大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的原因

嚴(yán)偉明，陳 濤，龍 盤，危冬昱，安 晶，陳梅珠，張作明

0 引言

葡萄膜炎是一種常見的、易復(fù)發(fā)的、可致盲性眼科疾病，其病因較復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制仍未完全研究清楚。臨床上對葡萄膜炎進(jìn)行深入探索其發(fā)病機(jī)制存在諸多限制(如除了個(gè)別尸檢外，無法獲取標(biāo)本進(jìn)行病理組織學(xué)檢查)，因此選用合適的葡萄膜炎動物模型對人類葡萄膜炎進(jìn)行相關(guān)研究具有重要意義。內(nèi)毒素誘導(dǎo)的葡萄膜炎模型(endotoxin-induced uveitis，EIU)是一種常用的葡萄膜炎動物模型，可模擬與革蘭氏陰性菌感染相關(guān)的人類內(nèi)源性葡萄膜炎，被廣泛應(yīng)用于葡萄膜炎的發(fā)病機(jī)制、預(yù)防、治療等方面的研究[1]。EIU可通過在動物(包括大鼠、小鼠、家兔等)眼內(nèi)、皮下、腹腔或靜脈等部位注射內(nèi)毒素誘導(dǎo)產(chǎn)生典型的葡萄膜炎體征，如虹膜充血、瞳孔縮小、前房積膿等[2-3]。然而，在通過全身給藥途徑(皮下、腹腔或靜脈)注射內(nèi)毒素誘導(dǎo)的大鼠EIU中，盡管其眼內(nèi)組織表現(xiàn)出明顯炎癥反應(yīng)，而其它組織器官并沒有產(chǎn)生相應(yīng)明顯的病理組織學(xué)變化。這種現(xiàn)象早在1980年就被發(fā)現(xiàn)[4]，但至今尚未完全研究清楚。本文將就大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的可能原因進(jìn)行綜述分析，以期能為臨床治療葡萄膜炎提供新思路。

1 大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的現(xiàn)象

內(nèi)毒素(endotoxin)又稱脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)，是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的一個(gè)組成部分，是革蘭陰性菌的主要致病物質(zhì)。1980年Rosenbaum等[4]發(fā)現(xiàn)，在多種品系大鼠上通過全身給藥途徑注射內(nèi)毒素可誘導(dǎo)出大鼠雙眼急性前葡萄膜炎體征，并在病理組織學(xué)上得到證實(shí)。這種葡萄膜炎模型被稱為EIU，為人類葡萄膜炎研究提供了一種可行的動物模型。大鼠EIU可通過全身給藥途徑(如足底皮下、腹腔或靜脈)注射內(nèi)毒素誘導(dǎo)產(chǎn)生[5]；而直接在大鼠眼內(nèi)注射(玻璃體腔注射)內(nèi)毒素也可誘導(dǎo)出EIU[6]。大鼠EIU主要表現(xiàn)為雙眼急性前葡萄膜炎，體征包括虹膜充血、瞳孔縮小、房水閃輝、虹膜睫狀體和前房中炎癥細(xì)胞浸潤，甚至前房積膿。EIU的炎癥反應(yīng)一般在注射內(nèi)毒素 24h后達(dá)到高峰，之后開始緩解，約在96h后消失[1]。

在Rosenbaum等研究中，除了發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素可誘導(dǎo)出大鼠EIU模型外，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)逐漸增加內(nèi)毒素的注射劑量達(dá)到足夠在大鼠眼內(nèi)組織產(chǎn)生炎癥時(shí)，全身其它組織器官(心、肺、肝、腎、脾、皮膚、小腸和骨髓等)均觀察不到明顯的病理組織學(xué)變化。Mochizuki等研究也發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象[7-8]。大鼠眼內(nèi)組織較其它器官組織對內(nèi)毒素更容易產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的這種現(xiàn)象，引起了不少學(xué)者的關(guān)注，并對其可能原因進(jìn)行了相關(guān)探索。

2 大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的可能原因

2.1內(nèi)毒素誘導(dǎo)其它疾病模型與EIU比較內(nèi)毒素也可運(yùn)用于誘導(dǎo)其它疾病模型，如肝損傷、腦損傷、彌漫性血管內(nèi)凝血、內(nèi)毒素血癥和內(nèi)毒素性休克等模型。這些模型造模所采用的內(nèi)毒素給藥途徑多為靜脈或腹腔注射，而其所運(yùn)用的內(nèi)毒素造模劑量均較EIU造模所用的大(EIU造模劑量為1mg/kg，其它模型為5、8、10mg/kg等[9])。這些模型是在全身給予足夠劑量的內(nèi)毒素后，引起機(jī)體產(chǎn)生明顯的內(nèi)毒素血癥，導(dǎo)致相應(yīng)組織器官內(nèi)產(chǎn)生大量的炎癥介質(zhì)，造成血管收縮，微循環(huán)障礙，組織細(xì)胞缺血、缺氧，從而引起相應(yīng)組織器官的損傷。在這些模型中，經(jīng)全身給藥途徑給予內(nèi)毒素能引起相應(yīng)組織器官產(chǎn)生炎癥性病理組織學(xué)改變。其它一些由內(nèi)毒素誘導(dǎo)的疾病模型，如急性肺損傷模型、慢性支氣管炎模型等，可采用小劑量內(nèi)毒素(200μg)通過局部給予途徑(如支氣管內(nèi)給藥)在相應(yīng)組織器官直接接觸誘導(dǎo)出相應(yīng)病變[10]。此種內(nèi)毒素給予方式也能在相應(yīng)器官組織產(chǎn)生明顯的病理組織學(xué)變化。

與上述內(nèi)毒素誘導(dǎo)的這些疾病模型不同，EIU模型可通過在大鼠眼球外部位(如足底皮下、腹腔、靜脈)注射小劑量內(nèi)毒素，在其眼內(nèi)組織誘發(fā)出明顯的病理組織學(xué)改變，而其它組織器官幾乎沒有病理組織學(xué)變化。這提示大鼠眼內(nèi)組織可能存在某種特殊性，造成其對內(nèi)毒素敏感。

2.2內(nèi)毒素并不在眼內(nèi)組織特異聚集關(guān)于EIU中大鼠眼內(nèi)組織選擇性被感染的原因，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為是因?yàn)閮?nèi)毒素更容易結(jié)合在大鼠眼內(nèi)組織[11]。葡萄膜(包括虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜三部分)內(nèi)含豐富的血管，是免疫細(xì)胞的儲備庫，易對循環(huán)中的抗原產(chǎn)生反應(yīng)而造成組織損傷。不少學(xué)者認(rèn)為葡萄膜內(nèi)的血管血流量較大，加之其毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙較大，使其較容易聚集較多量的內(nèi)毒素，并由此激活巨噬細(xì)胞，引起不可逆的炎癥級聯(lián)反應(yīng)。葡萄膜內(nèi)這種血管結(jié)構(gòu)的特殊性可能是造成大鼠眼內(nèi)組織對血液循環(huán)中的內(nèi)毒素高度敏感的原因[11]。然而，有研究通過在大鼠上靜脈注射帶有放射性物質(zhì)標(biāo)記的內(nèi)毒素后發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)，大鼠眼內(nèi)組織內(nèi)毒素的濃度均明顯低于肝、腎或脾等器官[12]。Bhattacherjee等[13]發(fā)現(xiàn)將1ng 內(nèi)毒素直接注射到大鼠玻璃體腔內(nèi)與皮下注射200000ng(200μg)內(nèi)毒素后所產(chǎn)生的眼內(nèi)組織炎癥反應(yīng)相似，甚至更重。此外，前期我們通過一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將EIU造模的內(nèi)毒素造模劑量從常規(guī)的1mg/kg減少到 1/8(mg/kg)時(shí)，所獲得的葡萄膜炎程度相對較輕[14]，房水內(nèi)蛋白總量明顯下降，但仍可見較明顯的虹膜充血、前房積膿等葡萄膜炎體征[15]。

以上相關(guān)研究結(jié)果提示，大鼠眼內(nèi)組織并不比其它組織器官特異性地結(jié)合更多量的內(nèi)毒素。EIU中大鼠眼內(nèi)組織產(chǎn)生明顯炎癥與其中所含的內(nèi)毒素劑量沒有直接相關(guān)性，而可能是大鼠眼內(nèi)組織本身可能存在某種特殊性，使其對內(nèi)毒素高度敏感。因此，即使注射很小劑量的內(nèi)毒素，在其它組織器官未出現(xiàn)明顯病理組織學(xué)變化時(shí)，大鼠眼內(nèi)組織也可先產(chǎn)生明顯的炎癥反應(yīng)。

2.3大鼠眼內(nèi)組織血管內(nèi)皮細(xì)胞的特殊性血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷是炎癥發(fā)展的重要因素之一。血栓素B2(thromboxane B2，TXB2)是血栓素A2(TXA2)的代謝物，其在血小板和中性粒細(xì)胞內(nèi)含量豐富。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠足底皮下注射內(nèi)毒素 1h后，房水中就有TXB2出現(xiàn)[8]，提示在EIU早期大鼠虹膜睫狀體血管內(nèi)即有血小板和中性粒細(xì)胞聚集。MHCⅡ類抗原陽性表達(dá)提示組織內(nèi)存在有炎癥反應(yīng)，而在大鼠上注射內(nèi)毒素 6h后，在虹膜睫狀體血管周圍就有MHCⅡ類抗原染色存在[16]，提示虹膜睫狀體血管參與了EIU的炎癥反應(yīng)。另有研究在大鼠玻璃體腔內(nèi)注射內(nèi)毒素后，發(fā)現(xiàn)其虹膜睫狀體血管出現(xiàn)明顯擴(kuò)張，并有微血栓形成；而在后期，炎癥減輕消失后，虹膜睫狀體的血管仍存在阻塞現(xiàn)象[17]。由此可見，虹膜睫狀體血管除具有高血流量和有孔毛細(xì)血管特點(diǎn)外，可能還具有某種未知的特殊性，在EIU發(fā)病中起著重要作用。

不同解剖位置的血管內(nèi)皮細(xì)胞特性可能不同，而眼內(nèi)組織，主要是虹膜睫狀體的血管內(nèi)皮細(xì)胞可能對內(nèi)毒素的直接或間接作用高度敏感。這種虹膜睫狀體血管對內(nèi)毒素的特殊敏感性，可能表現(xiàn)在其內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)某種對內(nèi)毒素敏感的特異受體。足底皮下注射內(nèi)毒素所導(dǎo)致的血-房水屏障破壞，可能是由于血液循環(huán)中內(nèi)毒素與虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞的特異受體結(jié)合，激活內(nèi)皮細(xì)胞，引起血管通透性增加所導(dǎo)致的。關(guān)于虹膜睫狀體血管上是否存在這種內(nèi)毒素特異受體，仍未有較一致的觀點(diǎn)?？梢悦鞔_的是，內(nèi)毒素與虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞間可能發(fā)生某種未知的相互作用，有研究證實(shí)內(nèi)毒素可特異地誘導(dǎo)虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放炎癥因子[18]。此外，另一種可能的原因是，虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)某些特殊分子，或比其它器官血管內(nèi)皮細(xì)胞更易表達(dá)黏附分子或選擇素分子等，使其在受到內(nèi)毒素刺激時(shí)，更易于募集中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞，引起明顯炎癥反應(yīng)。

虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞的特殊性可能是EIU中大鼠眼內(nèi)組織產(chǎn)生明顯炎癥表現(xiàn)的可能原因之一。

2.4大鼠眼內(nèi)組織TLR4受體的特殊性在EIU致病過程中，內(nèi)毒素發(fā)揮作用需要與TLR4受體結(jié)合，從而啟動一系列炎癥反應(yīng)。Chang等發(fā)現(xiàn)，在人類葡萄膜中TLR4受體大多表達(dá)于抗原遞呈細(xì)胞中(主要是巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)，而這些表達(dá)TLR4受體的細(xì)胞多位于虹膜根部和睫狀體，以虹膜基質(zhì)血管周圍和上皮下多見[14,19]。TLR4受體這種分布方式利于監(jiān)視眼內(nèi)組織中出現(xiàn)的內(nèi)毒素，并對相應(yīng)病原菌感染做出及時(shí)反應(yīng)；而研究發(fā)現(xiàn)大鼠葡萄膜中也存在TLR4這種分布方式[20]。

TLR4受體在大鼠眼內(nèi)組織的這種特殊分布方式可能是大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的可能原因之一。

2.5大鼠眼內(nèi)組織固有巨噬細(xì)胞的特殊性巨噬細(xì)胞在EIU致病過程中起著關(guān)鍵的作用，特別是虹膜睫狀體內(nèi)的組織固有巨噬細(xì)胞。它是多種細(xì)胞因子的來源，其產(chǎn)生的細(xì)胞因子參與EIU的發(fā)生、發(fā)展過程[21-22]。研究發(fā)現(xiàn)，從大鼠的虹膜基底部到瞳孔邊緣存在一個(gè)廣泛的組織固有巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，這些細(xì)胞大部分存在于睫狀體基底部及睫狀突處的血管旁[23]，而人類的葡萄膜中可能也存在一個(gè)類似的組織固有巨噬細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這些組織固有巨噬細(xì)胞易與血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附，吞噬血液中外來的和天然存在的炎癥刺激物質(zhì)，如內(nèi)毒素。這些巨噬細(xì)胞被內(nèi)毒素激活后，釋放大量細(xì)胞因子，介導(dǎo)了炎癥反應(yīng)。組織固有巨噬細(xì)胞在虹膜睫狀體內(nèi)的特殊分布方式，可能是造成大鼠眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素特異敏感的原因之一。

3 小結(jié)

綜上所述，在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的大鼠葡萄膜炎模型中，其眼內(nèi)組織對內(nèi)毒素產(chǎn)生明顯炎癥反應(yīng)的原因，并不是由于內(nèi)毒素在其眼內(nèi)組織特異性蓄積導(dǎo)致的，而可能是其虹膜睫狀體血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)某種內(nèi)毒素敏感性受體，加上固有組織巨噬細(xì)胞及其表面TLR4受體在虹膜睫狀體血管旁的聚集性分布，造成眼內(nèi)組織較其它組織器官對血液循環(huán)中的內(nèi)毒素更敏感，更易產(chǎn)生細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)，從而產(chǎn)生明顯的炎癥?；蛟S，通過比較大鼠虹膜睫狀體與其它組織器官上血管內(nèi)皮細(xì)胞和固有組織巨噬細(xì)胞的差異，可能解開大鼠眼內(nèi)組織未知的特殊性，從而為臨床上治療人類葡萄膜炎提供新的思路。