玻璃体液化机制的研究进展

陈萍萍，杨路，陈曦

玻璃体是一种少细胞而富含水分的细胞外基质（含水为98%）[1]，呈透明的凝胶状态，主要由纤细的胶原结构、亲水的透明质酸和很少的玻璃体细胞组成玻璃体凝胶。玻璃体呈凝胶状态，约3.9 ml，占眼球80%的容积，除了在眼球发育中发挥重要的作用外，还能对视网膜和晶状体起到减震、支持作用，并能阻止大分子物质和细胞进入玻璃体，而维持其透明。玻璃体液化与许多眼病的发生有重要关系，如裂孔性视网膜脱离、玻璃体出血、玻璃体相关性青光眼、高度近视、黄斑裂孔形成、睫状体平坦部炎症、视网膜色素变性及眼铜质沉着症等。玻璃体液化在这些眼病的发展机制中起着重要作用，因此对玻璃体液化机制进行研究以寻求更好的预防和治疗方法意义重大。

1 玻璃体的超微结构

构成玻璃体凝胶的胶原纤维呈三维网状结构，胶原纤维的密度因部位而异，中央区胶原纤维的密度最低，皮质次之，基底部最密集。中央区胶原纤维网稀疏，胶原纤维彼此相互连接，较粗的纤维之间可观察到比其直径更加细小的纤维，后者通常位于胶原纤维或纤维束的交汇处。胶原纤维在皮质部形成海绵网状结构，在基底部规则、有序、密集排列，其粗宽的纤维束交织在一起，各束之间有细小的纤维连接。在玻璃体的基底部和皮质部，玻璃体细胞与胶原纤维结合并分布于纤维网中[2]。

2 玻璃体的主要胶原成分

玻璃体内主要胶原细纤维由多种类型胶原组成，包括Ⅱ、Ⅴ/Ⅺ和Ⅸ型胶原。（1）Ⅱ型胶原：Ⅱ型胶原是玻璃体内的主要胶原成分，占胶原总量的70%～80%。它由 3个相同的 -链（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）组成。Ⅱ型胶原分子以共价方式交叉结合在一起，包绕Ⅴ/Ⅺ型胶原形成主胶原细纤维束。衰老与人的玻璃体胶原纤维表面的显著变化有关，包括IX型胶原蛋白和其半衰期为11年的硫酸软骨侧链的指数损失，以及II型胶原蛋白暴露增加了 4 倍的变化[3]。（2）Ⅴ/Ⅺ型胶原：其位于主胶原细纤维中心部，构成主胶原细纤维的中心核；Ⅴ型和Ⅺ型胶原在结构和功能上非常相似。（3）Ⅸ型胶原：其是玻璃体内发现的组成主胶原细纤维的第三类胶原分子。这种胶原包含3种不同的链：1（Ⅸ），2（Ⅸ）及 3（Ⅸ），Ⅸ型胶原的结构要比上述几种胶原复杂的多。与Ⅱ型和Ⅴ/Ⅺ型胶原不同的是，这些胶原不在主胶原细纤维内交叉连接，而通常分布并交叉连接细纤维表面。电镜下Ⅸ型胶原以柱状形式突出于细纤维表面。Ⅸ型胶原带大量的正电荷，可以与其他基质成分交叉结合。Ⅸ型胶原的第二个重要特征是它可以蛋白多糖的形式存在。人类玻璃体凝胶用阳离子染料染色后电镜分析显示，硫酸黏多糖规则地分布和延伸于主胶原细纤维表面。随着年龄的增长，可能是由于它的硫酸软骨素侧链的减少，使得保护II型胶原作用会被清除，从而导致“黏性”II型胶原蛋白的表面暴露，从而使玻璃体胶原纤维融合在一起。这些变化可能是玻璃体液化的基础，也可能使玻璃体附着减弱[4]。(4)Ⅵ型胶原：其是玻璃体内存在的另一种胶原细纤维，Ⅵ型胶原微纤维存在量少于主胶原细纤维，但它也是玻璃体内的重要结构成分，起着连接Ⅱ型胶原的作用，并能够交叉连接透明质酸。

3 玻璃体液化的影响因子

3.1 透明质酸酶 透明质酸酶可以特异地作用于透明质酸，引起透明质酸解聚和降解，透明质酸分子从胶原细纤维间隙中释放出来并重新分布，胶原细纤维聚合形成玻璃体纤维，从而产生玻璃体液化。有研究从正常人眼玻璃体内分离出透明质酸酶并证实具有相当的活性，这说明透明质酸酶可能对玻璃体的胶样结构有重要影响。还有研究报道了外源性透明质酸酶引起玻璃体液化的效力和安全性，发现兔眼内注入10 U或以上的透明质酸酶后，5周左右可引起玻璃体液化和玻璃体后脱离（PVD），并认为可利用此酶作为辅助传统机械性玻璃体切割手术的一种手段。

3.2 基质金属蛋白酶 正常人眼玻璃体中含有基质金属蛋白酶-2（MMP-2）和MMP-9酶原[5]。有研究表明，激活态的MMP-2对Ⅱ型胶原无明显作用，但可降解V/XI型胶原及IX型胶原片段COL2和 COL3，在体外实验中也可观察到MMP-2降解玻璃体凝胶的现象；该研究认为MMP-2的激活是年龄相关性玻璃体液化和各种玻璃体视网膜病理变化的可能机制[6]。随着年龄增加，玻璃体内MMP-2酶原和 MMP-9酶原含量无变化，但纤溶酶量增加，这种酶可降解纤维连接蛋白、Ⅵ型胶原及蛋白多糖的核心蛋白，并激活MMPs[7]，二者共同分解胶原，导致玻璃体液化，同时还可分解玻璃体与内界膜的粘连[8]导致PVD。Bishop等[9]研究发现，老化玻璃体的胶原纤维束表面Ⅸ型胶原的丢失，导致内层的Ⅱ型胶原大量暴露。他认为，Ⅸ型胶原凭借连接的硫酸软骨素侧链遮蔽Ⅱ型胶原免于暴露，维持玻璃体正常结构，而老化玻璃体的活性MMP-2增加，分解了Ⅸ型胶原，使Ⅱ型胶原暴露而相互黏着凝聚致玻璃体液化及PVD。

3.3 胰蛋白酶 另一种适合于Ⅱ型胶原蛋白降解的候选酶家族是胰蛋白酶。胰蛋白酶-1和胰蛋白酶-2存在于玻璃体中。胰蛋白酶家族由4种酶组成，即胰蛋白酶-1、胰蛋白酶-2、胰蛋白酶-3和胰蛋白酶-4，具有高序列同源性，源自3种不同的基因[10]。它们被分泌为不活跃的胰蛋白酶原，之后形成了活跃的胰蛋白酶。最初，胰蛋白酶在胰腺中发现胰蛋白酶-1和胰蛋白酶-2具有消化食物的功能，而胰蛋白酶-3和胰蛋白酶-4被认为在蛋白酶抑制剂降解中发挥了作用[11]。胰蛋白酶-1具有降解胶原蛋白的活性，胰蛋白酶-2是一种中性的丝氨酸蛋白酶，它直接降低了Ⅱ型胶原蛋白的三重螺旋[12]。Moilanen等[10]发现胰蛋白酶-2可以直接或间接地通过基质启动及直接刺激Ⅰ型胶原溶解酶原激活系统。

3.4 金属离子 金属离子氧化还原反应时产生的自由基对生物系统具有氧毒性。Chattopadhyay等[13]通过实验证实玻璃体内Cu2＋浓度高于0.145 mol/g时玻璃体出现液化，Fe2＋在浓度为0.00145

mol/g时亦出现玻璃体液化，Fe2＋比Cu2＋有更强的促使玻璃体液化的能力。维生素C与Cu2＋或Fe2＋有协同作用，在有外源性维生素C存在下，玻璃体液化明显增加。金属离子氧化产生的自由基可使透明质酸降解和胶原细纤维碎裂。因此，Cu2＋可能引起透明质酸和胶原二者的降解，从而导致玻璃体液化。临床上观察到眼铜质沉着症时的玻璃体液化就是 Cu2＋氧化产生自由基使透明质酸和玻璃体胶原二者均降解所造成的。因此,有理由假设，对抗氧化过程的防御机制的降低可能导致老年或病理性玻璃体液化[13]。

3.5 核黄素 正常人玻璃体中含有少量的核黄素，受到可见光的照射，产生氧自由基，使玻璃体胶原结构发生改变，最终导致年龄相关性液化。Akiba等[14]将核黄素作为光敏剂注射进兔眼玻璃体内并用白光照射，同时观察玻璃体液化情况，结果显示玻璃体液化率随照射时间的延长而增加；SDS-PAGE电泳和高效液相色谱法分析照射后的玻璃体胶原和透明质酸分子量的改变，发现有高分子量复合物的增加和透明质酸分子量的减少。这种现象的产生推测可能是诱导产生的单态氧、超氧阴离子等活性氧物质使玻璃体胶原相互交联和透明质酸降解所致[15]。氧自由基清除剂如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶或甘露醇可明显抑制这种光诱导的玻璃体液化[14]。玻璃体内自身存在的抗氧化防御机制可以清除H2O2和超氧阴离子等氧自由基。随着年龄增长，这种抗氧化的防御机制降低可引起老年性玻璃体液化。

4 玻璃体液化起始界面

玻璃体液化时，胶原瓦解及液化腔形成开始于黄斑前和玻璃体中心附近[16]。有研究发现相对丰富的不饱和物体在后玻璃体液和视网膜中，显示这些物体可能会破坏水-透明质酸-胶原纤维网络导致玻璃体液化。此外，在视网膜和后玻璃体中检测到的磷脂酰胆碱，其更大程度的不饱和率表明，不饱和亚基链越大的灵活性越可能会导致它们在水-透明质酸-胶原纤维的网络中进行相互作用，从而导致潜在的分子整体结构的液化[17]。在内界膜中发现了XVIII型胶原蛋白，其中一种为内抑制素，是一种有效的血管生成抑制剂和蛋白质的衍生性片段。基于小鼠的研究，它的功能可能有两方面：（1）玻璃体纤维和内界膜之间的锚定复合体的一部分；（2）在胚胎时期玻璃体脉管消失与其有关。因此，从理论上讲，它的存在可能会抑制PVD及新生血管的生长[4]。

5 玻璃体液化模型

5.1 动物模型 目前诱导玻璃体液化及玻璃体后脱离模型的动物有多种，张倩茹[18]在牛眼用胰蛋白酶与胶原蛋白酶中建立了原位与体外牛眼玻璃体液化模型，同时给予一类可以结合于Ⅱ型胶原和/或透明质酸的硫酸软骨素-蛋白多糖类似物，观察了眼玻璃体的理化性质测定、超微结构观察与结构重建的研究。李琪等[19]用SD大鼠通过纤溶酶联合透明质酸酶最佳组合诱导大鼠的PVD模型。Wu等[20]用兔眼通过纤溶酶联合六氟化硫注射导致完全性PVD。Wang等[21]用兔眼通过纤溶酶和透明质酸酶诱导出兔眼玻璃体液化的模型。孟自军等[22]用兔眼通过应用软骨素酶和MMP-3诱导产生灰兔玻璃体液化及PVD的模型。Los[23]发现全球玻璃体基质组织在人与兔眼中相似，是其重要的一个方面，并随着年龄的增长而表现出显著的形态变化。解剖和组织学水平上，人和兔子的玻璃体基质成分相似，使兔子成为一种有希望的动物模型，以便更详细地研究玻璃体基质分化和退化的发病机理。

5.2 诱导液化酶 文献报道有效诱导玻璃体液化及后脱离的酶有很多种。Wu等[20]用纤溶酶联合六氟化硫注射导致兔眼玻璃体液化及PVD，认为纤溶酶联合六氟化硫注射导致完全性PVD，而纤溶酶或六氟化硫单独注射只导致部分PVD。李琪等[19]用纤溶酶联合透明质酸酶注射玻璃体中央部位，诱导大鼠的PVD模型，得出玻璃体内联合注射0.50 U纤溶酶和5U透明质酸酶诱导玻璃体液化和完全性PVD发生的效果最好。Wang等[21]用纤溶酶和透明质酸酶诱导出兔眼玻璃体液化的模型，认为兔眼玻璃体注射透明质酸酶（20 IU）联合纤溶酶（1 IU）可以造成完全性PVD，对视网膜及其他眼内组织无任何毒性。孟自军等[22]联合应用CA和MMP-3诱导产生PVD的实验，注射在玻璃体中央部位，诱导产生灰兔玻璃体液化及PVD的模型，提出联合应用CA和MMP-3可在较短时间内成功诱导PVD；两者有明显协同作用，且玻璃体液化和玻璃体视网膜粘连的松解基本同步。以上研究结果中，纤溶酶联合透明质酸酶能较好地诱导玻璃体液化及PVD，透明质酸酶可以快速降解玻璃体胶原细纤维间的透明质酸多聚体，引起玻璃体液化、凝缩，使玻璃体支架塌陷，有利于纤溶酶快速扩散到玻璃体视网膜交界区。同时，纤溶酶可降解玻璃体视网膜交界面的纤维粘连蛋白和层粘连蛋白等分子胶。纤溶酶联合透明质酸酶能诱导玻璃体液化和PVD的发生，且无明显眼内毒性[19]。

6 总结

研究发现玻璃体液化多起始于黄斑前及玻璃体中心附近，但此方面研究尚少。玻璃体液化与Ⅱ、Ⅴ/Ⅺ和Ⅸ型胶原纤维的液化密切相关，且导致液化的因子多为透明质酸酶、MMP、胰蛋白酶、金属离子及核黄素等。在玻璃体液化模型构建的研究中，多单独或联合使用透明质酸酶、MMP、胰蛋白酶及纤溶酶建立玻璃体液化模型。临床观察发现，玻璃体液化及后脱离会导致玻璃体-视网膜界面疾病，而前部玻璃体液化引起玻璃体-虹膜晶状体隔界面的疾病。但目前在模型构建的研究中大多为玻璃体中后部模型，对前部玻璃体液化模型及前部玻璃体与之相邻组织结构之间关联的研究极少。因此，完善玻璃体液化模型的构建，对进一步研究玻璃体液化的病理生理机制及玻璃体液化相关的眼内疾病的发病机制非常重要，能为玻璃体相关性疾病的诊断及防治提供新的思路和方法。

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