糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲的研究進展

吳燕妮，張 琪

0引言

糖尿病是影響全身的代謝性疾病，目前全世界有4.15億人患有糖尿病，并且它的患病率將持續(xù)上升[1]。糖尿病因其導致的各器官慢性并發(fā)癥而嚴重損害人們的健康及生活質(zhì)量，涉及周圍神經(jīng)、大血管、微循環(huán)、腎臟、視網(wǎng)膜等多系統(tǒng)損害。近年來，糖尿病眼表病變也日漸引起人們重視，包括干眼、角膜神經(jīng)病變、角膜上皮損傷愈合延遲等。研究表明糖尿病患者角膜上皮損傷愈合較正常人明顯延遲[2]，持續(xù)不愈合的角膜損傷可導致復發(fā)性上皮糜爛、角膜潰瘍甚至角膜穿孔，往往影響糖尿病眼病術(shù)后康復進程且治療棘手，嚴重影響患者的視覺質(zhì)量和視功能，也日益引起眼科醫(yī)生的關(guān)注。本文就糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲的病理基礎(chǔ)、發(fā)病機制及相關(guān)治療的最新進展做一綜述。

1糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲的病理基礎(chǔ)

角膜上皮損傷修復過程包括角膜緣干細胞增殖、分化、遷移至上皮損傷處，細胞外基質(zhì)重建等[3]，糖尿病患者角膜上皮細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，上皮層黏附結(jié)構(gòu)受損等情況，可能與糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，糖尿病患者角膜上皮細胞層數(shù)變少，基底層細胞退化、凋亡，微絨毛數(shù)量減少、水腫，細胞間隙增大，出現(xiàn)裂縫，細胞間連接疏松；上皮層基底膜脆性增加、退化[4-5]?；啄ぴ龊瘢嘈栽黾訉е律掀ぜ毎菀酌撀?，從而增加角膜上皮損傷修復難度。對于糖尿病患者，這些角膜上皮結(jié)構(gòu)的改變有助于深入研究糖尿病角膜上皮愈合延遲的機制及治療。

2糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲的發(fā)病機制

2.1高血糖的作用長期的高血糖環(huán)境首先對角膜上皮細胞產(chǎn)生直接而快速的損傷，導致其功能減退。其次糖尿病患者體內(nèi)蛋白質(zhì)糖基化反應活躍，糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)長期聚集，其導致角膜上皮損傷愈合延遲的機制如下：(1)體內(nèi)高血糖狀態(tài)時，大量沉積于角膜上皮細胞和基底膜間的AGEs直接破壞基底膜及細胞黏附結(jié)構(gòu)的功能，減少細胞間的黏附作用及擴展；(2)AGEs與其受體(RAGE)結(jié)合促進活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，ROS可以直接損傷角膜上皮細胞，導致細胞凋亡，還可通過激活JNK和p38 MAPK通路誘導角膜上皮細胞的凋亡[6-7]。另一方面活性氧抑制角膜上皮細胞遷移，破壞細胞膜上的蛋白、脂質(zhì)以及細胞間黏附結(jié)構(gòu)[8]。

2.2蛋白酶的作用糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲與角膜基底膜脆性增加，細胞間黏附結(jié)構(gòu)減少相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)部分蛋白酶(protease)參與了以上過程的發(fā)生發(fā)展。這些蛋白酶通過水解組成基底膜、細胞外基質(zhì)的層粘連蛋白以及整合素，對上皮基底膜及細胞間黏附結(jié)構(gòu)進行降解，最終導致基底膜脆性增加，細胞間黏附作用減弱，上皮細胞脫落，角膜上皮損傷修復困難，愈合延遲等[9]。目前研究最多的是基質(zhì)金屬蛋白酶-10(matrix metalloproteinase-10，MMP-10)和組織蛋白F(CF)，二者在糖尿病患者角膜中顯著升高，通過降解上皮基底膜及細胞間黏附結(jié)構(gòu)導致角膜損傷愈合延遲[10]。另外研究發(fā)現(xiàn)這兩種蛋白酶也有可能參與細胞內(nèi)信號通路，MMP-10和CF可能通過作用于整合素，使其與相關(guān)生長因子受體結(jié)合，抑制相關(guān)通路的活化，例如整合素a3b1,可與表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)結(jié)合，抑制EGFR/Akt通路，而EGFR/Akt通路是刺激角膜上皮損傷愈合的信號通路[11]。

2.3淚膜的改變淚膜由淚腺分泌，自內(nèi)向外分為黏蛋白層、水液層、脂質(zhì)層，對于眼表的保護、細胞再生、潤滑角膜結(jié)膜、傷口愈合具有重要作用。正常人穩(wěn)定的淚膜中富含抗氧化劑，如維生素C、維生素E等可保護眼表免受自由基等的攻擊以維持角膜上皮細胞的完整性[12]，糖尿病患者淚膜不穩(wěn)定，角膜上皮失去屏障保護，遭受氧化應激中自由基的攻擊；另外糖尿病患者淚液成分中多了幾種正常人淚液中未曾發(fā)現(xiàn)的蛋白，這可能也與眼表病變具有相關(guān)性[13]。淚膜和上皮病變相互作用，當上皮細胞發(fā)生病變和缺失，又可影響淚膜的功能，從而形成惡性循環(huán)，最終發(fā)生角膜上皮病變，角膜上皮損傷愈合延遲甚至畸形。淚膜的改變提醒我們關(guān)注糖尿病患者眼表病變的相互影響。

2.4生長因子和細胞因子相關(guān)通路的異常生長因子和細胞因子是涉及角膜損傷修復在內(nèi)的細胞活動(cell behavior)、組織重塑的重要調(diào)控因子，它們的異常表達可導致角膜上皮基底膜改變、細胞黏附減少、上皮層脆性增加、基底下神經(jīng)損傷等。相關(guān)的因子研究如下：(1)胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors，IGF-1)對細胞生長及代謝具有重要作用，通過與角膜上皮細胞中的胰島素受體及IGF受體結(jié)合介導上皮細胞的存活、增殖及遷移，從而參與角膜上皮損傷修復過程[14]。對于糖尿病患者，IGF-1與升高的胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(IGFBPs)結(jié)合抑制IGF-1R信號通路的激活，并影響上皮細胞增殖、遷移等活動，從而抑制角膜上皮損傷愈合[15]。(2)EGF通過其受體(EGFR等)激活其細胞通路下游中的蛋白激酶效應器，激活EGFR-PI3K(磷脂酰肌醇-3激酶)/Akt信號通路，這一途徑對細胞增殖、遷移至關(guān)重要，有研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病大鼠眼角膜中，EGFR及其信號通路中PI3K、Akt等信號分子表達減少與糖尿病大鼠角膜上皮損傷愈合延遲相關(guān)，部分學者認為高糖誘導的氧化應激抑制EGFR信號通路、PI3K/Akt通路，導致糖尿病角膜上皮創(chuàng)傷愈合受損[16]。(3)IL-1β/IL-1Ra(IL-1受體拮抗劑)失衡：角膜上皮損傷時，上皮細胞產(chǎn)生較多IL-1β通過與IL-1R結(jié)合來激活下游因子抑制上皮損傷愈合。正常人群中，上皮損傷還可以產(chǎn)生IL-1Ra，拮抗IL-1R的生物活性，促進中性粒細胞、NK細胞的浸潤，促進上皮損傷愈合；糖尿病大鼠角膜損傷后，上皮細胞產(chǎn)生IL-1β不變，IL-1Ra的表達被抑制，IL-1β/IL-1Ra比值增高，上皮細胞增殖減少，凋亡增加，上皮損傷愈合受損。當加入外源性IL-1Ra后，糖尿病小鼠角膜上皮修復加快[17]。其他因子：阿片類生長因子(opioid growth factor，OGF)、神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor-β，TGF-β)等也逐漸被納入研究中[18]。這些生長因子和細胞因子的研究對于糖尿病患者角膜上皮愈合延遲的治療有著重要意義。

2.5角膜神經(jīng)的改變角膜神經(jīng)多數(shù)來源于三叉神經(jīng)眼分支，與上皮細胞通過互相釋放可溶性營養(yǎng)物質(zhì)提供營養(yǎng)支持。體外共培養(yǎng)顯示三叉神經(jīng)原細胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽刺激上皮細胞生長、增殖、分化和膠原蛋白的產(chǎn)生；同時，角膜上皮細胞分泌生長因子(NGF、CNTF、EGF等)促進神經(jīng)突的形成、延長和存活[19]。糖尿病患者角膜神經(jīng)纖維釋放的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)減少，維持上皮完整性的營養(yǎng)支持不足；而當角膜上皮受到損傷時，又可以影響神經(jīng)的延長、存活，這種惡性循環(huán)導致角膜上皮的營養(yǎng)支持受到嚴重影響，引起角膜上皮細胞腫脹、形狀不規(guī)則、排列紊亂，易脫落，基底膜異常，細胞間黏附結(jié)構(gòu)破壞，上皮損傷修復困難。另一方面，糖尿病患者角膜神經(jīng)纖維主干密度、角膜神經(jīng)纖維長度、角膜神經(jīng)分支密度降低，角膜神經(jīng)彎曲度增加[20]，角膜神經(jīng)損傷可能導致角膜知覺減退，影響眨眼反射，導致淚膜的不均勻分布，引起干眼癥、上皮修復功能受損等[21]。

2.6 microRNA的作用microRNA是短鏈非編碼的寡核苷酸,具有強大的調(diào)控作用，影響廣泛生物活動，并且這些作用多為負性調(diào)控，它們通過與相應的mRNA結(jié)合，阻止基因在轉(zhuǎn)錄后水平產(chǎn)生相應蛋白質(zhì)[22]。多項研究證實它們在細胞的增殖、分化、遷移、凋亡中具有重要作用[3]。近年來，學者們發(fā)現(xiàn)了miRNA在糖尿病患者角膜上的差異性表達，并且對于其作用有了更多認識。Winkler等[23]發(fā)現(xiàn)miR-146a在糖尿病患者角膜緣細胞的表達高于正常人，miR-146a通過抑制角膜上皮細胞損傷愈合通路中的信號分子p38、EGFR的磷酸化，影響角膜上皮細胞移行，延遲上皮損傷愈合。miR-204-5p高表達于糖尿病小鼠的角膜中，抑制其下游基因SIRT1(silent mating type information regulation 2 homolog-1)通過蛋白質(zhì)的去乙酰化調(diào)控細胞的存活、發(fā)育、代謝和細胞周期。糖尿病患者角膜中SIRT1的表達減少，提高SIRT1的表達可促進糖尿病角膜上皮損傷的修復，使角膜上皮細胞周期阻滯，增殖發(fā)育受損，修復功能減退。給糖尿病小鼠結(jié)膜下注射miR-204-5p抑制劑可促進SIRT1和cyclin D1上調(diào)來加速創(chuàng)面愈合[24]。miR-424、miR-182等異常表達也與角膜上皮細胞損傷愈合延遲相關(guān)。雖然糖尿病眼角膜miRNA變化的研究剛開始，相關(guān)機制仍需進一步探索[25]，但對于糖尿病眼角膜miRNA的研究也為我們對于糖尿病角膜上皮愈合延遲的研究打開了新的思路。

3糖尿病患者角膜上皮損傷愈合延遲的治療

糖尿病發(fā)病率持續(xù)上升，其并發(fā)癥尤其是糖尿病角膜上皮損傷愈合延遲的診療仍是一項挑戰(zhàn)，目前臨床上常規(guī)治療方法包括人工淚液潤眼、角膜接觸鏡，更嚴重者可行瞼裂縫合術(shù)[26]，但這些方法只是為角膜再上皮化提供一個良好環(huán)境，并不能從根本上加速角膜上皮化，因此如何加快角膜修復速度已被提上日程，越來越多的學者已加入到當前的探討中。

3.1抗氧化應激治療氧化應激是引起糖尿病角膜上皮病變的一個重要因素，ROS直接或間接損傷角膜上皮細胞及細胞間黏附結(jié)構(gòu)引起角膜上皮損傷愈合延遲[7]，相關(guān)治療思路如下：有學者發(fā)現(xiàn)局部使用消退素d1(resolvin D1，RvD1)促進糖尿病角膜上皮修復的機制主要是通過抑制AGEs途徑中相關(guān)氧化酶的活性減少ROS，并且RvD1的應用可重新激活氧化應激反應性轉(zhuǎn)錄因子Nrf2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2)及其下游受損的抗氧化基因的表達[27]。另外P物質(zhì)(substance P，SP)通過作用于NK-1受體促進ROS的清除以緩解高血糖對角膜上皮的損傷[28]。

3.2胰島素治療胰島素主要用于控制血糖及糖尿病相關(guān)并發(fā)癥，隨著對糖尿病并發(fā)癥認識的加深，人們開始關(guān)注胰島素在眼部并發(fā)癥方面的應用。2007年就有學者提出局部使用胰島素可加快糖尿病小鼠角膜創(chuàng)面的愈合[29]，隨著研究深入，研究者發(fā)現(xiàn)胰島素滴眼液可以防止角膜基底神經(jīng)纖維的丟失[30]，促進角膜上皮晝夜節(jié)律性改變的恢復，這可能是胰島素促進角膜上皮修復的機制[31]。在臨床研究中，術(shù)前使用胰島素眼液可加快患者玻璃體切除術(shù)術(shù)后角膜上皮愈合速度[32]。但需要注意的是胰島素并不能促進正常角膜損傷的愈合，高糖培養(yǎng)的角膜即使處于高濃度胰島素中，角膜傷口愈合速度仍不及正常角膜[33]。對于胰島素的應用仍需更多試驗進行探討，但其前景是可觀的。

3.3生長因子及神經(jīng)保護因子治療糖尿病角膜上皮損傷愈合延遲與角膜神經(jīng)改變及生長因子關(guān)系密切。NGF因其抗凋亡、抑制炎癥的作用促進糖尿病角膜上皮修復[34-35]。睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor，CNTF)是具有神經(jīng)保護作用的細胞因子，一方面它可以通過激活STAT3刺激角膜上皮干細胞的有絲分裂，另一方面可以促進角膜神經(jīng)再生，減輕角膜神經(jīng)病變，從而加速角膜上皮修復[36]。色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)聯(lián)合二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)促進角膜上皮創(chuàng)面愈合。目前較公認的機制主要包括抑制氧化應激，神經(jīng)營養(yǎng)保護作用以及抑制炎癥反應，未來還需要更多的實驗去探討[37]。也有學者提出患者自體血清可促進角膜創(chuàng)面的愈合[38]，目前考慮血清中黏附分子、EGF、TGF-β與這種效果有關(guān)，但具體機制并不清楚。盡管我們對相關(guān)因子治療糖尿病角膜上皮損傷愈合延遲的前景看好，但大多數(shù)藥物的具體使用方案及副作用仍需進一步探討[39]。

3.4角膜緣干細胞移植角膜上皮細胞由角膜緣干細胞增殖、分化而來，當角膜上皮損傷，一系列的信號通路啟動，角膜緣干細胞開始增殖、分化、遷移至上皮損傷處進行修復，糖尿病患者角膜緣干細胞功能障礙，影響角膜上皮的修復[40]。干細胞移植可能成為治療糖尿病角膜上皮病變嚴重病例的有效方法。干細胞來源包括捐獻者的健康干細胞以及臍帶血中提取的造血干細胞(HSC)，在糖尿病大鼠的實驗中，注射人HSC可改善角膜上皮修復情況,但其作用機制尚不明了[41]。雖然角膜緣干細胞的移植技術(shù)目前并不成熟，但前景可觀，未來可能應用于較多因角膜上皮愈合延遲而影響生活質(zhì)量的糖尿病患者。

3.5基因治療基因療法已成功地應用于包括角膜在內(nèi)的不同組織，當前糖尿病角膜病變研究較多的靶基因主要是MMP-10、組織蛋白F以及C-met，糖尿病患者體內(nèi)C-met含量下調(diào)，MMP-10、組織蛋白F、miRNA(miR-204-5p等)表達過量，病毒轉(zhuǎn)染C-met cDNA以及shRNA沉默MMP-10、組織蛋白F基因與miRNA，從而治療角膜上皮損傷愈合延遲[25]，基因治療目前還有許多未解決的問題，包括基因片段的載體病毒可能誘導機體免疫反應等副作用，但總體來說,基因治療方案極具前景，極有可能恢復糖尿病患者角膜功能，可以考慮是否進一步開發(fā)以供將來臨床使用。

4小結(jié)

糖尿病患者角膜病變尤其上皮損傷愈合延遲是糖尿病眼病患者的常見臨床問題，影響術(shù)后康復且治療相對棘手，近年來日益引起人們的關(guān)注。目前對于糖尿病患者角膜上皮愈合延遲的發(fā)病機制及治療探索仍處于比較初始的階段，相信隨著對糖尿病角膜上皮損傷機制研究的逐漸深入，以及對相關(guān)治療思路的不斷探討，將有望從源頭上治療糖尿病患者的角膜病變，加快對角膜上皮損傷的修復，提高患者的視覺質(zhì)量。