大鼠眼內組織對內毒素特異敏感的原因

嚴偉明，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、易復發的、可致盲性眼科疾病，其病因較復雜，發病機制仍未完全研究清楚。臨床上對葡萄膜炎進行深入探索其發病機制存在諸多限制(如除了個別尸檢外，無法獲取標本進行病理組織學檢查)，因此選用合適的葡萄膜炎動物模型對人類葡萄膜炎進行相關研究具有重要意義。內毒素誘導的葡萄膜炎模型(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的人類內源性葡萄膜炎，被廣泛應用于葡萄膜炎的發病機制、預防、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、皮下、腹腔或靜脈等部位注射內毒素誘導產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)注射內毒素誘導的大鼠EIU中，盡管其眼內組織表現出明顯炎癥反應，而其它組織器官并沒有產生相應明顯的病理組織學變化。這種現象早在1980年就被發現[4]，但至今尚未完全研究清楚。本文將就大鼠眼內組織對內毒素特異敏感的可能原因進行綜述分析，以期能為臨床治療葡萄膜炎提供新思路。

1 大鼠眼內組織對內毒素特異敏感的現象

內毒素(endotoxin)又稱脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)，是革蘭氏陰性菌細胞壁的一個組成部分，是革蘭陰性菌的主要致病物質。1980年Rosenbaum等[4]發現，在多種品系大鼠上通過全身給藥途徑注射內毒素可誘導出大鼠雙眼急性前葡萄膜炎體征，并在病理組織學上得到證實。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)注射內毒素誘導產生[5]；而直接在大鼠眼內注射(玻璃體腔注射)內毒素也可誘導出EIU[6]。大鼠EIU主要表現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胞浸潤，甚至前房積膿。EIU的炎癥反應一般在注射內毒素 24h后達到高峰，之后開始緩解，約在96h后消失[1]。

在Rosenbaum等研究中，除了發現內毒素可誘導出大鼠EIU模型外，還發現當逐漸增加內毒素的注射劑量達到足夠在大鼠眼內組織產生炎癥時，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變化。Mochizuki等研究也發現相同的現象[7-8]。大鼠眼內組織較其它器官組織對內毒素更容易產生炎癥反應的這種現象，引起了不少學者的關注，并對其可能原因進行了相關探索。

2 大鼠眼內組織對內毒素特異敏感的可能原因

2.1內毒素誘導其它疾病模型與EIU比較內毒素也可運用于誘導其它疾病模型，如肝損傷、腦損傷、彌漫性血管內凝血、內毒素血癥和內毒素性休克等模型。這些模型造模所采用的內毒素給藥途徑多為靜脈或腹腔注射，而其所運用的內毒素造模劑量均較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毒素后，引起機體產生明顯的內毒素血癥，導致相應組織器官內產生大量的炎癥介質，造成血管收縮，微循環障礙，組織細胞缺血、缺氧，從而引起相應組織器官的損傷。在這些模型中，經全身給藥途徑給予內毒素能引起相應組織器官產生炎癥性病理組織學改變。其它一些由內毒素誘導的疾病模型，如急性肺損傷模型、慢性支氣管炎模型等，可采用小劑量內毒素(200μg)通過局部給予途徑(如支氣管內給藥)在相應組織器官直接接觸誘導出相應病變[10]。此種內毒素給予方式也能在相應器官組織產生明顯的病理組織學變化。

與上述內毒素誘導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)注射小劑量內毒素，在其眼內組織誘發出明顯的病理組織學改變，而其它組織器官幾乎沒有病理組織學變化。這提示大鼠眼內組織可能存在某種特殊性，造成其對內毒素敏感。

2.2內毒素并不在眼內組織特異聚集關于EIU中大鼠眼內組織選擇性被感染的原因，有一種觀點認為是因為內毒素更容易結合在大鼠眼內組織[11]。葡萄膜(包括虹膜、睫狀體、脈絡膜三部分)內含豐富的血管，是免疫細胞的儲備庫，易對循環中的抗原產生反應而造成組織損傷。不少學者認為葡萄膜內的血管血流量較大，加之其毛細血管內皮細胞間隙較大，使其較容易聚集較多量的內毒素，并由此激活巨噬細胞，引起不可逆的炎癥級聯反應。葡萄膜內這種血管結構的特殊性可能是造成大鼠眼內組織對血液循環中的內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標記的內毒素后發現，在各個不同時間點，大鼠眼內組織內毒素的濃度均明顯低于肝、腎或脾等器官[12]。Bhattacherjee等[13]發現將1ng 內毒素直接注射到大鼠玻璃體腔內與皮下注射200000ng(200μg)內毒素后所產生的眼內組織炎癥反應相似，甚至更重。此外，前期我們通過一項實驗研究發現，將EIU造模的內毒素造模劑量從常規的1mg/kg減少到 1/8(mg/kg)時，所獲得的葡萄膜炎程度相對較輕[14]，房水內蛋白總量明顯下降，但仍可見較明顯的虹膜充血、前房積膿等葡萄膜炎體征[15]。

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

2.3大鼠眼內組織血管內皮細胞的特殊性血管內皮細胞損傷是炎癥發展的重要因素之一。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胞內含量豐富。研究發現，在大鼠足底皮下注射內毒素 1h后，房水中就有TXB2出現[8]，提示在EIU早期大鼠虹膜睫狀體血管內即有血小板和中性粒細胞聚集。MHCⅡ類抗原陽性表達提示組織內存在有炎癥反應，而在大鼠上注射內毒素 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。另有研究在大鼠玻璃體腔內注射內毒素后，發現其虹膜睫狀體血管出現明顯擴張，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血管特點外，可能還具有某種未知的特殊性，在EIU發病中起著重要作用。

不同解剖位置的血管內皮細胞特性可能不同，而眼內組織，主要是虹膜睫狀體的血管內皮細胞可能對內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毒素的特殊敏感性，可能表現在其內皮細胞上表達某種對內毒素敏感的特異受體。足底皮下注射內毒素所導致的血-房水屏障破壞，可能是由于血液循環中內毒素與虹膜睫狀體血管內皮細胞的特異受體結合，激活內皮細胞，引起血管通透性增加所導致的。關于虹膜睫狀體血管上是否存在這種內毒素特異受體，仍未有較一致的觀點。可以明確的是，內毒素與虹膜睫狀體血管內皮細胞間可能發生某種未知的相互作用，有研究證實內毒素可特異地誘導虹膜睫狀體血管內皮細胞釋放炎癥因子[18]。此外，另一種可能的原因是，虹膜睫狀體血管內皮細胞表達某些特殊分子，或比其它器官血管內皮細胞更易表達黏附分子或選擇素分子等，使其在受到內毒素刺激時，更易于募集中性粒細胞等炎癥細胞，引起明顯炎癥反應。

虹膜睫狀體血管內皮細胞的特殊性可能是EIU中大鼠眼內組織產生明顯炎癥表現的可能原因之一。

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

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

2.5大鼠眼內組織固有巨噬細胞的特殊性巨噬細胞在EIU致病過程中起著關鍵的作用，特別是虹膜睫狀體內的組織固有巨噬細胞。它是多種細胞因子的來源，其產生的細胞因子參與EIU的發生、發展過程[21-22]。研究發現，從大鼠的虹膜基底部到瞳孔邊緣存在一個廣泛的組織固有巨噬細胞的調節網絡，這些細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類似的組織固有巨噬細胞網絡結構。這些組織固有巨噬細胞易與血管內皮細胞黏附，吞噬血液中外來的和天然存在的炎癥刺激物質，如內毒素。這些巨噬細胞被內毒素激活后，釋放大量細胞因子，介導了炎癥反應。組織固有巨噬細胞在虹膜睫狀體內的特殊分布方式，可能是造成大鼠眼內組織對內毒素特異敏感的原因之一。

3 小結

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