Hornhautkeratozyt

Die Keratozyten ( Hornhautfibroblasten ) sind spezialisierte Fibroblasten im Stroma . Diese Hornhautschicht , die etwa 85–90 % der Hornhautdicke ausmacht, besteht aus hochgradig regelmäßigen Kollagenlamellen und extrazellulären Matrixkomponenten. Keratozyten spielen eine zentrale Rolle für die Transparenz der Hornhaut, die Wundheilung und die Synthese ihrer Bestandteile. In der ungestörten Hornhaut verharren die Keratozyten im Ruhezustand und werden erst nach Verletzungen oder Entzündungen aktiv. Einige Keratozyten unterhalb der Verletzungsstelle, selbst bei leichten Verletzungen, sterben unmittelbar nach der Verletzung ab (Apoptose ). ^{[ 1 ]} Jede Störung im präzise orchestrierten Heilungsprozess kann zu einer Trübung der Hornhaut führen, während übermäßige Keratozytenapoptose Teil des pathologischen Prozesses bei degenerativen Hornhauterkrankungen wie dem Keratokonus sein kann . Diese Erkenntnisse begründen die anhaltende Forschung zur Funktion dieser Zellen.

Keratozyten entstehen entwicklungsgeschichtlich aus der kranialen Population der Neuralleistenzellen , von wo aus sie in das Mesenchym einwandern . Bei manchen Arten erfolgt diese Migration aus der Neuralleiste in zwei Wellen: Die erste bildet das Hornhautendothel , die zweite dringt in die vom Epithel sezernierte, zellfreie Stromaanlage ein; bei anderen Arten stammen beide Populationen aus einer einzigen Migrationswelle. Nach der Einnistung im Stroma beginnen die Keratozyten mit der Synthese von Kollagenmolekülen verschiedener Typen (I, V, VI) und Keratansulfat . Zum Zeitpunkt der Augenöffnung nach der Geburt ist die Proliferation der Keratozyten nahezu abgeschlossen, und die meisten befinden sich im Ruhezustand. ^{[ 2 ]}

Am Ende der Augenentwicklung ist in der Hornhaut ein vernetztes Keratozytennetzwerk ausgebildet, dessen Dendriten benachbarter Zellen miteinander in Kontakt stehen. ^{[ 3 ]} Ruhende Keratozyten synthetisieren sogenannte Kristalline , die vor allem für ihre Funktion in der Linse bekannt sind . Hornhautkristalline tragen, ähnlich wie die Linsenkristalline, vermutlich zur Aufrechterhaltung der Transparenz und optimalen Brechung bei. ^{[ 4 ]} Sie sind außerdem Bestandteil der antioxidativen Abwehr der Hornhaut. ^{[ 5 ]} Zu den von menschlichen Keratozyten exprimierten Kristallinen gehören ALDH1A1 , ALDH3A1 , ^{[ 6 ]} ALDH2 und TKT. Verschiedene Spezies weisen unterschiedliche Kristallin-Typen auf. ^{[ 7 ]} Keratansulfat, das von Keratozyten produziert wird, trägt vermutlich zur Aufrechterhaltung einer optimalen Hornhautfeuchtigkeit bei; ^{[ 8 ]} eine genetische Störung seiner Synthese führt zur makulären Hornhautdystrophie . ^{[ 9 ]}

Einer Studie zufolge beträgt die durchschnittliche Keratozytendichte im menschlichen Stroma etwa 20.500 Zellen pro mm³ ^, bzw. 9.600 Zellen in einer 1 mm² großen Säule ^im Schnitt. Die höchste Dichte findet sich in den oberen 10 % des Stromas. Die Anzahl der Keratozyten nimmt mit dem Alter ab, und zwar um etwa 0,45 % pro Jahr. ^{[ 10 ]}

Nach einer Hornhautverletzung unterliegen einige Keratozyten der Apoptose, ausgelöst durch Signalmoleküle der oberen Hornhautschichten wie IL-1α und TNF-α . Andere benachbarte Keratozyten werden durch dieselben Moleküle aktiviert, proliferieren und beginnen mit der Synthese von Matrix-Metalloproteinasen , die das Gewebe remodellieren. Diese aktivierten Zellen werden je nach Quelle entweder als „aktive Keratozyten“ oder „Fibroblasten“ bezeichnet oder weisen einen „Reparaturphänotyp“ auf. Nach schwereren Verletzungen oder in fortgeschrittenen Heilungsstadien wandeln sich einige Keratozyten in Myofibroblasten um, die aktiv ECM- Komponenten sezernieren ; diese Transformation wird vermutlich durch TGF-β verursacht . Sobald die Basalmembran des Hornhautepithels wiederhergestellt ist, nimmt der TGF-beta- Einstrom in das Stroma drastisch ab und Myofibroblasten verschwinden. Anschließend arbeiten die verbleibenden aktivierten Keratozyten noch einige Zeit an der Umgestaltung der extrazellulären Matrix und sezernieren IL-1-alpha , um ihren „Reparaturphänotyp“ aufrechtzuerhalten. ^{[ 1 ]}

Die Apoptose von Keratozyten, sowohl im Ruhezustand als auch in der aktiven Phase, ist ein Prozess, der besondere Aufmerksamkeit erfordert. In einer gesunden Hornhaut ist programmierter Zelltod selten , doch unmittelbar nach einer Verletzung der obersten Schicht unterliegen die Keratozyten direkt unterhalb der Verletzungsstelle der Apoptose. ^{[ 11 ]} Eine Hypothese erklärt diese schnelle Reaktion mit der Notwendigkeit, die Ausbreitung einer möglichen Infektion in die Hornhaut zu verhindern, da die Immunzellen aufgrund der begrenzten Kapazität des okulären Immunsystems bis zu mehrere Stunden benötigen , um die Verletzungsstelle zu erreichen. ^{[ 12 ]} Normalerweise wird der Mangel an Keratozyten durch die Mitose benachbarter Zellen allmählich ausgeglichen. ^{[ 2 ]} Apoptose wird nach Augenoperationen, einschließlich Keratotomie und Laserchirurgie , beobachtet ^{[ 13 ]} und kann bei der Entstehung postoperativer Komplikationen eine Rolle spielen.

Keratozyten spielen möglicherweise bei verschiedenen Hornhauterkrankungen eine Rolle. Vergleichende Studien zeigen, dass ihre Funktionen beim Keratokonus , der häufigsten Form der Hornhautdystrophie , drastisch vom Normalzustand abweichen . In keratokonischen Hornhäuten wurde gezeigt, dass sie fernab jeglicher Epithelschädigung Apoptose durchlaufen; es existiert die Hypothese, dass übermäßige Keratozytenapoptose ein zentrales pathologisches Ereignis beim Keratokonus darstellt. ^{[ 15 ]} Einer Studie zufolge weisen die Keratozyten von Patienten verringerte Spiegel einer der Alkoholdehydrogenase-Subformen auf ^{[ 14 ]} , einer anderen Studie zufolge sezernieren sie signifikant weniger Superoxiddismutase 3. ^{[ 16 ]}

• Liste der aus den Keimblättern stammenden menschlichen Zelltypen

• Nigel Brookes – Forscher