二甲双胍通过抑制PDGFβ信号通路来减少甲状腺眼病中透明质酸和细胞因子的生成

《Experimental Eye Research》：Metformin inhibits PDGFβ signaling to suppress hyaluronan and cytokine production in thyroid eye disease

甲状腺眼病（TED）由PDGFβ促进的纤维化和炎症驱动，通过抑制AMPK激活PI3K-AKT-FoxO1-NF-κB通路。二甲双胍和AICAR可恢复AMPK磷酸化，减少透明质酸（HA）及IL-6、IL-8生成，抑制该通路。研究证实AMPK在TED纤维细胞中的病理作用，支持二甲双胍作为可及性治疗策略。

　　

法尔哈·侯赛因（Farha Husain）| 查基拉·C·帕特里克（Charkira C. Patrick）| 伊丽莎·罗兹托西尔（Elisa Roztocil）| 史蒂文·E·费尔登（Steven E. Feldon）| 科林·F·沃勒（Collynn F. Woeller）

美国纽约州罗切斯特市罗切斯特大学医学中心弗劳姆眼科研究所（Flaum Eye Institute, University of Rochester Medical Center, Rochester, New York, United States）

摘要

甲状腺眼病（Thyroid Eye Disease, TED）的特征是成纤维细胞驱动的炎症和细胞外基质的增生，这些因素会导致眼眶淤血和眼球突出。血小板衍生生长因子-β（Platelet-derived Growth Factor-β, PDGFβ）可促进眼眶成纤维细胞（Orbital Fibroblasts, OFs）中透明质酸（Hyaluronan, HA）的合成和细胞因子的产生；然而，代谢调节是否能够抵消这一过程尚不清楚。我们研究了二甲双胍（Metformin）——一种间接激活AMP-激活的蛋白激酶（AMP-Activated Protein Kinase, AMPK）的药物——是否能够减弱TED眼眶成纤维细胞中的PDGFβ信号通路。来自14例TED患者和4例非TED患者的原代眼眶成纤维细胞分别接受了含有或不含二甲双胍的PDGFβ处理，或者同时接受直接激活AMPK的5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸（5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide, AICAR）处理。结果表明，PDGFβ在TED眼眶成纤维细胞中引发的HA和细胞因子反应明显强于非TED眼眶成纤维细胞，并且抑制了AMPK的磷酸化。二甲双胍处理恢复了AMPK的磷酸化，减少了HA的积累（约2.3–3.1倍），并降低了IL-6和IL-8的分泌水平。AICAR也产生了类似的AMPK依赖性效应。从机制上讲，二甲双胍减弱了PDGFβ激活的磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphoinositide 3-Kinase, PI3K）-AKT-叉头框O1（Forkhead Box O1, FoxO1）-核因子κB（Nuclear Factor κB, NF-κB）信号通路，这一通路具有促炎和促进细胞存活的作用。这些数据表明PDGFβ介导的AMPK抑制是TED成纤维细胞中的致病机制，并证明AMPK的重新激活可以减少促纤维化和炎症信号。

引言

甲状腺眼病（TED）是一种自身免疫性疾病，可导致多达50%的格雷夫斯病（Graves’ Disease, GD）患者出现组织增生、炎症以及威胁视力的并发症（Bahn, 2010, 2015）。该疾病的表现反映了免疫细胞的浸润和眼眶成纤维细胞（OFs）的激活，进而导致细胞外基质的积累和脂肪生成。激活的眼眶成纤维细胞会分泌促炎细胞因子（如白细胞介素-6，IL-6和IL-8），并产生大量的糖胺聚糖——透明质酸（HA），这些因素会加重水肿、眼眶淤血和眼球突出（Guo et al., 2011; Gupta et al., 2022; Khong et al., 2016; Lehmann et al., 2008）。

TED通常通过全身使用糖皮质激素和免疫抑制药物进行治疗，以改善症状并减缓疾病进展（Wiersinga, 2017）。高剂量的糖皮质激素在活动性TED患者中约有一半的疗效，但其效果通常是暂时的，并且伴有显著的副作用。抗胰岛素样生长因子-1受体（Insulin-Like Growth Factor-1 Receptor, IGF-1R）抗体——特普罗图单抗（Teprotumumab）虽然显示出较好的治疗效果，但受到成本、获取难度、不良副作用（包括听力损失和高血糖）以及复发风险的限制（Douglas et al., 2020; Douglas et al., 2021; Shah et al., 2022; Smith et al., 2017）。这些局限性凸显了需要针对成纤维细胞致病机制的、易于获取的治疗手段。

多种受体通路共同作用于TED中眼眶成纤维细胞的激活。针对促甲状腺激素受体（Thyroid-Stimulating Hormone Receptor, TSHR）的自身抗体可刺激炎症信号传导和透明质酸的合成（Krieger et al., 2022; Taylor et al., 2020），而IGF-1R通路也会促进透明质酸的积累和脂肪生成（Kahana, 2021; Roztocil et al., 2025; Smith et al., 2012）。血小板衍生生长因子（Platelet-Derived Growth Factor, PDGF）受体信号在TED组织和眼眶成纤维细胞中也显著增强（van Steensel et al., 2012; van Steensel et al., 2010）。PDGF的不同亚型（α, β, α/β, C, D）通过PDGFRα/PDGFRβ信号通路激活磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/AKT级联反应，从而促进细胞增殖、基质生成和细胞因子释放（Patrick et al., 2024; van Steensel et al., 2012; Virakul et al., 2014）。值得注意的是，PI3K/AKT通路还受到嘌呤能P2X7受体（P2X7R）信号的影响，后者与多种眼部疾病有关，包括高血糖条件下的血视网膜屏障破坏（Platania et al., 2019），并且已被证实可以同时调节PI3K/AKT和AMP-激活的蛋白激酶（AMPK）/mTOR通路（Bian et al., 2013）。

一个尚未解决的关键问题是：PDGF信号通路如何与抑制成纤维细胞激活的细胞代谢检查点相互作用。这些检查点能够负调控炎症和纤维化过程，在TED的病理机制中起着重要作用（Hammond et al., 2021; Xu et al., 2022）。二甲双胍作为一种间接激活AMPK的药物，在治疗2型糖尿病方面有着丰富的应用经验（Wang et al., 2019），并且具有良好的安全性记录。它在自身免疫性疾病（如类风湿关节炎）中也显示出免疫调节作用（Gonzalez Moret et al., 2024; Kang et al., 2013; Son et al., 2014; Sun et al., 2020）。这些观察结果表明，药理学上的AMPK激活可能有助于抑制TED眼眶成纤维细胞中的致病性生长因子信号。然而，PDGF信号是否在TED眼眶成纤维细胞中主动抑制AMPK，以及药理学上的AMPK重新激活是否能够逆转这一效应，目前尚未得到证实。

在这里，我们提出了一个假设：PDGFβ通过抑制AMPK信号通路来促进透明质酸和细胞因子的产生，而二甲双胍则通过恢复AMPK活性来减弱PDGFβ驱动的PI3K-AKT-FoxO1-NF-κB信号通路及其下游的炎症和基质生成效应。这种以机制为核心、以成纤维细胞为中心的研究方法为二甲双胍作为TED治疗药物的重新应用提供了概念验证。

章节摘录

细胞培养和试剂

在弗劳姆眼科研究所（Flaum Eye Institute），从患有TED的患者以及没有TED病史的对照组受试者中提取并扩增了眼眶成纤维细胞（Orbital Fibroblasts, OFs），这些患者因严重的TED或非TED眼部疾病接受了眼眶减压手术。非TED样本则来自因非炎症性病变（如眼球爆裂性骨折修复）而进行的眼眶切开术。组织采集过程遵循《赫尔辛基宣言》（Declaration of Helsinki）的规定，并得到了罗切斯特大学医学院研究受试者审查委员会的批准。

TED眼眶成纤维细胞对PDGFβ的反应增强

多种生长因子和介质可以激活眼眶成纤维细胞，导致细胞增殖、透明质酸的产生和炎症反应，这些都是TED发病机制的关键因素（Draman et al., 2021; Patrick et al., 2024; Roztocil et al., 2025; Smith and Janssen, 2016）。我们研究了眼眶成纤维细胞在PDGFβ作用下的透明质酸分泌水平和炎症介质的产生情况。非TED和TED患者的眼眶成纤维细胞分别接受了25 ng/mL的PDGFβ处理72小时后，使用琼脂糖凝胶分析了其分泌的透明质酸水平。

讨论

TED的发病机制涉及复杂的病理生理过程，包括过多的透明质酸积累、炎症细胞因子的产生以及眼眶内的组织重塑（Bahn, 2015; Gupta et al., 2022）。眼眶成纤维细胞是这些过程的核心介质，但目前直接针对其致病性的治疗策略仍然有限。本研究提供了新的证据，表明PDGFβ信号通路会抑制TED眼眶成纤维细胞中的AMPK活性，从而促进病理性的透明质酸合成和炎症细胞因子的产生。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

作者贡献声明

史蒂文·E·费尔登（Steven E. Feldon）：负责写作、审稿与编辑、资源管理、数据整理及概念构思。科林·沃勒（Collynn Woeller）：负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、研究监督、资源协调、方法学设计、资金申请、数据分析及概念构思。查基拉·帕特里克（Charkira Patrick）：负责数据整理。伊丽莎·罗兹托西尔（Elisa Roztocil）：负责数据整理。法尔哈·侯赛因（Farha Husain）：负责初稿撰写、方法学设计、研究实施及数据整理。

数据可用性

本研究生成或分析的所有数据均包含在发表的文章及其补充材料中。如需额外原始数据，可向相应作者提出合理请求。

资金支持

本研究得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的EY031398项目以及“Research to Prevent Blindness”组织的无限制资助。

利益冲突

无

资助信息

本项工作得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的EY031398项目以及“Research to Prevent Blindness”组织的无限制资助。资助方未参与研究设计、数据收集、数据分析、手稿撰写或文章发表的决定。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：科林·沃勒（Collynn Woeller）表示获得了美国国立卫生研究院的财务支持；同时与ACELYRIN公司存在咨询或顾问关系。如果还有其他作者，他们也声明没有已知的财务利益冲突。