]。研究報道，在大鼠糖尿病模型中，與對照組相比，槲皮素蘆丁組視網膜中caspase-3活性降低，視網膜中神經營養因子，如腦源性神經營養因子和神經生長因子（NGF）表達水平下降[44]。葛根總黃酮通過下調B淋巴細胞瘤-2相關蛋白和上調B淋巴細胞瘤-2來保護DR視網膜神經元凋亡[45]。研究報道，表兒茶素可以恢復糖尿病大鼠NGF受體原肌球蛋白受體激酶A磷酸化，并減少糖尿病神經元細胞凋亡。還可以抑制糖尿病誘導的p75神經營養因子受體（p75NTR）的上調和p75NTR在Müller細胞中的凋亡通路[46]。暴露于高葡萄糖培養基的Müller細胞產生高水平的ROS和谷氨酰胺合成酶，降低谷胱甘肽、谷氨酸轉運蛋白和谷氨酸受體的表達水平。綠茶中富含表沒食子兒茶素沒食子酸酯，也有良好的療效，這提示通過抗氧化機制保護視網膜免受谷氨酸毒性導致神經退行性變的影響[47]。黃酮類化合物在改善糖尿病視網膜細胞凋亡和神經元細胞死亡中起重要作用。與藥物相比，食物中的天然黃酮類化合物更安全且易接受。其在DRN上的治療效果多基于動物實驗和體外實驗，未來需更多的臨床試驗探索藥物的有效劑量、生物利用率和潛在副作用等，以提高黃酮類化合物在DR防治中的臨床價值。
3.3 重組Ad-β-連環蛋白載體
轉錄激活因子β-連環蛋白可以調節抗氧化清除劑的表達以加重機體氧化應激反應[48]，β-連環蛋白的下調導致ROS清除劑的表達降低和細胞內氧化應激增加，這進一步引發了高脂肪模型飼料誘導的糖尿病中的線粒體損傷和視網膜神經變性。通過玻璃體腔注射重組Ad-β-連環蛋白載體，糖尿病神經視網膜中β-連環蛋白的異位表達通過誘導內源性ROS清除劑顯著改善糖尿病RGC的突觸神經變性，從而抑制了氧化應激和線粒體損傷[49]。因此可以通過在糖尿病RGC中誘導ROS清除劑來降低氧化應激水平，改善線粒體功能和阻止DRN。未來的研究可以考慮通過對DRN患者進行基因檢測或分子診斷，開發基于β-連環蛋白表達水平的個性化治療策略，探索更精準的治療方案。
3.4 自噬誘導劑
自噬途徑可以清除細胞中所有不可逆氧化的生物分子，因此基于介導自噬途徑的局部藥物今年來被廣泛研究[50]。mTOR信號通路在細胞生長、增殖以及細胞周期調控中發揮至關重要的調控作用，也是調控細胞自噬PI3K/Akt信號通路的中心環節[51]。mTORC1抑制因子依維莫司可有效地抑制mTOR信號通路的表達，促進自噬的發生，加速DR的發生以及成纖維細胞的增殖[52]。生長抑制素奧曲肽通過抑制mTOR誘導自噬，從而減少細胞凋亡并發揮神經保護作用[53]。中成藥明目消朦片可以通過降低脂質化形式的LC3和p62的蛋白表達，有效抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路的活化，進而增強自噬水平。實驗證明了其能夠降低血管內皮生長因子水平，抑制糖尿病大鼠視網膜Müller細胞GFAP表達水平，對早期DRN起保護作用[54]。在動物研究中，氯化鋰通過mTOR非依賴性途徑誘導自噬以延緩DRN[55]。單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）是生物能量代謝調節的關鍵分子，同時具有神經保護作用，可以促進線粒體自噬和合成。二甲雙胍能夠通過AMPK激活和抑制mTORC1信號傳導來觸發自噬以延緩DR[56]。自噬途徑在DRN治療中的應用前景廣闊，未來的研究需要進一步探索自噬途徑在DR中的具體作用機制及相關藥物。
4 小結與展望
氧化應激反應可導致糖尿病患者視網膜發生各種生理反應，包括細胞凋亡、線粒體損傷以及自噬等，最終造成視網膜神經和膠質組織受損，導致視網膜神經變性的發生。通過抗氧化應激治療，可減輕視網膜受到的氧化應激帶來的反應損傷，因對DR的神經損傷研究較少，其治療策略大多停留在動物實驗或體外實驗階段，未來需更多的臨床試驗探索藥物的有效劑量、生物利用率和潛在副作用等，開發針對這些機制的新藥物和治療策略，以更有效地預防和治療DRN，以保護DR患者的視網膜神經功能。
氧化應激是機體活性氧的過度生成和抑制抗氧化防御系統消除活性氧（ROS）的細胞病變結果，其參與多種疾病的發病機制，包括糖尿病及其并發癥[1]。糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病微血管并發癥，是糖尿病患者獲得性失明的主要原因。氧化應激是DR發病機制的一個關鍵因素，氧化應激反應既可以促進機體高血糖引起的代謝異常，也可以直接導致代謝紊亂[2]。視網膜神經血管單元是視網膜重要組成部分，高糖環境導致其功能耦合受損，造成其代謝功能障礙最終導致神經元丟失[3]。研究表明，糖尿病患者在DR發病之前已出現進行性視網膜變薄和視覺功能的異常[3]。糖尿病的動物實驗和體外實驗表明，高糖環境可能直接影響視網膜神經和膠質組織，即糖尿病視網膜神經變性（DRN）[4]。《我國糖尿病視網膜病變臨床診療指南（2022年）?基于循證醫學修訂》[5]明確提出，激光光凝、抗血管內皮生長因子藥物治療以及手術治療是當前DR患者的局部治療策略。近年來對DR的研究更多的將重點放在視網膜神經損傷和非血管方面，多種基于抗氧化應激治療方案被證明可有效地預防早期視網膜神經元功能障礙[6]。現就氧化應激在DRN中的作用機制與潛在治療的研究進展作一綜述。
1 DRN
DRN是以神經元、膠質細胞和視網膜微血管系統的功能受損為主要表現，其中視網膜神經細胞凋亡和反應性膠質增生是其關鍵特征[7]。DRN在糖尿病患者出現臨床視網膜病變之前，在結構上表現為視網膜神經節細胞（RGC）復合體變薄，黃斑和視神經周圍的神經纖維層、神經節細胞層、內叢狀層受到影響（圖1）。在功能上表現為各種電生理學檢查，如多焦視網膜電圖、模式性視網膜電圖、視覺誘發電位和視野測量結果均異常[8]。
1.1 神經細胞凋亡
長期的高糖狀態會引起機體視網膜神經細胞的凋亡[9]。RGC是最早可檢測到的糖尿病誘導凋亡的神經元[10]。RGC位于視網膜內部，由于其代謝非常活躍，因此容易受到損傷，以及受到局部和全身代謝應激源的影響[10-11]。半胱天冬酶（calpain）家族在細胞增殖、信號轉導和凋亡等多種細胞過程中發揮重要作用[12]。在糖尿病患者中，高血糖會增加Ca2+釋放，進而激活與突觸可塑性有關的calpain-1和神經退行性改變有關的calpain-2造成神經損傷[13]。同時，活化的calpain能激活胱天蛋白酶（caspase）-3進而促進RGC的凋亡[14]。高糖環境下還會造成ROS的積累進而導致氧化應激，這是RGC凋亡的主要機制之一，與炎癥反應機制、缺口受體蛋白/磷酸酶基因/蛋白激酶B（Akt）信號轉導以及P38絲裂原活化蛋白激酶通路等多種機制的共同作用造成神經細胞凋亡[15]。
1.2 反應性膠質增生
神經膠質細胞參與維持視網膜的穩態，其被神經元應激和細胞死亡激活后，無法維持組織穩態的生理功能，這種反應稱為反應性膠質細胞增生[16]。視網膜神經膠質細胞增生具有兩面性，在反應早期，視網膜神經膠質細胞增生釋放神經營養因子和抗氧化劑，具有神經保護作用，避免組織受到進一步損傷并可能通過產生干細胞來促進視網膜再生[17]。然而持續性神經膠質細胞增生會導致正常的Müller神經膠質細胞功能喪失，進而導致視網膜神經元喪失[18]。在反應開始階段，高糖環境會造成Müller細胞對谷氨酸的攝取減少進而產生谷氨酸毒性，還可減少K+攝取造成K+穩態的改變，從而導致神經元興奮和間接產生谷氨酸毒性。同時高糖環境下可觀察到視網膜神經膠質纖維酸性蛋白（GFAP）的表達增加，以及Müller細胞誘導生長因子、細胞因子和趨化因子的釋放，加重Müller細胞膠質增生[19]，最終破壞血視網膜屏障完整性。同樣被激活的星形膠質細胞增殖、遷移，導致GFAP表達增加和促炎信號的分泌[20]。高糖環境下血管周圍小膠質細胞的數量適度增長，活化的小膠質細胞產生谷氨酸、金屬蛋白酶和N2O，對RGC產生毒性，引起神經元細胞功能障礙，并嚴重損害毛細血管周細胞和內皮細胞[11]。
2 DRN氧化應激機制
氧化應激是ROS生成過多、抗氧化防御信號通路下調以及產生的自由基與其清除之間的不平衡的細胞病變結果。高糖環境、衰老、基因異常或過度暴露于外源性氧化應激源會增加眼部的氧化應激反應。氧化應激過程中細胞抗氧化能力相對不足，部分ROS自由基增加，破壞生物大分子引起的細胞和組織損傷，造成氧化損傷。氧化損傷隨著氧化應激程度的增加，抗氧化能力下降以及修復系統的效率受損，導致細胞損傷和各種生理反應，包括細胞凋亡、線粒體損傷以及自噬等，最終導致視網膜神經變性的發生[21]。
2.1 氧化應激誘導細胞凋亡
在DR的實驗模型中，氧化應激是細胞凋亡的主要觸發因素，caspase是細胞凋亡標志物，屬于半胱氨酸蛋白酶家族的蛋白水解酶，在穩態和細胞凋亡中起著至關重要的作用，在DR早期激活被認為是視網膜神經退行性變的主要因素[22]。Caspase-3是caspase家族重要的效應calpain，它與caspase-8和caspase-9相互作用，通過降解核聚合酶在細胞凋亡過程中起著至關重要的作用[23]。一旦被激活，caspase-3就會切割細胞底物，如結構蛋白和DNA修復酶，造成細胞凋亡[24]。在早期DR供體的視網膜神經層中，從死亡受體通路出現的凋亡信號被內在凋亡信號通路的額外激活放大，導致caspase-3激活增強[25]。多元醇途徑激活產生的氧化應激反應，通過醛糖還原酶產生的山梨糖醇增加了還原型輔酶Ⅱ（NADPH）氧化酶的消耗，影響抗氧化劑還原型谷胱甘肽的產生，導致抗氧化失衡，并導致神經細胞凋亡和Müller細胞活化，GFAP表達顯著增加。從而導致Müller細胞活化和神經元凋亡[26]。另外，ROS產生的增加激活NADPH氧化酶，可直接誘導糖尿病視網膜的神經退行性變[2]。ROS自由基還可以直接損傷DNA，使ADP核糖基轉移酶活化促進細胞凋亡，或者ROS自由基可以直接激活某些死亡基因程序造成細胞凋亡[27]。
2.2 氧化應激誘導線粒體損傷
線粒體不僅是ROS的主要生成場所，同時也是ROS氧化損傷的主要攻擊目標[28]。線粒體由于靠近產生ROS的電子傳遞鏈系統，并且缺乏保護性組蛋白，故容易發生氧化損傷[29]。在高糖環境中，視網膜觸發的氧化應激反應，導致線粒體腫脹以及通透性增加，嚴重損害線粒體的結構和功能。研究表明，過度產生的ROS會導致線粒體DNA受損，從而影響線粒體的基因表達，這種損害還會破壞電子傳遞鏈系統，進而降低線粒體的膜電位，引發線粒體損傷[30]。線粒體膜電位降低會影響線粒體三磷酸腺苷的產生，從而有利于線粒體膜通透性增加，并促進促凋亡因子，如細胞色素C等凋亡因子從線粒體釋放到細胞質中導致細胞凋亡[31]。線粒體在調節細胞內Ca2+信號轉導中發揮著重要作用。Ca2+信號在維持神經元正常功能方面起著關鍵性作用，超氧化物與一氧化氮反應會生成強氧化劑過氧亞硝酸鹽，這種過氧亞硝酸鹽通過改變線粒體的能量和Ca2+穩態，進而可能影響神經元的Ca2+信號轉導[32]。作為NADPH氧化酶系統中大鼠肉瘤相關的C3肉毒素底物1/煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2信號通路介導的氧化應激誘導線粒體損傷可造成caspase信號通路被激活從而引發細胞凋亡[33]。同時ROS介導的線粒體缺陷，會引發膠質細胞中的脂滴積累，這些脂滴隨后受到ROS的進一步氧化，最終造成視網膜神經變性[34]。
2.3 氧化應激調控自噬
ROS可以通過轉錄和翻譯后調控氧化和磷酸化誘導自噬。ROS觸發轉錄因子，如人體抑癌基因、缺氧誘導因子1α亞基和核因子-E2相關因子2的激活，誘導自噬相關基因的表達。ROS還可以氧化并滅活自噬調節蛋白酶導致自噬體的形成。ROS還阻斷磷脂酰肌醇激酶（PI3K）/Akt/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）復合物1（mTORC1）信號轉導以啟動自噬信號轉導[35]。在糖尿病小鼠模型中，糖尿病視網膜中的自噬體和自噬蛋白升高，引發了視桿細胞的光感受器顯著喪失，同時導致了突觸外層與內層厚度的明顯減少[36]。高糖環境下血視網膜屏障的泄漏導致低密度脂蛋白在視網膜中的積累，高度氧化糖化低密度脂蛋白可以誘導氧化應激后引發線粒體功能障礙，導致Müller細胞的自噬與細胞凋亡的發生[37]。
3 通過控制氧化應激預防治療DRN
3.1 基因療法
抗氧化基因1（OXR1）調節真核生物抗氧化應激過程，參與多種神經退行性疾病[38]。OXR1通過減少氧化應激以及氧化應激引起的損傷和細胞凋亡來防止神經退行性疾病的進展[39]。在DRN神經退行性變發作前，可檢測到OXR1基因產物耗盡。在動物模型中，OXR1的恢復已被證明可以減少或消除氧化應激誘導的神經膠質細胞凋亡，延緩反應性膠質增生[40]。微核糖核酸（miRNA）作為轉錄后基因抑制劑的一類，同樣可作為治療靶點。研究表明，miRNA在氧化應激與DRN中起重要作用，通過使用表達OXR1基因的miRNA抗性形式的腺相關病毒載體，將額外的拷貝引入其中，使OXR1基因的表達水平提高到更高水平，可用于治療DRN[41]。通過引入拮抗劑來阻斷抑制性miRNA的作用，可以恢復視網膜OXR1的表達以改善機體氧化應激反應造成的神經退行性疾病[39]。OXR1基因是治療神經退行性疾病的一個有吸引力的治療靶點，需要進一步研究OXR1的分子和細胞機制，以更好地了解其如何激發細胞抗氧化應激能力。這些研究可以揭示治療干預的其他潛在靶點，以調節機體氧化應激抗性基因的表達，從而治療DRN[40]。
3.2 黃酮類化合物
黃酮類化合物是一組具有不同酚類結構的天然物質，存在于水果、蔬菜、谷物等，并從植物中分離出其有效成分，稱為類黃酮，可以用作預防氧化應激的潛在藥物[42]。黃酮類化合物通過接受電子形成相對穩定的苯氧基自由基來保護自由基造成的傷害，具有增強內源性抗氧化系統，改善氧化-抗氧化平衡，有效預防氧化損傷的作用，同時可以改善維持神經元視網膜所必需的神經營養因子的水平[43]。研究表明，黃酮類的槲皮素蘆丁、葛根總黃酮以及黃芩素等，對抑制細胞凋亡有顯著作用。在大鼠DR模型中，與對照組相比，槲皮素治療組caspase-3的表達水平降低，通過抑制caspase-3和calpain的活化，證明槲皮素對大鼠視網膜神經元具有抗凋亡作用[44]。研究報道，在大鼠糖尿病模型中，與對照組相比，槲皮素蘆丁組視網膜中caspase-3活性降低，視網膜中神經營養因子，如腦源性神經營養因子和神經生長因子（NGF）表達水平下降[44]。葛根總黃酮通過下調B淋巴細胞瘤-2相關蛋白和上調B淋巴細胞瘤-2來保護DR視網膜神經元凋亡[45]。研究報道，表兒茶素可以恢復糖尿病大鼠NGF受體原肌球蛋白受體激酶A磷酸化，并減少糖尿病神經元細胞凋亡。還可以抑制糖尿病誘導的p75神經營養因子受體（p75NTR）的上調和p75NTR在Müller細胞中的凋亡通路[46]。暴露于高葡萄糖培養基的Müller細胞產生高水平的ROS和谷氨酰胺合成酶，降低谷胱甘肽、谷氨酸轉運蛋白和谷氨酸受體的表達水平。綠茶中富含表沒食子兒茶素沒食子酸酯，也有良好的療效，這提示通過抗氧化機制保護視網膜免受谷氨酸毒性導致神經退行性變的影響[47]。黃酮類化合物在改善糖尿病視網膜細胞凋亡和神經元細胞死亡中起重要作用。與藥物相比，食物中的天然黃酮類化合物更安全且易接受。其在DRN上的治療效果多基于動物實驗和體外實驗，未來需更多的臨床試驗探索藥物的有效劑量、生物利用率和潛在副作用等，以提高黃酮類化合物在DR防治中的臨床價值。
3.3 重組Ad-β-連環蛋白載體
轉錄激活因子β-連環蛋白可以調節抗氧化清除劑的表達以加重機體氧化應激反應[48]，β-連環蛋白的下調導致ROS清除劑的表達降低和細胞內氧化應激增加，這進一步引發了高脂肪模型飼料誘導的糖尿病中的線粒體損傷和視網膜神經變性。通過玻璃體腔注射重組Ad-β-連環蛋白載體，糖尿病神經視網膜中β-連環蛋白的異位表達通過誘導內源性ROS清除劑顯著改善糖尿病RGC的突觸神經變性，從而抑制了氧化應激和線粒體損傷[49]。因此可以通過在糖尿病RGC中誘導ROS清除劑來降低氧化應激水平，改善線粒體功能和阻止DRN。未來的研究可以考慮通過對DRN患者進行基因檢測或分子診斷，開發基于β-連環蛋白表達水平的個性化治療策略，探索更精準的治療方案。
3.4 自噬誘導劑
自噬途徑可以清除細胞中所有不可逆氧化的生物分子，因此基于介導自噬途徑的局部藥物今年來被廣泛研究[50]。mTOR信號通路在細胞生長、增殖以及細胞周期調控中發揮至關重要的調控作用，也是調控細胞自噬PI3K/Akt信號通路的中心環節[51]。mTORC1抑制因子依維莫司可有效地抑制mTOR信號通路的表達，促進自噬的發生，加速DR的發生以及成纖維細胞的增殖[52]。生長抑制素奧曲肽通過抑制mTOR誘導自噬，從而減少細胞凋亡并發揮神經保護作用[53]。中成藥明目消朦片可以通過降低脂質化形式的LC3和p62的蛋白表達，有效抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路的活化，進而增強自噬水平。實驗證明了其能夠降低血管內皮生長因子水平，抑制糖尿病大鼠視網膜Müller細胞GFAP表達水平，對早期DRN起保護作用[54]。在動物研究中，氯化鋰通過mTOR非依賴性途徑誘導自噬以延緩DRN[55]。單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）是生物能量代謝調節的關鍵分子，同時具有神經保護作用，可以促進線粒體自噬和合成。二甲雙胍能夠通過AMPK激活和抑制mTORC1信號傳導來觸發自噬以延緩DR[56]。自噬途徑在DRN治療中的應用前景廣闊，未來的研究需要進一步探索自噬途徑在DR中的具體作用機制及相關藥物。
4 小結與展望
氧化應激反應可導致糖尿病患者視網膜發生各種生理反應，包括細胞凋亡、線粒體損傷以及自噬等，最終造成視網膜神經和膠質組織受損，導致視網膜神經變性的發生。通過抗氧化應激治療，可減輕視網膜受到的氧化應激帶來的反應損傷，因對DR的神經損傷研究較少，其治療策略大多停留在動物實驗或體外實驗階段，未來需更多的臨床試驗探索藥物的有效劑量、生物利用率和潛在副作用等，開發針對這些機制的新藥物和治療策略，以更有效地預防和治療DRN，以保護DR患者的視網膜神經功能。