大分子拥挤剂作为无血清培养基补充物对人体角膜基质细胞增殖和标志物表达的影响

保持眼睛窗口清晰

眼睛前部的角膜必须保持完全透明才能看清。当角膜疤痕或浑浊时，常需要进行角膜移植——但供体组织在全球范围内都很短缺。本研究探讨如何在实验室中于更清洁、更安全且避免动物血清的条件下培养角膜支持细胞，同时仍保持细胞的健康、近原位状态。这项工作可能为体外培养的角膜组织用于修复甚至替代受损人类角膜铺平道路。

为什么体外培养的角膜细胞很重要

角膜的强度和透明性依赖于一类称为基质角膜细胞（stromal keratocytes）的细胞层以及它们周围有序排列的胶原基质。在体内，这些细胞通常处于静止状态，呈分支形态且活性较低，以维持透明性。标准的实验室方法依赖动物血清以促进细胞增殖，但血清常把角膜细胞推向一种类似伤口愈合、形成瘢痕的活化状态，这与其自然功能大不相同。要开发可靠的细胞疗法，研究者需要既能扩增细胞数量又能保持其原生、非瘢痕化行为的培养条件。

用拥挤的空间替代血清

在体内，细胞生活在充满大分子的紧密环境中。这种天然的拥挤有利于蛋白折叠、信号传递和周围基质的正确组装。作者通过向无血清培养基中加入大分子拥挤剂——为角膜细胞优化的大而惰性的分子——来模拟这种状态。他们从供体组织中培养人角膜基质细胞，在两种糖条件下进行培养：实验室常用的标准高糖培养基，以及更接近人体角膜中糖水平的低糖培养基。每种培养基分别加入0%、4%或8%的拥挤剂，并与传统含血清的对照组比较。

细胞的响应如何

在两种葡萄糖条件下，与单纯无血清培养基相比，加入拥挤剂在三周内均改善了细胞的代谢活性。在标准高糖培养基中，4%和8%的拥挤剂支持持续生长，较高的拥挤剂水平还促进了角膜支架关键成分——胶原V的产生。然而，这种高活性环境也增加了细胞向更活化、类成纤维细胞状态漂移的风险。相比之下，在低糖培养基中细胞总体更为抑制，拥挤剂主要有助于防止细胞活性随时间崩溃，而不是驱动强烈的增殖。

健康细胞与瘢痕形成细胞的标志

团队追踪了可区分静止、近原位角膜细胞与瘢痕形成细胞的分子。一个保护性酶ALDH3A1和胶原V标志着期望的静止状态，而α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和酶MMP2则与伤口愈合和组织重塑相关。在两种糖条件下，加入拥挤剂的无血清培养比含血清培养显示出更高水平的“良性”标志物且“瘢痕”标志物显著较低。受血清处理的细胞呈现体积较大、类成纤维的形态，并强烈表达α-SMA和MMP2。相反，接受拥挤剂处理的细胞保持分支、树状的外观，α-SMA基本检测不到，提示其在再生用途上更安全、更接近原生行为。

为治疗寻找合适的平衡

结果表明，大分子拥挤剂可以替代血清的许多益处——尤其是在支持细胞存活和胶原产生方面——同时更好地保持角膜细胞的自然身份。然而，周围的糖水平很关键：高糖有利于更快的生长和更强的基质沉积，但可能使细胞走向活化；而低糖更符合自然角膜环境并支持稳定、静止的表型。对于未来的角膜修复策略，这项工作提示通过调节拥挤程度和葡萄糖水平可以在扩增足够细胞与保持其不致瘢痕化、维持透明性之间取得所需的平衡。

这对未来眼科治疗意味着什么

对非专业读者而言，关键信息是研究者正在学会如何在更贴近体内的条件下、且不依赖动物来源血清的前提下体外培养角膜细胞。通过在培养基中加入大分子并调整糖浓度，他们既能培育这些脆弱的细胞，又能保持其有利于透明性的、非瘢痕化状态。这种方法使我们更接近生成可安全用于恢复视力的体外培养角膜组织，从而帮助当前仍需等待稀缺供体角膜的患者。

引用: Sultan, W.A., Connon, C.J. The effect of macromolecular crowders as a supplement to serum free media on human corneal stromal cells proliferation and marker expression. Sci Rep 16, 9415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39340-7

关键词: 角膜再生, 细胞培养, 无血清培养基, 大分子拥挤效应, 组织工程