糖尿病视网膜病变视网膜无灌注代谢定量的临床意义

科学报告|(2022) 12:9342| https://doi.org/10.1038/s41598-022-13439-z1 打开代谢的临床意义糖尿病视网膜病变中视网膜无灌注的量化Areum Jeong1,2, Xue Yao1,2, Jano van Hemert3 & Min Sagong1,2糖尿病视网膜病变 (DR) 的特征是微血管变化，包括缺血。各种视网膜细胞在缺血时发生降解和代谢变化。含有更多细胞的缺血区会导致更大的代谢障碍。我们分析了非灌注区（NPR）通过将组织学绘图与超宽视野荧光血管造影 (UWF FA) 图像相结合。我们还研究了加权缺血指数 (ISI) 的相关性，考虑了视网膜细胞与细胞因子、黄斑水肿 (ME) 和新生血管 (NV) 的区域分布。在这项研究中，包括 32 名初治 DR 患者和 21 名年龄匹配的对照参与者。有渗漏的 NPR 的非加权和加权 ISI 之间的差异在后部区域最大。 NPR 渗漏加权 ISI 与 MCP-1、IL-8、IL-6、PlGF 和 VEGF-A 水平相关，而 NPR 渗漏非加权 ISI 与 IL-8 和 IL-6 相关水平。 DR 患者基线 ME 或 NV 的存在与加权 ISI 相关，当对锥体和杆进行加权时，相关性更强。反映代谢活动和细胞分布的加权 ISI 与临床特征和在泄漏的 NPR 中比以前的研究常规使用的非加权 ISI 更有价值。糖尿病视网膜病变 (DR) 是工作年龄人群可预防视力障碍的主要原因1. DR 以微血管病变为特征，例如毛细血管基底膜增厚、周细胞丢失、毛细血管闭塞和无细胞2.这些缺血性变化在糖尿病性黄斑水肿 (DME) 和新血管形成 (NV) 的发展中具有重要作用，促进各种细胞因子如血管内皮生长因子 (VEGF) 的产生3.几项使用超宽视野 (UWF) 荧光素血管造影 (FA) 的研究表明，非灌注区 (NPR) 与糖尿病性黄斑水肿 (DME) 和新生血管 (NV) 的存在有关4.然而，它们之间并没有线性相关。缺血性损伤导致累积的视网膜细胞损失和功能障碍，以及随之而来的细胞水平代谢的改变。几项使用视网膜电图 (ERG) 和免疫组织学的研究显示视网膜结构被破坏，包括神经节细胞、无长突细胞，甚至缺血状态下的感光细胞11.已知光感受器在新陈代谢中发挥重要作用，有助于代谢稳态和视网膜活力。此外，光感受器代谢的改变通过控制血管生成和炎症因子来调节病理性血管生成14.先前的研究表明，随着 DR 严重程度的增加，深度毛细血管丛丢失在眼睛中更为突出，并且与光感受器完整性相关，例如作为椭球区和外部限制膜完整性15.UWF 应用程序和软件的最新进展提供了可靠和准确的量化。并且已经有可能将 UWF 图像与组织学研究提供的光感受器和神经节细胞的地形图相结合16.通过这种方法，不仅可以考虑缺血区域，还可以考虑反映代谢活动的视网膜细胞分布。因此，我们通过将组织学映射与 DR 中的 UWF FA 图像相结合来分析视网膜缺血区域。我们还研究了加权指数的相关性，考虑到视网膜细胞与各种细胞因子、ME 和 NV 的区域分布。1 岭南大学医学院眼科， #170 Hyunchungro, Nam-gu, Daegu 42415, South Korea。 2 韩国大邱，岭南大学医院，岭南眼科中心。 3Optos PLC，英国邓弗姆林。邮箱：msagong@yu.ac.kr 科学报告|(2022) 12:9342 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-13439-z2人口特征博士（n = 32）对照（n = 21）p价值年龄，岁数；平均值±标准差63.6 ± 10.264.3 ± 7.90.860*性别，n (%)0.783†男性13 (40.6)8 (38.1)女性19 (59.4)13 (61.9)DR 严重程度，n (%)轻度 NPDR0中度 NPDR0严重的 NPDR9 (28.1)人民民主共和国23 (71.9)糖尿病病程，年；平均值±标准差7.8 ± 6.2等效球面屈光度；平均值±标准差– 0.07 ± 0.91– 0.32 ± 0.930.087*BCVA，logMAR；平均值±标准差0.56 ± 0.320.35 ± 0.370.025*CMT，微米；平均值±标准差447.3 ± 135.2263.9 ± 13.6< 0.001*我的存在27 (84.4)NV的存在23 (71.9)使用 UWF FA 进行基线测量；平均值±标准差非加权 ISI0.49 ± 0.20加权 ISI0.41 ± 0.17基线细胞因子水平，pg/mL；平均值±标准差Ang-1122.91 ± 437.2135.08 ± 36.590.041*Ang-2412.21 ± 1417.9827.53 ± 36.880.029*MCP-1942.49 ± 1080.65646.55 ± 247.830.002*IL-856.70 ± 158.7712.05 ± 10.23< 0.001*IL-650.21 ± 167.233.98 ± 5.74< 0.001PDGF-AA61.62 ± 183.8924.94 ± 7.920.186生长因子32.95 ± 120.270.71 ± 0.500.012*血管内皮生长因子-A244.41 ± 323.8257.64 ± 22.48< 0.001*表格1。患者特征、人口统计学、临床特征和细胞因子水平。 BCVA 最佳矫正视力、DR 糖尿病视网膜病变、CMT 中央黄斑厚度、ISI 缺血指数、logMAR 最小分辨率角的对数、ME 黄斑水肿、NPDR 非增殖性糖尿病视网膜病变、NV 新生血管、PDR 增殖性糖尿病视网膜病变、SD 标准偏差，*Mann-Whitney U 检验。†卡方检验。结果人口特征。该研究包括 32 只患有严重非增殖性 DR（9 眼）或增殖性 DR（23 眼）的眼。所有 DR 患者均患有 2 型糖尿病，平均糖尿病病程为7.8 ± 6.2 年。平均年龄为 63.6 ± 10.2 岁，13 名患者 (40.6%) 为男性。平均 BCVA 为0.56 ± 0.32 logMAR，平均球面等效值为 - 0.07 ± 0.91 屈光度，平均 CMT 为 447.3 ± 135.2 μm。在 27 只眼（84.4%）中观察到 ME，在 23 只眼（71.9%）中发现 NV。 21 名对照组（38.1% 男性）的平均年龄为 64.3 ± 7.9 岁，平均球面等效值为 - 0.32 ± 0.93 屈光度，平均 CMT 为263.9 ± 13.6 微米。两组在年龄、性别或等效球体方面没有显着差异（表 1）。DR 患者的 Ang-1 (p = 0.041)、Ang-2 (p = 0.029)、MCP-1 (p = 0.002)、IL-8 (p < 0.001)、IL-6 (p < 0.001)、PlGF (p = 0.012) 和 VEGF-A (p < 0.001) 高于对照组。 PDGF-AA 水平在两组之间没有统计学差异（p = 0.186）。 （表格1）。NPR 加权和非加权 ISI 的分布与视网膜区域之间的渗漏。对于整个视网膜，平均非加权 ISI 为 0.49 ± 0.20，加权 ISI 为 0.41 ± 0.17。特定区域内非加权 ISI 的平均值如下：后验，0.43 ± 0.10；中外围，0.51±0.08；和远外围，0.42 ± 0.06。特定区域内加权 ISI 的平均值如下：后验，0.31 ± 0.05；中外围，0.41 ± 0.06；和远外围，0.38 ± 0.04。非加权 ISI 和加权 ISI 之间的差异在后部区域最大 (p = 0.001)。当根据细胞类型进行分析时，不同视网膜区域的锥加权指数和视杆加权指数有显着差异（p < 0.001），而神经节细胞加权 ISI 没有差异（图 1）。加权和非加权 ISI 与 BCVA、CMT 和细胞因子水平的相关性。泄漏的 NPR 的非加权 ISI 与 IL-8 (r = 0.284, p = 0.041) 和 IL-6 (r = 0.218, p = 0.039) 的水平相关。 NPR 与泄漏的加权 ISI 与 CMT 相关 (r = 0.485, p = 0.040) 和 科学报告|(2022) 12:9342 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-13439-z3图1。非灌注区 (NPR) 加权和非加权缺血指数 (ISI) 与视网膜区渗漏的分布。MCP-1 (r = 0.456, p = 0.034)、IL-8 (r = 0.448, p = 0.010)、IL-6 (r = 0.336, p = 0.018)、PlGF (r = 0.481,p = 0.012）和 VEGF-A（r = 0.574，p = 0.010）。在细胞类型分析中，渗漏的 NPR 的锥形加权 ISI 和棒加权 ISI 与 BCVA、CMT 以及 MCP-1、IL-8、IL-6、PlGF 和 VEGF-A 的水平相关。图 2）。然而，NPR 的神经节细胞加权 ISI 与泄漏与任何其他变量无关。无泄漏的 NPR 的非加权 ISI 与 BCVA、CMT 或任何细胞因子水平无关。没有泄漏的 NPR 的加权 ISI 与 IL-8 (r = 0.282, p = 0.038) 和 IL-6 (r = 0.273, p = 0.020) 的水平相关。在按细胞类型分析中，无渗漏的 NPR 的神经节细胞加权 ISI 与其他变量之间没有相关性，而无渗漏的 NPR 的锥加权 ISI 和杆加权 ISI 与 IL-8 和 IL 水平相关-6（表 2）。基线特征与 NPR 的加权和非加权 ISI 与泄漏的关联。在多元线性回归分析中，基线时的 ME 与 NPR 泄漏的加权 ISI 相关（差异，3.80，p = 0.045），并且与 NPR 的锥形加权 ISI 与泄漏呈正相关（差异，3.64，p = 0.036）和有泄漏的 NPR 的杆加权 ISI（差异，4.19，p = 0.029）。基线 NV 与 NPR 的加权 ISI 与泄漏（差异，8.70，p = 0.044）有很强的相关性，并且与 NPR 的锥加权 ISI 与泄漏（差异，10.48，p = 0.035）和棒呈正相关NPR 的加权 ISI 与泄漏（差异，14.82，p = 0.012）（表 3）。讨论本研究开发了将感光器和神经节细胞密度映射到 UWF FA 图像上的拓扑组织学映射。这种新方法允许测量与整个视网膜的代谢活动相关的像素的细胞计数。视网膜缺血通过神经胶质细胞活化和免疫调节细胞因子释放导致神经元细胞（包括感光细胞和神经节细胞）功能障碍和死亡19.此外，各种视网膜细胞（如 Müller 细胞、淋巴结、内皮细胞和周细胞）在缺血条件下诱导促血管生成因子过度表达22.在这方面，推测包含更多细胞的区域将导致更大的代谢障碍，从而在缺血条件下产生更大的临床影响。光感受器和神经节细胞的分布随离心率而变化。约 50% 的锥体位于中心凹 18° 范围内，约 50% 的总神经节细胞位于中心凹 13° 范围内23.此外，在 1.25°（直径 350 μm）范围内的中央小凹没有杆状物。杆状密度从中央凹向上上升最快，鼻侧上升最慢，在距中央凹中心 20° 处最高17.由于视锥细胞和视杆细胞的数量比图像像素多得多且分布不均匀，无论视网膜区域或细胞类型如何，反映区域代谢活动差异的加权 ISI 可能低于非加权 ISI。在这项研究中，非加权和加权 ISI 之间的差异在后部区域最大。这一结果表明，后极的非加权 ISI 可能被高估，这可能导致分析与临床特征的关联受到限制。因此，可能会有很大的 科学报告|(2022) 12:9342 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-13439-z4图 2。N