基于免疫防御和内皮线粒体功能障碍的增殖性糖尿病视网膜病变亚型定义及其治疗意义

本刊推荐：为突破抗VEGF疗法在增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)治疗中的局限性，研究人员通过对PDR患者玻璃体中CD31+细胞的转录组分析，揭示了PDR存在两种分子亚型：CD31high亚型以内皮细胞线粒体功能障碍和ECM重构为特征，CD31low亚型则以单核细胞介导的病理血管清除为主导。研究发现抗VEGF药物不仅调节血管生成相关基因，还通过抑制S100/STAT3炎症通路影响免疫细胞功能，同时发现氧诱导视网膜病变(OIR)模型可部分模拟PDR的ECM重构特征。该研究为开发靶向免疫调节和线粒体功能的新型PDR疗法提供了理论依据。

在糖尿病席卷全球的今天，增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)作为糖尿病最严重的眼部并发症，正悄然吞噬着数百万患者的视力。当视网膜因长期高血糖陷入缺血缺氧的困境，血管内皮生长因子(VEGF)便会驱动异常血管如野草般疯长，这些脆弱的新生血管不仅容易破裂导致玻璃体出血，更会攀附在纤维血管膜上拉扯视网膜，引发牵引性视网膜脱离——这两种情况都是致盲的元凶。尽管抗VEGF药物通过靶向VEGF信号通路革新了PDR的治疗格局，但临床实践中仍面临诸多挑战：部分患者反应不佳，需要频繁注射带来的治疗负担，以及药物可能加重视网膜纤维化等。这些困境提示我们，PDR的病理机制远比想象中复杂，迫切需要超越VEGF的新视角。

为揭开PDR的分子面纱，McCann等研究人员另辟蹊径，将目光投向PDR终末期患者玻璃体手术中获得的珍贵标本。通过创新性地分离玻璃体中CD31阳性细胞并进行批量RNA测序(RNA-Seq)，研究团队意外发现PDR患者可根据CD31表达水平自然分为两个截然不同的亚群。这一发现如同打开了一扇观察PDR病理过程的新窗口，让我们得以窥见疾病背后的细胞分子对话。

关键技术方法包括：从PDR患者玻璃体切割手术标本中分离CD31⁺细胞，通过批量RNA测序获得转录组数据；利用CIBERSORT算法进行细胞类型比例估计；采用相对表达排序分析(REOA)比较PDR与正常视网膜细胞的基因表达差异；结合公开的单细胞RNA测序数据库分析氧诱导视网膜病变(OIR)模型；使用Ingenuity Pathway Analysis(IPA)和基因集富集分析(GSEA)进行通路富集分析。

CD31⁺细胞群体揭示PDR分子亚型

研究人员对13例终末期PDR患者玻璃体标本中的CD31⁺细胞进行转录组分析时，发现了一个有趣的现象：基于PECAM1(编码CD31)表达水平，患者自然分为CD31^high和CD31^low两个群体。基因表达谱分析显示，两组间的分子特征存在显著差异，提示PDR存在着不同的病理机制亚型。

免疫细胞主导的病理血管清除机制

深入分析发现，CD31^high群体主要由内皮细胞组成，而CD31^low群体则以免疫细胞为主，包括单核细胞(48.1±29.2%)、巨噬细胞(20.5±19.2%)、T细胞(15.1±22.6%)和肥大细胞(8.2±5.5%)。特别引人注目的是，CD31^low患者中的单核细胞表现出强烈的病理血管清除特征：中性粒细胞脱颗粒、胞外诱捕网形成和吞噬体形成通路显著激活。关键基因如PADI4(编码介导胞外诱捕网形成的PAD4酶)、CXCR2和CCR2(分别介导CXCL1和MCP1趋化因子信号)均显著上调，这些分子机制在动物模型中已被证实可促进病理血管消退。

抗VEGF药物的多细胞作用机制

研究表明，抗VEGF治疗不仅影响内皮细胞，也显著调节免疫细胞功能。在CD31^low患者中，抗VEGF药物抑制了"VEGF信号传导"、"S100家族信号通路"和"STAT3通路"等炎症相关通路，同时下调了"中性粒细胞脱颗粒"和"吞噬体形成"等免疫清除通路。在内皮细胞富集的CD31^high患者中，抗VEGF治疗调控了47个差异表达基因，包括已知的VEGF下游基因(PLVAP、ACE、UNC5B等)和新型调控靶点(离子通道KCNQ1、脂质转运蛋白ABCA3等)。值得注意的是，抗VEGF治疗增强了血管连接完整性("顶端连接"基因集)，抑制了细胞增殖相关通路，但同时激活了"TGFβ信号"和"上皮间质转化"等促纤维化通路。

PDR内皮的线粒体功能障碍特征

通过比较未接受抗VEGF治疗的CD31^high患者与正常视网膜内皮细胞的转录组，研究人员定义了PDR内皮的分子特征：856个差异表达基因(315个上调，541个下调)。这一特征不仅包含了已知的VEGF信号通路激活和血管生成标志，还揭示了明显的线粒体功能障碍("线粒体功能障碍"通路激活，而"氧化磷酸化"和"呼吸电子传递"通路抑制)和内皮细胞衰老("p53信号"和"干扰素γ反应"基因集富集)。尤为新颖的是，PDR内皮表现出显著的细胞外基质(ECM)重构特征，"ECM组织"和"胶原纤维组装"通路显著激活。

动物模型与临床PDR的分子对话

研究人员进一步比较了PDR患者与氧诱导视网膜病变(OIR)小鼠模型中病理血管的分子特征。发现91个共同差异表达基因，其中43个基因在两种模型中变化方向一致。这些共同基因富集在ECM重构相关通路，如"ECM组织"、"胶原纤维组装"、"肝纤维化"和"胶原降解"等，表明OIR模型能够较好地模拟PDR中的ECM重构过程。然而，OIR模型独特地包含发育相关通路激活，而PDR特有的线粒体功能障碍和代谢紊乱在OIR模型中未能重现，提示动物模型与临床疾病存在重要差异。

这项发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究首次从分子层面揭示了PDR的异质性本质，提出了基于免疫防御和内皮线粒体功能障碍的疾病亚型分类框架。研究发现不仅证实了抗VEGF药物通过多细胞作用机制发挥治疗效应，还揭示了其潜在促纤维化副作用的内皮细胞基础。更重要的是，研究鉴定出的线粒体功能障碍和ECM重构等新型病理机制，以及免疫细胞介导的血管清除能力，为开发下一代PDR治疗策略开辟了新方向。这些发现强调了个性化治疗的重要性，提示未来应根据患者的分子亚型特征选择针对性治疗策略，从而实现真正精准的PDR管理。