不同临床背景下角膜新生血管发生机制的研究进展

陈鹤 陆晓和

作者单位：510280 广东省广州市，南方医科大学珠江医院眼科

在病理状态下，从角膜缘血管网形成的新生毛细血管逐渐侵入角膜而形成角膜新生血管(corneal neovascularization，CNV)。CNV核心的分子机制在不同疾病中是通行的，例如促血管生成和抗血管生成因子之间的失衡、细胞外基质的降解[1]、炎症的级联反应[2]等，但是在不同的疾病中，CNV的形成机制各有特点[3-4]。本文对CNV在角膜移植、角膜缘干细胞缺乏、角膜接触镜相关眼病、单纯疱疹角膜炎中发生机制的研究进展进行综述，以便广大临床工作者在不同临床背景下能更好地预防和应对这一病理改变。

1 CNV概述

1.1角膜抗新生血管机制角膜有许多防止伤后新生血管生成的机制，包括角膜基质不断地脱水来维持致密的胶原纤维层，角膜相对较低的温度，与血管生成因子对抗的可溶性分子或膜结合分子，低水平的促血管生成因子如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等[5]。然而，当遇到严重的创伤、缺氧、过敏反应或者暴露于某些感染源时，CNV还是会发生[6]。

1.2CNV的类型(1)表面新生血管：特点是血管生长于角膜上皮下方，通常由角膜外伤、轻度化学伤、炎症和感染引起；(2)血管翳形成：结缔组织在周边角膜表面增生，主要与眼表疾病相关；(3)深层基质血管形成：发生于前后弹力层之间的角膜基质层，常常与基质角膜炎、严重的眼前节损害、结核和梅毒感染有关[7]。

1.3CNV的利与弊CNV是角膜在暴露于一些致病因素之后，机体自然防御和愈合过程的一部分。如果限制在一定的程度和时间范围内，它并不一定是有害的，它能帮助清除感染、运送营养、促进创伤愈合以及抑制角膜基质溶解[8]。因而在眼睛缺血、缺氧时是否有必要完全抑制新生的血管值得进一步商榷。但是，如果CNV在某些条件下超过了一定的限度，侵犯了角膜中央或基质层，便会导致角膜瘢痕、水肿、脂质沉积、炎症持续等，最终危害视功能[9]。

2 CNV在角膜移植中发生机制的研究进展

CNV破坏角膜免疫赦免状态，加剧T细胞介导的免疫排斥过程，是角膜移植失败的主要原因之一[10]。受体角膜在术前存在新生血管是免疫排斥的高危因素[11]。角膜移植中，手术操作相关的机械性损伤、感染、植片引起的炎症反应均会导致CNV形成[12]。

2.1移植宿主的免疫反应新的研究发现，角膜移植后宿主的免疫反应也可能会加剧CNV。免疫反应更强的高危移植宿主在移植后会发生面积更大、时间更长的CNV。Inomata等[13]对比观察了小鼠低危移植宿主和高危移植宿主角膜移植后的血管动态生成特点。他们用CD31和LYVE-1分别标记血管和淋巴管，在长达8周的追踪中发现，高危组的CNV始终比低危组的面积更大更严重；低危组植片上的新生淋巴管会在移植后2周开始逐渐消退，而高危组的新生淋巴管始终存在，不会消退。

2.2T细胞角膜移植宿主的T细胞会在移植后早期浸润角膜、募集巨噬细胞[14]、促进新生血管的形成，引起角膜移植排斥反应。Di Zazzo等[15]在小鼠模型中发现，接受同种异体角膜移植宿主的T细胞与血管内皮细胞共培养，会促进血管内皮细胞的增殖；高危移植宿主组的T细胞较低危组表达更多的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)-A mRNA和蛋白；与高危移植宿主T细胞共培养的血管内皮细胞的VEGF-A、VEGF-C和VEGF-R2 mRNA 的表达量也较低危组增加。

3 CNV在角膜缘干细胞缺乏中发生机制的研究进展

CNV是角膜缘干细胞缺乏一个关键的临床表现。自身免疫性疾病[16](Stevens-Johnson综合征、眼瘢痕性类天疱疮)、外伤[17](酸、碱、热烧伤、长期配戴隐形眼镜)、先天性疾病[18](无虹膜、外胚层发育不良)、肿瘤、各种感染、医源性操作等均可能导致角膜缘干细胞缺乏，引起浅层或深层的CNV[19]。

3.1不正常的角膜上皮健康的角膜缘可以维持完整的角膜上皮[20]，形成物理屏障防止结膜上皮细胞向角膜迁移。当角膜缘受损，球结膜细胞会入侵，使角膜结膜化，新生血管形成[21]。而且角膜中大多数抗血管生成因子，例如血管抑素、内皮抑素、凝血细胞反应素和可溶性VEGF受体-1等都在角膜上皮高表达[22]。角膜缘干细胞缺乏的患者通常有缺损或不正常的角膜上皮，这些角膜上皮很可能无法产生足够量的抗血管生成因子[23]。

3.2WNT7A-PAX6信号通路正常的角膜缘干细胞会分化为非角化的角膜上皮细胞，保持基质无血管化，这对维持角膜透明十分重要[24]。在角膜缘干细胞及其微环境受到慢性炎症等刺激时，角膜缘干细胞会分化为皮肤样的上皮细胞[25]，使角膜变得混浊、上皮角化和基质血管形成。Ouyang等[26]研究发现，WNT7A-PAX6信号通路对角膜缘干细胞的分化起着重要的调控作用，WNT7A或PAX6的缺失均会引起角膜缘干细胞向皮肤样上皮细胞分化、角膜基质血管形成。

3.3Lhx2基因缺失Lhx2(lim homeobox domain 2)在毛囊[27]、血液[28]、肝脏[29]等多种干细胞的维持中发挥着关键作用。Sartaj等[30]研究发现，Lhx2在角膜缘干细胞的维持中也必不可少，该基因的表达可以帮助防止CNV形成和角膜结膜化、维持角膜上皮稳态、保持角膜缘屏障功能。敲除Lhx2基因的部分小鼠会自发生成CNV，随年龄增长，有新生血管的小鼠比例逐渐增加，6周龄时8%的小鼠形成CNV，9周龄时增长至17%，26周龄时比例达83%。在反复角膜上皮刮除后，Lhx2基因敲除小鼠的愈合能力较野生型减弱，大部分Lhx2缺失小鼠缺损的角膜上皮不能完全修复，新生血管形成。进一步研究发现，所有接受过反复角膜上皮刮除术的Lhx2基因敲除小鼠，不论是否表现出CNV或持续上皮缺损，它们的角膜上皮中均能检测到结膜上皮细胞标记(K15和PAS)阳性的细胞，而野生型小鼠的K15和PAS阳性细胞只局限在结膜组织。

4 CNV在角膜接触镜相关眼病中发生机制的研究进展

配戴角膜接触镜的患者常出现角膜周边部的新生血管[31]，一般位于浅层，不超过2 mm。长期戴角膜接触镜还可引起深基质层新生血管[32]。角膜接触眼镜配戴者中CNV的发生率介于1%～34%之间[33]。尽管大多数人为了美观而配戴隐形眼镜，但仍有一部分群体是出于治疗需要[34]，例如圆锥角膜、高度屈光参差、无晶状体眼、不规则散光的患者需要长期配戴更大更厚的接触镜，他们患CNV的风险较普通人群就更高。

4.1眼表损害角膜接触镜的配戴会导致眼表的一系列损害，包括机械性的创伤、干眼、睑板腺功能障碍、角膜接触镜清洁和保存溶液的毒性作用以及缺氧[35-36]。这些因素造成的角膜上皮以及角膜缘干细胞的损害、引起的炎症等均会促进CNV的形成。

4.2缺氧在众多因素中，缺氧被认为是引起角膜接触镜相关CNV最主要的因素。配戴覆盖角膜面积更大的软性角膜接触镜、睡眠时持续配戴角膜接触镜会加重角膜缺氧，增加血管新生的危险[37-38]。

4.2.1低氧诱导因子低氧诱导因子(hypoxia inducible factors-1，HIF-1)是缺氧反应重要的调控因子，它由2个亚基组成，其中β亚基构成性表达，α亚基受氧气调控。氧气体积分数正常时，HIF-1α会被快速降解，在缺氧时保持稳定，可以结合在VEGF启动子区的低氧反应元件，促进VEGF的表达[39]。Chen等[40]观察了闭眼配戴角膜接触镜的小鼠模型中角膜血管形成情况，并测定了HIF-1α和VEGF的表达，他们发现，HIF-1α被特异性的短发夹RNA阻断，可以抑制CNV和VEGF的表达，伴随IL-1β和MMP-2、MMP-9表达量的下降。

4.2.2花生四烯酸代谢对兔眼动物模型的研究证实，缺氧会刺激角膜上皮细胞花生四烯酸的代谢，使其中CYP450的代谢产物12(R)-HETrE以旁分泌的方式趋化中性粒细胞浸润、角膜血管新生[41]。

4.2.3Plk3/c-Jun信号系统Wang等[42]研究发现，缺氧会通过Plk3/c-Jun信号系统诱导角膜上皮细胞的凋亡，同时促进角膜缘干细胞迁移、增殖和分化。这也许提示缺氧会导致角膜上皮细胞的耗竭，从而促使了CNV的发生。

5 CNV在单纯疱疹病毒性角膜炎中发生机制的研究进展

单纯疱疹病毒性(herpes simplex virus，HSV)角膜炎在角膜病中致盲率占第1位。HSV-1感染可以导致致盲性的免疫炎症反应，其中基质型角膜炎常伴随基质层新生血管[43]。新生血管会使更多的炎性细胞渗漏，造成角膜基质脂质和蛋白沉积，阻碍光线传播，影响视功能[44]。

5.1可溶性VEGF受体在病毒感染期，感染引起的炎症及促血管生成因子的释放介导了CNV的形成[45]。正常状态下，角膜中的VEGF受体(sVR-1)可以结合角膜上皮细胞产生的生理性VEGF，防止其引起新生血管[46-47]。Suryawanshi 等[48]研究发现，HSV-1感染会上调VEGF-A的产生，抑制sVR-1的表达，打破VEGF-A和sVR-1之间的平衡，导致CNV生成。感染后，角膜上皮细胞、浸润的中性粒细胞均会释放VEGF-A，同时，sVR-1蛋白会被中性粒细胞释放的MMP-2、MMP-7、MMP-9降解，减弱sVR-1对VEGF-A的抑制作用。

5.2成纤维细胞生长因子-2当角膜中的病毒感染清除后，免疫反应细胞会继续浸润，血管生成因子会继续产生，新生血管也将继续发展[49-50]。Gurung等[51]研究发现，在病毒消退后，成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor-2，FGF-2)在CNV的进展和维持中发挥关键作用，而浸润的白细胞、MMP-9[52]和白细胞介素-6[53]均不是维持CNV的主要因素。FGF-2主要的来源可能不是白细胞，而可能是成纤维细胞、角膜上皮细胞、角膜内皮细胞、血管内皮细胞等其他细胞。中和FGF-2会抑制CNV，引起白细胞介素-6、HGF、VEGF-A等促血管生成因子的下调，改善视敏度。

6 小结

CNV由多种病理因素共同作用引起，其主要致病因素在不同临床背景下各不相同，例如角膜移植中宿主的免疫反应、角膜缘干细胞缺乏中干细胞的维持和分化、角膜接触镜相关眼病中的缺氧、单纯疱疹病毒性角膜炎中的病毒感染。了解其在几种主要疾病中的发病机制有助于治疗方式的发展，使眼科工作者在不同临床背景下能更好地应对这一病理改变，积极治疗原发病，预见性地采取措施防止CNV的发生。