干燥环境相关性干眼的发病机制研究进展△

杨 雪 张 琪

干眼是多因素引起的慢性眼表疾病[1-2],《中国干眼专家共识:生活方式相关性干眼(2022年)》将室内环境相关因素列为单独的一类发病原因和危险因素[3],其中干燥环境是重要的危险因素之一。现代生活中,供暖和制冷设施可造成室内环境、车辆和机舱的环境处于干燥、高流速的状态[4],这可能会导致干眼的发生增多[5]。有研究表明,新冠肺炎防控期间,人们长期处于干燥的室内环境中居家办公,干眼患者数量大幅度增加[6]。探索和研究干燥环境相关干眼的发病机制,制定有效的干预措施,有利于减轻社会经济负担。本文从眼表免疫稳态失衡、泪膜稳定性下降、氧化应激、神经调控异常几个方面对干燥环境因素在干眼发病中的作用展开综述,进一步认识环境相关性干眼的致病因素,指导干眼的预防及诊疗。

1 眼表免疫稳态失衡

眼表免疫稳态失衡同时具有先天性和获得性免疫反应的改变[1]。干眼的眼表免疫稳态破坏过程大致如下:干燥应激最初引发眼表的先天免疫反应,改变了泪膜和相关泪腺的动力学,通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径或模式识别受体激活未成熟抗原提呈细胞(APC),启动眼表非特异性免疫反应[7]。活化的APC随后产生并释放多种炎症介质,进一步放大先天性炎症反应。成熟的APC迁移到区域淋巴结,通过产生和激活眼部特异性自身反应性T细胞和分泌自身抗体的B细胞,启动眼表适应性免疫事件[8],其中自然杀伤(NK)细胞的早期激活和T细胞浸润、角膜的免疫赦免特权破坏在免疫稳态失衡中尤为重要。

1.1 NK细胞的早期激活和T细胞浸润干燥环境会引发NK细胞的早期激活和T细胞浸润。Chen等[9]的研究发现,在干眼早期,眼表的干燥刺激可增加活化NK细胞受体配体的表达,且NK细胞分泌的γ干扰素(IFN-γ)会促进结膜和角膜上皮细胞分泌Th1细胞的趋化因子表达上调,天然免疫途径的激活同时会导致眼表T细胞浸润,这有利于促炎树突状细胞(DC)的成熟。在慢性干眼的眼表,主要为CD4+T细胞参与抗原的获得性免疫应答,主要是Th1细胞和Th17细胞[10-12]。Th1细胞是典型的致病性T细胞亚群,通过在炎症部位产生白细胞介素(IL)-2和INF-γ[13],引起眼表上皮细胞死亡、杯状细胞丢失及鳞状细胞化生等病理过程[14]。Th17细胞主要通过分泌IL-17参与眼表慢性炎症[15]。IL-17可直接导致角膜上皮损伤,也可通过上调基质金属蛋白酶(MMP)及抑制调节性T细胞屏障而导致角膜损伤[16]。有研究表明,结膜中有髓细胞群,具有不同的表型和基因表达模式,而干燥应激会显著改变结膜有髓细胞群表型和固有炎症基因的表达,促进单核细胞成熟,促进炎症基因表达[17]。根据以上研究表明,当眼表暴露于干燥环境时,会启动复杂的免疫过程,参与炎症反应,促进干眼的发生。

1.2 破坏角膜的免疫赦免特权干燥应激的炎症状态下,角膜血管和淋巴管异常生长破坏了角膜的免疫赦免特权。血管为免疫效应细胞进入角膜提供了途径,而淋巴管则促进抗原呈递细胞和抗原物质从角膜到局部淋巴结,从而促进适应性免疫反应。Goyal等[18]在干眼小鼠模型上观察到角膜上淋巴管生长占主导地位。干眼是致病性免疫细胞(主要是T细胞)的持续激活和浸润导致的眼表慢性炎症,因此,干眼患者角膜中新的淋巴管向内生长为慢性眼表炎症与T细胞介导的免疫反应之间建立了桥梁[19]。JI等[20]在干眼小鼠模型中发现,抑制角膜淋巴管生成可以有效减轻炎症反应并减少免疫细胞的运输,而且可以保护干燥应激下的角膜神经,所以,角膜淋巴管生成可能是导致干燥环境相关性干眼眼表稳态恶化的一个重要因素。目前,角膜病理性淋巴管生成的机制尚不明确,干预病理性淋巴管生成将可能是阻止干眼恶性循环的一种有希望的策略。

2 泪膜稳定性下降

泪膜是光线进入视觉系统的第一个光学界面,有保护和润滑眼表组织的作用。稳定的泪膜是眼表健康的重要标志。干燥环境相关性干眼主要通过泪液渗透压升高及泪液成分变化两方面影响泪膜的稳定性,促进干眼的发生发展。

2.1 泪液渗透压增高正常泪液渗透压范围为270～350 mOsm·L-1[21]。各种原因导致的泪膜不稳定均会导致泪液渗透压升高。国际泪膜和眼表协会干眼疾病工作组第二次会议病理生理学报告[22]指出,干眼发生的中心机制是蒸发性水分流失导致的高渗性组织损伤。干燥环境暴露会引起泪液蒸发增加、泪液减少[23],使泪液渗透压升高[24],角膜上皮屏障破坏和炎症细胞因子分泌增加,这是干眼的关键启动因素[25]。泪液高渗激活了结膜上皮细胞中的核因子-κB(NF-κB)信号转导通路,增加了树突状细胞的招募和成熟,导致引流淋巴结中的CD69+T细胞和CD4+T细胞更加活跃[26]。同时,泪液高渗还可通过激活MAPK 信号转导通路,直接导致眼表上皮细胞释放大量炎症因子,参与炎症过程[27]。

2.2 泪液成分变化大量研究表明,干燥环境相关性干眼泪液成分发生改变。有研究通过模拟飞行中飞机座舱的受控环境实验发现,低湿度的不利环境会导致临床干眼症状和体征的增加和泪液分子,包括表皮生长因子(EGF),IL-6和MMP-9发生显著变化[27-28]。López-Miguel 等[29]在一项针对干燥综合征相关干眼患者的研究中发现,暴露于干燥环境后,泪液中IL-1受体拮抗剂、IL-6、IL-8和MMP-9的泪液浓度增加,并且在其另一项研究[30]中对比了轻度干眼患者和无症状志愿者同时暴露在干燥环境压力下2 h 后的眼表变化发现,两组受试者均有不同程度的结膜充血,角膜上皮完整性受损及泪液中MMP-9、EGF、IL-6水平变化。Fernández 等[31]研究发现,暴露于受控干燥环境中的干眼患者泪液中血管内皮生长因子(VEGF)、MMP-9、IL-6、IL-8、IL-1受体拮抗剂(IL-1Ra)水平增加,EGF表达下调,并且以上泪液成分变化与泪膜破裂时间、角膜-结膜染色、主观视觉感受等有明显的相关性。Niu等[32]通过对干燥环境相关性干眼患者及健康对照者进行对比分析发现,干眼组患者的泪液中IL-1β和IL-18水平均高于正常对照组,并且印迹细胞学采集到的结膜细胞中IL-1β和IL-18核苷酸结合寡聚化域样受体蛋白3(NLRP3)及半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶-1(caspase-1)的基因及蛋白水平均高于对照组,这提示NLRP3信号通路中的IL-1β、IL-18、NLRP3及caspase-1等因子可能参与了干眼的炎症进展。深入研究干燥因素引发的具体抗炎机制有利于开发干燥环境相关性干眼新的预防和治疗手段。

3 氧化应激

氧化应激是氧化与抗氧化作用失衡的一种状态。氧化应激通过与遗传和环境因素相互作用会导致DNA损伤、基因表达和蛋白质谱的改变。氧化应激是导致干眼病理生理学进展的已知因素。当眼表暴露于干燥环境或泪液高渗时,正常的氧化抗氧系统失衡,导致大量氧化应激物质堆积,产生一系列的病理损害。眼表上皮是直接暴露于紫外线和低湿度大气中的组织,长期暴露于此环境压力会上调氧化生物标志物的表达,引起眼部组织炎症和损伤,甚至导致上皮细胞再生能力丧失[33]。干燥环境刺激导致的抗氧化应激主要表现为还原酶水平降低,氧化应激产物活性氧(ROS)水平升高[34]。ROS正反馈回路促进炎症,是干眼病理生理学的关键因素。ROS可直接损伤泪液脂质层等结构和眼表神经的髓鞘,引起杯状细胞的丢失,导致黏液生成减少及角膜上皮损伤。ROS也可致泪腺、睑板腺和角膜免疫细胞浸润,引发眼表免疫失调[33]。Seen等[35]研究表明,ROS可激活转录因子NF-κB,诱导促炎细胞因子IL-1、IL-6及肿瘤坏死因子(TNF)-α的表达,参与眼表炎症反应。Dröge[36]研究发现,暴露于东莨菪碱引起干燥环境的小鼠角膜上皮中存在显著的DNA氧化损伤,连续暴露于低湿度气流中30 d的干眼大鼠模型,8-羟基-2脱氧鸟苷、4-羟基壬醛和丙二醛等氧化应激标志物的免疫反应增加,引起角膜上皮病变,角膜荧光素染色增加[37]。因此,干燥环境下的氧化应激是参与干眼发病的不可忽视的因素。许多研究已证实各种抗氧化手段及抗氧化剂对于减轻干燥应激下细胞的氧化损伤有一定效果[38-40],但多停留在实验室水平,未来如何应用于干眼患者的治疗值得进一步研究。

4 神经调控异常

眼表由三叉神经感觉纤维支配,角膜是全身神经支配最密集的组织。急性干燥应激损害角膜感觉神经及终末的稳定性、形态和功能,降低顶端延伸,表现为角膜对寒冷和疼痛敏感性降低[41]。干燥应激诱导后,角膜荧光素染色显著增加,泪液生成减少,中央角膜和周围角膜的基底下神经密度均降低,周围角膜上皮内神经末梢的数量减少[42],这在一定程度上刺激神经末梢释放感觉神经肽(SP),使血-组织屏障破坏和白细胞募集和激活,导致神经源性炎症[43]。SP可以通过增加血管通透性和血管扩张促进白细胞的外渗、迁移和趋化,并刺激细胞因子和趋化因子的释放。SP促进CD45+白细胞募集,并增加干眼小鼠模型中IL-1β的表达[44]。Barbariga等[45]研究证明,在严重角膜损伤后,角膜中神经肽SP及其受体的表达增加,同时伴有替代性活化巨噬细胞募集和促炎细胞因子,包括IL-1β、VEGF-A和TNF-α的表达水平增加[46],同时SP也强烈影响APC的表型和功能,因为,神经释放的SP有利于DC在角膜损伤后的成熟,增强DC对主要组织相容性复合体II类的表达,从而有利于抗原呈递功能[47]。目前,干燥环境因素对干眼眼表神经影响的研究较少,是否通过影响神经形态改变及神经源性炎症等机制促进干眼发展需要深入研究。

5 总结与展望

干燥环境会从多方面引起眼表炎症,参与干眼的发病过程。因此,深度了解干燥环境相关性干眼的发病机制,对干眼的预防及治疗具有指导意义。眼科医师在干眼的诊疗过程中,应重视环境因素和整体观念,不应单纯关注眼局部表现,如果有明显的环境影响因素,应嘱咐患者减少或避免与该环境接触,有针对性地制定综合治疗方案。重视干燥环境因素对于眼表的影响,在干眼的预防和诊治方面均有重要意义。