糖尿病玻璃體性狀特點(diǎn)及其與增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的關(guān)系

龔 軼,邵 彥,李筱榮

0 引言

玻璃體是人眼中體積最大的解剖結(jié)構(gòu),是一種特殊的透明結(jié)締組織,位于晶狀體后方,與視網(wǎng)膜緊密相連并相互影響。糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是復(fù)雜的玻璃體視網(wǎng)膜疾病,其發(fā)生發(fā)展與玻璃體密切相關(guān):(1)玻璃體液可以用于檢測(cè)DR患者的細(xì)胞因子和代謝產(chǎn)物變化,反映疾病進(jìn)展;(2)糖尿病(diabetes mellitus,DM)導(dǎo)致的玻璃體性狀改變,即糖尿病玻璃體病變,可以改變其結(jié)構(gòu)并影響玻璃體視網(wǎng)膜界面,從而促進(jìn)增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)的發(fā)展。因此,研究糖尿病玻璃體病變對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)PDR纖維血管增殖膜結(jié)構(gòu)、牽拉性視網(wǎng)膜脫離、復(fù)發(fā)性視網(wǎng)膜脫離等疾病十分重要。近期已有文獻(xiàn)[1]總結(jié)了DR患者玻璃體液中的細(xì)胞因子表達(dá)水平及其與DR發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,本文就糖尿病患者玻璃體性狀變化、玻璃體視網(wǎng)膜界面改變、玻璃體結(jié)構(gòu)改變與PDR關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 玻璃體結(jié)構(gòu)及成分變化

玻璃體總體積約為4mL,主要由水(約占98%～99%)、膠原蛋白、糖胺聚糖(主要是透明質(zhì)酸)、非膠原蛋白和電解質(zhì)組成。其中膠原纖維主要通過賴氨酰氧化酶介導(dǎo)的酶交聯(lián)形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步與聚合透明質(zhì)酸(hyaluronic acid,HA)結(jié)合構(gòu)成三維分子網(wǎng)絡(luò),維持玻璃體的凝膠性質(zhì)。在玻璃體基底部和后極附近有少量透明細(xì)胞,它們參與了玻璃體內(nèi)部分物質(zhì)的合成,并與許多玻璃體視網(wǎng)膜疾病相關(guān)[2]。玻璃體對(duì)于穩(wěn)定的眼內(nèi)代謝和功能至關(guān)重要,糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高血糖及相應(yīng)的病理狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致玻璃體結(jié)構(gòu)和生化成分發(fā)生改變。

1.1玻璃體結(jié)構(gòu)改變玻璃體形成于胚胎時(shí)期,青年時(shí)呈透明的凝膠狀態(tài),隨著年齡增長會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)重塑,主要表現(xiàn)為膠原纖維聚集和玻璃體液化。糖尿病可能會(huì)加速與年齡相關(guān)的玻璃體結(jié)構(gòu)重塑。Sebag[3]用暗視野顯微鏡觀察人尸體眼標(biāo)本,發(fā)現(xiàn)在非糖尿病人群中,青年時(shí)期玻璃體結(jié)構(gòu)均勻,中年時(shí)期表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)異質(zhì)性(膠原纖維聚集);而糖尿病患者在兒童時(shí)期已有明顯的纖維結(jié)構(gòu)聚集并伴有玻璃體液化,其外觀與中年非糖尿病人群相似,說明糖尿病可能加速玻璃體“早衰”。其他研究也得到了類似的結(jié)論,用火棉膠包埋法處理人眼球后制備切片,光學(xué)顯微鏡檢查顯示糖尿病患者玻璃體密度增加,電子顯微鏡下觀察到中央玻璃體有大量不規(guī)則、粗大聚集的纖維[4]。糖尿病患者玻璃體結(jié)構(gòu)及通透性的改變可能會(huì)破壞氧分布平衡,干擾氧調(diào)節(jié),增加細(xì)胞因子或藥物的潴留,在DR的發(fā)病機(jī)制和治療中具有重要意義[5]。

1.2玻璃體膠原交聯(lián)產(chǎn)物改變玻璃體內(nèi)膠原纖維交聯(lián)的變化與結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān),膠原纖維交聯(lián)分為非酶交聯(lián)和酶交聯(lián),糖尿病引起的膠原交聯(lián)變化是糖尿病玻璃體結(jié)構(gòu)變化的根本。在糖尿病患者中,持續(xù)高血糖導(dǎo)致玻璃體內(nèi)蛋白非酶糖基化,形成晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation endproducts,AGEs),可以增加膠原纖維的非酶交聯(lián)。研究顯示,在不伴有/伴有輕度DR的糖尿病患者中,玻璃體內(nèi)AGEs含量已經(jīng)明顯升高[6];而PDR患者玻璃體中的早期糖基化產(chǎn)物水平是正常對(duì)照組的3倍,AGEs的含量是正常對(duì)照組的10～20倍,并與DR的嚴(yán)重程度和葡萄糖濃度相關(guān)[7-9]。對(duì)糖尿病患者而言,通過皮膚活檢檢測(cè)AGEs含量,可能可以預(yù)測(cè)其未來進(jìn)展為DR的風(fēng)險(xiǎn)[10]。玻璃體內(nèi)AGEs的聚集不僅可以引起膠原纖維和其他結(jié)構(gòu)蛋白的異常交聯(lián)(非酶交聯(lián)),也可以加速HA從三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的解離,與膠原纖維聚集和玻璃體液化的發(fā)生發(fā)展可能有關(guān),但尚未明確[5,11]。然而,糖尿病不僅增加了膠原的非酶交聯(lián),對(duì)酶交聯(lián)也有影響。研究發(fā)現(xiàn),糖尿病患者皮膚膠原中賴氨酸氧化酶依賴性交聯(lián)產(chǎn)物明顯增加,但僅局限于二羥基賴正己氨酸(dihydroxylysinonorleucine,DHLNL)和其成熟產(chǎn)物羥基膠原吡啶(hydroxypyridinium,OHP),而羥基賴正己氨酸(hydroxylysinonorleucine,HLNL)等酶交聯(lián)產(chǎn)物無明顯改變,這表明酶交聯(lián)異常不能僅歸因于賴氨酸氧化酶活性增加,賴氨酸羥化的改變(賴氨酸羥化酶介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)修飾)可能是糖尿病患者膠原代謝改變的重要原因。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者玻璃體中膠原纖維也有相似改變,可能代表了糖尿病改變玻璃體膠原交聯(lián)、促進(jìn)玻璃體液化的另一種機(jī)制(除外非酶糖基化)[7,12-13]。此外,AGEs與內(nèi)界膜表面蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合形成的穩(wěn)定且不可逆的交聯(lián)結(jié)構(gòu),可以導(dǎo)致玻璃體與視網(wǎng)膜黏附更加緊密,并且對(duì)蛋白水解酶的水解作用不敏感,從而影響玻璃體后脫離(posterior vitreous detachment,PVD)的發(fā)生[14],是糖尿病患者玻璃體視網(wǎng)膜界面病理學(xué)改變的重要因素。

2 玻璃體視網(wǎng)膜界面

如前所述,蛋白異常交聯(lián)可能導(dǎo)致玻璃體后皮質(zhì)和視網(wǎng)膜之間的黏附更加緊密,在玻璃體液化收縮過程中更容易對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生牽拉,導(dǎo)致不完全性PVD、玻璃體劈裂等[14-15]。

2.1玻璃體后脫離玻璃體液化和玻璃體視網(wǎng)膜黏附性降低是年齡相關(guān)性PVD的主要原因,根據(jù)玻璃體后皮質(zhì)與內(nèi)界膜的黏附情況,可將PVD分為5個(gè)階段:階段0(無PVD)、階段1(黃斑旁PVD)、階段2(中心凹周圍PVD)、階段3(中心凹PVD和視盤玻璃體黏連)和階段4(完全性PVD)。

在糖尿病人群中,組織學(xué)層面上可以觀察到玻璃體后皮質(zhì)層結(jié)構(gòu)更致密,透明細(xì)胞數(shù)量更多、細(xì)胞體積更大;發(fā)生PVD后,玻璃體后皮質(zhì)和視網(wǎng)膜之間膠原纖維聚集更明顯,透明細(xì)胞數(shù)量進(jìn)一步增加[4]。光學(xué)相干斷層掃描成像技術(shù)(optical coherence tomography,OCT)上的發(fā)現(xiàn)與組織學(xué)結(jié)果一致,糖尿病尤其是PDR患者的玻璃體后皮質(zhì)厚度顯著高于健康對(duì)照組,部分DR患者存在脫離的玻璃體后皮質(zhì)和內(nèi)界膜之間的釘狀黏連,可能是異常纖維血管的發(fā)生部位[16]。在臨床上,糖尿病與PVD進(jìn)展情況尚未完全明確,一項(xiàng)流行病學(xué)調(diào)查通過散瞳后行裂隙燈檢查評(píng)估PVD,結(jié)果顯示,糖尿病與PVD發(fā)生率無關(guān)[17];但有研究利用光譜域OCT檢查進(jìn)行評(píng)估,獲得了相反的結(jié)果,糖尿病患者的玻璃體黃斑附著程度明顯大于非糖尿病患者,因此更容易發(fā)生不完全性PVD[18]。結(jié)論相反的原因可能受評(píng)估方法的影響,因?yàn)閱渭兺ㄟ^觀察Weiss環(huán)來判斷PVD并不準(zhǔn)確,而光譜域OCT受景深及分辨率限制,在完全性PVD的診斷上也存在局限性;也可能與未將糖尿病患者進(jìn)行分層研究有關(guān),因?yàn)镈R會(huì)進(jìn)一步影響玻璃體狀態(tài)。近期應(yīng)用掃頻源OCT評(píng)估的結(jié)果顯示,DR患者的PVD進(jìn)展較不合并DR的糖尿病患者和無糖尿病人群更緩慢[19],且完全性PVD是DR進(jìn)展的一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)面風(fēng)險(xiǎn)因素[20]。此外,有研究探討術(shù)前PVD狀態(tài)對(duì)PDR合并玻璃體積血接受玻璃體切割術(shù)(pars plana vitrectomy,PPV)治療的患者預(yù)后的影響,通過術(shù)中評(píng)估,將PVD分為上述5個(gè)階段,結(jié)果顯示,與2～4階段PVD患眼相比,0、1階段PVD患眼術(shù)后牽拉性視網(wǎng)膜脫離的發(fā)生率及再次手術(shù)率更高,術(shù)后最佳矯正視力更差[21]。因?yàn)樾g(shù)中誘導(dǎo)PVD的發(fā)生以及剝除纖維血管增殖膜可能損傷視網(wǎng)膜,并導(dǎo)致膠質(zhì)細(xì)胞增生,從而影響手術(shù)成功率和術(shù)后視力。為誘導(dǎo)術(shù)中PVD的形成,目前已提出多種新技術(shù)和新器械,如金剛石或聚丙烯環(huán)制成的刮除玻璃體后皮質(zhì)的手術(shù)器材,在玻璃體后皮質(zhì)與視網(wǎng)膜間注射全氟化碳液體等[22]。

因此,在日常診療和篩查中應(yīng)關(guān)注糖尿病患者的PVD狀態(tài),有助于評(píng)估DR進(jìn)展,且PDR患者行PPV治療前,使用OCT確定PVD狀態(tài)可能有助于預(yù)測(cè)術(shù)后解剖學(xué)和功能學(xué)結(jié)果,在PPV手術(shù)中,借助器械或藥物成功誘導(dǎo)PVD的形成也至關(guān)重要。在完全性PVD患者中,玻璃體后皮質(zhì)向前脫離,可能超出OCT的掃描范圍,導(dǎo)致診斷準(zhǔn)確性下降,因此應(yīng)將聲學(xué)和光學(xué)技術(shù)相結(jié)合,以更好地成像玻璃體[23]。

2.2玻璃體劈裂玻璃體劈裂指玻璃體后皮質(zhì)層間分離(免疫組化顯示玻璃體后皮質(zhì)具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)),是異常PVD的結(jié)果,當(dāng)玻璃體液化、收縮,但與視網(wǎng)膜黏連緊密時(shí),玻璃體后皮質(zhì)發(fā)生層間分離,最外層依舊附著在視網(wǎng)膜上,形成視網(wǎng)膜前膜,而其余部分向前塌陷,這一過程可能誘發(fā)一系列玻璃體視網(wǎng)膜疾病[15]。

玻璃體劈裂最早由Schepens等在生物顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),隨后通過超聲、組織病理學(xué)、OCT等技術(shù)在PDR患者中得到證實(shí)。玻璃體劈裂并不是病理性改變,在非糖尿病人群中也可存在,并可發(fā)生于DR的任何階段[16]。在PDR合并牽拉性視網(wǎng)膜脫離的患者中,有81%的患眼存在“視網(wǎng)膜前膜”,組織學(xué)染色發(fā)現(xiàn)其Ⅱ型膠原染色陽性,并且與纖維血管增殖膜、脫離的玻璃體后皮質(zhì)呈連續(xù)的結(jié)構(gòu),充分證明其來源于玻璃體[24]。殘余玻璃體后皮質(zhì)可以為血管生成細(xì)胞的遷移和增殖提供支架,從而形成纖維血管增殖膜,玻璃體內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)異常都可能對(duì)新生血管形成牽引力,繼發(fā)的玻璃體積血和牽拉性視網(wǎng)膜脫離是晚期PDR導(dǎo)致視力喪失的重要原因。不完全性PVD及玻璃體劈裂也會(huì)增加術(shù)中出血的風(fēng)險(xiǎn)[25]。因此在PPV術(shù)中,充分認(rèn)識(shí)玻璃體劈裂形成的“視網(wǎng)膜前膜”與視網(wǎng)膜之間的結(jié)構(gòu)間隙,將其作為進(jìn)入視網(wǎng)膜和纖維血管膜之間的引導(dǎo),對(duì)于制定手術(shù)計(jì)劃和改善患者預(yù)后具有重要意義。此外,玻璃體劈裂后殘留的后皮質(zhì)與玻璃體視乳頭黏連還可導(dǎo)致切線方向和垂直方向的收縮牽引,從而與糖尿病性黃斑水腫密切相關(guān)[26]。

3 玻璃體結(jié)構(gòu)與PDR的關(guān)系

2008年,Dubey等[27]提出將糖尿病玻璃體病變納入現(xiàn)有DR分類中,并認(rèn)為PDR患者行PPV手術(shù)的指征是由玻璃體病變繼發(fā)而不是視網(wǎng)膜病變本身產(chǎn)生的。DR患者玻璃體-視網(wǎng)膜之間相互作用,形成了“增殖性糖尿病玻璃體視網(wǎng)膜病變”的概念[28]。探索玻璃體結(jié)構(gòu)與PDR的關(guān)系,不僅有助于進(jìn)一步了解發(fā)病機(jī)制和疾病進(jìn)展,并且與手術(shù)計(jì)劃的制定密切相關(guān)。

隨著成像技術(shù)的進(jìn)步,頻域OCT實(shí)現(xiàn)了以更高的分辨率和深度對(duì)玻璃體進(jìn)行活體成像,然而視網(wǎng)膜新生血管復(fù)合體(neovascular complexes,NVCs)與玻璃體解剖結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,目前仍尚無定論。有學(xué)者根據(jù)NVCs的形態(tài)及與玻璃體的關(guān)系將其分為3類:(1)NVCs沿附著的玻璃體后皮質(zhì)生長,稱為“扁平型”;(2)NVCs向前生長侵入玻璃體,稱為“向前生長型”;(3)NVCs通過玻璃體牽拉向前移位,但通過1個(gè)或多個(gè)血管“釘”與視網(wǎng)膜相連,稱為“桌面型”[29]。研究顯示,向前生長型NVCs可能與玻璃體積血的發(fā)生密切相關(guān)[30],因此識(shí)別記錄新生血管形態(tài)可能對(duì)于PDR患者的評(píng)估和管理十分重要。目前,術(shù)中OCT可實(shí)現(xiàn)對(duì)牽拉性NVCs的微觀結(jié)構(gòu)成像,從而將視網(wǎng)膜與NVCs和層狀玻璃體后皮質(zhì)分開,顯著減少了手術(shù)時(shí)間,而不影響術(shù)中和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率、再手術(shù)率及術(shù)后視力[31-32]。

PDR患者中常出現(xiàn)典型的“Wolf’s jaw”纖維血管增生現(xiàn)象(沿顳側(cè)靜脈弓生長的環(huán)形纖維血管增殖膜),這可能與后皮質(zhì)玻璃體囊袋(posterior precortical vitreous pocket,PPVP)的解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前應(yīng)用廣域OCT和三維成像技術(shù)結(jié)合可以清楚觀察到PPVP的形態(tài),它是黃斑區(qū)前液化的囊袋樣結(jié)構(gòu),被顳側(cè)血管弓包圍,其前界是玻璃體凝膠,后界是薄層玻璃體皮質(zhì)[33-34]。有研究認(rèn)為,這一解剖結(jié)構(gòu)將中央玻璃體凝膠與后皮質(zhì)分隔開,在玻璃體凝膠收縮塌陷過程中,容易發(fā)生不完全性PVD,DR患者的NVCs沿PPVP的后緣生長,從而導(dǎo)致環(huán)形增生[35-36]。然而,有研究認(rèn)為“Wolf’s jaw”形態(tài)更多地與靜脈弓的排列有關(guān),而不是PPVP的形態(tài)。Vaz-Pereira等[29]用頻域OCT評(píng)估了51眼77個(gè)NVCs,結(jié)果顯示有9%的新生血管顯示出“Wolf’s jaw”形態(tài),NVCs位于靜脈弓處并沿玻璃體后皮質(zhì)生長,但沒有證據(jù)表明這些患者的PPVP內(nèi)有新生血管侵入;而在NVCs侵入PPVP的少數(shù)病例中,新生血管是由二級(jí)或三級(jí)分支的視網(wǎng)膜小靜脈發(fā)出的,位于靠近中心凹、遠(yuǎn)離靜脈弓的位置。此外,在77個(gè)NVCs中,61個(gè)NVCs(79%)沿玻璃體后皮質(zhì)生長,37個(gè)NVCs處觀察到玻璃體劈裂,證明玻璃體視網(wǎng)膜界面與PDR的關(guān)系密切,但新生血管具體侵入了玻璃體的哪些結(jié)構(gòu),目前仍尚無定論。

如前所述,玻璃體黃斑界面是參與PDR發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展的復(fù)雜平面。研究顯示,PDR患者黃斑前膜、玻璃體黃斑牽拉等玻璃體視網(wǎng)膜界面異常(vitreomacular interface abnormalities,VMIA)的患病率顯著高于普通人群,并且NVCs是VMIA形成的重要危險(xiǎn)因素,可導(dǎo)致嚴(yán)重的解剖學(xué)異常和視力障礙,應(yīng)進(jìn)行早期評(píng)估和常規(guī)監(jiān)測(cè)[37]。

4 總結(jié)與展望

長期以來,玻璃體被公認(rèn)為是一種透明的凝膠狀液體,位于晶狀體和視網(wǎng)膜之間,無重要的生理功能,PPV手術(shù)的開展正得益于此。然而,隨著3D-OCT、廣域OCT等玻璃體成像技術(shù)及人工智能的發(fā)展與結(jié)合,以及生化分析技術(shù)的進(jìn)步,其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、分子組成及與眼部疾病的關(guān)系逐漸明確。

DR是復(fù)雜的玻璃體視網(wǎng)膜疾病,玻璃體液可以作為各種細(xì)胞因子、生長因子、蛋白質(zhì)的儲(chǔ)存庫,間接反映視網(wǎng)膜組織代謝和功能改變,目前已經(jīng)明確了缺氧、炎癥因子和血管內(nèi)皮生長因子在DR發(fā)生發(fā)展中的重要作用,但對(duì)于糖尿病引起的玻璃體結(jié)構(gòu)和膠原交聯(lián)產(chǎn)物改變、玻璃體視網(wǎng)膜界面改變?nèi)孕柽M(jìn)一步研究。

玻璃體后皮質(zhì)可為PDR患者新生血管生長提供支架,完全性PVD的發(fā)生不僅可以去除其支架作用,也可以增加玻璃體腔氧含量,降低血管內(nèi)皮生長因子濃度,改善視網(wǎng)膜供血,因此在篩查和日常診療中應(yīng)評(píng)估糖尿病患者PVD狀態(tài)及玻璃體劈裂情況,并且積極開發(fā)誘導(dǎo)PVD的方法及藥物玻璃體溶解術(shù)可能具有十分重要的意義,有助于預(yù)防及輔助控制新生血管的生長。由于目前PPV術(shù)是治療PVD最直接的形式,有學(xué)者正在開展PPV治療重度非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變的臨床試驗(yàn)[38],但目前尚未展示研究結(jié)果。

此外,應(yīng)注意關(guān)注視網(wǎng)膜新生血管形態(tài)學(xué)特點(diǎn),探討不同類型新生血管對(duì)全視網(wǎng)膜激光光凝等治療手段的反應(yīng),積極尋找無創(chuàng)性玻璃體成像標(biāo)志物,以預(yù)測(cè)DR進(jìn)展、玻璃體積血的發(fā)生, 但此方面研究仍相對(duì)匱乏。目前PPV仍是PDR患者玻璃體積血、牽拉性視網(wǎng)膜脫離的唯一治療方法,但存在術(shù)中出血、醫(yī)源性視網(wǎng)膜裂孔、復(fù)發(fā)性玻璃體積血、復(fù)發(fā)性視網(wǎng)膜脫離等關(guān)鍵問題,研究PDR新生血管與玻璃體結(jié)構(gòu)的關(guān)系,對(duì)于解決以上問題、制定手術(shù)計(jì)劃和改善患者預(yù)后具有重要意義,但仍需進(jìn)一步探討。