病因及流行病学
1．新生血管发生过程 血管生成是一种复杂的生理、病理过程。其基本过程主要包括：①血管形成部位原有的毛细血管发生基底膜溶解；②内皮细胞向血管生成因子刺激方向移动、增生；③新的血管腔形成；④新的血管基底膜形成。
角膜的新生血管主要来源于角膜缘的微血管网，长入角膜后形成复杂的微血管网络。当角膜和眼表出现可导致角膜新生血管增生的各种病理损伤如炎症、外伤等时，在神经体液因素的调节下，机体将修复信号传至角膜缘血管网，使前白蛋白水解酶活化为蛋白水解酶。然后，毛细血管后静脉血管内皮细胞基底膜和细胞外基质，在蛋白水解酶的作用下崩解，血管内皮细胞开始增殖，并在各种活化酶作用下朝角膜内血管生成刺激处移行，逐渐生长出毛细血管芽并围成血管腔，最终新生血管侵入角膜。在这个过程中，各种白细胞、活化的巨噬细胞和淋巴细胞等均参与了角膜新生血管的形成。
2．新生血管形成机制 血管生成往往与炎症反应相互作用、相互依赖、相互协同。研究显示角膜新生血管周围常有中性粒细胞浸润和细胞破坏、崩解碎片。而且白细胞浸润的部位与新生血管长入的部位一致。在角膜病变时，炎性细胞特别是中性粒细胞浸润角膜一般出现在新生血管发生之前。炎症能引起各种酶性介质、炎性介质和细胞因子的释放。因炎症而激活的各种活化细胞可释放许多促血管生成因子和成分，从而打破微环境中促血管生成因子和抑制血管生成因子网络的平衡，加速新生血管形成。炎症早期某些细胞因子的趋化作用能强化炎性细胞的活动和移行，进而上调蛋白水解酶、花生四烯酸代谢和各种促有丝分裂作用，此作用反过来又刺激更多的血管生成和更多炎性细胞聚集，从而形成促血管生成因素占优势的恶性循环。
缺氧可使巨噬细胞的血管形成活性增强，并使血小板生长因子产生增多。缺氧时，乳酸盐、ADP等代谢产物堆积也能促进CNV生长。
角膜水肿既是各种促血管生成因子和促血管渗透性因子作用后而导致的结果，反过来又可促进角膜新生血管形成。角膜水肿时使角膜组织结构疏松，组织内压力减小，因而使血管更易于侵入。实验证实在角膜基底膜已发现有bFGF存在，角膜水肿后受损的组织细胞可释放bFGF，从而促进新生血管形成。
无论是炎症、水肿，还是缺氧，都可造成角膜微环境细胞因子网络的破坏，促进血管生成因子的释放和产生。正常状态下血管不能长入角膜有赖于角膜缘的抗血管穿透屏障以及角膜内抑制新生血管因子的存在。当角膜受到损伤时，角膜缘抗血管生长的屏障被破坏。同时，角膜内各种浸润细胞（包括内皮细胞和炎性细胞）所释放的各种促血管生成因子增多，血管生成抑制因子相对减少，以及组织蛋白酶等的释放，最终导致角膜新生血管增生。因此，在病理状态下，促血管生成因子和抑制血管生成因子之间生物网络平衡的破坏，可能是角膜新生血管形成的一个重要机制。
3．促进血管生成的主要细胞因子 Campbell等（1949）首先提出，角膜新生血管（cornealneovascularization，CNV）的形成可能是由于角膜中存在一种能扩散的可溶性细胞因子所致。近年来，随着分子生物学、免疫学、免疫组织化学等学科和技术的发展，人们对细胞因子的认识也不断加深，并已证实某些细胞因子在CNV的发生过程中具有重要的作用。目前，在已纯化并成功克隆了的许多多肽类细胞因子中，由于其大多具有复杂的生物学作用而统称为血管生成调节因子，还有一些小分子的非肽类因子的性状尚在研究中。
（1）血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）：因能增加血管通透性引起角膜水肿故又被称为促血管渗漏因子。VEGF是目前发现的最重要的血管生长因子，为新生血管增殖效应的启动因子之一，也是目前发现的对血管内皮细胞最具有选择性的有丝分裂原，可以促进内皮细胞生长、增殖。正常角膜中，VEGF在上皮、内皮以及角膜缘血管内皮细胞、角膜细胞等均有表达，其受体flt－1和flk－1在角膜缘血管内皮细胞上有表达。在多种原因引起的角膜新生血管中，VEGFmRNA及其蛋白在浸润的白细胞、新生血管内皮细胞上表达明显升高，其受体在新生血管内皮细胞上的表达亦明显升高，从而导致血管平滑肌细胞和血管内皮细胞增殖、渗漏和趋化，参与新生血管的构建。VEGF能促进单核细胞附壁、游走，并演化为巨噬细胞并分泌新的VEGF，进一步强化上述过程。同时，VEGF还通过钙调蛋白和磷酸肌醇途径增强NO的生成，而NO则可通过抑制内皮细胞蛋白激酶Cδ（PKδ）的活性和增强内皮细胞表面整合素αvβ3的活性而促进内皮细胞迁移和增殖，最终形成新生血管。
（2）碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）：bFGF在正常情况下与肝素牢固结合，当细胞受损或缺血时即被释放出来，并与酪氨酸激酶受体结合而发挥生物学效应。体内实验显示，bFGF在一定剂量范围内具有显著诱导CNV发生的作用，并与剂量成正比。但Edelman等应用碱烧伤法诱导兔角膜新生血管的实验中发现，碱烧伤后角膜中bFGF mRNA无明显变化，但其蛋白含量明显下降，因而认为bFGF可能不参与血管内皮细胞的增生和移行。Knighton等也认为，在体内bFGF可能并不直接刺激CNV发生，而是通过炎症反应间接引起CNV。杨新怀等采用bFGF－Hydron缓释小丸植入免角膜基质层诱发CNV，术后7d对空白对照组、bFGF500ng组和bFGF 1 000ng组三组的CNV面积进行计算机图像分析，结果发现白细胞在bFGF诱导兔角膜CNV的过程中并不起决定性作用，而可能具有间接刺激作用，即bFGF引起白细胞浸润，后者又可释放一系列细胞因子作用于血管内皮细胞，从而加强血管生成反应。
（3）基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）：是一系列可降解细胞外基质及基底膜的内肽酶总称。近年来的研究发现，基质金属蛋白酶家族对角膜新生血管形成有重要作用，在血管内皮细胞向血管形成刺激物方向迁移、增殖过程中，内皮细胞周围的细胞外基质必须有选择性地降解。然而，控制这一降解过程的酶就是基质金属蛋白酶的家族成员（MMPs）。血管内皮细胞能分泌多种MMPs，这些与锌结合的钙依赖性中性内肽酶可以单独或同其他酶一起参与降解细胞外基质的大部分成分。
（4）白细胞介素（Interleukin－1，IL－1）：IL－1是感染初期重要的细胞因子，大部分有核细胞都有IL－1表达，其主要由单核细胞、巨噬细胞产生。IL－1作用广泛，除了可调节炎症急性期反应，对中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞产生趋化作用外，还可活化炎性细胞和抗原呈递细胞，上调胶原酶生成量，上调黏附因子和辅助刺激因子的表达。无论体内还是体外，外源性IL－1可刺激角膜的上皮细胞、基质和内皮细胞合成IL－1R、IL－1α和IL－6的mRNA，IL－1还可以使角膜上皮细胞产生巨噬细胞炎症因子（MIP）－2。（MIP）－2是一种作用很强的趋化因子，可以诱导大量白细胞进入角膜。IL－1能调节细胞外基质（ECM）的降解，而ECM结构的改变是所有早期血管形成的关键步骤。另外，IL－1还能上调氯氧化物和其他反应性氧化中间产物，这些产物也可以促进由bFGF和VEGF介导的血管形成。因此，IL－1是早期CNV形成的关键介导因子。
此外，还有血管生成素－1（Ang－1）、表皮生长因子（EGF）、肝细胞生长因子（HGF）、胰岛素生长因子（IGF－1）等众多因子参与新生血管的形成。因此，新生血管形成的过程受一系列生长因子的调控，不同的生长因子可作用于血管生成的一个或几个环节。这些因子对血管内皮细胞迁移和增生的作用强度也不尽相同，VEGF、FGF的作用相对较强，而EGF和IGF－1则相对较弱。另外，各个因子之间还有协同作用，比如，VEGF和bFGF作用于不同的靶细胞，具有协同促进细胞有丝分裂的作用。Ang－1与其受体（Tie－1）结合参与构建血管非内皮细胞成分，并可与Ang－2的受体（Tie－2）结合并使其磷酸化。Ang－2具有阻止Ang－1的成熟或稳定的作用。Ang－2促进新生血管发生的作用具有依赖于VEGF的双重性，在存在VEGF的条件下，Ang－2可促进新生血管形成，而缺乏VEGF时，Ang－2也可导致新生的血管萎缩退化。
4．抑制新生血管形成因子
（1）金属蛋白酶组织抑制因子（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs）：TIMP1和TIMP2分别是金属基质蛋白酶9和金属基质蛋白酶2的特异性抑制剂，它们通过与相应的MMPs受体特异性结合，可完全阻断MMPs的作用，从而具有抑制新生血管形成的作用。已有研究证实，人羊膜上皮细胞可选择性地产生或释放大量可溶性TIMP2，进而抑制由bFGF诱发的角膜新生血管形成。
（2）血小板反应蛋白－1（thrombospondin－1，TSP）：是一种存在于细胞外基质中的肝素结合蛋白，为内源性血管生成抑制因子。目前已知有5种不同类型的TSP蛋白，但仅有TSP1和TSP2被证实具有影响血管新生的功能区。其中，TSP－1可能是通过激活TGF－β1，而TGF－β1具有与FGF－2竞争内皮细胞表面的结合位点，从而抑制FGF－2的促新生血管作用。
（3）细胞介素1受体阻滞剂（Interleukin－1receptor antagonist，IL－1ra）：IL－1ra是第一个被发现的淋巴因子拮抗剂，为IL－1的一种天然拮抗剂。1985年Arend等首次从IgG刺激后的人单核细胞培养上清液中提纯了该蛋白分子，分子质量为22～25ku。IL－1ra可通过特异性结合IL－1受体，从而阻断IL－1α和IL－1β的生物活性。IL－1ra和IL－1受体结合后，本身并无激活作用，但可通过消除或减轻IL－1的生物活性从而抑制早期角膜新生血管的发生。
（4）色素上皮衍生因子（pigment epithelium－derived factor，PEDF）：是目前认为抑制新生血管作用最强的因子之一，其分子质量约为50kD，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂基因家族，但不具备抗蛋白酶活性。PEDF最初由人胎儿视网膜色素上皮细胞中分离出来，此后发现PEDF也广泛存在于眼内各种组织中，包括角膜、玻璃体、房水等均有较高含量。PEDF是一种双重作用的因子，不仅具有神经营养作用，还具有抗血管生成的作用。体外实验证实，PEDF抑制血管移行所需要的半效剂量为0．4nm，比纯的血管抑素（angiostatin）、血小板反应素－1（thrombospondin－1，TSP）、内皮他丁（endostatin）活性更高。不仅能特异性抑制细胞移行还可通过抑制多种促血管生成因子，包括血小板源性生长因子（PDGF）、VEGF、IL－8、酸性成纤维因子以及溶血磷脂酶等间接抑制新生血管形成。Volpert OV等研究证实，PEDF通过诱导内皮细胞FasL的表达激活caspase依赖的凋亡联级反应，从而导致内皮细胞凋亡，破坏血管内皮。由于正常血管内皮细胞膜上不表达Fas受体，因而无法诱导其凋亡反应；而且，成熟基质和辅助细胞分泌的生存信号也比较强，所以PEDF不能破坏正常的血管。而由VEGF等新生血管诱导剂所诱导的新生血管内皮上有较多的Fas受体表达，容易产生由PDEF引起的凋亡反应。所以有人认为PEDF可能是VEGF的生理性拮抗剂。