黏蛋白异常型干眼基础研究及中医药治疗展望

田欣 徐庆

干眼是当前眼科门诊最常见的眼表疾病之一，患者逐年增多并呈现低龄化趋势，发病率在全球范围内变化很大，约为 2%～50%，主要以女性患者为主[1，2]。其中黏蛋白异常型干眼在临床上占比不低 ，按照我国干眼专家共识(2020年)：黏蛋白异常型干眼是因为各种因素造成眼表上皮细胞(尤其杯状细胞)受损，药物对眼表的毒性损害、热烧伤、化学性眼外伤及长期佩戴接触镜等导致的干眼属于此类干眼[3]。生理状态下，泪膜从表至内分为三层，表层为脂质层，中间为水液层和内层为黏蛋白层。黏蛋白按照功能可分为分泌型黏蛋白(secretory mucin,SM)和跨膜型黏蛋白(membrane-associated mucin,MAM)两种。SM主要由杯状细胞表达分泌，有维持泪膜含水量、抗菌以及清除和保护眼表的功能。MAM主要由眼表上皮细胞表达，有维持泪膜和眼表的附着性、屏障及信号转导功能[4]。眼表上皮和黏蛋白异常会引起泪膜稳定性下降，进而导致干眼的发生，而干眼又可导致眼表上皮完整性破坏，进而加重黏蛋白的异常。本文基于近年来关于该型干眼中对眼表上皮细胞、结膜杯状细胞及黏蛋白的基础研究、以及中医药对其治疗的相关研究进行综述。

一、眼表上皮细胞及杯状细胞的生理功能

1.眼表上皮细胞：眼表的概念是由Friend和 Thoft 在1977年提出。在解剖学上，眼表是由灰线后的睑缘、角膜和结膜上皮、泪腺和泪膜组成，其中角结膜上皮是高度特化的眼表上皮细胞，而角膜缘及杯状细胞又具有各自特定的功能。结构正常而完整的眼表上皮细胞是泪膜附着的基础，可以维持泪膜的张力、相对稳定的含水量和附着力。正常的角膜上皮表面形成有外突的微皱襞和微绒毛样结构，这些结构使得角膜上皮具有黏附泪膜中不同成分的功能，特别是作为极化跨膜大分子物质的MAM，在正常情况下由角膜上皮表达，并锚定结合在微绒毛处，其疏水端跨膜固定于微绒毛上，而亲水端则游离在泪膜中，这种方式使得疏水性的眼表上皮细胞与亲水性的泪膜水样层能够联系在一起[5]。该型黏蛋白与正常眼表的微绒毛及多糖类物质通过瞬目动作一起发挥作用，将泪膜均匀地涂布在眼表面，保护角膜上皮免受瞬目摩擦导致的损伤[6]。MAM还可以和多糖类物质一起形成多糖蛋白质复合物，对致病微生物具有抵御作用。MAM的锁水特性能使泪膜维持相对稳定的含水量。当眼表上皮脱落或变性时，会导致眼表面产生裂隙，泪液中的MAM可以通过嵌入的方式来填补眼表面的间隙，保持眼表润滑，从而达到维持泪膜稳定性的目的[7]。

2.结膜杯状细胞：杯状细胞是一种存在于胃肠道、生殖道、呼吸道黏膜和眼结膜等组织中的柱状上皮细胞。结膜杯状细胞是由结膜角质细胞分化而来的单细胞腺，在结构上具有明显的特征，其底膜与结膜上皮基底膜接触，横跨整个复层上皮，自底层向表层，细胞形态由圆形变为椭圆形，形似酒杯，内容饱满[8]。人体的杯状细胞表达MUC5AC、5B 和 2的黏蛋白基因，其中泪液中结膜杯状细胞主要表达分泌的是MUC5AC[9]。杯状细胞在表达分泌黏蛋白的同时，还参与了眼表免疫系统的构成，它在结构上的横跨厚度达到 2～3 层上皮细胞，这使其具备作为抗原传递者的条件，把位于眼表的抗原传递给结膜基质中的单核巨噬细胞[10]，能够以诱导适应性免疫反应的方式形成杯状细胞相关抗原通道，并将通道内物质输送到潜在的固有层抗原呈递细胞，阻止外界微生物的入侵[11]。杯状细胞还表达抗微生物蛋白、趋化因子和细胞因子，也参与了眼表免疫。有研究发现结膜杯状细胞能够产生抑制DC分化、活化标记物CD86表达和Th1家族细胞因子IL-12和IFN-γ产生的因子，发挥免疫调节作用[12]。

二、眼表黏蛋白种类

黏蛋白主要存在于呼吸道、消化道、生殖道及眼表，根据目前的研究，它是一种分子量最大且糖基化程度最高的糖蛋白，已识别的23 种黏蛋白基因(包括亚型)，根据它们被确定的时间，分别命名为 MUC1～MUC21，还包括 MUC3A、3B、5AC、5B[13]，人眼表存在的有 MUC1、2、4、5AC、7、13、15、16、17、 19和 20。

三、眼表黏蛋白的分泌和表达

1.眼表上皮细胞：眼表上皮细胞表达MUC1、4、7、16、 20，其中， MUC1、4和16是三种膜相关黏蛋白[14-16]。MUC1和16都包含一个多元氨基酸酸序列，因此它们可能通过与ERM蛋白家族结合，并将其连接到细胞质中的肌动蛋白细胞骨架中[17，18]。在结膜上皮细胞中可以普遍检测到MUC4 mRNA，但在靠近角膜中央的上皮细胞中明显减少[19]。结膜上皮细胞还表达小的可溶性MUC7[20]。

2.结膜杯状细胞：杯状细胞最多位于穹隆结膜，是嵌于结膜上皮内的特化细胞。杯状细胞表达分泌MUC5AC 和 19，其中MUC5AC可以形成凝胶[21]。在结膜组织中还检测到可以形成凝胶的 MUC2和7，以及它们的mRNA，和 MUC13、15、 17、20的转录子，但还没有数据表明MUC2特异性定位于杯状细胞[22]。近期免疫荧光显微技术显示在结膜杯状细胞中存在MUC19，然而，这还没有得到原位杂交的证实[23]。

3.泪器(泪道和泪腺)：在泪腺中发现了MUC1、4、5AC、5B、6、 7、16、19，其中MUC1、4、6，研究者只检测到了mRNA，在整个泪器中MUC16均有表达，包括副泪腺和鼻泪管[24]。泪液排出系统，包括泪囊和鼻泪管上皮细胞中表达MUC1、2、4、5AC、5B、6、7[25]。

四、眼表黏蛋白的结构和分类

在目前已被确定的23种黏蛋白基因中, 有10种以上是由眼表组织表达。从功能上分类，黏蛋白分为两种类型，第一种为SM，包括凝胶形成型黏蛋白(MUC2、5AC、5B、6、19)和可溶性黏蛋白(MUC7、9)；第二种为MAM,主要包括MUC1、4、16和20[26]。

不同的黏蛋白在结构和功能方面有着自身的特点，例如凝胶形成型黏蛋白，其分子结构中央有一个大的串联重复结构域，两侧是富含胱氨酸的结构域，与血管性血友病因子D结构域有同源性。可溶性黏蛋白由于结构中缺少半胱氨酸的结构域，因此被认为是单体，在目前所知的黏蛋白中分子量最小[27]。MAM有一个跨膜结构域、一个短的胞内域和一个延伸的胞外结构域，位于角结膜上皮细胞的最表面，且汇集在顶层细胞微皱襞的顶端，在泪膜内界和上皮细胞表面的接触处形成多糖-蛋白质复合物，有助于维持眼表上皮的泪膜稳定[28]。

黏蛋白的结构特点是在黏蛋白核心肽的中心区域存在多个富含丝氨酸和苏氨酸的串联重复氨基酸，通过相邻的丝氨酸和苏氨酸残基各提供一个 O-连接糖基化位点串联在一起。每个串联重复序列的氨基酸数量在不同黏蛋白基因之间的表达是不同的，每个等位基因的串联重复序列的数量也是可变的，这使得黏蛋白的基因、表达，及其合成的蛋白结构具有多样性[29]。在属于糖基转移酶家族的N-乙酰半乳糖胺转移酶(pp-GalNAc-Ts)的催化下，其在串联重复序列上将N-乙酰半乳糖胺(N-GalNAc)转加到丝氨酸或苏氨酸上，形成了黏蛋白的广泛O-糖基化[30]，通过不同活性的糖基转移酶连续添加碳水化合物获得的O-聚糖链的延长[31]。多数眼表黏蛋白(约55%)，由于广泛的O-糖基化而形成了由O-连接的聚糖链聚集成团，O-聚糖链为黏蛋白主干形成延伸的或“瓶刷状”的构象提供了可行性[32]。

五、眼表黏蛋白的功能

1.SM的功能 (1)维持泪膜稳定性 SM因其亲水端而具有高度的亲水性,使其可黏附在角结膜表面的微绒毛和多糖蛋白质复合物上，能够在泪液层内面和上皮表面之间的接触处形成一亲水界面[33]。如果缺乏黏蛋白，泪液层不能黏附在疏水性的角结膜上皮层表面，而只能形成泪珠,且无法产生涂布湿润整个眼表面的作用。 SM还具有锁住水分的能力，可以形成高度水化的凝胶，有助于润滑眼表上皮表面。同时，在泪膜外表面与空气相接触的水-气交界面，也有黏蛋白存在，它脂溶性的疏水端可以和脂质层产生相互作用，从而降低脂质层的流动性，保持脂质层及泪膜含水量的相对稳定，增加泪膜的厚度[34]。

(2) 抗菌作用 黏蛋白可以在病原体附着到眼表上皮之前通过和病原体结合直接保护上皮表面，或者通过竞争性阻断眼表上皮上的病毒受体来间接抑制其定植。黏蛋白可以把物质包裹起来，并随着瞬目动作将被包裹的物质移动到下穹窿处，将其从眼表清除掉，还能够作为表面化学捕集器来捕获、清除细胞碎片、脂质和其他疏水性污染物等，这种机制有助于抑制细菌等病原体粘附在角结膜上皮上，防止眼表发生感染和损伤[35，36]。

(3) 润滑作用 凝胶形成型黏蛋白能够形成高度水化黏液凝胶，随着瞬目动作嵌入眼表上皮细胞的裂隙，润滑表面。SM具有高度的亲水性，这可能具有非牛顿流体的特性，使其在润滑眼表的同时，降低泪液剪切应力，防止瞬目时产生的摩擦动作导致对眼表的损伤[37]。

2.MAM的功能 (1)抗黏附作用 分布在眼表顶层上皮细胞的表面的MAM可从眼表上皮细胞膜向外延伸至500 nm[38]。在正常情况下，黏液蛋白O-聚糖链突出于胞膜之上，在防止顶端上皮表面的粘附，以及角膜缘、睑缘灰线的边界润滑中起着重要的作用。黏蛋白O -聚糖链中含有带负电荷的唾液酸，它使糖蛋白具有排斥强负电荷的作用，从而阻止细胞粘附[39]。这些研究表明，在进行瞬目动作及睡眠时，MAM可以润滑睑缘，并防止睑缘处的睑结膜和角膜上皮发生粘连。

(2) 细胞表面的保护屏障作用 黏蛋白具有屏障作用，可以阻止病原微生物入侵，保护眼表。如果眼表上皮出现缺损或变性的情况，黏蛋白会随着瞬目动作对缺损区域进行填补，形成并维持完整稳定的泪膜，起到屏障保护作用。最近的研究发现，MAM能阻止用于检测眼表上皮损害程度和干眼的一些细胞外分子(如玫瑰红等有机染料)渗透到眼表上皮细胞内，这表明其可以维持黏膜屏障完整性，防止细胞外基质穿透到眼表上皮细胞内。MUC16还可以保护上皮表面免受金黄色葡萄球菌的结合[40]。

(3) 渗透压传感器作用 在体外细胞实验中，MAM Hkr1 (一种从基因组文库中克隆的基因，其含有一个4．5kb的阅读框架，可编码一种具有跨膜型黏蛋白的某些性性，由1802个氨基酸组成，部分含氨基酸重复序列，极富丝氨酸和苏氨酸，可作为O-糖基化部位的高分子量蛋白质， 其N-末端和C-末端半区各含有一个疏水区域，分别起到信号肽和跨膜域的作用)和Msb2(一种cdc24的多拷贝抑制剂)是酵母激活高渗甘油(HOG)信号通路途径的SHO1分支中的渗透压传感器，在高渗透压的浓度测试反应中酵母HOG信号通路可以被激活[41]，因而推测，MAM可能具有将胞外域感受到的细胞外环境变化的信号传入细胞内领域的功能。激活HOG1调节细胞周期、蛋白质翻译和基因表达[42]。

六、眼表上皮细胞和黏蛋白的异常在干眼发病机制中的作用

黏蛋白异常型干眼主要由各种原因造成眼表上皮细胞(尤其杯状细胞)受损导致，现有研究认为，泪液渗透压的升高和泪膜不稳定是干眼发生的两大核心机制[43]。发病时，泪液水性成分的减少会导致其渗透压升高，随后激活炎症反应，对眼表上皮的完整性造成破坏，主要表现为杯状细胞减少，其分泌表达的黏蛋白也相应减少[44]，黏蛋白的质和量的异常，反过来会对泪膜的形成产生影响，引起其稳定性下降，进而又加剧了泪液渗透压的升高，导致了引发干眼的恶性循环，由此可见，促进泪液中黏蛋白质和量的改善，和促进水性成分的分泌一样重要，是打破这个恶性循环的重要治疗手段。

高渗诱发眼表发生炎症时，TNF-α、IFN-γ等炎症因子会抑制胆碱能刺激黏蛋白分泌，导致杯状细胞凋亡[45]。IL-17可导致角膜上皮屏障遭到破坏，IFN-γ通过多种机制拮抗IL-13信号传导，包括抑制上调细胞因子信号传导基因和刺激IL-13 Ra2诱饵受体的产生，导致眼表上皮细胞鳞状上皮化生、凋亡及杯状细胞损伤[46，47]。干眼中眼表长期存在炎症反应，会导致杯状细胞数量的减少，对OSDI量表评分为严重受损的干眼患者进行观察，发现其Nelson评分较高，杯状细胞往往较少，这表明OSDI 量表测量的眼表刺激症状与杯状细胞的丢失存在着正相关关系[48]。

MUC5AC表达水平的降低与干眼的严重程度明显相关，这与炎症反应的增强密切相关[49]。但有研究提出干眼患者中MUC5AC mRNA的表达没有变化或是增加，干眼严重程度的不同会导致MUC5AC mRNA的表达具有差异。研究发现，干眼患者的跨膜型黏蛋白基因MUC1、4和16的表达降低，由其组成的多糖-蛋白质复合物数量相应减少，对眼表的润滑作用也会随之降低，导致对眼表的保护功能减弱[50]。

黏蛋白糖基化发生异常变化在干眼病理过程中也起着重要作用，如在一部分有干眼症状但没有干眼体征的患者中，维持泪液流体力学特性的黏蛋白MUC2和5AC，其糖基化也会发生改变。MUC1由位于细胞膜和细胞质的核心肽段及位于细胞表面的高分子量唾液酸化寡糖链组成，唾液酸化寡糖链以 O-糖苷键的形式与MUC1的串联重复序列多个连接位点相连接，中度以下干眼患者的MUC1糖基化的异常变化主要表现为MUC1唾液酸化上调，这在一定程度上可能是为了减轻干眼中杯状细胞黏液蛋白功能障碍造成的后果，而在重度患者中，主要表现为MUC1唾液酸化下调，这一现象可能是由结膜上皮细胞功能障碍引起的[51]。因此在干眼发病机制中，黏蛋白质和量的异常变化是一个重要环节，它既代表了杯状细胞的损伤，也代表了干眼的严重程度。

七、中医药对黏蛋白异常型干眼的研究现状

干眼在中医学中被归类于“白涩症”、“燥症”、“神水将枯”范畴，内燥、阴虚、虚火上浮、气不布津是其主要病机，目珠枯燥失却莹润光泽，临床表现为眼干涩、磨痛、畏光、瞬目频繁、白睛微红。黏蛋白异常型干眼其病因病机疑似为外感邪气，伤及黑白两睛，侵犯肺脾两经，肺为水之上源，肺通调水道功能失常，脾运化水湿功能受损，气不布津，导致津液输布失调。黏蛋白具有中医理论中“津液”的部分属性，如长期滴用滴眼液、化学性物质入目、长期佩戴接触镜等，损伤眼表组织，导致睛珠受损，可致黏蛋白分泌不足、结构异常，津液缺乏而无法上荣于目，导致目失濡养，诱发白涩症。治则治法为健脾宣肺、滋阴润燥，临床上常用的经方有参麦合剂、养阴清肺汤、桑白皮汤、左金丸等，方中主要药物有玄参、麦冬、鬼针草、生地、白芍、牡丹皮、薄荷、桑白皮、黄连等，在现代药理学研究中，发现这些药物具有抗炎、抗菌、抗氧化等作用,并可通过免疫调节作用, 降低促炎因子释放，抑制炎症反应，对眼表组织具有保护和促进杯状细胞增殖作用。在动物干眼模型研究中发现，参麦合剂全方可促进结膜杯状细胞再生及功能恢复，使MUC5AC在泪液和眼表的表达增加，从而形成稳定的泪膜，并可促进泪液分泌[52]，方中的鬼针草具有清热解毒、消肿散瘀的功效，可能是通过接受副交感或交神经支配的结膜杯状细胞的表面受体，发挥拟胆碱神经调节作用，促进细胞释放胞内合成的黏蛋白至眼表，改善其微环境；方中的麦冬具有养阴清热、润肺的功效，麦冬多糖可以减少杯状细胞由缺氧和糖剥夺而诱发的死亡，麦冬呋甾皂苷A、B可部分抑制TNF-α和IL-4联合诱导的嗜酸性粒细胞活化趋化因子的表达，具有抗炎作用，麦冬多糖、麦冬高异黄酮和黄连多糖合用可以明显促进杯状细胞线粒体代谢，诱导DNA合成，促进有丝分裂，有利于细胞增殖；方中的玄参能滋补肝肾，退虚热，养肝明目，玄参提取物能通过降低炎症因子 TNF-α、IL-1β、IL-6和提高抗炎因子 IL-10的表达达到抗炎作用，并对β-溶血性链球菌有抗菌活性。

八、展望

综上所述，黏蛋白异常型干眼发病的病理基础是眼表上皮细胞(主要是杯状细胞)的损伤、脱落及凋亡，病理过程是免疫调节异常及炎症。杯状细胞功能和数量的异常最终会导致及黏蛋白质和量的异常，黏蛋白缺乏、锁水、黏附、涂布及修复能力降低，引起泪膜稳定性下降，眼表组织长期存在炎症，进而诱发免疫功能异常，泪液分泌减少，渗透压升高，并互为因果而导致恶性循环。因此，促进眼表细胞增殖、再生及功能恢复，改善免疫调节功能，减轻炎症反应，阻断恶性循环是治疗的关键。

目前，鉴于对黏蛋白异常型干眼中眼表上皮细胞的基础研究尚不深入，临床上对其检测、治疗手段有限，临床上常用人工泪液替代疗法、非甾体类抗炎药、皮质类固醇激素、P2Y2激动剂等进行治疗，这些药物要么只能补充水性成分，要么抗炎效果不错，但会引起眼部刺激症状，甚至诱发表层点状角膜炎、黄斑囊样水肿和高眼压；且多含有防腐剂，长期使用会破坏眼表微环境引起不良反应；P2Y2激动剂虽可以激动眼表的P2Y2受体,促进泪液分泌和杯状细胞分泌黏蛋白,但疗效维持时间较短，价格较高。严重的，有不可逆眼表组织损伤者，需进行羊膜、结膜移植，达到增加杯状细胞数量、改善眼表微环境的目的。

近年来，现代药物研究表明中医药在保护修复眼表组织，改善免疫调节功能，减轻炎症反应，维持杯状细胞功能，减少其凋亡，促进其再生增殖和增加黏蛋白表达分泌方面具有独特的优势。根据中医理论，干眼发病与肝、脾、肺、肾相关，其病位在风轮、肉轮、气轮，主要病机为阴津亏虚，治则为疏肝健脾养阴、润肺生津，常用中药经方一般适用于全身治疗，方中的中药，如玄参、麦冬、生地、黄连等具有养阴生津、清热润燥之功效。临床上，针对黏蛋白异常型干眼，采用起效快、疗效持久、不良反应小、无创、价廉等特点的中医外治方法优势明显，逐渐受到临床医生的青睐。中药治疗多用复方，数药合用，作用靶点多，互相增效，共奏清热养阴、生津润目之功，但是口服中药治疗的起效慢、患者依从性差，中医药外治方法以局部熏蒸、雾化为主，药物经局部经络直达病所，疗效持久，但不方便，将来如果经过进一步深入研究，能够在中药的生物利用度、剂型等方面实现突破，采用中药内服外治的方法，可能在黏蛋白异常型干眼的治疗上会有所建树，为临床上治疗该型干眼提供一种更为有效的方法。