文摘
眼睛的人类眼面(正面)是由两个不同类型的上皮细胞:角膜上皮集中和结膜上皮周围。这两种上皮细胞是由不同的干细胞数量(缘的角膜上皮干细胞和结膜上皮干细胞)。在这次审查中,我们提供一个更新我们对这些上皮细胞和干细胞的理解系统,包括胚胎,新的标记,这些干细胞的位置和争议。我们还提供一个更新的翻译理解为临床应用治疗衰弱的眼表疾病。
1。介绍
人眼的前面是由明确的角膜中央和白色的巩膜外围(图1)。角膜和巩膜角膜和结膜上皮细胞,分别。这些上皮细胞nonkeratinized和分层结构。角膜上皮细胞5 - 7层厚而结膜上皮细胞3 - 5层厚。这两种上皮结构是沐浴在泪液膜,这些一起组成眼睛的前表面(眼部表面)1,2]。眼表面的一个重要功能(角膜、结膜和上覆撕裂膜)是为了保护眼睛不受伤害,感染,和干燥2]。角膜是一个清晰的结构,是由五个主要层次及其主要功能是传输和聚焦光进入眼睛。角膜表面的层(复层上皮,鲍曼层,表面的基质)与结膜是连续的。结膜是一层薄薄的宽松透明的黏液层覆盖全球的前表面和后表面的眼皮2]。结膜是分为三个区域:球的表面(包括眼睛),睑(衬眼睑的底面),和forniceal地区。结膜上皮细胞包含表面分散的杯状细胞,产生重要的黏蛋白的眼泪的电影。物理分离角膜上皮和结膜上皮的窄带环绕角膜缘的上皮。缘的上皮作为屏障之间的清晰无血管的角膜血管集中和不透明的结膜外围地。缘的上皮细胞也含有干细胞(SCs)更新角膜上皮,缘的SCs (lsc) (3,4]。
角膜和结膜上皮细胞都容易受到广泛的化学烧伤等疾病损伤炎症粘膜类天疱疮和史蒂文斯—约翰逊综合征等疾病。这些会导致明显的视觉缺陷和眼部表面疼痛。不同的治疗方法已经作为治疗缺缘的SC (LSCD)临床有了显著的改善5,6]。然而,方法开发结膜上皮结构疤痕结膜疾病仍然非常有限(7]。
现在回顾我们提供一个简洁的更新在眼部表面上皮SCs:位置、分布、和标记用于识别它们。角膜和结膜上皮及其临床应用的SCs也将被讨论。
2。胚胎学的起源,眼表面的上皮细胞
为了让我们了解眼部表面上皮SC生物学,重要的是要理解角膜上皮的发育起源和结膜上皮细胞。它已经表明,这两种细胞谱系Pax6同时出现+胚胎外胚层的表面外胚层的细胞,保持发展中眼睛一旦晶状体囊泡形成(8,9]。的PAX6基因编码转录因子正常胚胎发育的关键。PAX6蛋白表达在发展中,多个脑区,嗅球,神经管,肠道,胰腺(10]。在人类中,不足PAX6蛋白表达导致严重先天性缺陷的眼睛11]。因此考虑主oculogenesis基因。
发展中人类角膜上皮排卵(首先是明显的在6周后12]。最初原始的角膜上皮是由两个细胞层(五至七层相比成年人)。这种原始的上皮细胞还负责形成突出的主要非细胞角膜基质和鲍曼层(13]。在8周的妊娠(当眼睑熔合)和26周妊娠(当眼睑打开),角膜上皮细胞分层4到5细胞层厚。只粘附复合物变得被19周的妊娠。进一步发展在子宫内导致半桥粒的数量的增加,增加纤维渗透鲍曼层,和鲍曼层厚度的增加。因此成熟的角膜上皮与眼睑发展(12]。
尽管他们的亲密,角膜内皮和结膜ECs属于不同的血统(14,15)因不同的细胞群(16]。在活的有机体内在兔子的研究表明缘的和角膜EC囊肿只包含分层squamous-type ECs。相比之下,结膜EC派生囊肿包含分层柱式ECs穿插周期性acid-Schiff (PAS)染色细胞粘蛋白染色(PAS)与一个球形的结构(杯状细胞)16]。这支持了假设,角膜缘的ECs沿着不同的胚胎血统结膜ECs,,杯状细胞来源于结膜隔间。
3所示。结膜上皮细胞和干细胞
3.1。结膜干细胞的位置(CjSCs)
虽然一般认为,角膜上皮的SCs (lsc)位于缘的上皮,SCs的位置为结膜上皮细胞更具争议。提出了以下地区的结膜尽可能对SCs网站:穹窿地区(17),异色边缘(18球结膜(),19),睑结膜(20.),和在眼睑缘黏膜与皮肤的结21]。溴脱氧尿苷标签保留(静止的属性SCs) GFP-labelled老鼠表明结膜上皮SCs是均匀分布在整个表面(22]。上皮SCs的另一个重要属性是他们开始克隆生长的能力在体外和产量殖民地组成的小细胞生存很长一段时间(称为holoclones)。通过分析来自不同地区的人类结膜结膜上皮殖民地,佩莱格里尼等人首先表明,结膜上皮SCs所在地一致就在球结膜穹窿(19]。最近,斯图尔特等人使用单独的能力和表达的SCs标记(ABCG2和p63)表明,内侧眼角的和劣质forniceal地区是人类CjSCs的首选地区。他们建议这些地区提供更大的物理保护,但更重要的是特别丰富的杯状细胞,上皮内粘膜隐窝,血管,黑色素细胞和免疫细胞功能共享与其他SC利基市场(23]。在其他的研究中,细胞循环缓慢和巨大的增殖潜力分析已经表明,兔结膜的forniceal地区包含最大的细胞比例高增殖潜能和更高比例的低循环比球细胞(ECs)的14%(5%),睑结膜(1%)(15,17]。
CjSCs虽然并没有特定的标记,ABCG2阳性细胞在集群的人类发现了球结膜上皮基底细胞,这些细胞显示许多特性与上皮SC表现型一致,慢骑自行车,单独使用能力,抵抗phorbol-induced分化(24]。其他immunohistological研究也表明存在p63和球结膜上皮细胞ABCG2阳性细胞(25]。临床观察也表明,CjSCs位于在球结膜穹窿和/或(26]。
尽管不同的观察,造成不同技术和物种,似乎都在更高的结膜SCs forniceal区域。穹窿可能提供更大的物理保护,上皮内粘膜隐窝,脉管系统和免疫细胞功能共享与其他SCs利基市场(23]。
3.2。标记为结膜上皮及其SCs
识别的标记表示在角膜上皮结膜上皮细胞而不是一直不断增长的需要。因为他们的不同模式的表达,细胞角蛋白(中正)已经被广泛用来区分不同的ECs眼部表面(27)(表1)。中正中间filament-forming蛋白质的结构完整性和功能负责ECs (28]。已经提出不同中正作为结膜ECs的特定标记,在那些是CK4, CK13, CK19和CK15。
CK4。在鼠标结膜,CK4表达所有的上皮细胞层,但表达基底层似乎弱和更多的焦点。然而,CK4也表达了在老鼠和兔子角膜上皮的表层在活的有机体内也(29日,30.]。
CK13和CK19。CK13和CK19是最接受标记为结膜ECs混杂起源于不同的调查结果。Ramirez-Miranda等人表明CK13和CK19表达显著增加在人类人类角膜结膜相比。他们表明,CK13仅表现在suprabasal缘的上皮和在所有层的结膜角膜上皮细胞和它完全不存在。另一方面,CK19存在实质性的水平在周边角膜上皮和所有层的异色边缘和结膜上皮细胞28,31日,32]。他们显示没有CK12-positive细胞表达CK13在中央角膜缘的ECs表示CK12或CK13 (CK12是角膜EC的具体特征;参见4.2)。在另一方面,CK12和CK19阳性细胞被托管的整个异色边缘,周边角膜表明更高特异性的CK13结膜ECs (28]。
CK15。其他研究人员也研究了CK15的表达模式,分层组织提出的小细胞骨架组成部分的标记祖细胞(33]。所有的研究表明CK15表示的基底层缘的和结膜上皮细胞,但它不在角膜上皮(34,35]。其他在体外研究也表明表达式CK15结膜上皮细胞的祖细胞,但他们认为,更多的分化细胞也表达这种标记(36]。
其他的结膜上皮细胞标记是黏蛋白。上皮民大的异质群体大糖基化的蛋白质,形成粘性,胶状粘液泪液膜层。MUC1和MUC5AC结膜ECs的被假定为标记和/或杯状细胞。
MUC1。结膜ECs的排他性MUC1是讨论一些提议为结膜上皮特定标记(37)和其他暗示表达整个眼部表面健康(38,39]。
MUC5AC。MUC5AC,另一方面,一直被假定是特定于结膜杯状细胞(40]。虽然不是在结膜的ECs发现,它是最好的替代标记的结膜上皮细胞通过确定中缺席在角膜上皮杯状细胞的健康。另一种方法对于识别杯状细胞PAS染色的中央。这确实是临床上用于调查角膜的角膜conjunctivalisation印象细胞学(40]。
很少有研究对CjSCs识别标记。最commons是磷酸腺苷盒式亚G成员2 (ABCG2)和转录因子p63。ABCG2是细胞表面的跨膜转运蛋白存在于许多成人SCs,包括lsc。从概念上讲,它可能形成的分子机制的一个组成部分,长寿SCs减少潜在的基因损伤扩展的生活,和他们的表达与SC相关活动(41]。在人类结膜表达式被发现在集群的基础(24),内侧眼角的和劣质forniceal地区结膜ECs (23]。那些ABCG2阳性细胞显示许多特性与上皮SC表现型一致,慢骑自行车,单独使用能力,抵抗phorbol-induced分化。p63是一个转录因子,已知lsc和早期瞬态放大细胞表达的42- - - - - -44]。斯图尔特等人利用细胞化学分析显示首选位置的转录因子forniceal和内侧眼角的低劣。细胞在这些地区表现出较高的克隆细胞能力,表明表型与SCs是一致的(23]。
4所示。缘的SCs
4.1。缘的SCs的位置
角膜上皮内稳态的上皮细胞不断更新替换脱落细胞从角膜表面(图2)。这个体内平衡是XYZ假说中概述的角膜上皮维护(45]。简而言之,它描述了扩散和能动性的基底ECs的外围角膜向心地沿基底膜对角膜的中心(X)组件,然后从基底细胞层的运动表面角膜上皮细胞层(组件Y)取代的ECs从角膜表面(Z)组件。
人们普遍认为上述角膜上皮平衡是由自我更新维护未分化SCs位于异色边缘。一个一致的证据表明角膜上皮SCs的缘的位置与原来的研究可以追溯到1980年代末(46]。总之,证据包括以下:基底的存在缘的ECs高核胞浆比例和假定的蛋白表达与SCs一致(47,48),使用DNA-labelling和细胞循环研究,缘的ECs处于静止状态的存在但具有高增殖反应损伤;缘的和临床观察,人类角膜上皮愈合伤口。
然而最近的研究在动物模型表明,还有一个水库角膜上皮内的SCs本身除了lsc。最近非人类研究显示角膜上皮没有缘的输入和维护生存和自我维护以外的SCs缘的SC利基(49]。成功的角膜上皮再生顺序角膜上皮移植小鼠模型中首次提出了这个作为证据50]。最近,在一个小鼠模型,再次lineage-tracing实验表明,虽然异色边缘是角膜上皮的主要来源维护,还有一个水库角膜上皮内的单独使用细胞本身(51]。除了这些研究,兔子48周的随访研究表明,尽管正常角膜上皮最初不能维护后缘的上皮,有证据表明在48周角膜上皮正常化(52]。汇集所有可用的证据,尽管角膜上皮维护依赖SCs异色边缘,有证据表明在动物模型中,可能还有一个祖细胞池内角膜上皮本身当体内平衡被破坏53]。进一步的研究是必需的,尤其是在人类研究提供力量和一致性这一理论。
4.2。标记为缘的SCs
尽管经过数十年的研究,没有明确的标记lsc已被确认。假定的综合评审建议LSC标记其他已发表(54,55]。总之,假定的包括转录因子ΔNp63阳性标记α和ABCG2;而消极的标记包括CK3和CK12,结构蛋白在角膜上皮。最近,小鼠和人类的研究表明,细胞表达磷酸腺苷磁带,亚B,成员5 (ABCB5)所需的角膜上皮内稳态和修复(56]。他们表明,ABCB5表达细胞局部异色边缘和coexpressedΔNp63α但不是CK12。
5。角膜和结膜上皮细胞的临床应用及其SCs
角膜和结膜上皮细胞导致疾病的虚弱和致盲眼疾,往往长期痛苦。这些疾病造成损伤如烧伤、炎症和免疫介导的疾病(如粘膜类天疱疮),和医源性原因(如放疗和化疗)。我们对角膜和结膜上皮生物学的理解和增加知识的SCs是这些疾病的临床管理的关键。
缘的SC失败导致异常角膜上皮再生,然后取而代之的是一个更不透明的结膜上皮和血管。这导致失明。移植健康缘的组织或培养缘的上皮细胞包含缘的SCs已被证明在许多研究导致角膜上皮(正常化5,6]。在同种异体移植使用DNA指纹分析方法,它已经表明,供体细胞常常没有生存在角膜表面尽管角膜上皮再生通常(57]。这就引出了一个问题是如何移植自体上皮和缘的SCs导致主机角膜上皮的正常化。许多现在认为,来自移植ECs的旁分泌影响可能导致主机SC复苏或肯定为它作出贡献。也是有趣的注意,培养自体上皮移植的成功率是约等于两个同种异体和自体移植成功(大约75%)[58]。这可能表明,移植失败是不太可能的结果的排斥和其他因素可能在起作用(如缘的SCs移植组织的数量)。
如前所述,尽管改善缘的SC生物学知识导致了重大进展在临床益处,它已经对结膜上皮细胞慢。然而,我们对结膜上皮SCs的理解和他们的文化得到了改善。许多组织正在致力于开发结膜上皮结构疤痕结膜疾病仍然非常有限的结果(7]。关于结膜上皮细胞,随着我们对结膜上皮SCs的理解的提高,临床应用的生物会带来可观的效益。已经有几组致力于开发结膜上皮结构疤痕结膜疾病。甚至有人建议种植结膜上皮细胞可能被用作治疗缘的SC和角膜上皮失败(7]。
6。结论
我们的缘的SC和结膜上皮SC生物学知识进展在过去20年大大显著临床进步缘的SC移植。然而保持关键领域进行进一步的工作。这些包括更多的了解这些SCs的细胞生物学和在此过程中进一步的识别标记。这将使非手术方法的发展(药物和生物制剂)眼部表面上皮疾病的管理。此外,这些SCs的位置完全理解是很重要的。有新兴的概念开始挑战我们传统的理解。
缩写
| SC: | 干细胞 |
| 电子商务: | 上皮细胞 |
| LSC: | 缘的干细胞 |
| CjSC: | 结膜干细胞 |
| CK: | 细胞角蛋白 |
| 民大: | 粘蛋白。 |
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作由拨款支持克罗斯利巴恩斯遗产基金和争取。