糖尿病角膜上皮細(xì)胞病變的研究進(jìn)展

?

糖尿病角膜上皮細(xì)胞病變的研究進(jìn)展

陳晶王華1李強(qiáng)翔

(湖南省老年醫(yī)院，湖南長(zhǎng)沙410016)

關(guān)鍵詞〔〕糖尿病性角膜病變；角膜上皮細(xì)胞

1中南大學(xué)湘雅醫(yī)院眼科

第一作者：陳晶(1988-)，女，在讀碩士，主要從事糖尿病血管并發(fā)癥研究。

角膜上皮細(xì)胞位于角膜最前層，主要有三種細(xì)胞，基底細(xì)胞、翼狀細(xì)胞和扁平細(xì)胞。上皮細(xì)胞間以橋小體相接，結(jié)合緊密，可阻止大部分微生物的侵入，以及阻止淚液中液體和電解質(zhì)進(jìn)入基質(zhì)層，從而使角膜處于相對(duì)脫水狀態(tài)。另在上皮細(xì)胞的外層細(xì)胞膜上存在微絨毛，這些微絨毛伸入淚液膜，吸附淚液，防止上皮細(xì)胞干燥。角膜上皮細(xì)胞層生長(zhǎng)迅速，破壞后可以短時(shí)間內(nèi)再生修復(fù)，且不留瘢痕。由于該層神經(jīng)豐富，感覺(jué)靈敏，輕微損傷，即有明顯異物感。而糖尿病時(shí)，由于各種機(jī)制出現(xiàn)角膜上皮缺損，包括上皮再生遲緩、微囊性水腫、持續(xù)性上皮損失、淺層角膜潰瘍及大疤形成等〔1〕，從而造成不可逆性視力障礙。

1糖尿病角膜上皮細(xì)胞形態(tài)和功能變化

1.1角膜上皮細(xì)胞形態(tài)及結(jié)構(gòu)改變張梅愛(ài)〔2〕利用顯微鏡觀(guān)察到，高糖環(huán)境下，角膜上皮細(xì)胞表面稍有不平整，表面短小微絨毛和微皺褶減少，上皮細(xì)胞層數(shù)減少，基底層細(xì)胞空泡形成、退化，甚至凋亡，細(xì)胞間隙增大，出現(xiàn)裂縫，細(xì)胞間連接疏松，橋粒數(shù)量減少，基底膜細(xì)胞外基質(zhì)合成異常。

1.2角膜上皮細(xì)胞的功能改變(1)修復(fù)功能延遲：正常情況下，角膜的損傷修復(fù)過(guò)程分為3個(gè)階段:①角膜緣上皮細(xì)胞的遷移；②角膜緣干細(xì)胞的增殖和分化；③黏附結(jié)構(gòu)的更新。而高糖時(shí)，修復(fù)時(shí)間明顯延遲，并存在剝脫現(xiàn)象，原因可能如下〔2～6〕：①細(xì)胞修復(fù)需要大量的葡萄糖供應(yīng)能量，而糖尿病患者不能充分利用體內(nèi)葡萄糖，導(dǎo)致相對(duì)缺少能量狀態(tài)。②高糖通過(guò)增加活性氧產(chǎn)物破壞了細(xì)胞DNA的穩(wěn)定性，相關(guān)蛋白、mRNA表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞因子如胰島素類(lèi)似物(IGF)-1、表皮生長(zhǎng)因子等異常，使P物質(zhì)減少，影響纖連蛋白-整合素信號(hào)通路及細(xì)胞免疫應(yīng)答，抑制內(nèi)皮細(xì)胞遷移及中性粒細(xì)胞的趨化；另外，高血糖誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)E-選擇素水平增高，從而抑制角膜上皮細(xì)胞的修復(fù)。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高糖時(shí)IGF-1及其受體表達(dá)受抑制，通過(guò)調(diào)控β-actenin信號(hào)通路，引起ki-67、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-2),bcl-2表達(dá)下調(diào)、bax表達(dá)上調(diào)，從而降低細(xì)胞增殖、遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。③高糖環(huán)境下，由于磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路受到抑制，導(dǎo)致細(xì)胞增生、分化能力下降，促進(jìn)了細(xì)胞凋亡。(2)屏障功能減退：前文提到糖尿病角膜上皮細(xì)胞的形態(tài)及結(jié)構(gòu)的變化，使得角膜上皮細(xì)胞物理屏障功能受損，通透性增加，角膜的透明性變差，上皮細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞水腫，從而影響細(xì)胞表面生長(zhǎng)因子功能；另有實(shí)驗(yàn)證明，高糖狀態(tài)下人類(lèi)角膜上皮細(xì)胞層黏連蛋白-5穩(wěn)態(tài)水平下降，Ⅳ型膠原免疫反應(yīng)增強(qiáng)，從而破壞屏障功能。

2糖尿病角膜上皮細(xì)胞病變發(fā)生機(jī)制

2.1淚膜成分的改變淚膜具有保護(hù)、營(yíng)養(yǎng)、潤(rùn)滑角結(jié)膜及防止角膜上皮干燥角化等功能。正常淚膜由三部分組成，分別是脂質(zhì)層、水液層和黏蛋白層，以維持眼表組織正常生理功能。有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者淚膜與角膜上皮相互作用，聯(lián)合導(dǎo)致正常眼表結(jié)構(gòu)及功能受損，即當(dāng)淚膜結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生改變，穩(wěn)定性下降時(shí)，角結(jié)膜上皮出現(xiàn)損害及缺失，而當(dāng)角結(jié)膜上皮形態(tài)及成分的改變時(shí)，又可以影響淚膜功能。具體機(jī)制可能如下〔7～9〕：(1)淚液減少：①當(dāng)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)時(shí)，多元醇通道被激活，使過(guò)多的山梨醇在細(xì)胞內(nèi)蓄積，導(dǎo)致胞內(nèi)滲透壓升高，水分子內(nèi)流，細(xì)胞水腫，最終造成副淚腺結(jié)構(gòu)和功能的障礙，從而使淚液分泌量下降；②糖尿病周?chē)窠?jīng)病變可累及淚腺，也可使淚液分泌減少；③淚膜穩(wěn)定性遭破壞后，淚液蒸發(fā)增加。(2)淚液分布障礙：支配角膜感覺(jué)的是三叉神經(jīng)眼支及少量腎上腺素能和乙酞膽堿能自主神經(jīng)纖維，因角膜表面分布著豐富的神經(jīng)末梢，故感覺(jué)非常靈敏。當(dāng)這些神經(jīng)纖維受到刺激或損害時(shí)，角膜知覺(jué)減退，甚至感覺(jué)喪失，從而瞬目次數(shù)減少，淚液分布障礙。(3)黏蛋白分泌減少：高糖導(dǎo)致角膜神經(jīng)受損，使角膜知覺(jué)減退，造成角膜上皮和基底膜異常，同時(shí)由于再生上皮細(xì)胞的黏附功能下降，共同導(dǎo)致角膜上皮脫落與損害，淚膜完全破壞；另由于杯狀細(xì)胞及結(jié)膜上皮細(xì)胞發(fā)生磷酸化，眼表黏蛋白分泌下降，淚膜穩(wěn)定性進(jìn)一步下降。

2.2高血糖環(huán)境目前大多數(shù)研究認(rèn)為，糖尿病患者角膜上皮細(xì)胞發(fā)生病變均與高血糖有密切關(guān)系，其機(jī)制可能如下〔10～12〕：①糖基化終產(chǎn)物增加：糖尿病患者體內(nèi)蛋白質(zhì)糖基化反應(yīng)活躍，糖基化終產(chǎn)物的長(zhǎng)期聚集，干擾了細(xì)胞外基質(zhì)的功能，從而減少角膜上皮細(xì)胞的勃連和擴(kuò)展，影響遷移、增殖分化及黏附；另有發(fā)現(xiàn)糖基化終末產(chǎn)物受體及核因子κB有顯著增加，目前具體影響機(jī)制尚不明確。②細(xì)胞內(nèi)滲透壓增高：高糖時(shí)，醛糖還原酶通路被激活，葡萄糖通過(guò)醛糖還原酶轉(zhuǎn)化為山梨醇，形成胞內(nèi)高滲，角膜上皮細(xì)胞水腫，導(dǎo)致角膜上皮剝脫，影響正常功能。③蛋白激酶通路增強(qiáng)：高糖時(shí)，蛋白激酶C通路增強(qiáng)，使氧自由基、NO、前列腺素等的產(chǎn)生增加，降低前列環(huán)素產(chǎn)生及Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase活性，從而影響基底膜的更新、細(xì)胞黏合、細(xì)胞生長(zhǎng)及纖維黏合素的調(diào)節(jié)等④細(xì)胞Na+-K+-ATPase活性下降：糖尿病時(shí)角膜能量代謝異常引起乳酸、山梨醇等在角膜上皮、基質(zhì)層及神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)增加，妨礙了對(duì)細(xì)胞對(duì)肌醇的攝取，干擾Na+-K+-ATPase的泵功能；高血糖癥通過(guò)誘導(dǎo)滅活局部傳導(dǎo)酶和抑制細(xì)胞內(nèi)肌醇，導(dǎo)致內(nèi)細(xì)胞中Na+-K+-ATPase的活性下降。

2.3MMP表達(dá)上調(diào)MMP對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)具有廣泛的降解作用，是調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡最重要的一大酶系，Saghizadeh等〔13〕發(fā)現(xiàn)糖尿病患者M(jìn)MP-10的mRNA在角膜上皮及基質(zhì)的水平較正常角膜表達(dá)增強(qiáng)，可能與引起臨床上發(fā)現(xiàn)的上皮細(xì)胞黏附異常，易剝脫?？赡軝C(jī)制是由于細(xì)胞外基質(zhì)的合成不規(guī)則，層黏連蛋白-1和層黏連蛋白-10及整合素大范圍減少和中斷，導(dǎo)致角膜出現(xiàn)不正常的愈合和上皮黏合〔14〕，且局部微環(huán)境也可影響角膜細(xì)胞分泌的機(jī)制MMP的活性變化〔15〕。

2.4神經(jīng)病變角膜細(xì)胞主要通過(guò)角膜神經(jīng)獲取營(yíng)養(yǎng)，包括角膜上皮代謝、細(xì)胞連接、傷后修復(fù)等。當(dāng)角膜神經(jīng)遭到破壞后，基質(zhì)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)攝取障礙，從而導(dǎo)致細(xì)胞的損傷。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示：糖尿病兔角膜神經(jīng)軸突腫脹、崩解，線(xiàn)粒體呈現(xiàn)不同程度的水腫、變性，神經(jīng)活性降低，并隨著病程的進(jìn)展，上述變化漸趨明顯〔16〕，提示糖尿病角膜上皮病變與神經(jīng)病變有著密切的關(guān)系?？紤]原因可能是由于糖代謝紊亂，引發(fā)多元醇途徑激活、肌醇代謝紊亂、蛋白糖基化增加等導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞腫脹變性、神經(jīng)膜功能障礙、蛋白合成障礙及軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)障礙等〔17〕，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)末梢水腫，變性崩解。Troger等〔18〕發(fā)現(xiàn)糖尿病鼠三叉神經(jīng)節(jié)SP顯著減少，表明SP與糖尿病眼表疾病有關(guān)。

2.5氧化應(yīng)激高糖狀態(tài)下葡萄糖通過(guò)還原型輔酶Ⅱ(NADPH)的氧化、線(xiàn)粒體通路、激活P38激活的蛋白激酶刺激氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)。ROS可以直接氧化、損傷細(xì)胞DNA，造成細(xì)胞凋亡，還可以使細(xì)胞膜上的蛋白和脂質(zhì)過(guò)氧化，改變細(xì)胞膜的通透性〔19，20〕。目前認(rèn)為有以下可能〔21～23〕：①因胰島素作用不足、高糖高脂及組織低氧狀態(tài)等因素，使機(jī)氧化應(yīng)激增強(qiáng)；②蛋白糖基化反應(yīng)引起氧自由基增多，非酶糖基化反應(yīng)則在形成脫氧葡萄糖酮醛時(shí)，Amadori產(chǎn)物和葡萄糖都經(jīng)歷了自身氧化過(guò)程；③過(guò)量的葡萄糖經(jīng)醛糖還原酶(AR)轉(zhuǎn)變?yōu)樯嚼娲?，?jīng)山梨醇脫氫酶(SDH)催化為果糖使氧化型煙酸胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)變成還原型(NADH)，從而影響許多酶的活性，進(jìn)而產(chǎn)生更多的氧自由基；④抗氧化系統(tǒng)清除能力減弱。

3小結(jié)與展望

目前為止，關(guān)于糖尿病角膜上皮細(xì)胞病變的研究越來(lái)越多，但其具體發(fā)病機(jī)制、信號(hào)通路及相關(guān)因子還有待深入研究，而高糖及淚膜成分的改變是糖尿病性角膜上皮病變發(fā)生的基礎(chǔ)原因，因此有效控制血糖、營(yíng)養(yǎng)保護(hù)淚膜功能均可延緩糖尿病角膜病變的進(jìn)一步惡化。

參考文獻(xiàn)4

1Schultz RO,Horn DLV,Peters MA,etal.Diabetic keratopathy〔J〕.Trans Am Ophthalmol Soc,1981；79:180-99.

2張梅愛(ài).高糖環(huán)境對(duì)角膜上皮修復(fù)和角膜緣干細(xì)胞活性影響的實(shí)驗(yàn)研究〔D〕.青島：青島大學(xué)，2012.

3許宇東,丁慰祖,朱江莉,等.糖尿病對(duì)眼表結(jié)構(gòu)的影響〔J〕.國(guó)際眼科縱覽,2011；35(1):34-7.

4張玉婷,吳欣怡.胰島素樣生長(zhǎng)因子-1在糖尿病角膜上皮創(chuàng)傷愈合中的研究進(jìn)展〔J〕.眼外傷職業(yè)眼病雜志(附眼科手術(shù)),2010；32(12):954-7.

5羅媛,趙艷婷,林秋蓉,等.表皮生長(zhǎng)因子對(duì)糖尿病大鼠角膜上皮損傷修復(fù)影響的研究〔J〕.海峽科學(xué),2012;11:38-9.

6Saghizadeh M,Kramerov AA，Tajbakhsh J,etal.Proteinase and growth factor alterations revealed by gene microarray analysis of human diabetic corneas〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci，2005;46(10):3604-15.

7金龍山，崔仁哲，黃世威.2型糖尿病病情與干眼癥相關(guān)性研究〔J〕.延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào)，2007；30(3):177-9.

8虎學(xué)君，楊得萬(wàn)，楊巧玲.糖尿病2型患者干眼癥發(fā)病相關(guān)因素分析〔J〕.國(guó)際眼科雜志，2009；9(10):1916-8.

9劉曉燕，朱學(xué)軍.糖尿病性角膜神經(jīng)病變的研究進(jìn)展〔J〕.國(guó)際眼科雜志，2008；8(7):1438-40.

10朱姝,賈卉.糖尿病角膜上皮和淚膜改變的研究進(jìn)展〔J〕.眼科新進(jìn)展,2007；27(4):318-20.

11Bourne WM,Holtan SB,Hodge DO.Morphological changes in corneal endothelial cells during 3 years of fluorocarbon contact lens wear〔J〕.Cornea,1999；18(1):29-33.

12Herse PR.Corneal hydration control in normal and alloxan-induced diabetic rabbits〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci,1990；31(11):2205-13.

13Saghizadeh M,Brown DJ,Castellon R,etal.Overexpression of matrix metalloproteinase-10 and matrix metalloproteinase-3 in human diabetic corneas：a possible mechanism of basement membrane and integrin alterations〔J〕.Am J Pathol,2001;158(2):723-34.

14李永浩，劉祖國(guó)，呂林.糖尿病性角膜病變〔J〕.中國(guó)實(shí)用眼科雜志，2002：20(2):323-5.

15Takahashi H，Akiba K,Noguchi T.Matrix metalloproteinase activity is enhanced during corneal wound repair in high glucose condition〔J〕.Curr Eye Res,2000;21(21):608-15.

16李金瑛，麥才鏗，胡燕華.糖尿病兔角膜神經(jīng)組織化學(xué)及超微結(jié)構(gòu)研究〔J〕.中華眼科雜志，1996；32(2):258-9.

17王憲玲.糖尿病性神經(jīng)病變.見(jiàn):張承芬，張惠蓉，主編.糖尿病的眼部并發(fā)癥及治療〔M〕.第1版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2003：250-2.

18Troger J,Humpel C,Kremser B,etal.The effect of streptozotocin induced diabetes mellitus on substance P and calciton in gene-related peptide expression in the rat trigeminal ganglion〔J〕.Brain Res，1999;842(1):84-91.

19Chen JH，Hales CN，Ozanne SE.DNA damage，cellular senescence and organismal ageing:causal or correlative〔J〕? Nucleic Acids Res，2007；35:7417-28.

20Song YS,Lee BY，Hwang ES.Dinstinct ROS and biochemical profiles in cells undergoing DNA apoptosis damage-induced senescence and apotosis〔J〕.Mech Ageing Dve，2005；125(2):580-90.

21Rehany U,Ishii Y,Lahav M,etal.Ultrastructural changes in corneas of diabetic patients〔J〕.Conrea,2000;19(4):534-8.

22Shimazaki J,Tsuhota K,Tornheim K,etal.Changes of corneal redox state in diabetic animal models〔J〕.Cornea,1995;14(2):196-201.

23Sabuncua T,Vuralb H,Harmac M,etal.Oxidative stress in polycystic ovary syndrome and its contribution to the risk of cardiovascular disease〔J〕.Clin Biochem,2001;34(4):407-13.

〔2015-01-15修回〕

(編輯李相軍)

通訊作者：李強(qiáng)翔(1970-)，男，博士后，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事糖尿病血管并發(fā)癥研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81170823)；湖南省科技廳項(xiàng)目(2015JC3118)；湖南省高層次衛(wèi)生人才‘225’工程培養(yǎng)項(xiàng)目資助;湖南省計(jì)委科研計(jì)劃課題(B2015-70)；湖南省中醫(yī)藥科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(201533)

中圖分類(lèi)號(hào)〔〕R587〔

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔

文章編號(hào)〕1005-9202(2015)24-7245-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.24.136