眼科新进展2000年20卷第3期

　　李志杰　彭广华

　　关键词：细胞因子；眼；炎症

　　细胞因子(cytokine)是一组10～45kD的小分子蛋白，是细胞之间发生交互作用的重要介质，在体液内的浓度多为皮克范围。细胞因子大多在产生后即被分泌，然后通过特异性膜受体与分泌细胞自身、周围细胞、或通过淋巴系统或血液运输到远处的细胞发生结合而发挥生理效应。许多细胞因子的交互作用构成细胞因子网络，其特征为其多效性和交叠性。多效性是指一种细胞因子可能具有许多不同的功能，而交叠性是指某些细胞因子具有共同的活性。

　　细胞因子可分为不同的家族，主要包括白细胞介素(interleukin, iL)、干扰素(interferon, IFN)、集落刺激因子、趋化因子和生长因子等。细胞因子也可根据所发挥的效应进行分类。某些刺激，如细菌内毒素、Fc和补体受体以及其他细胞因子，可以促进细胞因子的合成。另外，某些刺激对于细胞因子的产生具有协同作用。

　　1　细胞因子与免疫反应的调节［1］

　　许多细胞因子对于淋巴细胞的分化和抗体的产生起着决定性作用。例如，γ-IFN和IL-12参与迟发型超敏反应(delayed-type hypersensitivity, DTH)的产生(Th1反应)，而IL-4和IL-13通过刺激淋巴细胞调节IgE的产生参与速发型超敏反应(Th2反应)。这2种反应之间的平衡对于抗感染免疫、自身免疫和过敏性疾病的结局起着关键性的作用。

　　诠释2种反应平衡结局重要性的一个经典例证是小鼠利什曼原虫感染模型。针对该原虫感染发生Th2反应的品系小鼠发生死亡，而产生Th1反应的则能存活。通过某些措施将Th2反应转向Th1反应将产生保护作用和小鼠的存活。

　　Th1反应主要负责DTH，其特征是产生大量的γ-IFN和IL-2，而低产或不产生IL-4。Th1反应主要针对细胞内微生物，而Th2反应则主要针对细胞外寄生虫。Th2细胞产生大量的IL-4和IL-5。这2种细胞因子在IgE反应中起着关键性的作用。来自于Th2细胞的细胞因子具有灭活巨噬细胞功能的作用，因此可以阻断组织的破坏过程。过度的Th2反应可能会导致过敏性疾病和免疫球蛋白介导的自身免疫性疾病，而过度的Th1反应可引起接触型超敏反应和细胞介导的自身免疫性疾病，如自身免疫性葡萄膜炎。数种器官特异性自身免疫性疾病是由产生γ-干扰素的Th1细胞所介导。尽管实验证据表明：Th1反应在实验性自身免疫葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis, EAU)发生过程中起着重要的作用，但由于缺乏临床组织标本，所以有关临床葡萄膜炎的发病机制还不十分清楚。细胞因子对于前房免疫抑制微环境的维持起着决定性作用。房水中的某些因子对职业性抗原提呈细胞的功能具有修饰作用，可使其失去诱导DTH的能力，并赋予抗原特异性T细胞分泌转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)的能力。房水的主要免疫抑制活性来自TGF-β［2］。

　　2　细胞因子与实验性眼内炎症反应

　　有关细胞因子在眼科疾病中作用的研究有下述5种方法：(1)将纯化或重组的细胞因子注入实验动物眼，然后观察其炎症反应；(2)检测实验和临床眼病眼内液体和组织中的细胞因子；(3)通过干预细胞因子网络观察对疾病病程的影响；(4)使用受眼特异性蛋白控制的表达某些细胞因子的转基因动物或不能表达某些细胞因子的基因敲除(knockout)动物来研究细胞因子的作用；(5)分析眼组织在体外产生的细胞因子及其拮抗物。目前认为，视网膜色素上皮(retinal pigmental epithelium, RPE)细胞在眼后节炎症反应的调节过程中起着关键性作用。体外研究显示，RPE细胞在体外能产生数种致炎性细胞因子及IL-1受体拮抗物(IL-1-receptor antagonist, IL-1-RA)［3,4］。目前已发现数种细胞因子，包括肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)、IL-1、IL-6、IL-8、IFN-γ和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor, GM-CSF)，在眼内注射后可直接诱导眼部炎症。IL-1似乎能触发最严重的炎症反应。其反应类似于内毒素引起的反应，其特征为严重的白细胞浸润和血-房水屏障的崩溃。细胞因子似乎仅在直接注入眼内时才诱导眼内炎症反应。还没有发现全身使用伴发眼部炎症的报告，也没有某种高水平循环性细胞因子发生眼部并发症的报告。

　　研究细胞因子在眼部疾病中作用的经典模型是内毒素诱导性葡萄膜炎(endotoxin-induced uveitis, EIU)模型。在该模型，全身使用(足垫、静脉或腹腔)细菌脂多糖可导致眼部炎症。其特征为葡萄膜组织内各种炎性细胞因子出现显著升高，并释放至房水内。

　　了解细胞因子在葡萄膜炎发病中作用的另一种方法是，检查某一细胞因子过表达转基因动物的眼部情况，或研究细胞因子缺陷动物的眼部炎症情况。GM-CSF异常表达的转基因小鼠可导致一种罕见的盲眼综合征，主要表现为巨噬细胞在眼部聚集、白内障和视网膜损害［5］。GM-CSF的异常表达常伴随巨噬细胞TNF和IL-1的表达增加，因此TNF和IL-1的过度表达可能是造成该综合征的主要原因。过度表达IL-4的转基因动物也具有眼部炎症反应，其特征为严重的嗜酸性粒细胞、肥大细胞和巨噬细胞浸润［6］。

　　使用视紫红质启动子引导IFN-γ在视网膜的异常表达可导致该品系小鼠发生眼内炎症，其特征为细胞浸润、细胞增殖、光感受器丧失、白内障、角膜混浊和视网膜MHC抗原表达增加［7］。将单纯疱疹病毒注入这些转基因动物眼内，高水平的IFN-γ将诱导更为剧烈的抗病毒性免疫反应，保护并避免未处理眼发病，而对照组动物则发生双侧性视网膜炎［8］。使IFN-γ定向高表达于晶状体也可诱导严重的眼部异常，包括眼部生长状态的异常和其他眼组织MHC抗原表达的增加［9］。

　　利用细胞因子基因的定向突变可以制作许多细胞因子缺陷小鼠品系，如IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ、TNF受体和IFN-γ受体。这些小鼠对于阐明各种细胞因子在免疫调节和炎症反应中的作用具有重要的价值。到目前为止，还很少使用细胞因子敲除动物作为研究工具来观察细胞因子在眼部炎症中的作用。使用IFN-γ缺陷小鼠，发现光感受器间维生素A类结合蛋白(IRBP)诱导的EAU模型的发生并不取决于IFN-γ的存在［10］。将内毒素注入IFN-γ敲除小鼠的玻璃体腔，发现：与正常对照动物相比，炎细胞的眼内流量显著减少。这提示，IFN-γ在实验性葡萄膜炎模型中起着关键性作用。然而，在IL-6缺陷小鼠的研究发现：IL-6既不具有直接诱导炎症的效应，对EIU的发生又无任何影响［11］。未来将基因敲除或转基因动物用于眼病的研究为阐明细胞因子网络在眼部炎症中的作用将提供更有价值的信息。

　　3　细胞因子与临床眼内炎症

　　为了研究细胞因子在临床葡萄膜炎发病中的作用，对房水和玻璃体样本进行了测试分析。到目前为止，在葡萄膜炎病人眼内液体中发现增高的细胞因子有IL-1、TNF、IL-6和IL-8、IL-12［12-16］。

　　IL-1是细胞因子网络中的主要介质之一，参与炎症反应的早期过程。酶免疫测定法常难以测定IL-1，早期对眼内液体IL-1的测定主要使用生物活性测定法。最近的研究结果提示，IL-1可能参与白内障摘出术后的炎症反应。初步的证据也表明残留的晶状体上皮细胞在人工晶状体术后的炎症反应中也可能起着重要的作用，因为这些细胞在体外具有产生IL-1的能力［17］。人工晶状体与晶状体上皮细胞之间的交互作用可以刺激这些细胞产生IL-1。IL-1反过来又激活前列腺素的产生，最终造成血-眼屏障的崩溃。

　　在临床葡萄膜炎的房水中检测到IL-6的存在［12,13］。白内障摘出术后房水的IL-6水平也发生增高，这提示IL-6也参与白内障术后的炎症反应。然而，眼内存在IL-6并不具有葡萄膜炎特异性，因为在增殖性视网膜病变或视网膜脱离病人的玻璃体样本中也能检测到IL-6的存在。体外实验提示：RPE细胞可能是IL-6的主要来源。细胞因子IL-8是嗜中性粒细胞的重要趋化剂和活化剂。大约50％的葡萄膜炎有IL-8的升高［14］。使用抗人IL-8单克隆抗体的阻断实验和趋化实验证实，在玻璃体内检测到的IL-8具有相应的生物活性。进一步的证据表明，眼内的IL-8导致了粒细胞的侵入，因为眼内IL-8的水平与特异性粒细胞酶(如弹性蛋白酶)的水平之间存在相关关系。在正常玻璃体内不存在IL-8，但在增殖性玻璃体视网膜病变的玻璃体中也可检测到IL-8的存在。

　　有关免疫调节性细胞因子与葡萄膜炎之间关系的研究还不多。早期发现在葡萄膜炎眼有IL-2和IFN-γ的存在。最近发现，在葡萄膜炎病人的房水和玻璃体中检测到IL-10的存在［18］。Chan等［19］建议将测定IL-10作为原发性眼内淋巴瘤的诊断依据之一。

　　有关葡萄膜炎的炎症反应是属于Th1抑或Th2反应的研究证据还不足。对区分2种反应的特征性细胞因子的分析可能有助于该问题的解决。其方法有2种：一是检测眼内液体的可溶性细胞因子；二是研究来源于炎症眼组织的T细胞内的细胞因子的表达情况。初步结果显示，缺乏IL-4活性而非常容易检测到IFN-γ。葡萄膜炎活动期房水和玻璃体内的IL-12水平均显著增高［20］。这些证据提示自身免疫葡萄膜炎属于Th1反应。

　　TGF-β是控制眼内DTH的主要细胞因子。但TGF-β通常以潜活形式分泌到细胞外，其自然活化要通过蛋白裂解酶的裂解。对葡萄膜炎病人房水的研究表明，TGF-β的总水平并没有发生改变，但游离式TGF-β的活性形式确发生了显著下降［21］。这种现象是否缘由蛋白裂解的阻断或与α2巨球蛋白的结合还不清楚［22］。

　　对视网膜前膜的染色结果表明，80％的样本有TNF-α染色［23］。对增殖性玻璃体视网膜病变或糖尿病性视网膜病变的玻璃体样本进行分析，发现诸如IL-6、IL-8和MCP-1的炎性细胞因子可能参与这些疾病的发病过程，其作用是有助于白细胞的浸润。

　　4　通过细胞因子干预眼内炎症

　　由于细胞因子在眼内炎症发生过程中起着重要的作用，所以我们可以通过干预该网络来达到治疗疾病的目的。皮质类固醇激素是最有效的细胞因子产生的抑制剂，但常伴发诸如青光眼和白内障的严重副作用，从而限制了其长期应用。目前正在发展针对细胞因子网络某些成员的更加特效的治疗策略。目前，我们可以大量生产某些多肽或重组蛋白，并用于某些炎性眼病的治疗。

　　然而，在许多临床和实验性眼病中常观察到相互矛盾的治疗结果，其原因可能与细胞因子功能的多效性和交叠性有关。IL-1-RA可以阻断IL-1诱导的眼内炎症，但对EIU确无显著影响。这可能与炎症反应的交叠性有关，炎症的触发可能涉及许多细胞因子。然而，IL-1-RA确能够抑制兔模型白内障手术后的炎症反应［24］。IL-10能阻断EIU，显著减少眼内浸润细胞的数量［25,26］。诸如IL-4类的抗炎性细胞因子也已用于包括EAU在内的许多自身免疫性疾病［27］。眼内直接注射IL-12对EIU的炎细胞浸润和房水炎性细胞因子(IFN-γ和IL-6)的浓度具有下调作用［28］。

　　自身免疫疾病属于Th1介导的疾病，其特征是DTH。从理论上讲，针对相同自身抗原的Th2反应将产生抗炎性细胞因子(如IL-4、IL-10和IL-13)以抑制有害的DTH。由于IL-4能诱导T细胞向Th2细胞分化，所以人们试图使用外源性IL-4作为免疫疗法的一种策略。尽管该疗法在实验性过敏性脑脊髓炎取得了令人鼓舞的结果，但在EAU模型则获得相反的结果［27］。重组人IL-13对严重的猴葡萄膜炎也显示良好的治疗效果［29］。

　　I型IFN(包括IFN-α和IFN-β)除在自然免疫中起重要的调节作用外，对T细胞和某些肿瘤的生长和分化也具有抑制功效。最近的研究表明，I型IFN对EAU的发生和发展具有一定的抑制作用，其机制可能与抑制眼内IFN-γ和IL-10的表达有关［30,31］。IFN-α已成功地用于Behcet病的治疗，但还未得到安慰剂-对照性临床治疗方案的验证。IFN-γ对小鼠EAU模型具有抑制作用，而使用抗IFN-γ抗体则导致疾病的恶化。

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