重視後發性白內障防治的應用基礎研究

健康 03-15

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重視後發性白內障防治的應用基礎研究

湯欣李華苑曉勇

300020 天津市眼科醫院天津市眼科研究所天津市眼科學與視覺科學重點實驗室天津醫科大學眼科臨床學院

【摘要】後發性白內障，即後囊膜混濁（PCO），是白內障囊外摘出術後的常見併發症，可導致患者視力的再次下降，影響白內障術後患者的滿意度和生活質量，PCO的發生機制研究是提供其防治靶點的主要環節。PCO的發生機制研究表明，細胞的自噬和凋亡機制與PCO形成有關，此外研究也證實與PCO有關的信號傳導通路的激活在PCO的發生中也發揮重要作用，如白內障術後多種炎性介質及細胞因子的釋放可激活晶狀體上皮細胞（LECs）內的信號傳導通路並活化細胞核內基因轉錄，促進殘留LECs的增生、遷移及上皮-間質轉化（EMT），最終導致PCO。充分了解PCO的發病機制，尋求安全且高效的PCO防治方法是擺在眼科學者面前的重要問題之一。目前，根據PCO發病機制而開展的藥物研發工作和基因治療方法都取得了長足進步，有望對PCO進行靶向防治，其中基因療法主要是基於表觀遺傳學的研究進展。我國的眼科科研工作者應密切關注國內外相關研究的動向和前沿，跟蹤最新的方法學研究進展，重視交叉學科的研究過程帶來的新信息和新成果，挖掘PCO研究的新熱點，積極開展針對PCO的靶向防治研究。

【關鍵詞】後囊膜混濁；晶狀體上皮細胞/病理過程；發病機制；信號轉導；基礎研究；預防和治療

基金項目：國家自然科學基金項目（81670837、81270984）

白內障超聲乳化手術是目前治療白內障的主要術式，後發性白內障，即後囊膜混濁（posterior capsular opacification，PCO），是白內障術後最常見的併發症，導致患者視力再次下降。PCO多發生於術後2個月~4年，成人中的發生率為20%~40%，兒童的發生率可達100%。目前PCO的主要治療方法是用Nd:YAG激光行後囊激光切開術，不僅增加了患者的經濟負擔，還增加高眼壓、視網膜脫離、人工晶狀體（intraocular lens，IOL）損傷等風險^[1]。因此深入研究PCO的發病機制，探討有效防治PCO的方法是目前眼科領域亟待解決的重要問題之一。

PCO的發病機制及研究方法

PCO是白內障術後機體損傷與修復的複雜過程。白內障術後殘留晶狀體上皮細胞（lens epithelial cells，LECs）之間喪失接觸抑制，過度增生並向後囊遷移，失去上皮特性，進而發生上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），並且伴細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積於後囊膜，導致PCO的發生。目前在PCO相關研究領域中對於細胞增生、遷移及轉化的研究取得了很大進展，在細胞凋亡方面對於調控細胞死亡及其調控網路的研究也日漸清晰。近年來，關於PCO過程中LECs的生物學行為研究逐漸聚焦於細胞自噬機制，從蛋白水平和超微結構的角度驗證其中可能涉及的自噬活動。自噬是LECs細胞消化或清除亞細胞結構中的退化變性物質並重建細胞結構的生理病理過程，自噬小體的形成及自噬標誌物LC3Ⅱ在LECs的表達增加即可證明自噬的發生^[2]。細胞自噬與凋亡、細胞遷移之間的相互作用共同決定PCO的發生和發展，探索二者的相互關係有助於深入了解PCO的發病機制，從而提供PCO治療的關鍵靶點，在PCO的精準治療中發揮關鍵作用。

目前關於PCO發病機制的基礎研究方法主要包括細胞培養、動物模型、囊袋培養等方法，細胞培養主要是了解LECs的生長特性，動物模型主要反映體內白內障術後的病理變化，完整囊袋培養可建立持續穩定的LECs體外生長環境，比較真實地模擬白內障術後晶狀體囊膜及細胞生存的環境^[3]，為研究和防治PCO提供了方法學基礎。

PCO相關信號傳導通路

白內障術中各種機械刺激使血-房水屏障遭到破壞，激活炎症介質的釋放以及多種細胞因子、生長因子與細胞表面受體結合，激活細胞內的信號轉導及細胞核內基因轉錄的活化，最終誘發細胞發生生物學改變。研究證明多種細胞因子參與其中，如轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、白細胞介素、血小板纖維生長因子等^[4-5]。TGF-β2是誘發纖維化形成的生長因子。TGF-β2通過激活經典Smad信號傳導通路或非Smad信號傳導通路調節LECs的移行、增生和EMT過程，影響PCO的發生。此外，Wnt/ β-catenin、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、整合素通路等也參與PCO的發生，各信號通路在發病的不同環節發揮作用並相互關聯，共同影響PCO的發生和發展。

2.1 PCO形成與TGF-β2信號傳導通路

Smad蛋白是TGF-β2信號通路的關鍵因子，TGF-β2/Smad信號通路傳導機制如下：TGF-β2首先與細胞膜表面受體結合，磷酸化並激活Smad2和Smad3，啟動細胞內信號級聯反應，信號在胞內逐級傳遞，與Smad4結合形成複合物，發生轉位後進入核內，調控目的基因的表達^[6]。我們前期的研究顯示，Smad2主要參與細胞遷移的調控及EMT的發生，Smad3則介導細胞增生及ECM沉積，二者各自發揮不同的作用並且可發揮相互作用^[7-8]。此外，Smad4作用於Smad蛋白複合物的核轉位^[9],Smad7負性調控TGF-β2/Smad信號轉導通路，這些均表明Smad信號轉導通路是PCO發生中的重要作用因子。有研究證實，非Smad信號傳導通路也參與TGF-β2介導的細胞增生、遷移及EMT，TGF-β2通過激活PI3K/AKT及 Rho/ROCK通路來介導細胞周期的改變及EMT的發生^[10-11]。MAPK的特異性抑製劑可阻斷TGF-β2誘導的EMT並阻滯細胞周期，此信號通路是獨立於Smad的另一通路。

2.2 與PCO形成有關的其他信號傳導通路

Wnt/β-catenin是Wnt經典信號通路，在PCO發生過程中所起到的作用受到關注。Wnt3a通過活化Wnt/β-catenin信號通路促進LECs的遷移及EMT的發生，加速PCO的發生^[12]。NF-κB是細胞核內重要的轉錄因子，靶向抑制NF-κB亞基在LECs的表達明顯抑制LECs增生及EMT形成^[13]。整合素可介導細胞與ECM之間的相互作用，在LECs的增生、黏附和遷移過程中發揮重要作用。抑制整合素β1能明顯抑制PCO的發生^[14]，對整合素信號轉導通路進行深入研究有望找到PCO的干預靶點。

眼科研究者應重視PCO發病機制的研究，從而立體、客觀、全面地認識細胞傳導通路的作用，合理選擇治療的作用靶點，有效提高PCO治療的特異性，為PCO的精準治療提供客觀依據。

PCO的治療

Nd:YAG激光後囊切開術是目前常用的治療方法，近年來隨著PCO發病機制的研究進展和新靶點的發現，更多的國內外眼科學者致力於PCO治療的新葯研發，尋求更安全、高效、特異性的PCO防治研究方法。

3.1 藥物及免疫治療

目前防治療PCO的藥物和方法主要包括抗代謝類藥物如5-氟尿嘧啶等干擾DNA的複製以抑制細胞增生、糖皮質激素和非甾體類抗炎葯減少炎性介質的生成、凋亡誘導劑促進細胞凋亡、調節細胞黏附過程的藥物等。此外，具有選擇特性的單克隆抗體、細胞因子抗體、生長因子抗體靶向製劑等可與細胞表面受體特異性地結合，也是PCO防治的研究方向。隨著這些研究的不斷深入，PCO的生物靶向防治方法取得了很大進展，其中TGF-β2抗體、基質金屬蛋白酶抗體、整合素β1抗體的應用等是治療PCO的研究熱點。應用免疫毒素與細胞因子或抗體偶聯可得到新型的靶向藥物，從而高效、特異地殺傷異常增生的LECs^[15]。但這些藥物可引起眼部組織，如視網膜、角膜內皮和小梁網等組織的炎性反應，故臨床應用受到一定限制，因此啟發研究者致力於尋求特異的且毒性最低的藥物來預防PCO的形成。

3.2 PCO的基因治療

表觀遺傳學是目前調控基因表達研究的熱門學科，主要涉及DNA甲基化、組蛋白修飾和基因轉錄後的調控，包括小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）和微小RNA（microRNA，miRNA）對基因的干擾和沉默作用。甲基化轉移酶抑製劑通過抑制甲基化DNA結合蛋白家族的關鍵成員以抑制LECs的增生、黏附及遷移，從而逆轉EMT過程^[16-17]，為PCO的治療提供了新的選擇，但DNA甲基化與PCO的作用機制仍待深入研究。組蛋白表觀遺傳修飾通過影響染色質的結構和功能來調節DNA的複製、重組和轉錄，參與細胞增生、凋亡、遷移、纖維化等過程的調控，其中研究最深入的是組蛋白乙醯化。組蛋白乙醯化抑製劑可抑制晶狀體囊袋纖維化的形成^[18]，成為治療PCO的新方法。

SIRNA依賴於與靶基因序列之間嚴格的鹼基配對以誘導特異性RNA干擾，在細胞的轉錄水平調控基因的表達，對LECs增生、遷移、EMT過程進行調控。研究過程中可針對信號傳導通路中的特定因子設計特異性的siRNA以沉默該基因表達，抑制信號傳導通路的激活，抑制PCO過程中的細胞生物學行為。MiRNA是短單鏈非編碼 RNA，可與靶基因mRNA的3』非翻譯區進行互補配對結合，從而抑制靶基因mRNA的降解或翻譯作用，參與對細胞增生、遷移、分化等過程的調控。表觀遺傳學研究表明，用反義核苷酸技術抑制微小RNA（microRNA，miR）-184表達，或利用載體導入相應的外源 miR-204可抑制LECs的遷移，減少PCO的發生；miR-181a、miR-26b通過抑制LECs的增生、遷移及EMT過程發揮其治療PCO的作用^[19-20]，這些研究為miRNA在PCO治療中的應用提供實驗依據。長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）介導染色質重排以及組蛋白修飾，或產生內源性siRNA而干擾下游基因的表達，調節基因的表達，廣泛參與細胞增生、凋亡、分化等生物學行為的調控。目前對lncRNA表達譜差異表達的檢測證實lncRNA在防治PCO 中具有重要作用^[21]，進一步探究其上下游信號分子的表達變化及其機制有望為PCO的治療研究提供重要靶點。

小結

隨著白內障手術技術的飛速發展，白內障的手術治療效果明顯改善，患者對術後視覺質量的要求也越來越高。如何有效地防治PCO是臨床醫師面臨的主要挑戰，也是眼科研究者關注的焦點。目前我國眼科在相關領域的基礎研究水平仍有待於提高，我們提倡眼科學者在現有研究的基礎上，遵循創新性、嚴謹性、實用性的原則，吸收多學科研究成果帶來的新思路，注重各項新技術的交叉和整合，力求在靶向治療PCO的研究中能夠有重大突破，對其應用前景進行客觀評估，並注重將研究成果轉化到臨床實踐中去，最終找到預防及治療PCO的適宜方法，提高白內障患者術後的滿度。

參考文獻（略）

來源| 醫學空間戰略合作夥伴《中華實驗眼科》雜誌，轉載請標明出處。

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