程思敏,楊燕寧

0 引言

角膜是透明、無血管、神經(jīng)密集的重要屈光結(jié)構(gòu),分為上皮層、前彈力層、基質(zhì)層、后彈力層、內(nèi)皮層,其中基質(zhì)層對角膜透明度的維持具有重要作用[1]。外傷、感染、手術(shù)、遺傳和全身疾病等因素導(dǎo)致基質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,輕度損傷后出現(xiàn)角膜混濁通過基質(zhì)修復(fù)可減退,嚴(yán)重?fù)p傷后發(fā)生角膜基質(zhì)纖維化,形成角膜瘢痕會降低角膜透明度,影響視力[2-3]。角膜混濁或角膜瘢痕引起的視力障礙是全球致盲的主要原因,影響超過1 000萬人[4]。目前,臨床上角膜移植手術(shù)是角膜瘢痕患者恢復(fù)角膜功能和視力的主要治療手段,但其效果因角膜供體資源短缺、手術(shù)技巧要求和術(shù)后移植排斥風(fēng)險存在限制[5]。角膜基質(zhì)占角膜厚度的90%,由基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)組成[6]。角膜基質(zhì)細(xì)胞可分泌膠原蛋白、蛋白多糖和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)等,具有合成、組裝ECM和防御的功能[7]。ECM由蛋白聚糖和膠原纖維組成,具有維持角膜形狀、硬度和透明度的功能。蛋白聚糖調(diào)節(jié)膠原纖維形成和排列,膠原纖維規(guī)則排列產(chǎn)生最小的光散射從而維持透明度[8]。角膜基質(zhì)細(xì)胞及ECM結(jié)構(gòu)和功能正常是維持角膜透明度的必要條件。因此,深入研究角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的機(jī)制對于維持角膜透明度具有重要意義,本文就角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的機(jī)制及其調(diào)控因素進(jìn)行綜述。

1 角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的機(jī)制

角膜基質(zhì)修復(fù)是一個復(fù)雜而有序的過程,涉及細(xì)胞凋亡、增殖、分化和遷移,細(xì)胞因子分泌和分子信號傳導(dǎo)等相互作用。角膜基質(zhì)受損后,生長因子激活角膜肌成纖維細(xì)胞(corneal myofibroblast, CMF)形成,ECM與膠原蛋白相互作用促進(jìn)基質(zhì)重塑,免疫細(xì)胞遷移至損失部位驅(qū)動角膜基質(zhì)修復(fù)[1]。嚴(yán)重角膜損傷后,角膜上皮基底膜(epithelial basement membrane, EBM)不完全再生,肌成纖維細(xì)胞持續(xù)存在引起基質(zhì)纖維化,角膜透明度下降[9]。

1.1 角膜基質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變上皮-基質(zhì)、基質(zhì)-基質(zhì)的相互作用促進(jìn)基質(zhì)細(xì)胞表型改變,對基質(zhì)傷口愈合發(fā)揮關(guān)鍵作用?；|(zhì)細(xì)胞凋亡是基質(zhì)修復(fù)的始動環(huán)節(jié)。受損的角膜上皮細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素1(interleukin 1, IL-1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β, TGF-β)等細(xì)胞因子進(jìn)入角膜基質(zhì)[1]。損傷區(qū)IL-1水平升高,激活Fas/Fas配體系統(tǒng)引起基質(zhì)細(xì)胞迅速凋亡,鄰近基質(zhì)細(xì)胞增殖、遷移并填補(bǔ)傷口[10]?；|(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)志基質(zhì)進(jìn)入修復(fù)階段。TGF-β、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)刺激基質(zhì)細(xì)胞活化形成成纖維細(xì)胞,并向受損區(qū)遷移、取代凋亡細(xì)胞和分泌MMP和膠原蛋白酶參與ECM合成和降解,細(xì)胞內(nèi)角膜晶狀體蛋白和硫酸角質(zhì)素蛋白聚糖表達(dá)降低從而引起角膜混濁[11]。角膜成纖維細(xì)胞分化為CMF是基質(zhì)重塑的關(guān)鍵途徑。TGF-β刺激成纖維細(xì)胞分化形成CMF,特異性表達(dá)平滑肌肌動蛋白α(alpha-smooth muscle actin, α-SMA),收縮傷口、分泌ECM、使周圍基質(zhì)具有黏附能力[12]。CMF大部分來源于成纖維細(xì)胞,部分由巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等骨髓衍生細(xì)胞(bone marrow derived cells, BMDC)發(fā)育而來,IL-1和TNF-α刺激BMDC從角膜緣血管進(jìn)入角膜基質(zhì),TGF-β誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)化為CMF[13]。隨著角膜EBM再生,上皮細(xì)胞分泌的TGF-β進(jìn)入基質(zhì)減少,CMF凋亡,基質(zhì)完成修復(fù)和再生[14]。當(dāng)CMF過度發(fā)育,分泌大量無序的ECM沉積在基質(zhì)中,基質(zhì)纖維化形成角膜瘢痕[15]。

1.2ECM重塑ECM重塑是恢復(fù)角膜透明度的重要過程。角膜基質(zhì)細(xì)胞凋亡、炎癥因子和纖維化因子分泌(IL-1、TNF-α、單核細(xì)胞趨化因子1)、非基質(zhì)成分的細(xì)胞暫時出現(xiàn)(中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、CMF)和細(xì)胞活化產(chǎn)生ECM降解酶等共同參與ECM重塑[16]。角膜基質(zhì)損傷后,成纖維細(xì)胞分泌膠原蛋白酶,參與ECM降解;CMF分泌纖維黏連蛋白、蛋白聚糖和透明質(zhì)酸組成臨時基質(zhì),參與ECM合成和組裝[1]。同時,蛋白聚糖調(diào)節(jié)膠原纖維生長并促進(jìn)ECM組裝[17]。此外,ECM合成和組裝過程中可形成異常蛋白質(zhì),如Ⅲ、Ⅷ、XⅣ和XⅧ型膠原蛋白、Ⅳ型膠原蛋白角膜緣亞型、胚胎纖連蛋白亞型、血小板反應(yīng)蛋白1、肌腱蛋白C和原纖維蛋白1等,這些蛋白在正常成人角膜基質(zhì)中很少或基本不存在[16,18]。嚴(yán)重?fù)p傷后,由于ECM蛋白代謝和更新緩慢,異常蛋白長期沉積在基質(zhì)中,形成角膜瘢痕、降低角膜透明度從而影響視力[19]。

1.3 免疫細(xì)胞遷移免疫細(xì)胞的遷移參與角膜基質(zhì)修復(fù)。中性粒細(xì)胞是免疫反應(yīng)發(fā)生的效應(yīng)細(xì)胞,肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、γδT淋巴細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞等免疫細(xì)胞發(fā)揮固有免疫的作用[20]。上皮細(xì)胞釋放細(xì)胞因子激活樹突狀細(xì)胞,吸引中性粒細(xì)胞和γδT淋巴細(xì)胞向傷口部位遷移[21]。角膜損傷早期,角膜緣中的肥大細(xì)胞脫顆粒,分泌細(xì)胞因子、趨化因子和生長因子促進(jìn)炎癥,如趨化因子2引起中性粒細(xì)胞募集[22-23]。角膜成纖維細(xì)胞分泌單核細(xì)胞趨化因子1刺激角膜緣或循環(huán)中免疫細(xì)胞遷向基質(zhì)損傷區(qū)遷移,清除凋亡的基質(zhì)細(xì)胞[24]。此外,巨噬細(xì)胞在角膜修復(fù)和再生發(fā)揮重要作用?；|(zhì)修復(fù)早期,巨噬細(xì)胞激活分泌IL-1β、TNF-α,引起基質(zhì)炎癥?；|(zhì)修復(fù)后期,中性粒細(xì)胞募集激活巨噬細(xì)胞遷移進(jìn)入損傷區(qū),分泌MMP2促進(jìn)角膜修復(fù)[25]?；|(zhì)損傷刺激BMDC進(jìn)入角膜基質(zhì)轉(zhuǎn)化成CMF,當(dāng)巨噬細(xì)胞的耗竭會引起CMF減少,影響基質(zhì)傷口愈合[13,26]。隨著基質(zhì)修復(fù)和傷口愈合,免疫炎癥細(xì)胞逐漸減少,當(dāng)免疫細(xì)胞持續(xù)浸潤,角膜基質(zhì)纖維化從而引起角膜混濁。

2 角膜損傷因素對角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的調(diào)控

2.1 創(chuàng)傷外傷、手術(shù)導(dǎo)致的創(chuàng)口的形態(tài)和損傷程度影響基質(zhì)修復(fù)。外傷產(chǎn)生平行與角膜表面的傷口一般形成細(xì)小瘢痕,引起CMF的修復(fù)和基底膜的再生,經(jīng)過1a或更多的時間可完全修復(fù)。而垂直與角膜表面的傷口或裂開的傷口會引起膠原蛋白和蛋白聚糖沉積,形成的瘢痕可能存在多年[18]。角膜屈光手術(shù)包括準(zhǔn)分子激光屈光性角膜切削術(shù)(photorefractive keratectomy, PRK)、準(zhǔn)分子激光角膜原位磨鑲術(shù)(laserinsitukeratomileusis, LASIK)、飛秒激光小切口角膜基質(zhì)透鏡取出術(shù)(small incision lenticule extraction, SMILE)等,術(shù)后可出現(xiàn)不同程度的角膜混濁,這與手術(shù)對角膜損傷的程度有關(guān)。PRK去除中央角膜上皮,術(shù)后角膜混濁的消退與EBM再生和上皮愈合有關(guān)[27]。Marino等[28]研究發(fā)現(xiàn)隨著PRK切口處EBM完全再生,兔角膜術(shù)后出現(xiàn)的霧狀混濁逐漸消退。當(dāng)角膜上皮持續(xù)性缺損可引起CMF持續(xù)發(fā)育導(dǎo)致角膜混濁,因此臨床上PRK術(shù)后10d內(nèi)應(yīng)積極促進(jìn)上皮愈合,防止角膜瘢痕形成[29]。LASIK對角膜基質(zhì)的損傷相對PRK較小,術(shù)后出現(xiàn)的圓周形角膜混濁主要由于皮瓣邊緣創(chuàng)口相鄰的基質(zhì)細(xì)胞凋亡,成纖維細(xì)胞形成、遷移到切口處并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成CMF而形成的[30]。SMILE保留了上皮和EBM以避免對基質(zhì)和EBM的損傷,從而減輕基質(zhì)炎癥更少,降低術(shù)后出現(xiàn)角膜混濁風(fēng)險[27]。Luft等[31]研究顯示與LASIK相比,SMILE術(shù)后人角膜細(xì)胞凋亡和免疫細(xì)胞浸潤的情況減輕。因此,創(chuàng)傷、手術(shù)通過改變角膜結(jié)構(gòu)的程度不同影響角膜基質(zhì)修復(fù)和再生。

2.2 眼化學(xué)傷眼化學(xué)傷引起角膜混濁和瘢痕是常見的致盲原因?；瘜W(xué)物質(zhì)一定程度上影響基質(zhì)重塑,主要與角膜的損傷和引起的炎癥相關(guān)?；瘜W(xué)物質(zhì)毒性大,可造成角膜各層組織不同程度急性損傷,并引起炎癥細(xì)胞浸潤,IL-1、TNF-α等炎癥因子大量釋放[1,32]。上皮和基底膜缺損、基質(zhì)水腫、ECM破壞等因素可導(dǎo)致CMF持續(xù)存在,引起基質(zhì)纖維化。酸性物質(zhì)導(dǎo)致細(xì)胞和基質(zhì)蛋白凝固限制進(jìn)一步滲透,而堿性物質(zhì)可造成蛋白水解,穿透性強(qiáng),對全層組織均可破壞[33]。眼化學(xué)傷后的預(yù)后取決于化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)、接觸時間和早期治療,臨床上應(yīng)積極控制炎癥、促進(jìn)角膜傷口愈合以預(yù)防角膜瘢痕等并發(fā)癥的發(fā)生。

2.3 感染角膜感染是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家主要致盲原因。細(xì)菌、真菌或病毒等病原體的感染可造成角膜潰瘍,產(chǎn)生不同程度的角膜瘢痕影響視力。角膜結(jié)構(gòu)的恢復(fù)和對病原體的免疫反應(yīng)是影響基質(zhì)損傷修復(fù)的主要因素。微生物感染時先天性免疫系統(tǒng)激活產(chǎn)生炎癥,引起中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等遷移,產(chǎn)生IL-1、IL-6和TNF-α等炎癥因子,對抗入侵的病原體發(fā)揮防御作用[21]。當(dāng)炎癥持續(xù)存在,角膜傷口愈合延遲、免疫細(xì)胞浸潤、大量炎癥因子釋放可刺激CMF不斷合成ECM,導(dǎo)致角膜基質(zhì)纖維化[34]。因此,及時有效的抗感染、抗炎和促進(jìn)傷口愈合的治療是角膜感染的主要原則,有助于減輕角膜混濁程度。

3 角膜結(jié)構(gòu)因素對角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的調(diào)控

3.1 上皮層角膜上皮位于角膜最外層,由表層細(xì)胞、翼狀細(xì)胞和基底細(xì)胞組成。角膜上皮可以分泌細(xì)胞因子參與基質(zhì)再生和修復(fù)。受損后,上皮細(xì)胞分泌IL-1、TGF-β和MMP等進(jìn)入基質(zhì)[1]。分泌的TGF-β促進(jìn)CMF發(fā)育和成熟,是調(diào)節(jié)基質(zhì)修復(fù)的重要細(xì)胞因子。IL-1可以激活Fas/Fas配體細(xì)胞引起基質(zhì)細(xì)胞凋亡、驅(qū)動BMDC向損傷區(qū)遷移并進(jìn)一步分化形成CMF、促進(jìn)中性粒細(xì)胞等分泌MMP作用于損傷,從而影響基質(zhì)修復(fù)[10,35]。Kobayashi等[36]將角膜上皮細(xì)胞與成纖維細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)角膜上皮細(xì)胞促進(jìn)角膜成纖維細(xì)胞中生長因子表達(dá)增加。此外,角膜上皮缺損是影響EBM再生和基質(zhì)修復(fù)的重要原因[37-38]。角膜上皮缺損會引起EBM與上皮間錨定異常,從而影響EBM功能[35]。層黏連蛋白是EBM的主要成分,持續(xù)性上皮缺損會引起上皮細(xì)胞分泌層黏連蛋白不足,引起EBM不完全再生[39]。于睿等[40]使用角膜準(zhǔn)分子激光切除兔角膜上皮,術(shù)后4wk出現(xiàn)明顯的角膜霧狀混濁,術(shù)后使用雷帕霉素可通過促進(jìn)自噬抑制角膜混濁的形成。因此,角膜上皮完整性的恢復(fù)是角膜基質(zhì)創(chuàng)口愈合的重要影響因素。

3.2 基底膜基底膜是細(xì)胞與基質(zhì)之間高度特化的ECM,角膜中存在EBM和后彈力層(descemet’s basement membrane, DBM)兩種基底膜?；啄さ耐暾允怯绊懟|(zhì)傷口愈合的重要因素。基底膜由層黏連蛋白、Ⅳ型膠原蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白多糖(heparin sulfate proteoglycans, HSPG)和巢蛋白組成,EBM分隔上皮與基質(zhì),DBM分隔基質(zhì)與內(nèi)皮?；啄た梢越Y(jié)合TGF-β、PDGF等生長因子,調(diào)節(jié)其生物利用度[41-42]。物理或化學(xué)因素引起角膜EBM或DBM受損,TGF-β進(jìn)入基質(zhì)刺激CMF形成[42]。Wilson等研究發(fā)現(xiàn)小鼠角膜屈光切除術(shù)后1mo EBM開始再生,角膜混濁減輕,術(shù)后4mo EBM完全再生,角膜透明度恢復(fù)[28]。DBM再生速度較EBM慢一些,DBM內(nèi)皮切除術(shù)后6mo才完全再生,中央角膜恢復(fù)透明[43]。EBM完全再生限制TGF-β進(jìn)入基質(zhì),CMF凋亡,正?；|(zhì)細(xì)胞填補(bǔ)損傷區(qū),角膜基質(zhì)愈合。當(dāng)EBM或DBM缺陷或不完全再生,CMF持續(xù)存在引起角膜基質(zhì)纖維化[44]。基底膜蛋白多糖是EBM中主要的HSPG。de Oliveira等[45]研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷后再生的EBM中缺乏基底膜多糖,CMF數(shù)量增多,角膜混濁消退的時間延長。因此,促進(jìn)EBM和DBM再生是恢復(fù)角膜基質(zhì)透明度的重要途徑。

3.3 基質(zhì)層角膜基質(zhì)層有基質(zhì)細(xì)胞和ECM組成。各種損傷刺激角膜基質(zhì)中TGF-β、PDGF上調(diào),促進(jìn)角膜基質(zhì)細(xì)胞或BMDC轉(zhuǎn)化形成CMF[13]。CMF是影響角膜基質(zhì)修復(fù)的關(guān)鍵因素。CMF是特殊的成纖維細(xì)胞,具有平滑肌的結(jié)構(gòu)和特征,細(xì)胞內(nèi)存在應(yīng)力纖維,可對外界刺激產(chǎn)生收縮反應(yīng)[46]。CMF具有收縮性,細(xì)胞內(nèi)a-SMA表達(dá)增加,收縮傷口,促進(jìn)基質(zhì)愈合。同時,CMF可分泌ECM成分。當(dāng)CMF持續(xù)存在,大量、無序的ECM過度沉積,導(dǎo)致角膜透明度下降[47-48]。既往研究顯示角膜屈光手術(shù)術(shù)后應(yīng)用0.02%絲裂霉素C,抑制角膜基質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和BMDC增殖,從而減少CMF的生成,有助于治療角膜混濁[49-50]。氯沙坦是一種抗纖維化藥物,最近研究發(fā)現(xiàn)堿燒傷小鼠角膜局部應(yīng)用氯沙坦,淺基質(zhì)中TGF-β和Ⅳ型膠原蛋白減少,CMF數(shù)量減少[51]。因此,抑制基質(zhì)層中CMF數(shù)量的研究有助于發(fā)現(xiàn)更多抑制角膜基質(zhì)纖維化,從而預(yù)防角膜瘢痕的調(diào)節(jié)劑。

基質(zhì)層中還存在少量角膜基質(zhì)干細(xì)胞(corneal stromal stem cells,CSSCs),是促進(jìn)基質(zhì)修復(fù)和再生的潛在治療工具。CSSCs是位于角膜緣處,靠近EBM的基質(zhì)中具有分化為基質(zhì)細(xì)胞潛能的間充質(zhì)干細(xì)胞,具有干細(xì)胞分化潛能、調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)炎癥和纖維化的功能[52]。Hertsenberg等[53]對小鼠混濁的角膜注射CSSCs,發(fā)現(xiàn)CSSCs抑制中性粒細(xì)胞向基質(zhì)損傷區(qū)遷移,纖維化相關(guān)蛋白α-SMA、Ⅲ型膠原蛋白和肌腱蛋白C減少。Jhanji等[54]研究顯示與單一注射CSSCs治療相比,CSSCs和角膜基質(zhì)細(xì)胞聯(lián)合治療更有效促進(jìn)基質(zhì)再生,減輕角膜瘢痕。CSSCs具有免疫赦免的作用,Bray等[55]發(fā)現(xiàn)人和兔的CSSCs共培養(yǎng)可通過抑制T細(xì)胞增殖抑制免疫反應(yīng)。因此,CSSCs可通過向基質(zhì)細(xì)胞分化和抑制炎癥反應(yīng)來促進(jìn)角膜基質(zhì)修復(fù),有希望替代傳統(tǒng)角膜移植成為治療角膜瘢痕、預(yù)防移植術(shù)后免疫排斥的細(xì)胞療法。

3.4 內(nèi)皮層角膜內(nèi)皮由一層內(nèi)皮細(xì)胞組成,位于角膜的最內(nèi)層,通過鈉鉀泵將基質(zhì)中的水分移到內(nèi)皮從而調(diào)節(jié)基質(zhì)的透明度。內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量或功能異常可引起角膜基質(zhì)水腫增厚從而降低角膜透明度。此外,TGF-β促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化引起內(nèi)皮纖維化從而降低角膜透明度[56]。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞受到損傷后,內(nèi)皮細(xì)胞Fas配體激活,擴(kuò)散到基質(zhì)層中與基質(zhì)細(xì)胞膜表面Fas結(jié)合引起基質(zhì)細(xì)胞凋亡。損傷的內(nèi)皮細(xì)胞可釋放IL-1進(jìn)入基質(zhì)。Medeiros等[57]研究顯示內(nèi)皮細(xì)胞機(jī)械損傷可促進(jìn)基質(zhì)層中基質(zhì)細(xì)胞凋亡。既往研究顯示內(nèi)皮細(xì)胞可調(diào)節(jié)基質(zhì)的透明度和細(xì)胞凋亡,但是否調(diào)控CMF的發(fā)生和發(fā)展和炎癥反應(yīng)尚不清楚,有待研究者進(jìn)一步研究。

4 分子因素對角膜基質(zhì)損傷修復(fù)的調(diào)控

4.1 小分子亮氨酸重復(fù)蛋白聚糖小分子亮氨酸重復(fù)蛋白聚糖(small leucine rich proteoglycans,SLRPs)是角膜基質(zhì)中核心蛋白由富含亮氨酸重復(fù)序列組成的蛋白聚糖,分為Ⅰ型SLRPs(decorin、biglycan)、Ⅱ型SLPRs(lumican、keratocan和fibromodulin)、Ⅲ型SLRPs(osteoglycin)[58]。SLRPs調(diào)節(jié)膠原纖維的直徑和間距,從而調(diào)控膠原纖維形成、組裝和排列,參與ECM組裝[59]。此外,損傷角膜中SLRPs結(jié)合生長因子、趨化因子、細(xì)胞因子,從而調(diào)節(jié)基質(zhì)重塑、炎癥和免疫反應(yīng),參與角膜基質(zhì)修復(fù)[60]。既往研究表明decorin基因過表達(dá)可調(diào)節(jié)膠原纖維形成、抑制TGF-β介導(dǎo)的CMF形成,促進(jìn)角膜基質(zhì)愈合和減輕纖維化[61]。Hayashi等[62]研究發(fā)現(xiàn)lumican基因敲除小鼠角膜基質(zhì)損傷區(qū)中性粒細(xì)胞浸潤減少,膠原纖維結(jié)構(gòu)紊亂,角膜透明度下降。近年來,Chouhan等[63]開發(fā)了一種含有decorin的凝膠滴眼液,可持續(xù)釋放decorin發(fā)揮抗角膜瘢痕作用。SLRPs通過影響ECM的形成調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)修復(fù),是抑制角膜基質(zhì)纖維化的潛在分子靶點(diǎn)。

4.2TGF-β TGF-β是一種調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)再生和纖維化過程的細(xì)胞因子,通常存在健康的角膜上皮和淚液中,可分為TGF-β1、2、3三種同工型。TGF-β1、2是調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)修復(fù)和纖維化的主要介質(zhì)[64],TGF-β1、2水平升高誘導(dǎo)CMF發(fā)育和成熟,促進(jìn)基質(zhì)傷口收縮,過度表達(dá)時可引起角膜基質(zhì)纖維化的發(fā)生和發(fā)展[65]。同時,TGF-β可促進(jìn)角膜成纖維細(xì)胞產(chǎn)生Ⅳ型膠原纖維,而生成膠原纖維可競爭性結(jié)合TGF-β受體,負(fù)反饋調(diào)節(jié)TGF-β水平[66]。TGFβ-3主要發(fā)揮抗纖維化作用,Weng等[67]發(fā)現(xiàn)CSSCs中TGF-β3水平上調(diào),將CSSCs移植到小鼠損傷的角膜上可抑制角膜瘢痕形成。此外,基質(zhì)內(nèi)TGF-β可通過激活TGF-β/Smad信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、遷移和分化。Gupta等[68]通過基因治療降低PRK術(shù)后兔子角膜Smad7水平,抑制TGF-β/Smad7信號通路,角膜纖維化水平顯著減輕。TGF-β影響CMF形成和角膜成纖維細(xì)胞,抑制其表達(dá)及其信號傳導(dǎo)可作為治療角膜瘢痕和促進(jìn)角膜基質(zhì)再生的有效策略。

4.3 離子通道角膜受到外界刺激可引起特定離子通道激活,調(diào)節(jié)TGF-β的信號通路及細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)影響角膜基質(zhì)修復(fù)。瞬時受體電位通道(transient receptor potential channel,TRP)是一類對溫度、機(jī)械、化學(xué)等刺激敏感的膜離子通道,其亞型TRPV1和TRPV4可調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)炎癥和纖維化[69]。Okada等[70]研究發(fā)現(xiàn)TRPV1基因敲除小鼠堿燒傷角膜通過下調(diào)IL-6、單核細(xì)胞趨化因子1和TGF-β1,抑制中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的浸潤和角膜基質(zhì)纖維化。TRPV1參與TGF-β誘導(dǎo)基質(zhì)纖維化,既往研究認(rèn)為TGF-β刺激活性氧生成,促進(jìn)成纖維細(xì)胞內(nèi)TRPV1的表達(dá),TRPV1進(jìn)一步通過增加細(xì)胞Ca2+內(nèi)流、激活p38/MAPK/Smad信號通路,促進(jìn)CMF形成[71]。此外,TRPV4的激活也參與角膜基質(zhì)纖維化,TRPV4基因敲除和使用TRPV4拮抗劑可減少小鼠堿燒傷角膜基質(zhì)內(nèi)中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和CMF的數(shù)量[72]。KCa3.1是Ca2+激活離子通道,Fuchs等[73]使用一種含有KCa3.1拮抗劑TRAM-34和抗壞血酸的新型滴眼液,發(fā)現(xiàn)可抑制堿燒傷角膜中TGF-β誘導(dǎo)的基質(zhì)纖維化反應(yīng)。離子通道的激活可通過細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)基質(zhì)纖維化和炎癥反應(yīng),TRPV1、TRPV4和KCa3.1離子通道是治療角膜瘢痕的潛在藥物靶點(diǎn)。

4.4 細(xì)胞外囊泡細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)是由細(xì)胞分泌的囊泡,細(xì)胞膜內(nèi)陷選擇性包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和轉(zhuǎn)錄因子等多種生物分子形成EVs,通過細(xì)胞間通訊調(diào)控信號通路和基因表達(dá)[74]。角膜上皮和基質(zhì)通過EVs相互作用,調(diào)節(jié)基質(zhì)修復(fù)和纖維化過程[75-76]。McKay等[77]從角膜上皮細(xì)胞分離出EVs與角膜成纖維細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)α-SMA表達(dá)增加,EVs中纖連蛋白、血小板反應(yīng)蛋白和層黏連蛋白促進(jìn)CMF形成。CSSCs促進(jìn)角膜基質(zhì)再生,其修復(fù)作用可能與CSSCs分泌EVs傳遞miRNA相關(guān)。既往研究從CSSCs中提取出EVs應(yīng)用于小鼠堿燒傷角膜,中性粒細(xì)胞浸潤減少,Ⅲ型膠原蛋白和α-SMA表達(dá)下調(diào),體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明EVs中miRNA 29a和miRNA 381抑制脂多糖誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的炎癥和TGF-β誘導(dǎo)的纖維化反應(yīng)[78-79]。姚克團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種含有間充質(zhì)干細(xì)胞分泌EVs的水凝膠,EVs內(nèi)miRNA 432-5p抑制膠原蛋白表達(dá),減少ECM沉積,促進(jìn)基質(zhì)修復(fù)[80]。EVs具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu),直徑小、易穿過血腦屏障,可作為藥物運(yùn)輸載體或聯(lián)合干細(xì)胞治療促進(jìn)角膜修復(fù),在角膜再生醫(yī)學(xué)中具有研究前景。

5 小結(jié)

角膜基質(zhì)是影響角膜透明度的重要結(jié)構(gòu),受到各種疾病和創(chuàng)傷損傷后形成的角膜瘢痕是全球范圍內(nèi)主要致盲原因。角膜基質(zhì)修復(fù)的病理生理過程包括基質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變、ECM重塑和免疫細(xì)胞遷移,其過程可受到角膜損傷因素、角膜結(jié)構(gòu)因素和分子因素的調(diào)控。外傷、手術(shù)、眼化學(xué)傷和感染等損傷因素主要改變角膜的結(jié)構(gòu)和引起炎癥影響角膜基質(zhì)再生。角膜上皮細(xì)胞、基底膜、基質(zhì)細(xì)胞、基質(zhì)干細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等角膜結(jié)構(gòu)參與角膜基質(zhì)修復(fù)的發(fā)生和發(fā)展過程。SLRPs、TGF-β、離子通道和EVs等分子因素通過信號傳導(dǎo)和細(xì)胞通訊調(diào)控角膜基質(zhì)傷口愈合。研究角膜基質(zhì)修復(fù)的機(jī)制及其調(diào)控因素對促進(jìn)角膜基質(zhì)再生和治療角膜瘢痕具有重要意義。臨床上可根據(jù)角膜損傷因素不同,針對性促進(jìn)角膜傷口愈合和抑制炎癥反應(yīng)治療疾病,從而預(yù)防晚期角膜瘢痕的發(fā)生。探究角膜結(jié)構(gòu)和分子因素對角膜基質(zhì)的調(diào)控作用可為促進(jìn)角膜基質(zhì)再生和抑制角膜基質(zhì)纖維化提供新途徑,幫助發(fā)現(xiàn)潛在治療藥物。角膜基質(zhì)修復(fù)是一個復(fù)雜的級聯(lián)反應(yīng),是否存在其他潛在的促進(jìn)基質(zhì)修復(fù)和抗纖維化的細(xì)胞和分子靶點(diǎn),以及如何基于調(diào)控機(jī)制開發(fā)新型藥物應(yīng)用于臨床有待進(jìn)一步研究。