Многочисленные гликопротеиновые и гликолипидные молекулы встроены в клеточную мембрану эпителиальных клеток. Эти содержащие олигосахариды молекулы образуют в мембране плавающие частицы, которые в совокупности называют гликокаликсом и которые придают гидрофильные свойства передней поверхности поверхностных эпителиальных клеток. Гликокаликс взаимодействует с муциновым слоем слезной пленки и помогает поддерживать ее трехслойную структуру.[72],[73] Потеря либо гликокаликса клеток эпителия роговицы, либо бокаловидных клеток в эпителии конъюнктивы приводит к нестабильности слезной пленки и муцинодефицитной форме синдрома сухого глаза.
Поверхностные клетки эпителия роговицы соединены десмосомами, адгезивными контактами и плотными контактами (см. рис. 1.4, 1.5 и 1.6), которые предотвращают прохождение веществ через межклеточное пространство. Исследование проникновения флуоресцеина в строму роговицы с помощью флуорофотометра позволяет оценить барьерную функцию эпителия роговицы.[74]
Крыловидные клетки
Под поверхностными клетками расположены два-три слоя крыловидных клеток, названных так из-за их характерной формы, напоминающей крыло. Крыловидные клетки находятся в промежуточном состоянии дифференцировки между базальными и поверхностными клетками и богаты внутриклеточными тонофиламентами, состоящими из кератина (см. таблицу 1.2). Клеточные мембраны соседних крыловидных клеток взаимопереплетаются. Между крыловидными клетками присутствуют многочисленные десмосомы, адгезивные контакты и щелевые контакты (см. рис. 1.4, 1.5 и 1.6).
Базальные клетки
Однослойный пласт столбчатых базальных клеток эпителия роговицы покоится на базальной мембране. Базальные клетки, в отличие от поверхностных и крыловидных, обладают митотической активностью и последовательно дифференцируются в крыловидные и поверхностные клетки (см. таблицу 1.2). Соседние базальные клетки переплетаются латерально и соединены десмосомами, щелевыми контактами и адгезивными контактами. Задняя поверхность базальных клеток плоская и прилегает к базальной мембране.
Базальные клетки прикрепляются к базальной мембране с помощью гемидесмосом, которые связаны с якорными фибриллами коллагена VII типа, секретируемыми самими клетками (см. рис. 1.4).[75],[76] Якорные фибриллы проникают сквозь базальную мембрану и уходят в строму, где вместе с коллагеном I типа, основным компонентом стромы, образуют якорные бляшки. Адгезивные контакты присутствуют на латеральной поверхности базальных клеток эпителия роговицы и, как полагают, опосредуют межклеточное взаимодействие.[77]
Представители семейства интегринов — рецепторов клеточной поверхности для белков компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) — существуют в виде гетеродимеров α- и β-субъединиц.[78] Гетеродимер интегрина α5β1, который является основным рецептором для фибронектина, присутствует на поверхности базальных клеток в нормальном эпителии роговицы.[79–83] Все эпителиальные клетки, подвергающиеся активной миграции после дебридмента эпителия роговицы, экспрессируют интегрин α5β1.[83],[84]
Базальная мембрана
Как и в эпителиях других частей тела, базальные клетки эпителия роговицы закреплены на базальной мембране. Наличие базальной мембраны между базальным эпителием и подлежащей стромой фиксирует полярность эпителиальных клеток. Ультраструктурно базальная мембрана толщиной 40–60 нм состоит из светлого слоя (lamina lucida), расположенного непосредственно за клеточной мембраной базальных эпителиальных клеток, а также электронно-плотного слоя (lamina densa) (см. рис. 1.4). Коллаген IV типа и ламинин являются основными компонентами базальной мембраны (рис. 1.7).
Рис. 1.7 Иммунофлуоресцентный анализ экспрессии матриксных белков в эпителии роговицы крысы. (A) Фибронектин. (B) Коллаген I типа. (C) Коллаген IV типа. (D) Ламинин.
Базальные мембраны эпителия роговицы и конъюнктивы содержат разные цепи коллагена IV типа, хотя функциональное значение этого различия неизвестно. В то время как коллаген α5(IV) присутствует в базальной мембране роговицы, коллаген α2(IV) присутствует в базальной мембране конъюнктивы (а также в амниотической мембране) (рис. 1.8).
Рис. 1.8 Дифференциальная экспрессия изоформ α2(IV) и α5(IV) коллагена IV типа в роговице, конъюнктиве и амниотической мембране человека. Стрелка указывает на окончание слоя Боумена. *(Перепечатано с разрешения: Fukuda K et al. Differential distribution of subchains of the basement membrane components type IV collagen and laminin among the amniotic membrane, cornea, and conjunctiva. Cornea 18:73-79, 1999.)*
Слой Боумена
Бесклеточная мембраноподобная зона, известная как слой Боумена или мембрана Боумена, обнаруживается при световой микроскопии на границе между эпителием и стромой роговицы у человека и некоторых других млекопитающих (но не у грызунов). Поскольку эта структура толщиной 12 µm является не мембраной, а скорее случайным расположением коллагеновых волокон и протеогликанов, термин «слой Боумена» является более предпочтительным. Коллагеновые волокна в слое Боумена представлены преимущественно коллагенами I и III типов. Диаметр этих волокон составляет 20–30 нм, что меньше диаметра коллагеновых волокон, присутствующих в строме роговицы (22.5–35 нм) (см. рис. 1.4).
Слой Боумена считается передней частью стромы роговицы. Передняя поверхность этого слоя, обращенная к базальной мембране, гладкая. Поскольку коллагеновые волокна в слое Боумена синтезируются и секретируются стромальными кератоцитами, они кажутся непрерывными по отношению к волокнам в строме.
Биологические функции, первоначально приписываемые слою Боумена, теперь, как полагают, опосредуются базальной мембраной. Слой Боумена не регенерирует после повреждения. Современный клинический опыт применения эксимерной лазерной фотоабляции показывает, что нормальный эпителий формируется и поддерживается даже в отсутствие слоя Боумена. Более того, многие млекопитающие не имеют слоя Боумена, но при этом демонстрируют хорошо организованную структуру эпителия. Таким образом, физиологическая роль слоя Боумена остается неясной.
Строма роговицы и склеры
Обзор
Строма составляет наибольшую часть, более 90%, толщины роговицы. Периферическая часть роговицы соединяется с передней частью склеры в области лимба, где ткань теряет свою прозрачность. Многие характеристики роговицы, включая ее физическую прочность, стабильность формы и прозрачность, в значительной степени обусловлены анатомическими и биохимическими свойствами стромы. Равномерное расположение и непрерывное медленное обновление (синтез и деградация) коллагеновых волокон в строме имеют важное значение для прозрачности роговицы.
Склера также состоит в основном из коллагеновых волокон и других макромолекул матрикса, но неоднородность расположения этих волокон объясняет отсутствие у нее прозрачности.[85] Толщина стромы склеры варьирует примерно от 0.5 нм до 1.0 мм в зависимости от области, за исключением мест прикрепления прямых мышц, где склера наиболее тонкая. Прочность стромы склеры имеет важное значение для ее роли в качестве контейнера для внутриглазных тканей. Склеральные фибробласты встроены в коллагеновые ламеллы.
Клетки
Кератоциты являются преобладающим клеточным компонентом стромы роговицы; считается, что их обновление происходит примерно каждые 2–3 лет. Веретеновидные кератоциты рассеяны среди ламелл стромы (рис. 1.9). Эти клетки имеют длинные отростки, и отростки соседних клеток соединены на своих концах щелевыми контактами (рис. 1.10).[86] Трехмерную сетевидную структуру кератоцитов можно наблюдать с помощью световой микроскопии в плоских препаратах стромы роговицы, с помощью конфокальной биомикроскопии, а также, после переваривания стромального коллагена, с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 1.10).[87]
Рис. 1.9 Трансмиссионная электронная микроскопия стромы роговицы человека. (A) Кератоцит, локализованный между стромальными ламеллами. (B) Вид при большем увеличении, демонстрирующий кератоцит в соотношении с коллагеновыми волокнами, идущими в различных направлениях.
Рис. 1.10 Электронная микроскопия стромы роговицы. (A) Ламеллярная структура коллагеновых волокон и электронно-плотные щелевые контакты (1) между клеточными отростками кератоцитов в роговице человека. (B) Трехмерный вид кератоцитов в роговице крысы после переваривания коллагена. Обратите внимание на клеточную сеть, образованную кератоцитами.
Кератоциты подобны фибробластам и обладают развитым внутриклеточным цитоскелетом, включая выраженные актиновые филаменты. Таким образом, в нормальной роговице кератоциты находятся в состоянии покоя, но легко активируются и претерпевают трансформацию в миофибробласты, экспрессирующие α-гладкомышечный актин, в ответ на различные типы повреждений стромы.[88] Миофибробласты вырабатывают ВКМ, коллагендеградирующие ферменты, матриксные металлопротеиназы (ММП) и цитокины для восстановления стромальной ткани, а их способность к сокращению способствует закрытию раны.
Хотя склеральные фибробласты охарактеризованы не так подробно, как кератоциты, считается, что они подобны фибробластам в других частях тела. Как и в строме роговицы, для гомеостаза соединительной ткани требуется медленное обновление коллагеновых волокон склеральными фибробластами. Деградация матрикса склеральными фибробластами стимулируется производными простагландинов, что частично объясняет увеличение увеосклерального оттока водянистого юмора и снижение внутриглазного давления, вызываемые такими препаратами.[89] Активация склеральных фибробластов внешними стимулами, такими как травма или хирургическое вмешательство, также приводит к их трансдифференцировке в миофибробласты и последующему фиброзу тканей.
Коллаген
Клеточные компоненты (в основном кератоциты) занимают лишь 2–3% от общего объема стромы роговицы,[90] при этом оставшаяся часть состоит преимущественно из компонентов ВКМ — коллагена и протеогликанов. Коллаген составляет более 70% от сухого веса роговицы. Коллаген в строме роговицы представлен в основном I типом, также присутствуют небольшие количества III, V и VI типов.[91–100] Протеогликаны распределены между основными коллагеновыми волокнами.