高眼压状态下角膜内皮的损伤与修复

曲勃，刘丹霞，张旺

（中国医科大学附属第四医院眼科，中国医科大学眼科医院，辽宁省晶状体学重点实验室，沈阳 110005）

青光眼是全球第二大致盲性眼病，病理性眼压增高是其主要危险因素。根据眼压升高时房角的状态，将原发性青光眼分为原发性闭角型青光眼及原发性开角型青光眼。由于前房角被周边虹膜组织机械性阻塞导致房水流出受阻，此时眼压急剧升高，即为原发性青光眼急性大发作。高眼压对视野及视神经产生损害同时，也损伤角膜，尤其是角膜内皮的功能。高眼压是损伤角膜内皮细胞的重要因素之一，为更深入了解高眼压状态下角膜内皮的损伤与修复，本文从正常角膜内皮细胞的生理结构及特性、角膜内皮细胞的测量、高眼压对角膜内皮细胞的影响及损伤机制、角膜内皮细胞的修复等方面阐述高眼压对角膜内皮细胞的影响，为青光眼患者尤其是急性闭角型青光眼患者的治疗及术后评估提供可靠依据。

1 正常角膜内皮细胞的结构及生理特性

角膜内皮细胞是位于角膜最内面的单层六角形上皮细胞，每个内皮细胞高约5 μm，宽约18～20 μm，细胞膜后表面可见20～30个微绒毛突向前房。角膜内皮细胞膜以闭锁小带、闭锁斑及桥粒紧密连接形成连接复合体。角膜内皮细胞通过“泵－漏机制”为角膜提供充足的营养并维持角膜透明。角膜内皮将前房内的水及营养物质“漏”给角膜其余结构，并通过主动转运“泵”出角膜实质内的水分，以维持角膜透明［1］。

通常成年人角膜内皮细胞密度较稳定，随年龄的增长角膜内皮细胞密度逐渐下降，且角膜内皮的多形性逐年增加［2］。角膜内皮细胞受损会导致角膜内皮细胞的主动转运功能及角膜内皮层间的复合连接受损，水分进入角膜基质层，使基质层内胶原纤维失去正常规则的排列，纤维间隙扩大，基质层含水量增多，角膜混浊水肿，严重者出现大泡性角膜病变。一般认为，当角膜内皮细胞密度下降至400～700/mm2时，会出现角膜内皮细胞水肿，甚至大泡性角膜病变［2］。

2 角膜内皮的检测及意义

角膜内皮细胞损伤后如何进行测量，也是目前针对角膜内皮细胞进行的研究的热点之一。角膜内皮细胞的检测方法主要为非接触角膜内皮镜及共聚焦显微镜。非接触角膜内皮镜可对角膜内皮进行定性及定量检测，检测指标包括角膜内皮密度、中央角膜厚度、平均细胞面积、六边形细胞比率等，可观察角膜内皮早期损伤和估测角膜内皮的功能。但在角膜内皮细胞密度减少及角膜有病变时，共聚焦显微镜能够提供实时的高分辨率和对比率的图像甚至3D图像，对角膜内皮细胞功能的评估具有一定的优越性［3］。目前某些实验室采用的是更为先进的X线散射技术及三维扫描电子显微镜，它们可从分子层面显示组织的形状和力学性质［4］。角膜内皮细胞的检测能观察角膜内皮的损伤，估测角膜内皮的功能，为临床提供基础。

3 角膜内皮的增殖抑制

既往研究证明角膜内皮细胞在生理状态下无法增殖。人的角膜内皮细胞属于终末细胞，角膜内皮细胞始终停留在细胞周期的G1期，无法进入S期［5］。人角膜内皮在生理状态下无法进行增殖的主要原因如下：（1） 角膜内皮细胞间的紧密连接使角膜内皮表现为强烈的接触抑制，这种接触抑制可使P27kip1蛋白的表达上调，P27kip1是一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子，其参与细胞周期调控，使角膜内皮细胞停留在细胞周期的G1期，无法进行增殖活动［4］；（2）促进细胞有丝分裂的因子 （表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子等） 在前房中浓度极低，且角膜内皮细胞对生长因子无应答［6-7］；（3） 前房中存在细胞生长的抑制因子，如转化生长因子-β2 （transforming growth factor-β2，TGF-β2） ，TGF-β2在G1/G0期通过激活转录因子p53而增加细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子的表达量，抑制细胞进入S期［6-7］；（4） 角膜的解剖位置决定了角膜内皮长期暴露于紫外线照射，长期紫外线照射导致的光损伤可引起活性氧自由基积累，诱导氧化应激反应，引起细胞损伤包括DNA的损伤，阻碍细胞增殖［6-7］。

4 角膜内皮的增殖

前文阐述了角膜内皮细胞由于存在增殖抑制而在体内无法进行增殖，然而目前多种证据表明，角膜内皮细胞在特定情况下具有增殖能力：角膜内皮周边部角膜内皮细胞表达干细胞标志物，表明至少部分角膜内皮细胞拥有增殖能力［8-10］；在异体角膜移植术后，患者的角膜植床上发现供体与受体角膜内皮细胞混合体［11］；角膜缘内皮细胞增殖转移后可修复角膜后弹力层［12］。

5 眼压对角膜内皮细胞的影响

眼压除能够损伤角膜内皮细胞外，还对角膜内皮的形态及功能有一定影响。PATEL等［13］发现，体外培养的角膜内皮细胞形态不规则，但移植到活体后，其外形逐渐向六边形过渡，提示角膜内皮所处的环境对角膜内皮的形态具有一定的影响。幸正茂等［14］发现，仿生条件下培养的角膜内皮细胞比在普通无压力下培养的角膜内皮细胞具有更高的活性，但高压力和非生理性波动的压力会影响角膜内皮的正常形成及生存，说明控制眼压正常是角膜内皮的形态及功能形成的条件之一。

正常的眼压可维持角膜的形态和功能，但眼压过高可对角膜内皮细胞造成损伤。研究［15］表明，眼压的增高和持续时间与角膜内皮细胞损伤呈正相关。通过对兔高眼压模型的电镜观察［16］，发现高眼压可使角膜内皮细胞膜破损，细胞肿胀，细胞器颗粒粗大，持续高眼压可进一步导致内皮细胞崩解，胞质脱落，胞核裸露，继而出现细胞缺损区，修复细胞缺损区时内皮细胞异形明显。

6 高眼压损伤角膜内皮的机制

高眼压对角膜内皮细胞的损伤机制目前尚不明确。众多学者通过体外加压对角膜内皮细胞进行实验，得出不同的损伤机制，如角膜内皮细胞缺氧、角膜内皮细胞内代谢产物堆积、角膜内皮细胞凋亡等。

6.1 缺氧

梁都雅等［17］认为高眼压对角膜内皮细胞的损伤可能是机械性损伤，与缺氧相关。角膜的营养代谢与角膜神经支配有着密切关系。眼压增高压迫角膜感觉神经使角膜营养障碍，同时静脉受压回流受阻及角膜缘血管网灌流量减少导致角膜缺氧，二者供给内皮细胞的能量减少，导致细胞结构受损。同时，缺氧会抑制内皮细胞泵的有氧代谢，使ATP减少，从而引起内皮泵对离子的主动转运功能障碍，导致房水动力学发生改变，最终导致角膜内皮损伤［18］。

6.2 代谢产物堆积

高眼压对角膜内皮的损伤与高眼压时房水循环受阻造成的代谢产物堆积相关。MORTENSEN等［19］在体外高压力状态下培养角膜内皮细胞，且每8 h更换培养液，发现在高压力状态下角膜内皮细胞数量并未减少，证实高眼压对角膜内皮细胞的损伤与代谢产物堆积相关。

6.3 凋亡

凋亡是由基因调控的细胞程序性死亡。梁玲玲等［20］利用体外压力仿生培养，认为高压力对角膜内皮的损伤是通过诱导细胞凋亡引起的。凋亡途径主要有内源性途径和外源性途径。梁玲玲等［21］进一步发现，高压力下促凋亡蛋白p53表达增强与凋亡抑制因子之一的bcl-2失衡，诱发内源性细胞凋亡途径的启动，内源性细胞凋亡途径启动后，细胞色素C从线粒体内释放至细胞质，其与凋亡相关因子1结合形成凋亡小体，启动caspase联级反应，导致细胞死亡。

7 角膜内皮损伤后的修复

由于角膜内皮的增殖抑制，人角膜内皮损伤后，主要通过损伤区周边内皮细胞的扩大及移行修复缺损区。损伤区边缘的细胞通过相互移动将周边的细胞向缺损区牵拉，重新建立细胞连接。同时，细胞间的接触抑制使内皮细胞的扩大与移行终止。一般认为，角膜内皮细胞的移行与细胞内的肌动蛋白相关。Rho相关激酶通路可通过调控肌动蛋白张力纤维束的形成和细胞收缩，促进细胞的黏附肌运动作用，Rho相关激酶抑制因子可通过诱导角膜内皮细胞的重塑、粘连和细胞移行，促进角膜内皮愈

合［22］。

角膜内皮细胞始终处于细胞周期中的G1期，而非退出细胞增殖周期，可由此推断，角膜内皮细胞在生理条件下具有增殖潜能。多项研究［23］表明，人角膜内皮细胞中存在生长因子，如表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子等，与角膜内皮损伤修复相关。表皮细胞生长因子可促进角膜内皮细胞的生长，且在一定浓度内具有剂量依赖性。成纤维细胞生长因子刺激角膜内皮细胞的有丝分裂、趋化、移行、损伤修复及改变角膜内皮细胞的形状，且在一定浓度内具有剂量依赖性。各因子对角膜内皮细胞修复具有协同作用。由于血-房水屏障的作用，前房中缺乏足够浓度的生长因子，且由于TGF-β2的抑制作用，角膜内皮细胞仅出现轻微的增殖表现，无法完成整个增殖周期。

综上所述，角膜内皮细胞是保持角膜透明的基本，角膜内皮在人体内无法增殖，损伤后主要依靠扩大与移行修复缺损区，在临床上可表现为角膜内皮细胞密度减低、内皮细胞六角细胞比例下降以及中央角膜厚度增加等。急性闭角型青光眼高眼压在短时间内即可对角膜内皮细胞产生损伤，快速控制眼压是减少角膜内皮细胞损伤、挽救青光眼患者视力的当务之急。高眼压持续时间与角膜内皮损伤呈正比，若不能及时控制高眼压，角膜内皮细胞持续受损，最终会导致角膜内皮失代偿，甚至出现大泡性角膜病变。角膜内皮移植是解决此问题的唯一方法。但由于缺少供体及供体年龄的限制，角膜内皮细胞移植具有明显局限性。具有生物活性的组织工程角膜是目前角膜内皮研究的一大热点，而角膜内皮细胞的体外培养是组织工程角膜的首选。目前，对角膜内皮细胞的观察及研究主要集中于动物模型及体外培养，对人角膜内皮细胞的观察及研究尚少。基于目前的研究成果，角膜内皮盲的患者终将看到光明。