糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病（DM）最常見的并發癥之一，其發病機制至今仍未被完全闡明。研究發現炎癥是DR發生發展的關鍵因素之一。作為一組全身代謝性疾病，DM引發的多不飽和脂肪酸（PUFA）代謝紊亂與DR的炎癥機制密切相關。近年來代謝組學研究發現，在DR患者不同階段及DM動物模型中，上調的PUFA及其衍生物大部分為促炎介質，而下調的PUFA及其衍生物多為抗炎介質。在DR進展過程中，一部分PUFA可能通過抑制小膠質細胞活化、減少炎癥蛋白表達、拮抗花生四烯酸的促炎作用、抑制炎癥小體的激活和中性粒細胞的遷移等機制發揮抗炎作用；而另一部分PUFA則可能通過形成類花生酸介質、促進白細胞黏附和誘導氧化應激反應等機制發揮促炎作用。PUFA在DR的炎癥機制中發揮著復雜的雙重作用。深入理解這些機制不僅有助于闡明DR的發病過程，也為開發新的治療策略提供了潛在的靶點。
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糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病（DM）最常見和最嚴重的眼部并發癥[1]。根據病變嚴重程度，DR可分為增生型DR（PDR）和非PDR（NPDR）[2]。糖尿病黃斑水腫（DME）在疾病的任何階段均可出現，是DR患者視力損傷的最常見原因[3]。隨著DM患病率的不斷上升，DR患病率也在逐年攀升，導致患者生活質量下降和疾病負擔加重。DR的發病機制極其復雜，其中炎癥反應已被確認為其發展的重要環節。DM導致的代謝紊亂，如糖、脂質和氨基酸代謝的異常，進一步促進了視網膜血管損傷和神經退行性變。此外，近年來的研究表明，脂肪酸代謝，尤其是多不飽和脂肪酸（PUFA）的代謝變化，與DR的發生和發展密切相關。代謝組學是一門新興的“組學”科學，用尖端的分析化學技術和先進的計算方法來表征復雜的生化混合物，涵蓋了脂質、氨基酸、糖、生物胺和有機酸等有機化合物[4]。近年來，代謝組學研究揭示了DR患者PUFA代謝的顯著變化，并且與DR的炎癥機制密切相關。現就PUFA在DR炎癥中的研究進展作一綜述。
1 DR的發病機制
DR的發病機制復雜，至今未被完全闡明，而炎癥被認為是其關鍵因素之一[5]。在DM狀態下，糖代謝、脂質代謝、氨基酸代謝等的紊亂可通過促進炎癥，誘發視網膜血管和神經元凋亡、血管通透性增加和新生血管形成。高血糖可引發晚期糖基化終末產物（AGE）沉積、AGE受體上調、蛋白激酶C激活、己糖激酶通路和多元醇通路激活，導致視網膜慢性炎癥。早期DR中，視網膜血管內白細胞的整合素、細胞間粘附分子-1（ICAM-1）、血管細胞粘附分子-1（VCAM-1）和選擇素的表達增加，引起白細胞增多與粘滯，進而導致毛細血管內皮細胞損傷和死亡、血管通透性增加和無灌注區形成[6-7]。小膠質細胞在高血糖和慢性炎癥下被激活，并向促炎型轉化[8]，加劇血視網膜屏障（BRB）的破壞和神經血管單位的受損[9]。此外，循環中的巨噬細胞和中性粒細胞浸潤視網膜，破壞BRB，促進炎癥因子和趨化因子進入視網膜，加重組織損傷[10]。Müller細胞和星形膠質細胞在高糖環境下活化，增加促炎細胞因子的分泌，同樣加重視網膜炎癥[11]。
研究發現,除糖代謝紊亂之外，DM引發的脂肪酸代謝紊亂與DR炎癥的發生和發展同樣密切相關。脂肪酸根據所含的碳-碳雙鍵的數目可分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和PUFA。其中PUFA在維持人類健康方面有重要作用，影響著信號轉導、光感受器發育、血管生成、炎癥調節和各種離子通道的功能[12-13]。根據距羧基最遠端雙鍵的位置，PUFA可分為歐米伽-3 PUFA（ω-3 PUFA）和歐米伽-6 PUFA（ω-6 PUFA）。ω-3 PUFA包括亞麻酸（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）、ω-6 PUFA則包括亞油酸（LA）和花生四烯酸（AA）。PUFA經過環氧合酶（COX）、脂氧合酶（LOX）和細胞色素p450氧化酶（CYP）氧化后，可生成不同類別具有生物活性的產物，如前列腺素（PGs）、白三烯（LTs）、血栓素（TXs）和特異性促炎癥消退介質（SPMs）（圖1）。這些產物通過靶向轉錄因子來調節基因表達，在炎癥過程中發揮重要作用[14]。
圖1
ω-3及ω-6 PUFA的內源性代謝 ω-6 PUFA系列代謝從亞油酸開始，通過Δ6去飽和酶、脂肪酸延長酶和Δ5、Δ4去飽和酶的作用，逐步轉化為γ-亞麻酸、雙高γ-亞麻酸、花生四烯酸、二十二碳四烯酸和二十二碳五烯酸；ω-3 PUFA系列代謝，從亞麻酸開始，經過與ω-6 PUFA系列類似的酶促作用轉化為亞麻油酸、二十碳四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸。ω-3及ω-6 PUFA的代謝物經環氧合酶、脂氧合酶和細胞色素P450氧化酶的催化下生成具有不同生物活性的產物，如白三烯、血栓素和前列腺素等 PUFA：多不飽和脂肪酸；ω-3 PUFA：歐米伽-3 PUFA；ω-6 PUFA：歐米伽-6 PUFA
2 DR患者及DM動物模型PUFA代謝的變化
多種生物樣本的代謝組學研究揭示了DR中PUFA代謝的改變。血液代謝組學研究表明，DR和NPDR患者的DHA、LA和AA表達水平均顯著高于NDR患者，PDR患者的LA表達水平顯著低于NDR患者，且PDR患者的DHA和EPA表達水平明顯低于NPDR患者[15-16]。但部分研究表明，DR患者血液中的LA、ALA、AA、EPA和DHA表達水平降低，而AA的衍生物12-羥基二十碳四烯酸（12-HETE）和15-羥基二十碳四烯酸（15-HETE）表達水平升高[17]。研究表明，與NDR患者相比，NPDR組的DHA、EPA、二十二碳五烯酸和表達水平無明顯變化[18]。血液中顯著改變的PUFA及其衍生物也有望成為早期識別DR甚至預測其進展的生物標記物。如血清中13-氫過氧十八碳二烯酸（13-HpODE）以及12-HETE與2-哌啶酮的組合可有效預測DR的發生[19]。
研究發現，PDR患者玻璃體內ALA的衍生物（9S-羥基十八碳三烯酸、13S-羥基十八碳三烯酸）、LA的衍生物（13-氧代十八碳二烯酸、9-氧代十八碳二烯酸、9S-羥基十八碳二烯酸、±12(13)-環氧十八碳烯酸、±12(13)-二羥基十八碳烯酸、±9(10)-環氧十八碳烯酸、±9(10)-二羥基十八碳烯酸(9(10)-DiHOME））、EPA、AA及其衍生物如13,14-二氫PGs F2α、12S-羥基二十碳四烯酸、±14,15-二羥基二十碳三烯酸（14,15-DiHETrE）、DHA及其衍生物±19,20-環氧二十二碳五烯酸的表達水平顯著上調[20]。同時，DME患者房水中的氧化脂肪酸和PGs表達水平顯著上調，同樣支持PUFA代謝紊亂在DME發病過程中的重要性。這提示眼內玻璃體和房水的代謝組學可能反映眼內的代謝情況[21]。
研究發現，DR患者淚液中的LA衍生物9(10)-DiHOME和13-羥基十八碳二烯酸的表達水平顯著下調[22]。在糞便樣本中，DR患者的EPA表達水平減少，而參與ALA代謝的PUFA氧化衍生物（創傷酸）顯著增加[23]；PDR患者的AA代謝物HETE和LT的表達水平也顯著升高，并且以LA減少為特征之一的代謝模式會顯著增加DM患者發生PDR的風險[24]。除此之外，尸眼視網膜的脂質組學分析顯示，DR患者中央視網膜的不飽和脂肪酸的表達水平明顯低于健康對照組和DM組，但在外周視網膜中不飽和脂肪酸的表達水平則高于其余兩組[25]。
db/db小鼠腎臟、神經、視網膜和血漿代謝組學研究表明，36∶4組成的脂質在每個組織中均頻繁增加，這可能包括LA和/或棕櫚酸和AA[26]。db/db小鼠血液中DHA和LA衍生物9,10-DHOME減少，AA及其衍生物（LTsB4、15（S）-HETE、14,15-DiHETrE）和EPA顯著增加[27-28]。在氧誘導視網膜病變（OIR）小鼠模型的視網膜中，也出現了DHA、LA和AA衍生物（12-HETE）的升高[29]（表1）。
表1
各生物樣本PUFA代謝組學變化
DR各階段中PUFA代謝紊亂的存在及其重要性得到了一致的支持，這不僅有助于揭示DR的發病機制，還為早期診斷和干預提供了潛在的生物標記物和治療靶點。
3 PUFA與DR炎癥中的作用機制
DR的發病機制中，炎癥反應起著重要作用。既往大量研究表明，PUFA與炎癥密切相關。ω-3 PUFA被認為能通過多種機制抑制炎癥，包括調節炎癥細胞中基因表達，減少炎癥蛋白，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-1β和IL-6的生成，抑制AA代謝和環氧化酶-2（COX-2）基因的表達，減少強效促炎類花生酸的產生，增加弱效促炎類花生酸和特定的抗炎介質如SPM的生成，這些介質可促進炎癥消退和促進凋亡細胞和細胞碎片的攝取和清除，并反調控促炎介質的產生[33]。
相反，ω-6 PUFA通常被認為具有促炎作用，但這一結論尚存爭議。其促炎作用是由于ω-6 PUFA衍生的AA是類花生酸合成的前體。然而，并非所有由AA衍生的類花生酸都具有促炎作用，如脂氧素A4（LXA4）具有抗炎作用[34]。另外，盡管LA是AA合成的底物，膳食中增加LA的攝入并未顯著增加炎癥風險，甚至在低LA人群中，血液中炎癥標記物的濃度較高，提示其可能具有抗炎作用[35]。
上述各類樣本的代謝組學研究結果均表明，在DR不同臨床階段中都出現了PUFA代謝的異常，這提示PUFA代謝紊亂在DR的炎癥進展中發揮著關鍵作用[15-17, 20, 30-32]。
3.1 ω-3 PUFA的抗炎作用
ω-3 PUFA主要來源于不同類型的魚、魚油及堅果等飲食。大量臨床研究表明，飲食中高攝入ω-3 PUFA的DM患者發生DR的風險較低，因此ω-3 PUFA在預防DR進展方面具有巨大的潛力[36-38]。
3.1.1 DHA
DHA（22∶6 ω-3）是視網膜中最主要的PUFA，在DR中具有抗炎作用。其作用機制如下：（1）DHA通過抑制核轉錄因子κB（NF-κB）核易位和NF-κB抑制劑的磷酸化與降解來降低黏附分子的表達，還可通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）/NF-κB通路抑制AGEs誘導的小膠質細胞活化[39]；（2）酸性鞘磷脂酶（ASM）和中性鞘磷脂酶（NSM）是炎性細胞因子信號傳導的重要早期反應物。在DR動物模型的視網膜血管系統中ASM被激活，DHA通過下調視網膜內皮細胞中細胞因子誘導的ASM和NSM表達和活性水平，從而抑制炎癥反應[40-41]；（3）DHA可減少高糖環境下的視網膜色素上皮細胞的活性氧（ROS）過量產生和TNF-α釋放，從而減輕細胞毒性[42]；（4）DHA衍生的消退素D1可通過抑制核苷酸結合寡聚化結構域樣受體3炎癥小體的激活和中性粒細胞的遷移，在DM小鼠視網膜中發揮保護作用[43]。臨床研究也支持這一點，補充高劑量DHA與葉黃素類胡蘿卜素復合維生素可進行性改善NPDR患者的黃斑功能和血清IL-6水平，在DME患者中，與玻璃體內注射雷珠單抗聯合使用高濃度DHA膳食補充劑可持續改善黃斑中心凹的厚度，并減輕血清中炎癥指標[44]。這些結果表明，DHA在DR視網膜炎癥反應的多個環節中發揮著重要的抑制作用。
3.1.2 ALA
ALA（18∶3 ω-3）通過去飽和和碳鏈延伸產生EPA和DHA，并進一步代謝為下游的小分子如類二十烷酸和SPMs[45]。在DR中，ALA發揮著保護作用。在DR小鼠模型中，ALA可通過抑制IL-6、IL-1β、TNF-α和血管內皮生長因子的產生延緩DR的發展，并且降低鏈脲佐菌素誘導的視網膜COX-2、5-脂氧合酶（5-LOX）和12-脂氧合酶（12-LOX）表達[46]。另外，ALA還被證明可以增加腦源性神經營養因子（BDNF）的水平，保護神經元免受各種炎癥和氧化應激的影響，從而防止視網膜神經元變性[47]。這些研究結果表明，ALA在抑制DR中的視網膜炎癥方面具有顯著作用。
3.1.3 EPA
EPA（20∶5 ω-3）在調控炎癥反應中同樣具有重要作用。其抗炎機制包括以下幾個方面：首先，EPA抑制單核細胞和巨噬細胞中LPS誘導的COX-2、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和IL-12的產生以及NF-κB通路的活化，增加魚油（DHA和EPA的主要來源）攝入也可減少促炎細胞因子的表達[48-49]。再者，EPA衍生的類花生酸還可拮抗AA的促炎作用，其生物活性通常比AA衍生物低得多。如EPA衍生的前列腺素D3可抑制AA衍生的前列腺素D2介導的中性粒細胞遷移，EPA衍生的LTsB5的趨化中性粒細胞效力顯著低于AA衍生的LTsB4[50-51]。在DM小鼠模型中，EPA代謝物18-HEPE上調Müller細胞中的BDNF，減輕氧化應激和炎癥對神經元的有害影響[52]。這些研究結果表明，EPA在抑制炎癥反應和保護神經元方面具有顯著的潛力。
3.2 ω-6 PUFA在炎癥中的雙重作用
在DR炎癥反應中，不同類型的ω-6 PUFA可能發揮相反的作用。
3.2.1 AA
AA（20∶4 ω-6）是多種炎癥介質合成的前體。在炎癥發生時，磷脂酶A2被激活，從細胞膜磷脂（特別是磷脂酰膽堿）的sn-2位置中切割并釋放AA。AA在COX、LOX和CYP的催化下，形成類花生酸介質，如PGs、TXs和LTs，誘導發熱、增加血管舒張和通透性、促進白細胞趨化等炎癥反應。然而，并非所有AA衍生物都是促炎的。前列腺素E2雖然通常被認為是一種促炎介質，但在人全血培養環境中，它能夠顯著抑制單核細胞內由脂多糖誘導的TNF-α和IL-1β的產生[53]。此外，AA經15-脂氧合酶（15-LOX）氧化產生的LXA4則有助于消退急性炎癥反應[34]。
AA的LOX和CYP衍生物在DR慢性炎癥中發揮著重要作用。AA的5-LOX衍生物5-HETE在DR患者的玻璃體中增加，其通過促進視網膜的白細胞淤滯以及NF-κB的表達來參與炎癥過程[54-55]。AA的12/15-LOX衍生物12-/15-HETE的表達水平在DR患者血清中也顯著上調，并且12-HETE與1型糖尿病兒童和2型糖尿病成人患DR的風險增加呈正相關[56]。這可能與其的促炎機制有關：12-HETE通過激活Müller細胞來提高谷氨酸水平，并誘導視網膜炎癥和氧化應激[57]；15-HETE通過上調內質網應激標志物，在人視網膜內皮細胞中誘導白細胞粘附[58]。抑制12/15-LOX的活性可能是緩解DR炎癥的重要靶點。在人視網膜內皮細胞中，抑制12/15-LOX可阻斷高糖誘導的ICAM-1表達[59]；在DM小鼠中，經12/15-LOX抑制劑黃芩素治療后，視網膜中HETE、ICAM-1、VCAM-1、IL-6、ROS生成顯著降低[60]。此外，AA的CYP衍生物EETs可通過PPARγ依賴性機制阻斷NF-κB通路抑制炎癥[61]。這些結果表明AA的LOX和CYP衍生物與DR的發病相關，但其在DR炎癥通路上的作用機制尚需進一步研究。
2.2.2 LA
LA（18∶2 ω-6）是AA合成的底物。LA及其衍生物可能影響DR炎癥進程。研究發現，DM小鼠中經LA治療后，細胞因子恢復到接近正常水平[62]；另外LA衍生的13-HpODE在DR患者血清中顯著升高，但具體作用尚不明確[16]。研究報道，13-HpODE在血管平滑肌細胞中可能通過誘導NF-κB通路來促進炎癥反應，在分化腸上皮細胞中顯著誘導TNF-α和單核細胞趨化蛋白-1的表達，在人臍靜脈血管內皮細胞中，13-HpODE可誘導ICAM-1的表達，可能由此介導炎癥的開始[63]。研究表明，膳食LA攝入量和血漿LA濃度與血液中的炎癥標記物無關[35, 64-65]。這表明，LA及其衍生物在DR慢性炎癥中的作用尚不明確，需要在DM動物及細胞模型中進一步研究。
4 小結與展望
DR作為DM最嚴重的眼部并發癥，其發病機制十分復雜。炎癥已被認為是DR發病機制中的核心因素。多組學不同生物樣本中的促炎物質的增加及抗炎物質的下降也印證了炎癥在DR發病過程中的重要作用[66-67]。多樣本代謝組學的揭示了各類PUFA及其衍生物在不同階段DR中紊亂情況，結合PUFA調節炎癥的作用為DR的病理機制提供了新的理解，為DR的預防和治療提供了新的視角。但目前PUFA在DR炎癥中的多種具體機制尚未完全明確，未來仍需更多研究來揭示其作用。DR代謝組學的研究還存在一些局限性，例如，由于分析方法、種族、地區、樣本量和臨床特征的差異，許多潛在生物標記物在不同研究中無法被重復驗證；部分研究樣本量太少，結果可信度不高；代謝物水平和用藥情況相關，部分研究將非糖尿病患者納入對照組，這意味著DR組在降糖藥的使用上與對照組不同，得出的結果可能有所偏頗。這些可能是不同DR代謝組學中PUFA變化趨勢不一致的可能原因。未來的研究需要進一步探討PUFA代謝產物在DR中的具體作用機制，并通過大規模臨床試驗驗證PUFA補充對DR患者的保護效果。此外，隨著代謝組學技術的進步，并結合蛋白組學、基因組學和轉錄組學，將發現更多的PUFA代謝途徑和新型代謝產物，從多角度闡釋DR的發病機制，為DR的早期精準診斷和治療和病程監測提供更廣闊的研究空間。
糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病（DM）最常見和最嚴重的眼部并發癥[1]。根據病變嚴重程度，DR可分為增生型DR（PDR）和非PDR（NPDR）[2]。糖尿病黃斑水腫（DME）在疾病的任何階段均可出現，是DR患者視力損傷的最常見原因[3]。隨著DM患病率的不斷上升，DR患病率也在逐年攀升，導致患者生活質量下降和疾病負擔加重。DR的發病機制極其復雜，其中炎癥反應已被確認為其發展的重要環節。DM導致的代謝紊亂，如糖、脂質和氨基酸代謝的異常，進一步促進了視網膜血管損傷和神經退行性變。此外，近年來的研究表明，脂肪酸代謝，尤其是多不飽和脂肪酸（PUFA）的代謝變化，與DR的發生和發展密切相關。代謝組學是一門新興的“組學”科學，用尖端的分析化學技術和先進的計算方法來表征復雜的生化混合物，涵蓋了脂質、氨基酸、糖、生物胺和有機酸等有機化合物[4]。近年來，代謝組學研究揭示了DR患者PUFA代謝的顯著變化，并且與DR的炎癥機制密切相關。現就PUFA在DR炎癥中的研究進展作一綜述。
1 DR的發病機制
DR的發病機制復雜，至今未被完全闡明，而炎癥被認為是其關鍵因素之一[5]。在DM狀態下，糖代謝、脂質代謝、氨基酸代謝等的紊亂可通過促進炎癥，誘發視網膜血管和神經元凋亡、血管通透性增加和新生血管形成。高血糖可引發晚期糖基化終末產物（AGE）沉積、AGE受體上調、蛋白激酶C激活、己糖激酶通路和多元醇通路激活，導致視網膜慢性炎癥。早期DR中，視網膜血管內白細胞的整合素、細胞間粘附分子-1（ICAM-1）、血管細胞粘附分子-1（VCAM-1）和選擇素的表達增加，引起白細胞增多與粘滯，進而導致毛細血管內皮細胞損傷和死亡、血管通透性增加和無灌注區形成[6-7]。小膠質細胞在高血糖和慢性炎癥下被激活，并向促炎型轉化[8]，加劇血視網膜屏障（BRB）的破壞和神經血管單位的受損[9]。此外，循環中的巨噬細胞和中性粒細胞浸潤視網膜，破壞BRB，促進炎癥因子和趨化因子進入視網膜，加重組織損傷[10]。Müller細胞和星形膠質細胞在高糖環境下活化，增加促炎細胞因子的分泌，同樣加重視網膜炎癥[11]。
研究發現,除糖代謝紊亂之外，DM引發的脂肪酸代謝紊亂與DR炎癥的發生和發展同樣密切相關。脂肪酸根據所含的碳-碳雙鍵的數目可分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和PUFA。其中PUFA在維持人類健康方面有重要作用，影響著信號轉導、光感受器發育、血管生成、炎癥調節和各種離子通道的功能[12-13]。根據距羧基最遠端雙鍵的位置，PUFA可分為歐米伽-3 PUFA（ω-3 PUFA）和歐米伽-6 PUFA（ω-6 PUFA）。ω-3 PUFA包括亞麻酸（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）、ω-6 PUFA則包括亞油酸（LA）和花生四烯酸（AA）。PUFA經過環氧合酶（COX）、脂氧合酶（LOX）和細胞色素p450氧化酶（CYP）氧化后，可生成不同類別具有生物活性的產物，如前列腺素（PGs）、白三烯（LTs）、血栓素（TXs）和特異性促炎癥消退介質（SPMs）（圖1）。這些產物通過靶向轉錄因子來調節基因表達，在炎癥過程中發揮重要作用[14]。
圖1
ω-3及ω-6 PUFA的內源性代謝 ω-6 PUFA系列代謝從亞油酸開始，通過Δ6去飽和酶、脂肪酸延長酶和Δ5、Δ4去飽和酶的作用，逐步轉化為γ-亞麻酸、雙高γ-亞麻酸、花生四烯酸、二十二碳四烯酸和二十二碳五烯酸；ω-3 PUFA系列代謝，從亞麻酸開始，經過與ω-6 PUFA系列類似的酶促作用轉化為亞麻油酸、二十碳四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸。ω-3及ω-6 PUFA的代謝物經環氧合酶、脂氧合酶和細胞色素P450氧化酶的催化下生成具有不同生物活性的產物，如白三烯、血栓素和前列腺素等 PUFA：多不飽和脂肪酸；ω-3 PUFA：歐米伽-3 PUFA；ω-6 PUFA：歐米伽-6 PUFA
2 DR患者及DM動物模型PUFA代謝的變化
多種生物樣本的代謝組學研究揭示了DR中PUFA代謝的改變。血液代謝組學研究表明，DR和NPDR患者的DHA、LA和AA表達水平均顯著高于NDR患者，PDR患者的LA表達水平顯著低于NDR患者，且PDR患者的DHA和EPA表達水平明顯低于NPDR患者[15-16]。但部分研究表明，DR患者血液中的LA、ALA、AA、EPA和DHA表達水平降低，而AA的衍生物12-羥基二十碳四烯酸（12-HETE）和15-羥基二十碳四烯酸（15-HETE）表達水平升高[17]。研究表明，與NDR患者相比，NPDR組的DHA、EPA、二十二碳五烯酸和表達水平無明顯變化[18]。血液中顯著改變的PUFA及其衍生物也有望成為早期識別DR甚至預測其進展的生物標記物。如血清中13-氫過氧十八碳二烯酸（13-HpODE）以及12-HETE與2-哌啶酮的組合可有效預測DR的發生[19]。
研究發現，PDR患者玻璃體內ALA的衍生物（9S-羥基十八碳三烯酸、13S-羥基十八碳三烯酸）、LA的衍生物（13-氧代十八碳二烯酸、9-氧代十八碳二烯酸、9S-羥基十八碳二烯酸、±12(13)-環氧十八碳烯酸、±12(13)-二羥基十八碳烯酸、±9(10)-環氧十八碳烯酸、±9(10)-二羥基十八碳烯酸(9(10)-DiHOME））、EPA、AA及其衍生物如13,14-二氫PGs F2α、12S-羥基二十碳四烯酸、±14,15-二羥基二十碳三烯酸（14,15-DiHETrE）、DHA及其衍生物±19,20-環氧二十二碳五烯酸的表達水平顯著上調[20]。同時，DME患者房水中的氧化脂肪酸和PGs表達水平顯著上調，同樣支持PUFA代謝紊亂在DME發病過程中的重要性。這提示眼內玻璃體和房水的代謝組學可能反映眼內的代謝情況[21]。
研究發現，DR患者淚液中的LA衍生物9(10)-DiHOME和13-羥基十八碳二烯酸的表達水平顯著下調[22]。在糞便樣本中，DR患者的EPA表達水平減少，而參與ALA代謝的PUFA氧化衍生物（創傷酸）顯著增加[23]；PDR患者的AA代謝物HETE和LT的表達水平也顯著升高，并且以LA減少為特征之一的代謝模式會顯著增加DM患者發生PDR的風險[24]。除此之外，尸眼視網膜的脂質組學分析顯示，DR患者中央視網膜的不飽和脂肪酸的表達水平明顯低于健康對照組和DM組，但在外周視網膜中不飽和脂肪酸的表達水平則高于其余兩組[25]。
db/db小鼠腎臟、神經、視網膜和血漿代謝組學研究表明，36∶4組成的脂質在每個組織中均頻繁增加，這可能包括LA和/或棕櫚酸和AA[26]。db/db小鼠血液中DHA和LA衍生物9,10-DHOME減少，AA及其衍生物（LTsB4、15（S）-HETE、14,15-DiHETrE）和EPA顯著增加[27-28]。在氧誘導視網膜病變（OIR）小鼠模型的視網膜中，也出現了DHA、LA和AA衍生物（12-HETE）的升高[29]（表1）。
表1
各生物樣本PUFA代謝組學變化
DR各階段中PUFA代謝紊亂的存在及其重要性得到了一致的支持，這不僅有助于揭示DR的發病機制，還為早期診斷和干預提供了潛在的生物標記物和治療靶點。
3 PUFA與DR炎癥中的作用機制
DR的發病機制中，炎癥反應起著重要作用。既往大量研究表明，PUFA與炎癥密切相關。ω-3 PUFA被認為能通過多種機制抑制炎癥，包括調節炎癥細胞中基因表達，減少炎癥蛋白，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素（IL）-1β和IL-6的生成，抑制AA代謝和環氧化酶-2（COX-2）基因的表達，減少強效促炎類花生酸的產生，增加弱效促炎類花生酸和特定的抗炎介質如SPM的生成，這些介質可促進炎癥消退和促進凋亡細胞和細胞碎片的攝取和清除，并反調控促炎介質的產生[33]。
相反，ω-6 PUFA通常被認為具有促炎作用，但這一結論尚存爭議。其促炎作用是由于ω-6 PUFA衍生的AA是類花生酸合成的前體。然而，并非所有由AA衍生的類花生酸都具有促炎作用，如脂氧素A4（LXA4）具有抗炎作用[34]。另外，盡管LA是AA合成的底物，膳食中增加LA的攝入并未顯著增加炎癥風險，甚至在低LA人群中，血液中炎癥標記物的濃度較高，提示其可能具有抗炎作用[35]。
上述各類樣本的代謝組學研究結果均表明，在DR不同臨床階段中都出現了PUFA代謝的異常，這提示PUFA代謝紊亂在DR的炎癥進展中發揮著關鍵作用[15-17, 20, 30-32]。
3.1 ω-3 PUFA的抗炎作用
ω-3 PUFA主要來源于不同類型的魚、魚油及堅果等飲食。大量臨床研究表明，飲食中高攝入ω-3 PUFA的DM患者發生DR的風險較低，因此ω-3 PUFA在預防DR進展方面具有巨大的潛力[36-38]。
3.1.1 DHA
DHA（22∶6 ω-3）是視網膜中最主要的PUFA，在DR中具有抗炎作用。其作用機制如下：（1）DHA通過抑制核轉錄因子κB（NF-κB）核易位和NF-κB抑制劑的磷酸化與降解來降低黏附分子的表達，還可通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）/NF-κB通路抑制AGEs誘導的小膠質細胞活化[39]；（2）酸性鞘磷脂酶（ASM）和中性鞘磷脂酶（NSM）是炎性細胞因子信號傳導的重要早期反應物。在DR動物模型的視網膜血管系統中ASM被激活，DHA通過下調視網膜內皮細胞中細胞因子誘導的ASM和NSM表達和活性水平，從而抑制炎癥反應[40-41]；（3）DHA可減少高糖環境下的視網膜色素上皮細胞的活性氧（ROS）過量產生和TNF-α釋放，從而減輕細胞毒性[42]；（4）DHA衍生的消退素D1可通過抑制核苷酸結合寡聚化結構域樣受體3炎癥小體的激活和中性粒細胞的遷移，在DM小鼠視網膜中發揮保護作用[43]。臨床研究也支持這一點，補充高劑量DHA與葉黃素類胡蘿卜素復合維生素可進行性改善NPDR患者的黃斑功能和血清IL-6水平，在DME患者中，與玻璃體內注射雷珠單抗聯合使用高濃度DHA膳食補充劑可持續改善黃斑中心凹的厚度，并減輕血清中炎癥指標[44]。這些結果表明，DHA在DR視網膜炎癥反應的多個環節中發揮著重要的抑制作用。
3.1.2 ALA
ALA（18∶3 ω-3）通過去飽和和碳鏈延伸產生EPA和DHA，并進一步代謝為下游的小分子如類二十烷酸和SPMs[45]。在DR中，ALA發揮著保護作用。在DR小鼠模型中，ALA可通過抑制IL-6、IL-1β、TNF-α和血管內皮生長因子的產生延緩DR的發展，并且降低鏈脲佐菌素誘導的視網膜COX-2、5-脂氧合酶（5-LOX）和12-脂氧合酶（12-LOX）表達[46]。另外，ALA還被證明可以增加腦源性神經營養因子（BDNF）的水平，保護神經元免受各種炎癥和氧化應激的影響，從而防止視網膜神經元變性[47]。這些研究結果表明，ALA在抑制DR中的視網膜炎癥方面具有顯著作用。
3.1.3 EPA
EPA（20∶5 ω-3）在調控炎癥反應中同樣具有重要作用。其抗炎機制包括以下幾個方面：首先，EPA抑制單核細胞和巨噬細胞中LPS誘導的COX-2、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和IL-12的產生以及NF-κB通路的活化，增加魚油（DHA和EPA的主要來源）攝入也可減少促炎細胞因子的表達[48-49]。再者，EPA衍生的類花生酸還可拮抗AA的促炎作用，其生物活性通常比AA衍生物低得多。如EPA衍生的前列腺素D3可抑制AA衍生的前列腺素D2介導的中性粒細胞遷移，EPA衍生的LTsB5的趨化中性粒細胞效力顯著低于AA衍生的LTsB4[50-51]。在DM小鼠模型中，EPA代謝物18-HEPE上調Müller細胞中的BDNF，減輕氧化應激和炎癥對神經元的有害影響[52]。這些研究結果表明，EPA在抑制炎癥反應和保護神經元方面具有顯著的潛力。
3.2 ω-6 PUFA在炎癥中的雙重作用
在DR炎癥反應中，不同類型的ω-6 PUFA可能發揮相反的作用。
3.2.1 AA
AA（20∶4 ω-6）是多種炎癥介質合成的前體。在炎癥發生時，磷脂酶A2被激活，從細胞膜磷脂（特別是磷脂酰膽堿）的sn-2位置中切割并釋放AA。AA在COX、LOX和CYP的催化下，形成類花生酸介質，如PGs、TXs和LTs，誘導發熱、增加血管舒張和通透性、促進白細胞趨化等炎癥反應。然而，并非所有AA衍生物都是促炎的。前列腺素E2雖然通常被認為是一種促炎介質，但在人全血培養環境中，它能夠顯著抑制單核細胞內由脂多糖誘導的TNF-α和IL-1β的產生[53]。此外，AA經15-脂氧合酶（15-LOX）氧化產生的LXA4則有助于消退急性炎癥反應[34]。
AA的LOX和CYP衍生物在DR慢性炎癥中發揮著重要作用。AA的5-LOX衍生物5-HETE在DR患者的玻璃體中增加，其通過促進視網膜的白細胞淤滯以及NF-κB的表達來參與炎癥過程[54-55]。AA的12/15-LOX衍生物12-/15-HETE的表達水平在DR患者血清中也顯著上調，并且12-HETE與1型糖尿病兒童和2型糖尿病成人患DR的風險增加呈正相關[56]。這可能與其的促炎機制有關：12-HETE通過激活Müller細胞來提高谷氨酸水平，并誘導視網膜炎癥和氧化應激[57]；15-HETE通過上調內質網應激標志物，在人視網膜內皮細胞中誘導白細胞粘附[58]。抑制12/15-LOX的活性可能是緩解DR炎癥的重要靶點。在人視網膜內皮細胞中，抑制12/15-LOX可阻斷高糖誘導的ICAM-1表達[59]；在DM小鼠中，經12/15-LOX抑制劑黃芩素治療后，視網膜中HETE、ICAM-1、VCAM-1、IL-6、ROS生成顯著降低[60]。此外，AA的CYP衍生物EETs可通過PPARγ依賴性機制阻斷NF-κB通路抑制炎癥[61]。這些結果表明AA的LOX和CYP衍生物與DR的發病相關，但其在DR炎癥通路上的作用機制尚需進一步研究。
2.2.2 LA
LA（18∶2 ω-6）是AA合成的底物。LA及其衍生物可能影響DR炎癥進程。研究發現，DM小鼠中經LA治療后，細胞因子恢復到接近正常水平[62]；另外LA衍生的13-HpODE在DR患者血清中顯著升高，但具體作用尚不明確[16]。研究報道，13-HpODE在血管平滑肌細胞中可能通過誘導NF-κB通路來促進炎癥反應，在分化腸上皮細胞中顯著誘導TNF-α和單核細胞趨化蛋白-1的表達，在人臍靜脈血管內皮細胞中，13-HpODE可誘導ICAM-1的表達，可能由此介導炎癥的開始[63]。研究表明，膳食LA攝入量和血漿LA濃度與血液中的炎癥標記物無關[35, 64-65]。這表明，LA及其衍生物在DR慢性炎癥中的作用尚不明確，需要在DM動物及細胞模型中進一步研究。
4 小結與展望
DR作為DM最嚴重的眼部并發癥，其發病機制十分復雜。炎癥已被認為是DR發病機制中的核心因素。多組學不同生物樣本中的促炎物質的增加及抗炎物質的下降也印證了炎癥在DR發病過程中的重要作用[66-67]。多樣本代謝組學的揭示了各類PUFA及其衍生物在不同階段DR中紊亂情況，結合PUFA調節炎癥的作用為DR的病理機制提供了新的理解，為DR的預防和治療提供了新的視角。但目前PUFA在DR炎癥中的多種具體機制尚未完全明確，未來仍需更多研究來揭示其作用。DR代謝組學的研究還存在一些局限性，例如，由于分析方法、種族、地區、樣本量和臨床特征的差異，許多潛在生物標記物在不同研究中無法被重復驗證；部分研究樣本量太少，結果可信度不高；代謝物水平和用藥情況相關，部分研究將非糖尿病患者納入對照組，這意味著DR組在降糖藥的使用上與對照組不同，得出的結果可能有所偏頗。這些可能是不同DR代謝組學中PUFA變化趨勢不一致的可能原因。未來的研究需要進一步探討PUFA代謝產物在DR中的具體作用機制，并通過大規模臨床試驗驗證PUFA補充對DR患者的保護效果。此外，隨著代謝組學技術的進步，并結合蛋白組學、基因組學和轉錄組學，將發現更多的PUFA代謝途徑和新型代謝產物，從多角度闡釋DR的發病機制，為DR的早期精準診斷和治療和病程監測提供更廣闊的研究空間。
