眼科研究 2000年第3期第18卷 综述
作者：董贵安
单位：650200 昆明，解放军478医院眼科
关键词：细胞凋亡；凋亡体；角膜
黄一飞 审校
摘要 细胞凋亡是一种程序性细胞死亡，在维持正常组织器官的稳定平衡及病理状态组织器官的损伤、修复中起着重要作用。许多因素对细胞凋亡既有诱导作用，又有抑制作用，如细胞因子、基因、病毒、类固醇、辐射、营养不良、T淋巴细胞等。在正常和损伤角膜中也有凋亡的证据。上皮、内皮及基质中的IL-l通过角膜细胞凋亡来调节角膜细胞和损伤愈合，上皮损伤(如紫外线照射、准分子激光PRK手术、病毒感染等)导致前基质下大量角膜细胞凋亡和IL-l释放。许多角膜疾病(如病毒性角膜炎、圆锥角膜、大泡性角膜病变等)IL-l、上皮基质系统可起到保护作用，或与其发病机理有关。对正常和疾病角膜细胞凋亡的进一步研究可能会发现稳定正常角膜组织，促进损伤愈合过程的更好方法。
分类号 R772
Apoptosis in cornea
Dong Guian
（Department of Ophthalmology，478 Hospital of PLA，Kunming 650200）
Abstract Apoptosis is a programmed cell death and plays a major role in modulating many physiological and pathological processes．The morphological and biochemical characteristics of the apoptosis are briefly described．There are many factors which either induce or inhibit apoptosis，including cellular-derived factors，genes，viruses，steroids，radiation，malnutrition，T lymphocytes，etc．Apoptotic evidences are also obtained in normal and injured corneas．Epithelial and endothelial-derived interleukin-l（IL-l）modulates corneal tissue organization and wound healing through induction of keratocyte apoptosis．Epithelial injuries（such as in ultraviolet radiation，excimer laser PRK，virus infection etc．）result in the release of large amounts of IL-l and apoptosis of keratocytes in the underlying anterior stroma．In a number of corneal diseases（such as virus epithelial keratitis，keratoconus，bullous keratopathy etc．），IL-l-epithelium-stroma system may play protective roles or involve in pathogenesis．Further study of apoptosis in normal and diseased cornea may find better ways to stabilize normal tissues and balance injury and healing processes．
Key words apoptosis apoptotic body cornea
细胞的分化、增殖及死亡共同维持着组织、器官的平衡和稳定。细胞的死亡有两种不同的方式：即坏死（necrosis）和凋亡（apoptosis）。1972年，Kerr等［1］首先引入这一概念用于描述这种特征性的细胞死亡现象。随着认识的不断深入和研究技术的提高，人们发现细胞凋亡和细胞生长、增殖同样重要。一些学者试图从这一新视角来探索眼的某些生理及病理机制，对角膜生理及病理状态下的凋亡现象进行了广泛的研究。本文对此进行归纳综述。
1 细胞凋亡的概念
细胞凋亡是基因调制下的细胞的主动死亡。具有一定的程序，细胞首先接收、识别某些特殊的生理或病理刺激信号，然后启动细胞特有的基因或基因群，通过mRNA转录，合成一组致死效应蛋白，从而导致细胞解体、死亡［2］。
细胞凋亡可是生理性的，亦可是病理性的。部分学者亦称为程序性死亡（programmed cell death，PCD）。而另一些人认为，虽然都是受基因调控，按一定程序进行的细胞死亡，但在正常组织发育过程中，并不是所有类型的细胞死亡均是凋亡。故认为本质上，PCD描述的是发生在正常所有组织中的细胞死亡。
2 凋亡细胞的形态学、生化特征
形态学特征为：细胞皱缩；细胞间联结丧失；染色体浓集成靠近核膜的致密团块；凋亡体（apoptotic body）形成；胞浆浓缩、小泡形成；胞膜结构完整、没有内容物释放，故无炎症发应。生化特征为：内源性核酸内切酶被激活，切割DNA，使DNA链断裂成为大约185bp及其整倍数的寡核苷酸片段［3，4］。
3 细胞凋亡与细胞坏死的区别
凋亡的识别，早期以病理形态学检查(光镜和电镜)为主，近年发展的TUNEL(终端脱氧核糖基转换酶-传递三磷酸脱氧尿苷-生物素终端切口标记)技术，DNA梯状图谱标记技术及流式细胞仪技术，使对凋亡的研究更加深入。细胞凋亡与细胞坏死的鉴别要点概括如表1［5，6］。
表1 细胞凋亡与坏死的鉴别
Tab．1 Different characteristics between apoptosis and necrosis
4 影响细胞凋亡的因素
诸多因素可影响凋亡的发生，一些因子、基因表达产物对凋亡有促进作用。某些因素有普遍诱导作用，如放射线、紫外线照射导致DNA损伤，诱导多种细胞凋亡发生。
在影响凋亡的基因中，bcl-2原癌基因、myc基因、P53基因研究较多。bcl-2基因对凋亡有明显抑制作用，且与细胞存在周期无关，其作用于细胞丢失方面，并非在于刺激细胞增殖。在培养的B细胞中，去除IL-2或IL-6，bcl-2抑制凋亡作用丧失，说明bcl-2抑制细胞凋亡需要某些因子（IL-2、IL-6等）的参与［7］；myc基因既有刺激细胞增殖，又有刺激细胞凋亡的作用，结果取决于细胞接受的外来信号。如为存活刺激信号，细胞便增殖；否则出现凋亡［8］。外来信号对myc作用的详细机制尚不清。P53基因是一种抗癌基因，正常的P53基因(野生型)与突变型均参与细胞凋亡的调节，野生型对凋亡有促进作用，突变型有抑制作用。某些病毒感染靶细胞后，为了延长宿主细胞的寿命，以利其自身的复制，则抑制宿主细胞发生凋亡。如EB病毒在感染的宿主细胞中诱导bcl-2表达，并编码bcl-2基因的同类物［9］。腺病毒的E1B19KD蛋白具有抑制细胞凋亡的作用［10］。细胞因子APO-／Fas、TGFβ1等参与凋亡的调节［11，12］。
表2 细胞凋亡的诱导剂和抑制剂
Tab．2 Induction and inhibition of apoptosis
5 角膜细胞凋亡 Ren等［14］对兔角膜上皮细胞活性测定及凋亡的研究发现，正常角膜表面主要由活性细胞组成，亦有少量非活性细胞，非活性细胞中，酯酸活性下降，细胞膜对乙腚的通透性增加。从角膜周边到中央，非活性细胞逐渐增多，细胞凋亡也如此。非活性细胞经终末分化后脱落。而活性细胞可随小泡形成通过典型凋亡过程而消失。结果表明，细胞从角膜去除的方式，除脱落外，也通过凋亡途径。
紫外线照射或其他理化损伤，细胞脱落和吞噬溶解作用加强。在上述过程中，都有凋亡发生。当上皮损伤时，上皮和内皮细胞合成和分泌IL-l增多，以脱颗粒形式进入基质。调节基质纤维母细胞和内皮细胞的凋亡过程。
Wilson等［15］用透射电镜检查损伤的鼠角膜，TUNEL技术测定细胞核DNA碎片，显微注射法将IL-l经由角膜缘注入到角膜中央基质，测定活体IL-l对角膜细胞的影响。结果发现：上皮损伤后，前基质角膜细胞有与凋亡一致的细胞皱缩，膜包裹小体形成，染色体浓缩和碎裂，DNA片断形成。提示上皮清创术后基质角膜细胞消失受凋亡调节。离体IL-lα和IL-β诱导角膜基质细胞凋亡，上皮／内皮-基质IL-l系统可以通过凋亡调节角膜组织机化和对机械或光诱导损伤的反应。角膜细胞凋亡可能是角膜手术后伤口愈合的一个始动因素。
单纯疱疹病毒（HVS）、天花、牛痘病毒感染角膜上皮细胞，也能感染成纤维细胞，传播到上皮下基质的成纤维细胞将促使病毒感染扩散。病毒诱导上皮损害，导致IL-l释放。其下成纤维细胞的凋亡可提供一种抑制病毒扩散的途径。有人报道，天花和牛痘病毒编码基因可破坏这一防御系统。如天花病毒诱导蛋白合成，该蛋白黏附IL-lα和抑制IL-l转换酶调节IL-lβ的活性。这种蛋白破坏上皮-基质IL-l防御机制，对角膜上皮下受累造成的特征性疤痕起作用。相反，HVS不能编码产物干扰IL-l的活性。HSV常出现在角膜上皮层，上皮-基质IL-l系统作为一种限制角膜上皮感染的防御机制而存在［16］。
Wilson等［17］还用反转录聚合酶链反应技术和免疫组化技术测定出：Fas、Fas配位子在角膜上皮，基质和内皮细胞中均有表达。Fas蛋白在人角膜新鲜冰冻切片中，上皮、基质和内皮中表达，而Fas配位子蛋白仅在上皮和内皮细胞中表达，基质细胞中不表达。此结果提示，Fas配位子可调节基质细胞的功能。成为上皮损伤后上皮下前基质角膜细胞消失受凋亡调节观点的佐证。
圆锥角膜的研究发现，其成纤维细胞IL-l受体的数量是正常人的4倍。因而细胞对上皮和上皮内释放的IL-l敏感增高。使得角膜基质层逐渐丧失，厚度降低，角膜扩张，局部解剖异常和视力障碍。圆锥角膜与眼睑持续摩擦损伤角膜，增加IL-l释放［18］。统计表明，戴角膜接触镜比未戴角膜接触镜的圆锥角膜发生明显增多，即可用接触镜配戴导致角膜上皮慢性损伤诱发IL-l释放这一机制来解释［19］。
研究还发现，在手术中因损伤导致角膜细胞的丧失，如PRK，随着活化细胞的数量增多继而在角膜的前基质再分布，对退化后的基质再分布和前基质薄翳形成起作用。阻断这种反应，如术后即注射抗凋亡剂，直至损伤上皮完全愈合为止，能使手术后前基质薄翳发生率降低。由活化细胞出现引起角膜细胞消失和前基质细胞的再分布，在各种损伤愈合中起着关键的作用［20］。
6 结语
细胞凋亡作为一种生命现象，是极为复杂的病理、生理过程。其详尽的生化及分子生物学机制仍不清楚。对其发生的详细机理、诱导和抑制因素及规律的探索。可望为揭示角膜损伤和新的治疗方法提供新的线索。如术前后抗凋亡剂应用提高PRK的预见性及疗效，就是一个良好的开端。也可能成为开启某些角膜疾病，如圆锥角膜、大泡性角膜病变等病理机制奥秘大门的钥匙。
1，Kerr JFR，Wyllie AH，Currie AR．Br J Cancer，1972，26∶239
2，Wyllie AH．Int Rev Cytol，1987，17（Suppl）∶755
3，Arends MJ，Morris RG，Wyllie AH．Am J Path，1990，136（3）∶593
4，Compton MM．Cancer and Matastas Review，1992，11∶105
5，Cohen JJ．Immunolgy Today，1993，14∶126
6，Alison MR，Sarraf CE．Cell Phsicians Lond，1992，26∶25
7，Bursch W，Kleine L．Biochem Cell Biol，1990，68∶1071
8，Wyllie AH．An Overview Cancer Matastasis Rew，1992，11∶95
9，Yonish RE，Resnitzky D，Lotem J，et al．Nature，1991，352∶345
10，Rao L．Nati Sci，1992，89∶7742
11，Bursch W．Trends Pharmacol Sci，1992，13（6）∶245
12，Williams GT．Cell，1991，65∶1097
13，Ren H，Wilson G．Acta Ophthalmol Copenh，1994，72（4）∶447
14，Ren H，Wilson G．Invest Ophthalmol Vis Sci，1996，37（6）∶1017
15，Wise R，Wilson SE．Invest ophthalmol Vis Sci，1980，Suppl∶35
16，Wilson SE，He YG，Weng J，et al．Exp Eye Res，1996，8∶132
17，Wilson SE，He YG，Loyds SA，et al．Invest Ophthalmol Vis Sic，1996，37（8）∶1582
18，Coyle JT．Am J Ophthalmol，1984，97∶527
19，Macsai MS，Varley GA，Krachmer JH．Arch Ophthalmol，1990，108∶534
20，Hanna KD，Pouliquen Y，Waring GO，et al．Arch Ophthalmol，1989，107∶895
(收稿：1999－06－18 修回：2000－02－28)