韓雪，馮卓蕾

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科，哈爾濱 150001)

細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化目前在眼科疾病中主要有上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)和內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-mesenchymal transition，EndMT)。EMT與EndMT相似，表現(xiàn)出三點(diǎn)特征：上皮/內(nèi)皮標(biāo)志物表達(dá)下調(diào)；出現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)；上皮/血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，細(xì)胞間連接消失，細(xì)胞極性改變，細(xì)胞遷移性及侵襲性增強(qiáng)[1]。研究表明，這種間充質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制與胚胎發(fā)育、腫瘤轉(zhuǎn)移、創(chuàng)傷修復(fù)及組織器官纖維化有關(guān)，其中，細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化作為組織纖維化的發(fā)病機(jī)制之一，在多種細(xì)胞因子作用下參與眼部多種疾病的形成[2]。在角膜組織結(jié)構(gòu)中，角膜基質(zhì)與角膜內(nèi)皮細(xì)胞在受到損傷時(shí)，角膜基質(zhì)細(xì)胞具備的干細(xì)胞活性及角膜內(nèi)皮細(xì)胞的不可再生性決定了角膜內(nèi)皮細(xì)胞通過轉(zhuǎn)變細(xì)胞表型來完成組織修復(fù)過程[3]。在白內(nèi)障及青光眼術(shù)后，由于相關(guān)細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)化引發(fā)相關(guān)并發(fā)癥，術(shù)后病情恢復(fù)難度增加；而新生血管性眼部疾病往往導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，包括新生血管性青光眼導(dǎo)致的頑固性高眼壓、視網(wǎng)膜新生血管導(dǎo)致的玻璃體積血以及增殖性玻璃體視網(wǎng)膜病變等。細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)豐富了眼科相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)制的理論和內(nèi)容，現(xiàn)就眼科疾病中細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展予以綜述。

1 角膜疾病中細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的參與機(jī)制

1.1Fuchs角膜內(nèi)皮營養(yǎng)不良(Fuchs′ endothelial corneal dystrophy，F(xiàn)ECD) FECD是一種遺傳性、進(jìn)行性的角膜后部疾病，可導(dǎo)致雙側(cè)角膜內(nèi)皮細(xì)胞逐漸丟失、角膜內(nèi)皮細(xì)胞分泌后彈力層成分增多、角膜水腫，在晚期可導(dǎo)致大皰性角膜病變[4]。雖然FECD是由角膜內(nèi)皮功能障礙所致的疾病，但最終角膜的結(jié)構(gòu)層次均會(huì)受到影響[5]。FECD以內(nèi)皮細(xì)胞計(jì)數(shù)減少、殘余內(nèi)皮細(xì)胞形狀和大小改變以及角膜滴狀變性為特征。雖然角膜內(nèi)皮細(xì)胞常被認(rèn)為處于生長停滯狀態(tài)，內(nèi)皮細(xì)胞通過遷移覆蓋內(nèi)皮層缺陷的區(qū)域完成角膜內(nèi)皮損傷的修復(fù)，但有證據(jù)表明角膜后緣和角膜內(nèi)皮存在干細(xì)胞標(biāo)記，內(nèi)皮損傷后表達(dá)增殖標(biāo)志物[6]。

FECD發(fā)展晚期，Claudin 10的表達(dá)顯著下調(diào)，Claudin家族在維持不同類型上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接中起重要作用[7]。因此可以推測角膜內(nèi)皮細(xì)胞屏障及泵功能均有所損害。在調(diào)控方面，已有研究表明，Claudin具有調(diào)控細(xì)胞增殖和分化的功能，Claudin的表達(dá)和功能受多種轉(zhuǎn)錄因子、激素和細(xì)胞因子的控制[8]。同樣，在多種細(xì)胞因子作用下，活性氧類的過量產(chǎn)生可導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的損傷，并作為多種途徑的信號(hào)分子，導(dǎo)致細(xì)胞損傷[9]。炎癥因子及活性氧類均可加重EMT進(jìn)程，EMT的發(fā)生導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(extracelluar matrix，ECM)積聚，而ECM的累積使后彈力層增厚，進(jìn)而加重角膜滴狀變性[10]。在早期FECD中，內(nèi)皮細(xì)胞較正常細(xì)胞產(chǎn)生更多的高活性重組人膠原蛋白8和豐富且異常的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；在晚期FECD中，細(xì)胞內(nèi)外均可見粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、擴(kuò)張線粒體及上皮標(biāo)志物；這些發(fā)現(xiàn)表明，在FECD中內(nèi)皮細(xì)胞通過轉(zhuǎn)變細(xì)胞表型使其具有成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞的特征[11]。FECD中某些內(nèi)皮細(xì)胞的成纖維細(xì)胞特征可能提示其在成熟和分化過程中的表型改變(如EndMT)，在EndMT過程中，單個(gè)內(nèi)皮細(xì)胞可能從內(nèi)皮細(xì)胞層分離并遷移到內(nèi)皮下間隙，分化為一系列間充質(zhì)樣細(xì)胞類型[12]。

1.2角膜創(chuàng)傷修復(fù) 由于角膜創(chuàng)傷和屈光手術(shù)的不斷增多，角膜創(chuàng)傷愈合成為一個(gè)重要的臨床問題。角膜不同層次細(xì)胞的創(chuàng)傷愈合程度不同。基質(zhì)傷口的愈合是通過角膜基質(zhì)細(xì)胞向成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的一系列轉(zhuǎn)化，以及固有及循環(huán)免疫系統(tǒng)細(xì)胞的參與，角膜上皮基質(zhì)損傷會(huì)引發(fā)復(fù)雜的基質(zhì)反應(yīng)，可導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞發(fā)育成熟，表達(dá)波形蛋白、平滑肌肌動(dòng)蛋白和肌間線蛋白，繼而引起角膜基質(zhì)的重建，而角膜基質(zhì)創(chuàng)傷愈合過程通常導(dǎo)致角膜瘢痕形成[13]。有研究表明，角膜及其周圍組織的神經(jīng)可以通過增加分泌神經(jīng)生長因子調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子的分泌，從而間接參與角膜損傷的修復(fù)過程，角膜基質(zhì)細(xì)胞向成纖維細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化是導(dǎo)致角膜基質(zhì)混濁或纖維化的關(guān)鍵因素[14-15]。肌成纖維細(xì)胞是一種適合于在穿透性損傷后恢復(fù)角膜完整性的細(xì)胞，因?yàn)榧〕衫w維細(xì)胞有收縮傷口、分泌ECM以及與周圍基質(zhì)產(chǎn)生黏附結(jié)構(gòu)的能力。肌成纖維細(xì)胞前體纖維細(xì)胞在角膜上皮細(xì)胞損傷后立即從角膜緣血管進(jìn)入基質(zhì)，角膜上皮損傷后的12～24 h，周圍和后基質(zhì)中殘留的活化基質(zhì)細(xì)胞開始增殖和遷移，這些增殖的基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生角膜成纖維細(xì)胞，而這些細(xì)胞可以重新填充耗盡的基質(zhì)，并產(chǎn)生未成熟和完全分化的肌成纖維細(xì)胞[12]。

創(chuàng)面愈合過程受可溶性細(xì)胞活性因子、ECM的內(nèi)在化學(xué)性質(zhì)以及角膜細(xì)胞微環(huán)境的生物物理屬性的調(diào)節(jié)，而可溶性細(xì)胞活性因子包括生長因子、細(xì)胞因子、蛋白酶和神經(jīng)肽[16]。在角膜上皮愈合中，肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)作為旁分泌生長因子可介導(dǎo)EMT[17]?；|(zhì)損傷后，基質(zhì)細(xì)胞分化為紡錘形成纖維細(xì)胞，通過增加肌動(dòng)蛋白的表達(dá)獲得遷移表型，產(chǎn)生牽引力，使基質(zhì)細(xì)胞增殖并遷移至損傷區(qū)域，通過凋亡重新填充已耗盡的基質(zhì)細(xì)胞區(qū)域[18]。基質(zhì)細(xì)胞-纖維細(xì)胞-成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化由轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor beta，TGF-β)和血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)所誘發(fā)，HGF是一種能夠與TGF-β1誘導(dǎo)器官纖維化所抗衡的因子，HGF激活Smad7信號(hào)通路以防止Smad2磷酸化導(dǎo)致TGF-β信號(hào)通路的抑制[19]。因此，外源性HGF是促進(jìn)角膜基質(zhì)創(chuàng)面愈合和患者預(yù)后的潛在治療工具。

2 白內(nèi)障、青光眼術(shù)后并發(fā)癥與細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的聯(lián)系

2.1后發(fā)性白內(nèi)障 晶狀體具有簡單但高度有序的結(jié)構(gòu)，其特征是前面單層的立方晶狀體上皮細(xì)胞覆蓋著一團(tuán)拉長和分化的纖維細(xì)胞，這些細(xì)胞均包裹在一層厚厚的基底膜(晶狀體囊膜)內(nèi)。白內(nèi)障作為全球第一位致盲眼病，是一種晶狀體混濁使其透明度降低的過程[20]。后發(fā)性白內(nèi)障是由于晶狀體上皮細(xì)胞殘留并且在房水中細(xì)胞因子和生長因子的作用下，上皮細(xì)胞向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化使后囊膜細(xì)胞增殖變厚的過程。白內(nèi)障手術(shù)作為一種創(chuàng)傷性手術(shù)，植入的人工晶狀體作為異物可引起炎癥反應(yīng)，使前房中充斥炎癥反應(yīng)因子以及晶狀體上皮細(xì)胞向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化進(jìn)而向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化(即發(fā)生EMT)，均可誘發(fā)后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生[21]。

白內(nèi)障手術(shù)破壞了血房水屏障，使前房中生長因子、細(xì)胞因子的含量增加，進(jìn)一步促使EMT的發(fā)生，加速后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)展進(jìn)程[22]。當(dāng)人工晶狀體與晶狀體上皮細(xì)胞接觸時(shí)，晶狀體上皮細(xì)胞開始纖維化增殖，在手術(shù)創(chuàng)傷應(yīng)激下，晶狀體上皮細(xì)胞Lumican表達(dá)增加，Lumican的表達(dá)可調(diào)節(jié)晶狀體上皮細(xì)胞EMT的發(fā)生[23]。在晶狀體上皮細(xì)胞中，活化的TGF-β可增加間充質(zhì)標(biāo)志物(如纖維連接蛋白-1、平滑肌肌動(dòng)蛋白和Ⅰ型膠原α2重組蛋白)的表達(dá)[24]。TGF-β還可降低EMT細(xì)胞中上皮標(biāo)志物晶狀體蛋白αβ、縫隙連接蛋白43等的表達(dá)[25]。表皮生長因子與腫瘤壞死因子具有的協(xié)同作用，不僅促進(jìn)晶狀體上皮細(xì)胞增殖，而且刺激成纖維細(xì)胞增殖[26]。房水中正常水平PDGF可維持晶狀體上皮細(xì)胞的正常功能，而PDGF水平一旦超出正常范圍，則會(huì)引起晶狀體上皮細(xì)胞異常改變，并促使其向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化[27]。

2.2青光眼術(shù)后濾過泡瘢痕化 青光眼作為一種終身性疾病，可對(duì)視神經(jīng)造成不可逆的損傷，在病情進(jìn)展過程中，對(duì)于藥物不能較好控制病情的患者可選擇手術(shù)治療。青光眼濾過手術(shù)是目前治療青光眼的首選手術(shù)方法。術(shù)后濾過泡瘢痕大量形成是青光眼手術(shù)治療失敗的主要原因。傷口愈合的過度反應(yīng)所導(dǎo)致的組織纖維化可能損害濾過性氣泡的形成，并減少房水流出，從而逆轉(zhuǎn)最初眼壓降低的趨勢[28]。由于手術(shù)可引起組織創(chuàng)傷，創(chuàng)傷區(qū)炎癥和細(xì)胞因子的聚集使成纖維細(xì)胞移行至創(chuàng)傷區(qū)并增殖，上皮細(xì)胞在炎癥環(huán)境中發(fā)生表型變化，導(dǎo)致增殖和遷移增加，組織重塑并分泌大量ECM，導(dǎo)致術(shù)區(qū)組織異常修復(fù)形成瘢痕，且結(jié)膜下濾過泡空間被纖維組織填充，進(jìn)一步導(dǎo)致濾過手術(shù)失敗[29]。細(xì)胞因子的積聚則會(huì)改變細(xì)胞增殖基因的表達(dá)以及細(xì)胞骨架和基質(zhì)蛋白的基因表達(dá)，從而導(dǎo)致纖維化[30]。

在炎癥早期，PDGF、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、TGF-β等加速了多形核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在術(shù)后區(qū)域的積聚[31]。在分裂素(如PDGF)誘導(dǎo)的原代和侵襲性成纖維細(xì)胞傷口愈合的增殖階段，TGF-β介導(dǎo)由上皮/內(nèi)皮細(xì)胞分化而來的成纖維細(xì)胞向具有高度收縮性的肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，而肌成纖維細(xì)胞是傷口愈合的核心[32]。在組織損傷后，肌成纖維細(xì)胞有幾個(gè)潛在來源，上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞均可通過脫分化轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞參與組織修復(fù)[30]。

3 新生血管性眼部疾病中細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的參與過程

3.1增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR) 慢性高血糖是糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)發(fā)生的關(guān)鍵因素，是導(dǎo)致主要組織器官損傷的重要原因[33]。當(dāng)DR進(jìn)展為PDR時(shí)標(biāo)志著新生血管的形成，視網(wǎng)膜新生血管的發(fā)生、發(fā)展與細(xì)胞的激活、增殖和分化調(diào)控失常有關(guān)[34]。新生血管形成是PDR的病理基礎(chǔ)，是DR嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥。隨著糖尿病患者數(shù)量的急劇增多，PDR已經(jīng)成為成人失明的重要原因[35]。在DR中，視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞是血管新生的關(guān)鍵。在糖尿病狀態(tài)下，視網(wǎng)膜組織缺氧、誘發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞激活、ECM降解、血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移，進(jìn)一步導(dǎo)致不成熟的血管管腔結(jié)構(gòu)和血管外膜的形成，最終形成不完善的新生血管[36]。目前研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細(xì)胞在糖尿病狀態(tài)下發(fā)生表型的變化，即EndMT[37]。Cao等[38]研究證實(shí)，高糖作用下，人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)皮標(biāo)志物表達(dá)下調(diào)，出現(xiàn)間質(zhì)標(biāo)志物表達(dá)，細(xì)胞增殖，同時(shí)遷移能力增強(qiáng)，發(fā)生EndMT。

在高糖誘導(dǎo)下的視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞中微RNA(microRNA，miRNA/miR)-29a和miR-29b的表達(dá)顯著降低，miR-29a和miR-29b可負(fù)調(diào)控Notch 2的表達(dá)，而Notch 2的過表達(dá)又逆轉(zhuǎn)了miR-29a/b對(duì)EndMT的抑制作用[39]。心肌纖維化研究顯示，Notch信號(hào)通路可能啟動(dòng)EndMT[40]。因此，基于控制miR-29a/b表達(dá)的治療可能是未來治療PDR的一個(gè)方向。

在血管重構(gòu)過程中，特別是在腫瘤血管系統(tǒng)以及與血管通透性增加和內(nèi)皮功能障礙相關(guān)的疾病中，血管內(nèi)皮細(xì)胞中的血管生成素(angiopoietin，Ang)-2水平升高，除Ang-2/Ang-1比值增加外，在敗血癥的研究中還報(bào)道了血管生成素受體Tie2水平降低[41]。這種變化可能使內(nèi)皮細(xì)胞連接中的Ang-1/Tie2信號(hào)向Ang-2信號(hào)轉(zhuǎn)移，從而減少Tie2磷酸化，使內(nèi)皮細(xì)胞啟動(dòng)炎癥細(xì)胞因子信號(hào)，血管通透性和結(jié)構(gòu)遭到破壞；在這些條件下，Ang-2阻斷抗體顯示出有益的血管穩(wěn)定作用，表明Ang-2在導(dǎo)致血管結(jié)構(gòu)受損的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[42]。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行胞外分泌時(shí)，Ang-2與Tie2結(jié)合，從而競爭性地抑制Ang-1，并與VEGF協(xié)同促進(jìn)血管生長的改變；當(dāng)Ang-1和Ang-2與VEGF協(xié)同作用促進(jìn)血管生成時(shí)，Ang-1促進(jìn)正常血管生長，Ang-2則上調(diào)與血管不穩(wěn)定和炎癥相關(guān)的異常因子，進(jìn)而誘發(fā)新生血管的形成[43]。間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)Ang-1和高水平的Ang-2，具有很強(qiáng)的誘導(dǎo)損傷部位原有血管重構(gòu)和支持新血管形成的能力[44]。由此推測，Ang-2與DR血管新生中的EndMT有關(guān)。

3.2脈絡(luò)膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV) CNV又稱視網(wǎng)膜下新生血管，是來自脈絡(luò)膜毛細(xì)血管的增殖血管，通過Bruch膜的裂口而擴(kuò)展，于Bruch膜與視網(wǎng)膜色素上皮間或視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層與視網(wǎng)膜色素上皮間或視網(wǎng)膜色素上皮與脈絡(luò)膜間增殖形成[45]。濕性老年黃斑變性患者CNV的發(fā)展往往導(dǎo)致嚴(yán)重的視力喪失，當(dāng)視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，打破了血管生成因子與抑制因子的平衡，使血管生成因子占主導(dǎo)，從而引發(fā)新生血管以出芽方式在血管中生長[46-47]。

由于濕性老年黃斑變性視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)受損，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(retinal pigment epithelium，RPE)在缺氧條件下產(chǎn)生過量的VEGF是發(fā)生CNV的關(guān)鍵[48-49]。VEGF能夠引起脈絡(luò)膜內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移[50]，破壞RPE細(xì)胞間的緊密連接[51]，從而使脈絡(luò)膜血管長入視網(wǎng)膜下腔。作為一種正面的反饋，侵襲CNV位點(diǎn)的巨噬細(xì)胞和RPE細(xì)胞無限制地分泌趨化因子和細(xì)胞因子，從而加速血管新生[52]。因此，CNV血管生成涉及細(xì)胞因子、趨化因子和多個(gè)細(xì)胞(包括RPE、角膜內(nèi)皮細(xì)胞和侵襲性巨噬細(xì)胞)的協(xié)同作用[53]。有研究表明，循環(huán)的骨髓來源的內(nèi)皮前體細(xì)胞定位于新生血管的位置并分化為內(nèi)皮細(xì)胞[54]。還有研究表明，CD133是人類造血前體干細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞標(biāo)志物[55]。一旦這些祖細(xì)胞分化為更成熟的內(nèi)皮細(xì)胞，CD133的表達(dá)則降低[54]。此外，Harraz等[56]報(bào)道，CD14+單核細(xì)胞在體外可以分化為具有內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志的細(xì)胞，在小鼠缺血性肢體中參與形成血管內(nèi)皮。間充質(zhì)干細(xì)胞作為骨髓基質(zhì)細(xì)胞的主要細(xì)胞類型，可分化為內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞，并與新的血管壁結(jié)合參與血管的形成[57]。Hou等[58]發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和RPE，這些細(xì)胞均參與CNV的發(fā)生。在間充質(zhì)細(xì)胞中可檢測到5種標(biāo)志物的表達(dá)，即CD31、α平滑肌肌動(dòng)蛋白、F4/80、波形蛋白和角蛋白[59]。間充質(zhì)干細(xì)胞不僅能向血管內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化[56]，還可以向結(jié)締組織細(xì)胞轉(zhuǎn)化[60]，說明間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向轉(zhuǎn)化的潛能。因此，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在CNV中能分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管外細(xì)胞。

4 小 結(jié)

內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化參與多種生理、病理過程。EMT和EndMT在腫瘤轉(zhuǎn)移及組織器官纖維化過程中的作用已受到廣泛重視。在眼部疾病中，細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化同樣參與多種病理轉(zhuǎn)變。在FECD、后發(fā)性白內(nèi)障、多種增殖性眼底病變中，EMT和EndMT參與組織纖維化、血管新生等過程。多種細(xì)胞因子參與間質(zhì)轉(zhuǎn)化，其中TGF-β是關(guān)鍵的啟動(dòng)因子，VEGF、成纖維細(xì)胞生長因子等也起關(guān)鍵作用。多種細(xì)胞因子通過轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控信使RNA和DNA的表達(dá)，這一過程有多種信號(hào)通路參與。未來還應(yīng)進(jìn)一步了解細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化過程中涉及的分子機(jī)制、調(diào)控以及相關(guān)的信號(hào)通路，為眼科疾病的發(fā)病機(jī)制提供新的理論基礎(chǔ)。