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  南方医科大学学报  2017, Vol. 37Issue (10): 1400-1404  DOI: 10.3969/j.issn.1673-4254.2017.10.20.
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石赟, 周凡琦, 罗洲才, 陈英华, 陈煜, 董为人. 眼球壁小梁网主要由平滑肌纤维构成且不存在内皮细胞[J]. 南方医科大学学报, 2017, 37(10): 1400-1404. DOI: 10.3969/j.issn.1673-4254.2017.10.20.
SHI Yun, ZHOU Fanqi, LUO Zhoucai, CHEN Yinghua, CHEN Yu, DONG Weiren. Histological structure of the trabecular meshwork in the eyeball:challenging the traditional concept and preliminary findings in rabbits, rats and mice[J]. Journal of Southern Medical University, 2017, 37(10): 1400-1404. DOI: 10.3969/j.issn.1673-4254.2017.10.20.

作者简介

石赟,E-mail:2995688110@qq.com

通信作者

董为人,博士,博士生导师,E-mail:1605245947@qq.com

文章历史

收稿日期:2017-02-13
眼球壁小梁网主要由平滑肌纤维构成且不存在内皮细胞
石赟1, 周凡琦1, 罗洲才1, 陈英华2, 陈煜3, 董为人3     
1. 南方医科大学 基础医学院, 广东 广州 510515;
2. 南方医科大学 组织学与胚胎学教研室, 广东 广州 510515;
3. 南方医科大学 学实验教学管理中心//国家级医学基础实验教学示范中 心//国家级医学形态学虚拟仿真实验教学中心, 广东 广州 510515
摘要: 目的 证明小梁网(TM)主要由平滑肌纤维而非胶原纤维构成,且不存在内皮细胞。方法 选用家兔、SD大鼠、小鼠各3只,新鲜眼球共18只,沿矢状面对半切开眼球,石蜡包埋,常规组织切片,每个标本选取5片,分别采用HE染色、VG染色、Masson染色、α-SMA及CD31免疫组化法染色,显微镜下观察,并扫描成数字切片。将TM与巩膜胶原纤维、睫状肌(平滑肌)细胞、血管内皮细胞进行对比观察。结果 HE染色:3种动物TM呈紫红色粗丝状结构,交织成网,与睫状肌纤维胞质染色高度一致;TM表面附着的“细胞”界限不清,核扁,细长,呈深紫色,其“胞质”与TM无明显界限;睫状肌为典型的平滑肌,按不同方向成束排列,纵切的细胞呈扁平状,胞质紫红色,核扁,细长;巩膜内胶原纤维呈红色,深染;成纤维细胞少,依附于胶原纤维,其长轴与胶原纤维长轴一致,轮廓不清,核细长呈线样,深紫蓝色;血管内皮细胞胞质呈淡紫色,核深染,由于切面原因而呈不同的形状,突于腔内。VG染色:TM呈淡红色细丝状,胶原纤维呈亮红色粗条状。Masson染色:TM呈红绿相间网格状结构,其中以红色结构为主;巩膜胶原纤维呈绿色波浪状;血管内皮细胞呈绿色扁平状;睫状体的平滑肌纤维呈紫红色。α-SMA免疫组化:TM部分呈强阳性反应,胞质呈棕黄色颗粒;巩膜内胶原纤维及血管内皮细胞呈阴性;睫状体内的平滑肌纤维呈强阳性。CD31免疫组化:三种动物染色结果虽略有差异,但均为阴性。结论 TM主要由平滑肌纤维构成,外周包绕微量胶原纤维(肌内膜),不存在内皮细胞。
关键词: 小梁网    平滑肌    胶原纤维    内皮细胞    免疫组织化学术    组织切片    
Histological structure of the trabecular meshwork in the eyeball:challenging the traditional concept and preliminary findings in rabbits, rats and mice
SHI Yun1, ZHOU Fanqi1, LUO Zhoucai1, CHEN Yinghua2, CHEN Yu3, DONG Weiren3     
1. College of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China;
2. Department of Histology and Embryology, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China;
3. Experimental Teaching and Administration Center/State-level Basic Experimental Teaching Demonstration Center/State-level Virtual Simulation Center for Medical Morphology, College of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China
Abstract: Objective To verify that the trabecular meshwork (TM) in the wall of the eyeball consists of smooth muscle fibers instead of collagen fibers or endothelial cells. Methods Eighteen fresh eyeballs from 3 rabbits, 3 SD rats and 3 mice were sectioned along the sagittal plane and sliced after paraffin embedding for HE staining, VG staining, Masson staining, α-SMA immunohistochemistry or CD31 immunohistochemistry. These slices were observed under microscope and the structure of the TM was compared with those of scleral collagen fibers, ciliary muscles and endothelial cells. Results HE staining of the eyeball slices from the 3 animal species resulted in purplish red staining of the TM, which was highly consistent with ciliary muscle fibers. The cell-like structures on the surface of the TM were not clearly outlined, with flat nuclei showing a dark purple staining; these structures did not show obvious boundaries from the TM. Ciliary muscle fibers, which were smooth muscle cells in nature, were aligned in bundles in various directions. The longitudinally sectioned cells were flat and contained purplish cytoplasm and highly flattened nuclei. Scleral collagen fibers were stained dark red with a few fibroblasts sandwiched among them. The long axis of the fibroblasts was in parallel with that of the collagen fibers. The outline of the fibroblast was not clear and the nucleus was flat in dark blue. The vascular endothelial cells presented with different morphologies and contained light purplish cytoplasm and dark nuclei, protruding into the vascular cavity. VG staining of the TM revealed a pale red filamentous structure, and the collagen fibers were stained bright red. Masson staining of the TM showed a reticular structure consisting mainly of dark red fibers intermingled with thin green fibers. Scleral collagen fibers presented with a cord-like green wavy structure. The endothelial cells were green and flat, while the ciliary smooth muscle fibers were purple. In immunohistochemistry for α-SMA, the TM and the ciliary smooth muscle fibers showed a strong positivity in the cytoplasm, while the scleral collagen fibers and vascular endothelial cells showed negative staining; immunohistochemistry for CD31 showed no obvious positive staining in the TM, collagen fibers or ciliary smooth muscle cells from all the animals in spite of slight differences among them. Conclusion The TM consists mainly of smooth muscle fibers with a thin layer of peripheral endomysium without endothelial cells.
Key words: trabecular meshwork    smooth muscles    collagen fibers    endothelial cells    immunohistochemistry    tissue slice    

原发性开角型青光眼(POAG)以眼压升高、视神经损害、视野缺损为主要临床表现,其发病机制尚未完全明确。POAG眼压升高主要是由于房水经小梁网(-TM)外流阻力的增加造成[1]。透射电镜下可见POAG患者的TM细胞脱落溶解,细胞膜不完整,细胞核肿胀或皱缩,线粒体水肿,基底膜增厚,弹性纤维增多且排列紊乱[2]。可见,TM是POAG的主要成因,亦可成为治疗的靶点。

TM位于巩膜静脉窦内侧,交叉成网格状,由小梁和小梁间隙构成,是房水循环进入巩膜静脉窦的必由之路。关于其组织结构,国内、外教科书一致认为,小梁为胶原纤维,小梁间隙表面覆以内皮[3]。早期对TM结构的大量研究中同样认为TM主要由胶原纤维和内皮细胞构成,如邹欢[4]研究显示TM是一种类海绵状板层结构,由多孔扁平的胶原纤维构成,眼压波动TM会发生一定形态结构变化;近年来,Koudouna等[5]认为TM的细胞片层是由胶原纤维和少量小梁内皮细胞组成,其间所充斥的细胞外基质分子包括,弹性蛋白、胶原蛋白和一些高密度电子的黑色颗粒物质。在仔细观察眼球壁切片时,我们发现,TM显色与巩膜胶原纤维有明显差异,而与睫状肌一致且连续。有研究表明TM细胞具有收缩活动以及机械压力[6-7],并且这种收缩活动与房水流动及眼内压密切相关[8];TM具有不均一的α-SMA强阳性显色[9]。万尚韬等[10]研究发现TM处CD31、CD34阴性显色,同时α-SMA阴性显色。

由于现有研究对TM结构描述存在争议,观察切片后我们对TM是否由胶原纤维和内皮细胞构成也产生疑问,并且猜测TM内可能存在平滑肌纤维。为证明该猜想,我们采用不同的染色法对此进行了初步的探索。

1 材料和方法 1.1 实验动物

取自南方医科大学实验动物中心健康成年家兔、SD大鼠和小鼠各3只。

1.2 实验方法

整个实验采用多种染色方法验证TM组织结构,摘取眼球[11]、切片后随机将切片分为5组,进行以下染色:HE染色、VG染色、Masson染色以及免疫组化染色。其中VG染色是针对胶原纤维最主要的特异性染色方法;Masson染色可以同时观察并区分平滑肌细胞、胶原纤维和内皮细胞;又分别采用α-SMA、CD31两种特异性抗体鉴别平滑肌与内皮细胞[12-13]

1.2.1 石蜡切片

动物处死后立即摘取眼球,并迅速放入固定液中固定24 h。常规梯度脱水、浸腊、包埋。标本用轮转切片机进行切片,厚度4 μm,每种动物标本切片10片。

1.2.2 HE染色

切片脱蜡至水,置Harris苏木精中染色,1%盐酸乙醇中分化,流水冲洗返蓝,置伊红染液中,梯度乙醇脱水,二甲苯透明,中性树胶封固,光学显微镜观察摄片。

1.2.3 VG染色

切片脱蜡至水,置Weigert氏铁苏木精染色(A、B液1:1混合,使用前混合),充分水洗,用Van Gieson氏溶液染色,快速水洗,吹干,梯度乙醇脱水,二甲苯透明,中性树胶封固,光学显微镜观察摄片。

1.2.4 Masson染色

切片脱蜡至水,置丽春红酸性复红染液染色,以1%磷钼酸水溶液分化处理,不水洗,直接用2%亮绿染液染色,快速水洗,电吹风吹干,中性树胶封固,光学显微镜观察摄片。

1.2.5 α-SMA免疫组化

切片脱蜡至水,双氧水室温下处理,消除内源性过氧化酶活性,清洗后进行抗原修复,吸去封闭液加入第一抗体,4 ℃冰箱过夜,清洗后加入第二抗体温育,DAB显色,苏木素复染封片。阴性对照除不加入第一抗体外,其余步骤同上。阳性对照选择实验组眼球内睫状肌。一抗(1:200稀释,小鼠抗)和二抗均购自博士德(羊抗)。

1.2.6 CD31免疫组化

切片脱蜡至水,双氧水室温下处理,消除内源性过氧化酶活性,清洗后进行抗原修复,吸去封闭液加入第一抗体,4 ℃冰箱过夜,清洗后加入第二抗体温育,DAB显色,苏木素复染封片。阴性对照除不加入第一抗体外,其余步骤同上。阳性对照选择实验组眼球内血管内皮细胞。一抗购自Abcam(ab28364,1: 50稀释,兔抗);二抗购自博士德(羊抗)。

2 结果 2.1 HE染色

3种动物TM呈紫红色粗丝状结构,交织成网,与睫状肌纤维胞质染色高度一致;TM表面附着的细胞界限不清,核扁,细长,呈深紫色,其胞质与TM无明显界限。睫状肌为典型的平滑肌,按不同方向成束排列。纵切的细胞呈扁平状,胞质紫红色,核扁,细长。巩膜内胶原纤维呈红色,深染;成纤维细胞依附胶原纤维,长轴与胶原纤维长轴一致,轮廓不清,核细长呈线样,深紫蓝色。血管内皮细胞胞质呈淡紫色,核深染,由于切面原因形状不一,突于腔内(图 1),TM类似睫状肌,而与胶原纤维差异明显,网格中核类似平滑肌核。

图 1 家兔眼球壁示TM H.E.染色 Figure 1 HE staining of the TM in rabbit eyeball (Original magnification: × 40). TM of all the three species stains purplish red, which is highly consistent with ciliary muscle fibers.
2.2 VG染色

TM呈现淡红色,细丝状,而胶原纤维呈亮红色(图 2),TM内胶原蛋白阳性。

图 2 家兔眼球壁示TM VG染色 Figure 2 VG staining of the TM in rabbit eyeball (× 20). TM stains reddish and the collagen fibers bright red.
2.3 Masson染色

TM呈红绿相间状,以红色结构为主,巩膜胶原纤维呈绿色波浪状,睫状体的平滑肌纤维呈紫红色(图 3A),血管内皮细胞呈绿色扁平状(图 3B),TM内存在较多的平滑肌纤维,亦可见胶原纤维。

图 3 家兔眼球壁示TM Masson染色 Figure 3 Masson staining of the TM in rabbit eyeball. A: TM stains dark red with an extremely thin greenish tissue surrounding the red fibers (×40); B: Endothelial cells are green and flat (×20).
2.4 α-SM免疫组化

TM部分呈强阳性反应,胞质呈棕黄色颗粒(图 4A)。巩膜内胶原纤维及血管内皮细胞呈阴性,睫状体内的平滑肌纤维呈强阳性。阴性对照不着色(图 4B),TM内存在平滑肌纤维。

图 4 家兔眼球壁示TM α-sm IHC Figure 4 IHC for α-sm in the TM in rabbit eyeball. A: Part of TM along with the ciliary smooth muscle fibers shows strong positive reaction with brown granules in the cytoplasm (×40); B: The scleral collagen fibers and vascular endothelial cells are negative (×20).
2.5 CD31免疫组化

3种动物染色结果虽略有差异,但均为阴性(图 5A),且血管内皮细胞呈阳性反应(图 5B),阴性对照不着色(图 5C),TM内不存在血管内皮细胞。

图 5 鼠眼球壁CD31 IHC Figure 5 IHC for CD31 in the TM in rabbit eyeball. A: TM from all the animals show negative reaction (× 40); B: Endothelial cells show positive reaction (× 40); C: Negative control (×20).

TM主要由与睫状肌延续而来的平滑肌纤维组成,其间有少量细丝状的胶原纤维;无内皮细胞。3种实验动物TM结构完整,且在五种染色中显色一致,说明其结构有生物共性。

3 讨论

在常规HE染色切片上我们发现,TM染色与睫状肌内的平滑肌纤维相似,似乎TM由平滑肌细胞组成。而且,TM似乎由睫状肌延续而来。进一步地,我们通过α-SM免疫组化和Masson染色证实:TM中存在较多的平滑肌纤维,其染色与睫状肌一致且连续。为了排除TM由胶原纤维组成,我们进行了胶原蛋白特异性的VG染色和Masson染色,结果仅在TM表面发现少量胶原纤维。我们推测,这极有可能为平滑肌纤维的肌内膜。为了证明TM小梁间隙表面不存在内皮细胞,我们用血管内皮细胞的特异性抗原CD31进行免疫组化染色,结果均为阴性,从而证实TM内根本不存在内皮细胞。实际上,之前已经有实验证明,人、猪、狗、牛眼球TM中内皮细胞特异性的凝血因子Ⅷ,CD31和CD34免疫组化阴性表达[14-15],与我们实验结果一致。但这些文献中均未给出合理的解释,也没有否认TM中内皮细胞的存在。

综上所述,通过多种组织切片,我们可初步断定TM主要由睫状肌延续而来的平滑肌纤维构成,外周包绕微量胶原纤维即肌内膜,不存在内皮细胞。该现象在家兔、大鼠和小鼠无差异,具有普遍性。就现有文献显示,透射电镜下可明显观察到小梁网组织有明暗交替的周期性横纹,作者认为其为肌内膜的Ⅵ型胶原原纤维[5]。后续可通过电镜术或/和其他分子标记术甚至功能学进行深入研究。

众所周知,TM是房水循环的关键部位,而当房水外流受阻时,房水聚积在眼内,引起眼压升高,这是青光眼性视神经损害的主要危险因素[16]。目前POAG的主要治疗手段是通过减少房水生成而降低眼压,但是TM营养物质及氧主要由流经TM的房水提供。Kiland [17]等实验证实,在减少房水生成一段时期后可减少房水外流。从而使提供给TM的氧及营养物质减少,并引起TM处细胞外基质积聚,使病情加重。手术游离TM的效果可能更糟。

当然,这些治疗是建立在“TM由胶原纤维构成”这一基础上的。如果TM为平滑肌呢?实际上,已经有研究证明,TM可被胆碱能药物等多种物质诱导在组织水平上表现出收缩效应[18]。利用特异性的M3受体单克隆抗体,可从原位证实人眼TM细胞表达M3受体[19]。而M3受体主要分布于平滑肌和腺体中[20],介导平滑肌收缩和腺体分泌。这些实验都可辅助证明TM内存在平滑肌纤维。且近年来的研究表明,TM存在平滑肌样的α-肌动蛋白并具有主动收缩功能[21]

因此,未来青光眼的降眼压治疗应更注重增加TM途径的房水外流,而不是单纯地抑制房水生成,或许TM内的平滑肌纤维可以为治疗POAG提供新的靶点。

参考文献
[1] 安琳, 季健. 原发性开角型青光眼房水外流通路改变的研究进展[J]. 中华眼科杂志, 2011, 47(10): 953-6. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0412-4081.2011.10.020.
[2] 杨玉霞, 刘杏, 黄晶晶, 等. 原发性开角型青光眼小梁网组织早衰的初步研究[J]. 中山大学学报:医学科学版, 2014, 35(5): 796-800.
[3] 邹仲之. 组织学与胚胎学[M]. 8版. 北京: 人民卫生出版社, 2013: 87.
[4] 邹欢. 持续高眼压波动引起小梁网结构改变的研究[D]. 重庆: 第三军医大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90031-1014359949.htm
[5] Koudouna E, Young RD, Ueno M, et al. Three-dimensional architecture of collagen type Ⅵ in the human trabecular meshwork[J]. Mol Vis, 2014, 20: 638-48.
[6] Pattabiraman PP, Rao PV. Hic-5 regulates actin cytoskeletal reorganization and expression of fibrogenic markers and myocilin in trabecular meshwork cells[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2015, 56(9): 5656-69. DOI: 10.1167/iovs.15-17204.
[7] Gonzalez J, Ko MK, Pouw A, et al. Tissue-based multiphoton analysis of actomyosin and structural responses in human trabecular meshwork[J]. Sci Rep, 2016, 6: 21315. DOI: 10.1038/srep21315.
[8] Rasmussen CA, Kaufman PL. The trabecular meshwork in normal eyes and in exfoliation glaucoma[J]. J Glaucoma, 2014, 23(8 Suppl 1): S15-9.
[9] Overby DR, Bertrand J, Schicht M, et al. The structure of the trabecular meshwork, its connections to the ciliary muscle, and the effect of pilocarpine on outflow facility in mice[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2014, 55(6): 3727-36. DOI: 10.1167/iovs.13-13699.
[10] 万尚韬, 李永平, 张平, 等. 淋巴管内皮标志物D2-40在人眼小梁网的表达[J]. 中华实验眼科杂志, 2015, 33(10): 892-5. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2015.10.006.
[11] 孙高军, 王苏宏. 犬眼球摘除术[J]. 山东畜牧兽医, 2009, 30(6): 78.
[12] 魏晓妍. 鉴别胶原纤维与平滑肌纤维染色法的改进[J]. 锦州医学院学报, 2001, 22(4): 33-33.
[13] 王满贵, 宋志宙. HE染色切片的技术操作规范[J]. 大同医学专科学校学报, 2004, 24(2): 21, 25.
[14] 张海涛. 常见实验动物小梁网结构比较、小梁网内皮细胞培养及激光虹膜损伤产物对小梁网内皮细胞影响[D]. 中国协和医科大学北京协和医学院中国医学科学院清华大学医学部, 2002. http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y462786
[15] 万尚韬, 李永平, 张平, 等. 成人眼小梁网内皮细胞具有干细胞/祖细胞的属性[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(14): 2213-8. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.14.013.
[16] 容芬, 刘旭阳, 陈晓明. 小梁网途径房水外流阻力的成因[J]. 国际眼科纵览, 2008, 32(1): 45-9.
[17] Kiland JA, Gabelt BT, Kaufman PL. Studies on the mechanism of action of timolol and on the effects of suppression and redirection of aqueous flow on outflow facility[J]. Exp Eye Res, 2004, 78(3): 639-51. DOI: 10.1016/j.exer.2003.11.001.
[18] Spurr-Michaud SI, de kater AW. localization of smooth muscle myosin-containing cells in the aqueous outflow pathway[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1990, 31(2): 347-53.
[19] 罗书科, 彭大伟, 曾淑君, 等. 正常人和原发性开角型青光眼患者小梁网M_3受体的表达[J]. 中华眼科杂志, 2001, 37(6): 21-3.
[20] Kaufman PL, Gabelt BT. Inhibition of aceclidine-stimulated outflow facility, accommodation and miosis in rhesus monkeys by muscarinic receptor subtype antagonists[J]. Exp Eye Res, 1994, 58(5): 623-30. DOI: 10.1006/exer.1994.1057.
[21] Wiederholt M, Schäfer R, Wagner U, et al. Contractile response of the isolated trabecular meshwork and ciliary muscle to cholinergic and adrenergic agents[J]. Ger J Ophthalmol, 1996, 5(3): 146-53.