非侵入性電刺激在眼科應(yīng)用的研究進(jìn)展

韓夢雨，金明

視網(wǎng)膜色素變性（retinitis pigmentosa，RP）、年齡相關(guān)性黃斑變性（age-related macular degeneration，AMD）、青光眼等是導(dǎo)致患者視力下降甚至致盲的常見眼病，目前臨床上迫切需要尋找有效治療方法以拯救已喪失的視功能。基因療法、干細(xì)胞療法、視網(wǎng)膜假體植入等是目前研究的熱點(diǎn)所在，但這些療法均處于臨床前階段[1]。1873 年，Henri Dor 將電刺激（electrical stimulation，ES）對治療眼部疾患的潛在價(jià)值帶入大眾及科研工作者的視野[2]。ES 可以通過侵入性或非侵入性的方法來實(shí)現(xiàn)[1]（圖1），近些年來的研究也證明了它在修復(fù)患者視力障礙并提高視網(wǎng)膜細(xì)胞存活率等方面的價(jià)值[3-4]。經(jīng)角膜、經(jīng)眼瞼、經(jīng)眼眶是目前眼科常用的非侵入性電刺激實(shí)施方式，具備無創(chuàng)且易實(shí)施、僅有輕微的不良反應(yīng)、降低嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。本文將系統(tǒng)地討論近10 年非侵入性電刺激在動物試驗(yàn)和各種臨床研究中的主要發(fā)現(xiàn)及進(jìn)展。

圖1 眼部不同路徑電刺激實(shí)施簡圖。紅圈 虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜；灰色半圓 視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞；黃色半圓 視網(wǎng)膜（圖片由Hakon Raanes 挪威提供）

1 經(jīng)角膜電刺激

經(jīng)角膜電刺激（transcorneal electrical stimulation，TES）的優(yōu)勢作用體現(xiàn)在RP、視神經(jīng)離斷等動物試驗(yàn)中[7-13]。在模擬RP 的兔視紫質(zhì)突變模型中，視網(wǎng)膜變性過程明顯被TES 減慢，TES 能夠增加光感受器細(xì)胞的存活和提高視網(wǎng)膜功能[7]。Tagami 等[8]研究表明，TES 可能促進(jìn)原發(fā)性開角型青光眼（primary open-angle glaucoma，POAG）患者的軸突再生，提高視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cells，RGCs）功能。Morimoto 等[9-10]研究了TES 對視神經(jīng)離斷的大鼠模型的影響，研究表明離斷后的7 d，RGCs 存活率高于對照組，細(xì)胞的存活程度取決于電荷的大小。胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor1，IGF-1）在受損的RGCs 存活中發(fā)揮著重要作用，非侵入性ES 使視網(wǎng)膜中的IGF-1 明顯上調(diào)。TES 在視神經(jīng)離斷后的退行性的RGCs 神經(jīng)保護(hù)作用的最優(yōu)參數(shù)分別是：1 ms/相和2 ms/相，100 μA 和200 μA，頻率為1 Hz，5 Hz和20 Hz，持續(xù)時(shí)間≥30 min，并證明了視神經(jīng)切斷術(shù)后的重復(fù)刺激模式是最有利的[10]。另一項(xiàng)研究[11]證明在12 周內(nèi)每周2 次實(shí)施TES，導(dǎo)致光感受器敏感性顯著保留。Hanif Adam M等[12]在P23H-1 型視紫紅蛋白突變的轉(zhuǎn)基因大鼠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，全眼電刺激治療后治療組大鼠的眼睛比未治療的眼睛顯示出明顯更高的空間頻率閾值，通過ERG 振蕩電位檢測，視網(wǎng)膜內(nèi)功能在治療后8 周和12 周與假眼相比有改善，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、半胱天冬酶-3、成纖維細(xì)胞生長因子-2 和谷氨酰胺合成酶（glutamine synthase，GS）的基因表達(dá)水平在治療處理后1 h顯著升高，但處理后24 h 則未見升高。急性高眼壓致沙鼠視網(wǎng)膜損傷的研究[13]中表明，早期使用TES 可以保護(hù)RGCs 免受繼發(fā)損傷并挽救視網(wǎng)膜功能。與對照組相比，TES 治療的眼睛RGCs 在1 個(gè)月的存活率顯著提高，產(chǎn)生這一結(jié)果主要是白細(xì)胞介素10（interleukin，IL-10）表達(dá)增加，IL-6 和環(huán)氧化酶-2 表達(dá)相應(yīng)降低，NF-KB 磷酸化水平降低，發(fā)揮抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化。TES 的治療作用不僅限于拯救視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元。Sun 等[14]認(rèn)為，TES 誘發(fā)的皮質(zhì)反應(yīng)受到視網(wǎng)膜內(nèi)電場分布和不同視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞激活閾值的影響，并在文中指出TES 誘發(fā)的潛伏期短于視覺刺激；Sergeeva 等[15-16]成功地研究出在非麻醉的大鼠實(shí)施電刺激的新方法，該動物模型的大鼠允許行為測試，并建立了從視覺皮層和皮層下結(jié)構(gòu)記錄場電位的裝置，當(dāng)增加TES 電流的脈沖寬度或強(qiáng)度時(shí)，觀察到反應(yīng)區(qū)域從皮質(zhì)區(qū)逐漸擴(kuò)展到代表中央視野的區(qū)域。

TES 的臨床研究主要集中在RP、視網(wǎng)膜動脈阻塞等患者群體。多項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)[17-18]均表明TES 治療對于RP 患者是很好耐受并安全的。RP 患者每周接受TES 治療且為期1 年的2組隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表明，患者的視力或視網(wǎng)膜功能得到明顯改善[18-19]。一項(xiàng)小樣本的研究[20-21]中，7 例RP 患者經(jīng)過6 周TES 治療后，視力、對比敏感度、視野均得到明顯提升，經(jīng)過數(shù)月TES 治療后的3 例RP 患者視力改善，即使中斷治療后，TES 再治療也會修復(fù)和防止視力逐漸下降。目前一項(xiàng)長期研究TES 治療POAG 患者療效的先導(dǎo)臨床研究的結(jié)果表明，TES 處理次數(shù)與視野檢測敏感性MD 值變化呈正相關(guān)，說明TES 可以改善RGCs 功能，研究者[22]推測TES 可以通過模仿小梁切除術(shù)的降低眼壓的作用來恢復(fù)RGCs 功能，從而改善青光眼性視野缺陷。一項(xiàng)對8 例視網(wǎng)膜分支動脈長期閉塞或新鮮閉塞的患者實(shí)施TES 后的研究[23-24]中發(fā)現(xiàn)，雖然在新鮮閉塞的患者中沒有觀察到視野的改善，但長期阻塞的病例中多焦點(diǎn)ERG 和視野參數(shù)均有所改善，提示TES 對視網(wǎng)膜動脈閉塞患者視網(wǎng)膜內(nèi)、外神經(jīng)元均有良好的作用。在其他視網(wǎng)膜病變?nèi)缏腰S囊樣黃斑營養(yǎng)不良患者的病例研究結(jié)果表明，TES 治療和視覺改善之間存在因果關(guān)系。

有關(guān)TES 治療眼部疾患的相關(guān)研究提示，TES 主要通過增加脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜血流量[25]、促進(jìn)神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放[9,26]、抑制腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）和促凋亡基因Bax 的產(chǎn)生、抗炎等途徑發(fā)揮作用。Sato 等[27]在培養(yǎng)的視網(wǎng)膜Muller 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)TES 增加了成纖維細(xì)胞生長因子-2 的表達(dá)。有人認(rèn)為L 型鈣通道可能控制這些生長因子的分泌，L 型電壓依賴性鈣通道阻滯劑(硝苯地平) 抑制IGF-1和BDNF 的上調(diào)[26,28]。視神經(jīng)離斷大鼠模型中表明TES 促進(jìn)RGCs 細(xì)胞存活主要通過減少小膠質(zhì)細(xì)胞活化及小膠質(zhì)細(xì)胞源TNF-α 的分泌[29]。大鼠視網(wǎng)膜缺血模型中研究了ES 的其他作用，包括增加Muller 細(xì)胞的GS 的分泌，從而改善谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)興奮毒性[30]。此外，ES 促進(jìn)神經(jīng)元生存也可能通過增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+涌入導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞去極化，增加細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸水平[31]。Zhou 等[32]研究提示，ES 抑制IL-1β 和TNF-α的分泌、有利于Müller 細(xì)胞分泌BDNF 和睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子。Willmann 等[33]研究還顯示神經(jīng)保護(hù)基因表達(dá)的確切變化，TES 應(yīng)用于健康或患病的視網(wǎng)膜的不同可能會表達(dá)不同的基因。他們還證實(shí)，TES 導(dǎo)致視網(wǎng)膜490 個(gè)基因表達(dá)的差異，包括Bax 和TNF 家族成員等。在TES 后的30 min 和24 h 內(nèi)，差異表達(dá)蛋白的模式發(fā)生了改變，作者認(rèn)為TES 導(dǎo)致了蛋白質(zhì)表達(dá)的急慢性變化。進(jìn)一步提出急性變化為電刺激對神經(jīng)細(xì)胞的直接和瞬態(tài)效應(yīng)，而慢性變化為mRNA 表達(dá)或蛋白信號通路的間接和繼發(fā)效應(yīng)[34]。

2 經(jīng)眼眶電刺激

在有關(guān)經(jīng)眼眶電刺激的動物試驗(yàn)中，F(xiàn)oik 等[35]的研究表明，重復(fù)眼眶交流電刺激（repetitive transorbital alternating current stimulation，rtACS）在視覺通路中引起的反應(yīng)是由視網(wǎng)膜激活而非其他大腦區(qū)域啟動的，且與參考電極的放置無關(guān)。因此，在眼球周圍放置刺激電極可能就足以達(dá)到治療效果，研究人員隨之提出從視網(wǎng)膜到頂蓋和丘腦的輸入的協(xié)調(diào)是rtACS 的必要的、功能性機(jī)制。最近一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果為rtACS 提升神經(jīng)細(xì)胞存活的機(jī)制提供一定證據(jù)參考，指出腦電刺激可誘導(dǎo)樹突剝脫，促使神經(jīng)細(xì)胞沉默，提高視神經(jīng)損傷后沉默神經(jīng)元的存活；他們通過結(jié)果推測，在創(chuàng)傷后的早期，在rtACS 之后，完全的樹突剝離可以保護(hù)神經(jīng)元免受興奮性細(xì)胞死亡的影響。相反，未治療的視網(wǎng)膜細(xì)胞樹突在軸突損傷和神經(jīng)元死亡后緩慢退化[36]。目前有關(guān)經(jīng)眼眶電刺激的動物試驗(yàn)研究報(bào)道還相對較少，需要開展更深入、更細(xì)致量化刺激參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容的試驗(yàn)研究進(jìn)一步探究經(jīng)眼眶交流電刺激的治療效果和作用機(jī)制。

在有關(guān)經(jīng)眼眶電刺激的臨床研究中，一項(xiàng)7 例慢性視交叉系統(tǒng)損傷患者的小樣本臨床研究中，經(jīng)眼眶ES 增強(qiáng)了一種與知覺改善相關(guān)的α 帶功能連接，并使得枕葉和額葉間功能連接的神經(jīng)元同步得到強(qiáng)化[37]。此外，視神經(jīng)損傷患者的經(jīng)眼眶ES 治療后在檢測能力、視野和視力方面均有顯著提高[4，38-39]。另一項(xiàng)大樣本多中心隨機(jī)雙盲的研究表明，rtACS 是一種安全有效的可部分恢復(fù)視神經(jīng)損傷后患者視力的方法，臨床設(shè)置中使用rtACS 治療后可以通過腦網(wǎng)絡(luò)再同步（對較小視覺刺激的視覺處理速度更快，更有效地處理減少的視覺輸入）激活殘留視覺，可部分地恢復(fù)由神經(jīng)系統(tǒng)損害引起的視力喪失的患者的視力。這類證據(jù)表明視野可以通過此類方式得到改善[40]。

3 經(jīng)眼瞼電刺激

目前，尚未有已經(jīng)發(fā)表的動物試驗(yàn)研究經(jīng)眼瞼電刺激治療眼部疾患的報(bào)道。根據(jù)已發(fā)表的4 篇關(guān)于經(jīng)眼瞼電刺激功能的臨床研究是在AMD 和POAG 患者中進(jìn)行的[41-43]。Anastassiou 等[41]研究表明，經(jīng)眼瞼電刺激療法在患者中是安全的，一些患者的視覺功能有暫時(shí)性的增加。Shinoda 等[43]研究表明，經(jīng)眼瞼電刺激治療后濕性AMD 和干性AMD 患者的最佳矯正視力均有提高。在一項(xiàng)納入了46 例（78 只眼）POAG 患者的前瞻性對照實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)眼瞼電刺激的降壓反應(yīng)與前列腺素類似物或各種藥物組合所描述的相同，所產(chǎn)生的降壓作用可以與一線的眼壓藥物治療效果相媲美，同時(shí)又不會產(chǎn)生系統(tǒng)性或局部的副作用。推測應(yīng)用經(jīng)眼瞼特異性外源性電壓電刺激可發(fā)揮類似酪氨酸激酶抑制劑的作用[44]。

4 小結(jié)

越來越多的動物試驗(yàn)和臨床研究表明非侵入性電刺激在改進(jìn)視功能方面起到積極作用。然而，到目前為止，非侵入性電刺激臨床研究缺乏多中心隨機(jī)對照，特別是在國內(nèi)對非侵入性電刺激這一療法的實(shí)施過程和治療機(jī)理知之甚少，期望本文能為眼科臨床工作者和研究者對治療終末期眼部疾病提供思路。