青光眼的特點是視野逐漸變窄，最終導致失明。大多數抗青光眼眼藥水都含有防腐劑以防止微生物的生長。苯扎氯銨（BAC）是廣泛使用的滴眼劑防腐劑。手術前長期使用含有 BAC 的青光眼滴眼液也會增加青光眼濾過手術的失敗率，這種效果被認為反映了 BAC 誘導的結膜下組織纖維化。手術后濾過泡的維護仍然是青光眼臨床面臨的挑戰。

組織駐留的成纖維細胞，以及循環祖細胞、上皮細胞和內皮細胞，有可能轉分化為肌成纖維細胞，從而促進纖維化。肌成纖維細胞的特點是過度表達 α 平滑肌肌動蛋白（αSMA）、肌動蛋白應力纖維的形成以及細胞外基質（ECM）蛋白（如 I 型和 III 型膠原蛋白和糖蛋白）的過度產生，以響應各種刺激，包括損傷、感染、炎癥和壓力。心肌素相關轉錄因子（MRTF）信號通路在肌成纖維細胞的分化和激活中起重要作用。已經表明，MRTF 信號與視網膜色素上皮細胞的上皮-間質轉化（EMT）相關。MRTF-A 與啟動子區域結合，從而調節肌成纖維細胞相關基因的表達，例如 αSMA、纖連蛋白和結締組織生長因子（CTGF）的表達。免疫系統有助于肌成纖維細胞的調節，而抗炎細胞因子白細胞介素（IL）-10 是調節組織重塑的潛在治療靶點。

與相應的正常組織相比，青光眼手術后濾過失敗結構的組織學標本顯示，αSMA 陽性細胞數量增加，I 型或 III 型膠原蛋白高密度沉積。BAC 被證明可以縮短兔青光眼濾過手術后的濾泡存活時間，并增加濾過泡中 αSMA 的表達。

角膜、結膜和眼瞼維持眼表穩態并在影響每個組織的病理變化中相互作用。角膜上皮作為眼睛表面的屏障起著重要作用。這種屏障的破壞允許炎癥從結膜或眼瞼擴散到角膜。角膜上皮和結膜下組織也通過淚液相互連通。然而，角膜上皮對 BAC 誘導的 Tenon 囊成纖維細胞轉分化為肌成纖維細胞的可能影響尚不清楚。

為了解決這個問題，日本山口大學醫學部眼科的課題組研究了 BAC 在與猴病毒40（SV40）-永生化人角膜上皮（HCE）細胞共培養系統中對人眼 Tenon 囊成纖維細胞（HTFs）轉分化為肌成纖維細胞的影響，此外還檢查了釋放到共培養上清液中的 IL-10 對該系統中觀察到的 BAC 對 HTFs 的有害作用的可能保護機制。

BAC 對 HTFs 和 HCE 細胞的細胞毒性

首先通過測量乳酸脫氫酶（LDH）釋放量來檢查 BAC 對 HTFs 和 HCE 細胞活力的影響。結果發現，暴露于 BAC，HTFs 或 HCE 細胞培養基中的 LDH 量以濃度依賴性方式增加，在 BAC 濃度≥ 10 × 10^-6 % 時這種效應顯著增加（圖1）。因此，在 5 × 10^-6 % 的無毒濃度下用 BAC 進行了后續實驗。

圖1 BAC 對 HTFs 和 HCE 細胞的細胞毒性作用。

將 HTFs（a）或 HCE 細胞（b）剝奪血清 24 小時，然后在不存在（對照）或存在不同濃度 BAC 的情況下孵育 24 小時，然后測量釋放到培養基中的 LDH 量。

BAC 對 HTF 轉分化為肌成纖維細胞的影響

接下來檢查了無毒濃度的 BAC 對 HTFs 表型的影響。免疫熒光分析顯示，BAC 誘導肌成纖維細胞分化的關鍵標志物 αSMA 在這些細胞中顯著表達（圖2 a）。免疫印跡分析證實，BAC 誘導 HTFs 中 αSMA 豐度顯著增加（2.02 倍，與 BAC 未處理相比，圖2 b）。

圖2 BAC 對 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞的影響。

（a）HTF 被剝奪血清 24 小時，在不存在或存在 BAC的情況下孵育 24 小時，然后用 αSMA 抗體（綠色）進行免疫熒光染色。用 DAPI（藍色）對細胞核進行復染。

（b）用針對 αSMA 和 α-微管蛋白的抗體對（a）中處理的細胞進行免疫印跡分析。

HCE 細胞對 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞的影響

鑒于角膜上皮和結膜下組織（包括 Tenon 囊成纖維細胞）通過淚液相互作用，于是在共培養系統中檢測了 HCE 細胞對 BAC 誘導的 HTFs 的肌成纖維細胞轉分化的影響。免疫熒光分析顯示，在不存在 HCE 細胞的情況下，HTFs 可表達出 BAC 誘導的 αSMA ，而在與 HCE 細胞共培養的 HTFs 中，這種效應被大大抑制（圖3 a）。這些結果通過免疫印跡分析得到證實（圖3 b）。

圖3 在共培養系統中，HCE 細胞對 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞的影響。

（a）在含有（或不含有）HCE 細胞的插入物中培養的 HTFs 被剝奪血清 24 小時，在不存在或存在 BAC的情況下孵育 24 小時，和然后用 αSMA（綠色）抗體進行免疫熒光染色。細胞核用 DAPI（藍色）復染。

（b）用 αSMA 抗體對（a）中處理的 HTFs 進行免疫印跡分析。

BAC 對 HTF/HCE 細胞共培養系統中細胞因子釋放的影響

為了探索 HCE 細胞可能抑制 BAC 誘導的 HTFs 中 αSMA 表達的機制，實驗測量了釋放到培養基中的 IL-6、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）和 IL-10 的濃度。BAC 處理的 單獨培養的 HTFs 的上清液中 IL-6 和 MCP-1 的水平顯著高于 BAC 處理的 HTFs 和 HCE 細胞的共培養物中的水平（圖4 a）。在有或沒有 BAC 的情況下，HTF/HCE 細胞共培養物的 IL-6 和 MCP-1 水平沒有顯著差異。相比之下，BAC 處理的單獨培養的 HTFs 培養基中 IL-10 的濃度僅為 BAC 處理的 HTF 和 HCE 細胞共培養中的 5.79%（圖4 a）。同樣，在有或沒有 BAC 的情況下，HTF/HCE 細胞共培養物的 IL-10 水平沒有顯著差異。

為了檢查這兩種細胞類型中的哪一種可能負責產生 IL-10，實驗還通過逆轉錄（RT）和定量聚合酶鏈反應（qPCR）分析在 HTFs 和 HCE 細胞共培養后 IL-10 mRNA 的豐度。雖然共培養物之間 HTFs中 IL-10 mRNA 的量在有或沒有 BAC 下沒有顯著差異，但在 HCE 細胞中，IL-10 mRNA的表達量在BAC維持下顯著增加（1.32 倍，與沒有 BAC 的 HCE 相比，圖4 b）。

圖4 BAC 對 HTF/HCE 細胞共培養系統中細胞因子釋放的影響。

（a）在含有（或不含有）HCE 細胞的插入物中培養的 HTFs 被剝奪血清 24 小時，然后在不存在或存在 BAC 的情況下孵育 24 小時，之后測量HTF培養上清液中IL-6、MCP-1和IL-10的水平。

（b）HTFs 和 HCE 細胞共培養和如（a）處理，之后通過 RT-qPCR 分析確定兩種細胞類型中 IL-10 mRNA 的豐度。

IL-10 對 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞的影響

鑒于在存在 BAC 的情況下，HTF/HCE 細胞共培養物的培養上清液中的 IL-10 水平與單獨培養的 HTF 相比增加，因此假設 IL-10 可能有助于 HCE 細胞減弱 BAC 誘導的HTFs 轉分化為肌成纖維細胞。于是檢查了外源性 IL-10 是否可能抑制 BAC 的這種作用。HTFs 與 IL-10（300 pg/ml）在無血清培養基中孵育 24 小時，然后再暴露于 BAC 24 小時。免疫熒光染色（圖5 a）和免疫印跡分析（圖5 b）表明，在存在 IL-10 的情況下，HTFs 中 BAC 誘導的 αSMA 表達基本上被消除了。

圖5 IL-10 對 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞的影響。

（a）HTFs 首先在有或沒有 IL-10(300 pg/ml）的情況下孵育 24 小時，然后在額外不存在或存在 BAC 的情況下孵育 24 小時，之后對細胞進行處理用 αSMA（綠色）抗體進行免疫熒光染色。細胞核用 DAPI（藍色）復染。

（b）用（a）中處理的細胞用 αSMA 抗體進行免疫印跡分析。

BAC 和 IL-10 對 HTFs 中 MRTF-A 亞細胞定位的影響

之前研究表明，EMT 是通過視網膜色素上皮細胞中的 MRTF-A 信號通路介導的。因此研究了 MRTF-A 信號通路是否也可能在 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞中發揮作用。免疫熒光分析顯示，在沒有 BAC 的情況下，MRTF-A 主要定位于 HTFs 的細胞質，而在暴露于 BAC 的細胞中，它已易位至細胞核（圖6 a）。重要的是，BAC 對 MRTF-A 定位的這種影響被 IL-10 抑制。免疫印跡分析證實了 BAC 誘導的 MRTF-A 易位至細胞核，并且在暴露于 IL-10 的細胞中其顯著減弱 39.32%（圖6 b）。

圖6 BAC 和 IL-10 對 MRTF-A 在 HTFs 中亞細胞定位的影響。

（a）HTFs 首先在有或沒有 IL-10（300 pg/ml）的情況下孵育 24 小時，然后在額外不存在或存在 BAC 的情況下孵育 6 小時，之后對細胞進行處理用 MRTF-A 抗體（綠色）進行免疫熒光染色。細胞核用 DAPI（藍色）復染。

（b）（a）中處理的細胞，除了將它們暴露（或不暴露）于 BAC 24 小時外，對它們進行亞細胞分離，并用針對 MRTF-A 和核纖層蛋白 A/C（核標記物）的抗體對核部分進行免疫印跡分析。

總之，該研究檢查了 HTFs 和 HCE 細胞在共培養系統中的相互作用。研究發現，HCE 細胞抑制 BAC 誘導的 HTFs 轉分化為肌成纖維細胞，并且 HCE 細胞的這種作用被 IL-10 模擬。盡管兩種細胞類型之間這種相互作用的確切機制尚不清楚，但它可能在 IL-10 的產生水平上介導，因為 HCE 細胞存在時 HTFs 培養上清液中 IL-10 的濃度增加。BAC 還誘導 HTFs 中 MRTF-A 的核轉位，并且這種作用再次被 IL-10 抑制，表明 MRTF-A 介導了 BAC 對 HTFs 轉分化的影響。進一步的研究需要確定在該通路中作用于 MRTF-A 上游的蛋白，以及研究 IL-10 是否可能在體內抑制 BAC 誘導的結膜下纖維化。

參考文獻：Yamashiro C, Tokuda K, Kobayashi Y, Higashijima F, Yoshimoto T, Ota M, Ogata T, Ashimori A, Kobayashi M, Hatano M, Uchi SH, Wakuta M, Teranishi S, Kimura K. Benzalkonium chloride-induced myofibroblastic transdifferentiation of Tenon's capsule fibroblasts is inhibited by coculture with corneal epithelial cells or by interleukin-10. Sci Rep. 2021 Aug 9;11(1):16096. doi: 10.1038/s41598-021-94852-8. PMID: 34373467; PMCID: PMC8352883.

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