扩张性角膜疾病是需要进行角膜移植的第二大适应症,包括圆锥角膜和屈光手术后的角膜膨隆(医源性角膜膨隆)。角膜屈光手术后角膜变薄,在眼内压、用力揉眼等情况下使角膜的应变增大;同时,角膜屈光手术后上皮细胞分泌炎性因子IL-1β参与伤口愈合,尤其是术后干眼症会导致泪液中IL-1β的升高,使基质层的细胞处于复杂的力学和生物学环境中。当角膜基质层受损后,角膜基质细胞会分化为角膜成纤维细胞参与角膜的损伤修复和伤口愈合。圆锥角膜患者泪液中和上皮细胞TNF-α表达的升高,以及圆锥角膜患者常伴有异常揉眼的习惯,使得圆锥角膜成纤维细胞也处于复杂的力学和生物学环境。为了研究扩张性角膜疾病的发生机制,本文对角膜成纤维细胞在IL-1β存在的条件下施加了不同幅度的力学牵拉,研究角膜成纤维细胞形态和细胞外基质的变化。同时,提取了圆锥角膜成纤维细胞,研究炎性因子TNF-α对圆锥角膜成纤维细胞基质金属蛋白酶及其抑制剂表达的影响。主要工作及研究结果如下:(1)体外对角膜成纤维细胞施加了不同幅度(5%、10%、15%)的力学牵拉,研究力学刺激对角膜成纤维细胞形态的影响,发现力学牵拉使角膜成纤维细胞的F-actin发生收缩,牵拉幅度越大F-actin收缩程度越大,使角膜成纤维细胞的迁移受到抑制。(2)探讨了在炎性因子IL-1β存在时,不同幅度(5%、10%)、不同持续时间(12h、24h、36h)的力学牵拉作用对角膜成纤维细胞i型胶原、lumican表达的影响。同时,用明胶酶谱法和westernblot对不同幅度作用36h时角膜成纤维细胞上清液中mmp2、mmp9的表达进行了检测。研究发现:力学牵拉、IL-1β短时间(12h)单独作用能降低角膜成纤维细胞Ⅰ型胶原的合成,这可能是角膜成纤维细胞对其做出的的应急反应。低幅度(5%)牵拉单独作用较长时间(24h、36h)能促进角膜成纤维细胞Ⅰ型胶原的合成,高幅度(10%)牵拉则抑制Ⅰ型胶原的合成。IL-1β与力学牵拉共同作用使角膜成纤维细胞Ⅰ型胶原合成降低。力学牵拉短时间单独作用时,低幅度能促进lumican的表达,高幅度却抑制其表达;IL-1β与力学牵拉共同作用能促进lumican的表达。IL-1β能诱导角膜成纤维细胞mmp9的表达,并促进mmp2的表达;力学牵拉能进一步促进IL-1β引起的mmp2表达的升高。说明炎性因子与力学牵拉共同作用使角膜成纤维细胞胶原合成减少、基质降解增多,可能会引起医源性角膜膨隆的发生。(3)圆锥角膜患者泪液中TNF-α表达的升高以及上皮细胞TNF-α的高表达,使圆锥角膜成纤维细胞处于炎症环境中,通过对圆锥角膜成纤维细胞施加不同浓度的TNF-α作用,发现TNF-α能促进圆锥角膜成纤维细胞mmps的表达,而抑制其timps的表达。MMPs/TIMPs的失衡将导致圆锥角膜成纤维细胞外基质的降解增多,进而可能导致角膜组织结构的完整性遭受破坏。(4)对圆锥角膜成纤维施加TNF-α和力学牵拉的作用,研究发现两者共同作用使圆锥角膜成纤维细胞的增殖受到抑制,细胞凋亡不受影响。角膜成纤维细胞数目的减少可能会使细胞外基质的合成降低,角膜的生物力学性能发生改变。综上所述:炎性因子和力学刺激通过调节细胞外基质的代谢、角膜成纤维细胞的增殖在扩张性角膜疾病的发生中起着重要的作用。