增殖性玻璃体视网膜病变的发病机制研究概况

余丰 张来林 潘金花 路雪婧

增殖性玻璃体视网膜病变(PVR)是长时间的孔源性视网膜脱离或视网膜视网膜修复术后,玻璃体腔、视网膜表面及视网膜下出现纤维增生膜,最终造成牵拉性视网膜脱离的一类疾病。其发生与增殖性糖尿病性视网膜病变(PDR)、裂孔源性视网膜脱离、眼穿孔伤等眼病有关,是导致视网膜手术失败及患者致盲的主要原因。

1 PVR形成的发病因素及实质

PVR的发生和发展过程是体内外多种因素共同作用的结果。根据目前的研究认为以下因素常作为引发PVR的高风险因素[1-2]：①长期的裂孔性视网膜脱离;②大范围及过强的冷凝;③伴有脉络膜脱离的视网膜脱离;④玻璃体视网膜手术术后;⑤2个象限以上的视网膜脱离,超过3个视盘面积的视网膜裂孔以及巨大视网膜裂孔等;⑥严重眼穿孔伤。

PVR形成的实质是机体对视网膜损伤的生理性过度修复过程的延伸。作为损伤的修复过程,可划分为炎症期、细胞增殖期和瘢痕期三个阶段[3]。在此过程中各种体内的细胞及因子均参与了PVR的形成。

2 PVR相关细胞学研究

研究表明,PVR的发生机制是以细胞介导为主的病理过程[4]。大量组织病理学及免疫组织化学表明,PVR增殖的主要成分为纤维细胞组织,其中包括视网膜色素上皮细胞、成纤维细胞、胶质细胞、巨噬细胞以及多种细胞外基质[5]。在正常的情况下细胞的增殖和凋亡始终保持着一种动态平衡,但因视网膜发生裂孔、外伤或眼内炎症等病理情况下,血-视网膜屏障遭到破坏,RPE细胞、血浆成分及各种细胞因子的作用下,眼内细胞的增殖与凋亡遭到破坏,增殖过高或凋亡过低都会造成PVR病理过程的发生。

2.1 视网膜色素上皮细胞

正常情况下,视网膜色素上皮细胞(RPE)处于静止或有丝分裂过度减慢状态,且完全贴附于光感受器与Bruch膜之间。研究表明视网膜发生裂孔或眼内炎症时,血-视网膜屏障遭到破坏,RPE细胞从原来位置发生分离进入玻璃体腔及视网膜前后面,且部分细胞被激活。由于血-视网膜屏障的破坏,血浆物质进入眼内造成眼内微环境发生变化,促使RPE细胞发生移行、增殖及释放多种细胞因子赵莺等[6]研究发现,当发生视网膜脱离或裂孔后,RPE 细胞将从原有的位置脱离并向玻璃体腔及视网膜下移行聚集,并在多种炎性细胞的刺激下表达并刺激产生多种细胞因子。RPE细胞产生的细胞因子亦会反过来作用于RPE细胞使之增殖分化移行,从而导致RPE细胞的增殖失控,形成恶性循环。如研究发现[7],当发生炎症、外伤以及视网膜脱离,血-视网膜屏障遭到破坏的情况下,血浆中的FGF则会对RPE细胞的生长表现出明显的促进作用,致使RPE细胞发生迁移、转化、增殖、收缩等。研究[8]还发现生长因子PDGF可以促进人RPE细胞的α平滑肌动蛋白的表达,促使RPE细胞的转型,是部分RPE细胞在PDGF的作用下转化为肌成纤维样细胞,对PVR的发生和发展起重要的作用。

2.2 成纤维细胞

成纤维细胞作为PVR增值膜的主要组成部分之一,在PVR的形成过程中起到重要的作用。在PVR的细胞迁移增殖期,经各种生产因子、白细胞介素、黏附因子及其他因素的刺激下,作为PVR形成的主要效应细胞,成纤维细胞通过有丝分裂大量增殖,合成和分泌大量的胶原和细胞外基质,而后者将参与组织的修复作用,成为PVR形成的重要因素之一。实验研究[9]通过将兔结膜成纤维细胞注入兔玻璃体腔内,成功诱发了兔的PVR产生,进而说明成纤维细胞在PVR形成过程中起了重要作用。

3 PVR与细胞外基质研究

细胞外基质(ECM)是填充于细胞间的物质,其成分包括水、电解质、胶原、黏连糖蛋白等,共同构成了细胞生长的微环境。ECM对细胞、组织具有支持作用,除此之外还能影响细胞的形态,调控细胞的正常代谢、迁移及增殖分化等[10]。以往的研究发现,各种细胞及因子都能对ECM的形成产生影响。ECM的生长与降解收到多种因素调控,特别是免疫活性细胞、间质细胞等通过自分泌、旁分泌机制调整间质细胞合成和分泌ECM成分。在PVR形成的初始阶段,由于外伤、视网膜裂孔、网脱术后及手术时冷凝、光凝作用导致组织受损,血管损伤,血-视网膜屏障作用破坏,进而导致炎性细胞及RPE细胞的迁移、释放,同时相应的细胞因子产生,导致ECM的代谢平衡状态遭到破坏,细胞生长的外环境发生改变,这时ECM能引导细胞进一步迁移,调节细胞的生长分化。在与各种细胞因子的相互作用中促进和导致PVR的发生和发展。纤维粘连蛋白(FN)作为细胞外基质的主要成分,由多种细胞分泌,是多种正常组织和基底膜的成分,RPE细胞、成纤维细胞均能合成FN。而研究表明[11]FN对RPE细胞及成纤维细胞具有趋化作用,促进细胞与细胞,细胞与作用物之间粘连附着,形成支架作用。

4 PVR相关细胞因子研究

细胞因子在PVR的发生、发展过程中具有突出的贡献,能促进PVR相关细胞的生长活动,同时当视网膜发生炎症、裂孔等血-视网膜屏障破坏时,RPE细胞向玻璃体腔及视网膜前后面移行,在各种炎症介质的作用下亦会释放多种细胞因子。研究发现[12],各种细胞因子对RPE细胞分化、聚集、趋化及细胞外基质的构建方面具有重要作用,从而造成RPE细胞增殖失控,形成恶性循环。

4.1 白细胞介素(IL)

多种实验表明[13-15]PVR患者视网膜下液IL-1、IL-6、IL-8的浓度是正常检验对照组的2倍或更高。白细胞介素-1位重要的炎性细胞因子之一,主要由活化的单核-巨噬细胞产生。研究发现[16],在PVR的发生、发展中,IL-1能与TNF-2、IL-8一起参与介导炎症反应,诱导内皮细胞活化,促进其增生,并能促进成纤维细胞增生,使其分泌合成胶原及细胞外基质,从而在组织损伤修复进程中起重要作用。白介素-6作为一种多功能的细胞因子,常由多种细胞分泌,如巨噬细胞、RPE细胞等。在PVR形成早期,IL-6起到炎症和免疫反应的放大作用。Kon等[17]发现术后并发PVR的患者玻璃体腔内IL-6明显高于术后无此并发症者。白细胞介素-8为一种低分子蛋白,RPE细胞在激活的状态下可释放IL-8,其在PVR启动阶段的炎症期起着重要的趋化作用,Arsunger等[18]研究发现40%PVR患者的玻璃体腔内有IL-8的表达,而在正常对照眼玻璃体腔内并未发现。

4.2 转化生长因子(TGF)

转化生长因子是一类具有多功能的多肽类生长因子,主要可分为TGF-α和TGF-β两大类。研究表明,TGF具有促进RPE细胞的成纤维细胞样转化作用,同时能够抑制RPE细胞中Ⅰ型胶原的合成,最终导致组织纤维的发生[19]。TGF-α主要由巨噬细胞产生,因与表皮生长因子的受体类似而发挥相似的作用；而研究发现TGF-β与PVR的关系较为密切,它能参与急性反应,在细胞黏附及细胞间的相互作用中发挥重要作用,同时对细胞外基质的形成、修复以及成分的改变具有重要作用,是PVR形成的重要因素。高军等[20]通过对PVR患者与正常患者玻璃体腔中TGF-β2分析比较发现,PVR患者玻璃体中TGF-β2浓度明显高于正常对照组,同时发现TGF-β2浓度随视网膜增生程度加重而升高。高自清等[21]通过不同浓度的TGF-β1对体外培养的人眼眶成纤维细胞进行处理发现在一定浓度范围内的TGF-β1具有促进成纤维细胞生长的作用。

4.3 成纤维细胞生长因子(FGF)

FGF是一种具有多种活性的多肽类生长因子,有两种类型,分别为碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)。具有诱导眼内炎性细胞移行和增殖的作用。以往的报道表明bFGF对PVR的形成过程中伴有重要角色。Cassidy等[22]通过研究发现,FGF在PVR中的浓度明显较没有PVR患者中偏高,表明FGF参与了PVR的病理形成过程。同时报道表明[23]bFGF在PVR的形成过程中具有调控细胞外基质的合成与降解,对RPE等细胞具有趋化和促进增殖作用,同时可刺激成纤维细胞产生胶原,促进组织的损伤修复。

4.4 血小板源性生长因子(PDGF)

PDGF常由血小板激活时产生,对各种间质和胶质细胞具有广泛的趋化性和促有丝分裂性。主要的生物学作用表现为对生长停滞于G0和G1期的细胞能产生刺激作用,促进其进入增殖周期。在PVR的形成中,由于血-视网膜屏障的破坏,血清中PDGF进入玻璃体及视网膜下,参与各种细胞增殖分化进程。研究发现[24]PDGF可促进人RPE细胞的α平滑肌动蛋白的表达,促进RPE细胞的转型,同时还能促进成纤维细胞合成和沉积胶原,可见PDGF在PVR的形成中具有重要作用。

4.5 肿瘤坏死因子(TNF)

肿瘤坏死因子(TNF)位机体内的一种重要的炎症因子,具有广泛的生物学活性,可以促进单核细胞浸润,激活炎性细胞。根据其结构和来源可分为两种类型。TNF-α和TNF-β。其中TNF-α由巨噬细胞产生。TNF-β由活化的T细胞产生。目前研究认为TNF-α与PVR的形成具有密切的联系。据报道表明,TNF-α在PVR的炎症期是巨噬细胞分泌的重要炎性细胞因子,能刺激细胞加强与局部的炎症反应,产生免疫球蛋白,同时协调其他生长因子的增殖作用,参与凋亡细胞的增殖与凋亡的调节作用。同时认为[25]TNF-α能够诱导RPE细胞表达的α1和α型整合素,使其表达量异常增高,进而有助于RPE细胞在PDGF的作用下发生迁移,最终促进PVR的形成。

4.6 肝细胞生长因子(HGF)

肝细胞生长因子(HGF)是一种多肽生长因子,能够调节细胞分裂、生长和细胞形态的改变,对肝细胞、上皮细胞、内皮细胞、造血细胞等多种细胞生长及形态维持具有促进作用。在眼内表现为能刺激RPE细胞的迁移和生长。同时研究发现PVR增殖膜上具有HGF的表达[26]说明HGF的表达量与PVR的发生具有密切的联系。廖海芳等[27]研究发现,随着PVR病情加剧、玻璃体混浊情况加重及相应病程的延长,HGF的表达出现上升的趋势。

4.7 血管内皮生长因子(VEGF)

血管内皮生长因子(VEGF)为一种分泌型碱性蛋白分子,它是内皮细胞的特异性有丝分裂原,能够促进内皮细胞的增殖,是一种有效的血管形成和血管通透性诱导因子,RPE细胞常作为其分泌细胞之一。以往的研究表明,视网膜是眼部唯一有VEGFmRNA表达的组织[28]。而近年的研究发现[29],在PVR的增值膜及视网膜前膜中也出现VEGF受体mRNA的表达。韩金栋等[30]通过实验比较了PVR与正常对照组中VEGF的质量浓度,发现在PVR中VEGF分泌增高,这进一步提示了VEGF可能参与了PVR的形成过程。

4.8 色素上皮衍生因子(PEDF)

色素上皮衍生因子(PEDF)是一类具有多种活性的蛋白质,是人及动物眼内天然存在的一种蛋白质。DNA序列分析显示PEDF属于丝氨酸蛋白酶抑制剂基因超家族,但不具有抑制蛋白酶活性作用[31-32]。PEDF在眼部组织可由视网膜组织及睫状上皮等细胞分泌,在正常的玻璃体腔内可出现高表达。研究发现[33]PEDF具有很强的抑制新生血管的作用,是维持角膜、玻璃体等眼组织无血管形成的主要原因。在PVR形成方面,张晨明等[34]比较了不同PVR分级等级的玻璃体腔中PEDF的含量,发现各实验组中PEDF含量明显高于对照组,且处于增生活跃期C期的PEDF含量明显高于其他各级,结果表明PEDF与PVR之间具有一定的关联性。

5 PVR与基质金属蛋白酶(MMPs)的研究

基质金属蛋白酶(MMPs)是一组参与细胞外基质降解和合成的酶类。由于细胞的迁移、增殖、分化等一系列的功能活动都受到细胞外基质的影响,所以MMPs在组织的损伤修复过程中起了重要的作用。PVR作为眼内组织损伤修复的过程,与MMPs有着密切的联系。Webster等[35]通过实验研究发现MMPs-2、MMPs-3在PVR患者的视网膜前模及后膜中出现,而不在正常的视网膜中出现。曾军等[36]通过对PVR患者与正常患者玻璃体液中MMPs-2和MMPs-9进行检测发现MMPs-2、MMPs-9在PVR患者玻璃体腔中均较正常玻璃体腔中含量高,因此推测MMPs与PVR的发生和发展有关。

6 结语

PVR的发生和发展是体内外多种因素共同作用的结果,因其最终能造成牵拉性视网膜脱离。目前临床上较多采用的是手术的方式治疗PVR,手术仅能够将病变的增值膜去除,但对预防和抑制细胞的增殖来阻止PVR的发生发展却起不到作用,所以在手术的同时寻求结合有效的药物治疗PVR将能给病情带来更大的改善。本文通过对PVR发病机制的研究将有助于为研制治疗PVR药物寻找新方向,为治疗PVR提供新路径。