视神经脑膜上皮细胞研究进展△

辛晓蓉 巩天祥

视神经脑膜上皮细胞研究进展△

辛晓蓉 巩天祥

视神经；脑膜上皮细胞；脑脊液

目前视神经疾病基础研究的热点大多侧重于神经胶质细胞、视网膜神经节细胞上，而对于包绕视神经的脑膜以及覆盖视神经脑膜的主要细胞成分——脑膜上皮细胞在视神经疾病中作用的研究甚少。脑膜上皮细胞直接与脑脊液相接触，在脑脊液和视神经之间参与屏障的形成，在保持屏障完整性上发挥重要作用。视神经脑膜上皮细胞在各种应激下可能发生结构和功能变化，从而影响脑脊液和视神经之间屏障的正常生理作用，可能成为导致视神经疾病的机制之一。本文综述了脑膜上皮细胞在维持脑脊液和视神经屏障中作用的最新研究进展，为进一步研究视神经疾病提供理论基础。

[眼科新进展，2014，34(10)：984-986,992]

随着研究的深入，提示以青光眼为代表的视神经疾病是一种神经进行性退变性疾病[1]，视功能损害是多因素、多机制造成的结果。以往对视神经疾病的研究侧重于胶质细胞、视网膜神经节细胞上，而对于包绕视神经的蛛网膜以及覆盖蛛网膜的主要细胞成分——脑膜上皮细胞(meningothelial cell,MEC)在视神经疾病中作用的研究甚少。视神经MEC是脑脊液(cerebral spinal fluid,CSF)-视神经屏障的主要成分，因此探讨其在保持正常视网膜神经活动中的作用，可为阐明视神经疾病的发病机制提供新的理论依据。

1 视神经脑膜

视神经是视觉信息传入中枢的必由之路，属于中枢神经系统的一部分，是连接视网膜神经元与脑的中枢神经系统的白质束。视神经所含的神经纤维共约有100万条，占全部大脑神经纤维的38%。视神经纤维向眼球后极集中并穿出眼球壁而形成的视神经起自视神经盘，止于视交叉。

视神经的脑膜鞘膜结构与脑的鞘膜一样包括软脑膜、蛛网膜和硬脑膜。蛛网膜与软脑膜之间为蛛网膜下腔，腔隙内充满CSF。通过穿透性和扫描性电镜对人类视神经进行超微结构分析，结果显示视神经蛛网膜下腔包括小梁、嵴和柱状结构，根据所在部位结构也有所差异。眶内视神经近眼球段的蛛网膜下腔明显增宽，扫描电镜显示在蛛网膜下腔中有大量的蛛网膜小梁，彼此间相连呈网状；每个小梁覆盖有扁平的MEC，细胞的基底部分由纤维状的细胞外基质支持。在小梁中心充满着浓厚的呈束样的胶原纤维，小梁内成纤维细胞与胶原纤维紧密连接。眶内视神经中段的蛛网膜下腔要明显小于近眼球段，被大量小梁和嵴形成的疏松的腔室所分隔。此外，还可见圆形的柱状结构，以宽大的基底附着于脑膜上。隔膜和柱状结构都被覆有扁平的MEC，在隔膜和柱状结构中心含有大量的胶原纤维和成纤维细胞。视神经的管内段中心有较大的柱状结构，在眶内段的开口处见很多小梁，柱状结构和小梁结构被覆MEC。研究提示充满CSF的人类视神经蛛网膜下腔并不是均一的空腔，其间有蛛网膜小梁和嵴分隔，因此，蛛网膜下腔内的小梁、柱状结构和嵴这些结构在视神经和交叉池之间的蛛网膜下腔内影响着CSF动力学[2]。

2 视神经周围CSF循环

以往认为CSF自由流动于CSF循环空间，然而最近对于视神经的蛛网膜下腔解剖结构研究表明蛛网膜下腔的小梁网、嵴和柱状结构及膈的复合体通过动力功能瓣膜明显影响CSF的动力学，沿着视神经形成压力梯度。由于视神经蛛网膜下腔为盲端的解剖结构，Killer等[3]通过研究L型前列腺素D合成酶(Lipocalin type prostaglandin D synthase,L-PGDS)在视神经蛛网膜下腔和脊髓部CSF中的含量，提示L-PGDS在不同部位存在压力梯度，因此CSF自由流动于CSF循环空间以及普遍认为的CSF压力和组分在CSF腔中一致的认识受到了挑战。另外，用数字化脑池造影术在使用造影剂下观察了自发性颅内高压和非对称性视盘水肿的患者，发现在颅内蛛网膜下腔中有造影剂而在视神经蛛网膜下腔中没有造影剂[4]，提示视神经蛛网膜下腔有形成腔室综合征的解剖特征。有研究表明继视神经疾病之后，视神经的蛛网膜下腔与CSF的其他腔室相隔离开而形成间隔化，这可能是由于不能对CSF中的废物清除而导致CSF中组分失衡而引起的[4]。CSF包括多种蛋白质，85%来源于血液，比如白蛋白、免疫球蛋白；约有15%的蛋白在脑内合成，比如tao蛋白、S100B蛋白和神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)等蛋白质，正常条件下发挥多种重要的保护神经组织的生理功能[5]，CSF腔室综合征时由于浓度高而出现毒性作用，比如产生抑制星形胶质细胞的ATP从而损害细胞[2,6-7]。最近研究表明CSF中生物分子、CSF的流速改变，会导致CSF中蛋白质和其他毒性物质的聚集，从而引起CSF功能失调。例如异常的CSF流速是引起病理性物质堆集从而导致阿尔海默茨病的主要因素[8]。

3 MEC在CSF-视神经屏障的作用

MEC衬于硬脑膜的内表面，蛛网膜的内外面以及软脑膜的外表面，直接与CSF相接触，它们在保持CSF-视神经屏障完整性上发挥重要作用，在正常情况下，使视神经不致受到内、外界环境各种物理、化学因素的影响而维持相对稳定的状态。炎症、缺血、缺氧使MEC受损，CSF-视神经屏障的通透性增高或降低，进而导致CSF组分失衡[3]，使视神经直接受到各种致病因素的攻击，因此覆盖视神经脑膜的MEC形成CSF-视神经屏障，有效地将视神经与CSF分离，为视神经对外界抗原的免疫反应创造了一个好的微环境。CSF-视神经屏可使机体保护易受侵害的组织免受炎症和细胞毒性的损伤。

衰老、失调及脑膜炎症会影响视神经脑膜的解剖结构[8-10]。一项病理研究显示，随着年龄增加，视神经脑膜MEC增生并形成细胞巢，最终玻璃化和钙化[11]。与正常的视神经相比较，青光眼视神经的蛛网膜下腔MEC巢明显增多，其机理尚不明确，可以假设这是在青光眼进展中MEC对神经纤维丧失的继发反应。此外，脑膜上皮细胞层的损害会导致对硬脑膜和蛛网膜下腔的生物活性物质或废物的清除，由此而引起进行性前部和后部视神经缺血性疾病或视神经鞘膜综合征以及青光眼。

与颅内CSF循环空间不同的是视神经周围的蛛网膜下腔具有很多小梁和嵴，从而减少了视神经周围的蛛网膜下腔的CSF循环空间以及影响CSF流速，小梁和嵴上衬贴的MEC对于调节CSF的代谢发挥重要的作用。有关视神经腔室综合征的研究提示视神经脑膜的MEC体积增大[12]，最近一项颅内脑室和视神经蛛网膜下腔造影研究表明正常眼压性青光眼患者视神经蛛网膜下腔造影剂密度减少，而颅内脑室造影剂较对照组相比无显著性差异[13]，由此推测MEC的数量和体积增大会影响视神经周围的蛛网膜下腔CSF循环空间，并增加CSF的阻力。

4 高压力、氧化应激对视神经MEC的影响

MEC是覆盖于颅内保护脑组织和视神经的脑膜的主要细胞成分，对于其作用还不完全明确。MEC间具有的桥粒和紧密连接提示MEC具有保护脑和视神经屏障的功能，目前病理状态下对MEC的影响的研究甚少。我们前期研究[14-15]探讨了在病理状态下如在高压力下、低氧和氧化应激条件下对原代培养的视神经MEC的作用，测定了MEC在病理条件下的增殖情况，通过分析MEC所吞噬的荧光标记的latex珠子，评价了MEC在病理状态下内吞噬作用的变化。研究发现暴露于高压力下的MEC的增殖率明显增加，而内吞噬功能显著下降，此外，轻度提高氧化应激压力，则严重影响内吞噬能力。高压力和氧化应激影响MEC的生理功能进而影响蛛网膜下腔的微环境，使得循环于此腔隙的CSF对神经元的功能产生不利的影响。

MEC位于CSF和神经组织的交界处，对于维持神经组织功能有着重要的作用。离体和活体研究发现，神经细胞功能与压力的变化有关[16-18]，并与各种颅内疾病相联系[19-21]。在高压力下，MEC可能通过增殖来抵抗机械压力而维持脑膜的完整性，然而在有限的CSF腔内，比如在视神经的蛛网膜下腔内，MEC的增殖可能会产生不利的影响[4]。视神经蛛网膜下腔的空间宽度只有0.3 mm，又被其中大量的小梁和嵴所限制，MEC增殖后使蛛网膜和软脑膜增厚，从而可能影响CSF的流动，导致CSF腔室综合征，进一步影响CSF成分，反过来加重对MEC的损害并影响神经元功能。新近研究表明MEC具有吞噬作用[15]，通过摄取物质获得营养，同时排出微生物、异物颗粒和细胞碎屑，MEC的这种功能在清除CSF的废物中发挥重要作用，从而维持CSF的平衡和免疫反应。视盘水肿患者的CSF动力学有所改变[2]、青光眼患者尸检视神经发现MEC明显增生[11]的研究报道，表明MEC在神经退行性疾病中可能发挥重要的作用。

CSF腔室综合征的氧化应激病理机制可能与神经性疾病如阿尔茨海默病[22]、青光眼[10]等有关。MEC增殖影响CSF的正常流动以及内吞噬功能的下降，引起化学物质的堆积不但与高压力有关，而且与氧化应激有密切联系，说明MEC对氧化应激耐受性差。因此，MEC为脑组织提供重要的屏障功能，MEC正常生理功能与病理过程的联系在中枢神经性疾病中发挥重要的作用。

5 视神经MEC与免疫介质

细胞因子和趋化因子在神经退行性疾病如阿尔海默茨病中可能发挥作用，这些趋化因子被认为主要由星形胶质细胞和小胶质细胞分泌[23-24]，最近研究证明脑膜上皮细胞上调不同炎性介质前体、趋化因子及生长因子相关基因的表达，提示脑膜上皮细胞可能参与了脑部免疫过程，并且为脑局部早期细胞因子和趋化因子的来源[25-26]。白细胞介素(interleukins，IL)是一组由免疫活性细胞分泌的细胞因子，在机体的免疫识别、应答和调节中，尤其在免疫活性细胞的活化、增殖、成熟、分化及免疫效应细胞功能发挥等方面均起重要作用。MEC在脂多糖、佛波酯和鱼藤酮的作用下分泌IL-6和IL-8，尤其是IL-8，提示MEC通过释放趋化因子IL-8而激发炎症过程[27]。IL-8是免疫应答中重要的调节因子，中性粒细胞在炎症部位聚集而充当中性粒细胞趋化因子。研究表明MEC通过内吞噬功能，分泌细胞因子，参与脑的免疫过程。有研究提示，MEC在脑部细菌感染时发挥保护脑组织的作用[25-26]，推测MEC在脑部的感染中可能通过产生吞噬作用和胞饮作用而参与对脑组织的保护[15，26]。

青光眼视神经的蛛网膜下腔的MEC巢明显增多[10]以及视神经腔室综合征中有大量的神经脱髓鞘和神经元的丧失[12]，可能与高水平的IL-8引起凋亡蛋白的产生而导致神经毒性有关[28]，进而影响视神经周围很有限的腔隙中的CSF的流速和组成成分。研究发现，阿尔茨海默病、帕金森氏症以及视神经损伤导致的神经退行性改变与氧化应激引起的线粒体功能失调有关[29-32]。MEC在氧化应激刺激下释放IL-8可能影响神经元的功能，继而减少CSF循环并在局部产生高浓度的细胞因子和其他免疫调节分子，由此对神经、胶质和MEC产生不良刺激，进而加重MEC的反应使视神经进一步受损。

当然视神经相关疾病是多因素导致、多机制参与的过程，而MEC在其中的作用值得进一步研究。

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date：Jun 22,2013

Research advances in optic nerve meningothelial cells

XIN Xiao-Rong,GONG Tian-Xiang

optic nerve;miningothelial cells;cerebral spinal fluid

Most basic investigations are currently focused on the exploration of mechanisms of neuronal-astrocytes and retinal ganglion cells that are believed to be involved in the pathogenisis of optic neuropathy,whereas,less emphasis has been given to the meninges and meningothelial cells which as the major cell population covering the orbital optic nerve sheath.Meningothelial cells directly contact with cerebral spinal fluid and build a fluid barrier between cerebral spinal fluid and optic nerve,and play a critical role in maintaining the integrity and physical function of this barrier.From this point,the possible involvement of meningothelial cells in optic nerve diseases warrants further investigation.The changes in structure and function of meningothelial cells affected by all kinds of stress might lead to the disorder of physical function of cerebral spinal fluid and optic nerve barrier,which might be one of pathologic mechanisms contributing to optic neuropathy.This article reviews the newest research development and innovative ideas about meningothelial cells in the role of mataining the balance of the barrier between cerebral spinal fluid and optive nerve,therefore to shed a new light onto the future research on optic nerve disorders.

辛晓蓉，女，1971年10月出生，青海民和人，博士，主任医师。联系电话:18997286222；E-mail:xrgc19@hotmail.com

AboutXINXiao-Rong:Female,born in October,1971.Doctor degree,chief physician.Tel:18997286222;E-mail:xrgc19@hotmail.com

2013-06-22

国家自然科学基金项目(编号：81160122)；青海省自然科学基金项目(编号：2014-Z-913)

810000 青海省西宁市，青海红十字医院眼科(辛晓蓉)；610041 四川省成都市，成都市血液中心研究室(巩天祥)

Accepteddate:Oct 21,2013Foundationitem：National Natural Science Foundation of China(No:81160122);Natural Science Foundation of Qinghai Province(No:2014-Z-913)From theDepartmentofOphthalmology,QinghaiRedCrossHospital(XIN Xiao-Rong),Xining810000,QinghaiProvince,China;BloodResearchLaboratory,ChengduBloodCenter(GONG Tian-Xiang),Chengdu610041,SichuanProvince,China

辛晓蓉，巩天祥.视神经脑膜上皮细胞研究进展[J].眼科新进展，2014，34(10)：984-986,992.

10.13389/j.cnki.rao.2014.0273

【文献综述】

修回日期：2013-10-21

本文编辑：周志新

[RecAdvOphthalmol，2014，34(10):984-986,992]