角膜痛機(jī)制的研究進(jìn)展

徐 睿（綜述） 李雙雙 韓 園 李文獻(xiàn)（審校）

（復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院麻醉科 上海 200031）

眼表由角膜上皮、角膜緣、結(jié)膜和眼瞼邊緣組成。發(fā)生眼表神經(jīng)損傷最常見(jiàn)的病因是干眼癥，最常繼發(fā)的手術(shù)是白內(nèi)障手術(shù)和屈光手術(shù)。角膜痛按病因分可以分為：炎癥原因引起，如光化學(xué)角膜炎；神經(jīng)損傷引起，由發(fā)生在不同神經(jīng)軸水平的神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病引起，如視網(wǎng)膜手術(shù)或眼前段手術(shù)損傷眼神經(jīng)、老年神經(jīng)退行性眼痛、周圍神經(jīng)病變［1］；炎癥和神經(jīng)損傷共同引起，如干眼癥、帶狀皰疹性角膜病變。

角膜神經(jīng)的結(jié)構(gòu)組成和功能角膜是人體神經(jīng)末梢分布最密集的組織，邊緣約有50～450個(gè)來(lái)自三叉神經(jīng)節(jié)眼區(qū)的神經(jīng)元，導(dǎo)致組織極度敏感，能夠接受各種不同的刺激信號(hào)，因此角膜的敏感性是皮膚的300～400倍。角膜神經(jīng)主要包括感覺(jué)神經(jīng)、交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)。其中角膜的感覺(jué)神經(jīng)擔(dān)負(fù)了重要的感官作用，其主要來(lái)自于三叉神經(jīng)眼支的終末支-睫狀神經(jīng)，少部分來(lái)自三叉神經(jīng)的上頜支。該神經(jīng)從角膜基質(zhì)的2/3處呈放射狀進(jìn)入，與上皮內(nèi)神經(jīng)纖維形成基質(zhì)神經(jīng)束并延伸至上皮，當(dāng)神經(jīng)纖維進(jìn)入角膜上皮層后，平行于角膜表面走行，形成多層上皮神經(jīng)帶。上皮神經(jīng)帶之間相互吻合，形成廣泛且致密的上皮神經(jīng)叢。神經(jīng)纖維從角膜邊緣至角膜中央呈渦輪狀?；紫律窠?jīng)叢的結(jié)構(gòu)變化與疾病導(dǎo)致的感覺(jué)減退有關(guān)，如糖尿病視神經(jīng)變性［2］和單純皰疹性角膜炎。

角膜疼痛信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)Rosenthal等［3］的研究表明，角膜的傷害性感受器主要分為3種類型：機(jī)械傷害性感受器、多態(tài)傷害性感受器和冷溫度傷害性感受器。

機(jī)械傷害性感受器機(jī)械傷害性感受器是最快的痛覺(jué)傳導(dǎo)感受器，在角膜傷害性感受器中占比約20%。其可感知異物侵入或機(jī)械傷害的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，主要是在異物接觸角膜或結(jié)膜時(shí)，外周末梢被機(jī)械性壓力激活引起劇烈而尖銳的疼痛感覺(jué)。研究表明，機(jī)械傷害性感受器神經(jīng)元末端的疼痛信號(hào)傳遞可能是由Piezo2介導(dǎo)的，Piezo2是最近在低閾值軀體機(jī)械感受器神經(jīng)元中識(shí)別出的一種機(jī)械感覺(jué)通道，其在角膜上皮神經(jīng)末梢中并不表達(dá)，僅表達(dá)于30%的三叉神經(jīng)節(jié)的感覺(jué)神經(jīng)纖維［4］。

多態(tài)傷害性感受器多態(tài)傷害性感受器是角膜傷害性感受器中占比最多的一類，約占70%，不僅對(duì)機(jī)械刺激敏感，也可被熱刺激、酸堿刺激、外源性化學(xué)物質(zhì)及內(nèi)源性炎癥介質(zhì)等激活。研究表明，瞬時(shí)受體電位通道蛋白V1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPVl）、瞬時(shí)受體電位通道蛋白A1（TRPA1）、Piezo2、ASICs及P2X在其中發(fā)揮了傷 害性感覺(jué) 傳導(dǎo)作用［5］。其中，TRPV1和TRPA1主要被內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)如組織損傷、炎癥或氧化、氮化應(yīng)激時(shí)釋放的前列腺素、活性氧、氮類等和熱刺激激活，而Piezo2主要介導(dǎo)機(jī)械性刺激引起的傷害性，ASICs及P2X則主要負(fù)責(zé)酸性刺激的傷害性感覺(jué)的傳導(dǎo)［6］。

冷溫度傷害性感受器冷溫度傷害性感受器是對(duì)溫度降低（如淚液蒸發(fā)、低溫）及滲透壓變化作出反應(yīng)的神經(jīng)纖維，在角膜傷害性感受器中占比約10%～15%。冷溫度傷害性感受器又分為低閾值冷溫度傷害性感受器和高閾值冷溫度傷害性感受器兩個(gè)亞類。低閾值冷溫度傷害性感受器占比較大（約占70%），在正常角膜溫度（34～35℃）下顯示連續(xù)的神經(jīng)沖動(dòng)，在小于0.5℃的小幅降溫下會(huì)急劇增加。另一類是高閾值冷溫度傷害性感受器（占總數(shù)的30%），通常在角膜溫度高于29℃時(shí)保持沉默，當(dāng)暴露于強(qiáng)烈的冷卻條件下開(kāi)始放電［7］。研究表明TRPM8是冷溫度傷害性感受器中較為重要的陽(yáng)離子通道，眼表溫度下降或淚膜滲透壓增加可激活該通道［8］，激動(dòng)劑包括薄荷醇、pH改變等。另外，K2P通道、Kv1通道和TREK2通道也參與了冷溫度傷害性感受器的激活。

角膜疼痛信號(hào)的投射和傳導(dǎo)路徑支配角膜傷害感受器的初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元的細(xì)胞體位于三叉神經(jīng)節(jié)，中樞軸突終止于三叉神經(jīng)腦干復(fù)合體的兩個(gè)區(qū)域即三叉神經(jīng)中間核/尾突旁核區(qū)（Vi/Vc）和尾突旁核/上頸過(guò)渡區(qū)（Vc/C1）［9］神經(jīng)元在疼痛信號(hào)放大過(guò)程中起著重要作用，釋放的谷氨酸激活二級(jí)神經(jīng)元電壓門控鈉通道。二級(jí)神經(jīng)元從脊髓三叉神經(jīng)核復(fù)合體開(kāi)始交叉走行，并加入對(duì)側(cè)脊索丘腦通路并在丘腦中形成突觸。弱傷害性信號(hào)通過(guò)激活α-氨基羥甲基惡唑丙酸型谷氨酸受體引起輕微的膜去極化，強(qiáng)信號(hào)通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)通路激活N-甲基-D-天（門）冬氨酸受體和二級(jí)神經(jīng)元突觸前谷氨酸的釋放。三級(jí)神經(jīng)元將信息傳遞到脊髓上區(qū)域，依次優(yōu)先投射到臂旁核和后丘腦和島葉皮質(zhì)，以傳遞與疼痛的感覺(jué)辨別方面相關(guān)的信息，并投射到中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、下丘腦、杏仁核和前額葉皮質(zhì)，以獲得疼痛的情緒方面的信息［10］。痛覺(jué)下行抑制通路對(duì)感知的疼痛信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將疼痛信號(hào)從邊緣系統(tǒng)和中腦通過(guò)導(dǎo)水管周圍的灰質(zhì)區(qū)傳輸?shù)侥X干，在腦干中對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)控，然后繼續(xù)返回到三叉神經(jīng)尾核［11］。

角膜疼痛的外周敏化作用于角膜傷害性感受器的外周傷害性刺激能夠觸發(fā)上皮和基質(zhì)的多種細(xì)胞（上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞）分泌，包括促進(jìn)組織炎癥的促炎因子，如緩激肽、細(xì)胞因子、組胺、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、前列腺素E2、5-羥色胺、ATP、一氧化氮，觸發(fā)釋放免疫細(xì)胞激活介質(zhì)，以及促進(jìn)神經(jīng)源性炎癥的P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽，激活和招募免疫細(xì)胞［12］。進(jìn)而改變離子通道的活性（傷害感受器末端的鈉和鈣電流增加），降低角膜傷害性感受器的閾值，持續(xù)的傷害性刺激和角膜傷害性感受器之間形成了一個(gè)正向的反饋環(huán)，促進(jìn)炎癥發(fā)生，使得初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元發(fā)生重塑，擴(kuò)大了外周傷害性刺激，產(chǎn)生了外周敏化。研究表明，去除外界傷害性刺激后如壓力解除或眼表炎癥消退，恢復(fù)眼表正常結(jié)構(gòu)等可以逆轉(zhuǎn)外周敏化［12］。但是對(duì)周圍神經(jīng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的持續(xù)損傷和慢性改變可導(dǎo)致永久性致敏，例如慢性干眼癥［13］。

角膜疼痛的中樞敏化如果眼表?yè)p傷持續(xù)存在，或者炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)未削弱，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能發(fā)生變化，并產(chǎn)生中樞敏化，常為持續(xù)性改變，患者表現(xiàn)的疼痛與外周病理性改變相分離。與外周敏化相似，離子通道的表達(dá)和功能、介質(zhì)水平、胞質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)和其他因素的變化共同導(dǎo)致了中樞敏化。焦慮、抑郁、創(chuàng)傷后疾病、纖維肌瘤等患者發(fā)生中樞敏化的概率升高。眼感覺(jué)器的解剖結(jié)構(gòu)是干眼癥中樞敏化的基礎(chǔ)，眼感覺(jué)器的第一個(gè)突觸發(fā)生在Vi/Vc區(qū)，此區(qū)還存在腦干反應(yīng)投射神經(jīng)，整合來(lái)自眼睛的無(wú)害和有害的感覺(jué)信息，參與超興奮性和中樞敏化的產(chǎn)生和維持。

小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)中樞敏化的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要。神經(jīng)損傷會(huì)導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)換為疼痛應(yīng)激狀態(tài)，在脊髓背角通過(guò)激活P2X4、P2X7等受體促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞釋放多種介質(zhì)如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、溶酶體蛋白酶組織蛋白酶和CX3CL1等可以調(diào)節(jié)三叉神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元活動(dòng)，但具體機(jī)制仍不明確。

角膜痛的動(dòng)物模型既往用于研究角膜疼痛反應(yīng)的小鼠模型包括堿燒傷［14］和光角膜炎以及誘導(dǎo)的干眼癥疼痛，但是這些疼痛源于眼表炎癥的產(chǎn)生，本質(zhì)上沒(méi)有神經(jīng)病變。最新的可靠的神經(jīng)病理性角膜痛模型是2017年Seyed-Razavi等［15］報(bào) 道 的眼角膜睫狀支結(jié)扎動(dòng)物模型，采用結(jié)膜外側(cè)入路，平行于視神經(jīng)，進(jìn)入眼眶后，分離三叉神經(jīng)眼部供應(yīng)的感覺(jué)神經(jīng)纖維并結(jié)扎睫狀神經(jīng)。睫狀神經(jīng)的部分壓迫性損傷引起軸突腫脹，導(dǎo)致神經(jīng)功能改變，導(dǎo)致周圍神經(jīng)疼痛過(guò)敏。這一新的神經(jīng)病理性角膜痛模型顯示了行為、感覺(jué)和神經(jīng)密度的改變，但沒(méi)有上皮損傷，可以用于研究神經(jīng)病理性角膜痛進(jìn)展的潛在機(jī)制，以及藥物治療療效。

需要注意的是，小鼠角膜中感覺(jué)受體的表達(dá)與人類存在差異，冷敏感受體的分布較高（49%），多模式傷害感受器分布稍低（41%），其余10%為機(jī)械敏感性受體［16］。

角膜痛的體外模型既往模型包括使用雞胚三叉神經(jīng)節(jié)與植入膠原基質(zhì)的胚胎角膜共同培養(yǎng)。由一個(gè)角膜組成，角膜上皮側(cè)朝上，位于膠原中，兩個(gè)半神經(jīng)節(jié)放置在角膜的對(duì)側(cè)1～2 mm處，該體外系統(tǒng)已用于研究TRP通道在刺激反應(yīng)中的表達(dá)。另一個(gè)模型包括一個(gè)完整的角膜體外模型，該模型由分離的?；蛲迷|(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞組成。此外，雞背根神經(jīng)元還與角膜上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞聯(lián)合應(yīng)用于膠原水凝膠中。

體外角膜模型最常用的方法是使用上皮細(xì)胞，培養(yǎng)人原代上皮細(xì)胞進(jìn)行毒理學(xué)測(cè)試。但是這些基于上皮的模型并不能反映角膜的結(jié)構(gòu)和多細(xì)胞群，以及它們之間的相互作用。因此，這些模型有助于預(yù)測(cè)角膜毒性，但由于缺乏神經(jīng)成分，無(wú)法應(yīng)用于角膜疼痛的研究。

最新的體外角膜組織模型，包括了基質(zhì)、上皮和神經(jīng)［17］?；诒〗z蛋白膜的多層結(jié)構(gòu)用來(lái)作為支撐角膜上皮和基質(zhì)層的支架，周圍的多孔海綿用于在3D環(huán)境中培養(yǎng)皮層神經(jīng)元。在氣液界面共培養(yǎng)3種細(xì)胞類型為體外角膜組織工程領(lǐng)域提供了重要的進(jìn)展，因?yàn)樗梢匝芯可窠?jīng)支配和角膜組織發(fā)育、角膜疾病和組織對(duì)環(huán)境因素的反應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)角膜痛發(fā)病率很高，但病因多樣，臨床表現(xiàn)不相一致，并與眼部瘙癢之間存在著復(fù)雜的關(guān)系。近年來(lái)人們開(kāi)始逐漸關(guān)注眼表痛，其具體的機(jī)制尚不清楚，但是了解相關(guān)機(jī)制和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)進(jìn)一步了解眼表面的疼痛和感覺(jué)是非常重要的，可以為臨床治療策略的制定和未來(lái)的研究方向提供參考。

作者貢獻(xiàn)聲明徐睿文獻(xiàn)檢索，綜述撰寫。李雙雙文獻(xiàn)檢索，綜述修訂。韓園綜述構(gòu)思和修訂。李文獻(xiàn)綜述指導(dǎo)，審核校正。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。