我们通过角膜上皮刮除联合角膜缝线的方法建立了一种大鼠严重角膜炎症模型。该研究评估了角膜炎症模式、上皮细胞增殖以及炎症条件下角膜缘干细胞的变化。
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* These authors contributed equally
我们通过角膜上皮刮除联合角膜缝线的方法建立了一种大鼠严重角膜炎症模型。该研究评估了角膜炎症模式、上皮细胞增殖以及炎症条件下角膜缘干细胞的变化。
角膜炎症,尤其是重度角膜炎症,在角膜缘干细胞功能障碍的发生发展中起着重要作用。构建适当的动物模型有助于我们聚焦重度炎症对角膜缘干细胞的影响。一种2 mm除锈剂 是 用于去除Sprague Dawley(SD)大鼠角膜中央上皮以造成损伤,随后使用尼龙缝线缝合角膜中央基质以诱导持续性炎症。由此构建了一种伴有角膜中央上皮擦伤和角膜中央基质缝合的角膜炎症模型,可诱发严重的角膜炎症。观察造模后1、3和7天角膜炎症的变化以及角膜缘干细胞的状态。在第3天rd 造模后第1天,大鼠角膜缘出现严重水肿,伴有明显新生血管形成及局部增生,均为角膜缘干细胞缺乏的典型表现。至第7天th 第几天时,角膜水肿逐渐加重,新生血管化持续增加。通过定量反转录聚合酶链反应(RT-qPCR)和免疫荧光染色检测发现,角膜上皮炎症因子显著上调,角膜上皮分化异常,角膜上皮干细胞数量明显减少,细胞增殖能力及干性亦下降。因此,该模型表明,严重炎症可在不直接损伤角膜缘干细胞的情况下诱导其损害。该模型有利于观察严重炎症对干细胞生物学机制的影响,为研究炎症诱导的角膜上皮干细胞功能障碍机制提供了理想的平台。
角膜缘干细胞功能障碍(LSCD)的特征包括持续性上皮缺损、角膜新生血管化、慢性炎症、瘢痕形成以及结膜组织向角膜表面移行1,2。该病症可由严重的眼表疾病导致角膜缘干细胞耗竭或功能异常所引发,例如化学烧伤、热烧伤、斯蒂文斯-约翰逊综合征以及因眼科手术引起的医源性损伤2,3,4。LSCD 的致病机制主要涉及干细胞本身的改变及其微环境的紊乱5,6,从而影响角膜上皮的稳态维持2,7。在 LSCD 中,角膜缘干细胞的命运改变主要有两种类型:1)角膜上皮干细胞的定向分化潜能发生异常,导致其分化为皮肤型上皮细胞。这一现象表现为角膜上皮细胞特异性转录因子 Pax6 以及角膜特异性角蛋白 Krt12 和 Krt3 的表达下降,同时皮肤相关鳞状上皮化生标志物 Krt10、Krt1 和 Sprr1b 的表达显著升高8;2)眼表损伤直接破坏角膜缘干细胞,引起细胞坏死或凋亡,继而导致结膜组织增生并覆盖角膜表面9。已有报道指出,在 LSCD 发展过程中,角膜上皮干细胞微环境中巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞等炎症细胞显著增多,相应地,干扰素-γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)以及巨噬细胞炎症蛋白(MIP)-1α/β 等细胞因子水平也显著升高10。
已建立多种LSCD模型,包括缝线诱导、化学损伤以及苯扎氯铵点染所建立的模型11。这些模型各有优缺点。化学损伤可损害整个眼表,并直接破坏角膜缘干细胞12。苯扎氯铵的作用机制与化学损伤类似,但其效应相对较慢13。角膜缝线模型可诱导稳定且长期的炎症反应,但炎症反应相对较轻,不足以导致LSCD。
为了研究炎症在角膜缘干细胞缺乏症(LSCD)发生发展中的作用及其机制,建立了一种结合中央角膜上皮刮除与角膜缝线的动物模型。该模型可在不直接损伤角膜缘干细胞的情况下,诱导角膜上皮持续性炎症。
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所有操作均遵循ARVO关于在眼科和视觉研究中使用动物的指南,并经贵州医科大学动物伦理委员会批准(批准号:2305192)。大鼠饲养于贵州医科大学动物中心,严格遵守相关动物管理规定。
1. 动物选择
2. 炎症指数的计算
3. 角膜新生血管化的评估
4. 分析模型的生物学特性
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如图所示 图1A通过裂隙灯观察发现,角膜上皮的愈合受到阻碍。正常情况下,中央角膜上皮在去除后24–48小时内可完全愈合,但在角膜中央上皮切除联合缝线模型中,新生血管持续存在。造模后第3天,可见明显的角膜缘水肿及新生血管形成,局部出现典型的角膜缘干细胞缺乏体征。随着时间推移,至第7天th 天,愈合仍未完成。采用睫状充血、旁中央角膜水肿和中央角膜水肿来评估角膜炎症指数。角膜水肿逐渐加重,角膜炎症(图1A)继续恶化。此外,角膜新生血管是炎症的一个指标。随着炎症的进展,角膜新生血管(图1B)和炎症指数(图1C) 呈现出持续上升的趋势。
我们在模型建立后第7天对眼组织进行冷冻包埋。苏木精-伊红染色(图2A)显示角膜缘和中央角膜上皮增厚,上皮排列失去正常形态,提示非典型性增生。...
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炎症在角膜缘干细胞缺乏症的发生发展中起关键作用18,但其具体机制和影响仍需进一步探索。为解决这一问题,我们通过刮除中央角膜上皮并缝合中央角膜基质以诱发严重的角膜炎症,从而建立LSCD模型。我们在造模后第1、3、7天观察了角膜炎症的演变过程以及角膜缘干细胞的状态。造模后第3天,可见大鼠角膜缘明显水肿、显著新生血管形成及局部组织增生增加,这些均为角膜缘干细胞缺乏的典型特征。至第7天,角膜水肿进一步加重,新生血管数量持续增加。通过RT-qPCR和免疫荧光染色技术发现,造模后第7天,巨噬细胞标志物ED1、中性粒细胞标志物PMN以及中央角膜上皮炎症因子MIP-1α和IL-1β的表达水平显著升高。在炎症进展过程中,角膜上皮细胞特异性转录因子Pax6和角膜特异性角蛋白Krt12的免疫荧光成像信号及相关mRNA表达水平均显著降低。而皮肤相关鳞状上皮化生标志物Krt10和角膜上皮标志物Sprr1b的mRNA表达在炎症进展过程中升高,提示出现异常分化。干细胞标志物ABCG2的mRNA表达显著下降,前体细胞标志物p63仍有表达。结晶紫染色图像及CFE结果显示,在炎症条件下,角膜缘干细胞数量减少。综合分析表明,造...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究部分得到了贵州省科技项目(黔科合JC-ZK[2024]ZD043)、福建省杰出青年科学基金(2023J06053 [致S.O.])、国家自然科学基金(编号82101084 [致S.O.])以及国家留学基金管理委员会(CSC,202306310049 [致Y.W.])的支持。
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