摘要：糖尿病(Diabetesmellitus,DM)是我国乃至世界高发的一类代谢紊乱性疾病，随着人们生活饮食的改变以及缺乏运动等原因，糖尿病的发病率正在急速地增加。

糖尿病(Diabetesmellitus,DM)是我国乃至世界高发的一类代谢紊乱性疾病，随着人们生活饮食的改变以及缺乏运动等原因，糖尿病的发病率正在急速地增加。

2017年有4.51亿人患有糖尿病，研究报道至2045年，糖尿病患病人群将会增加至6.39亿。

长期的高血糖状态及血糖控制的不稳定将导致多个组织脏器功能受损，如眼、肾、心脏等。

其中糖尿病视网膜病变(Diabeticretinopathy,DR)是糖尿病危害最常见且严重的并发症之一，对患者的生活质量产生较大的负面影响。

DR可导致视力下降，严重时甚至失明，极大程度地降低了患者的生活质量，给患者及家庭、社会和国家带来了巨大的经济负担。

目前临床上DR所采用的治疗策略，主要采用抗炎、抗新生血管形成的药物，但是这些药物玻璃体注射常引发白内障，眼压升高等副作用，因此寻找一种新型有效的方法用于预防和治疗DR迫在眉睫，DR的发病机制是复杂和多元素的，其共同起点为高血糖。

长期的高血糖状态从而导致视网膜微血管系统损伤、细胞凋亡、多元醇代谢异常、蛋白酶糖基化、脂质氧化及自由基作用、DG-PKC系统的激活及细胞因子等多因素的协同效应从而导致DR的发生与发展。

目前，有大量的研究发现高血糖诱导血管内皮细胞发生生物化学改变，产生自由基增多，血管内皮细胞在高糖环境的刺激下产生大量的活性氧(ROS)，从而使血管内皮细胞和周细胞等堆积大量ROS从而发生氧化应激反应。

此外，高血糖诱导产生大量的ROS会导致发生局部的炎症反应、线粒体功能发生障碍、微血管的血管功能障碍和细胞死亡及凋亡。

此外，ROS在细胞内的大量累积也会损害细胞膜的完整性，从而导致血管损伤以及屏障功能被损伤，促进内皮细胞迁移最终会导致DR的发生与发展。

纳米技术是一种研究0.1nm至100nm范围内材料性能和应用的技术，纳米技术作为一门快速发展的新兴学科，广泛应用于电子、生物材料能源、环境科学、化学、医学等多个方面。

纳米粒子的主要优点包括直径小，通过细胞的穿透性高，生物相容性好，且其具有良好的物理性质，有利于观察处理后的效果。

越来越多的纳米粒子被研究并应用于多种疾病的临床治疗，为许多问题提供了解决方案。

目前，纳米医学和生物工程领域的研究人员已经开发出具有独特ROS清除能力的纳米级抗氧化剂（即纳米抗氧化剂），已成功治疗ROS相关疾病，如：神经退行性疾病，类风湿关节炎，急性肾损伤，动脉粥样硬化等。

纳米级抗氧化剂在医学上的应用为各种疾病的诊疗带来了新的前景。在所有的纳米抗氧化剂中，二氧化铈纳米粒子作为ROS清除剂，已被广泛研究，并已经研究了其清除ROS的详细机制。

二氧化铈纳米粒子清除ROS的主要原理为铈有两种价态，首先形成稳定的Ce4+，晶体结构中-2价氧阴离子极易脱落，从而出现氧空位缺陷，导致正负电荷不平衡，为了达到平衡状态，晶体表面部分带正电荷的Ce4+会转变为Ce3+。

由于Ce3+不稳定，当遇到氧化剂时会重新转化为Ce4+。

其中，二氧化铈纳米粒子在医学领域的应用主要是利用二氧化铈的特殊性质对纳米粒子表面进行改性，形成靶向、释放可控、易于检测的转运载体，为治疗机体局部病变提供新方法，为药物开发开辟新方向。

由于二氧化铈纳米粒子具有抗氧化活性，能清除自由基的作用，且药物毒性小等特性，探究其在预防及治疗DR中的作用具有重要意义。

目前，有研究表明二氧化铈纳米粒子在各种疾病模型中发挥出ROS清除剂的潜力。

使用共聚焦显微镜检测出二氧化铈纳米粒子能在各种细胞系中定位至线粒体，且有效地清除线粒体ROS。

有研究采用流式细胞术检测高糖组ROS水平的变化，结果发现二氧化铈纳米粒子可抑制高糖处理的HRCECs中ROS的水平。

其可能与二氧化铈独特的结构相关，铈以混合价态存在（Ce3+和Ce4+），作为氧化物，由于这些状态之间的氧化还原电位相对较低，因此二氧化铈纳米粒子在释放和吸收氧气时具有自我再生的氧化还原特性。

从二氧化铈纳米颗粒的晶体结构来看，铈离子大多以Ce4+的价态存在；然而，纳米粒子粒径的减小会导致颗粒表面出现氧空位，从而出现Ce3+共存。

此外，通过使用小于4nm的超小纳米粒子，可以进一步增强二氧化铈纳米粒子的催化性能。

有研究表明二氧化铈纳米粒子在氧化态和清除自由基之间切换的能力可与生物抗氧化剂相媲美。

最近有报道称，二氧化铈纳米粒子可以长时间保持活性，保护细胞免受过量ROS产生的有害影响，表现出超氧化物歧化酶模拟活性和过氧化氢酶模拟活性从而保护细胞免受两种主要ROS即超氧化物和过氧化氢的侵害。

此外，有研究发现，二氧化铈纳米粒子对ROS具有间接影响，如调节SOD2、谷胱甘肽等天然抗氧化酶浓度，且影响如HIF-1α等与细胞氧代谢相关蛋白质的表达。

有大量的研究结果发现HRCECs细胞长期处于高血糖状态会抑制细胞活力和增殖。

此外，高葡萄糖会降低暴露于高糖环境下大鼠视网膜内皮细胞的活力。

这与我们的结论相一致，MTT、CCK-8、细胞克隆等实验发现相比于正常糖组，高葡萄糖抑制HRCECs细胞的增殖，这可能是由于HRCECs细胞长期处于缺氧和慢性高血糖环境而受到损伤。

流式细胞术显示高糖组HRCECs细胞阻滞于S期和G2期。

这些结果揭示了高糖的危害，高糖可造成细胞损伤并且会抑制细胞的增殖，这可能与自由基使膜脂质发生氧化，导致膜通透性增强，膜蛋白及细胞内的酶和核酸受损有关。

氧化应激可引起微血管功能障碍、屏障损伤并导致视网膜微血管病变，在糖尿病动物模型中发现氧化应激损伤会诱导周细胞发生凋亡、内皮细胞功能发生紊乱、诱导新生血管形成，从而导致DR的发生与发展。

在我们目前的研究中，HE染色结果显示，糖尿病大鼠视网膜结构紊乱疏松，然而二氧化铈纳米粒子可改善这一变化。

PAS染色结果提示，糖尿病组大鼠视网膜血管迂曲致密不规则，出现较多无细胞新生血管，二氧化铈纳米粒子处理后可明显减轻这种变化。

此外，体外血管生成实验及Westernblot检测发现高糖可促进细胞血管生成能力且促进血管生成相关蛋白Ang2的表达水平升高，然而二氧化铈纳米粒子可通过抑制ROS水平来逆转这种改变，这与我们的体内实验保持一致。

根据之前的研究表明，在糖尿病状态下，视网膜缺血缺氧会诱导大量产生ROS，这样会导致眼内组织可以通过自分泌以及旁分泌的方式，从而产生大量VEGF。

VEGF可以与内皮细胞上的VEGFR结合，导致细胞内的酪氨酸发生磷酸化，从而诱导细胞合成及释放胶原酶，从而激活内皮细胞血管生成相关基因，从而导致眼内新生血管的形成，继而参与DR的发生与发展。

即ROS升高会促进视网膜新生血管形成，然而应用抗氧化剂二氧化铈纳米粒子可以抑制ROS诱导的视网膜新生血管形成。

大量的文献表明高糖促进ROS水平升高从而促进DR的发生与发展，此外，抑制ROS的生成可抑制细胞凋亡水平。

这与我们的实验结果相一致，流式细胞术检测细胞凋亡结果显示高糖组处理的HRCECs细胞凋亡率明显升高，但经二氧化铈纳米粒子处理后的细胞凋亡水平明显降低，这可能与二氧化铈纳米粒子抑制细胞内ROS的水平相关。

有研究表明在DR中，ROS的过度产生会使得线粒体膜通透性发生改变甚至于造成整个细胞损伤，且大量ROS产生和积累可能触发了细胞内ROS/PINK1/Parkin信号通路诱导细胞凋亡。

有文献表明，高糖刺激细胞时可激活细胞内的线粒体途径。

在线粒体中，激活的促凋亡因子Bax与抗凋亡因子Bcl-2相互配合，并在线粒体外膜上形成通道，从而使增加膜通透性，释放细胞色素C(CytochromeC,CytC)和其他凋亡相关通路蛋白。

此外，Caspase3可特定切割细胞内蛋白中天冬氨酸残基，从而诱导细胞凋亡。

这与我们的Westernblot结果相一致。Westernblot检测发现高糖促进细胞内Bax/Bcl-2及Cleaved-Caspase3的蛋白表达水平升高，然而经二氧化铈纳米粒子处理后其蛋白表达水平降低。

视网膜作为含氧量较高的组织，富含线粒体，容易受到自由基的攻击。

线粒体膜电位是由线粒体内膜两侧质子和其他粒子浓度不对称分布所形成的，其稳定性是线粒体甚至影响整个细胞发挥正常生理功能的基本保证，近年来，当细胞发生凋亡时伴随着线粒体膜电位的下降。

我们的研究发现高糖处理后的细胞线粒体膜电位明显降低，而二氧化铈纳米粒子则能缓解这一趋势。

推测二氧化铈纳米粒子通过抑制细胞内ROS水平从而保护细胞线粒体，使HRCECs细胞凋亡水平减少。

二氧化铈纳米粒子通过抑制高糖处理后HRCECs细胞中ROS的水平来促进细胞的增殖，抑制细胞凋亡及维持线粒体膜电位的稳定。

因此，二氧化铈纳米粒子可能成为一种治疗糖尿病视网膜病变的新型药物。

来源：Mr刘聊健康