氣候性滴狀角膜變性的危險(xiǎn)因素及發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

華志翔，楊 晉

0引言

氣候性滴狀角膜變性(climatic droplet keratopathy，CDK)是一種與暴露環(huán)境條件密切相關(guān)的獲得性角膜退行性疾病，并具有潛在致盲可能。該病特征為中晚期角膜前彈力層和基質(zhì)層出現(xiàn)明顯的油滴狀沉積物及角膜的帶狀混濁。

早期病例報(bào)道中CDK曾被命名為Bietti結(jié)節(jié)性變性、角膜球狀變性、慢性光老化性角膜病、布拉多角膜病等[1]。我國(guó)學(xué)者張金沼也曾于1988年報(bào)道于內(nèi)蒙古發(fā)現(xiàn)一種臨床表現(xiàn)相似的疾病，并命名為蛋白樣角膜變性[2]。這些基于種族、地理、職業(yè)、臨床表現(xiàn)及可能的病因而產(chǎn)生的繁多的命名阻礙了進(jìn)一步交流。1973年Freedman[3]首次提出“氣候液滴狀角膜變性(CDK) ”一詞，強(qiáng)調(diào)了CDK發(fā)生發(fā)展中包括紫外線、干燥、風(fēng)沙等在內(nèi)的外部環(huán)境因素的主導(dǎo)作用及角膜前彈力層下滴狀沉積物這一特征性改變。1992年Gray等[1]發(fā)表了一篇CDK相關(guān)綜述，系統(tǒng)回顧了早期的同類報(bào)道并確定了其相似性，提議使用統(tǒng)一的命名來描述同類疾病，即氣候性滴狀角膜變性(CDK)，并逐漸被學(xué)界主流所接受。基于當(dāng)前研究進(jìn)展，也有一些學(xué)者建議使用環(huán)境性滴狀角膜變性(environmental droplet keratopathy)或環(huán)境相關(guān)性角膜蛋白退行性變(environmental proteinaceous corneal degeneration)來取代原有的名稱，但尚未得到共識(shí)。

根據(jù)臨床和裂隙燈下表現(xiàn)，可將CDK病程分為3個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)疾病的早中晚3個(gè)時(shí)期[3-4]。1級(jí)：在裂隙燈下，僅可在患者鼻側(cè)或顳側(cè)角膜緣見到微小上皮下沉積。2級(jí)：角膜上皮下滴狀沉積物逐漸增多，體積增大，并不斷向角膜中央擴(kuò)展，侵及2/3以上角膜，裂隙燈下瞳孔水平線下方角膜呈哈氣樣改變。3級(jí)：疾病晚期，油滴狀沉積物融合成片，呈帶狀橫向覆蓋角膜，有時(shí)也可隆起高出正常角膜上皮面，肉眼可見角膜表面琥珀色結(jié)節(jié)。此期患者視力嚴(yán)重下降且患者角膜敏感性降低，部分患者角膜可有無痛性潰瘍，繼發(fā)感染可導(dǎo)致角膜穿孔[5]。

1 CDK的流行病學(xué)及危險(xiǎn)因素研究

目前，CDK確切病因不明。自報(bào)道以來，一直將流行病學(xué)作為致病機(jī)制研究的突破點(diǎn)，并取得了一定成果。近年來在內(nèi)蒙古[4]、阿根廷[6-7]及印度多地[8-9]均有病例報(bào)道，而以上高發(fā)病率地區(qū)有相同的干燥、大風(fēng)、揚(yáng)塵和長(zhǎng)期高紫外線輻射的環(huán)境特質(zhì)。絕大多數(shù)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果支持CDK的發(fā)生與上述環(huán)境因素有關(guān)。戶外暴露職業(yè)如漁民、農(nóng)民、牧民等是CDK的易感人群，而個(gè)體的戶外暴露時(shí)間及年齡是CDK的顯著危險(xiǎn)因素[6-7]。性別與民族是否為CDK的危險(xiǎn)因素尚有爭(zhēng)議。一些流行病學(xué)研究觀察到了相同地區(qū)不同民族和性別人群間顯著的患病率差異[6-7]，而我國(guó)內(nèi)蒙古地區(qū)的流行病學(xué)研究也支持CDK的發(fā)生與民族有關(guān)，與性別無關(guān)[4]。此外，一項(xiàng)基于染色體的研究認(rèn)為CDK患病率與民族無明顯關(guān)聯(lián)[10]。CDK患病率在不同性別與民族之間的差異，可能基于社會(huì)分工、民族傳統(tǒng)習(xí)俗等，首先影響了個(gè)體的戶外暴露時(shí)間，繼而對(duì)CDK的患病率產(chǎn)生影響。

除上述因素外，Suarez等[6]最新研究表明，易感人群的飲食結(jié)構(gòu)異常可能也是導(dǎo)致CDK的原因之一。基于Suarez等對(duì)阿根廷4地的調(diào)查結(jié)果，當(dāng)氣候、民族、職業(yè)和戶外暴露時(shí)間相近時(shí)，飲食結(jié)構(gòu)的不合理成為了重要的危險(xiǎn)因素。對(duì)比其余3個(gè)日常以肉類為主食的地區(qū)，日常飲食中肉類的比例較低，蔬菜水果比例較高的4號(hào)地區(qū)人群翼狀胬肉和結(jié)膜黃斑的發(fā)病率均低于前三者，且CDK患病率為0。在后續(xù)研究中，Suarez團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了4地受訪者血清抗壞血酸(AA)濃度，結(jié)果顯示4號(hào)地區(qū)患者血清中AA濃度顯著高于其他3個(gè)地區(qū)。另有研究表明，角膜上皮細(xì)胞中的AA濃度高于全身任何其他組織，且角膜中高濃度的AA在紫外照射的防護(hù)中起重要作用[11-14]。然而由于基因的突變，人類無法自主合成AA，必須依賴外源性的AA攝入來滿足自身營(yíng)養(yǎng)需求。提示飲食結(jié)構(gòu)的不合理可能是首先通過影響機(jī)體整體的AA水平，繼而作用于角膜局部，導(dǎo)致了CDK的發(fā)生。

2 CDK患者的角膜組織形態(tài)學(xué)研究

組織形態(tài)學(xué)研究對(duì)了解疾病的發(fā)展及致病機(jī)制有重要意義，自報(bào)道以來，較多學(xué)者均對(duì)當(dāng)?shù)谻DK患者角膜組織進(jìn)行了組織形態(tài)學(xué)及病理學(xué)研究。光鏡下CDK患者角膜HE染色觀察顯示，角膜基質(zhì)層、前彈力層和上皮細(xì)胞下間隙均有大小不等的顆粒狀沉積物[2，15-16]。故早期觀點(diǎn)認(rèn)為CDK患者的角膜沉積是可溶性血漿蛋白與紫外線發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生的細(xì)胞外沉積。隨著顯微技術(shù)的進(jìn)步，CDK患者角膜形態(tài)學(xué)研究也逐漸深入。電鏡下CDK患者角膜上皮細(xì)胞基本正常，病理損傷處可有局灶性增生、變性或缺如。前彈力層中有滴狀變性物沉積，存在少量變性的上皮細(xì)胞，伴細(xì)胞核固縮，細(xì)胞質(zhì)電子密度增高，近基底膜部有較高電子密度的沉積[17]。共聚焦顯微鏡下CDK患者角膜除前彈力層和基質(zhì)內(nèi)的顆粒狀沉積物外，中晚期患者的間質(zhì)神經(jīng)形態(tài)及厚度不規(guī)則，基底下神經(jīng)叢密度降低[18]。電鏡及共聚焦成像提示CDK患者的角膜沉積并不是早期觀點(diǎn)中的單純的細(xì)胞外沉積，其沉積可能首先發(fā)生在變性的成纖維細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞裂解后沉積物外流至細(xì)胞外，并相互融合形成大小不一的顆粒狀沉積。這些形態(tài)學(xué)上的改變也很好地解釋了中晚期CDK患者角膜敏感性下降，出現(xiàn)無痛性潰瘍的原因。此外，電鏡及共聚焦顯微鏡下觀察均顯示隨病情進(jìn)展，邊緣區(qū)樹突狀細(xì)胞不斷增多，考慮CDK的進(jìn)展可能也與炎癥反應(yīng)相關(guān)。

3 CDK患者的角膜沉積物研究

CDK的特征表現(xiàn)之一是角膜前彈力層和基質(zhì)層的油滴樣沉積，早期研究認(rèn)為沉積物為非膠原蛋白，含有賴氨酸、絡(luò)氨酸、精氨酸等蛋白質(zhì)。蛋白沉積物的組分研究，一直是CDK致病機(jī)制的研究重點(diǎn)，但因CDK患者角膜沉積物極難溶解，且不易分離純化，早期對(duì)CDK角膜蛋白沉積物的具體組成成分研究進(jìn)展緩慢。

2000年，F(xiàn)ujii等[19]報(bào)道了人α-晶體蛋白的151殘基上的天冬氨酸(Asp)在人體老化過程中由左旋正天冬氨酸(L-α-Asp)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惓５挠倚愄於彼?D-β-Asp)，故認(rèn)為D-β-Asp多肽的生成與老化相關(guān)。在后續(xù)的研究中，利用針對(duì)上述多肽的自制抗體，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CDK角膜上皮沉積物中也有異常的晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)及D-β-Asp的高表達(dá)，而在大泡性角膜炎和間質(zhì)性角膜炎中未見相關(guān)表現(xiàn)，從而推測(cè)CDK的發(fā)生和老化進(jìn)程具有一定相關(guān)性[20-22]。

2008年，Menegay等對(duì)CDK患者角膜沉積物行蛋白組學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)了105種新的蛋白質(zhì)，主要為細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白和血漿蛋白，其與機(jī)體細(xì)胞連接、黏附和細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)及能量代謝等功能相關(guān)[23-24]。此外沉積物中同時(shí)存在熱休克蛋白(heat-shock proteins，Hsps)和泛素[23]。Hsps作為一種分子伴侶，主要負(fù)責(zé)將慢性氧化應(yīng)激導(dǎo)致形成的蛋白質(zhì)聚集體恢復(fù)到其原始折疊狀態(tài)，保持其功能并防止有害的聚集過程[25]。而當(dāng)超過Hsps的閾值時(shí)，小多肽泛素(ubiquitin，Ub)將標(biāo)記異常蛋白質(zhì)并泛素化，能夠被蛋白酶體識(shí)別并選擇性降解[26]。這一發(fā)現(xiàn)揭示了CDK沉積的出現(xiàn)可能是由于角膜基質(zhì)層成纖維細(xì)胞中蛋白酶體功能受損，導(dǎo)致了Ub結(jié)合物和蛋白質(zhì)沉積物的聚集。而針對(duì)熱休克和泛素通路調(diào)控進(jìn)行的藥物開發(fā)，或可為該病提供有效的治療方式[27]。

雖然目前已經(jīng)鑒定出角膜油滴狀沉積物的一些成分，但對(duì)沉積物的具體成分仍有待研究?，F(xiàn)階段蛋白組學(xué)研究結(jié)果僅基于2例患者的滴狀沉積物的樣本，同時(shí)文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間較為久遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)不及現(xiàn)在豐富，如能結(jié)合最新的激光捕獲顯微切割技術(shù)，從CDK患者的角膜中獲得更為純化的沉積物，并通過質(zhì)譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析，將能獲得更為深入有價(jià)值的研究結(jié)果。

4 CDK患者的眼表微環(huán)境研究

基于眼表微環(huán)境的觀點(diǎn)，CDK作為一種眼表疾病，不能簡(jiǎn)單理解為一種角膜前彈力層和基質(zhì)層的蛋白變性，應(yīng)同時(shí)考慮角膜病變的發(fā)生發(fā)展與淚膜、結(jié)膜和角膜基質(zhì)微環(huán)境的共同作用有關(guān)。

流行病學(xué)研究提示CDK的發(fā)生與環(huán)境因素明確相關(guān)，而淚膜作為角膜與外界環(huán)境直接接觸的部分，CDK的發(fā)生與患者淚膜功能之間的關(guān)系目前尚不明確。有報(bào)道顯示干眼在CDK患者中并不常見[6]，且一項(xiàng)對(duì)澳洲原住民的研究顯示CDK與干眼的發(fā)生之間沒有明確的關(guān)聯(lián)[28]，但根據(jù)本課題組在新疆收集的CDK病例資料顯示(尚未發(fā)表的數(shù)據(jù))，約1/3患者有明確的干眼診斷(Schirmer-Test<5mm/5min)，遠(yuǎn)高于正常人群中的比例[29-30]。CDK的發(fā)生是否與淚膜功能障礙和民族差異有關(guān)仍有待進(jìn)一步研究。此外，Suarez等[31]還利用脂質(zhì)組學(xué)研究了CDK患者角膜上皮細(xì)胞中的磷脂成分，對(duì)比正常的角膜區(qū)域，CDK區(qū)域的角膜上皮細(xì)胞內(nèi)的磷脂總量較低，且有脂質(zhì)成分缺失。推測(cè)是由于氧化應(yīng)激的增加導(dǎo)致CDK病變角膜上皮細(xì)胞及微環(huán)境中的脂質(zhì)參與反應(yīng)并被耗竭。

隨著無創(chuàng)淚液采集技術(shù)的進(jìn)步和蛋白組學(xué)技術(shù)的興起，以淚液成分為代表的眼表微環(huán)境研究逐漸成為眼科研究中的熱點(diǎn)。利用糖肽捕獲技術(shù)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，Lei等[32]發(fā)現(xiàn)CDK患者的淚液中有19種未見于其他眼表疾病的N鏈糖基化蛋白，其中5種N鏈糖基化蛋白的水平與健康人群存在顯著差異。而蛋白質(zhì)的糖基化是一種常見的蛋白翻譯后修飾，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能有重要影響。同時(shí)，糖基化也能通過改變蛋白構(gòu)象的方式，增強(qiáng)其在水解環(huán)境中穩(wěn)定[33]。這些蛋白的存在代表著CDK患者角膜局部組織的重塑和局部病變的進(jìn)展，可作為CDK的早期標(biāo)志物。

除全新的蛋白成分外，CDK患者的淚液中還觀察到大量的細(xì)胞促炎性因子，包括白介素(IL)家族中的IL-1b、IL-8及腫瘤壞死因子(TNF-a)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)[34]。Holopainen等[35]檢測(cè)了CDK患者和正常人群淚液標(biāo)本中MMPs和基質(zhì)蛋白酶組織抑制劑(TIMP-1)的含量，發(fā)現(xiàn)CDK患者淚液中MMP-2和MMP-9水平升高，MMP-8前體水平下降，TIMP-1水平下降。MMPs是一組結(jié)構(gòu)和功能同源，能降解ECM中多種蛋白成分的內(nèi)肽酶家族，其中MMP-2/MMP-9是明膠酶，而MMP-8是膠原酶，均可對(duì)角膜的基質(zhì)層造成損害[36]。MMP-2和MMP-9上升及TIMP-1的下降在翼狀胬肉[37-38]、干眼[39]、角膜炎[36]及角膜化學(xué)損傷[40]等疾病中均有類似報(bào)道，可能提示其在CDK中也有類似的炎性損傷作用。而在CDK中因?yàn)槟承┰蛭茨苷：铣苫虮缓慕叩腗MP-8其作用有待進(jìn)一步證明。上述研究表明非特異性MMPs抑制劑和其他蛋白酶抑制劑或可用于預(yù)防CDK的進(jìn)展。

5小結(jié)

綜上所述，CDK是多種因素協(xié)同作用的結(jié)果，目前其具體病因尚不完全清楚，其發(fā)病機(jī)制有待進(jìn)一步明確。但多數(shù)研究表明，角膜上皮損傷和氧化應(yīng)激在CDK中扮演了重要角色。如何避免角膜損傷，延緩甚至逆轉(zhuǎn)角膜沉積物的生成是預(yù)防和治療CDK的有效方法。對(duì)流行病學(xué)、角膜形態(tài)學(xué)、沉積物成分學(xué)和眼表微環(huán)境的研究是研究CDK致病機(jī)制的重要方向。