研究人员解密：为什么低血糖发作会使糖尿病患者的眼部疾病恶化？

经历低血糖时期的糖尿病患者 - 这在血糖管理新手中很常见 - 更有可能患有恶化的糖尿病眼病。现在，约翰霍普金斯医学院的研究人员表示，他们已经将如此低的血糖水平与眼睛中缺氧细胞中开启的分子途径联系起来。

这项研究涉及人类和小鼠的眼细胞和在实验室中低糖（低葡萄糖）环境中生长的完整视网膜，以及低葡萄糖水平的小鼠，发表在一月份的Cell Reports上。

“低血糖的暂时发作每天在胰岛素依赖型糖尿病患者中发生一次或两次，并且经常在新诊断出患有这种疾病的人中发生，”约翰霍普金斯大学威尔默眼科研究所的Branna和Irving Sisenwein眼科教授Akrit Sodhi博士说。

非胰岛素依赖型糖尿病患者的睡眠期间也可能出现低血糖水平。“我们的研究结果表明，这些周期性的低血糖水平导致某些视网膜细胞蛋白的增加，导致血管过度生长和糖尿病眼病恶化，”Sodhi补充道。

糖尿病患者的眼病是美国最可预防的失明原因之一糖尿病视网膜病变发生在多达三分之一的糖尿病患者中，其特征是视网膜中异常血管过度生长。

Sodhi说，目前的研究表明，患有糖尿病视网膜病变的人可能特别容易受到低血糖时期的影响，保持血糖水平稳定应该是血糖控制的重要组成部分。

在这项研究中，研究人员分析了人类和小鼠视网膜细胞中的蛋白质水平，以及在实验室中低血糖环境中生长的完整视网膜，以及偶尔低血糖的小鼠。

研究人员发现，人类和小鼠视网膜细胞中的低葡萄糖水平会引起一连串的分子变化，从而导致血管过度生长。首先，研究人员发现低葡萄糖导致视网膜细胞分解葡萄糖以获取能量的能力下降。

当研究人员专门研究所谓的Müller神经胶质细胞时，它们是视网膜神经元的支持细胞，主要依靠葡萄糖产生能量，他们发现这些细胞增加了GLUT1基因的表达，该基因产生一种将葡萄糖转运到细胞中的蛋白质。

研究人员发现，为了响应低葡萄糖，细胞增加了转录因子的水平，称为缺氧诱导因子（HIF）-1α。这开启了细胞机制 - 包括GLUT1 - 需要提高它们利用可用葡萄糖的能力，保留视网膜神经元可用于能量生产的有限氧气。

然而，在低氧环境中，就像糖尿病眼病患者的视网膜一样，这种对低血糖的正常生理反应触发了HIF-1α蛋白涌入细胞核，细胞的控制中心。

这导致VEGF和ANGPTL4等蛋白质的产生增加，这些蛋白质导致异常，渗漏血管的生长 - 这是糖尿病眼病患者视力丧失的罪魁祸首。

研究人员计划研究糖尿病患者的低血糖水平是否会影响其他器官（如肾脏和大脑）的类似分子途径。

Sodhi说，HIF-1α途径可以作为开发糖尿病眼病新疗法的有效靶标。

• 图1 低糖培养的视网膜Müller胶质细胞中HIF-1依赖性有氧糖酵解
• （甲和乙）在正常（5mM）或低葡萄糖（2mM）培养的视网膜外植体中分别0，2，4和8小时（每个时间点n = 3只小鼠）的NAD / NADH（A）和乳酸浓度（B）的变化。+
  （C–F）在含有 1 或 3 mM 葡萄糖且低于 4% O 的培养基中培养的视网膜外植体中的 Glut5 （C）、Glut5（D）、Glut2 （E） 和Glut20（F） mRNA 表达2随着时间的推移。亲环素A用作内部对照。
  （G）在含有5或2mM葡萄糖的培养基中培养24小时后，视网膜外植体中的GFAP（红色）表达。
  （H）在含有1或5mM葡萄糖的培养基中培养2小时的视网膜外植体中的Müller神经胶质细胞中的GLUT24（红色）和GS（绿色）共表达。
  （I）MIO-M1细胞中的GLUT1表达。
  （J 和 K）随着时间的推移，在含有 1 或 3 mM 葡萄糖的培养基中培养的 MIO-M1 细胞中的Glut5（J） 和Glut2（K） mRNA 表达。β-肌动蛋白被用作内部对照。
  （L和M）源自hiPSC的D120 3D视网膜类器官的明场（L）和H&E染色（M）。
  （N）Müller神经胶质细胞（表达CRALBP，绿色）和视网膜外光感受器（表达恢复蛋白，红色），神经母细胞层内的有丝分裂视网膜祖细胞（表达低水平Pax6，绿色）和无粘细胞（表达高水平的Pax6，绿色）的免疫荧光染色。
  （O） 在 1 和 120 mM 葡萄糖和 3% O 中培养的 D5 2D 视网膜类器官中的 GLUT20（绿色）和 Müller 神经胶质细胞标志物 CRALBP（红色）表达24小时
  （P 和 Q）Hif1a杂合子小鼠视网膜外植体中的Glut3（P）和Glut1（Q）mRNA水平（Hif1a+/−）或它们的野生型同窝控制（Hif1a重量）在含有5或2mM葡萄糖的培养基中培养24小时。
  （R）来自Hif1a的视网膜外植体中的NAD / NADH++/−或Hif1a重量在含有5或2mM葡萄糖的培养基中培养，低于20%O20，2和4小时（每个时间点n = 9只小鼠）。GLUT1，葡萄糖转运蛋白1;GFAP，神经胶质纤维酸性蛋白;GS，谷氨酸合成酶;DAPI，二脒基-2-苯基吲哚;D120 = 培养120天;CRALBP，细胞视黄醛结合蛋白;建议，恢复;Pax6，成对的盒子6;D-葡萄糖，D-葡萄糖;GCL，神经节细胞层;IPL，内层丛状层;INL，内核层;OPL，外层丛状层;ONL，外核层。IS/OS，感光器的内段/外段。比例尺，50 μm。给出的值是三个独立实验的SD平均值±。∗p < 0.05;∗∗p < 0.01;∗∗∗p < 0.001;NS，不重要。