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编号:10502086
碱性成纤维细胞生长因子对不同年龄白内障患者晶状体上皮细胞增殖的影响
http://www.100md.com 《中华眼科杂志》 2000年第5期
     碱性成纤维细胞生长因子对不同年龄白内障患者晶状体上皮细胞增殖的影响

    申屠形超 姚克 孙朝晖 余海 杨亚波

    摘 要 目的 观察碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)对不同年龄白内障患者晶状体上皮细胞(human lens epithelial cells, HLEC)增殖的影响并探讨机制。方法 将白内障手术中取出的晶状体前囊膜在10 μg/L bFGF中培养48 h,免疫组织化学法染色后,采用医用多功能图像分析软件测定增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)阳性面积率;免疫组织化学方法测定晶状体前囊膜bFGF受体蛋白表达数量。结果 bFGF可促进不同年龄白内障患者HLEC增殖,其促增殖作用以及HLEC内bFGF受体蛋白的表达均与白内障患者年龄呈负相关(P<0.01)。结论 bFGF参与后发性白内障的形成;随着白内障患者年龄递减,bFGF促HLEC增殖作用增强,提示其与儿童后发性白内障发生率高有关。
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    关键词:成纤维细胞生长因子,碱性;上皮细胞;晶体;年龄

    白内障是目前致盲的首要原因,囊外摘除或超声乳化吸除联合人工晶状体植入是目前乃至将来相当长时间内治疗白内障的首选方法。但目前该手术方法尚存在较多问题,例如手术创伤,残留晶状体上皮细胞(human lens epithelial cells, HLEC)反弹性增殖、移行、化生,分泌胶原形成后发性白内障等,均影响患者术后视力的恢复,尤其婴幼儿患者,其后发性白内障的发生率高达100%。近年来,文献报道了多种强效调节HLEC功能的多肽生长因子,其中以碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)最引人注目。我们在以往的研究中发现,多种人眼组织中均存在bFGF,并证实1~100 μg/L bFGF可促进HLEC增殖[1]。但目前国内、外仍缺乏bFGF对不同年龄HLEC促增殖作用的比较研究。本研究针对此问题进行了初步探讨。

    材料和方法
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    一、材料

    DMEM(美国Gibco公司);小牛血清(杭州四季青生物制品公司);bFGF(美国Gibco公司);链霉素抗生物素蛋白-过氧化酶免疫组化试剂盒(福建迈新技术开发公司);即用型鼠抗人增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)抗体(福建迈新技术开发公司);鼠抗人bFGF受体抗体原液(美国Santa Cruz公司)。

    二、方法

    1.bFGF对不同年龄白内障患者HLEC的促增殖作用:收集在我院行手术治疗的老年性、并发性(合并高度近视)及先天性白内障患者23例,按年龄分为3组:老年组≥50岁,8例;青年组25~49岁,8例;少年组0~24岁,7例。将术中撕囊后取下的直径5或6mm的晶状体前囊膜一分为二,分别用于实验及自身对照研究,培养于24孔板中。实验组:加入含有10 μg/L bFGF的2%小牛血清DMEM 1 ml;对照组:加入2%小牛血清DMEM培养液1 ml。于37℃、5% CO2条件下孵育48 h[2]。取出培养的晶状体前囊膜,室温下甲醇固定1 h。应用链酶卵白素-过氧化物酶(streptavidin-peroxidase technique,S-P)免疫组织化学法测定PCNA蛋白,3,3′-二氨基联苯胺(3,3′-diaminbezidine, DAB)显色5~10 min,苏木素复染,中性树胶封片。置于光学显微镜下观察,阳性细胞表现为棕黄色细胞核,阴性细胞经苏木素复染后呈蓝色。运用上海交通大学图像分析与模式识别研究所研制的医用多功能图像分析软件,定量分析PCNA阳性面积率,即阳性面积占框面积的百分比。随机测定5个视野,求平均值。
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    2.不同年龄白内障患者HLEC内 bFGF受体蛋白表达数量:收集在我院行手术治疗的老年性、并发性(合并高度近视)、先天性白内障患者19例。按年龄分为3组:老年组≥50岁,7例;青年组 25~49岁,6例;少年组0~24岁,6例。将术中撕囊后取下的直径5或6 mm的晶状体前囊膜,置于室温下用甲醇固定1 h。S-P免疫组织化学法测定bFGF受体蛋白表达数量,bFGF受体抗体浓度1∶50,温度为4℃。过夜后,DAB显色 5~10 min,苏木素复染,中性树胶封片。置于光学显微镜下观察:细胞内未见黄色颗粒为阴性(-);细胞内可见淡黄色颗粒为可疑阳性(±);细胞内可见黄色颗粒为阳性(+);细胞内可见棕黄色颗粒为强阳性(++)。

    三、统计学方法

    数据均采用计算机SPSS统计软件进行分析。

    结果

    1.bFGF对不同年龄白内障患者HLEC的促增殖作用(表1):在10 μg/L bFGF作用下,老年组(t=5.33)、青年组(t=12.29)、少年组(t=15.55)白内障患者HLEC的PCNA阳性面积率均高于自身对照组(图1~4),经配对t检验差异均有显著性(P<0.01)。其增长倍率,老年组为1.908±0.729,青年组为3.279±2.015,少年组为5.240±3.370,3组比较差异有显著性(F=4.567,P<0.05)。白内障患者年龄与PCNA阳性面积率增长倍率呈高度负相关性(r=-0.591,P<0.01)。
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    表1 10 μg/L bFGF对不同年龄组白内障患者

    HLEC的促增殖作用

    组别

    例数

    不同年龄组PCNA

    阳性面积率(%)

    t值

    P值

    实验组

    对照组

    老年组

    8

, http://www.100md.com     6.615±3.057

    3.893±2.041

    5.33

    <0.01

    青年组

    8

    10.240±2.785

    4.373±2.675

    12.29

    <0.01

    少年组

    7

    15.569±4.640
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    4.215±2.746

    15.55

    <0.01

    2. 不同年龄白内障患者HLEC内 bFGF受体蛋白表达: 不同年龄组白内障患者HLEC内 bFGF受体蛋白表达数量不同,经多样本秩和检验差异有显著性(H=13.724,P<0.01);多重比较结果显示:老年组数量少于青年组,青年组数量少于少年组,差异有显著性(d12=6.631,d23=4.833,P<0.05)。对白内障患者年龄及bFGF受体蛋白表达数量等级进行相关分析,两者呈高度负相关性(r=-0.895,P<0.01)。讨论

    一、bFGF作用机制

    强效促细胞增殖因子bFGF,通过与其特异性受体结合,使受体酪氨酸蛋白激酶磷酸化,经三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate,GTP)结合蛋白/MAPKKK/MAPKK/MAPK信号级联传导系统,引起各种细胞周期调控因子表达改变,如c-Myc,c-Myb,c-Jun,c-Fos,p53和ATF-2等,促使G0、G1期细胞越过限制点进入增殖状态[3]。bFGF可促进来源于中胚层和神经外胚层细胞有丝分裂并诱导其分化,利于组织创伤修复。bFGF在人眼组织中广泛分布,在晶状体及其周围组织(角膜、虹膜、睫状体等)中均可表达。在白内障手术后,由于手术创伤造成晶状体上皮细胞及其周围组织损伤而使细胞内bFGF释放;同时晶状体囊膜损伤可使储存于细胞外间质的bFGF释放[4],局部高浓度的bFGF[5]将促使残留的HLEC增殖、移行及纤维化生,为后发性白内障的形成提供条件。
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    二、检测bFGF的作用及意义

    Richardson等[6]比较了bFGF 对不同日龄鼠晶状体上皮细胞的促纤维化作用,发现随鼠日龄增长,晶状体上皮细胞逐渐延长、弯曲,细胞器减少,特殊细胞突触形成延迟,同时β、γ-晶状体蛋白合成也随之减缓。由此说明bFGF 对晶状体上皮细胞的促纤维化作用与年龄呈负相关。未见比较bFGF对不同年龄人晶状体上皮细胞的促增殖作用的文献报道。

    PCNA是一种细胞周期调节蛋白,为DNA多聚酶辅助蛋白,对DNA多聚酶活性具有调节作用,其表达与细胞增殖关系密切。通过PCNA检测细胞增殖情况,结果与经典检测方法,如氚-胸腺嘧啶脱氧核苷酸摄入法、5-溴脱氧尿核苷摄入法、DNA含量法相符,尤其与5-溴脱氧尿核苷摄入法呈直线相关,因此PCNA被广泛用为衡量细胞增殖状况的检测指标[7]

    本实验以PCNA为检测指标,对bFGF促进白内障患者HLEC增殖问题进行研究,总结出bFGF对白内障患者HLEC具有显著促增殖作用(P<0.01);随年龄增长,该作用逐渐减弱(P<0.05),与年龄呈负相关性(P<0.01)。同时,bFGF受体表达数量亦随年龄增长逐渐减少(P<0.01) ,与年龄呈负相关性(P<0.01),表现为老年组最低,其次为青年组。
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    随着年龄增长,bFGF促HLEC增殖作用减弱的机制目前尚不清楚。可能与受体及受体后水平调节有关。在鼠眼组织中,随年龄递增,碱性成纤维细胞生长因子受体-1含量逐渐减少[8];Blanquet等[9]的研究表明,随着动物年龄增长,碱性成纤维细胞生长因子受体含量减少的同时,其磷酸化易感性亦下降。文献报道,6 d与19 d的鸡胚胎晶状体上皮细胞中晶状体蛋白mRNA含量相等,但6 d鸡胚胎组织中mRNA的转录效率却是后者的3倍,提示随着年龄的增长,细胞增殖所需蛋白合成时间延长。本实验中对不同年龄白内障患者HLEC内 bFGF受体表达情况的检测与分析,提示了受体表达水平的差异可能是bFGF促增殖作用与年龄呈负相关的内在原因之一。

    Jamal及Solomon[10]在流行病学调查中发现,后发性白内障的发生率50~80岁为11.2%,31~50岁为21.5%,儿童及青少年术后3个月为43.5%。高丹宇等[11]发现儿童白内障患者HLEC细胞密度及PCNA表达均显著高于老年性白内障患者,提示儿童HLEC的增生及分化处于较活跃状态。在本实验中,随着患者年龄递减,HLEC的bFGF受体表达数量增高,bFGF对HLEC促增殖作用增强,提示年轻白内障患者术后细胞增生迅速,在具有较强修复机制的同时,易形成后囊混浊。此结果有助于解释儿童后发性白内障高发的原因。
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    鉴于bFGF在后发性白内障形成过程中的重要作用,以及其促HLEC增殖作用由受体及受体后调节水平控制,我们可从阻断bFGF与其受体结合及控制bFGF与受体结合后效应两条途径,寻找预防HLEC增殖的方法及治疗后发性白内障的药物,为临床治疗提供参考。t34101.gif (19446 bytes)

    图1 老年实验组PCNA蛋白表达 S-P免疫组织化学法染色×100t34102.gif (20360 bytes)

    图2 老年对照组PCNA蛋白表达 S-P免疫组织化学法染色×100t34103.gif (15771 bytes)
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    图3 少年实验组PCNA蛋白表达 S-P免疫组织化学法染色×100t34104.gif (18644 bytes)

    图4 少年对照组PCNA蛋白表达 S-P免疫组织化学法染色×100

    基金项目:浙江省自然科学研究基金资助项目(396497)

    作者单位:申屠形超(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    姚克(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    孙朝晖(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)
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    余海(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    杨亚波(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    参考文献

    1,申屠形超,姚克,沈凌,等. bFGF对人晶状体上皮细胞增殖的影响.眼科新进展,2000,20:118-120.

    2,Nishi O, Nishi K, Fujiwara T,et al. Effects of the cytokines on the proliferation of and collagen synthesis by human cataract lens epithelial cells. Br J Ophthalmol,1996,80:63-68.

    3,Kouhara H , Hadari YR, Spivak-Kroizman T,et al. A lipid-anchored Grb2-binding protein that links FGF-receptor activation to the Ras/MAPK signaling pathway. Cell,1997,89:693-702.
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    4,James ER,Mclean JDC, Kent DG,et al. Cytokine mRNA expression in rabbit lens epithelium following lens extraction and IOL implantation. Invest Ophthalmol Vis Sci,1996,37:S988.

    5,Namiki M. Quantification of basic fibroblast growth factor (bFGF) and transforming growth factor (TGF alpha) in rabbit aqueous humor after intraocular lens implantation. Nippon Ganka Gakkai Zasshi,1994,98:334-339.

    6,Richardson NA, McAvoy JW, Chamberlain CG. Age of rats affects response of lens epithelial explants to fibroblast growth factor. Exp Eye Res,1992,55:649-656.
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    7,宋跃,赵劲松,张晓光,等. 血管内皮生长因子对人胚胎视网膜血管发生的调节作用. 中华眼底病杂志,1999,15:12-15.

    8,de Iongh RU, Lovicu FJ, Hanneken A,et al. FGF receptor-1 (flg) expression is correlated with fibre differentiation during rat lens morphogenesis and growth.Dev Dyn,1996 ,206:412-426.

    9,Blanquet PR, Paillard S, Courtois Y. Phosphorylation and lipocortin-like activity of a 34-kD surface protein in lens epithelial cells: relation to mitogenesis induced by basic fibroblast growth factor. Growth Factors,1990,3: 15-23.

    10,Jamal SA, Solomon LD. Risk factor for posterior capsule pearling after uncomplicated extracapsular cataract extraction and plano-convex posterior chamber lens implantation. J Cataract Refract Surg,1993 ,19:333-338.

    11,高丹宇,惠延年,吉启安,等. 小儿与老年白内障晶体上皮细胞密度及增殖细胞核抗原表达. 中华眼科杂志,1998,34:355-357., 百拇医药