后发性白内障发生机制与药物预防的研究进展①

彭 勃，曾新生

(桂林医学院，广西 桂林 541004)

后发性白内障又称后囊膜混浊(PCO)，白内障摘除术后晶状体后囊上残余的晶状体上皮细胞(lens epithelial cells，LECs)发生迁移、生长、增殖而形成后囊膜的白色混浊，是导致白内障患者术后视力下降最常见的并发症。其中成人的发病率为12%～67%，而儿童的发病率接近100%[1]。目前治疗PCO常用的方法是Nd∶YAG激光后囊膜切开，但仍存在眼压升高、黄斑囊样水肿、视网膜脱离等并发症[2]。随着临床上改良手术方式和新型人工晶体的应用，PCO 的发病率较早前有了下降，但远期效果仍不理想。PCO的药物防治仍未广泛应用于临床，因此，笔者对PCO的发生机制与药物预防进行综述。

1 发病机制

1.1 后发性白内障形成的组织学过程

后发性白内障的形成被认为是由于手术创伤导致残余LECs的增殖，这些细胞在手术后不可避免地留在晶状体囊袋内，是PCO形成的基础。PCO有两种不同的组织表型：纤维型和珍珠型PCO。纤维型PCO是由LECs的上皮-间充质转化(EMT)引起，PCO涉及的上皮细胞向成肌成纤维细胞的转变，属于2型EMT，这一过程使得LECs的形态发生改变，新形成的间充质细胞通过沿着后囊迁移而阻碍视轴，并导致原本光滑的后囊膜起皱和纤维化，形成Sommerring环；另一方面，珍珠型PCO的特征是LEC分化为含有高水平结晶蛋白的纤维样细胞团块或者形成Elschnig珠样小体[3]。

1.2 细胞生长、转化因子的调节

白内障手术创伤引起的一系列的愈合反应和炎性反应导致LECs的生长、增殖及转化等行为进而填充正常的无细胞后囊膜，这些改变主要通过细胞信号传导的调节实现。转化生长因子-β(TGF-β)被认为是在PCO的病理过程中起着关键作用的细胞因子。TGF-β是EMT过程的中心介质，主要通过调节Smad蛋白信号传导，最终诱导梭形肌成纤维细胞的形成和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、纤维连接蛋白(FN)和波形蛋白等EMT标志物的表达[4]。我国有学者研究得出LECs在10 ng/ml TGF-β2作用下表现出最强的转化能力，在48 h后达到最大值，并成功建立后发障细胞模型[5]。但近期有研究表明在PCO的发展过程中 TGF-β2 还起到诱导细胞凋亡的作用，HLECs在浓度为5 μg/L的 TGF-β2 的环境中处理36 h 后增殖明显阻滞于G1/S期，其机制主要与线粒体途径相关[6]。另外，通过对大鼠晶状体上皮细胞的研究发现表皮生长因子(EGF)单独或与 TGF-β 协同可引起或增强Smad、ERK和EGFR 磷酸化水平的时间变化，并改变下游靶基因的表达从而增强 LECs的EMT[7]。

1.3 氧化应激和炎症因子

白内障手术产生的氧化应激和炎症反应对PCO 也起着关键作用，糖醛还原酶的增加以及谷胱甘肽水平的持续下降使得前房内活性氧远高于正常，促进 LECs 的增殖和 EMT[8]。Maier等[9]研究发现白内障患者即使在术前房水中都能检测到较高浓度的 TGF-β，但这种 TGF-β 大部分处于不活跃的状态，所以无法引发 LECs 的生长、转化等行为。而且在小鼠的体内实验中发现，白内障术后房水中炎症因子的上调提前于活化的TGF-β含量的升高，并且与 TGF-β的信号传递正相关，提示有可能炎症因子是启动环节激活了TGF-β[10]。Ma 等[11]提出白细胞介素-6(IL-6)可促进人晶状体上皮细胞中FN、TGF-β、JAK2/STAT3信号通路的表达，进而促进PCO的发展，在实验中通过抑制JAK/STAT3信号转导能有效地防止大鼠PCO的发生和晶状体囊中细胞外基质(ECM)的合成。

1.4 细胞外基质的调节

眼内的细胞外基质(ECM)主要有两个来源，一是白内障手术中短暂的血-眼屏障的突破，导致血浆内成分直接进入残余LECs的囊袋内；二是由LECs自身产生[12]。其中两种蛋白被认为具有特殊意义：层粘连蛋白(Laminin，LN)以及纤维连接蛋白(fibronectin，FN)，被发现在体外实验中能够与 TGF-β协同促进细胞 EMT的进程[8]。在作用时间上也有研究表明：细胞外基质的参与可以影响1年甚至更为远期LECs的行为[13]，即对于临床上较难以防治的延迟性PCO问题。

2 药物防治

2.1 抗代谢药物

甲氨蝶呤(Methotrexate，MTX)作为一种细胞周期特异性药物已应用于全身其他多种疾病的治疗。早期研究发现MTX同样可以抑制LCEs的增殖和成纤维化，Kassumeh等[14]在人眼前段模型的白内障摘除术中植入含MTX涂层的人工晶状体，对比发现实验组后囊下细胞增殖特别是向中心的迁移明显减少，而角膜内皮细胞的活力无显著差异，提示MTX是一种很有应用前景的预防PCO的药物。环孢素a等作为免疫抑制剂同样具有抗炎、抗增殖的作用，并且有研究在活体兔眼白内障摘除术中植入经环孢素a修饰的人工晶体药物缓释系统，能在较长时间内维持药物浓度，抑制LECs增殖，也被认为对周围组织是相对安全的[15]。吉西他滨目前主要用于实体肿瘤的治疗，在兔眼白内障手术的水分离过程中加入5 mg/ml浓度吉西他滨同样能有效预防PCO的发生[16]。

2.2 抑制细胞因子药物

埃洛替尼作为表皮生长因子受体(EGFR)的抑制剂，目前被用于非小细胞肺癌的辅助治疗，一项研究将埃洛替尼修饰的人工晶状体植入囊袋模型，观察到眼前段模型中LECs的生长减少，并且在有效剂量未观察到对角膜毒性作用[17]。雷帕霉素靶蛋白(TOR)信号通路能促进细胞内蛋白、核酸的合成，是TGF-β诱导LECs发生EMT的一条关键通路，研究发现使用雷帕霉素诱导LECs可明显抑制其发生上皮间质化[18]。我国研究者发现整合素信号通路和FGF信号通路共享1个跨膜糖蛋白受体4(syndecan-4，SDC-4)，通过下调SDC-4在体外细胞培养及小鼠体内实验中均抑制了细胞 EMT 的发生[19]。

2.3 抗炎抗氧化药物

曲安奈德是一种极其有效的皮质类固醇类抗炎剂，已被用于多种眼部慢性炎症的治疗，Bogaard等[20]在活体动物眼前房中使用曲安奈德减轻白内障摘除、人工晶体植入术后的炎症反应，同时减少了纤维蛋白的形成。五没食子酰基葡萄糖(PGG)是一种天然多酚类化合物,具有抗炎、抗氧化等作用，在25～75 μmol/L浓度可以不同程度抑制LECs的增殖，并且主要阻滞于增殖的S期[21]。咖啡酸苯乙酯(CAPE)是一种主要存在于蜂胶中的有效化合物，明确具有抗氧化、抗炎功能，已在许多国家被普遍用作药物和补剂，而作用于眼部表现出具有抑制LECs增殖的功能，并且对周围组织相对安全。然而，葡萄籽提取物、叶黄素和鱼油这类抗氧化的天然药物对体外的PCO却没有影响[22]。这种现象可能与细胞对活性氧浓度的依赖性有关，在过低或者过高浓度活性氧的环境下均无法使LECs的生物学行为发生改变，但明确了减轻前房炎症反应对PCO的发展有抑制作用。

2.4 抗细胞外基质作用

整合素是一种介导细胞与细胞外基质(ECM)之间黏附作用的跨膜蛋白，能够调控包括EMT在内的多种细胞行为。去整合素可以竞争性抑制整合素的配体，阻断细胞外基质与细胞内调节因子的信号传导，以此降低细胞的迁移能力及纤维性PCO的发生率[23]。另外，有研究在猪眼模型中使用具有不同共价结合肽的纳米纤维水凝胶置换术后前房的细胞外环境，培养3周后观察LECs的形态和 α-SMA 的表达，结果加入代表黏附基序的细胞外基质肽的纳米水凝胶组中LECs发生的EMT最少[24]。

2.5 其他药物

紫外线可引起LECs异常增殖、凋亡及坏死，特定类型的纳米材料同样具有促细胞凋亡、死亡的毒性作用，我国研究发现在紫外线与氧化锌的协同作用下，体外的LECs细胞内Ca2+浓度明显升高，通过破坏细胞内Ca2+稳态，并最终通过Ca2+依赖信号通路促进细胞死亡[25]。热休克蛋白90(HSP90)作为一种分子伴侣，在蛋白的稳定和降解中起着重要作用,抑制HSP90功能导致其靶蛋白降解。17AAG是HSP90 N端抑制剂，实验使用17AAG抑制HSP90-EGFR信号通路，发现在体内外都不同程度上抑制了晶状体上皮细胞的增殖和PCO的发生[26]。许多研究使用基因分子技术筛选出在PCO进程中起到关键作用的细胞与基因，然后通过使用相关抑制剂针对性预防PCO的发生、发展取得了一些进展。有新研究发现晶状体中的肌成纤维细胞来源于Myo/Nog细胞，在兔白内障手术中，实验组通过注射与3DNA 纳米载体偶联的 G8抗体(G8∶3DNA∶Dox)特异性诱导晶状体Myo/Nog细胞死亡。与对照组的80%相比，术后28 d实验组只有9%发生较明显的PCO，并且在眼球标本的睫状突和角膜中观察到脱靶效应[27]。

尽管Nd∶YAG 激光后囊膜切除术能有效治疗PCO，改善患者视觉功能，但仍然存在发生并发症的风险。因此，在白内障手术中进行预防或处理尤为关键。通过分子生物学技术筛选出与其密切相关的基因序列，将更深入探明PCO复杂的发生机制。单克隆抗体等靶向治疗、基因治疗在术中的使用有高效、针对性强、对周围组织毒害作用小等优势，可能将成为今后研究的主要方向。随着手术技术和器材的优化，PCO发生率逐渐减低，但至今尚未能完全防止其发生，还需眼科工作者进一步研究，最大程度减少 PCO的发生发展。