糖尿病角膜病變的研究進展

胡沁媛，趙巨鵬，李曄，杜淼，葉佳成 綜述 萬鵬霞 審校

(中山大學附屬第一醫(yī)院 1.眼科；2.骨腫瘤科，廣州 510080)

糖尿病是一種以持續(xù)性血糖升高為主要特征的慢性代謝性疾病，截至2019年，全球的成年糖尿病患者人數(shù)已達4.63億[1]。常見的糖尿病并發(fā)癥包括糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病周圍神經(jīng)病變。在眼部，高血糖不僅會損傷視網(wǎng)膜，同樣也會損害眼表組織，尤其是角膜。

糖尿病角膜神經(jīng)病變被認為是糖尿病周圍神經(jīng)病變的一種表現(xiàn)形式，除影響角膜神經(jīng)外，高血糖還對角膜上皮、基質(zhì)和內(nèi)皮層造成了不同程度的損害，導致患者出現(xiàn)干眼、損傷后愈合延遲等癥狀，嚴重影響了糖尿病患者的視覺和生活質(zhì)量。本文圍繞糖尿病角膜病變的損傷特點，同時結(jié)合其臨床特征及最新的治療進展進行探討。

1 糖尿病角膜病變的損傷機制

1.1 糖尿病角膜神經(jīng)病變

角膜是人體內(nèi)神經(jīng)最密集也最敏感的組織之一，角膜神經(jīng)由感覺神經(jīng)、交感和副交感神經(jīng)纖維組成，能夠感受溫度、觸摸和疼痛等[2]。Davidson等[3]觀察到糖尿病大鼠角膜對高滲溶液刺激的敏感性明顯下降，提示糖尿病損害了角膜感覺敏感性。

在糖尿病引起的角膜神經(jīng)形態(tài)改變中，最顯著的變化為神經(jīng)纖維密度降低，其他還包括總神經(jīng)纖維長度改變以及神經(jīng)分支減少等[4‐5]。多項臨床研究[6‐8]觀察到兩種類型糖尿病患者角膜神經(jīng)密度明顯下降。Yorek等[9]通過對糖尿病小鼠的觀察，認為伴有胰島素抵抗的2型糖尿病對角膜神經(jīng)形態(tài)的影響更顯著。這些角膜神經(jīng)參數(shù)的改變可能為角膜敏感性的下降提供了合理的解釋。

目前認為氧化應(yīng)激、神經(jīng)營養(yǎng)障礙和炎癥機制在糖尿病角膜神經(jīng)病變發(fā)病過程中起主要作用。在2型糖尿病患者體內(nèi)，高血糖和高脂血癥導致葡萄糖自氧化、蛋白質(zhì)糖基化以及脂質(zhì)過氧化，這些因素共同引起線粒體呼吸鏈中活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生過多[10]。積累的ROS引起神經(jīng)元和施萬細胞DNA損傷誘發(fā)細胞凋亡，線粒體功能障礙則導致軸突不能再生[11]。而持續(xù)的慢性高血糖又導致角膜細胞代謝障礙，角膜細胞不能分泌足夠且有效的神經(jīng)營養(yǎng)因子和生長因子，神經(jīng)營養(yǎng)障礙從而影響了神經(jīng)的再生和存活[7]。此外，持續(xù)性血糖升高引起的氧化應(yīng)激導致血管內(nèi)皮功能障礙，造成周圍神經(jīng)微血管缺血進而發(fā)生糖尿病周圍神經(jīng)病變[12]，結(jié)膜和角膜緣的血管為角膜供氧，高血糖導致的微循環(huán)障礙也促進了糖尿病角膜神經(jīng)病變的發(fā)生發(fā)展。在炎癥機制方面，ROS的過量產(chǎn)生引起核因子κB(nuclear factor kappa B，NF‐κB)的激活，NF‐κB可作為一種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控多種炎癥介質(zhì)的生成，糖尿病周圍神經(jīng)病變患者體內(nèi)的白細胞介素‐6(interleukin‐6，IL‐6)和腫瘤壞死因子‐α(tumor necrosis factor‐α，TNF‐α)水平明顯升高，提示炎癥機制的重要作用[13]。

1.2 糖尿病角膜上皮病變

長期的血糖升高對角膜各層都造成了不同程度的損害，目前研究最多的是糖尿病對角膜上皮的損傷。角膜上皮細胞為非角化、分層的鱗狀上皮細胞，細胞之間的緊密連接結(jié)構(gòu)有助于角膜維持一定的含水量，保證角膜良好的透光性并抵御化學物質(zhì)和病原微生物的入侵[14‐15]。正常的角膜上皮組織形態(tài)結(jié)構(gòu)對維持角膜正常生理功能有著必不可少的作用。

持續(xù)高血糖引起角膜上皮損傷的機制主要與晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)的積累有關(guān)。血漿中葡萄糖水平長期升高，AGEs在角膜各層中積累，通過NADPH或激活NF‐κB并上調(diào)JNK和p38MAPK表達，引起持續(xù)的氧化應(yīng)激狀態(tài)[16‐18]，導致閉鎖蛋白、層粘連蛋白等多種蛋白表達和分布異常[14]，抑制上皮細胞的增殖、黏附和遷移能力并誘導其凋亡[16,18‐20]。高血糖還引起上皮基底膜增厚，并可在掃描電子顯微鏡下觀察到角膜上皮細胞間緊密連接異常、存在裂隙，微絨毛數(shù)量減少且伴有水腫的異常形態(tài)[14]，嚴重影響了正常的角膜上皮功能。此外，P物質(zhì)是角膜三叉神經(jīng)末梢分泌的一種營養(yǎng)性神經(jīng)肽，具有促進角膜上皮愈合及維持眼表穩(wěn)態(tài)的作用[21]。研究[22]發(fā)現(xiàn)：在糖尿病患者的淚膜中，P物質(zhì)含量明顯減少且與角膜神經(jīng)纖維密度呈負相關(guān)，提示在高血糖環(huán)境下受損的角膜神經(jīng)營養(yǎng)功能下降，這進一步加重了糖尿病角膜上皮的損傷，使糖尿病患者容易發(fā)生神經(jīng)營養(yǎng)性角膜病變[2]。

1.3 糖尿病角膜其他病變

角膜基質(zhì)是角膜各層中最厚的部分，主要由角膜細胞及其分泌的膠原纖維組成。角膜基質(zhì)正常形態(tài)功能的維持決定了角膜的透明度和完整性[23]。糖尿病可引起角膜基質(zhì)細胞數(shù)量的減少[5]，這可能與高血糖促進細胞凋亡相關(guān)。同時，在慢性高血糖的刺激下，角膜基質(zhì)中的膠原纖維糖化并發(fā)生膠原交聯(lián)，導致角膜基質(zhì)的增厚[24]。此外，糖尿病患者角膜基質(zhì)的膠原III水平升高，臨床表現(xiàn)為角膜瘢痕的增加[25]。而有研究[23]發(fā)現(xiàn)：角膜神經(jīng)的存在可使纖維化程度降低，這一結(jié)果為角膜基質(zhì)與神經(jīng)的相互作用提供了證據(jù)支持。

角膜內(nèi)皮細胞之間緊密連接形成的物理屏障以及內(nèi)皮細胞的離子泵功能，使角膜內(nèi)皮在保持基質(zhì)脫水狀態(tài)中起至關(guān)重要的作用。持續(xù)性高血糖引起的細胞凋亡同樣影響了正常角膜內(nèi)皮細胞的數(shù)量和形態(tài)。研究[26‐30]顯示：兩種類型糖尿病患者的角膜內(nèi)皮細胞密度較健康人明顯降低[26‐28]，中央角膜厚度增加[29]，且與內(nèi)皮細胞密度呈負相關(guān)，提示內(nèi)皮細胞減少引起的離子泵功能障礙導致了角膜水腫[30]。由于角膜內(nèi)皮不可再生，當內(nèi)皮細胞由于各種損傷因素死亡時，殘存的內(nèi)皮細胞拉伸和遷移，導致內(nèi)皮細胞變大且失去原有正常的六邊形結(jié)構(gòu)[15]。

2 糖尿病角膜病變臨床特征

當發(fā)生糖尿病角膜病變時，患者可出現(xiàn)角膜知覺減退、干眼、損傷延遲愈合以及外傷后角膜感染等臨床表現(xiàn)。

多項臨床研究[4,6]表明角膜神經(jīng)感覺障礙所致的角膜敏感性降低為糖尿病角膜病變典型的臨床特征之一。DeMill等[4]通過測量淚液滲透壓并進行Schirmer試驗，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的干眼程度明顯更加嚴重，且與糖尿病周圍神經(jīng)病變的嚴重程度呈正相關(guān)。同樣，Sandra Johanna等[31]的研究也表明2型糖尿病患者有著更嚴重的瞼板腺功能障礙。而由于角膜基質(zhì)在很大程度上決定了角膜的厚度，基質(zhì)水腫導致角膜增厚和透明度下降，在一定程度上影響了糖尿病患者的視力[28]。值得重視的是，角膜的增厚變硬還可能導致眼壓測量誤差，從而影響對糖尿病患者并發(fā)青光眼的準確評估[24,32]。

高血糖引起角膜上皮損傷，破壞了正常角膜上皮細胞的增殖和遷移能力，同時使角膜緣上皮干細胞標志物表達下降及其數(shù)量降低[33‐34]，這些因素影響了手術(shù)后或損傷后傷口的愈合，導致角膜出現(xiàn)損傷延遲愈合甚至持續(xù)的上皮缺損，并破壞了角膜上皮的屏障功能，使角膜抵御外界刺激的能力下降，更容易發(fā)生角膜感染[20,33,35]。

3 糖尿病角膜病變治療進展

目前，臨床上治療糖尿病角膜病變的措施主要包括胰島素治療、局部應(yīng)用眼表潤滑劑、抗炎藥物和角膜繃帶鏡等，此外，越來越多的生長因子被證明有助于角膜神經(jīng)和上皮的再生，干細胞療法也可能成為新的治療手段。

3.1 內(nèi)科治療

胰島素是治療糖尿病及其并發(fā)癥的首選方法。研究[36]顯示：皮下注射胰島素可以模擬生理胰島素的釋放與分泌，維持正常血糖，恢復上皮細胞有絲分裂的晝夜節(jié)律，從而改善高血糖導致的角膜上皮損傷延遲愈合。

3.2 眼部治療

3.2.1 干眼的緩解治療

人工淚液、局部的抗炎藥物和角膜繃帶鏡通過潤滑眼表、減輕炎癥保護角膜上皮，是目前臨床常用的緩解干眼的治療手段[37‐38]。此外，局部應(yīng)用胰島素也能促進淚液分泌，改善糖尿病患者的干眼癥狀[39]。但這些治療方法對于角膜組織損傷的修復能力有限。

3.2.2 促再生治療

促進角膜再生的治療方法是恢復正常角膜形態(tài)結(jié)構(gòu)，應(yīng)對糖尿病角膜神經(jīng)和上皮組織受損的有效手段。

自體血清中含有豐富的生長因子，有助于促進角膜神經(jīng)再生以及上皮細胞增殖和遷移[37,40]。此外，Gao等[41]發(fā)現(xiàn)結(jié)膜下注射重組睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor，CNTF)可促進糖尿病小鼠角膜感覺神經(jīng)的再生。同樣，Di等[8]發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮生長因子‐β(vascular endothelial growth factor，VEGF‐β)加快了角膜中央和周圍區(qū)域基底神經(jīng)纖維再生的速度。色素上皮衍生因子(pigment epithelial‐derived factor，PEDF)與二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)合用則被證實有助于恢復糖尿病小鼠角膜上皮神經(jīng)纖維的密度，并恢復角膜敏感性及正常的淚液量[7]。最近，中腦星形膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(mesencephalic astrocyte‐derived neurotrophic factor，MANF)也被發(fā)現(xiàn)具有改善糖尿病角膜傷口延遲愈合的作用，其機制與減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導的細胞凋亡相關(guān)[42]。除營養(yǎng)因子外，DNase I滴眼液和神經(jīng)導向因子Netrin 1也能夠抑制糖尿病小鼠角膜中性粒細胞浸潤，加快炎癥消退，發(fā)揮促上皮和神經(jīng)再生作用[43‐44]。

3.3 干細胞治療

干細胞強大的分化能力、組織修復能力和免疫抑制作用使其具有廣泛的應(yīng)用前景[45]，目前，許多臨床試驗正在使用不同類型的干細胞治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病和嚴重的免疫炎癥性疾病[46‐47]。間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)已被證明可以減輕淚腺炎癥，恢復正常淚液量，緩解非肥胖糖尿病小鼠的干燥綜合征樣疾病[48]，同時，MSCs分泌CNTF以促進糖尿病小鼠角膜神經(jīng)的再生[35]，干細胞移植還將修復高血糖引起的角膜緣干細胞功能障礙，促進角膜創(chuàng)面愈合[34]。未來，干細胞治療也將有望成為糖尿病角膜病變的可行治療手段之一。

4 結(jié)語

糖尿病角膜病變是糖尿病眼部并發(fā)癥中不可忽視的一部分。目前研究者已對糖尿病角膜病變有了初步認識，但仍需深入了解其發(fā)病機制，以更好地解決糖尿病患者的角膜并發(fā)癥。糖尿病角膜病變的治療目的已從最初的緩解癥狀，轉(zhuǎn)向促進角膜神經(jīng)和上皮再生以及維持包括淚膜在內(nèi)的眼表穩(wěn)態(tài)，角膜營養(yǎng)治療和干細胞療法將成為糖尿病角膜病變更加有效的治療選擇。