При инфекционном изъязвлении стромы роговицы ферменты, разрушающие ВКМ стромы, высвобождаются как клетками хозяина, так и инфицирующими бактериями. Кроме того, эластаза Pseudomonas напрямую разрушает коллаген, а также способствует его деградации кератоцитами, частично через активацию про-ММП.^[186] Таким образом, при инфекционном изъязвлении роговицы у людей наблюдается по крайней мере три различных пути деградации коллагеновых волокон стромы: (1) прямое разрушение бактериальной коллагеназой, (2) деградация ММП, высвобождаемыми кератоцитами (или миофибробластами), активированными бактериальными факторами, такими как эластаза, или (3) активация инфильтрирующими воспалительными клетками.

Цитокины и факторы роста

Как кератоциты, так и инфильтрирующие клетки, такие как лимфоциты, нейтрофилы и макрофаги, секретируют цитокины или факторы роста и модулируют поведение клеток в заживающей строме роговицы. Каждый цитокин или фактор роста активирует пути передачи сигнала, которые регулируют экспрессию специфических генов, участвующих в воспалительном ответе. Воздействие на такую регуляцию на уровне лиганда или сигналинга может дать новые стратегии лечения патологий, связанных с ранением. Считается, что TGF-β играет ключевую роль в заживлении стромы роговицы.^[187],[188] Он экспрессируется как эпителиальными клетками, так и клетками стромы (кератоцитами или склеральными фибробластами), а также воспалительными клетками, которые активируют клетки стромы и способствуют их трансдифференцировке в миофибробласты. Миофибробласты способствуют не только заживлению ран, но и посттравматическому рубцеванию стромы роговицы и склеры в результате избыточной выработки компонентов матрикса. Блокада сигналинга TGF-β эффективно снижает фиброгенную реакцию и последующее рубцевание и помутнение на мышиной модели щелочного ожога роговицы.^[187],[188]

Провоспалительный цитокин фактор некроза опухоли (TNF)-α также активируется в ответ на повреждение.^[189] TNF-α вызывает различные эффекты в роговице при патологических состояниях, таких как травма, аллергия и инфекция.^[190–193] Однако полная потеря TNF-α в роговице мышей с нокаутом приводит к усилению воспаления после щелочного ожога, что позволяет предположить, что роль TNF-α в роговице может зависеть от конкретного состояния.^[194]

Неоваскуляризация в строме роговицы

Роговица представляет собой аваскулярную ткань и должна оставаться прозрачной для правильного преломления света. Неоваскуляризация роговицы, возникающая вследствие воспаления, связанного с различными состояниями, такими как травма, микробная инфекция или щелочной ожог, либо вследствие дефицита лимбальных стволовых клеток, может таким образом привести к нарушению зрения. Цитокины и факторы роста координируют поведение клеток, связанное с развитием неоваскуляризации роговицы. Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и TGF-β таким образом способствуют неоваскуляризации, вызванной повреждением, при этом компоненты ВКМ поддерживают рост новых сосудов. Эти факторы активируются в строме роговицы (как в воспалительных, так и в резидентных клетках) во время заживления ран или при воспалительных заболеваниях.^[195]

Развитие переднего сегмента глаза

Характеристика развития тканей глаза в ходе эмбриогенеза важна для понимания патогенеза врожденных аномалий роговицы и переднего сегмента глаза (Рис. 1.14).^[196],[197] Морфогенез глаза осуществляется клеточными линиями различного происхождения, включая поверхностный и нейральный эктодермы в процессе эмбрионального развития. Эпителиальные клетки роговицы происходят из эпидермальной эктодермы, тогда как кератоциты, склеральные фибробласты и эндотелиальные клетки имеют происхождение из нервного гребня (нейроэктодермальное происхождение). Поверхностная эктодерма над нейрональной оптической чашей инвагинирует, образуя хрусталик. После того как хрусталиковый пузырек отделяется от поверхностной эктодермы, эпителий на незрелом хрусталике дифференцируется в эпителий роговицы. Мезенхимальные клетки, производные нервного гребня, мигрируют в пространство между хрусталиком и примитивным эпителием роговицы и развиваются в строму роговицы, эндотелий, радужку и трабекулярную сеть. Многие аномалии переднего сегмента глаза являются результатом нарушения дифференцировки этих тканей, производных нервного гребня.

Поверхностная эктодерма над оптической чашей инвагинирует на пятой неделе беременности у людей, и к шестой неделе примитивный эпителий роговицы развивает соединительные комплексы. Большинство склеральных фибробластов дифференцируются из клеток нервного гребня, окружающих оптическую чашу на шестой неделе. Мезедермальные клетки также вносят вклад в развитие склеры и внеглазных мышц. Мезенхима, производная клеток нервного гребня, мигрирует в пространство между примитивным эпителием роговицы и хрусталиковым пузырьком тремя волнами в течение седьмой недели. Первая волна миграции приводит к формированию эндотелия роговицы и трабекулярного эндотелия; вторая волна клеток дифференцируется в кератоциты; а третья волна дает начало радужке. В течение восьмой недели кератоциты формируют от пяти до восьми слоев коллагеновых ламелл, и эндотелий роговицы начинает формировать мембрану Десцеме. Дефекты миграции мезенхимальных клеток, производных нервного гребня, ответственны за аномалии роговицы и переднего сегмента глаза, включая аномалию Питерса. Ряд генов, включая гены, кодирующие TGF-β2 и транскрипционный фактор FOXC, были связаны с дифференцировкой клеток нервного гребня в примитивную строму роговицы у мышей.^[198]

Пространства между коллагеновыми волокнами заполняются протеогликанами, которые образуются в результате связывания цепей гликозаминогликанов с ранее накопившимися ядерными белками. Даже к шестому месяцу беременности роговица все еще не полностью созрела. Эпителий имеет всего три или четыре слоя клеток, и кератансульфатные протеогликаны продолжают накапливаться. Однако в течение седьмого месяца роговица хорошо развита, эпителий состоит из четырех или пяти слоев с четко различимыми базальными, крылатыми и поверхностными клетками. Строма к этому времени также почти полностью развита, и накопление кератансульфатных протеогликанов между коллагеновыми волокнами практически завершено. Гиалуронан является основным гликозаминогликаном в строме роговицы на ранних стадиях эмбрионального развития, но его количество снижается одновременно с увеличением содержания кератансульфата, хондроитинсульфата и дерматансульфата, что приводит к составу гликозаминогликанов, сходному с составом стромы взрослого организма.^[199]

Последние достижения в технологиях трансгенеза и генного нокаута у мышей позволили получить важные сведения о роли специфических генов в развитии и гомеостазе тканей роговицы, а также о врожденных аномалиях у людей.^[199],[200] Интерпретация таких исследований также зависит от понимания нормального процесса развития глаза у мыши (см. Рис. 1.14). Поверхностная эктодерма инвагинирует в оптическую чашу на эмбриональный день (E) 10.5 у мышей. К E12.5 примитивный хрусталик уже отделился от поверхностной эктодермы, которая станет эпителием роговицы, и мезенхима, производная нервного гребня, начала мигрировать в пространство между примитивным эпителием роговицы и хрусталиком. В отличие от эмбриона человека, клетки, производные нервного гребня, мигрируют в это пространство одной волной. К E14.5 у эмбриона уже развились эпителий, строма и эндотелий роговицы, а к E18.5 толщина стромы роговицы увеличилась в результате синтеза макромолекул матрикса. Верхнее и нижнее веки срастаются друг с другом между E14.5 и E16.5; веки разделяются и глаза открываются после рождения, после чего эпителий роговицы проходит окончательное созревание.