上皮间充质转化在后囊膜下混浊中的研究进展

于 童，王 静,2，张劲松,2

0引言

上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是指上皮细胞通过某些特定的程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。其在胚胎发育、多种纤维化疾病以及癌症转移中均发挥了重要的作用。1982年Greenburg等[1]通过将晶状体上皮细胞在胶原凝胶中培养发现，上皮细胞具有了间质细胞的形态，由此提出了EMT的概念。后发性白内障(posterior capsular opacification, PCO)是白内障术后影响视觉质量的主要原因之一，其发生率在儿童高达100%。与后发性白内障形成有关的因素有许多，如手术术式的选择、植入IOL的材料、晶状体上皮细胞的生物活性等。后发性白内障形成的原理主要是在白内障术后，由术中造成的手术切口引起了炎性反应导致房水中各种炎性因子释放，从而刺激囊膜下残留的晶状体上皮细胞，使其发生增殖、迁移、转化等一系列生物学行为，最终导致后囊膜的混浊。YAG激光后囊切开术虽可有效地治疗后发性白内障，但其导致的多种并发症例如眼内炎、视网膜脱离、IOL偏位等仍一定程度地影响着患者的生活视觉质量[2]。因此，探索后发性白内障的发生机制从而预防后发性白内障的产生并减少YAG激光后囊切开术的使用成为了研究热点之一。

1 EMT所致PCO的相关信号通路

TGF-β/Smad通路是EMT的经典通路。Smad2和Smad3在PCO的发生过程中共同发挥作用。其中Smad2介导EMT的发生并增加细胞的迁移能力，而Smad3主要参与诱导细胞凋亡和细胞外基质的积聚[3]。 ERK1/2信号在TGF-β2诱导的HLECs的EMT中被激活，且独立于TGF-β/Smad信号通路而存在，ERK1/2信号通路与经典的TGF-β/Smad和Jagged/Notch信号通路交互作用，从而在LECs中介导EMT[4]。研究者通过mTOR抑制剂雷帕霉素处理LECs，发现雷帕霉素可以显著抑制LECs发生EMT[5]。通过采用特异性抑制靶点的shRNA获得mTOR低表达的HLECs得到了相同的实验结果：细胞增殖减慢、周期延长，与EMT进程相反，从而发现mTOR通路也是介导细胞发生EMT的重要通路之一[6-7]。此外，研究表明，在TGF-β诱导的EMT中，b-catenin/CBP依赖型信号通路参与调控fascin、MMP-9和a-SMA的表达[8]。Wnt3a、Wnts5a、5b、7b、8a、8b也参与诱导HLECs的EMT、迁移和增殖[9-10]。 TGF-β2还可通过PI3K/Akt信号通路诱导LECs上皮间质转化[11]。

2 EMT所致PCO的相关细胞因子

TGF-β2可以成功诱导LECs发生EMT，且TGF-β2处理的LECs可以作为EMT的细胞模型[12]。已有研究证实，细胞骨架蛋白中的Tpm家族在调节和稳定肌动蛋白微丝(F-actin)中起作用，在EMT发生的肌动蛋白细胞骨架重构过程中，Tpm1/2表达上调。Kubo等[13]在对鼠的研究中发现，TGF-β2引起的应力纤维的形成和αSMA的上调可以通过siRNA介导的Tpm1/2抑制逆转，而TGF-β2诱发的Tpm1/2的表达和应力纤维的形成可被FGF2逆转。此外，FGF2可通过活化丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(ERK)通路，使TGF-β处理的LECs受到干扰，随后增强EMT。相反，MEK抑制剂(PD98059)减少了FGF2介导的Tpm1/2和αSMA下调。但在TGF-β和FGF联合作用的刺激下，LECs迁移能力增强。TGF-β2和FGF2在EMT的差异调控中存在独立和组合作用。研究表明,EGF可激活Myc。Myc的过表达通过增加HDAC3抑制miR-26b，进而诱导EZH2的表达，促进HLECs中EMT的进展[14]。此外，骨形态发生蛋白7(BMP-7)可在大鼠晶状体上皮细胞中抑制TGF-β2诱导的EMT[15]。

结缔组织生长因子(CTGF)在LECs的表达主要位于细胞浆，其作为TGF-β2的下游分子，在TGF-β2诱导的HLECs的EMT过程中发挥重要的作用[16]。它通过激活ERK信号通路促进HLECs的增殖、迁移、EMT的特异性蛋白表达和ECM合成来促进PCO的发展。阻断CTGF可在大鼠体内有效抑制PCO[17]。此外，白介素-6(IL-6)可以促进HLECs中Fn、COL-1、TGF-β2、p-JAK2 p-STAT3的表达[18]。

3 EMT所致PCO发生的表观遗传学调控

3.1非编码RNA与EMT所致PCO已有文献报道，TGF-β2诱导的EMT中，有775个lncRNA和935个mRNA存在表达差异。其中有325个lncRNA上调，450个lncRNA下调。329个mRNA上调，606个mRNA下调[19]。在TGF-β2作用下，miR-26b的表达减少。且miR-26b可以通过直接沉默Smad4和COX-2来抑制LECs的增殖、迁移和EMT，从而抑制PCO的发生[20]。miR-181a则通过直接沉默c-Met、Slug和COX-2的方式抑制EMT[21]。而miR-486-5p和miR-204-5p分别通过下调Smad2和Smad4的表达对EMT起抑制作用[22-23]。lncRNA对EMT诱导的PCO的影响还有待研究。在对兔进行的研究中表明，核因子Kappa B(NF-κB)小干扰(si)RNA可以有效抑制细胞培养和囊袋模型的LECs的迁移和增殖。在家兔进行白内障手术后，通过该治疗手段也有效地减少了PCO的形成，且对眼部其他组织无毒性[24]。整合素连接激酶(ILK)也可以与NF-κB相互作用介导HELCs的EMT[25]。以snailsiRNA为靶点也可抑制TGF-β2诱发的EMT[26]。

3.2组蛋白去乙酰化与EMT所致PCO组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是一个大的酶家族，其主要功能是去除组蛋白N端赖氨酸残基的乙酰基，促使染色质变得致密，抑制基因转录，与细胞周期调控和增殖分化密切相关。研究发现第Ⅰ类和Ⅱ类HDAC在TGF-β2诱导的EMT中上调。HDAC抑制剂曲古抑菌素A(TSA)可通过细胞周期阻滞、PI3K/Akt、p38MAPK、ERK1/2通路失活以及对TGF-β/Smad2和Jagged/Notch信号通路的封锁抑制细胞增殖[27]。HDAC抑制剂在猪的LECs中增强了组蛋白3和4的乙酰化作用。TSA和SAHA可阻止晶状体外植体EMT的发生[28]。TSA通过表观遗传学调控降低组蛋白H4乙酰化水平来帮助抑制EMT[29]。因此，表观遗传修饰因子是白内障术后PCO治疗和预防的潜在靶点。

3.3其他

3.3.1缺氧诱导因子-1缺氧诱导因子-1(HIF-1)是一种具有转录活性的核蛋白，由HIF-1α和HIF-1β两个亚单位组成。其中HIF-1α是TGF-β2诱发的LECs发生EMT过程的重要因子之一。在TGF-β2处理人晶状体上皮细胞后HIF-1α和血管内皮生长因子A(VEGF-A)水平升高，当用 HIF-1α转化抑制剂KC7F2处理细胞时则显著抑制了TGF-β2诱发的EMT，该过程伴随ERK磷酸化的减少和Snail和Slug水平下调[30]。Notch1/Snail1/E-钙黏蛋白通路在细胞缺氧的情况下也通过HIF-1α促进细胞EMT的发生[31]。研究发现维生素C可通过增加野生型HIF-1α的脯氨酸羟化、降低HIF-1α的活性，从而抑制HLECs的迁移、增殖和EMT转录因子TWIST的表达[32]。

3.3.2晚期糖基化终末产物晚期糖基化终末产物(AGE)是蛋白质、脂质或核酸等大分子在没有酶参与的条件下，自发地与葡萄糖或其他还原单糖反应所生成稳定的共价加成物。AGE促进TGF-β2诱导的EMT，且基膜(BM)中的AGE可能与年龄及糖尿病相关的纤维化关系密切。AGE与其受体的相互作用在TGF-β2介导的EMT中发挥着重要作用，阻止AGE受体(RAGE)可抑制EMT发生[33-34]。因此，AGE可作为预防PCO和其他年龄相关性纤维化的潜在方案。

3.3.3基质金属蛋白酶基质金属蛋白酶-9(MMP-9)是前囊下白内障(ASC)形成的上游信号。明胶酶和特异性的MMP-9在TGF-β诱导的ASC形成中起重要作用[35]。MMP抑制剂GM6001、MMP-2/9抑制剂Ⅰ和Ⅱ均可有效抑制体外培养的LECs的移行，而且对细胞无明显的毒性作用，细胞仍可保持生长活性。其中MMP-2/9抑制剂Ⅱ的抑制作用最强[36]。蛋白酶体抑制剂MG132能强有效地抑制HLECs增殖、移行和分化，且蛋白酶体抑制不通过TGF-β2、FGF2和HGF, 而在一定程度上由p21和p27蛋白所介导[37-38]。此外，研究表明蛋白酶体抑制通过下调MMP-2和MMP-9的活性减少了LECs的迁移，同时也降低了其他可能导致PCO的影响因素[39]。

3.3.4其他已有文献报道，醛醣还原酶、玻璃体结合蛋白和纤连蛋白参与促进PCO的发生发展[40-42]。Dickkopf-1(Dkk1)通过抑制Wnt/b-catenin信号通路抑制wnt3a诱导的EMT和LECs的迁移[43]。TN64通过Wnt和FAK信号通路抑制EMT[44]。此外，基质细胞相互作用的调节因子SPARC[45]、环氧合酶-2(COX-2)[46]、aV 整合素[47]也与LECs的EMT有关。高浓度的葡萄糖可以诱导HLECs上调KLF6基因的表达，并伴随下游一系列与EMT密切相关基因TGFBl、TGFBRl、COLIAl、HSP47转录表达的上调[48]。某些物理因素如电场暴露也可能是白内障术后LECs发生EMT的重要影响因素。其部分可能通过激活整合素β1-FAK信号通路而发挥作用[49]。通过crispr-cas9系统对小鼠进行Tpm2杂合敲除的研究中发现，PCO过程中Tpm2表达升高[50]。且在鼠和人的LECs中，Tpm1a和Tpm2b蛋白促进了EMT[51]。此外，抑制Bit1的表达可抑制LECs的增殖、迁移和EMT的发生[52]。而Smac基因可抑制HLECs的增生并促进细胞的凋亡[53]。沉默EDIL3可通过Smad和非Smad通路抑制LECs的增殖、迁移和EMT，因此EDIL3也是潜在的预防PCO的靶点[54]。

4 EMT所致PCO的预防

在疏水性丙烯酸酯(Acrysof SA60AT) IOL、硅凝胶(Crystalens) IOL、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)IOL这三种常用材料的IOL中，疏水性丙烯酸酯的囊膜生物相容性最佳[55]。通过体外实验将细胞黏附分子(RGD肽)接种到传统的亲水丙烯材料上发现这种表面功能化的IOL提高了LECs的附着力，且在形态学及表达EMT生物标志物方面与疏水IOL材料相类似[56]。Amoozgar等[57]以磺胺嘧啶为原料，通过ATR-FTIR、XPS、TOF-SIMS等方法对PDMS晶状体进行表面改性，发现磺胺嘧啶修饰的表面产生的EMT特异性标志物的水平降低。首次证明了抗生素具有MMP抑制作用。这两种方法均为预防术后PCO提供了新的思路。 氯化锂(LiCl)是LECs表型的有效稳定剂，可有效阻止α-SMA的积聚并维持细胞极性[58]。穿心莲内酯可通过调节EMT标志物和抑制LECs的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路来维持LECs的特性[59]。此外，灯盏花素[60]和Src-家族酪氨酸激酶(SFK)抑制剂PP1[61]也能够抑制PCO。

5 小结

目前，EMT在PCO中的研究大多数集中于细胞及动物实验，且机制错综复杂,有待进一步的探究。明确EMT发生发展过程的具体分子机制，对靶向治疗和预防PCO至关重要,也从新的角度为预防PCO提供了思路。