不同臨床背景下角膜新生血管發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

陳鶴 陸曉和

作者單位：510280 廣東省廣州市，南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院眼科

在病理狀態(tài)下，從角膜緣血管網(wǎng)形成的新生毛細(xì)血管逐漸侵入角膜而形成角膜新生血管(corneal neovascularization，CNV)。CNV核心的分子機(jī)制在不同疾病中是通行的，例如促血管生成和抗血管生成因子之間的失衡、細(xì)胞外基質(zhì)的降解[1]、炎癥的級(jí)聯(lián)反應(yīng)[2]等，但是在不同的疾病中，CNV的形成機(jī)制各有特點(diǎn)[3-4]。本文對(duì)CNV在角膜移植、角膜緣干細(xì)胞缺乏、角膜接觸鏡相關(guān)眼病、單純皰疹角膜炎中發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以便廣大臨床工作者在不同臨床背景下能更好地預(yù)防和應(yīng)對(duì)這一病理改變。

1 CNV概述

1.1角膜抗新生血管機(jī)制角膜有許多防止傷后新生血管生成的機(jī)制，包括角膜基質(zhì)不斷地脫水來(lái)維持致密的膠原纖維層，角膜相對(duì)較低的溫度，與血管生成因子對(duì)抗的可溶性分子或膜結(jié)合分子，低水平的促血管生成因子如基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等[5]。然而，當(dāng)遇到嚴(yán)重的創(chuàng)傷、缺氧、過(guò)敏反應(yīng)或者暴露于某些感染源時(shí)，CNV還是會(huì)發(fā)生[6]。

1.2CNV的類(lèi)型(1)表面新生血管：特點(diǎn)是血管生長(zhǎng)于角膜上皮下方，通常由角膜外傷、輕度化學(xué)傷、炎癥和感染引起；(2)血管翳形成：結(jié)締組織在周邊角膜表面增生，主要與眼表疾病相關(guān)；(3)深層基質(zhì)血管形成：發(fā)生于前后彈力層之間的角膜基質(zhì)層，常常與基質(zhì)角膜炎、嚴(yán)重的眼前節(jié)損害、結(jié)核和梅毒感染有關(guān)[7]。

1.3CNV的利與弊CNV是角膜在暴露于一些致病因素之后，機(jī)體自然防御和愈合過(guò)程的一部分。如果限制在一定的程度和時(shí)間范圍內(nèi)，它并不一定是有害的，它能幫助清除感染、運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合以及抑制角膜基質(zhì)溶解[8]。因而在眼睛缺血、缺氧時(shí)是否有必要完全抑制新生的血管值得進(jìn)一步商榷。但是，如果CNV在某些條件下超過(guò)了一定的限度，侵犯了角膜中央或基質(zhì)層，便會(huì)導(dǎo)致角膜瘢痕、水腫、脂質(zhì)沉積、炎癥持續(xù)等，最終危害視功能[9]。

2 CNV在角膜移植中發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

CNV破壞角膜免疫赦免狀態(tài)，加劇T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫排斥過(guò)程，是角膜移植失敗的主要原因之一[10]。受體角膜在術(shù)前存在新生血管是免疫排斥的高危因素[11]。角膜移植中，手術(shù)操作相關(guān)的機(jī)械性損傷、感染、植片引起的炎癥反應(yīng)均會(huì)導(dǎo)致CNV形成[12]。

2.1移植宿主的免疫反應(yīng)新的研究發(fā)現(xiàn)，角膜移植后宿主的免疫反應(yīng)也可能會(huì)加劇CNV。免疫反應(yīng)更強(qiáng)的高危移植宿主在移植后會(huì)發(fā)生面積更大、時(shí)間更長(zhǎng)的CNV。Inomata等[13]對(duì)比觀察了小鼠低危移植宿主和高危移植宿主角膜移植后的血管動(dòng)態(tài)生成特點(diǎn)。他們用CD31和LYVE-1分別標(biāo)記血管和淋巴管，在長(zhǎng)達(dá)8周的追蹤中發(fā)現(xiàn)，高危組的CNV始終比低危組的面積更大更嚴(yán)重；低危組植片上的新生淋巴管會(huì)在移植后2周開(kāi)始逐漸消退，而高危組的新生淋巴管始終存在，不會(huì)消退。

2.2T細(xì)胞角膜移植宿主的T細(xì)胞會(huì)在移植后早期浸潤(rùn)角膜、募集巨噬細(xì)胞[14]、促進(jìn)新生血管的形成，引起角膜移植排斥反應(yīng)。Di Zazzo等[15]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，接受同種異體角膜移植宿主的T細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，會(huì)促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖；高危移植宿主組的T細(xì)胞較低危組表達(dá)更多的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)-A mRNA和蛋白；與高危移植宿主T細(xì)胞共培養(yǎng)的血管內(nèi)皮細(xì)胞的VEGF-A、VEGF-C和VEGF-R2 mRNA 的表達(dá)量也較低危組增加。

3 CNV在角膜緣干細(xì)胞缺乏中發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

CNV是角膜緣干細(xì)胞缺乏一個(gè)關(guān)鍵的臨床表現(xiàn)。自身免疫性疾病[16](Stevens-Johnson綜合征、眼瘢痕性類(lèi)天皰瘡)、外傷[17](酸、堿、熱燒傷、長(zhǎng)期配戴隱形眼鏡)、先天性疾病[18](無(wú)虹膜、外胚層發(fā)育不良)、腫瘤、各種感染、醫(yī)源性操作等均可能導(dǎo)致角膜緣干細(xì)胞缺乏，引起淺層或深層的CNV[19]。

3.1不正常的角膜上皮健康的角膜緣可以維持完整的角膜上皮[20]，形成物理屏障防止結(jié)膜上皮細(xì)胞向角膜遷移。當(dāng)角膜緣受損，球結(jié)膜細(xì)胞會(huì)入侵，使角膜結(jié)膜化，新生血管形成[21]。而且角膜中大多數(shù)抗血管生成因子，例如血管抑素、內(nèi)皮抑素、凝血細(xì)胞反應(yīng)素和可溶性VEGF受體-1等都在角膜上皮高表達(dá)[22]。角膜緣干細(xì)胞缺乏的患者通常有缺損或不正常的角膜上皮，這些角膜上皮很可能無(wú)法產(chǎn)生足夠量的抗血管生成因子[23]。

3.2WNT7A-PAX6信號(hào)通路正常的角膜緣干細(xì)胞會(huì)分化為非角化的角膜上皮細(xì)胞，保持基質(zhì)無(wú)血管化，這對(duì)維持角膜透明十分重要[24]。在角膜緣干細(xì)胞及其微環(huán)境受到慢性炎癥等刺激時(shí)，角膜緣干細(xì)胞會(huì)分化為皮膚樣的上皮細(xì)胞[25]，使角膜變得混濁、上皮角化和基質(zhì)血管形成。Ouyang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，WNT7A-PAX6信號(hào)通路對(duì)角膜緣干細(xì)胞的分化起著重要的調(diào)控作用，WNT7A或PAX6的缺失均會(huì)引起角膜緣干細(xì)胞向皮膚樣上皮細(xì)胞分化、角膜基質(zhì)血管形成。

3.3Lhx2基因缺失Lhx2(lim homeobox domain 2)在毛囊[27]、血液[28]、肝臟[29]等多種干細(xì)胞的維持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Sartaj等[30]研究發(fā)現(xiàn)，Lhx2在角膜緣干細(xì)胞的維持中也必不可少，該基因的表達(dá)可以幫助防止CNV形成和角膜結(jié)膜化、維持角膜上皮穩(wěn)態(tài)、保持角膜緣屏障功能。敲除Lhx2基因的部分小鼠會(huì)自發(fā)生成CNV，隨年齡增長(zhǎng)，有新生血管的小鼠比例逐漸增加，6周齡時(shí)8%的小鼠形成CNV，9周齡時(shí)增長(zhǎng)至17%，26周齡時(shí)比例達(dá)83%。在反復(fù)角膜上皮刮除后，Lhx2基因敲除小鼠的愈合能力較野生型減弱，大部分Lhx2缺失小鼠缺損的角膜上皮不能完全修復(fù)，新生血管形成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，所有接受過(guò)反復(fù)角膜上皮刮除術(shù)的Lhx2基因敲除小鼠，不論是否表現(xiàn)出CNV或持續(xù)上皮缺損，它們的角膜上皮中均能檢測(cè)到結(jié)膜上皮細(xì)胞標(biāo)記(K15和PAS)陽(yáng)性的細(xì)胞，而野生型小鼠的K15和PAS陽(yáng)性細(xì)胞只局限在結(jié)膜組織。

4 CNV在角膜接觸鏡相關(guān)眼病中發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

配戴角膜接觸鏡的患者常出現(xiàn)角膜周邊部的新生血管[31]，一般位于淺層，不超過(guò)2 mm。長(zhǎng)期戴角膜接觸鏡還可引起深基質(zhì)層新生血管[32]。角膜接觸眼鏡配戴者中CNV的發(fā)生率介于1%～34%之間[33]。盡管大多數(shù)人為了美觀而配戴隱形眼鏡，但仍有一部分群體是出于治療需要[34]，例如圓錐角膜、高度屈光參差、無(wú)晶狀體眼、不規(guī)則散光的患者需要長(zhǎng)期配戴更大更厚的接觸鏡，他們患CNV的風(fēng)險(xiǎn)較普通人群就更高。

4.1眼表?yè)p害角膜接觸鏡的配戴會(huì)導(dǎo)致眼表的一系列損害，包括機(jī)械性的創(chuàng)傷、干眼、瞼板腺功能障礙、角膜接觸鏡清潔和保存溶液的毒性作用以及缺氧[35-36]。這些因素造成的角膜上皮以及角膜緣干細(xì)胞的損害、引起的炎癥等均會(huì)促進(jìn)CNV的形成。

4.2缺氧在眾多因素中，缺氧被認(rèn)為是引起角膜接觸鏡相關(guān)CNV最主要的因素。配戴覆蓋角膜面積更大的軟性角膜接觸鏡、睡眠時(shí)持續(xù)配戴角膜接觸鏡會(huì)加重角膜缺氧，增加血管新生的危險(xiǎn)[37-38]。

4.2.1低氧誘導(dǎo)因子低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factors-1，HIF-1)是缺氧反應(yīng)重要的調(diào)控因子，它由2個(gè)亞基組成，其中β亞基構(gòu)成性表達(dá)，α亞基受氧氣調(diào)控。氧氣體積分?jǐn)?shù)正常時(shí)，HIF-1α?xí)豢焖俳到?，在缺氧時(shí)保持穩(wěn)定，可以結(jié)合在VEGF啟動(dòng)子區(qū)的低氧反應(yīng)元件，促進(jìn)VEGF的表達(dá)[39]。Chen等[40]觀察了閉眼配戴角膜接觸鏡的小鼠模型中角膜血管形成情況，并測(cè)定了HIF-1α和VEGF的表達(dá)，他們發(fā)現(xiàn)，HIF-1α被特異性的短發(fā)夾RNA阻斷，可以抑制CNV和VEGF的表達(dá)，伴隨IL-1β和MMP-2、MMP-9表達(dá)量的下降。

4.2.2花生四烯酸代謝對(duì)兔眼動(dòng)物模型的研究證實(shí)，缺氧會(huì)刺激角膜上皮細(xì)胞花生四烯酸的代謝，使其中CYP450的代謝產(chǎn)物12(R)-HETrE以旁分泌的方式趨化中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、角膜血管新生[41]。

4.2.3Plk3/c-Jun信號(hào)系統(tǒng)Wang等[42]研究發(fā)現(xiàn)，缺氧會(huì)通過(guò)Plk3/c-Jun信號(hào)系統(tǒng)誘導(dǎo)角膜上皮細(xì)胞的凋亡，同時(shí)促進(jìn)角膜緣干細(xì)胞遷移、增殖和分化。這也許提示缺氧會(huì)導(dǎo)致角膜上皮細(xì)胞的耗竭，從而促使了CNV的發(fā)生。

5 CNV在單純皰疹病毒性角膜炎中發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

單純皰疹病毒性(herpes simplex virus，HSV)角膜炎在角膜病中致盲率占第1位。HSV-1感染可以導(dǎo)致致盲性的免疫炎癥反應(yīng)，其中基質(zhì)型角膜炎常伴隨基質(zhì)層新生血管[43]。新生血管會(huì)使更多的炎性細(xì)胞滲漏，造成角膜基質(zhì)脂質(zhì)和蛋白沉積，阻礙光線(xiàn)傳播，影響視功能[44]。

5.1可溶性VEGF受體在病毒感染期，感染引起的炎癥及促血管生成因子的釋放介導(dǎo)了CNV的形成[45]。正常狀態(tài)下，角膜中的VEGF受體(sVR-1)可以結(jié)合角膜上皮細(xì)胞產(chǎn)生的生理性VEGF，防止其引起新生血管[46-47]。Suryawanshi 等[48]研究發(fā)現(xiàn)，HSV-1感染會(huì)上調(diào)VEGF-A的產(chǎn)生，抑制sVR-1的表達(dá)，打破VEGF-A和sVR-1之間的平衡，導(dǎo)致CNV生成。感染后，角膜上皮細(xì)胞、浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞均會(huì)釋放VEGF-A，同時(shí)，sVR-1蛋白會(huì)被中性粒細(xì)胞釋放的MMP-2、MMP-7、MMP-9降解，減弱sVR-1對(duì)VEGF-A的抑制作用。

5.2成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2當(dāng)角膜中的病毒感染清除后，免疫反應(yīng)細(xì)胞會(huì)繼續(xù)浸潤(rùn)，血管生成因子會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生，新生血管也將繼續(xù)發(fā)展[49-50]。Gurung等[51]研究發(fā)現(xiàn)，在病毒消退后，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2(fibroblast growth factor-2，F(xiàn)GF-2)在CNV的進(jìn)展和維持中發(fā)揮關(guān)鍵作用，而浸潤(rùn)的白細(xì)胞、MMP-9[52]和白細(xì)胞介素-6[53]均不是維持CNV的主要因素。FGF-2主要的來(lái)源可能不是白細(xì)胞，而可能是成纖維細(xì)胞、角膜上皮細(xì)胞、角膜內(nèi)皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等其他細(xì)胞。中和FGF-2會(huì)抑制CNV，引起白細(xì)胞介素-6、HGF、VEGF-A等促血管生成因子的下調(diào)，改善視敏度。

6 小結(jié)

CNV由多種病理因素共同作用引起，其主要致病因素在不同臨床背景下各不相同，例如角膜移植中宿主的免疫反應(yīng)、角膜緣干細(xì)胞缺乏中干細(xì)胞的維持和分化、角膜接觸鏡相關(guān)眼病中的缺氧、單純皰疹病毒性角膜炎中的病毒感染。了解其在幾種主要疾病中的發(fā)病機(jī)制有助于治療方式的發(fā)展，使眼科工作者在不同臨床背景下能更好地應(yīng)對(duì)這一病理改變，積極治療原發(fā)病，預(yù)見(jiàn)性地采取措施防止CNV的發(fā)生。