轉(zhuǎn)化生長因子在后發(fā)性白內(nèi)障形成機(jī)制中的研究進(jìn)展

尹 青，裴 穎，左 玲

（1.吉林大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，吉林 長春130041；2.吉林大學(xué)第二醫(yī)院，吉林 長春130041；3.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 眼底病科）

白內(nèi)障是世界范圍內(nèi)的主要致盲原因，手術(shù)是白內(nèi)障最主要的治療方法。早期的臨床資料顯示，后發(fā)性白內(nèi)障發(fā)生率約為41%，通過近年來技術(shù)的革新和人工晶狀體材質(zhì)改變，后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生率有所下降，約為20%－25%[1]。因此研究后發(fā)性白內(nèi)障的作用機(jī)制，尋求更加有效的防治方法就意義重大。在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，在后發(fā)障的形成過程中，許多細(xì)胞因子發(fā)揮重要作用，其中的轉(zhuǎn)化生長因子是近年的研究熱點(diǎn)，本文主要探討TGF－β在后發(fā)性白內(nèi)障中的作用機(jī)制。

1 后發(fā)性白內(nèi)障概述

后發(fā)性白內(nèi)障（after cataract，又稱后囊膜混濁，posterior capsular opacification，PCO）是指在創(chuàng)傷或白內(nèi)障手術(shù)后，殘留在晶狀體前囊下及赤道部上的上皮細(xì)胞增生和轉(zhuǎn)分化為成纖維細(xì)胞，并且由周邊向后囊膜的中央部遷徙、移行，同時發(fā)生轉(zhuǎn)分化的晶狀體上皮細(xì)胞可能產(chǎn)生膠原和基底膜樣物質(zhì)，共同作用使后囊渾濁，嚴(yán)重者形成后發(fā)性白內(nèi)障。從形態(tài)學(xué)上可將后發(fā)性白內(nèi)障分為3種類型：纖維化型、Elschnig珍珠型、Soemmering環(huán)型。

1.1 后發(fā)性白內(nèi)障形成機(jī)制

1.1.1 細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)分化作用 晶狀體上皮細(xì)胞間質(zhì) 轉(zhuǎn) 分 化 （epithelial－mesenchymal transition，EMT）是指晶狀體上皮細(xì)胞由上皮細(xì)胞向間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，表達(dá)纖維連接蛋白、層粘連蛋白等其它肌成纖維細(xì)胞固有成分，出現(xiàn)類肌纖維母細(xì)胞樣的特征，伴隨上皮細(xì)胞極性的喪失及間質(zhì)特性的獲得的主要過程[2]。當(dāng)內(nèi)眼組織發(fā)生缺血缺氧、炎癥、外傷和手術(shù)等刺激時均可使晶狀體的內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，促使間質(zhì)轉(zhuǎn)分化的發(fā)生。其中涉及的細(xì)胞因子主要有轉(zhuǎn)化生長因子－β、結(jié)締組織生長因子（connective tissure growth factor，CTGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）等。白內(nèi)障手術(shù)作為始動因素啟動眼內(nèi)的炎性反應(yīng)，導(dǎo)致房水中各種炎性細(xì)胞的沉積及釋放各種促炎和／或炎癥因子，在晶狀體后囊膜、前囊及赤道部殘留的部分晶狀體上皮細(xì)胞（lens epithelial cells，LECs）及皮質(zhì)，在各種細(xì)胞因子的刺激及激活作用下發(fā)生轉(zhuǎn)分化為肌成纖維細(xì)胞并出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。

1.1.2 晶狀體上皮細(xì)胞增殖 白內(nèi)障術(shù)后，使晶狀體囊膜上及內(nèi)部的細(xì)胞的完整性遭到破壞，血－房水屏障遭到破壞，導(dǎo)致許多的血漿成分以及細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)入前房，并且沉積于后囊膜上，為晶狀上皮細(xì)胞在后囊膜上的粘附與增殖提供了適宜的內(nèi)環(huán)境，而且房水中釋放各種炎性及促炎因子，誘導(dǎo)晶狀體自身的創(chuàng)傷性愈合反應(yīng)，導(dǎo)致LECs的增生性反應(yīng)。研究已證實(shí)，晶狀體上皮細(xì)胞的增殖是PCO形成的基礎(chǔ)。Wormstone等[3]進(jìn)行的晶狀體囊袋培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞能迅速長滿囊袋，并出現(xiàn)囊皺縮現(xiàn)象，細(xì)胞聚集等明顯變化。其他研究已證實(shí)，人晶狀體上皮細(xì)胞還能產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，如IL－1，IL－6，IL－8等，這些細(xì)胞因子可以介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間，或與細(xì)胞外基質(zhì)的信號傳導(dǎo)。Nishi等[4]研究了發(fā)現(xiàn)了IL－1a可以促進(jìn)細(xì)胞的有絲分裂和膠原合成過程。LECs能夠表達(dá)B 1整合素及其他一些粘附分子，如ICAM－1，CD44等，參與在細(xì)胞與細(xì)胞間，細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的信號傳導(dǎo)，能夠促進(jìn)LECs的遷移與增殖，促進(jìn)后發(fā)性白內(nèi)障的形成[5]。

1.2 后發(fā)障的主要防治方法

1.2.1 改善手術(shù)方法及晶狀體材質(zhì) 在白內(nèi)障手術(shù)中行連續(xù)環(huán)形撕囊后，使其前囊口孔緣保持完整，并進(jìn)行充分的水分離，使LECs清除更為徹底。通過超聲乳化技術(shù)縮短手術(shù)時間，減少手術(shù)的刺激，術(shù)前充分?jǐn)U瞳，進(jìn)行后囊拋光，盡量吸盡殘余皮質(zhì)，但未能達(dá)到理想的防治效果。此外，通過改善人工晶體的材質(zhì)，如 Acorily，水凝膠等比PMMA具有炎癥反應(yīng)輕、PCO發(fā)生率低的優(yōu)勢。

1.2.2 手術(shù)治療 Nd：YAG激光后囊膜切開術(shù)是目前PCO的主要治療方法[6]。但是激光手術(shù)具有一定的風(fēng)險，如人工晶體損傷、虹膜炎、眼壓升高、黃斑囊樣水腫及視網(wǎng)膜脫離等，會造成視力下降，影響手術(shù)效果。

1.2.3 藥物治療 某些抗代謝藥物如絲裂霉素C，5－氟尿嘧啶，柔紅霉素及非甾體消炎藥雙氯酚酸鈉等用來抑制PCO的發(fā)生。但要使其發(fā)揮作用，必須使用較高的藥物濃度，這些藥物的副作用是不可避免的，會出現(xiàn)對角膜內(nèi)皮細(xì)胞、虹膜睫狀體色素上皮細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞等的損害，因此這些藥物未能廣泛應(yīng)用于臨床。

2 轉(zhuǎn)化生長因子概述

轉(zhuǎn)化生長因子（Transforming Growth Factor，TGF）是生長因子中最重要的家族之一，其主要成員有 TGF－a和 TGF－β。TGF－a是一種相對分子質(zhì)量為5 600，由50個氨基酸殘基組成的單鏈多肽；TGF－β（Transforming Growth Factorβ，TGF－β）是相對分子質(zhì)量為25 000，由112個氨基酸組成的多肽亞單位 ，通過二硫鍵相連組成的二聚體，其結(jié)構(gòu)和功能高度保守，約有40多種相關(guān)蛋白，參與體內(nèi)多種生物學(xué)反應(yīng)，目前共發(fā)現(xiàn)有5種TGF－β的同源異構(gòu)體，分別為 TGF－β1～5，但只有 TGF－β1、TGF－β2和 TGF－β3存在于哺乳動物中[7]。TGF－β受體有3種：TβRⅠ、TβRⅡ 和 TβRⅢ ，TGF－β主要通過跨膜的TβRⅠ和TβRⅡ發(fā)揮生物學(xué)作用。

2.1 TGF－β的生物學(xué)作用

TGF－β在胚胎生長發(fā)育、細(xì)胞分化、增殖及凋亡的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。TGF－β對許多細(xì)胞都存在調(diào)節(jié)作用。①抑制細(xì)胞的生長：TGF－β是一種多肽細(xì)胞生長抑制因子，可抑制包括間充質(zhì)和髓樣細(xì)胞來源的細(xì)胞以及幾乎所有上皮細(xì)胞、淋巴樣細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、發(fā)育；②對免疫系統(tǒng)的影響[8]：TGF－β可抑制 T細(xì)胞和B細(xì)胞的生長，抑制B細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白及抑制NK細(xì)胞的毒性作用，在免疫反應(yīng)中發(fā)揮免疫抑制及誘導(dǎo)免疫耐受的作用；③在血管發(fā)生和炎癥中的作用：TGF－β在血管生成的成熟階段參與其他相關(guān)因子的功能并放大其他因子的生物學(xué)效應(yīng)，活化的巨噬細(xì)胞可分泌TGF－β，對巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞具有強(qiáng)趨化作用[10]；④在腫瘤等相關(guān)疾病方面：實(shí)驗(yàn)研究表明，功能性TβRⅠ、TβRⅡ表達(dá)異?？蓪?dǎo)致TGF－β應(yīng)答喪失進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，特別是TβRⅡ表達(dá)異常是機(jī)體細(xì)胞逃逸TGF－β生長抑制作用，從而致使細(xì)胞發(fā)生癌變[9]。

2.2 TGF－β作用機(jī)制概述

2.2.1 TGF－β／Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo) TGF－β／Smads蛋白信號傳導(dǎo)通路為其經(jīng)典傳導(dǎo)通路。Smad蛋白，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)分為3類：①R－Smads，包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，它們是Ⅰ型受體激酶的底物，具有通路特異性。②Co－Smads，它通過與R－Smads結(jié)合形成異源復(fù)合物，參與核內(nèi)信號傳遞。在哺乳動物中 ，Co－Smad只有1種即Smad4。③I－Smads，包括 Smad6、Smad7，它們以不同方式抑制Smads的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。TGF－β是通過與受體結(jié)合進(jìn)行信號傳遞的，其中，Ⅲ型受體參與調(diào)節(jié)配體和受體的結(jié)合，Ⅰ型受體和Ⅱ型受體是經(jīng)典的絲氨酸／蘇氨酸激酶跨膜蛋白受體。Smads的傳導(dǎo)過程為：TGF－β與Ⅱ型受體結(jié)形成復(fù)合物，Ⅱ型受體－配體－Ⅰ型受體形成三聚體復(fù)合物，磷酸化R－Smads，R－Smads從受體復(fù)合物上解離并形成同源寡聚體，然后與Co－Smad結(jié)合形成異源寡聚體并進(jìn)入核內(nèi)參與轉(zhuǎn)錄[11－13]。

2.2.2 TGF－β其他信號傳導(dǎo)通路 MAPK是真核細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類絲／蘇氨酸蛋白激酶，是TGF－β另一主要信號傳導(dǎo)通路。MAPK信號通路是由三級酶促級聯(lián)反應(yīng)所組成的，即 MAPKKKMAPKK－MAPK。哺乳動物的 MAPK家族包括4個亞家族：即ERK（eacelluar r egulated protein kinase），JNK（c－Jun N －Terminal kse），p38，ERK5。其中p38MAPK信號傳導(dǎo)通路為：TGF－β與細(xì)胞膜Ⅰ型受體和Ⅱ型受體結(jié)合，然后與胞漿內(nèi)TRAF6受體結(jié)合，使TAK1磷酸化，后者激活MKK3／6，最后磷酸化p38，在細(xì)胞的存活、分化和發(fā)育過程中發(fā)揮一定的作用，JNK信號通路與其相似。MAPK和Smad信號傳導(dǎo)通路能夠各自獨(dú)立地介導(dǎo)TGF－β的信號傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，而且對某些基因的調(diào)節(jié)存在協(xié)調(diào)效應(yīng)[14，15]。

TGF－β也通過PI3kinase／Akt信號傳導(dǎo)途徑參與細(xì)胞增殖、分化、新陳代謝及凋亡過程。在多種細(xì)胞中，TGF－β與Ⅰ型受體和Ⅱ型受體結(jié)合，激活PI3K，并與下游分子Akt的PH區(qū)結(jié)合，進(jìn)而激活A(yù)kt激酶（Akt是PI3K下游的一個重要蛋白激酶），從而導(dǎo)致Akt構(gòu)象也發(fā)生改變，并將信號從胞漿轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜，使得Ser473和／或Thr308位點(diǎn)磷酸化激活，在細(xì)胞增殖、分化、新陳代謝及凋亡過程發(fā)揮作用[15]。

3 TGF－β對PCO形成的作用過程

正常情況下，TGF－β在人體的房水、玻璃體和晶狀體中均有表達(dá)，并且多以無活性的形式存在，在免疫、炎癥、創(chuàng)傷和手術(shù)等作用被激活，活化后的TGF－β對晶狀體上皮細(xì)胞的生理性和病理性的變化起著關(guān)鍵的作用[16]。Jampel等[17]報道白內(nèi)障手術(shù)后房水中 TGF－β濃度為2.3～8.1ng／m1，其中61%有活性，其中絕大部分為TGF－β2。TGF－β的3種同源異構(gòu)體均可誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)分化，但TGF－β2則是其中效價最高的一個亞型[18]。

3.1 TGF－β對晶狀體上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)分化的影響

波形蛋白、纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）、A平滑肌肌動蛋白（A－smooth muscular actin，A－SMA）表達(dá)量的增多，是晶狀體上皮細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)分化的重要標(biāo)志。1994年，Liu等[19]首次發(fā)現(xiàn) TGF－β可誘導(dǎo)鼠晶狀體上皮細(xì)胞產(chǎn)生豐富的細(xì)胞外基質(zhì)成分，之后 Hales等[20]也報道 TGF－β可誘導(dǎo)LECs表達(dá)α－SMA，引起晶體囊袋的皺縮，誘導(dǎo)LECs發(fā)生斑塊聚集和梭形變化，這些改變與PCO的病理變化非常類似。作用過程：①TGF－β／Smads蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，TGF－β與TβRⅠ、Ⅱ結(jié)合，TβRⅠ直接通過C末端磷酸化激活Smad2和Smad3，磷酸化的Smad2和Smad3與Smad4形成三聚體，將信號轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，激活或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。②PI3kinase／Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，TGF－β與TβRⅠ、Ⅱ結(jié)合，快速激活PI3kinase，TGF－β與PI3kinase的激活呈正相關(guān)作用，隨后磷酸化Akt，使Akt下游的mTOR激活，最后激活S6激酶1，完成信號傳遞。③還通過Ras和MAP激酶等其他信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，參與晶狀體上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)分化過程[15]。

3.2 TGF－β抑制晶狀體上皮細(xì)胞增殖

TGF－β2是晶狀體在各種生理和病理狀態(tài)下最重要的調(diào)節(jié)因子，與囊膜下型白內(nèi)障以及后發(fā)性白內(nèi)障的形成有密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，TGF－β2能夠干擾正常晶狀體結(jié)構(gòu)并誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞發(fā)生異常的生長和分化并發(fā)生凋亡，導(dǎo)致體外培養(yǎng)的大鼠晶狀體發(fā)生前囊膜下渾濁[21]。TGF－β2能夠誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡，使晶狀體上皮細(xì)胞排列方式改變，皮質(zhì)由透明變混濁，也是促進(jìn)后發(fā)性白內(nèi)障形成的一方面因素，但其具體作用機(jī)制尚有待研究及證實(shí)[22，23]。

3.3 縫隙連接

實(shí)驗(yàn)證明晶體細(xì)胞的表面有1／3到1／2的面積被縫隙連接所占據(jù)[24]，這比其他任何體細(xì)胞膜表面縫隙連接所占的比例都要高。而且晶體是一個無血管的組織，因此認(rèn)為縫隙連接對維持晶體內(nèi)物質(zhì)交換和代謝穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵的作用。已發(fā)現(xiàn)的縫隙連接蛋白43（connexi n43，Cx43）LECs之間、上皮細(xì)胞與晶狀體纖維交界的主要Cx，是晶狀體實(shí)現(xiàn)離子、第二信使、代謝產(chǎn)物和水在細(xì)胞間迅速交換的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Cx43主要表達(dá)于晶狀體上皮細(xì)胞間或LECs與晶狀體纖維交界面。葉盼盼等[25]研究發(fā)現(xiàn)，TGF－β2顯著下調(diào)了LECs的Cx43的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)和整合素1的過度表達(dá)，促使EMT發(fā)生，參與形成PCO。

4 展望

PCO的形成和發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，多種細(xì)胞因子參與其形成過程，隨著細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展，轉(zhuǎn)化生長因子超家族受到了人們的高度重視，研究TGF－β這一眼內(nèi)重要的細(xì)胞因子對PCO的具體作用機(jī)制，不僅對于PCO而且對于研究囊膜下型等白內(nèi)障的形成機(jī)理，都具有重要的意義。

[1]Raj SM，Vasavada AR，Johar SR.Post－operative capsular opacification：a review[J].Int J Biomed Sci，2007，3（4）：237.

[2]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，a problem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127（4）：555.

[3]Wormst one IM，Liu CS，Rakic JM，et al.Human lens epithelial cell prolif erat ion in a prot ein－free medi um[J].Invest Opthalmol VisSci，1997，38（2）：396.

[4]Nishi O，Nishi K，Ohmoto Y.Synthesis of int erleukin－1，in－terleutin－6and basi c fibroblast growth f act or by human cataract lens epithelial cells[J].J Cat aract Ref ract Surg，1996，22：852.

[5]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，a problem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127.

[6]Aslam TM，Devlin H，Dhillon B.Use of Nd：YAG laser capsulotomy[J].Surv Ophthalmol，2003，48（6）：594.

[7]de Iongh RU，Gordon－Thomson C，Chamberlain CG，et al.TGF－beta receptor expression in lens：Im plications for differen tiation and cataractogenesis[J].Exp Eye Res，2001，72B649.

[8]Teicher BA，Transforming growth factor－beta and the immune response to malignant disease[J].Clin Cancer Res，2007，13（21）：6247.

[9]Juárez P，Guise TA.TGF－βin cancer and bone：implications for treatment of bone metastases[J].Bone，2011，48（1）：23.

[10]Tandon A，Tovey JC，Sharma A，Role of transforming growth factor Beta in corneal function，biology and pathology[J].Curr Mol Med，2010，10（6）：565.

[11]Saika S，Miyamoto T，Ishida I.TGFbeta－Smad signalling in postoperative human lens epithelial cells.Br J Ophthalmol[J].2002，86（12）：1428.

[12]Zang X，Chen N.MicroRNA－204－5p regulates epithelial－to－mes－enchymal transition during human posterior capsule opacification by targeting SMAD4[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2013，14，54（1）：323.

[13]Dawes LJ，Sleeman MA，Anderson IK.TGFbeta／Smad4－dependent and－independent regulation of human lens epithelial cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2009，50（11）：5318.

[14]Fukai Y，F(xiàn)ukuchi M，Masuda N，et al.Reduced ex pres sion of transforming g rowth factor－B receptors is unfavor able prog nostic factor in human esophageal squamous cell car cinoma[J].Int J Cancer，2003，104（2）：161.

[15]Jian Xu1，Samy Lamouille，TGF－β－induced epithelial to mesenchymal transition[J].Cell Research，2009，19：156.

[16]Zode GS，Sethi A，Brun－Zinkernagel AM.Transforming growth factor－β2increases extracellular matrix proteins in opticnervehead cells via activation of the Smad signaling pathway[J].Molecular Vision，2011，17：1745.

[17]Jampel HD，Roche N，Stark WJ，et al.Transforming growth factor－βin human aqueous humor[J].Current Eye Research，1990，20（2）：330.

[18]Awasthi N，Gun S，Wagner BJ.Posterior capsular opacification，aproblem reduced but not yet eradicated[J].Arch Ophthalmol，2009，127（4）：555.

[19]Liu J，Hales AM，Chamberlain CG.Induction of cataract－like changes in rat lens epithelial explants by transforming growth factor－beta[J].Investigative Ophthalmology，1994，35（2）：388.

[20]Hales AM，Chamberlain CG，McAvoy JW.Cataract induction in lenses cultured with transforming growth factor－beta[J].Investigative Ophthalmology，1995，36（8）：1709.

[21]Zhu H J，Burgess AW.Regulation of transforming growth factor－betas i gna li ng[J].Mol Cell Biol Res Commun，2001，4B321.

[22]Nishi O，Nishi K，Akura J，et al.Effect of round－edged acrylic intraocular lenses on preventing posterior capsule opacification[J].J Cataract Refract Surg，2001，27（4）：608.

[23]Awastbi N，Wang－Su ST，Wagner BJ.Downregulation of MMP－2and－9by proteasome inhibition：apossible mechanism to decrease LECmigration and prevent posterior capsular opacification[J].Invest OphthalmolVis Sci，2008，49（5）：1998.

[24]李丹丹，張衛(wèi)澤.轉(zhuǎn)化生長因子對大鼠心房纖維化和縫隙連接蛋白4 0重構(gòu)的影響[J].中華心血管病雜志，2011，5（5 9）：489.

[25]葉盼盼，姚 克，譚 健，et al.TGF－β2 對晶狀體上皮細(xì)胞增生和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化的實(shí)驗(yàn)研究[J].眼科研究，2007，25（11）：809.