炎癥和氧化應(yīng)激在干眼發(fā)病中的作用及干眼的抗炎治療

劉 慧，趙少貞

0 引言

干眼患病率以非常快的速度在增加。在世界范圍內(nèi)，干眼已成為眼科患病率最高的眼病之一。我國(guó)的干眼患病率約為20%～52.4%[1]。2020-06中國(guó)干眼專家共識(shí)將干眼定義為：干眼是多因素引起的慢性眼表疾病，是由淚液的質(zhì)、量及動(dòng)力學(xué)異常導(dǎo)致的淚膜不穩(wěn)定或眼表微環(huán)境失衡，可伴有眼表炎性反應(yīng)、組織損傷及神經(jīng)異常，造成眼部多種不適癥狀和(或)視功能障礙[2]。定義中明確提到干眼伴隨眼表炎癥及其引發(fā)的眼表組織損傷。眼表的上皮細(xì)胞是維持眼表正常的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。作為眼表面的第一道屏障及干眼發(fā)病中的主要效應(yīng)組織，其在不同類型干眼中的改變具有較高相似性[3-4]。干眼的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，多由衰老、激素水平變化、自身免疫性疾病和外部環(huán)境因素引起。環(huán)境因素包括暴露于紫外線(UV)輻射、大氣污染物和臭氧等，起到越來越顯著的作用。此外，眼部手術(shù)如角膜屈光手術(shù)與白內(nèi)障手術(shù)等、長(zhǎng)期使用眼局部藥物如抗青光眼藥物等也可導(dǎo)致干眼。許多研究通過對(duì)眼表組織和淚液中的氧化損傷生物標(biāo)志物的檢測(cè)，包括4-羥基壬烯醛(4-HNE)，8-羥基-2-脫氧鳥苷(8-OHdG)和丙二醛(MDA)等[5]，證實(shí)上述因素會(huì)增加眼表氧化應(yīng)激反應(yīng)(reactive oxidative stress，ROS)，而活性氧的產(chǎn)生與抗氧化系統(tǒng)作用的失衡又會(huì)導(dǎo)致氧化損傷，從而激發(fā)炎癥反應(yīng)[6]。眼表損傷常伴有結(jié)膜杯狀細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致淚膜不穩(wěn)定，淚液滲透壓升高，進(jìn)一步誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生，激活炎癥反應(yīng)，加重角膜和結(jié)膜上皮細(xì)胞的凋亡[3]，形成惡性循環(huán)。氧化應(yīng)激作為干眼發(fā)病的重要機(jī)制，可以激活眼表的炎癥反應(yīng)，二者之間的關(guān)系密不可分，互為因果，均在干眼發(fā)病機(jī)制中起到關(guān)鍵作用。

1 氧化應(yīng)激與干眼

1.1 氧化應(yīng)激與眼表損傷氧化應(yīng)激是美國(guó)RS.Sohal于1990年提出的一種病理生理概念[7]，是指機(jī)體在內(nèi)外環(huán)境的有害刺激下，體內(nèi)產(chǎn)生活性氧自由基和活性氮自由基所引起的細(xì)胞和組織的生理和病理反應(yīng)[8-9]。

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致許多急慢性疾病和衰老的重要機(jī)制。酶抗氧化系統(tǒng)和非酶抗氧化系統(tǒng)在機(jī)體的抗氧化中起到主要作用。超氧化物歧化酶(SOD)是主要的抗氧化系統(tǒng)，包括以下3種成分：細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的SOD1(CuZn-SOD)、線粒體基質(zhì)中的SOD2(Mn-SOD)及細(xì)胞外的SOD3[10]。SOD酶家族是所有組織中的主要抗氧化系統(tǒng)，負(fù)責(zé)從細(xì)胞中清除ROS。當(dāng)氧化應(yīng)激平衡被破壞時(shí)，過度產(chǎn)生的ROS對(duì)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、碳水化合物和核酸造成的損害都可導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡[7]。細(xì)胞能克服輕微的干擾恢復(fù)原始狀態(tài)及功能，而中等程度的氧化應(yīng)激會(huì)觸發(fā)細(xì)胞凋亡，更加嚴(yán)重的氧化應(yīng)激則會(huì)直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡[11]。Behndig等[12]研究發(fā)現(xiàn)，SOD同工酶在人眼內(nèi)不同組織中(淚液、角膜、鞏膜、房水、晶狀體、玻璃體及視網(wǎng)膜)的活性不同，其中在視網(wǎng)膜中活性最高，其次為鞏膜和角膜，而淚液中含有SOD水平較低。眼表組織中SOD酶缺乏引起的ROS積累，可能導(dǎo)致瞼板腺疾病和干眼[7]。

眼表作為眼睛接觸外界環(huán)境變化的第一道防線，面臨諸多挑戰(zhàn)，如風(fēng)、紫外線照射、極端溫度、污染物、刺激物和煙霧等，這些因素都會(huì)不同程度地激活ROS并造成眼表損傷。環(huán)境中的臭氧可以降低抗氧化酶如溶菌酶的活性，引起眼表的持續(xù)性損傷[13]。吸煙也是導(dǎo)致淚膜功能障礙的重要因素[14-15]。Matsumoto等[16]證明煙草煙霧的慢性刺激會(huì)增加淚液中乙酰-賴氨酸(HEL)及氧化應(yīng)激標(biāo)記物水平的升高。Rummenie等[17]也證實(shí)在被動(dòng)吸煙的人群中，即使時(shí)間短暫也會(huì)對(duì)淚膜和眼表健康產(chǎn)生一定的影響；淚液中的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物及炎性細(xì)胞因子增加，并伴有黏膜防御功能降低，從而導(dǎo)致淚液不穩(wěn)定及眼表上皮細(xì)胞的損傷。此外，急性暴露于UV-B也可引起角膜上皮細(xì)胞損傷及脫落，在臨床中常見患者過度暴露于焊接電弧或太陽輻射后的角膜上皮損傷。長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)紫外線照射、大氣污染、粉塵過多等惡劣環(huán)境中，也會(huì)導(dǎo)致ROS標(biāo)記物升高，激活細(xì)胞調(diào)節(jié)因子，削弱角膜上皮細(xì)胞層的再生能力[7]，造成眼表損傷。

Shimmura等研究發(fā)現(xiàn)，亞閾值UV-B可促進(jìn)角膜上皮細(xì)胞內(nèi)過氧化物產(chǎn)生，而淚液中的乳鐵蛋白可能減輕紫外線照射對(duì)角膜上皮的損傷。另外，Birkedal-Hansen報(bào)道了基質(zhì)MMP-9基因表達(dá)水平的顯著增加，可以溶解角膜上皮基底膜，在細(xì)胞外基質(zhì)的降解中起作用，并通過Ⅳ型膠原的分解參與炎癥細(xì)胞的運(yùn)輸和炎癥。

炎癥反應(yīng)是重要的無氧自由基的來源。活化的吞噬細(xì)胞會(huì)分泌大量超氧化物自由基，并形成前列腺素和白三烯生物等副產(chǎn)物。淚液、瞼板腺和線粒體中自由基生成與自由基清除系統(tǒng)之間的失衡可能導(dǎo)致ROS蓄積和組織的炎癥。其中膜的脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)的氧化修飾及DNA的氧化損傷等反應(yīng)與細(xì)胞損傷關(guān)系密切。Park等[18]通過檢測(cè)非干燥綜合征患者淚膜和眼表過氧化物的表達(dá)，證實(shí)4-HNE和MDA水平與BUT、Schirmer淚液值、淚液清除率、角膜上皮病評(píng)分、結(jié)膜杯狀細(xì)胞密度和癥狀評(píng)分顯著相關(guān)(P<0.05)；干眼患者結(jié)膜中的4-HNE和MDA表達(dá)增加。這些發(fā)現(xiàn)有助于進(jìn)一步證實(shí)氧化應(yīng)激對(duì)眼表損傷的影響。

1.2 氧化應(yīng)激與環(huán)境相關(guān)干眼近20a來隨著空氣污染程度加重，干眼患病率顯著提高，氧化應(yīng)激在干眼發(fā)病機(jī)制中具有重要作用這一論點(diǎn)再次得到證實(shí)。大量干眼相關(guān)的細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物試驗(yàn)表明，角膜、結(jié)膜和淚腺損傷與氧化應(yīng)激有著密切的關(guān)系。Liu等[19]證實(shí)高滲條件下培養(yǎng)可以誘導(dǎo)人角膜上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)的激活，同時(shí)伴有SOD1等抗氧化酶表達(dá)水平降低，而這一模型也是國(guó)際公認(rèn)的干眼細(xì)胞模型。Nakamura等[20]研究顯示，在眨眼受抑制的干眼小鼠模型中，角膜淺表點(diǎn)狀改變與氧化應(yīng)激標(biāo)志物(包括8-OHdG、MDA和4-HNE)的升高有關(guān)；伴隨眨眼頻率的降低，干眼中氧化應(yīng)激的積累與角膜上皮改變之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。Wakamatsu等報(bào)道，SOD1 KO小鼠與野生型小鼠相比，淚腺的氧化損傷和炎癥浸潤(rùn)顯著增加，淚液分泌明顯減少，提示SOD1 KO小鼠也可以作為一種干眼的小鼠模型[21]。在臨床研究中，Choi等[22]發(fā)現(xiàn)非干燥綜合征干眼患者的淚膜和眼表中晚期脂質(zhì)過氧化標(biāo)記物(4-HNE和丙二醛)表達(dá)增加，且丙二醛水平與淚膜破裂時(shí)間、Schirmer評(píng)分、角膜染色評(píng)分、結(jié)膜杯狀細(xì)胞密度及癥狀評(píng)分相關(guān)。這些關(guān)于氧化應(yīng)激和干眼發(fā)病機(jī)制的研究為發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激在干眼發(fā)病機(jī)制中的重要作用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.3 抗氧化應(yīng)激在干眼治療中的作用研究表明，抗氧化應(yīng)激可以作為有效的干眼局部治療方法。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，一些植物中提取的L-肉毒堿和紫檀芪可以減少氧化應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生；硒蛋白P和α-酸也可以通過抗氧化應(yīng)激來治療干眼[5]。在小鼠干眼模型中，全身應(yīng)用乳鐵蛋白可改善淚腺的氧化損傷和淚液功能。淚液中乳鐵蛋白通過結(jié)合游離鐵，減少羥基自由基產(chǎn)生，發(fā)揮抗氧化作用，維持細(xì)胞內(nèi)的正常菌群，從而減少眼表感染發(fā)生率以及改善干眼的癥狀和體征[13]。臨床研究還表明，在Sj?gren綜合征患者中，淚腺損傷造成抗氧化酶產(chǎn)生減少，從而引起乳鐵蛋白活性的降低。通過口服乳鐵蛋白補(bǔ)充劑對(duì)提高淚液穩(wěn)定性和改善眼表損傷具有一定的保護(hù)作用[23]。隨著研究的深入、預(yù)防醫(yī)學(xué)及環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，眼表氧化應(yīng)激的作用也將備受關(guān)注，局部與全身使用抗氧化劑治療干眼具有很好的前景。

2 炎癥與干眼

2.1 炎癥反應(yīng)在干眼發(fā)病中的作用雖然干眼的發(fā)病機(jī)制尚未明確,但截止2013年期間，PubMed和其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫發(fā)表了關(guān)于干眼細(xì)胞模型、動(dòng)物模型以及人體試驗(yàn)的多達(dá)四千余篇英文文獻(xiàn),其中有11.3%的文獻(xiàn)與炎癥相關(guān)。這些研究提出了炎癥在干眼的發(fā)病機(jī)制中具有非常重要的作用[3]，而且在很大程度上將干眼指向了眼表自身免疫性疾病。固有免疫及適應(yīng)性免疫均在干眼的病理及病程進(jìn)展中起到至關(guān)重要的作用。眼表組織的炎癥反應(yīng)，可以引起淚液滲透壓升高，淚膜穩(wěn)定性降低,而以上改變又會(huì)進(jìn)一步加劇眼表損傷,并啟動(dòng)適應(yīng)性免疫反應(yīng)和固有免疫反應(yīng)的炎癥級(jí)聯(lián)作用[3]。慢性疾病通常是免疫失調(diào)導(dǎo)致的連續(xù)的炎癥反應(yīng)循環(huán)；同樣干眼也是一個(gè)慢性的炎癥循環(huán)造成的免疫失調(diào)，絕非單純的一種免疫應(yīng)答。了解這一免疫調(diào)節(jié)過程對(duì)明確眼表炎癥反應(yīng)在干眼發(fā)病機(jī)制中的作用非常關(guān)鍵。

2.2 干眼相關(guān)免疫反應(yīng)作為血管組織對(duì)損害性刺激的復(fù)雜生物反應(yīng)，炎癥可以幫助機(jī)體啟動(dòng)免疫應(yīng)答并清除有害刺激，促進(jìn)愈合。上皮細(xì)胞提供第一道先天免疫防線，以抵御病原體和有害刺激物的侵襲。急性炎癥反應(yīng)一般由中性粒細(xì)胞介導(dǎo)，而慢性炎癥反應(yīng)則由巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)完成。

在各種類型的干眼中，即使是輕度干眼，干眼炎癥的證據(jù)也得到充分證明，其中包括結(jié)膜和淚腺中免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，角膜中樹突狀細(xì)胞密度增加，淚液中炎癥因子水平升高等。淚腺和結(jié)膜的組織病理學(xué)檢查顯示，干燥綜合征和非干燥綜合征干眼患者都有淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[24]。此外，淚腺的神經(jīng)信號(hào)可以被炎癥介質(zhì)抑制[25]，剝奪腺體所需的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)支持并破壞淚腺的結(jié)構(gòu)和功能。其發(fā)生機(jī)制為結(jié)膜組織及淚腺的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，免疫相關(guān)抗原的上調(diào)，炎癥因子表達(dá)增加，淚腺腺泡細(xì)胞的膜運(yùn)輸障礙，結(jié)膜鱗狀化生和杯狀細(xì)胞喪失等。機(jī)體如果伴有激素水平變化或自身免疫因素影響，一旦受外來因素干擾(如局部感染、過敏、藥物和污染等)細(xì)胞級(jí)聯(lián)反應(yīng)均可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加。因此炎癥作為眼表損傷的關(guān)鍵機(jī)制之一，既是細(xì)胞損傷的誘因也是結(jié)果，嚴(yán)重的干眼往往處于炎癥和眼表損傷的惡性循環(huán)之中。

2.3 炎癥與氧化應(yīng)激的關(guān)系干燥是眼表面的一種潛在壓力，氧化應(yīng)激對(duì)眼表上皮有直接的促炎作用，并引發(fā)二次免疫反應(yīng)，從而加劇眼表損傷。在干眼發(fā)病機(jī)制中，氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)之間存在密切聯(lián)系，但二者與細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)的本質(zhì)聯(lián)系和作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探討[6]。Nakamura等[20]對(duì)干眼患者的淚液檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，淚液中氧化應(yīng)激水平的升高同時(shí)伴隨炎性物質(zhì)的產(chǎn)生，硫代巴比妥酸法和髓過氧化物酶活性檢測(cè)過氧化脂質(zhì)水平，可以作為組織炎癥反應(yīng)和氧化損傷的重要評(píng)價(jià)方法，已檢測(cè)到在干眼患者中存在多形核白細(xì)胞和組織氧化損傷，而上述變化可以加重眼表損傷。Liu等[19]證實(shí)高滲誘導(dǎo)人角膜上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激模型中，SOD1等抗氧化酶水平降低，NF-κB炎癥通路激活，IL-6等炎癥因子表達(dá)增加，而抗氧化治療可上調(diào)SOD1水平，抑制NF-κB通路激活，減輕細(xì)胞炎癥反應(yīng)。在很多干眼細(xì)胞模型和動(dòng)物模型中的研究表明，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)及其相互作用在干眼發(fā)病中起重要作用。

2.4 抗炎在干眼治療中的作用Baudouin提出了“炎癥的惡性循環(huán)”作為干眼的核心驅(qū)動(dòng)力的概念，炎性惡性循環(huán)包括淚膜不穩(wěn)定，淚液高滲，角膜/結(jié)膜細(xì)胞凋亡以及眼表炎癥，內(nèi)在和外在因素都可能加速循環(huán)從而加劇干眼，打破這種循環(huán)對(duì)治療干眼至關(guān)重要[26]?？寡自诟裳壑委熤械淖饔梅醋C了炎癥是干眼的核心機(jī)制之一。目前抗炎治療的藥物包括糖皮質(zhì)激素、CsA[27]、免疫調(diào)節(jié)劑[28-29]以及中醫(yī)療法等[29]。

目前獲得許可的干眼局部抗炎藥物治療主要包括免疫抑制劑(糖皮質(zhì)激素)、免疫調(diào)節(jié)劑(0.05%環(huán)孢素眼用凝膠和0.09%環(huán)孢素滴眼液)以及近期上市的LFA-1拮抗劑lifitegrast 5%滴眼液等[24,30-31]。

2.4.1 糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素可以抑制T細(xì)胞、B細(xì)胞介導(dǎo)的廣泛的特異性免疫并抑制前炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。作為多種炎癥介質(zhì)的有效抑制劑，局部糖皮質(zhì)激素可有效中斷炎癥周期，抑制NF-κB通路中細(xì)胞因子IL-1、TNF-α、ICAM-1及基質(zhì)金屬蛋白酶等的表達(dá)，降低白細(xì)胞浸潤(rùn)眼組織產(chǎn)生的炎癥[32]。然而，干眼是慢性疾病，需長(zhǎng)期用藥，糖皮質(zhì)激素的副作用限制了它的長(zhǎng)期使用(如在激素性青光眼、白內(nèi)障、傷口愈合延遲、眼部感染、黃斑囊樣水腫等)。

2.4.2 環(huán)孢素局部環(huán)孢素A(CsA)治療可用于增加干燥綜合征患者淚液的產(chǎn)生。CsA通過與親環(huán)蛋白形成細(xì)胞內(nèi)復(fù)合物來抑制鈣調(diào)磷酸酶途徑，促進(jìn)淚液產(chǎn)生以及增加杯狀細(xì)胞密度。研究表明CsA對(duì)干眼免疫通路的眾多分子產(chǎn)生影響，包括抑制T細(xì)胞活化，減少IL-2和IL-6，親環(huán)蛋白介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄，以及減少上皮細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的細(xì)胞凋亡[33]。一項(xiàng)多中心臨床研究表明，0.05%～0.1%CsA治療可顯著降低中度至重度干眼患者的眼表HLA-DR等炎癥因子和凋亡標(biāo)志物的表達(dá)。干眼患者使用0.05%～0.1%CsA 6mo后，眼表淋巴細(xì)胞活化減少，結(jié)膜杯狀細(xì)胞增加，同時(shí)未發(fā)現(xiàn)安全性問題[24]。Restasis(0.05%環(huán)孢素)是2003年獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)的環(huán)孢霉素A乳劑，用于慢性、中度至重度干眼的長(zhǎng)期治療；Cequa(0.09%環(huán)孢素滴眼液)于2018-08獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)，用于干眼患者的治療，是目前獲FDA批準(zhǔn)的最高濃度的環(huán)孢素。

2.4.3 其他抗炎治療Ⅻ DRA(lifitegrast眼溶液)是一種淋巴細(xì)胞功能關(guān)聯(lián)抗原-1(LFA-1)拮抗劑,于2016年被FDA批準(zhǔn)用于干眼癥狀和體征的治療[34]。lifitegrast可以高親和力特異性阻斷ICAM-1與LFA-1的結(jié)合，同時(shí)作用于干眼免疫調(diào)節(jié)途徑的傳入和傳出通路。在傳入通路中，它可能會(huì)阻止眼表面樹突狀細(xì)胞與淋巴組織內(nèi)皮細(xì)胞之間的LFA-1∶ICAM-1相互作用，從而抑制幼稚樹突狀細(xì)胞遷移并歸巢至引流淋巴結(jié)或激活眼表面靜息T細(xì)胞。在傳出通路中，lifitegrast可能會(huì)抑制活化的T細(xì)胞向結(jié)膜的遷移以及結(jié)膜上皮的募集。在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，lifitegrast可通過抑制IFN-γ，IL-1β，IL-10和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白1α水平起到抗炎作用。

綜上所述，炎癥和氧化應(yīng)激均是干眼發(fā)病機(jī)制中的重要環(huán)節(jié)，而炎癥的惡性循環(huán)可以啟動(dòng)免疫反應(yīng)或造成免疫失調(diào)。抗炎和抗氧化應(yīng)激在干眼治療中不可或缺，其有效性也進(jìn)一步證明了氧化應(yīng)激和炎癥在干眼發(fā)病中的作用。