糖尿病视网膜病变（DR）作为糖尿病的一种眼部神经-微血管并发症，其发病机制错综复杂，涉及多种生物学过程和分子机制。内质网应激（ERS）在细胞稳态维持中发挥关键作用，高糖通过促发蛋白质折叠错误、氧化应激及钙稳态紊乱激活ERS，从而推动糖尿病神经-微血管病变的发生发展。ERS激活未折叠蛋白反应，通过影响线粒体相关内质网膜、自噬、细胞凋亡、微血管功能、氧化应激以及炎症等途径参与DR的发生发展。当前，针对ERS的主要干预措施包括通过药物及分子机制调控ERS信号轴以及其与自噬、氧化应激和炎症等相关病理过程的相互作用，这些方法能直接或间接抑制持续性ERS，被证明能够改善DR。随着对ERS与DR研究的加深以及各种针对ERS药物的研发，未来有望为DR的预防和治疗提供新的见解和策略。
糖尿病视网膜病变（DR），作为糖尿病所诱发的一种视网膜神经-微血管并发症，是全球范围内糖尿病患者失明的首要原因[1]。截至2019年，全球糖尿病患者人数达到4.63亿，其中约22.27%遭受DR困扰，视力威胁型DR占6.17%；预计到2045年，全球糖尿病患者将增至7亿，届时约1.61亿人患有DR，其中2 854万人有视力威胁[1]。中国糖尿病患者人数占全球的约四分之一，DR的患病率16.3%，其中威胁视力型DR的发生率为3.2%，且南方地区患病率低于北方地区[2]。内质网应激（ERS），作为内质网功能失衡触发的细胞应激状态，通过激活未折叠蛋白反应机制来恢复内质网的正常功能[3]。ERS的影响范围广泛，不仅对细胞存活产生直接作用，还参与调控炎症反应、氧化应激、血管新生及神经退行性变等病理过程，参与了DR的病理机制[3-4]。现就ERS与DR相关研究进展作一综述。
1 ERS及其调控通路
1.1 ERS的概念及意义
内质网是细胞内负责蛋白质折叠、质量控制及钙离子存储的关键细胞器。细胞在经历衰老、氧化应激、缺氧、高血糖或炎症等应激条件时，可能导致内质网功能受损，进而引发未折叠或错误折叠蛋白的积累，进而促使细胞进入ERS状态[4, 5]。未折叠蛋白反应是细胞对ERS的一种保护性响应，旨在通过促进错误折叠蛋白质的降解、减少总体蛋白质合成量以及增强蛋白质折叠能力，提高蛋白质处理效率，从而恢复内质网功能，维持蛋白质的正确折叠和细胞生存[4-5]。
1.2 ERS的调控通路
研究表明，ERS启动未折叠蛋白反应主要通过三个应激感应蛋白：肌醇需求酶-1（IRE1）、蛋白质激酶RNA样内质网激酶（PERK）和活化转录因子（ATF）6[5]。当细胞处于静息状态时，这些感应蛋白与分子伴侣结合而处于失活状态，如重链结合蛋白或糖调节蛋白78（GRP78）。一旦细胞发生ERS，GRP78会释放感应蛋白，这些蛋白活化后通过多条相互作用和交叉调节的途径启动未折叠蛋白反应，以适应ERS并保护细胞免遭损害[5-6]（图1）。
图1
内质网应激调控机制图 在静息状态下，应激感应蛋白（PERK、IRE1和ATF6）与分子伴侣Bip/GRP78结合而处于失活状态。当ERS发生时，应激感应蛋白与分子伴侣分离并被激活，导致未折叠蛋白反应发生。IRE1通过磷酸化和寡聚化激活，切割和剪接X-盒结合蛋白1的mRNA，生成活性转录因子X-盒结合蛋白1剪接体；IRE1通过降解内质网定位的mRNA转录物减少分泌蛋白的翻译，这一过程被称为IRE1依赖性mRNA降解；此外，IRE1激活了c-Jun氨基末端激酶和IκB激酶等其他信号途径，参与调节细胞生存、凋亡及炎症反应。PERK通过磷酸化和寡聚化激活，磷酸化eIF2α，进而促进ATF4的翻译。ATF4调控与应对细胞应激相关的多种基因表达，如C/EBP同源蛋白等，影响蛋白质翻译、抗氧化应答和细胞凋亡。ATF6从内质网释放并转移到高尔基体，经位点蛋白酶水解切割产生活性核心片段，进入细胞核调控碱性亮氨酸拉链结构域转录因子和内质网相关降解途径，促进蛋白质质量控制基因的表达，以及维护内质网和细胞的稳态。BiP：重链结合蛋白；GRP78：葡萄糖调节蛋白-78；IRE1：肌醇需求酶-1；PERK：蛋白激酶RNA样内质网激酶；ATF6：转录激活因子-6；eIF2α：真核细胞起始因子-2α；ATF4：转录活化因子-4；GADD34：生长阻滞和DNA损伤诱导因子-34；mRNA：信使RNA
1.2.1 IRE1通路
IRE1是进化中最为保守的ERS跨膜感应蛋白，具备核糖核酸内切酶和蛋白激酶活性。IRE1主要由IRE1α和IRE1β两种异构体构成，分别由内质网核信号转导蛋白-1和内质网核信号转导蛋白-2基因编码[6]。IRE1α在多种细胞和组织中普遍存在，而IRE1β则局限于胃肠和呼吸道的上皮细胞[3]。在ERS中，IRE1蛋白的活性通过自磷酸化和寡聚化激活，随后切割和剪接X-盒结合蛋白1（XBP1）的信使RNA（mRNA），并产生下游具有活性的转录因子XBP1剪接体[7]。除此之外，IRE1通过依赖性mRNA降解途径下调特定的基因表达水平；亦可激活其他信号途径，如c-Jun氨基末端激酶和IκB激酶激活[8]。IRE1通路的主要功能包括促进蛋白质正常折叠、调节免疫及炎症反应、参与调控细胞生存和凋亡，以及维持细胞分化和功能[3-4]。
1.2.2 PERK通路
PERK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其催化结构域高度同源于真核起始因子2α（eIF2α）家族激酶[3-4]。ERS时，GRP78释放PERK，后者通过寡聚化和自磷酸化过程实现活化。活化的PERK可以磷酸化eIF2α，导致其失活，进而广泛阻断下游mRNA的翻译，有效减轻内质网的蛋白负载[3-4]。当eIF2α失活时，部分5’端含短开放阅读框的mRNA翻译，如ATF4。ATF4进一步驱动C/EBP同源蛋白（CHOP）和生长阻滞-DNA损伤诱导因子-34（GADD34）[9]。其中，CHOP作为一种编码与细胞凋亡相关基因的转录因子，不仅帮助减轻ERS下的蛋白负荷，也为细胞死亡通路发出信号[10]。GADD34则编码蛋白磷酸酶-1的催化亚单位，通过去磷酸化eIF2α来抵消PERK作用。因此，选择性抑制GADD34可以延长eIF2α失活状态，减轻细胞损伤[11]。PERK通路的主要功能包括减缓蛋白质翻译、增强抗氧化应答、促进细胞凋亡以及调节脂质代谢和胰岛素信号[3-4]。
1.2.3 ATF6通路
ATF6是一种单通道的2型跨膜蛋白，其N末端包含“胞质”结构域。这一部分由370～380个氨基酸构成，形成碱性亮氨酸拉链转录因子[12]。在ERS发生时，ATF6从GRP78处释放，并迁移到高尔基体，通过位点蛋白酶1和2的作用被裂解，从而释放出具有转录激活功能的N-末端细胞质域，即激活转录因子-6水解片段。该片段随后进入细胞核，参与内质网相关降解途径和激活一系列下游基因的表达，包括XBP1基因[13]。ATF6通路能促进蛋白质质量控制基因的表达、维持内质网及细胞的稳态，同时参与调节细胞生存与凋亡过程[12-13]。
2 ERS与DR的相关性
研究表明，在1型或2型糖尿病患者，ERS相关标志物（包括GRP78、IRE1α、PERK、CHOP及ATF6等蛋白）的表达水平显著高于非糖尿病人群[14-15]。在2型糖尿病患者中，血清GRP78浓度的增加与糖化血红蛋白和终末期糖基化产物的表达水平呈正相关[16]；此外，ATF4和CHOP基因在某些患者外周血单核细胞中表达水平增高，这与血糖控制水平密切相关，这表明ERS在糖尿病进程中的参与[17]。ERS的持续激活不仅损害细胞功能，还可通过促炎、氧化应激、细胞凋亡及血管功能障碍，加剧糖尿病引起的神经-微血管损伤[3, 4]。研究表明，糖尿病神经病变患者相较于无神经病变的糖尿病患者，其外周血单核细胞中重链结合蛋白的表达水平显著增加[17]。糖尿病患者的血管内皮细胞功能障碍与IRE1α的活化密切相关[18]。与无肾病的糖尿病患者相比，伴有肾病的患者单核细胞存在更显著的ERS[19]。与轻度糖尿病足溃疡患者相比，严重足溃疡（2级和3级）患者的ERS标志物表达水平更高[20]。
DR作为重要的糖尿病并发症，涉及ERS在其发展的作用[21]。研究表明，糖尿病大鼠在造膜后1、3、6个月，视网膜CHOP基因的转录水平显著升高，与视网膜微血管内皮细胞凋亡密切相关，这提示ERS参与早期视网膜损伤[22]。内质网相关降解蛋白（如羟甲基戊二酰辅酶A还原酶降解蛋白-1）表达水平下降，亦可加剧DR进展[23]。转录因子7样2与2型糖尿病风险高度相关，通过ERS途径可能促进病理性新生血管形成，并通过上调血管内皮生长因子（VEGF）水平，推动增殖型DR发展[24]。因此，ERS是DR发生和发展的关键中介，而靶向干预持续性ERS已被证实可有效改善DR[4, 25]。
3 ERS在DR的作用机制
3.1 线粒体相关内质网膜（MAM）
在糖尿病背景下，MAM功能障碍触发钙稳态失调、氧化应激增强以及炎症和细胞凋亡，加剧了ERS和线粒体损伤，显著影响DR进展[26]。研究报道，高糖环境下三磷酸肌醇受体-1/葡萄糖调节蛋白-75/电压依赖性阴离子通道-1轴活化导致视网膜血管内皮细胞中MAM功能异常增强，进而引起内质网转向线粒体的钙离子过载，并加速了钙离子依赖性细胞死亡过程[27]。尽管适度的内质网-线粒体耦合对细胞功能重要，但过度耦合则带来负面影响。研究指出，抑制ERS可减轻由MAM功能异常引起的细胞损伤，同时缓解高糖引发的视网膜线粒体损伤[21, 27]。目前对MAM与ERS在DR中作用及其相互机制的理解有限，未来研究需聚焦于如何调控MAM功能以缓解ERS。
3.2 自噬
自噬是一种细胞内过程，通过清除受损细胞器和蛋白质来维持细胞稳态。ERS激活自噬，降解受损内质网组分和错误折叠蛋白质，减轻ERS影响，恢复细胞稳定性[28]。然而，持续的ERS过度激活可能扰乱自噬平衡，影响细胞存活。研究显示，在糖尿病视网膜中，持续ERS调控下自噬活性降低，而抑制ERS可增加自噬标记物轻链蛋白3B-II型的表达[29]。ERS与自噬之间的关系是双向的，互相调控，影响细胞对蛋白质积累的反应[30]。
3.3 细胞凋亡
既往研究表明，糖尿病视网膜神经-血管细胞凋亡与PERK/eIF2α/ATF4/CHOP信号通路激活密切相关[31-32]。在高糖环境中，ERS激活导致甘油醛-3-磷酸脱氢酶从细胞质向核内转移，触发视网膜Müller细胞的凋亡信号[33]。此外，高糖降低钙泵蛋白表达，干扰钙离子稳态和内质网功能，进而引发ERS和炎症，诱导视网膜色素上皮细胞凋亡；通过上调钙泵蛋白表达能有效减缓这一过程[34]。DR模型中，细胞凋亡信号调节激酶-1活化增强ERS相关蛋白如IRE1α和CHOP的表达，促进视网膜微血管内皮和Müller细胞凋亡[35-36]。研究表明，代谢记忆可增强持续性ERS，是DR中细胞凋亡的一个重要原因[37]。
3.4 视网膜微血管病变
高糖状态下，IRE1α和PERK通路被激活，调节VEGF，从而加剧炎症及病理性血管生成[38]。研究发现，高血糖诱导的ERS加剧了视网膜血管内皮细胞和周细胞损伤以及毛细血管无细胞化，通过抑制ERS可以有效缓解这些病理过程[25]。此外，12/15-脂氧合酶及15-羟基二十碳四烯酸在糖尿病环境中促进ERS，激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和VEGF受体-2，进而损害视网膜微血管功能；抑制ERS有助于改善视网膜微血管状况[39]。多项研究表明，调控ERS对糖尿病视网膜微血管病变具有保护作用[40-42]。
3.5 氧化应激
在糖尿病诱导45 d后，大鼠视网膜神经节细胞层和Müller细胞对CHOP的免疫反应呈阳性，而此时谷胱甘肽和脂质过氧化等氧化应激指标未见显著变化，这提示ERS可能独立于氧化应激或在其之前作为视网膜病变的早期事件[43]。随着糖尿病的进展，ERS与氧化应激通过多种机制相互作用并相互加剧，如ERS可以增加活性氧的产生，而氧化应激则干扰蛋白质正常折叠及功能，进一步加重ERS[44]。现有研究显示，通过天然提取药物干预氧化应激与ERS，可显著改善DR[33, 45-47]。
3.6 炎症反应
炎症是DR的核心病理过程，多种机制触发其炎症反应，ERS为一个诱因[48]。高糖环境下，XBP1基因条件性敲除的Müller细胞中炎症因子的表达有所增加[49]。通过腺病毒载体过表达ATF4，可显著提高视网膜中单核细胞趋化蛋白-1的水平及炎症细胞的浸润[50]。β-羟基丁酸的腹腔注射可抑制视网膜中PERK、IRE1及ATF-6通路，有效减轻糖尿病小鼠的视网膜炎症损伤[51]。持续性ERS加剧了DR中的炎症，而炎症状态也可加重ERS。糖尿病小鼠中肿瘤坏死因子-α的特异性表达导致ERS更为显著，伴有视网膜血管内皮细胞功能障碍及更严重的视力损害[52]。
3.7 神经退行性变
视网膜神经元包括神经节细胞、双极细胞、光感受器细胞和Müller细胞，其中ERS引发的细胞损伤是DR神经退行性变的重要原因[53-54]。研究发现，ERS可能早期介入糖尿病视网膜神经节细胞和Müller细胞的损伤机制[43]。相较于野生型小鼠，XBP1基因敲除小鼠出现更为显著的视网膜功能退化，其突触后密度蛋白-95的mRNA和蛋白水平也显著下降。这表明在双极细胞和/或光感受器细胞中，XBP1缺失可能通过降低调控细胞骨架动态的蛋白水平，进而影响突触结构，导致突触功能减退和退行性改变[55]。
4 ERS与DR的治疗
目前被用于拮抗ERS的方法主要是采用药物或分子手段干预ERS调控轴成员，以及改善其他相互调控的病理机制如自噬、氧化应激和炎症，这些方法能直接或间接抑制持续性ERS，被证明能够改善DR[4]。
4.1 化学药物
根据作用机制，ERS相关化学药物主要分为：阻断ERS或调控蛋白质折叠，干预ERS调控轴成员，以及影响蛋白质翻译后修饰。阻断ERS或调控蛋白质折叠的药物如4-苯丁酸和牛磺酸熊去氧胆酸，这些药物作为分子伴侣能帮助蛋白质正确折叠，通过促进未折叠或部分折叠的多肽链形成三维结构。体内体外实验证明，这些药物可以作用于整个ERS途径，减轻糖尿病模型中视网膜细胞ERS，从而改善DR[56]。熊去氧胆酸还通过抑制GRP78转位和VE-钙黏蛋白糖基化修饰，降低ERS相关细胞凋亡及VEGF生成，减少血管渗漏，保护细胞免受高糖损伤[56]。利拉鲁肽是一种胰高血糖样肽-1类似物，已证实能够延缓DR进展[57]。其作用机制包括抑制PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路，减轻视网膜ERS[54]。此外，选择性IRE1α抑制剂III，IRE1/XBP1s激活剂，以及PERK抑制剂和ATF6抑制剂等，未来有望用于DR治疗[3]。此外，影响蛋白质翻译后修饰的药物如衣霉素和葡萄糖胺也显示出潜力。衣霉素通过抑制N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶活性，阻断N-糖基化首步反应，其干扰效果可能导致未折叠或错误折叠的蛋白质积累，进一步促进糖尿病视网膜ERS[58]。而葡萄糖胺浓度升高可能导致糖基化修饰增强，加剧内质网负担，引发DR[25]。
4.2 天然提取物
多种中草药通过现代科技提取自然界植物、动物及矿物中的活性成分而研发，具备多靶点、多环节、多成分特性、并且副作用较少[59]。这些药物依据辩证论治原理，整合各方面，能有效调控ERS，从而延缓DR进程[59]。研究表明，诺比列汀、黄芪多糖、槲皮素、莴苣黄素、蓝莓花青素提取物和萝卜硫素等具有缓解炎症、抗氧化及神经保护等多重生物效应，能直接或间接抑制ERS，进一步延缓DR进展[34, 38, 46-48, 60-61]。
4.3 基因疗法
基因编辑技术，尤其是核糖核酸干扰和规律成簇的间隔短回文重复序列相关蛋白9技术，已用于精准调控ERS相关路径。核糖核酸干扰技术具体通过抑制与DR相关的ERS信号来发挥治疗作用。研究表明，转录因子7样2在糖尿病血视网膜屏障损伤中起重要作用，其靶向沉默能在高糖环境下抑制ATF6信号通路，从而减轻视网膜屏障的损伤[60]。分子伴侣58千道尔顿蛋白激酶抑制蛋白，作为热休克蛋白40家族的一员，通过调节eIF2α的磷酸化在PERK介导的ERS中起关键作用[61]。实验数据表明，58千道尔顿蛋白激酶抑制蛋白的沉默会加剧糖尿病血管渗漏，而其过表达则能减少由ERS诱导的CHOP活化及视网膜血管内皮细胞的VEGF表达增加[61]。规律成簇的间隔短回文重复序列相关蛋白9技术通过敲除IRE1α基因，阻断IRE1α/XBP1信号通路，有效缓解了视网膜血管内皮细胞的ERS[62]。
4.4 干细胞疗法
干细胞疗法与化学药物的结合展现了对视网膜神经退行性疾病的协同治疗潜力[63]。褪黑激素，主要在松果体中合成的神经内分泌激素，涉及调节昼夜节律、增强免疫和抗氧化、抗衰老和抗肿瘤，该激素在神经细胞中抑制PERK/CHOP通路发挥保护作用[63]。近期研究揭示了褪黑素与脂肪来源骨髓间充质干细胞的联用，能显著延缓糖尿病神经病变和视网膜病变的进展[64]。
4.5 纳米粒疗法
神经营养素-4，属于神经营养素家族，调控神经元存活、分化、生长及突触发育等多项功能，并参与髓鞘形成[65]。研究表明，神经营养素-4能减轻DR中的ERS及视网膜神经节细胞损伤，被认为是糖尿病神经损伤的潜在药物[65]。新开发出结合了神经营养素-4和树状纳米粒的复合物，可长期维持玻璃体及视网膜组织中的蛋白浓度，特别促进视网膜神经节细胞的伤后恢复[66]。此外，叶黄素载体壳聚糖-海藻酸钠纳米载体通过调节ATF4及紧密连接蛋白-1，有助于维护糖尿病视网膜微血管功能，为DR治疗开辟新策略[43]。
5 小结与展望
ERS在DR的发病机制中占据着举足轻重的地位，其双刃剑效应体现在适度的ERS对于细胞具有一定的保护作用，而持续性或过度的ERS则成为推动DR进展的关键因素。现有研究揭示了ERS在DR发生与发展中的核心角色，但对于其精确的分子机制及与其他病理过程的相互作用，如线粒体损伤、自噬、细胞凋亡、氧化应激和炎症，仍知之甚少。因此，未来研究的一个关键方向是深入解析DR中ERS的分子调控机制，特别是探索如何在细胞保护和死亡之间找到一个最佳平衡点。目前DR中ERS的治疗研究主要在体外细胞模型和体内动物模型中进行，对于相关药物的特异性、安全性和有效性尚未明确。发展针对特定ERS信号通路的抑制剂或激活剂，尤其是那些能够精确调控ERS水平、防止细胞过度应激而不影响其生理功能的分子，将开辟治疗DR的新途径。
糖尿病视网膜病变（DR），作为糖尿病所诱发的一种视网膜神经-微血管并发症，是全球范围内糖尿病患者失明的首要原因[1]。截至2019年，全球糖尿病患者人数达到4.63亿，其中约22.27%遭受DR困扰，视力威胁型DR占6.17%；预计到2045年，全球糖尿病患者将增至7亿，届时约1.61亿人患有DR，其中2 854万人有视力威胁[1]。中国糖尿病患者人数占全球的约四分之一，DR的患病率16.3%，其中威胁视力型DR的发生率为3.2%，且南方地区患病率低于北方地区[2]。内质网应激（ERS），作为内质网功能失衡触发的细胞应激状态，通过激活未折叠蛋白反应机制来恢复内质网的正常功能[3]。ERS的影响范围广泛，不仅对细胞存活产生直接作用，还参与调控炎症反应、氧化应激、血管新生及神经退行性变等病理过程，参与了DR的病理机制[3-4]。现就ERS与DR相关研究进展作一综述。
1 ERS及其调控通路
1.1 ERS的概念及意义
内质网是细胞内负责蛋白质折叠、质量控制及钙离子存储的关键细胞器。细胞在经历衰老、氧化应激、缺氧、高血糖或炎症等应激条件时，可能导致内质网功能受损，进而引发未折叠或错误折叠蛋白的积累，进而促使细胞进入ERS状态[4, 5]。未折叠蛋白反应是细胞对ERS的一种保护性响应，旨在通过促进错误折叠蛋白质的降解、减少总体蛋白质合成量以及增强蛋白质折叠能力，提高蛋白质处理效率，从而恢复内质网功能，维持蛋白质的正确折叠和细胞生存[4-5]。
1.2 ERS的调控通路
研究表明，ERS启动未折叠蛋白反应主要通过三个应激感应蛋白：肌醇需求酶-1（IRE1）、蛋白质激酶RNA样内质网激酶（PERK）和活化转录因子（ATF）6[5]。当细胞处于静息状态时，这些感应蛋白与分子伴侣结合而处于失活状态，如重链结合蛋白或糖调节蛋白78（GRP78）。一旦细胞发生ERS，GRP78会释放感应蛋白，这些蛋白活化后通过多条相互作用和交叉调节的途径启动未折叠蛋白反应，以适应ERS并保护细胞免遭损害[5-6]（图1）。
图1
内质网应激调控机制图 在静息状态下，应激感应蛋白（PERK、IRE1和ATF6）与分子伴侣Bip/GRP78结合而处于失活状态。当ERS发生时，应激感应蛋白与分子伴侣分离并被激活，导致未折叠蛋白反应发生。IRE1通过磷酸化和寡聚化激活，切割和剪接X-盒结合蛋白1的mRNA，生成活性转录因子X-盒结合蛋白1剪接体；IRE1通过降解内质网定位的mRNA转录物减少分泌蛋白的翻译，这一过程被称为IRE1依赖性mRNA降解；此外，IRE1激活了c-Jun氨基末端激酶和IκB激酶等其他信号途径，参与调节细胞生存、凋亡及炎症反应。PERK通过磷酸化和寡聚化激活，磷酸化eIF2α，进而促进ATF4的翻译。ATF4调控与应对细胞应激相关的多种基因表达，如C/EBP同源蛋白等，影响蛋白质翻译、抗氧化应答和细胞凋亡。ATF6从内质网释放并转移到高尔基体，经位点蛋白酶水解切割产生活性核心片段，进入细胞核调控碱性亮氨酸拉链结构域转录因子和内质网相关降解途径，促进蛋白质质量控制基因的表达，以及维护内质网和细胞的稳态。BiP：重链结合蛋白；GRP78：葡萄糖调节蛋白-78；IRE1：肌醇需求酶-1；PERK：蛋白激酶RNA样内质网激酶；ATF6：转录激活因子-6；eIF2α：真核细胞起始因子-2α；ATF4：转录活化因子-4；GADD34：生长阻滞和DNA损伤诱导因子-34；mRNA：信使RNA
1.2.1 IRE1通路
IRE1是进化中最为保守的ERS跨膜感应蛋白，具备核糖核酸内切酶和蛋白激酶活性。IRE1主要由IRE1α和IRE1β两种异构体构成，分别由内质网核信号转导蛋白-1和内质网核信号转导蛋白-2基因编码[6]。IRE1α在多种细胞和组织中普遍存在，而IRE1β则局限于胃肠和呼吸道的上皮细胞[3]。在ERS中，IRE1蛋白的活性通过自磷酸化和寡聚化激活，随后切割和剪接X-盒结合蛋白1（XBP1）的信使RNA（mRNA），并产生下游具有活性的转录因子XBP1剪接体[7]。除此之外，IRE1通过依赖性mRNA降解途径下调特定的基因表达水平；亦可激活其他信号途径，如c-Jun氨基末端激酶和IκB激酶激活[8]。IRE1通路的主要功能包括促进蛋白质正常折叠、调节免疫及炎症反应、参与调控细胞生存和凋亡，以及维持细胞分化和功能[3-4]。
1.2.2 PERK通路
PERK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其催化结构域高度同源于真核起始因子2α（eIF2α）家族激酶[3-4]。ERS时，GRP78释放PERK，后者通过寡聚化和自磷酸化过程实现活化。活化的PERK可以磷酸化eIF2α，导致其失活，进而广泛阻断下游mRNA的翻译，有效减轻内质网的蛋白负载[3-4]。当eIF2α失活时，部分5’端含短开放阅读框的mRNA翻译，如ATF4。ATF4进一步驱动C/EBP同源蛋白（CHOP）和生长阻滞-DNA损伤诱导因子-34（GADD34）[9]。其中，CHOP作为一种编码与细胞凋亡相关基因的转录因子，不仅帮助减轻ERS下的蛋白负荷，也为细胞死亡通路发出信号[10]。GADD34则编码蛋白磷酸酶-1的催化亚单位，通过去磷酸化eIF2α来抵消PERK作用。因此，选择性抑制GADD34可以延长eIF2α失活状态，减轻细胞损伤[11]。PERK通路的主要功能包括减缓蛋白质翻译、增强抗氧化应答、促进细胞凋亡以及调节脂质代谢和胰岛素信号[3-4]。
1.2.3 ATF6通路
ATF6是一种单通道的2型跨膜蛋白，其N末端包含“胞质”结构域。这一部分由370～380个氨基酸构成，形成碱性亮氨酸拉链转录因子[12]。在ERS发生时，ATF6从GRP78处释放，并迁移到高尔基体，通过位点蛋白酶1和2的作用被裂解，从而释放出具有转录激活功能的N-末端细胞质域，即激活转录因子-6水解片段。该片段随后进入细胞核，参与内质网相关降解途径和激活一系列下游基因的表达，包括XBP1基因[13]。ATF6通路能促进蛋白质质量控制基因的表达、维持内质网及细胞的稳态，同时参与调节细胞生存与凋亡过程[12-13]。
2 ERS与DR的相关性
研究表明，在1型或2型糖尿病患者，ERS相关标志物（包括GRP78、IRE1α、PERK、CHOP及ATF6等蛋白）的表达水平显著高于非糖尿病人群[14-15]。在2型糖尿病患者中，血清GRP78浓度的增加与糖化血红蛋白和终末期糖基化产物的表达水平呈正相关[16]；此外，ATF4和CHOP基因在某些患者外周血单核细胞中表达水平增高，这与血糖控制水平密切相关，这表明ERS在糖尿病进程中的参与[17]。ERS的持续激活不仅损害细胞功能，还可通过促炎、氧化应激、细胞凋亡及血管功能障碍，加剧糖尿病引起的神经-微血管损伤[3, 4]。研究表明，糖尿病神经病变患者相较于无神经病变的糖尿病患者，其外周血单核细胞中重链结合蛋白的表达水平显著增加[17]。糖尿病患者的血管内皮细胞功能障碍与IRE1α的活化密切相关[18]。与无肾病的糖尿病患者相比，伴有肾病的患者单核细胞存在更显著的ERS[19]。与轻度糖尿病足溃疡患者相比，严重足溃疡（2级和3级）患者的ERS标志物表达水平更高[20]。
DR作为重要的糖尿病并发症，涉及ERS在其发展的作用[21]。研究表明，糖尿病大鼠在造膜后1、3、6个月，视网膜CHOP基因的转录水平显著升高，与视网膜微血管内皮细胞凋亡密切相关，这提示ERS参与早期视网膜损伤[22]。内质网相关降解蛋白（如羟甲基戊二酰辅酶A还原酶降解蛋白-1）表达水平下降，亦可加剧DR进展[23]。转录因子7样2与2型糖尿病风险高度相关，通过ERS途径可能促进病理性新生血管形成，并通过上调血管内皮生长因子（VEGF）水平，推动增殖型DR发展[24]。因此，ERS是DR发生和发展的关键中介，而靶向干预持续性ERS已被证实可有效改善DR[4, 25]。
3 ERS在DR的作用机制
3.1 线粒体相关内质网膜（MAM）
在糖尿病背景下，MAM功能障碍触发钙稳态失调、氧化应激增强以及炎症和细胞凋亡，加剧了ERS和线粒体损伤，显著影响DR进展[26]。研究报道，高糖环境下三磷酸肌醇受体-1/葡萄糖调节蛋白-75/电压依赖性阴离子通道-1轴活化导致视网膜血管内皮细胞中MAM功能异常增强，进而引起内质网转向线粒体的钙离子过载，并加速了钙离子依赖性细胞死亡过程[27]。尽管适度的内质网-线粒体耦合对细胞功能重要，但过度耦合则带来负面影响。研究指出，抑制ERS可减轻由MAM功能异常引起的细胞损伤，同时缓解高糖引发的视网膜线粒体损伤[21, 27]。目前对MAM与ERS在DR中作用及其相互机制的理解有限，未来研究需聚焦于如何调控MAM功能以缓解ERS。
3.2 自噬
自噬是一种细胞内过程，通过清除受损细胞器和蛋白质来维持细胞稳态。ERS激活自噬，降解受损内质网组分和错误折叠蛋白质，减轻ERS影响，恢复细胞稳定性[28]。然而，持续的ERS过度激活可能扰乱自噬平衡，影响细胞存活。研究显示，在糖尿病视网膜中，持续ERS调控下自噬活性降低，而抑制ERS可增加自噬标记物轻链蛋白3B-II型的表达[29]。ERS与自噬之间的关系是双向的，互相调控，影响细胞对蛋白质积累的反应[30]。
3.3 细胞凋亡
既往研究表明，糖尿病视网膜神经-血管细胞凋亡与PERK/eIF2α/ATF4/CHOP信号通路激活密切相关[31-32]。在高糖环境中，ERS激活导致甘油醛-3-磷酸脱氢酶从细胞质向核内转移，触发视网膜Müller细胞的凋亡信号[33]。此外，高糖降低钙泵蛋白表达，干扰钙离子稳态和内质网功能，进而引发ERS和炎症，诱导视网膜色素上皮细胞凋亡；通过上调钙泵蛋白表达能有效减缓这一过程[34]。DR模型中，细胞凋亡信号调节激酶-1活化增强ERS相关蛋白如IRE1α和CHOP的表达，促进视网膜微血管内皮和Müller细胞凋亡[35-36]。研究表明，代谢记忆可增强持续性ERS，是DR中细胞凋亡的一个重要原因[37]。
3.4 视网膜微血管病变
高糖状态下，IRE1α和PERK通路被激活，调节VEGF，从而加剧炎症及病理性血管生成[38]。研究发现，高血糖诱导的ERS加剧了视网膜血管内皮细胞和周细胞损伤以及毛细血管无细胞化，通过抑制ERS可以有效缓解这些病理过程[25]。此外，12/15-脂氧合酶及15-羟基二十碳四烯酸在糖尿病环境中促进ERS，激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和VEGF受体-2，进而损害视网膜微血管功能；抑制ERS有助于改善视网膜微血管状况[39]。多项研究表明，调控ERS对糖尿病视网膜微血管病变具有保护作用[40-42]。
3.5 氧化应激
在糖尿病诱导45 d后，大鼠视网膜神经节细胞层和Müller细胞对CHOP的免疫反应呈阳性，而此时谷胱甘肽和脂质过氧化等氧化应激指标未见显著变化，这提示ERS可能独立于氧化应激或在其之前作为视网膜病变的早期事件[43]。随着糖尿病的进展，ERS与氧化应激通过多种机制相互作用并相互加剧，如ERS可以增加活性氧的产生，而氧化应激则干扰蛋白质正常折叠及功能，进一步加重ERS[44]。现有研究显示，通过天然提取药物干预氧化应激与ERS，可显著改善DR[33, 45-47]。
3.6 炎症反应
炎症是DR的核心病理过程，多种机制触发其炎症反应，ERS为一个诱因[48]。高糖环境下，XBP1基因条件性敲除的Müller细胞中炎症因子的表达有所增加[49]。通过腺病毒载体过表达ATF4，可显著提高视网膜中单核细胞趋化蛋白-1的水平及炎症细胞的浸润[50]。β-羟基丁酸的腹腔注射可抑制视网膜中PERK、IRE1及ATF-6通路，有效减轻糖尿病小鼠的视网膜炎症损伤[51]。持续性ERS加剧了DR中的炎症，而炎症状态也可加重ERS。糖尿病小鼠中肿瘤坏死因子-α的特异性表达导致ERS更为显著，伴有视网膜血管内皮细胞功能障碍及更严重的视力损害[52]。
3.7 神经退行性变
视网膜神经元包括神经节细胞、双极细胞、光感受器细胞和Müller细胞，其中ERS引发的细胞损伤是DR神经退行性变的重要原因[53-54]。研究发现，ERS可能早期介入糖尿病视网膜神经节细胞和Müller细胞的损伤机制[43]。相较于野生型小鼠，XBP1基因敲除小鼠出现更为显著的视网膜功能退化，其突触后密度蛋白-95的mRNA和蛋白水平也显著下降。这表明在双极细胞和/或光感受器细胞中，XBP1缺失可能通过降低调控细胞骨架动态的蛋白水平，进而影响突触结构，导致突触功能减退和退行性改变[55]。
4 ERS与DR的治疗
目前被用于拮抗ERS的方法主要是采用药物或分子手段干预ERS调控轴成员，以及改善其他相互调控的病理机制如自噬、氧化应激和炎症，这些方法能直接或间接抑制持续性ERS，被证明能够改善DR[4]。
4.1 化学药物
根据作用机制，ERS相关化学药物主要分为：阻断ERS或调控蛋白质折叠，干预ERS调控轴成员，以及影响蛋白质翻译后修饰。阻断ERS或调控蛋白质折叠的药物如4-苯丁酸和牛磺酸熊去氧胆酸，这些药物作为分子伴侣能帮助蛋白质正确折叠，通过促进未折叠或部分折叠的多肽链形成三维结构。体内体外实验证明，这些药物可以作用于整个ERS途径，减轻糖尿病模型中视网膜细胞ERS，从而改善DR[56]。熊去氧胆酸还通过抑制GRP78转位和VE-钙黏蛋白糖基化修饰，降低ERS相关细胞凋亡及VEGF生成，减少血管渗漏，保护细胞免受高糖损伤[56]。利拉鲁肽是一种胰高血糖样肽-1类似物，已证实能够延缓DR进展[57]。其作用机制包括抑制PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路，减轻视网膜ERS[54]。此外，选择性IRE1α抑制剂III，IRE1/XBP1s激活剂，以及PERK抑制剂和ATF6抑制剂等，未来有望用于DR治疗[3]。此外，影响蛋白质翻译后修饰的药物如衣霉素和葡萄糖胺也显示出潜力。衣霉素通过抑制N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶活性，阻断N-糖基化首步反应，其干扰效果可能导致未折叠或错误折叠的蛋白质积累，进一步促进糖尿病视网膜ERS[58]。而葡萄糖胺浓度升高可能导致糖基化修饰增强，加剧内质网负担，引发DR[25]。
4.2 天然提取物
多种中草药通过现代科技提取自然界植物、动物及矿物中的活性成分而研发，具备多靶点、多环节、多成分特性、并且副作用较少[59]。这些药物依据辩证论治原理，整合各方面，能有效调控ERS，从而延缓DR进程[59]。研究表明，诺比列汀、黄芪多糖、槲皮素、莴苣黄素、蓝莓花青素提取物和萝卜硫素等具有缓解炎症、抗氧化及神经保护等多重生物效应，能直接或间接抑制ERS，进一步延缓DR进展[34, 38, 46-48, 60-61]。
4.3 基因疗法
基因编辑技术，尤其是核糖核酸干扰和规律成簇的间隔短回文重复序列相关蛋白9技术，已用于精准调控ERS相关路径。核糖核酸干扰技术具体通过抑制与DR相关的ERS信号来发挥治疗作用。研究表明，转录因子7样2在糖尿病血视网膜屏障损伤中起重要作用，其靶向沉默能在高糖环境下抑制ATF6信号通路，从而减轻视网膜屏障的损伤[60]。分子伴侣58千道尔顿蛋白激酶抑制蛋白，作为热休克蛋白40家族的一员，通过调节eIF2α的磷酸化在PERK介导的ERS中起关键作用[61]。实验数据表明，58千道尔顿蛋白激酶抑制蛋白的沉默会加剧糖尿病血管渗漏，而其过表达则能减少由ERS诱导的CHOP活化及视网膜血管内皮细胞的VEGF表达增加[61]。规律成簇的间隔短回文重复序列相关蛋白9技术通过敲除IRE1α基因，阻断IRE1α/XBP1信号通路，有效缓解了视网膜血管内皮细胞的ERS[62]。
4.4 干细胞疗法
干细胞疗法与化学药物的结合展现了对视网膜神经退行性疾病的协同治疗潜力[63]。褪黑激素，主要在松果体中合成的神经内分泌激素，涉及调节昼夜节律、增强免疫和抗氧化、抗衰老和抗肿瘤，该激素在神经细胞中抑制PERK/CHOP通路发挥保护作用[63]。近期研究揭示了褪黑素与脂肪来源骨髓间充质干细胞的联用，能显著延缓糖尿病神经病变和视网膜病变的进展[64]。
4.5 纳米粒疗法
神经营养素-4，属于神经营养素家族，调控神经元存活、分化、生长及突触发育等多项功能，并参与髓鞘形成[65]。研究表明，神经营养素-4能减轻DR中的ERS及视网膜神经节细胞损伤，被认为是糖尿病神经损伤的潜在药物[65]。新开发出结合了神经营养素-4和树状纳米粒的复合物，可长期维持玻璃体及视网膜组织中的蛋白浓度，特别促进视网膜神经节细胞的伤后恢复[66]。此外，叶黄素载体壳聚糖-海藻酸钠纳米载体通过调节ATF4及紧密连接蛋白-1，有助于维护糖尿病视网膜微血管功能，为DR治疗开辟新策略[43]。
5 小结与展望
ERS在DR的发病机制中占据着举足轻重的地位，其双刃剑效应体现在适度的ERS对于细胞具有一定的保护作用，而持续性或过度的ERS则成为推动DR进展的关键因素。现有研究揭示了ERS在DR发生与发展中的核心角色，但对于其精确的分子机制及与其他病理过程的相互作用，如线粒体损伤、自噬、细胞凋亡、氧化应激和炎症，仍知之甚少。因此，未来研究的一个关键方向是深入解析DR中ERS的分子调控机制，特别是探索如何在细胞保护和死亡之间找到一个最佳平衡点。目前DR中ERS的治疗研究主要在体外细胞模型和体内动物模型中进行，对于相关药物的特异性、安全性和有效性尚未明确。发展针对特定ERS信号通路的抑制剂或激活剂，尤其是那些能够精确调控ERS水平、防止细胞过度应激而不影响其生理功能的分子，将开辟治疗DR的新途径。
