增殖性玻璃體視網膜病變的發病機制研究概況

余豐 張來林 潘金花 路雪婧

增殖性玻璃體視網膜病變(PVR)是長時間的孔源性視網膜脫離或視網膜視網膜修復術后,玻璃體腔、視網膜表面及視網膜下出現纖維增生膜,最終造成牽拉性視網膜脫離的一類疾病。其發生與增殖性糖尿病性視網膜病變(PDR)、裂孔源性視網膜脫離、眼穿孔傷等眼病有關,是導致視網膜手術失敗及患者致盲的主要原因。

1 PVR形成的發病因素及實質

PVR的發生和發展過程是體內外多種因素共同作用的結果。根據目前的研究認為以下因素常作為引發PVR的高風險因素[1-2]：①長期的裂孔性視網膜脫離;②大范圍及過強的冷凝;③伴有脈絡膜脫離的視網膜脫離;④玻璃體視網膜手術術后;⑤2個象限以上的視網膜脫離,超過3個視盤面積的視網膜裂孔以及巨大視網膜裂孔等;⑥嚴重眼穿孔傷。

PVR形成的實質是機體對視網膜損傷的生理性過度修復過程的延伸。作為損傷的修復過程,可劃分為炎癥期、細胞增殖期和瘢痕期三個階段[3]。在此過程中各種體內的細胞及因子均參與了PVR的形成。

2 PVR相關細胞學研究

研究表明,PVR的發生機制是以細胞介導為主的病理過程[4]。大量組織病理學及免疫組織化學表明,PVR增殖的主要成分為纖維細胞組織,其中包括視網膜色素上皮細胞、成纖維細胞、膠質細胞、巨噬細胞以及多種細胞外基質[5]。在正常的情況下細胞的增殖和凋亡始終保持著一種動態平衡,但因視網膜發生裂孔、外傷或眼內炎癥等病理情況下,血-視網膜屏障遭到破壞,RPE細胞、血漿成分及各種細胞因子的作用下,眼內細胞的增殖與凋亡遭到破壞,增殖過高或凋亡過低都會造成PVR病理過程的發生。

2.1 視網膜色素上皮細胞

正常情況下,視網膜色素上皮細胞(RPE)處于靜止或有絲分裂過度減慢狀態,且完全貼附于光感受器與Bruch膜之間。研究表明視網膜發生裂孔或眼內炎癥時,血-視網膜屏障遭到破壞,RPE細胞從原來位置發生分離進入玻璃體腔及視網膜前后面,且部分細胞被激活。由于血-視網膜屏障的破壞,血漿物質進入眼內造成眼內微環境發生變化,促使RPE細胞發生移行、增殖及釋放多種細胞因子趙鶯等[6]研究發現,當發生視網膜脫離或裂孔后,RPE 細胞將從原有的位置脫離并向玻璃體腔及視網膜下移行聚集,并在多種炎性細胞的刺激下表達并刺激產生多種細胞因子。RPE細胞產生的細胞因子亦會反過來作用于RPE細胞使之增殖分化移行,從而導致RPE細胞的增殖失控,形成惡性循環。如研究發現[7],當發生炎癥、外傷以及視網膜脫離,血-視網膜屏障遭到破壞的情況下,血漿中的FGF則會對RPE細胞的生長表現出明顯的促進作用,致使RPE細胞發生遷移、轉化、增殖、收縮等。研究[8]還發現生長因子PDGF可以促進人RPE細胞的α平滑肌動蛋白的表達,促使RPE細胞的轉型,是部分RPE細胞在PDGF的作用下轉化為肌成纖維樣細胞,對PVR的發生和發展起重要的作用。

2.2 成纖維細胞

成纖維細胞作為PVR增值膜的主要組成部分之一,在PVR的形成過程中起到重要的作用。在PVR的細胞遷移增殖期,經各種生產因子、白細胞介素、黏附因子及其他因素的刺激下,作為PVR形成的主要效應細胞,成纖維細胞通過有絲分裂大量增殖,合成和分泌大量的膠原和細胞外基質,而后者將參與組織的修復作用,成為PVR形成的重要因素之一。實驗研究[9]通過將兔結膜成纖維細胞注入兔玻璃體腔內,成功誘發了兔的PVR產生,進而說明成纖維細胞在PVR形成過程中起了重要作用。

3 PVR與細胞外基質研究

細胞外基質(ECM)是填充于細胞間的物質,其成分包括水、電解質、膠原、黏連糖蛋白等,共同構成了細胞生長的微環境。ECM對細胞、組織具有支持作用,除此之外還能影響細胞的形態,調控細胞的正常代謝、遷移及增殖分化等[10]。以往的研究發現,各種細胞及因子都能對ECM的形成產生影響。ECM的生長與降解收到多種因素調控,特別是免疫活性細胞、間質細胞等通過自分泌、旁分泌機制調整間質細胞合成和分泌ECM成分。在PVR形成的初始階段,由于外傷、視網膜裂孔、網脫術后及手術時冷凝、光凝作用導致組織受損,血管損傷,血-視網膜屏障作用破壞,進而導致炎性細胞及RPE細胞的遷移、釋放,同時相應的細胞因子產生,導致ECM的代謝平衡狀態遭到破壞,細胞生長的外環境發生改變,這時ECM能引導細胞進一步遷移,調節細胞的生長分化。在與各種細胞因子的相互作用中促進和導致PVR的發生和發展。纖維粘連蛋白(FN)作為細胞外基質的主要成分,由多種細胞分泌,是多種正常組織和基底膜的成分,RPE細胞、成纖維細胞均能合成FN。而研究表明[11]FN對RPE細胞及成纖維細胞具有趨化作用,促進細胞與細胞,細胞與作用物之間粘連附著,形成支架作用。

4 PVR相關細胞因子研究

細胞因子在PVR的發生、發展過程中具有突出的貢獻,能促進PVR相關細胞的生長活動,同時當視網膜發生炎癥、裂孔等血-視網膜屏障破壞時,RPE細胞向玻璃體腔及視網膜前后面移行,在各種炎癥介質的作用下亦會釋放多種細胞因子。研究發現[12],各種細胞因子對RPE細胞分化、聚集、趨化及細胞外基質的構建方面具有重要作用,從而造成RPE細胞增殖失控,形成惡性循環。

4.1 白細胞介素(IL)

多種實驗表明[13-15]PVR患者視網膜下液IL-1、IL-6、IL-8的濃度是正常檢驗對照組的2倍或更高。白細胞介素-1位重要的炎性細胞因子之一,主要由活化的單核-巨噬細胞產生。研究發現[16],在PVR的發生、發展中,IL-1能與TNF-2、IL-8一起參與介導炎癥反應,誘導內皮細胞活化,促進其增生,并能促進成纖維細胞增生,使其分泌合成膠原及細胞外基質,從而在組織損傷修復進程中起重要作用。白介素-6作為一種多功能的細胞因子,常由多種細胞分泌,如巨噬細胞、RPE細胞等。在PVR形成早期,IL-6起到炎癥和免疫反應的放大作用。Kon等[17]發現術后并發PVR的患者玻璃體腔內IL-6明顯高于術后無此并發癥者。白細胞介素-8為一種低分子蛋白,RPE細胞在激活的狀態下可釋放IL-8,其在PVR啟動階段的炎癥期起著重要的趨化作用,Arsunger等[18]研究發現40%PVR患者的玻璃體腔內有IL-8的表達,而在正常對照眼玻璃體腔內并未發現。

4.2 轉化生長因子(TGF)

轉化生長因子是一類具有多功能的多肽類生長因子,主要可分為TGF-α和TGF-β兩大類。研究表明,TGF具有促進RPE細胞的成纖維細胞樣轉化作用,同時能夠抑制RPE細胞中Ⅰ型膠原的合成,最終導致組織纖維的發生[19]。TGF-α主要由巨噬細胞產生,因與表皮生長因子的受體類似而發揮相似的作用；而研究發現TGF-β與PVR的關系較為密切,它能參與急性反應,在細胞黏附及細胞間的相互作用中發揮重要作用,同時對細胞外基質的形成、修復以及成分的改變具有重要作用,是PVR形成的重要因素。高軍等[20]通過對PVR患者與正常患者玻璃體腔中TGF-β2分析比較發現,PVR患者玻璃體中TGF-β2濃度明顯高于正常對照組,同時發現TGF-β2濃度隨視網膜增生程度加重而升高。高自清等[21]通過不同濃度的TGF-β1對體外培養的人眼眶成纖維細胞進行處理發現在一定濃度范圍內的TGF-β1具有促進成纖維細胞生長的作用。

4.3 成纖維細胞生長因子(FGF)

FGF是一種具有多種活性的多肽類生長因子,有兩種類型,分別為堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)和酸性成纖維細胞生長因子(aFGF)。具有誘導眼內炎性細胞移行和增殖的作用。以往的報道表明bFGF對PVR的形成過程中伴有重要角色。Cassidy等[22]通過研究發現,FGF在PVR中的濃度明顯較沒有PVR患者中偏高,表明FGF參與了PVR的病理形成過程。同時報道表明[23]bFGF在PVR的形成過程中具有調控細胞外基質的合成與降解,對RPE等細胞具有趨化和促進增殖作用,同時可刺激成纖維細胞產生膠原,促進組織的損傷修復。

4.4 血小板源性生長因子(PDGF)

PDGF常由血小板激活時產生,對各種間質和膠質細胞具有廣泛的趨化性和促有絲分裂性。主要的生物學作用表現為對生長停滯于G0和G1期的細胞能產生刺激作用,促進其進入增殖周期。在PVR的形成中,由于血-視網膜屏障的破壞,血清中PDGF進入玻璃體及視網膜下,參與各種細胞增殖分化進程。研究發現[24]PDGF可促進人RPE細胞的α平滑肌動蛋白的表達,促進RPE細胞的轉型,同時還能促進成纖維細胞合成和沉積膠原,可見PDGF在PVR的形成中具有重要作用。

4.5 腫瘤壞死因子(TNF)

腫瘤壞死因子(TNF)位機體內的一種重要的炎癥因子,具有廣泛的生物學活性,可以促進單核細胞浸潤,激活炎性細胞。根據其結構和來源可分為兩種類型。TNF-α和TNF-β。其中TNF-α由巨噬細胞產生。TNF-β由活化的T細胞產生。目前研究認為TNF-α與PVR的形成具有密切的聯系。據報道表明,TNF-α在PVR的炎癥期是巨噬細胞分泌的重要炎性細胞因子,能刺激細胞加強與局部的炎癥反應,產生免疫球蛋白,同時協調其他生長因子的增殖作用,參與凋亡細胞的增殖與凋亡的調節作用。同時認為[25]TNF-α能夠誘導RPE細胞表達的α1和α型整合素,使其表達量異常增高,進而有助于RPE細胞在PDGF的作用下發生遷移,最終促進PVR的形成。

4.6 肝細胞生長因子(HGF)

肝細胞生長因子(HGF)是一種多肽生長因子,能夠調節細胞分裂、生長和細胞形態的改變,對肝細胞、上皮細胞、內皮細胞、造血細胞等多種細胞生長及形態維持具有促進作用。在眼內表現為能刺激RPE細胞的遷移和生長。同時研究發現PVR增殖膜上具有HGF的表達[26]說明HGF的表達量與PVR的發生具有密切的聯系。廖海芳等[27]研究發現,隨著PVR病情加劇、玻璃體混濁情況加重及相應病程的延長,HGF的表達出現上升的趨勢。

4.7 血管內皮生長因子(VEGF)

血管內皮生長因子(VEGF)為一種分泌型堿性蛋白分子,它是內皮細胞的特異性有絲分裂原,能夠促進內皮細胞的增殖,是一種有效的血管形成和血管通透性誘導因子,RPE細胞常作為其分泌細胞之一。以往的研究表明,視網膜是眼部唯一有VEGFmRNA表達的組織[28]。而近年的研究發現[29],在PVR的增值膜及視網膜前膜中也出現VEGF受體mRNA的表達。韓金棟等[30]通過實驗比較了PVR與正常對照組中VEGF的質量濃度,發現在PVR中VEGF分泌增高,這進一步提示了VEGF可能參與了PVR的形成過程。

4.8 色素上皮衍生因子(PEDF)

色素上皮衍生因子(PEDF)是一類具有多種活性的蛋白質,是人及動物眼內天然存在的一種蛋白質。DNA序列分析顯示PEDF屬于絲氨酸蛋白酶抑制劑基因超家族,但不具有抑制蛋白酶活性作用[31-32]。PEDF在眼部組織可由視網膜組織及睫狀上皮等細胞分泌,在正常的玻璃體腔內可出現高表達。研究發現[33]PEDF具有很強的抑制新生血管的作用,是維持角膜、玻璃體等眼組織無血管形成的主要原因。在PVR形成方面,張晨明等[34]比較了不同PVR分級等級的玻璃體腔中PEDF的含量,發現各實驗組中PEDF含量明顯高于對照組,且處于增生活躍期C期的PEDF含量明顯高于其他各級,結果表明PEDF與PVR之間具有一定的關聯性。

5 PVR與基質金屬蛋白酶(MMPs)的研究

基質金屬蛋白酶(MMPs)是一組參與細胞外基質降解和合成的酶類。由于細胞的遷移、增殖、分化等一系列的功能活動都受到細胞外基質的影響,所以MMPs在組織的損傷修復過程中起了重要的作用。PVR作為眼內組織損傷修復的過程,與MMPs有著密切的聯系。Webster等[35]通過實驗研究發現MMPs-2、MMPs-3在PVR患者的視網膜前模及后膜中出現,而不在正常的視網膜中出現。曾軍等[36]通過對PVR患者與正常患者玻璃體液中MMPs-2和MMPs-9進行檢測發現MMPs-2、MMPs-9在PVR患者玻璃體腔中均較正常玻璃體腔中含量高,因此推測MMPs與PVR的發生和發展有關。

6 結語

PVR的發生和發展是體內外多種因素共同作用的結果,因其最終能造成牽拉性視網膜脫離。目前臨床上較多采用的是手術的方式治療PVR,手術僅能夠將病變的增值膜去除,但對預防和抑制細胞的增殖來阻止PVR的發生發展卻起不到作用,所以在手術的同時尋求結合有效的藥物治療PVR將能給病情帶來更大的改善。本文通過對PVR發病機制的研究將有助于為研制治療PVR藥物尋找新方向,為治療PVR提供新路徑。