角膜痛机制的研究进展

徐 睿（综述） 李双双 韩 园 李文献（审校）

（复旦大学附属眼耳鼻喉科医院麻醉科 上海 200031）

眼表由角膜上皮、角膜缘、结膜和眼睑边缘组成。发生眼表神经损伤最常见的病因是干眼症，最常继发的手术是白内障手术和屈光手术。角膜痛按病因分可以分为：炎症原因引起，如光化学角膜炎；神经损伤引起，由发生在不同神经轴水平的神经系统的损伤或疾病引起，如视网膜手术或眼前段手术损伤眼神经、老年神经退行性眼痛、周围神经病变［1］；炎症和神经损伤共同引起，如干眼症、带状疱疹性角膜病变。

角膜神经的结构组成和功能角膜是人体神经末梢分布最密集的组织，边缘约有50～450个来自三叉神经节眼区的神经元，导致组织极度敏感，能够接受各种不同的刺激信号，因此角膜的敏感性是皮肤的300～400倍。角膜神经主要包括感觉神经、交感神经与副交感神经。其中角膜的感觉神经担负了重要的感官作用，其主要来自于三叉神经眼支的终末支-睫状神经，少部分来自三叉神经的上颌支。该神经从角膜基质的2/3处呈放射状进入，与上皮内神经纤维形成基质神经束并延伸至上皮，当神经纤维进入角膜上皮层后，平行于角膜表面走行，形成多层上皮神经带。上皮神经带之间相互吻合，形成广泛且致密的上皮神经丛。神经纤维从角膜边缘至角膜中央呈涡轮状。基底下神经丛的结构变化与疾病导致的感觉减退有关，如糖尿病视神经变性［2］和单纯疱疹性角膜炎。

角膜疼痛信号的转导Rosenthal等［3］的研究表明，角膜的伤害性感受器主要分为3种类型：机械伤害性感受器、多态伤害性感受器和冷温度伤害性感受器。

机械伤害性感受器机械伤害性感受器是最快的痛觉传导感受器，在角膜伤害性感受器中占比约20%。其可感知异物侵入或机械伤害的强度和持续时间，主要是在异物接触角膜或结膜时，外周末梢被机械性压力激活引起剧烈而尖锐的疼痛感觉。研究表明，机械伤害性感受器神经元末端的疼痛信号传递可能是由Piezo2介导的，Piezo2是最近在低阈值躯体机械感受器神经元中识别出的一种机械感觉通道，其在角膜上皮神经末梢中并不表达，仅表达于30%的三叉神经节的感觉神经纤维［4］。

多态伤害性感受器多态伤害性感受器是角膜伤害性感受器中占比最多的一类，约占70%，不仅对机械刺激敏感，也可被热刺激、酸碱刺激、外源性化学物质及内源性炎症介质等激活。研究表明，瞬时受体电位通道蛋白V1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPVl）、瞬时受体电位通道蛋白A1（TRPA1）、Piezo2、ASICs及P2X在其中发挥了伤 害性感觉 传导作用［5］。其中，TRPV1和TRPA1主要被内源性化学物质如组织损伤、炎症或氧化、氮化应激时释放的前列腺素、活性氧、氮类等和热刺激激活，而Piezo2主要介导机械性刺激引起的伤害性，ASICs及P2X则主要负责酸性刺激的伤害性感觉的传导［6］。

冷温度伤害性感受器冷温度伤害性感受器是对温度降低（如泪液蒸发、低温）及渗透压变化作出反应的神经纤维，在角膜伤害性感受器中占比约10%～15%。冷温度伤害性感受器又分为低阈值冷温度伤害性感受器和高阈值冷温度伤害性感受器两个亚类。低阈值冷温度伤害性感受器占比较大（约占70%），在正常角膜温度（34～35℃）下显示连续的神经冲动，在小于0.5℃的小幅降温下会急剧增加。另一类是高阈值冷温度伤害性感受器（占总数的30%），通常在角膜温度高于29℃时保持沉默，当暴露于强烈的冷却条件下开始放电［7］。研究表明TRPM8是冷温度伤害性感受器中较为重要的阳离子通道，眼表温度下降或泪膜渗透压增加可激活该通道［8］，激动剂包括薄荷醇、pH改变等。另外，K2P通道、Kv1通道和TREK2通道也参与了冷温度伤害性感受器的激活。

角膜疼痛信号的投射和传导路径支配角膜伤害感受器的初级感觉神经元的细胞体位于三叉神经节，中枢轴突终止于三叉神经脑干复合体的两个区域即三叉神经中间核/尾突旁核区（Vi/Vc）和尾突旁核/上颈过渡区（Vc/C1）［9］神经元在疼痛信号放大过程中起着重要作用，释放的谷氨酸激活二级神经元电压门控钠通道。二级神经元从脊髓三叉神经核复合体开始交叉走行，并加入对侧脊索丘脑通路并在丘脑中形成突触。弱伤害性信号通过激活α-氨基羟甲基恶唑丙酸型谷氨酸受体引起轻微的膜去极化，强信号通过复杂的信号通路激活N-甲基-D-天（门）冬氨酸受体和二级神经元突触前谷氨酸的释放。三级神经元将信息传递到脊髓上区域，依次优先投射到臂旁核和后丘脑和岛叶皮质，以传递与疼痛的感觉辨别方面相关的信息，并投射到中脑导水管周围灰质、下丘脑、杏仁核和前额叶皮质，以获得疼痛的情绪方面的信息［10］。痛觉下行抑制通路对感知的疼痛信号进行调节，将疼痛信号从边缘系统和中脑通过导水管周围的灰质区传输到脑干，在脑干中对信号进行调控，然后继续返回到三叉神经尾核［11］。

角膜疼痛的外周敏化作用于角膜伤害性感受器的外周伤害性刺激能够触发上皮和基质的多种细胞（上皮细胞、基质细胞、免疫细胞）分泌，包括促进组织炎症的促炎因子，如缓激肽、细胞因子、组胺、神经生长因子、前列腺素E2、5-羟色胺、ATP、一氧化氮，触发释放免疫细胞激活介质，以及促进神经源性炎症的P物质和降钙素基因相关肽，激活和招募免疫细胞［12］。进而改变离子通道的活性（伤害感受器末端的钠和钙电流增加），降低角膜伤害性感受器的阈值，持续的伤害性刺激和角膜伤害性感受器之间形成了一个正向的反馈环，促进炎症发生，使得初级感觉神经元发生重塑，扩大了外周伤害性刺激，产生了外周敏化。研究表明，去除外界伤害性刺激后如压力解除或眼表炎症消退，恢复眼表正常结构等可以逆转外周敏化［12］。但是对周围神经和中枢神经系统的持续损伤和慢性改变可导致永久性致敏，例如慢性干眼症［13］。

角膜疼痛的中枢敏化如果眼表损伤持续存在，或者炎症级联反应未削弱，中枢神经系统可能发生变化，并产生中枢敏化，常为持续性改变，患者表现的疼痛与外周病理性改变相分离。与外周敏化相似，离子通道的表达和功能、介质水平、胞质信号传导和其他因素的变化共同导致了中枢敏化。焦虑、抑郁、创伤后疾病、纤维肌瘤等患者发生中枢敏化的概率升高。眼感觉器的解剖结构是干眼症中枢敏化的基础，眼感觉器的第一个突触发生在Vi/Vc区，此区还存在脑干反应投射神经，整合来自眼睛的无害和有害的感觉信息，参与超兴奋性和中枢敏化的产生和维持。

小胶质细胞介导的神经免疫信号转导对中枢敏化的发生和发展至关重要。神经损伤会导致小胶质细胞转换为疼痛应激状态，在脊髓背角通过激活P2X4、P2X7等受体促进胶质细胞释放多种介质如脑源性神经营养因子、溶酶体蛋白酶组织蛋白酶和CX3CL1等可以调节三叉神经节的神经元活动，但具体机制仍不明确。

角膜痛的动物模型既往用于研究角膜疼痛反应的小鼠模型包括碱烧伤［14］和光角膜炎以及诱导的干眼症疼痛，但是这些疼痛源于眼表炎症的产生，本质上没有神经病变。最新的可靠的神经病理性角膜痛模型是2017年Seyed-Razavi等［15］报 道 的眼角膜睫状支结扎动物模型，采用结膜外侧入路，平行于视神经，进入眼眶后，分离三叉神经眼部供应的感觉神经纤维并结扎睫状神经。睫状神经的部分压迫性损伤引起轴突肿胀，导致神经功能改变，导致周围神经疼痛过敏。这一新的神经病理性角膜痛模型显示了行为、感觉和神经密度的改变，但没有上皮损伤，可以用于研究神经病理性角膜痛进展的潜在机制，以及药物治疗疗效。

需要注意的是，小鼠角膜中感觉受体的表达与人类存在差异，冷敏感受体的分布较高（49%），多模式伤害感受器分布稍低（41%），其余10%为机械敏感性受体［16］。

角膜痛的体外模型既往模型包括使用鸡胚三叉神经节与植入胶原基质的胚胎角膜共同培养。由一个角膜组成，角膜上皮侧朝上，位于胶原中，两个半神经节放置在角膜的对侧1～2 mm处，该体外系统已用于研究TRP通道在刺激反应中的表达。另一个模型包括一个完整的角膜体外模型，该模型由分离的牛或兔原代基质细胞和内皮细胞组成。此外，鸡背根神经元还与角膜上皮细胞和基质细胞联合应用于胶原水凝胶中。

体外角膜模型最常用的方法是使用上皮细胞，培养人原代上皮细胞进行毒理学测试。但是这些基于上皮的模型并不能反映角膜的结构和多细胞群，以及它们之间的相互作用。因此，这些模型有助于预测角膜毒性，但由于缺乏神经成分，无法应用于角膜疼痛的研究。

最新的体外角膜组织模型，包括了基质、上皮和神经［17］。基于薄丝蛋白膜的多层结构用来作为支撑角膜上皮和基质层的支架，周围的多孔海绵用于在3D环境中培养皮层神经元。在气液界面共培养3种细胞类型为体外角膜组织工程领域提供了重要的进展，因为它可以研究神经支配和角膜组织发育、角膜疾病和组织对环境因素的反应。

结语角膜痛发病率很高，但病因多样，临床表现不相一致，并与眼部瘙痒之间存在着复杂的关系。近年来人们开始逐渐关注眼表痛，其具体的机制尚不清楚，但是了解相关机制和实验模型对进一步了解眼表面的疼痛和感觉是非常重要的，可以为临床治疗策略的制定和未来的研究方向提供参考。

作者贡献声明徐睿文献检索，综述撰写。李双双文献检索，综述修订。韩园综述构思和修订。李文献综述指导，审核校正。

利益冲突声明所有作者均声明不存在利益冲突。