结缔组织生长因子与后发性白内障的研究进展

　　作者：卜文娟,徐国兴　　作者单位：中国福建省福州市，福建医科大学附属第一医院 福建省眼科研究所

　　【摘要】 后发性白内障(又称后囊膜混浊)已成为白内障术后视力再度下降，影响术后远期视力恢复的突出问题，主要是由于残留的晶状体上皮细胞向后囊膜移行、增殖形成。结缔组织生长因子(connective tissue growth factor, CTGF)是近年来倍受关注的促纤维化细胞因子。本文对近年来CTGF与后发性白内障关系的研究进展综述如下。

　　【关键词】 结缔组织生长因子 后发性白内障

　　0引言

　　后发性白内障(after cataract)又称后囊膜混浊(posterior capsule opacification，PCO)是白内障超声乳化或囊外摘除联合人工晶状体植入术后最常见的并发症。PCO的发生率在成人为20%～50%，在儿童几乎为100%[1]。目前Nd:YAG激光后囊膜切开术可以很方便地将后囊膜切开[23]，但它并非绝对安全，术中可能损伤人工晶状体，术后可能引起眼压升高、黄斑囊样水肿、视网膜脱离等并发症。因此，如何预防PCO的发生已成为目前研究的热点[4]。结缔组织生长因子(connective tissue growth factor，CTGF)是近几年发现的一个新的分泌型生长因子，具有多种生物学功能[5],包括参与调节多种细胞的生长及分化，参与细胞外基质(ECM)的产生与组织纤维化等。因此，深入探讨CTGF对晶状体上皮细胞(len epithelial cells，LECs)增殖、转分化及细胞外基质合成的影响，可能为防治PCO提供一个新思路。

　　1 CTGF的结构与生物学功能

　　1.1 CTGF的结构 CTGF属即刻早期基因，其编码蛋白具有明显的丝裂原性和趋化性，是CCN家族成员之一[6]。CCN是一个高度保守的多肽类家族，目前该家族有 CYR61/CCN1、CTGF/CCN2、NOV/CCN3、WISP1/CCN4、WISP2/CCN5、WISP3/CCN6这些成员。这些蛋白质通过内分泌或内分泌相关途径刺激多种细胞的分裂、粘连、凋亡、细胞外基质合成及细胞的生长、迁移等[7]。对该组生长因子类活性物质的研究，有可能为阐明细胞增殖周期及分化调节机制提供一个新途径[8]。编码人类CTGF的基因定位于第6号染色体长臂23区1带(6q23.1)与 cmyb相邻，包含5个外显子和4个内含子。CTGF是一个由349个氨基酸组成，分子量为36～38kDa的富含半胱氨酸的分泌型糖基化蛋白，可由成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞合成分泌[9]。体外和体内还可检测到具有活性的小分子可溶性CTGF，它们不是由CTGF基因转录翻译生成，而是完整CTGF分子的水解片段。CTGF的N末端有一个分泌信号肽结构域，其后依次排列着4个高度保守的功能片段：胰岛素样生长因子(IGF)结合区、血管假性血友病因子(VWF)C型重复区、血小板反应蛋白Ⅰ型结构域、富含半胱氨酸的C末端，这些区域都由独立的外显子编码。CTGF广泛存在于人、猪、鼠、牛等多种生物中，人、大鼠和小鼠CTGF，氨基酸序列同源性超过90%，说明在进化中CTGF高度保守，具有重要的生物学意义。

　　1.2 CTGF的生物学功能 CTGF基因最早是由Bradham等[10]于1991年在人的脐静脉内皮细胞条件培养基中发现的。此后研究证实，其广泛存在于人体多种组织器官中，如心、脑、肺、肝、肾、胎盘和结缔组织等，尤其是肾脏中含量最高。在不同的组织和部位，CTGF通过与不同的受体结合而发挥生物学效应，主要表现为：(1)促进细胞有丝分裂和成纤维细胞增殖，合成胶原:CTGF对不同细胞有不同的增殖效应，CTGF促进正常大鼠肾(NRK)成纤维细胞的有丝分裂及趋化性，可显著增加NRK成纤维细胞中Ⅰ型胶原、整合素α5和纤维连接蛋白基因的转录而引起肾脏纤维化的发生与发展。CTGF不能诱导NRK成纤维细胞悬浮生长，但它却是TGFβ刺激NRK成纤维细胞增殖和生长过程中必须的介质[11]。应用抗CTGF抗体或CTGF反义寡核苷酸探针可分别从蛋白水平和核酸水平特异性地阻断TGFβ对NRK成纤维细胞增生和胶原合成的诱导作用。(2)介导细胞黏附和细胞迁移:CTGF促进细胞黏附、迁移、增殖及分化的功能是通过内皮细胞的α5β3整合素、血小板的α2bβ3、αbβ1整合素以及成纤维细胞表面的乙酰肝素硫酸酯蛋白聚糖(HSPGs)介导完成的[12]。 Fan等[13]发现，在体外实验中，如果CTGF表达过度，血管平滑肌细胞的生长率和迁移率都将有显著增加，应用 CTGF反义寡核苷酸和反义RNA则可以阻止这些细胞的增殖和迁移。CTGF这种趋化细胞的作用可增强其促进血管形成活性。在一些恶性肿瘤中，CTGF促进肿瘤细胞的浸润和转移，可能也与此项功能有关。(3)促纤维化作用：成纤维细胞过度表达CTGF可促进细胞的迁徙，增殖及产生细胞外基质的作用，促进纤维化的进程，提示CTGF与纤维化密切相关[14]。Ⅱ型肺泡上皮细胞及激活的成纤维细胞通过自分泌或旁分泌方式产生CTGF调节成纤维细胞的增殖和细胞外基质的积聚，在肺纤维化进展中起重要作用[15]。高糖及高胰岛素是通过上调非酒精性脂肪肝中CTGF mRNA的表达而引起纤维化的进展[16]。以上资料表明，CTGF在不同器官的纤维化进程中起重要作用。(4)促进血管形成：损伤修复和纤维化疾病常同时出现细胞外基质的沉积和血管形成。CTGF具有天然的血管生成活性，最早就是在人脐周静脉内皮细胞中发现的[17]。重组CTGF(rCTGF)可呈剂量依赖地促进血管内皮细胞的黏附、增殖和迁移，同时诱导血管内皮细胞形成管状[18]。有研究证实，将rCTGF作用于小鸡的尿内囊绒毛可引起完全的血管生成反应，在大鼠背上注射CTGF可促进血管生成，且被CTGF抗体所抑制。敲除CTGF基因的小鼠在胚胎发育中存在血管缺陷。CTGF在体内外均有促血管生成作用，并且该作用贯穿血管生成的整个过程,CTGF反义寡核苷酸和反义RNA均可抑制内源性 CTGF引起的血管生成作用。(5)其他功能:CTGF还具有调节细胞外基质的合成、诱导细胞凋亡、促进软骨增生和骨骼发育等作用。

　　2 CTGF表达的调控

　　CTGF在细胞内的表达受到多种细胞因子的影响。这些细胞因子按照其对CTGF的功能的影响分为两类，即增强因子，包括TGFβ、HCG等;抑制因子，包括NO、TNFα、cAMP等。

　　2.1 TGFβ 研究证实TGFβ是CTGF基因转录的最强、最直接的刺激因子[19]。Igarashi等[20]发现TGFβ可显著增加并在较长时间内维持人类包皮成纤维细胞中CTGFmRNA水平。Caramori等[21]研究在体外培养NRK49F细胞中，与CTGF反义寡核苷酸转染细胞后，能够抑制TGFβ诱导产生的Ⅰ型胶原和纤维连接蛋白。在CTGF基因启动子序列中存在TGFβ反应元件(TGFβRE)，位于启动子序列162～128bp之间，主要调控CTGF在成纤维细胞中组成性表达，进一步分析发现该调控元件的点突变将导致TGFβ完全丧失诱导活性[22]。此外，应用CTGF反义寡核苷酸或中和性抗体则能抑制TGFβ诱导皮肤纤维化的作用，表明TGFβ是通过CTGF的介导才发挥其促纤维化作用的。TGFβ主要在转录水平调节CTGF表达， Smad途径在其中起重要作用。Homles等[23]发现，在CTGF启动子175～168bp位有一个 Smad反应元件(SRE)，该基序可被 Smad3和 Smad4识别并结合。用 Smad3基因敲除小鼠的胚胎成纤维细胞与野生型小鼠比较，发现两种细胞均有生理量CTGF表达，但在TGFβ作用下，野生型小鼠CTGF分泌量显著增加，但 Smad3基因敲除小鼠却无反应，提示如果缺乏 Smad3，TGFβ就不能诱导CTGF的表达，但仍有基础量CTGF的分泌。除了 Smad通路，TGFβ还可通过激活磷脂酶C、蛋白激酶C(PKC)、酪氨酸激酶及Ras/MEK/ERK信号通路增加CTGF的表达[2426]。

　　2.2 TNFα 最近的研究表明TNFα对促进炎症的发生和诱导基质金属蛋白酶基因的表达是十分必要的，并在创伤愈合的早期阶段发挥着重要作用。Abraham等[27]发现在体外培养的成纤维细胞中TNFα能够抑制TGFβ诱导CTGF蛋白表达。TNFα作为组成性CTGF表达及TGFβ诱导CTGF表达的潜在抑制因子，可能是通过激活多种通路如NFkB、JNK酶及MAPK、磷酸化Akt/PKB和 P13激酶而发挥其作用的。

　　3 CTGF与后发性白内障

　　白内障术后，残留的前囊膜下和赤道部的晶状体上皮细胞受到刺激后生长相对加速，向晶状体后囊膜发生移行、增殖、表型转化，被认为是PCO的细胞学基础[28]。研究表明，在前囊膜下型及后囊膜下型白内障时，晶状体上皮细胞可发生斑块状聚集和梭形变化，在光镜下似梭形细胞至成纤维细胞样。Wunderlich等[29]的研究证实在前囊膜下型白内障(ASC)及PCO的混浊斑块中存在CTGFmRNA的表达，同时还伴随着Ⅰ型胶原、αSMA和粘蛋白的大量表达，并证实它是由转分化的晶状体上皮细胞产生的。Park等[30]研究发现H2O2等自由基氧化因素可诱导体外培养的人晶状体上皮细胞表达CTGFmRNA，二价离子如Cu2+、Fe2+与H2O2呈协同效应促进晶状体上皮细胞CTGF的表达。并且发现JAK2/3抑制剂可以阻遏H2O2对CTGF的诱导作用，表明H2O2对CTGF的诱导是通过JAK2/3通路发挥作用的，但具体是哪些转录因子在CTGF的基因表达调节中发挥作用仍有待研究。

　　4展望

　　寻找有效的途径预防PCO的发生，是提高白内障患者术后视力的关键。TGFβ被认为是导致PCO的主要细胞因子，但是由于其作用的靶细胞种类繁多，生物学效应复杂，长期抑制其作用可能给机体带来不利影响。而CTGF作为TGFβ的下游效应介质，作用较单一，仅介导TGFβ的负面效应[31]，因此可能是防治PCO的有效的靶点。能否通过RNA干扰等方法抑制晶状体上皮细胞中CTGF的表达，从而达到防治PCO的目的，仍需深入探讨。

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