【摘要】　Lumican是一种隶属于SLRP家族的细胞外蛋白,它与巩膜的正常生长发育、角膜透明性的维持及近视的发生等有密切关系,临床上对Lumican在眼部角膜等上皮损伤修复中的作用也日益重视。本文主要对Lumican在眼部的表达和功能的实验研究现状作一综述。

    Lumican是一种隶属于富含亮氨酸的小分子蛋白聚糖( small leucine2rich p rotelglycans, SLRP)家族的细胞外蛋白,最早在牛角膜基质中发现[ 1 ] ,随着研究技术的改进和实验方法的改良,发现其广泛存在于哺乳动物的结缔组织中,并且Lumican对维持眼部正常结构和损伤修复具有重要作用。

    1　Lum ican简介

    1. 1　Lum ican 分子结构　小鼠Lumican核心蛋白由338个氨基酸残基组成,核心蛋白的N端连接硫酸化的酪氨酸残基,不同脊椎动物的蛋白一级结构同源性极高[ 2 ] 。

    1. 2　Lum ican的存在形式　Lumican根据其聚糖修饰形式的不同以糖蛋白和蛋白聚糖2种形式存在:核心蛋白共价连接未硫酸化的聚乙酰氨基乳糖的糖蛋白形式与核心蛋白共价连接硫酸化的硫酸角质素( keratan sulfate, KS)侧链的蛋白聚糖形式[ 3 ] 。

    1. 3　Lum ican基因定位　研究人员测得小鼠Lumi2can基因位于第12号染色体远端,由3个外显子和2个内含子构成,全长6. 9 kb,其编码的mRNA长度为1. 9 kb[ 4 ] 。

    1. 4　Lum ican 的调控序列　研究发现Lumican基因在转录起始点上游第27个核苷酸位点有一转录起始必需的TATCA元件,另一必需元件是GC富含序列,可以结合转录起始因子SP1和SP3。与小鼠不同的是人类在GC富含区的上游还有一个顺式作用元件,一些组织特异性反式作用因子可结合于其上,抑制Lumican的表达[ 5 ] 。

    2　Lum ican在角膜的表达

    2. 1　Lum ican在角膜发育中的表达　小鼠出生后10 d角膜组织中Lumican核心蛋白含量达到高峰,硫酸化KS侧链出现时间要比Lumican核心蛋白晚,出生后20 d含量达高峰。在小鼠自然睁眼之前,角膜基质中的Lumican是糖蛋白形式;自然睁眼之后,角膜中才出现Lumican蛋白聚糖。在鸡胚眼角膜逐渐透明发育过程中,Lumican也经历由糖蛋白形式向蛋白聚糖形式的转变[ 6 ] 。由此推测,Lumican在角膜透明发育的发生中发挥着重要的作用。

    2. 2　Lum ican与角膜的透明性　角膜是眼球重要的屈光介质,角膜的屈光力超过眼球总屈光力的2 /3,角膜的组织结构也非常复杂,共分为5层,其中90%由角膜基质构成,角膜胶原纤维的正确空间构型维持角膜的透明性[ 7 ] 。Lumican在角膜发育及其透明性中发挥着重要的作用,有文献报道[ 8 ]通过比较新生Lumican基因敲除小鼠和野生型CD1小鼠的角膜基质的发育和角膜透明性的特点来阐明Lumi2can的作用,结果发现野生型小鼠出生12 d后比刚出生时角膜的散光性降低50% ,同时角膜基质细胞的密度下降了60% ,而角膜基质在第8至12天表现出明显的膨胀,第14 天开始收缩变薄。与野生型CD1小鼠相比,Lumican基因缺陷小鼠的角膜散光性明显增加;角膜发育也明显异常,角膜基质的收缩在出生后3周才开始出现;角膜基质细胞的密度大幅上升但总的细胞数目并没有增多,角膜肿胀混浊。由以上观察结果可以得出:正常新生小鼠角膜的透明性可能与角膜细胞的密度变化有关,在眼睑睁开的过程中(小鼠出生后8～14 d)角膜基质经过了明显的膨胀和收缩变薄的过程。而在Lumican基因缺陷小鼠,基质的膨胀过程是缺失的,可以推测在基质发育中膨胀这一关键阶段是Lumican依赖性的,并且Lumican对基质的生长和维持基质的透明性至关重要。另外,其他相关研究也同样发现Lumican ( - /- )小鼠角膜混浊[ 9 ] 。

    研究者利用同步加速器分别测量Lumican基因缺失小鼠和野生小鼠的角膜平均胶原纤维直径、纤维间隔和空间排列[ 10 ] 。结果发现小鼠缺失Lumican基因后,其角膜基质胶原纤维直径增粗且不均匀,纤维间隔增大,空间结构排列紊乱,角膜基质的这些变化可以对角膜的透明程度产生影响。更进一步的研究发现[ 11 ] ,Lumican主要影响角膜后部的胶原纤维结构,Lumican基因缺失小鼠角膜前部的胶原纤维结构未发现明显变化,但角膜后部表现出明显的结构异形性。

    此外,角膜损伤后Lumican除了诱导角膜上皮细胞与角膜基质细胞迁移之外,还能增加巨噬细胞和中性粒细胞,诱导肿瘤坏死因子α与白细胞介素21的合成来增强炎症反应[ 12 ] 。

    2. 3　Lum ican在角膜损伤中的表达　角膜损伤后,在伤口的愈合过程中,Lumican不仅在角膜基质细胞高水平表达,而且在损伤周围的角膜上皮中也一过性表达[ 13 ] 。Saika 等[ 14 ]研究发现Lumican ( + / + )小鼠损伤的角膜上皮在角膜修复的初期一过性高表达Lumican,而Lumican ( - / - )小鼠角膜损伤的修复显著延迟,提示Lumican可能参与角膜修复。尤其这种角膜损伤后表达的Lumican是糖蛋白形式,这种糖蛋白形式的Lumican能促进角膜上皮细胞与基质细胞的迁移,有利于伤口的愈合[ 15216 ] 。

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