糖尿病角膜上皮细胞病变的研究进展



糖尿病角膜上皮细胞病变的研究进展

陈晶王华1李强翔

(湖南省老年医院，湖南长沙410016)

关键词〔〕糖尿病性角膜病变；角膜上皮细胞

1中南大学湘雅医院眼科

第一作者：陈晶(1988-)，女，在读硕士，主要从事糖尿病血管并发症研究。

角膜上皮细胞位于角膜最前层，主要有三种细胞，基底细胞、翼状细胞和扁平细胞。上皮细胞间以桥小体相接，结合紧密，可阻止大部分微生物的侵入，以及阻止泪液中液体和电解质进入基质层，从而使角膜处于相对脱水状态。另在上皮细胞的外层细胞膜上存在微绒毛，这些微绒毛伸入泪液膜，吸附泪液，防止上皮细胞干燥。角膜上皮细胞层生长迅速，破坏后可以短时间内再生修复，且不留瘢痕。由于该层神经丰富，感觉灵敏，轻微损伤，即有明显异物感。而糖尿病时，由于各种机制出现角膜上皮缺损，包括上皮再生迟缓、微囊性水肿、持续性上皮损失、浅层角膜溃疡及大疤形成等〔1〕，从而造成不可逆性视力障碍。

1糖尿病角膜上皮细胞形态和功能变化

1.1角膜上皮细胞形态及结构改变张梅爱〔2〕利用显微镜观察到，高糖环境下，角膜上皮细胞表面稍有不平整，表面短小微绒毛和微皱褶减少，上皮细胞层数减少，基底层细胞空泡形成、退化，甚至凋亡，细胞间隙增大，出现裂缝，细胞间连接疏松，桥粒数量减少，基底膜细胞外基质合成异常。

1.2角膜上皮细胞的功能改变(1)修复功能延迟：正常情况下，角膜的损伤修复过程分为3个阶段:①角膜缘上皮细胞的迁移；②角膜缘干细胞的增殖和分化；③黏附结构的更新。而高糖时，修复时间明显延迟，并存在剥脱现象，原因可能如下〔2～6〕：①细胞修复需要大量的葡萄糖供应能量，而糖尿病患者不能充分利用体内葡萄糖，导致相对缺少能量状态。②高糖通过增加活性氧产物破坏了细胞DNA的稳定性，相关蛋白、mRNA表达下调，导致细胞因子如胰岛素类似物(IGF)-1、表皮生长因子等异常，使P物质减少，影响纤连蛋白-整合素信号通路及细胞免疫应答，抑制内皮细胞迁移及中性粒细胞的趋化；另外，高血糖诱导血管内皮细胞表达E-选择素水平增高，从而抑制角膜上皮细胞的修复。有实验发现，高糖时IGF-1及其受体表达受抑制，通过调控β-actenin信号通路，引起ki-67、基质金属蛋白酶(MMP-2),bcl-2表达下调、bax表达上调，从而降低细胞增殖、迁移，诱导细胞凋亡。③高糖环境下，由于磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路受到抑制，导致细胞增生、分化能力下降，促进了细胞凋亡。(2)屏障功能减退：前文提到糖尿病角膜上皮细胞的形态及结构的变化，使得角膜上皮细胞物理屏障功能受损，通透性增加，角膜的透明性变差，上皮细胞及基质细胞水肿，从而影响细胞表面生长因子功能；另有实验证明，高糖状态下人类角膜上皮细胞层黏连蛋白-5稳态水平下降，Ⅳ型胶原免疫反应增强，从而破坏屏障功能。

2糖尿病角膜上皮细胞病变发生机制

2.1泪膜成分的改变泪膜具有保护、营养、润滑角结膜及防止角膜上皮干燥角化等功能。正常泪膜由三部分组成，分别是脂质层、水液层和黏蛋白层，以维持眼表组织正常生理功能。有研究发现，糖尿病患者泪膜与角膜上皮相互作用，联合导致正常眼表结构及功能受损，即当泪膜结构及功能发生改变，稳定性下降时，角结膜上皮出现损害及缺失，而当角结膜上皮形态及成分的改变时，又可以影响泪膜功能。具体机制可能如下〔7～9〕：(1)泪液减少：①当葡萄糖进入细胞内时，多元醇通道被激活，使过多的山梨醇在细胞内蓄积，导致胞内渗透压升高，水分子内流，细胞水肿，最终造成副泪腺结构和功能的障碍，从而使泪液分泌量下降；②糖尿病周围神经病变可累及泪腺，也可使泪液分泌减少；③泪膜稳定性遭破坏后，泪液蒸发增加。(2)泪液分布障碍：支配角膜感觉的是三叉神经眼支及少量肾上腺素能和乙酞胆碱能自主神经纤维，因角膜表面分布着丰富的神经末梢，故感觉非常灵敏。当这些神经纤维受到刺激或损害时，角膜知觉减退，甚至感觉丧失，从而瞬目次数减少，泪液分布障碍。(3)黏蛋白分泌减少：高糖导致角膜神经受损，使角膜知觉减退，造成角膜上皮和基底膜异常，同时由于再生上皮细胞的黏附功能下降，共同导致角膜上皮脱落与损害，泪膜完全破坏；另由于杯状细胞及结膜上皮细胞发生磷酸化，眼表黏蛋白分泌下降，泪膜稳定性进一步下降。

2.2高血糖环境目前大多数研究认为，糖尿病患者角膜上皮细胞发生病变均与高血糖有密切关系，其机制可能如下〔10～12〕：①糖基化终产物增加：糖尿病患者体内蛋白质糖基化反应活跃，糖基化终产物的长期聚集，干扰了细胞外基质的功能，从而减少角膜上皮细胞的勃连和扩展，影响迁移、增殖分化及黏附；另有发现糖基化终末产物受体及核因子κB有显著增加，目前具体影响机制尚不明确。②细胞内渗透压增高：高糖时，醛糖还原酶通路被激活，葡萄糖通过醛糖还原酶转化为山梨醇，形成胞内高渗，角膜上皮细胞水肿，导致角膜上皮剥脱，影响正常功能。③蛋白激酶通路增强：高糖时，蛋白激酶C通路增强，使氧自由基、NO、前列腺素等的产生增加，降低前列环素产生及Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase活性，从而影响基底膜的更新、细胞黏合、细胞生长及纤维黏合素的调节等④细胞Na+-K+-ATPase活性下降：糖尿病时角膜能量代谢异常引起乳酸、山梨醇等在角膜上皮、基质层及神经细胞内增加，妨碍了对细胞对肌醇的摄取，干扰Na+-K+-ATPase的泵功能；高血糖症通过诱导灭活局部传导酶和抑制细胞内肌醇，导致内细胞中Na+-K+-ATPase的活性下降。

2.3MMP表达上调MMP对细胞外基质具有广泛的降解作用，是调节细胞外基质动态平衡最重要的一大酶系，Saghizadeh等〔13〕发现糖尿病患者MMP-10的mRNA在角膜上皮及基质的水平较正常角膜表达增强，可能与引起临床上发现的上皮细胞黏附异常，易剥脱。可能机制是由于细胞外基质的合成不规则，层黏连蛋白-1和层黏连蛋白-10及整合素大范围减少和中断，导致角膜出现不正常的愈合和上皮黏合〔14〕，且局部微环境也可影响角膜细胞分泌的机制MMP的活性变化〔15〕。

2.4神经病变角膜细胞主要通过角膜神经获取营养，包括角膜上皮代谢、细胞连接、伤后修复等。当角膜神经遭到破坏后，基质细胞的营养摄取障碍，从而导致细胞的损伤。有动物实验显示：糖尿病兔角膜神经轴突肿胀、崩解，线粒体呈现不同程度的水肿、变性，神经活性降低，并随着病程的进展，上述变化渐趋明显〔16〕，提示糖尿病角膜上皮病变与神经病变有着密切的关系。考虑原因可能是由于糖代谢紊乱，引发多元醇途径激活、肌醇代谢紊乱、蛋白糖基化增加等导致神经细胞肿胀变性、神经膜功能障碍、蛋白合成障碍及轴浆转运障碍等〔17〕，进而导致神经末梢水肿，变性崩解。Troger等〔18〕发现糖尿病鼠三叉神经节SP显著减少，表明SP与糖尿病眼表疾病有关。

2.5氧化应激高糖状态下葡萄糖通过还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的氧化、线粒体通路、激活P38激活的蛋白激酶刺激氧化应激，产生大量的活性氧(ROS)。ROS可以直接氧化、损伤细胞DNA，造成细胞凋亡，还可以使细胞膜上的蛋白和脂质过氧化，改变细胞膜的通透性〔19，20〕。目前认为有以下可能〔21～23〕：①因胰岛素作用不足、高糖高脂及组织低氧状态等因素，使机氧化应激增强；②蛋白糖基化反应引起氧自由基增多，非酶糖基化反应则在形成脱氧葡萄糖酮醛时，Amadori产物和葡萄糖都经历了自身氧化过程；③过量的葡萄糖经醛糖还原酶(AR)转变为山梨醇，经山梨醇脱氢酶(SDH)催化为果糖使氧化型烟酸胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)变成还原型(NADH)，从而影响许多酶的活性，进而产生更多的氧自由基；④抗氧化系统清除能力减弱。

3小结与展望

目前为止，关于糖尿病角膜上皮细胞病变的研究越来越多，但其具体发病机制、信号通路及相关因子还有待深入研究，而高糖及泪膜成分的改变是糖尿病性角膜上皮病变发生的基础原因，因此有效控制血糖、营养保护泪膜功能均可延缓糖尿病角膜病变的进一步恶化。

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〔2015-01-15修回〕

(编辑李相军)

通讯作者：李强翔(1970-)，男，博士后，主任医师，硕士生导师，主要从事糖尿病血管并发症研究。

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81170823)；湖南省科技厅项目(2015JC3118)；湖南省高层次卫生人才‘225’工程培养项目资助;湖南省计委科研计划课题(B2015-70)；湖南省中医药科研计划重点项目(201533)

中图分类号〔〕R587〔

文献标识码〕A〔

文章编号〕1005-9202(2015)24-7245-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.24.136