转化生长因子在后发性白内障形成机制中的研究进展

尹 青，裴 颖，左 玲

（1.吉林大学第二临床医学院，吉林 长春130041；2.吉林大学第二医院，吉林 长春130041；3.吉林大学第二医院 眼底病科）

白内障是世界范围内的主要致盲原因，手术是白内障最主要的治疗方法。早期的临床资料显示，后发性白内障发生率约为41%，通过近年来技术的革新和人工晶状体材质改变，后发性白内障的发生率有所下降，约为20%－25%[1]。因此研究后发性白内障的作用机制，寻求更加有效的防治方法就意义重大。在以往的研究中发现，在后发障的形成过程中，许多细胞因子发挥重要作用，其中的转化生长因子是近年的研究热点，本文主要探讨TGF－β在后发性白内障中的作用机制。

1 后发性白内障概述

后发性白内障（after cataract，又称后囊膜混浊，posterior capsular opacification，PCO）是指在创伤或白内障手术后，残留在晶状体前囊下及赤道部上的上皮细胞增生和转分化为成纤维细胞，并且由周边向后囊膜的中央部迁徙、移行，同时发生转分化的晶状体上皮细胞可能产生胶原和基底膜样物质，共同作用使后囊浑浊，严重者形成后发性白内障。从形态学上可将后发性白内障分为3种类型：纤维化型、Elschnig珍珠型、Soemmering环型。

1.1 后发性白内障形成机制

1.1.1 细胞间质转分化作用 晶状体上皮细胞间质 转 分 化 （epithelial－mesenchymal transition，EMT）是指晶状体上皮细胞由上皮细胞向间质转分化，表达纤维连接蛋白、层粘连蛋白等其它肌成纤维细胞固有成分，出现类肌纤维母细胞样的特征，伴随上皮细胞极性的丧失及间质特性的获得的主要过程[2]。当內眼组织发生缺血缺氧、炎症、外伤和手术等刺激时均可使晶状体的内环境发生改变，促使间质转分化的发生。其中涉及的细胞因子主要有转化生长因子－β、结缔组织生长因子（connective tissure growth factor，CTGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）等。白内障手术作为始动因素启动眼内的炎性反应，导致房水中各种炎性细胞的沉积及释放各种促炎和／或炎症因子，在晶状体后囊膜、前囊及赤道部残留的部分晶状体上皮细胞（lens epithelial cells，LECs）及皮质，在各种细胞因子的刺激及激活作用下发生转分化为肌成纤维细胞并出现收缩现象。

1.1.2 晶状体上皮细胞增殖 白内障术后，使晶状体囊膜上及内部的细胞的完整性遭到破坏，血－房水屏障遭到破坏，导致许多的血浆成分以及细胞外基质进入前房，并且沉积于后囊膜上，为晶状上皮细胞在后囊膜上的粘附与增殖提供了适宜的内环境，而且房水中释放各种炎性及促炎因子，诱导晶状体自身的创伤性愈合反应，导致LECs的增生性反应。研究已证实，晶状体上皮细胞的增殖是PCO形成的基础。Wormstone等[3]进行的晶状体囊袋培养发现上皮细胞能迅速长满囊袋，并出现囊皱缩现象，细胞聚集等明显变化。其他研究已证实，人晶状体上皮细胞还能产生多种细胞因子，如IL－1，IL－6，IL－8等，这些细胞因子可以介导细胞与细胞间，或与细胞外基质的信号传导。Nishi等[4]研究了发现了IL－1a可以促进细胞的有丝分裂和胶原合成过程。LECs能够表达B 1整合素及其他一些粘附分子，如ICAM－1，CD44等，参与在细胞与细胞间，细胞与细胞外基质间的信号传导，能够促进LECs的迁移与增殖，促进后发性白内障的形成[5]。

1.2 后发障的主要防治方法

1.2.1 改善手术方法及晶状体材质 在白内障手术中行连续环形撕囊后，使其前囊口孔缘保持完整，并进行充分的水分离，使LECs清除更为彻底。通过超声乳化技术缩短手术时间，减少手术的刺激，术前充分扩瞳，进行后囊抛光，尽量吸尽残余皮质，但未能达到理想的防治效果。此外，通过改善人工晶体的材质，如 Acorily，水凝胶等比PMMA具有炎症反应轻、PCO发生率低的优势。

1.2.2 手术治疗 Nd：YAG激光后囊膜切开术是目前PCO的主要治疗方法[6]。但是激光手术具有一定的风险，如人工晶体损伤、虹膜炎、眼压升高、黄斑囊样水肿及视网膜脱离等，会造成视力下降，影响手术效果。

1.2.3 药物治疗 某些抗代谢药物如丝裂霉素C，5－氟尿嘧啶，柔红霉素及非甾体消炎药双氯酚酸钠等用来抑制PCO的发生。但要使其发挥作用，必须使用较高的药物浓度，这些药物的副作用是不可避免的，会出现对角膜内皮细胞、虹膜睫状体色素上皮细胞、视网膜细胞等的损害，因此这些药物未能广泛应用于临床。

2 转化生长因子概述

转化生长因子（Transforming Growth Factor，TGF）是生长因子中最重要的家族之一，其主要成员有 TGF－a和 TGF－β。TGF－a是一种相对分子质量为5 600，由50个氨基酸残基组成的单链多肽；TGF－β（Transforming Growth Factorβ，TGF－β）是相对分子质量为25 000，由112个氨基酸组成的多肽亚单位 ，通过二硫键相连组成的二聚体，其结构和功能高度保守，约有40多种相关蛋白，参与体内多种生物学反应，目前共发现有5种TGF－β的同源异构体，分别为 TGF－β1～5，但只有 TGF－β1、TGF－β2和 TGF－β3存在于哺乳动物中[7]。TGF－β受体有3种：TβRⅠ、TβRⅡ 和 TβRⅢ ，TGF－β主要通过跨膜的TβRⅠ和TβRⅡ发挥生物学作用。

2.1 TGF－β的生物学作用

TGF－β在胚胎生长发育、细胞分化、增殖及凋亡的调节中发挥着重要作用。TGF－β对许多细胞都存在调节作用。①抑制细胞的生长：TGF－β是一种多肽细胞生长抑制因子，可抑制包括间充质和髓样细胞来源的细胞以及几乎所有上皮细胞、淋巴样细胞和内皮细胞的增殖、发育；②对免疫系统的影响[8]：TGF－β可抑制 T细胞和B细胞的生长，抑制B细胞产生免疫球蛋白及抑制NK细胞的毒性作用，在免疫反应中发挥免疫抑制及诱导免疫耐受的作用；③在血管发生和炎症中的作用：TGF－β在血管生成的成熟阶段参与其他相关因子的功能并放大其他因子的生物学效应，活化的巨噬细胞可分泌TGF－β，对巨噬细胞和成纤维细胞具有强趋化作用[10]；④在肿瘤等相关疾病方面：实验研究表明，功能性TβRⅠ、TβRⅡ表达异常可导致TGF－β应答丧失进而导致肿瘤的发生，特别是TβRⅡ表达异常是机体细胞逃逸TGF－β生长抑制作用，从而致使细胞发生癌变[9]。

2.2 TGF－β作用机制概述

2.2.1 TGF－β／Smads信号转导 TGF－β／Smads蛋白信号传导通路为其经典传导通路。Smad蛋白，根据其结构和功能特点分为3类：①R－Smads，包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，它们是Ⅰ型受体激酶的底物，具有通路特异性。②Co－Smads，它通过与R－Smads结合形成异源复合物，参与核内信号传递。在哺乳动物中 ，Co－Smad只有1种即Smad4。③I－Smads，包括 Smad6、Smad7，它们以不同方式抑制Smads的信号转导功能。TGF－β是通过与受体结合进行信号传递的，其中，Ⅲ型受体参与调节配体和受体的结合，Ⅰ型受体和Ⅱ型受体是经典的丝氨酸／苏氨酸激酶跨膜蛋白受体。Smads的传导过程为：TGF－β与Ⅱ型受体结形成复合物，Ⅱ型受体－配体－Ⅰ型受体形成三聚体复合物，磷酸化R－Smads，R－Smads从受体复合物上解离并形成同源寡聚体，然后与Co－Smad结合形成异源寡聚体并进入核内参与转录[11－13]。

2.2.2 TGF－β其他信号传导通路 MAPK是真核细胞内广泛存在的一类丝／苏氨酸蛋白激酶，是TGF－β另一主要信号传导通路。MAPK信号通路是由三级酶促级联反应所组成的，即 MAPKKKMAPKK－MAPK。哺乳动物的 MAPK家族包括4个亚家族：即ERK（eacelluar r egulated protein kinase），JNK（c－Jun N －Terminal kse），p38，ERK5。其中p38MAPK信号传导通路为：TGF－β与细胞膜Ⅰ型受体和Ⅱ型受体结合，然后与胞浆内TRAF6受体结合，使TAK1磷酸化，后者激活MKK3／6，最后磷酸化p38，在细胞的存活、分化和发育过程中发挥一定的作用，JNK信号通路与其相似。MAPK和Smad信号传导通路能够各自独立地介导TGF－β的信号传导，调节基因的表达，而且对某些基因的调节存在协调效应[14，15]。

TGF－β也通过PI3kinase／Akt信号传导途径参与细胞增殖、分化、新陈代谢及凋亡过程。在多种细胞中，TGF－β与Ⅰ型受体和Ⅱ型受体结合，激活PI3K，并与下游分子Akt的PH区结合，进而激活Akt激酶（Akt是PI3K下游的一个重要蛋白激酶），从而导致Akt构象也发生改变，并将信号从胞浆转位到质膜，使得Ser473和／或Thr308位点磷酸化激活，在细胞增殖、分化、新陈代谢及凋亡过程发挥作用[15]。

3 TGF－β对PCO形成的作用过程

正常情况下，TGF－β在人体的房水、玻璃体和晶状体中均有表达，并且多以无活性的形式存在，在免疫、炎症、创伤和手术等作用被激活，活化后的TGF－β对晶状体上皮细胞的生理性和病理性的变化起着关键的作用[16]。Jampel等[17]报道白内障手术后房水中 TGF－β浓度为2.3～8.1ng／m1，其中61%有活性，其中绝大部分为TGF－β2。TGF－β的3种同源异构体均可诱导晶状体上皮细胞发生转分化，但TGF－β2则是其中效价最高的一个亚型[18]。

3.1 TGF－β对晶状体上皮细胞间质转分化的影响

波形蛋白、纤连蛋白（fibronectin，FN）、A平滑肌肌动蛋白（A－smooth muscular actin，A－SMA）表达量的增多，是晶状体上皮细胞发生转分化的重要标志。1994年，Liu等[19]首次发现 TGF－β可诱导鼠晶状体上皮细胞产生丰富的细胞外基质成分，之后 Hales等[20]也报道 TGF－β可诱导LECs表达α－SMA，引起晶体囊袋的皱缩，诱导LECs发生斑块聚集和梭形变化，这些改变与PCO的病理变化非常类似。作用过程：①TGF－β／Smads蛋白信号转导通路，TGF－β与TβRⅠ、Ⅱ结合，TβRⅠ直接通过C末端磷酸化激活Smad2和Smad3，磷酸化的Smad2和Smad3与Smad4形成三聚体，将信号转移至细胞核，激活或抑制靶基因的转录。②PI3kinase／Akt信号转导通路，TGF－β与TβRⅠ、Ⅱ结合，快速激活PI3kinase，TGF－β与PI3kinase的激活呈正相关作用，随后磷酸化Akt，使Akt下游的mTOR激活，最后激活S6激酶1，完成信号传递。③还通过Ras和MAP激酶等其他信号转导途径，参与晶状体上皮细胞间质转分化过程[15]。

3.2 TGF－β抑制晶状体上皮细胞增殖

TGF－β2是晶状体在各种生理和病理状态下最重要的调节因子，与囊膜下型白内障以及后发性白内障的形成有密切关系。研究发现，TGF－β2能够干扰正常晶状体结构并诱导晶状体上皮细胞发生异常的生长和分化并发生凋亡，导致体外培养的大鼠晶状体发生前囊膜下浑浊[21]。TGF－β2能够诱导晶状体上皮细胞发生凋亡，使晶状体上皮细胞排列方式改变，皮质由透明变混浊，也是促进后发性白内障形成的一方面因素，但其具体作用机制尚有待研究及证实[22，23]。

3.3 缝隙连接

实验证明晶体细胞的表面有1／3到1／2的面积被缝隙连接所占据[24]，这比其他任何体细胞膜表面缝隙连接所占的比例都要高。而且晶体是一个无血管的组织，因此认为缝隙连接对维持晶体内物质交换和代谢稳态起着关键的作用。已发现的缝隙连接蛋白43（connexi n43，Cx43）LECs之间、上皮细胞与晶状体纤维交界的主要Cx，是晶状体实现离子、第二信使、代谢产物和水在细胞间迅速交换的结构基础。Cx43主要表达于晶状体上皮细胞间或LECs与晶状体纤维交界面。叶盼盼等[25]研究发现，TGF－β2显著下调了LECs的Cx43的表达，导致细胞外基质和整合素1的过度表达，促使EMT发生，参与形成PCO。

4 展望

PCO的形成和发展是一个复杂的过程，多种细胞因子参与其形成过程，随着细胞生物学与分子生物学的发展，转化生长因子超家族受到了人们的高度重视，研究TGF－β这一眼内重要的细胞因子对PCO的具体作用机制，不仅对于PCO而且对于研究囊膜下型等白内障的形成机理，都具有重要的意义。

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