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HA是构成结缔组织的主要成分,作为大分子糖胺聚糖分布于各组织细胞间质内,发挥细胞粘合、渗透压调节等生理功能。玻璃体含有大量的HA,灵长目类的玻璃体液(vitreoushumor,fluidvitreous,也称液状玻璃体)含HA的浓度为100~900μg/ml,随种属的不同而异,大鼠和兔的浓度仅为30μg/ml[3~6];同样,在玻璃体凝胶(vitreousgel,gelvitreous,也称胶状玻璃体)中的含量也随种属具有很大的差异[3]。Osterlin研究发现玻璃体液和玻璃体凝胶含HA的量差别很大,如前者的HA浓度为24μg/ml,而后者的浓度为142μg/ml。Balazs报道玻璃体的HA含量牛和枭猴(owlmonkey)最高(200~1000μg/ml),而成年兔、狗、猫和鸡的浓度最低(10~60μg/ml),介入两者之间的是成人和罗猴(rhesusmonkey)(100~400μg/ml)[7~9]。
研究发现,新生动物玻璃体的HA含量往往较低,仅为成年时的5%,随着眼玻璃体体积的增大,HA的含量逐渐增加,至性成熟时达到最高水平。随后基本维持不变,即使到老年期,HA的含量也仅有轻微的变化。
Laurent等[10,11]对牛眼玻璃体HA的相对分子质量(Mr)进行了测定,发现其Mr呈多分散性,具有相对低的聚合度,但灵长目类玻璃体HA具有较高的Mr[4]。采用放射分析和凝胶层析等手段[6,12],分别对玻璃体凝胶和玻璃体液HA的Mr进行了测定,发现新生小牛玻璃体液的HAMr平均为4×106,而玻璃体凝胶的HAMr为(2~3)×106;兔眼玻璃体液HAMr(5×106)也比玻璃体凝胶者[(2~3)×106]高。结果提示,玻璃体液的HA不仅仅是来自于玻璃体凝胶HA的降解产物。Osterlin等对小牛及成年牛眼玻璃体HA的Mr测定结果表明,随着年龄递增,HA的Mr逐渐降低。因此,大量的研究发现成年牛眼玻璃体HA的Mr较低,可能既有种属原因、也有年龄因素所致。
玻璃体主要由HA、胶原纤维及可溶性蛋白质等组成,胶原形成的网状结构起固体支架作用,HA的大分子网状结构可结合大量的水分,形成凝胶充填于其中,两个网状体系相互平衡。胶原的收缩力与HA凝胶的溶胀力相抵;HA形成的凝胶赋予玻璃体一定的渗透压,调控玻璃体内的水分,而胶原的弹性则具有将玻璃体的水分压出的趋势,由此维持玻璃体内水的平衡;同时,胶原使玻璃体富有弹性,若离心除去玻璃体胶原,所剩的HA呈粘液;若用透明质酸酶(HAas)将HA降解除去,玻璃体则萎缩,失去其凝胶状[8]。胶原和HA在玻璃体的分布呈不均一状,玻璃体前部胶原的含量最高、中部最低,而HA的分布正相反,后部的含量比较高,邻近睫状体和视网膜皮质处玻璃体凝胶含HA的浓度最高,玻璃体中央及紧邻后房的玻璃体前部浓度最低。HA合成细胞(hyalocytes)位于视网膜和睫状体附近,通过其不断的合成以及通过晶状体和睫状体之间的环形出口向后房的排出以维持该浓度梯度。HA是大分子物质,不能穿过视网膜基膜、睫状体和晶状体,不能从邻近组织进入玻璃体,只能通过没有基膜的前部皮质处凝胶到达后房。在此,由不断形成的房水将其稀释、冲入前房,前房中的HA随房水经小梁网排入Schlemm管流出球外。
HA在玻璃体内所发挥的生理功能至今未明确。玻璃体在眼内为一独立的组织区室,HA形成的大分子网状结构具有分子筛的排阻作用,将玻璃体内的细胞局限在皮质区,阻止细胞回流,与基底膜一起将玻璃体内的蛋白质浓度维持在较低的水平。由于HA的分布与胶原和蛋白质的分布不相平行,因此它的合成及调节其代谢的因素可能与胶原和蛋白质不同。有人认为,玻璃体内的HA不过是一种基质填充物(matrix-filler),不像以前所想象的如此重要。当眼发生病变时,眼玻璃体内HA的浓度明显升高是由于HA的蓄积而不是受到刺激增加其合成以达到某种生理需要而致[7]。
玻璃体发生的凝胶状和液状转换以及老化等造成的凝胶结构的退行性变等均由HA的网状结构和胶原网状结构体系发生紊乱所致。
玻璃体HA的来源至今尚不明了,鉴于玻璃体内的细胞局限在皮质区,而此处的HA浓度最高,因此推测这些细胞是玻璃体HA的来源。还有研究发现无细胞的玻璃体组分和睫状体也能合成HA。玻璃体的HA浓度受HA的合成及排泄速率的影响,有许多因素可影响HA的合成及排泄,这也是玻璃体HA浓度存在广泛的种属和个体差异性的原因之一。
Swann等对玻璃体HA的排泄进行了研究,将玻璃体从眼中吸出后立即再回注,21d后发现,尽管蛋白质浓度和血管的通透性没有多大的改变,但玻璃体HA的浓度却明显降低,结果提示玻璃体结构的破坏会造成HA的排泄加快。将14C标记的HA注入猴玻璃体内,4d和25d的测定结果表明,HA的每日排泄比率是一致的,该实验所得的t1/2为33d。结果还表明玻璃体前部较高含量的胶原对排泄起屏障作用,灌、吸玻璃体使该屏障作用受到破坏,导致HA的排泄加快,使玻璃体HA的含量降低。
很早就在房水(aqueoushumor)中检测到HA的存在[12,13],由于其所含的HA浓度较低(0.5~6.0μg/ml),因此,只有在20世纪80年代建立了敏感的HA检测手段[14,15]之后,才使房水中HA含量的种属和个体差异得以确定[5,15]。人和兔房水中的HA浓度均大约为1.1μg/ml。枭(owl)和鱼的眼睛非常特别,其前房含有粘稠的房水,含HA的浓度较高。
Osterlin等发现手术方式也会造成其房水HA浓度的改变,行使白内障囊内摘除术的患者房水中的HA浓度明显高于囊外摘除术患者,有晶状体眼的玻璃体HA浓度明显高于无晶状体眼[7]。
角膜基质含有的HA对维持角膜形态稳定具有重要的作用。角膜所含HA的量决定了其溶胀压,该压力与眼内压及细胞对物质的主动转运所致的压差相平衡,由此保持角膜的正常状态。Hedbys等发现,角膜对水的阻力完全是由基质中的HA网状结构所产生[16]。当内皮细胞损伤时,基质内的HA则吸水溶胀,打破了以上的平衡状态,导致角膜的肿胀[17]。有研究结果提示角膜内皮细胞可合成HA,形成的HA覆盖在角膜内皮上形成了一层薄膜,目前对该膜的生理功能尚不明确。
凌沛学 主编 张天民 主审
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