角膜组织的解剖结构和微环境

 

人类角膜覆盖眼球前部，形成透明的穹顶，具有无血管、分层、非角化的鳞状上皮。它可以保护眼睛不受外界环境的影响，同时还能实现视觉功能。结膜与角膜相邻，覆盖巩膜，结膜富含血管，有复层柱状上皮，含有杯状细胞。由于角膜暴露在外部环境中，经常有受到损害的风险，导致角膜的透明度、平滑度或形状发生微小变化，对其光学功能产生不利影响，并导致视觉症状。

 

 

角膜表面特别脆弱，由紧密排列的分层鳞状上皮组成，呈规则排列。在上皮层的下面是由规则排列的胶原片层构成的角膜基质，其间散布着蛋白多糖。上皮表面具有极高的周转率（4-7天），因为暴露在环境中的成熟表层细胞不断脱落，并立即被年轻细胞取代；另一方面，角膜基质相对无细胞，周转率非常慢[1]。 角膜上皮是再生最快的哺乳动物组织之一，在大约1-2周的时间内经历完全更新。角膜通过快速增殖转换过程，替换老化或受损的上皮细胞，从而保持其透明度并不断更新其上皮表面。角膜上皮干细胞（LESC）的存在保证了角膜上皮的有效更新[2, 3]。角膜上皮干细胞通过保持其自我更新能力，同时通过产生瞬时扩增细胞（transient amplifying cells，TAC）来维持恒定的角膜细胞数量[4, 5]。角膜上皮干细胞位于角膜和球结膜之间狭窄区域的角膜缘隐窝（Vogt’s palisades）的基底上皮[6]。角膜缘组织，除角膜上皮干细胞外，还包括各种细胞群，如角膜缘基质成纤维细胞、黑色素细胞、神经细胞、血管内皮细胞和免疫细胞以及基底膜，所有这些都是维持和驱动角膜上皮干细胞的再生所必需的[7]。在角膜缘基底上皮层的位置发现了间充质干细胞（MSC），与角膜上皮干细胞相互作用，来自MSC的信号通路、细胞内接触和细胞因子表达对角膜上皮干细胞的功能至关重要[8]。

 

 

此外，炎症可引起角膜缘细胞外基质的病理变化，如血管和淋巴管形成增加，而人类角膜缘炎症的可能原因包括细菌感染、病毒感染、过敏反应和创伤性损伤[9]。炎症损伤的净影响是角膜缘环境的改变，通过降低细胞外基质粘附性而改变了局部的微环境，不再支持角膜上皮干细胞的生理功能，导致角膜上皮干细胞的集落形成能力降低[10]。

 

日本大阪大学教授西田幸二等领导的研究小组近日召开新闻发布会宣布，4名患有重度眼疾的患者在移植了使用诱导多能干细胞、即iPS细胞培养出的角膜组织后，目前3人已恢复视力，基本可以正常生活。

 

 

日本大阪大学教授西田幸二（眼科学）等的团队把用诱导多能干细胞（iPS细胞）制作的薄膜状角膜组织移植给几乎丧失视力的4名患者的全球首例临床研究已完成，没有发生排异反应和癌化等问题，确认了安全性。全部患者症状均有改善，其中3人的矫正视力提高，有患者从0.15升至0.7。

　

此病症眼科治疗通常使用死者捐赠的角膜进行移植，但捐赠者长期不足，排异反应也是难题。假如用iPS细胞制作的薄膜状角膜组织的移植能够实用化，就有可能克服这些难题。

 

 

该团队用京都大学iPS细胞研究财团（京都市）储备的他人iPS细胞制作角膜细胞，经过培养加工成厚度0.05毫米的薄膜状。在2019年7月至2020年12月，向患有导致视力低下甚至失明的“角膜上皮干细胞缺乏症”的4人（30～70多岁男性和女性）进行了移植。

 

此后经过1年观察，未发生排异反应等，角膜的浑浊也得到了改善。该病除移植以外，没有有效的治疗方法。

 

西田在记者会上表示：“希望将这个技术推广到全世界。”

 

 

角膜是位于眼球最外侧的透明膜，直径约11毫米，厚约0.5毫米，具有防止异物进入和透镜的功能。

 

接受移植手术的4名患者年龄在30岁到79岁之间，均患有一种叫做“角膜缘干细胞缺乏症”的眼疾，导致角膜浑浊，视力严重下降。研究小组于2019年启动临床研究，使用由iPS细胞培养的片状角膜组织为4名患者实施了移植手术。

 

研究小组在新闻发布会上出示了4名患者移植一年后的追踪观察报告。报告显示，在安全方面，4人均没有出现排异反应及感染症等严重副作用；在有效性方面，4人中的3人恢复了视力，基本能够正常生活。

 

研究小组表示，鉴于手术的安全性和有效性已得到证实，最快将于明年启动临床并申请政府审批，使其成为一种新的治疗方法。