譚思文，梁榮斌 綜述 邵毅 審校

(南昌大學第一附屬醫(yī)院眼科，南昌 330006)

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是當前嚴重威脅人類健康的世界性公共衛(wèi)生問題，是一種常見的代謝性疾病。由于生活方式的改變，熱量攝入增加，導致肥胖的發(fā)生。DM的發(fā)病率一直呈上升趨勢。目前，全世界有4.15億成年人被診斷為DM，預計到2040年，將有超過6.4億人將罹患DM。

糖尿病性角膜病變(diabetic keratopathy，DK)是DM患者中常見但常被忽視的眼部并發(fā)癥，是一種潛在的視力威脅性疾病。DK的臨床表現(xiàn)取決于疾病的嚴重程度，包括持續(xù)性角膜上皮糜爛、淺點狀角膜病變、上皮再生延遲和角膜敏感性降低，可導致視力下降或永久性視力喪失。臨床上47%～64%的DM患者會出現(xiàn)DK，但大部分未能被及時診斷。同時，由于臨床研究數(shù)量有限，很難完全了解DK的病理生物學，且目前尚無有效的治療方法[1]。本文就DM的生物學特征、DM的病理生理學、其對角膜的影響、病理生理學以及DK的現(xiàn)行及未來可能用于臨床的治療策略進行綜述。

1 DM 的生物學特征

DM是一種由自身免疫性胰島素耗竭或獲得性胰島素抵抗引起的疾病，可分為T1DM和T2DM兩種類型。由于持續(xù)的高血糖水平會引起廣泛的血管損傷，影響心臟、眼睛、腎和神經(jīng)的功能，T1DM和T2DM 晚期均可導致多種并發(fā)癥的發(fā)生[2]。研究[3]表明：長期高血糖癥產(chǎn)生的晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)是引起DM慢性并發(fā)癥的重要因素之一，它集中存在于富含層粘連蛋白的上皮基底膜，參與DM高血糖記憶效應的發(fā)生并能改變機體的糖脂代謝情況；同時，它可與糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation end products，RAGE)結合，啟動細胞活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成、造成炎癥反應、細胞凋亡，引起組織生物力學改變，使組織黏彈性降低、膠原纖維滑移、上皮細胞附著減少，增加基質(zhì)脆性和膠原纖維敏感性，因而促進DK的發(fā)生及發(fā)展[4]。

2 DM 的病理生理學

美國DM 協(xié)會定義的DM 診斷標準如下[5]：1)空腹血糖水平＞126 mg/dL(7 mmol/L)；2) 2 h血漿胰島素激發(fā)后的血糖水平：75 g＞200 mg/dL (7 mmol/L)；3)葡萄糖化血紅蛋白(HbA1C)＞6.5% (48 mmol/L)；4)隨機血糖水平＞200 mg/dL (11.1 mmol/L)。這些指標因種族差異而不同，在剔除年齡、性別和BMI等無關因素后，糖耐量較低的亞洲人較白種人HbA1C水平更高。

在疾病發(fā)展方面，由于細胞從循環(huán)中攝取的葡萄糖減少，T1DM和T2DM均可導致高血糖。而T2DM導致?lián)p傷的潛在機制則歸因于“慢性燃料過?！保饕憩F(xiàn)為高糖對細胞的毒性、脂代謝異常、胰島素抵抗以及胰腺β細胞損傷等，引發(fā)全身性炎癥反應。DM患者常表現(xiàn)出胰腺、肝和脂肪組織等多器官功能障礙[6]。另外，長期高血糖會促進高表達蛋白質(zhì)(如膠原蛋白、層粘連蛋白和硫酸乙酰肝素蛋白多糖)生成AGEs，導致與血管阻塞和內(nèi)皮損傷相關的病理學疾病。DM的發(fā)展也與可遺傳因素有關，包括與β細胞功能和代謝有關的關鍵基因，如轉(zhuǎn)錄因子TCFL2以及與脂肪團和肥胖相關的蛋白(fat and obesity associated，F(xiàn)TO)[7]。

3 DM 對角膜的影響及其病理生理學

DM對角膜的形態(tài)、生理、代謝和臨床等方面都有重大影響[8]。高血糖對人體所有細胞幾乎都有毒性作用，當主要膠原亞型(如I型、III型和V型膠原)或蛋白多糖(如角蛋白聚糖、基膜聚糖或核心蛋白聚糖)表達異常時，它會影響膠原蛋白纖維之間形成交聯(lián)的數(shù)量，改變角膜內(nèi)原纖維的直徑和構造，進而影響組織的生物力學性能，造成視力障礙。而當DM患者出現(xiàn)角膜細胞功能障礙和修復機制紊亂時，表現(xiàn)為角膜組織復發(fā)性糜爛、傷口愈合延遲、潰瘍和水腫。在高血糖狀態(tài)下，角膜結構可能產(chǎn)生不同的病理改變[9]，如持續(xù)性上皮缺損和干眼、復發(fā)性角膜糜爛[10]和細菌感染及基底膜退化等[11]。

首先，DM會導致角膜上皮功能障礙，如出現(xiàn)淺表穿刺性角膜炎和上皮糜爛，角膜上皮異常是DM最常見的并發(fā)癥之一。角膜上皮基底細胞(corneal epithelial basal cells，CEBC)來源于角膜緣干細胞，在基底膜的形成中起重要作用。Chang等[12]發(fā)現(xiàn)，DM患者CEBC密度降低、細胞大小變異性增加和細胞內(nèi)空間變寬。角膜神經(jīng)纖維釋放多種神經(jīng)肽以維持角膜上皮的穩(wěn)態(tài)，而神經(jīng)營養(yǎng)因子作為關鍵的調(diào)節(jié)分子，在DK中發(fā)揮重要作用[13]。神經(jīng)支配的改變可能是DM患者CEBC密度降低的主要原因。

角膜是機體神經(jīng)末梢分布最廣的器官之一，DM對基底下神經(jīng)群的影響可能是DM對角膜組織產(chǎn)生病理影響的另一主要原因。角膜神經(jīng)纖維的功能之一是維持健康的角膜和促進眼外傷后的傷口愈合[14]，角膜神經(jīng)的缺失會導致神經(jīng)營養(yǎng)因子供應減少，愈合時間延長。因此，角膜神經(jīng)支配受損的患者，例如皰疹性角膜炎、糖尿病和屈光手術后，由于營養(yǎng)支持減少，角膜損傷的風險增加[15]。另外，DM還能改變角膜感覺神經(jīng)形態(tài)，如使三叉神經(jīng)纖維密度下降，分支減少[16]。而角膜神經(jīng)受損可導致角膜敏感性減弱、干眼、神經(jīng)營養(yǎng)性角膜炎甚至失明[17]。

Taylor和Kimsey[18]報道DM患者角膜基底膜較正常更厚。這一病理變化目前可歸因為基底膜代謝異常。眾所周知，AGEs在DK中起重要作用。Ishida等[19]檢測到DM患者與健康人相比角膜自體熒光增強。角膜自體熒光與DM角膜中AGEs的沉積相關。同時，在DM大鼠的角膜上皮和上皮基底膜部位也檢測到AGEs的累積[20]。AGEs可通過激活c-Jun N末端激酶和p38絲裂原活化蛋白激酶途徑以及產(chǎn)生ROS，誘導人角膜上皮細胞凋亡[21]。此外，DM中角膜神經(jīng)的喪失導致神經(jīng)營養(yǎng)支持減少，導致上皮細胞的加速喪失和增殖減少、異?；啄さ漠a(chǎn)生和上皮細胞與異常基底膜的黏附不足[22]。

DM也可引起角膜基質(zhì)的改變，角膜基質(zhì)的結構和功能改變，使角膜透明度喪失，威脅患者的視力[23]。透射電鏡顯示DM角膜前基質(zhì)的組織結構不同：在DM角膜的中心，雖然膠原層的結構與正常角膜中相似，但基底上皮層比正常角膜更厚。在外周角膜中，前部上皮基底層中出現(xiàn)異常的瓷磚狀膠原纖維。同時，在角膜基質(zhì)中還檢測到AGE免疫反應，這都有可能導致膠原交聯(lián)和基質(zhì)異常。AGEs的增加導致膠原分子和蛋白聚糖之間的非酶交聯(lián)，使角膜基質(zhì)的超微結構變化，從而導致角膜硬化和增厚[24]。

DM對角膜內(nèi)皮也有影響。Liaboe等[25]發(fā)現(xiàn)DM患者的平均ECD顯著降低，而DM角膜的細胞面積變異系數(shù)較高[26]。此外，DM患者眼睛中多形性內(nèi)皮細胞數(shù)量顯著增加。內(nèi)皮細胞含有許多免疫和炎癥因子，如血管內(nèi)皮生長因子、腫瘤壞死因子-α、白細胞介素(IL)和基質(zhì)金屬蛋白酶。這些因素也損傷角膜內(nèi)皮，導致內(nèi)皮功能和形態(tài)的改變，以及分子水平的改變[27]。

4 DK 的現(xiàn)行及未來可能用于臨床的治療策略

4.1 DK 的現(xiàn)行治療策略

DM現(xiàn)行的治療方式主要是控制機體血糖水平，改變生活方式(如飲食和運動)及藥物干預(如使用胰島素、α-葡萄糖苷酶抑制劑和雙胍類等降糖藥物)；而DK的治療也同樣集中于控制血糖水平的支持性療法，主要是預防感染和提供有利于愈合的最佳環(huán)境。

DK局部治療的目的是維持光滑濕潤的眼表、保持完整的上皮，最大限度地減少視覺損失并提高舒適度。具體的治療方法取決于病情的嚴重程度及所涉及的具體結構。這些主流治療方法主要包括局部滴用人工淚液、使用角膜繃帶鏡及局部使用抗炎藥物，如非甾體類抗炎藥、類固醇和環(huán)孢菌素A等，以減輕眼表炎癥、保護角膜上皮細胞，促進角膜上皮生長。但這些現(xiàn)有的治療方法對于角膜組織損傷的修復能力有限。近年來，一批新興的治療方法涌現(xiàn)，未來有望應用于臨床。

4.2 DK 未來可能用于臨床的治療策略

4.2.1 神經(jīng)生長因子局部滴眼治療

神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)是調(diào)節(jié)發(fā)育中的神經(jīng)元生長分化的分子，參與神經(jīng)元的維護和生長，從而控制維持角膜上皮細胞的正常和更新[28]。膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF)和睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor，CNTF)等因子通過在角膜上皮中的受體刺激角膜上皮細胞增殖和遷移，以增強其免疫保護功能[29]。其中NGF和GDNF來源于角膜上皮細胞，存在于角膜、結膜、淚液和淚腺中[30]，參與角膜神經(jīng)再生，可因高血糖受損[31]。體外研究結果表明：角膜上皮細胞和神經(jīng)元之間存在營養(yǎng)支持，如三叉神經(jīng)神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)因子，以促進角膜上皮細胞的生長、增殖、分化和VII型膠原的產(chǎn)生[32]；基質(zhì)角膜細胞也產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)素，如神經(jīng)營養(yǎng)素3和4[33]。目前的研究[34]表明：局部應用NGF可通過促進ROS的形成反轉(zhuǎn)糖尿病模型中角膜的凋亡和炎癥，小鼠NGF也已成功用于加速角膜傷口愈合。因此，NGF可作為促進角膜傷口愈合的有潛力的治療劑。但是，因為與NGF臨床療效相關的大多數(shù)實驗證據(jù)都是通過小鼠實驗獲得的，所以結論具有一定的局限性。如重組人神經(jīng)生長因子(recombinant human nerve growth factor，rhNGF)在人類周圍神經(jīng)病變中的作用與小鼠NGF的作用并不可比[35]。同時，由于其目前的成本高昂，無法大規(guī)模用于臨床治療。

4.2.2 局部胰島素療法

胰島素較神經(jīng)生長因子價格更廉價安全，又能更好地被眼組織耐受[36]，是一種更經(jīng)濟、更成熟的替代品。對DM患者全身或局部使用胰島素均可促進皮膚傷口愈合[37]。在眼部應用方面，胰島素也被認為對DK有類似的積極治療作用：在一項針對32例DM患者的小型人體臨床試驗中，與安慰劑治療的對照組相比，術后1個月局部胰島素治療組預后良好，上皮缺損減少，角膜上皮的恢復也有顯著改善[38]。類似地，胰島素樣生長因子1(insulin like growth factor-1，IGF-1)能促進細胞增殖，局部給II型DM小鼠服用后，與對照組相比角膜基底下神經(jīng)密度有所改善[39]。這些研究支持了降低細胞外葡萄糖水平對促進角膜傷口修復至關重要這一假說。

但值得注意的是，胰島素或IGF-1治療的療效取決于DM的嚴重程度，在正常角膜中使用胰島素并不會加速傷口愈合。雖然實驗證明胰島素能促進角膜上皮傷口愈合，但目前其具體機制尚未明確。另一方面，當胰島素濃度＞10 ng/mL時會激活低親和力受體(如IGF-1R)，因此長期局部球后注射胰島素可能會引發(fā)嚴重的不良并發(fā)癥[40]，限制了局部胰島素療法在DK患者中的應用，因此，在胰島素或IGF-1局部治療法被廣泛推廣前需要進行進一步的研究以及更多的數(shù)據(jù)支持。

4.2.3 小分子療法之納曲酮

靶向阿片樣物質(zhì)受體也能改善DM患者的傷口愈合情況，加速角膜移植。內(nèi)源性阿片物質(zhì)是類生長抑制因子，其通過抑制或減緩細胞DNA的合成，延緩角膜上皮的增殖和創(chuàng)傷愈合。靶向阿片樣物質(zhì)受體的作用機制是通過抑制阿片類生長因子受體，促進成纖維細胞增殖，從而抑制醛糖還原酶的產(chǎn)生，減少其對上皮屏障的損害[41]。

納曲酮是一種長效阿片類拮抗劑，局部或口服給藥均被證明可加速角膜傷口愈合并恢復角膜敏感性，在多種動物模型中也被證明是安全有效的[42]。同時，納曲酮可在體外逆轉(zhuǎn)人DM角膜和DM動物模型的角膜病變。以上發(fā)現(xiàn)均表明：局部使用納曲酮作為DK的治療劑沒有不良反應或較大的毒性，具有很大的應用潛力。然而，為方便制備和管理，目前所有關于納曲酮的臨床研究均以溶液形式進行。此時，藥物溶液的局部眼部給藥會被滯留的淚液迅速稀釋，并通過鼻淚管引流消除。同時，納曲酮的味道非?？?。因此，未來的研究應側重于延長納曲酮在角膜前的停留時間，并盡量減少其通過鼻淚管的引流，以盡量減少苦味感，從而提高患者對該藥物的接受能力。

4.2.4 小分子療法之醛糖還原酶抑制劑

DM的并發(fā)癥還與通過山梨醇途徑增加的代謝流量有關，該過程的第一步需通過醛糖還原酶介導葡萄糖轉(zhuǎn)化為山梨醇。與山梨醇途徑在DM導致的角膜缺損中的作用一致，抑制醛糖還原酶對傷口的愈合有積極作用。在一組實驗中，與未經(jīng)治療的半乳糖喂養(yǎng)的對照組相比，實驗組在局部和口服醛糖還原酶抑制劑(aldose reductase inhibitors，ARI) 7個月后角膜敏感性仍保持不變[43]。

4.2.5 抗氧化劑

由于DM能導致炎癥的增加，抗氧化劑混合物在改變或抑制DM相關的病理學方面也具有靶向作用。角膜的生理結構使其本身易受氧化損傷的影響，氧化和抗氧化劑水平失衡會導致mtDNA突變，突變隨著時間的推移不斷累積，一旦超過閾值，細胞將會產(chǎn)生能量障礙，出現(xiàn)疾病的臨床表型[44]?；谏鲜鰴C制，可以使用抗氧化劑治療某些角膜疾病，以減少角膜損傷。在清創(chuàng)術后7 d，對STZ誘導的DM小鼠納米膠束內(nèi)和鼻內(nèi)姜黃素給藥，與未經(jīng)治療的對照組相比，實驗組角膜再上皮化和敏感性有明顯改善[45]。其他生長因子/抗氧化劑混合物也有過應用。例如，局部應用色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)可改善STZ誘導的小鼠模型上皮清創(chuàng)術后12 d角膜的再上皮化、神經(jīng)纖維的保持和敏感性[46]。這些結果表明，以參與DM的下游效應器為目標可能有助于預防或延緩DM相關的病理。

4.2.6 基因治療

除現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法外，新的治療手段，如靶向份子治療、基因和干細胞療法都很有希望，但這些領域已發(fā)表的成果大多數(shù)仍局限于對動物模型的評估，而尚未進入臨床試驗階段，尚未轉(zhuǎn)化為常規(guī)療法。

隨著基因治療的迅速發(fā)展，目前已有很多新的方法用于修復DM角膜。當前的研究中主要應用病毒作為載體[47]。病毒可以有效地進行基因傳遞，效率高、效果持久，但可能誘發(fā)免疫反應、炎癥或不受控制地整合到宿主基因組中。雖然新重組腺病毒、腺相關病毒和慢病毒不會引起嚴重的免疫反應，也不會轉(zhuǎn)染非分裂細胞，但安全問題(如對干細胞的毒性)和表達載體特異性缺乏等依然存在。miRNA是重要的轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)控因子，可調(diào)控基因沉默，用于治療DM角膜傷口愈合延遲，但僅在器官培養(yǎng)中有過報道[48]。另一方面，由于大多數(shù)miRNA作用于多個靶點，并在不同的DM組織中表達的變化不同，因此，在治療中時應先對傳遞途徑和生物分布等進行徹底地論證?？傮w來說，基因治療是用于恢復異常DM角膜的很有前途的工具，應進一步發(fā)展為未來臨床所用。

5 結語

角膜的生理功能正常是獲取高質(zhì)量視覺圖像的前提。DK作為DM的慢性并發(fā)癥之一常造成患者視力下降，嚴重者甚至失明，但在臨床上，因其發(fā)生常伴有其他眼部疾病的發(fā)生而常被忽視。該領域已有大量相關研究，但目前仍缺乏有效的醫(yī)療手段，凸顯了該疾病的復雜性。機體的高血糖水平與DK密不可分，近年來的臨床研究主要是對DM的干預。本文綜述了DM的生物學及病理生理學特征和DM對角膜的影響，總結了DK現(xiàn)行的治療方式。局部滴用人工淚液、使用角膜繃帶鏡及局部使用抗炎藥物安全有效，同時已證明可以減輕角膜病變的癥狀，為目前DK臨床治療的主要療法，而涉及局部胰島素和阿片類拮抗劑納曲酮療法、基因、納米和細胞治療等新方法仍處于實驗階段，未來需要進一步大量的臨床實驗來證實其療效及安全性。由于目前還沒有特效藥物，進一步深入了解細胞水平上DK發(fā)展的病理生理學對開發(fā)能夠促進角膜再上皮化以加速傷口愈合的潛在藥劑至關重要。隨著技術的融合及生物制劑作為治療手段的迅猛發(fā)展，未來有望在DK的治療上提供更多新的和更有效的治療選擇。此外，隨著血管生成、免疫學和內(nèi)分泌代謝領域的不斷發(fā)現(xiàn)，相信在不久的將來，將出現(xiàn)新的潛在的治療靶點，將會有更多新的治療DK的方法將應用于臨床。

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