巩膜胶原交联防治病理性近视的研究进展

许寅聪，赵亚芳，王超英，宋宏鲁

目前全球近视人口的数量不断增长，并且其发病率还在不断增长，已引起人们的高度关注，急需解决。全世界约有1.63亿人患有高度近视[1]。在亚洲，青年人高度近视患病率为6.8%～21.6%，中老年人患病率为0.8%～9.1%。我国是高度近视高发国家之一，青少年的高度近视患病率在6.7%～38.4%[2-4]。而高度近视中的病理性近视可以并发多种病理性变化，如视网膜裂孔、孔源性视网膜脱离、高度近视黄斑劈裂、后巩膜的葡萄肿，以及漆裂纹样损害和Fuchs斑等，严重损害视功能[5-7]。高度近视人群中61.7%会出现严重并发症，特别是当近视度数＞-10.00 D时，100%会出现黄斑病变[8-9]，这使得数以万计的国人生活质量显著降低，并且临床上缺乏控制近视的有效手段。关国华[10]等人观察了242例（478只眼）30岁以下病理性近视的眼底损害，认为在儿童期（10岁以前）病理性近视眼底损害就已经形成。因此，探索新的防治高度近视的方法，特别是对儿童高度近视的防治迫在眉睫。

1 病理性近视发病机制的研究现状

许多热衷于在分子生物学领域研究近视眼发病机制的学者们指出，近视的产生和发展是遗传与环境因素互相作用的结果，但具体的发病机制目前还不能解释清楚，多数专家认为近视的最主要的病理学机制为眼轴的轴性增长和后巩膜葡萄肿[11-13]。但是眼轴的轴性增长和后巩膜葡萄肿的发病机理，目前还没有令人满意的解答，很多学者认为与基因有关。有研究认为在多个参与控制形成的遗传因子（基因）中有两类遗传因子（基因）对高度近视的形成有决定作用：一类是决定眼轴长度的多个基因，另一类是决定角膜屈光度的多个基因。最近已经发现了近30个高度近视的易患基因位点[14]。国内庄文娟[15]也发现在中国人群中IGF-1基因rs12423791位点的多态性与超高度近视显著相关。我们认为巩膜在生物力学方面的特点和巩膜本身的欠缺是重要的原因之一，因为从眼球壁三层结构的力学性能来看，在相同应力的作用下，从视网膜、脉络膜到巩膜的切线模量呈逐步递增的趋势。因此在保持并稳定眼球形态方面，巩膜起着决定性作用。近年我们的研究[16]表明，巩膜具备主动塑形的功能，巩膜胶原纤维的病理变化在病理性近视并发后巩膜葡萄肿的形成过程中起到了至关重要的作用。因此遏止病理性近视的发生发展过程中巩膜胶原纤维的病理性改变，加强巩膜生物力学性能不失为防治高度近视眼轴进一步延长以及后巩膜葡萄肿形成的一种有效治疗方法[17-18]。

2 目前治疗病理性近视的方法及机理

目前大多数病理性近视患者选用配镜矫正、准分子激光原位角膜磨镶术 （eximer laser in-situ keratomileusis,LASIK）、有晶状体眼人工晶状体植入术、后巩膜加固术来姑息矫正[19-21]，但不能从根本上解决眼轴逐年延长、度数逐年增加以及各种并发症逐渐发生的问题。受到紫外线A-核黄素角膜交联技术在角膜疾病应用的启发[22-23]，目前国内外学者积极探索巩膜胶原交联方法并希望将其应用于病理性近视的治疗。从目前研究热点来看，可分为核黄素-紫外线诱导巩膜胶原交联和化学交联剂结膜下注射进行巩膜胶原交联两大类。

2.1 核黄素-紫外线诱导巩膜胶原交联

紫外线-核黄素巩膜胶原交联的原理是利用紫外线、核黄素诱导巩膜中相邻的两个胶原纤维之间生成共价键，以增强巩膜的生物力学稳定性。核黄素作为光敏剂在370 nm或者465 nm波长的紫外线A的作用下，产生Ⅱ型光化学反应，诱导巩膜胶原交联，提高了巩膜胶原纤维的生物力学强度，从而可以防止巩膜进一步扩张[24]。我们也在过去的课题研究中对活体离焦近视动物模型兔进行了紫外线A-核黄素巩膜胶原交联实验，在暴露巩膜处滴加0.1%5-磷酸核黄素5 min后，用波长370 nm，功率3.0 mW/cm2的紫外线灯照射50 min，巩膜弹性模量增加33.43%，蠕变率降低53.17%，极限应力增加42.05%，显著提高巩膜的强度，且通过测定全视野视网膜电流图、15 000倍透射电镜观察巩膜胶原纤维细胞，尚未发现明显的毒副作用[25]。SUN M等[26-27]用类似方法也证明了紫外线A-核黄素巩膜交联的有效性和部分安全性。遗憾的是此方法需紫外线光均匀照射，很难在后极部巩膜实现（后巩膜葡萄肿大都发生在后极部），这极大地限制了紫外线A-核黄素巩膜交联的应用可行性。

2.2 采用化学交联剂结膜下注射进行巩膜胶原交联

国内外有学者提出采用结膜下注射化学交联药物的方法进行巩膜胶原交联，经过查阅文献，目前被研究的药物有京尼平、甲醛缓释体类防腐剂（formaldehyde releasers,FARs）、甘油醛、戊二醛、硝基醇类[28-31]，目前研究均处于探索阶段。

2.2.1 戊二醛

戊二醛（glutaraldehyde）作为最强的化学交联剂，是通过和氨基酸发生Schiff反应形成Schiff’s碱，然后戊二醛分子间的醛基官能团发生化学反应，醇醛缩合连接在一起，使胶原纤维形成网状结构以达到交联作用，其在交联的同时具有较高的细胞毒性，会破坏细胞的完整性，引起强烈的炎症反应[32]，因此当前阶段戊二醛一般只用于工业用料和病理标本的固定，同时也常作为对照剂应用于其他交联技术的研究。

2.2.2 甲醛缓释体类防腐剂

甲醛缓释体类防腐剂（FARs）是一类被广泛应用于纺织业的化学交联防皱和化妆品、个人护肤用品防腐（如皮肤修复产品、沐浴露、指甲油、洗发水、婴幼儿用的无泪香波等）的化合物，约有100余种，其应用有数十年历史。就安全性而言，欧洲化妆品和非食品科学委员会对FARs进行了广泛的安全性研究，欧盟理事会在法令76/768/EC中也详细描述了各种FARs在化妆品行业和纺织业中可应用的浓度。同时考虑到其在日常生活中被每天使用同时直接接触人体，却并未查询到其致癌、致畸的报道，故认为其潜在的安全性可能较高。FARs具备较强的交联效应，缓释系统的存在能够有效延长作用时间，这些都促使其成为巩膜交联治疗病理性近视药物的潜在优势，但因FARs种类繁多，需进行实验筛出交联效果更强、毒性更低的种类。Natasha Babar[33]通过测量经过FARs交联后巩膜的热变性温度和对人皮肤成纤维细胞的毒性反应认为FARs是一类强效低毒性的交联剂，并通过文献复习初步筛选出羟甲基甘氨酸钠、重氮咪唑烷基脲、咪唑烷基脲、乙内酰脲、恶唑烷作为较为有潜质的备选药物。Mariya Zyablitskaya[34]的研究认为sub-Tenon’s下注射 40～400 mmol/L（0.4 mL）羟甲基甘氨酸钠均可以引起注射部位及其周围巩膜的交联效应，且具备明显的浓度效应，400 mmol/L的交联强度是40 mmol/L的6倍。我们近期的研究也表明羟甲基甘氨酸钠、重氮咪唑烷基脲、乙内酰脲具备良好的交联效果。

2.3.3 甘油醛

甘油醛是一个丙糖（单糖），化学式为C3H6O3，是最简单的醛糖。作为糖类代谢的中间产物，甘油醛的醛基很活泼，一般制成缩醛保存。甘油醛的毒性较低，已被使用于生物制药领域[32,36]。王莹[35]在实验中观察到，甘油醛的蛋白质糖基化的作用比较明显，大概是因为甘油醛和葡萄糖相比开链形式所占的比例大。甘油醛巩膜交联与紫外线-核黄素巩膜胶原交联相比较，前者避免了温度对眼前节的损伤以及因紫外线照射所导致的并发症。Campbell IC[36]的研究认为30 mmol/L的甘油醛1 mmol/L的京尼平和7 mmol/L的丙酮醛均可以提高1倍的巩膜硬度。

2.3.4 京尼平

京尼平是从栀子和杜仲中提取的纯植物交联剂，临床中已经用于治疗肝炎及其它肝病引起的各种黄疸和各种炎症。而且亦被应用于心脏瓣膜、血管、韧带的移植手术以及明胶、壳聚糖、胶原的交联领域，研究表明它的交联作用和戊二醛一样可靠，且毒性远小于戊二醛，具有更好的安全性[37]。刘太祥、王铮[38]等人取成年新西兰大白兔，采用随机分组的方式选一只眼 Tenon’s囊下注射京尼平（0.5 mmol/L），每次 0.5 mL，分别注射2次和4次各10只眼，再按照数字随机选出对侧眼10只，其中5只眼行生物力学检测，其余5只眼行组织学检查。结果与对照眼比较，Tenon’s囊下注射0.5 mmol/L京尼平0.5 mL 2次和4次，巩膜的极限应力分别增加了95%和161%；同时20%应变时弹性模量分别增加了204%和260%，而极限应变则分别下降了13%和22%。Levy AM[39]的研究通过循环拉伸测试观察到树鼩结膜下注射京尼平后的巩膜硬度明显被加强，且可以对抗透镜诱导近视带来的巩膜硬度下降。同时有研究表明京尼平结膜下注射并没有造成眼球各组织中的细胞凋亡，也没有对眼球临近的结缔组织造成损伤，治疗区域没有明显的颜色变化，故京尼平诱导兔眼巩膜胶原交联安全有效，是一种潜在的防治近视进展的药物[37,40-41]。

3 总结

巩膜胶原交联作为治疗病理性近视的一个研究方向，无论是紫外线A-核黄素巩膜胶原交联术，还是结膜下注射化学交联剂如京尼平、甘油醛、羟甲基甘氨酸钠、重氮咪唑烷基脲、乙内酰脲进行巩膜胶原交联，均有研究证明其有效性和部分安全性，但多数研究为动物实验，亦存在研究指标不同的问题。希望近年可加快相关研究，比较不同交联方法以及不同化学交联制剂的作用差异，可以从巩膜胶原交联前后的巩膜条带生物力学强度、单个巩膜成纤维细胞黏弹性力学特性、视网膜视神经功能以及巩膜组织及其周围肌肉的形态学改变的角度，对不同方法、制剂的有效性、安全性进行对比，最终选出目前最具临床治疗病理性近视可行性的方法或药物，为高度近视的治疗带来新的希望。