高眼壓狀態下角膜內皮的損傷與修復

曲勃，劉丹霞，張旺

（中國醫科大學附屬第四醫院眼科，中國醫科大學眼科醫院，遼寧省晶狀體學重點實驗室，沈陽 110005）

青光眼是全球第二大致盲性眼病，病理性眼壓增高是其主要危險因素。根據眼壓升高時房角的狀態，將原發性青光眼分為原發性閉角型青光眼及原發性開角型青光眼。由于前房角被周邊虹膜組織機械性阻塞導致房水流出受阻，此時眼壓急劇升高，即為原發性青光眼急性大發作。高眼壓對視野及視神經產生損害同時，也損傷角膜，尤其是角膜內皮的功能。高眼壓是損傷角膜內皮細胞的重要因素之一，為更深入了解高眼壓狀態下角膜內皮的損傷與修復，本文從正常角膜內皮細胞的生理結構及特性、角膜內皮細胞的測量、高眼壓對角膜內皮細胞的影響及損傷機制、角膜內皮細胞的修復等方面闡述高眼壓對角膜內皮細胞的影響，為青光眼患者尤其是急性閉角型青光眼患者的治療及術后評估提供可靠依據。

1 正常角膜內皮細胞的結構及生理特性

角膜內皮細胞是位于角膜最內面的單層六角形上皮細胞，每個內皮細胞高約5 μm，寬約18～20 μm，細胞膜后表面可見20～30個微絨毛突向前房。角膜內皮細胞膜以閉鎖小帶、閉鎖斑及橋粒緊密連接形成連接復合體。角膜內皮細胞通過“泵－漏機制”為角膜提供充足的營養并維持角膜透明。角膜內皮將前房內的水及營養物質“漏”給角膜其余結構，并通過主動轉運“泵”出角膜實質內的水分，以維持角膜透明［1］。

通常成年人角膜內皮細胞密度較穩定，隨年齡的增長角膜內皮細胞密度逐漸下降，且角膜內皮的多形性逐年增加［2］。角膜內皮細胞受損會導致角膜內皮細胞的主動轉運功能及角膜內皮層間的復合連接受損，水分進入角膜基質層，使基質層內膠原纖維失去正常規則的排列，纖維間隙擴大，基質層含水量增多，角膜混濁水腫，嚴重者出現大泡性角膜病變。一般認為，當角膜內皮細胞密度下降至400～700/mm2時，會出現角膜內皮細胞水腫，甚至大泡性角膜病變［2］。

2 角膜內皮的檢測及意義

角膜內皮細胞損傷后如何進行測量，也是目前針對角膜內皮細胞進行的研究的熱點之一。角膜內皮細胞的檢測方法主要為非接觸角膜內皮鏡及共聚焦顯微鏡。非接觸角膜內皮鏡可對角膜內皮進行定性及定量檢測，檢測指標包括角膜內皮密度、中央角膜厚度、平均細胞面積、六邊形細胞比率等，可觀察角膜內皮早期損傷和估測角膜內皮的功能。但在角膜內皮細胞密度減少及角膜有病變時，共聚焦顯微鏡能夠提供實時的高分辨率和對比率的圖像甚至3D圖像，對角膜內皮細胞功能的評估具有一定的優越性［3］。目前某些實驗室采用的是更為先進的X線散射技術及三維掃描電子顯微鏡，它們可從分子層面顯示組織的形狀和力學性質［4］。角膜內皮細胞的檢測能觀察角膜內皮的損傷，估測角膜內皮的功能，為臨床提供基礎。

3 角膜內皮的增殖抑制

既往研究證明角膜內皮細胞在生理狀態下無法增殖。人的角膜內皮細胞屬于終末細胞，角膜內皮細胞始終停留在細胞周期的G1期，無法進入S期［5］。人角膜內皮在生理狀態下無法進行增殖的主要原因如下：（1） 角膜內皮細胞間的緊密連接使角膜內皮表現為強烈的接觸抑制，這種接觸抑制可使P27kip1蛋白的表達上調，P27kip1是一種細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子，其參與細胞周期調控，使角膜內皮細胞停留在細胞周期的G1期，無法進行增殖活動［4］；（2）促進細胞有絲分裂的因子 （表皮細胞生長因子、成纖維細胞生長因子等） 在前房中濃度極低，且角膜內皮細胞對生長因子無應答［6-7］；（3） 前房中存在細胞生長的抑制因子，如轉化生長因子-β2 （transforming growth factor-β2，TGF-β2） ，TGF-β2在G1/G0期通過激活轉錄因子p53而增加細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子的表達量，抑制細胞進入S期［6-7］；（4） 角膜的解剖位置決定了角膜內皮長期暴露于紫外線照射，長期紫外線照射導致的光損傷可引起活性氧自由基積累，誘導氧化應激反應，引起細胞損傷包括DNA的損傷，阻礙細胞增殖［6-7］。

4 角膜內皮的增殖

前文闡述了角膜內皮細胞由于存在增殖抑制而在體內無法進行增殖，然而目前多種證據表明，角膜內皮細胞在特定情況下具有增殖能力：角膜內皮周邊部角膜內皮細胞表達干細胞標志物，表明至少部分角膜內皮細胞擁有增殖能力［8-10］；在異體角膜移植術后，患者的角膜植床上發現供體與受體角膜內皮細胞混合體［11］；角膜緣內皮細胞增殖轉移后可修復角膜后彈力層［12］。

5 眼壓對角膜內皮細胞的影響

眼壓除能夠損傷角膜內皮細胞外，還對角膜內皮的形態及功能有一定影響。PATEL等［13］發現，體外培養的角膜內皮細胞形態不規則，但移植到活體后，其外形逐漸向六邊形過渡，提示角膜內皮所處的環境對角膜內皮的形態具有一定的影響。幸正茂等［14］發現，仿生條件下培養的角膜內皮細胞比在普通無壓力下培養的角膜內皮細胞具有更高的活性，但高壓力和非生理性波動的壓力會影響角膜內皮的正常形成及生存，說明控制眼壓正常是角膜內皮的形態及功能形成的條件之一。

正常的眼壓可維持角膜的形態和功能，但眼壓過高可對角膜內皮細胞造成損傷。研究［15］表明，眼壓的增高和持續時間與角膜內皮細胞損傷呈正相關。通過對兔高眼壓模型的電鏡觀察［16］，發現高眼壓可使角膜內皮細胞膜破損，細胞腫脹，細胞器顆粒粗大，持續高眼壓可進一步導致內皮細胞崩解，胞質脫落，胞核裸露，繼而出現細胞缺損區，修復細胞缺損區時內皮細胞異形明顯。

6 高眼壓損傷角膜內皮的機制

高眼壓對角膜內皮細胞的損傷機制目前尚不明確。眾多學者通過體外加壓對角膜內皮細胞進行實驗，得出不同的損傷機制，如角膜內皮細胞缺氧、角膜內皮細胞內代謝產物堆積、角膜內皮細胞凋亡等。

6.1 缺氧

梁都雅等［17］認為高眼壓對角膜內皮細胞的損傷可能是機械性損傷，與缺氧相關。角膜的營養代謝與角膜神經支配有著密切關系。眼壓增高壓迫角膜感覺神經使角膜營養障礙，同時靜脈受壓回流受阻及角膜緣血管網灌流量減少導致角膜缺氧，二者供給內皮細胞的能量減少，導致細胞結構受損。同時，缺氧會抑制內皮細胞泵的有氧代謝，使ATP減少，從而引起內皮泵對離子的主動轉運功能障礙，導致房水動力學發生改變，最終導致角膜內皮損傷［18］。

6.2 代謝產物堆積

高眼壓對角膜內皮的損傷與高眼壓時房水循環受阻造成的代謝產物堆積相關。MORTENSEN等［19］在體外高壓力狀態下培養角膜內皮細胞，且每8 h更換培養液，發現在高壓力狀態下角膜內皮細胞數量并未減少，證實高眼壓對角膜內皮細胞的損傷與代謝產物堆積相關。

6.3 凋亡

凋亡是由基因調控的細胞程序性死亡。梁玲玲等［20］利用體外壓力仿生培養，認為高壓力對角膜內皮的損傷是通過誘導細胞凋亡引起的。凋亡途徑主要有內源性途徑和外源性途徑。梁玲玲等［21］進一步發現，高壓力下促凋亡蛋白p53表達增強與凋亡抑制因子之一的bcl-2失衡，誘發內源性細胞凋亡途徑的啟動，內源性細胞凋亡途徑啟動后，細胞色素C從線粒體內釋放至細胞質，其與凋亡相關因子1結合形成凋亡小體，啟動caspase聯級反應，導致細胞死亡。

7 角膜內皮損傷后的修復

由于角膜內皮的增殖抑制，人角膜內皮損傷后，主要通過損傷區周邊內皮細胞的擴大及移行修復缺損區。損傷區邊緣的細胞通過相互移動將周邊的細胞向缺損區牽拉，重新建立細胞連接。同時，細胞間的接觸抑制使內皮細胞的擴大與移行終止。一般認為，角膜內皮細胞的移行與細胞內的肌動蛋白相關。Rho相關激酶通路可通過調控肌動蛋白張力纖維束的形成和細胞收縮，促進細胞的黏附肌運動作用，Rho相關激酶抑制因子可通過誘導角膜內皮細胞的重塑、粘連和細胞移行，促進角膜內皮愈

合［22］。

角膜內皮細胞始終處于細胞周期中的G1期，而非退出細胞增殖周期，可由此推斷，角膜內皮細胞在生理條件下具有增殖潛能。多項研究［23］表明，人角膜內皮細胞中存在生長因子，如表皮細胞生長因子、成纖維細胞生長因子等，與角膜內皮損傷修復相關。表皮細胞生長因子可促進角膜內皮細胞的生長，且在一定濃度內具有劑量依賴性。成纖維細胞生長因子刺激角膜內皮細胞的有絲分裂、趨化、移行、損傷修復及改變角膜內皮細胞的形狀，且在一定濃度內具有劑量依賴性。各因子對角膜內皮細胞修復具有協同作用。由于血-房水屏障的作用，前房中缺乏足夠濃度的生長因子，且由于TGF-β2的抑制作用，角膜內皮細胞僅出現輕微的增殖表現，無法完成整個增殖周期。

綜上所述，角膜內皮細胞是保持角膜透明的基本，角膜內皮在人體內無法增殖，損傷后主要依靠擴大與移行修復缺損區，在臨床上可表現為角膜內皮細胞密度減低、內皮細胞六角細胞比例下降以及中央角膜厚度增加等。急性閉角型青光眼高眼壓在短時間內即可對角膜內皮細胞產生損傷，快速控制眼壓是減少角膜內皮細胞損傷、挽救青光眼患者視力的當務之急。高眼壓持續時間與角膜內皮損傷呈正比，若不能及時控制高眼壓，角膜內皮細胞持續受損，最終會導致角膜內皮失代償，甚至出現大泡性角膜病變。角膜內皮移植是解決此問題的唯一方法。但由于缺少供體及供體年齡的限制，角膜內皮細胞移植具有明顯局限性。具有生物活性的組織工程角膜是目前角膜內皮研究的一大熱點，而角膜內皮細胞的體外培養是組織工程角膜的首選。目前，對角膜內皮細胞的觀察及研究主要集中于動物模型及體外培養，對人角膜內皮細胞的觀察及研究尚少。基于目前的研究成果，角膜內皮盲的患者終將看到光明。