糖尿病玻璃体性状特点及其与增殖性糖尿病视网膜病变的关系

龚 轶,邵 彦,李筱荣

0 引言

玻璃体是人眼中体积最大的解剖结构,是一种特殊的透明结缔组织,位于晶状体后方,与视网膜紧密相连并相互影响。糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是复杂的玻璃体视网膜疾病,其发生发展与玻璃体密切相关:(1)玻璃体液可以用于检测DR患者的细胞因子和代谢产物变化,反映疾病进展;(2)糖尿病(diabetes mellitus,DM)导致的玻璃体性状改变,即糖尿病玻璃体病变,可以改变其结构并影响玻璃体视网膜界面,从而促进增殖性糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy,PDR)的发展。因此,研究糖尿病玻璃体病变对于进一步认识PDR纤维血管增殖膜结构、牵拉性视网膜脱离、复发性视网膜脱离等疾病十分重要。近期已有文献[1]总结了DR患者玻璃体液中的细胞因子表达水平及其与DR发生发展的关系,本文就糖尿病患者玻璃体性状变化、玻璃体视网膜界面改变、玻璃体结构改变与PDR关系的研究进展进行综述。

1 玻璃体结构及成分变化

玻璃体总体积约为4mL,主要由水(约占98%～99%)、胶原蛋白、糖胺聚糖(主要是透明质酸)、非胶原蛋白和电解质组成。其中胶原纤维主要通过赖氨酰氧化酶介导的酶交联形成稳定的结构,并进一步与聚合透明质酸(hyaluronic acid,HA)结合构成三维分子网络,维持玻璃体的凝胶性质。在玻璃体基底部和后极附近有少量透明细胞,它们参与了玻璃体内部分物质的合成,并与许多玻璃体视网膜疾病相关[2]。玻璃体对于稳定的眼内代谢和功能至关重要,糖尿病患者体内持续的高血糖及相应的病理状态会导致玻璃体结构和生化成分发生改变。

1.1玻璃体结构改变玻璃体形成于胚胎时期,青年时呈透明的凝胶状态,随着年龄增长会发生结构重塑,主要表现为胶原纤维聚集和玻璃体液化。糖尿病可能会加速与年龄相关的玻璃体结构重塑。Sebag[3]用暗视野显微镜观察人尸体眼标本,发现在非糖尿病人群中,青年时期玻璃体结构均匀,中年时期表现为结构异质性(胶原纤维聚集);而糖尿病患者在儿童时期已有明显的纤维结构聚集并伴有玻璃体液化,其外观与中年非糖尿病人群相似,说明糖尿病可能加速玻璃体“早衰”。其他研究也得到了类似的结论,用火棉胶包埋法处理人眼球后制备切片,光学显微镜检查显示糖尿病患者玻璃体密度增加,电子显微镜下观察到中央玻璃体有大量不规则、粗大聚集的纤维[4]。糖尿病患者玻璃体结构及通透性的改变可能会破坏氧分布平衡,干扰氧调节,增加细胞因子或药物的潴留,在DR的发病机制和治疗中具有重要意义[5]。

1.2玻璃体胶原交联产物改变玻璃体内胶原纤维交联的变化与结构变化密切相关,胶原纤维交联分为非酶交联和酶交联,糖尿病引起的胶原交联变化是糖尿病玻璃体结构变化的根本。在糖尿病患者中,持续高血糖导致玻璃体内蛋白非酶糖基化,形成晚期糖基化终末产物(advanced glycation endproducts,AGEs),可以增加胶原纤维的非酶交联。研究显示,在不伴有/伴有轻度DR的糖尿病患者中,玻璃体内AGEs含量已经明显升高[6];而PDR患者玻璃体中的早期糖基化产物水平是正常对照组的3倍,AGEs的含量是正常对照组的10～20倍,并与DR的严重程度和葡萄糖浓度相关[7-9]。对糖尿病患者而言,通过皮肤活检检测AGEs含量,可能可以预测其未来进展为DR的风险[10]。玻璃体内AGEs的聚集不仅可以引起胶原纤维和其他结构蛋白的异常交联(非酶交联),也可以加速HA从三维网状结构中的解离,与胶原纤维聚集和玻璃体液化的发生发展可能有关,但尚未明确[5,11]。然而,糖尿病不仅增加了胶原的非酶交联,对酶交联也有影响。研究发现,糖尿病患者皮肤胶原中赖氨酸氧化酶依赖性交联产物明显增加,但仅局限于二羟基赖正己氨酸(dihydroxylysinonorleucine,DHLNL)和其成熟产物羟基胶原吡啶(hydroxypyridinium,OHP),而羟基赖正己氨酸(hydroxylysinonorleucine,HLNL)等酶交联产物无明显改变,这表明酶交联异常不能仅归因于赖氨酸氧化酶活性增加,赖氨酸羟化的改变(赖氨酸羟化酶介导的细胞内修饰)可能是糖尿病患者胶原代谢改变的重要原因。多项研究发现糖尿病患者玻璃体中胶原纤维也有相似改变,可能代表了糖尿病改变玻璃体胶原交联、促进玻璃体液化的另一种机制(除外非酶糖基化)[7,12-13]。此外,AGEs与内界膜表面蛋白质共价结合形成的稳定且不可逆的交联结构,可以导致玻璃体与视网膜黏附更加紧密,并且对蛋白水解酶的水解作用不敏感,从而影响玻璃体后脱离(posterior vitreous detachment,PVD)的发生[14],是糖尿病患者玻璃体视网膜界面病理学改变的重要因素。

2 玻璃体视网膜界面

如前所述,蛋白异常交联可能导致玻璃体后皮质和视网膜之间的黏附更加紧密,在玻璃体液化收缩过程中更容易对视网膜产生牵拉,导致不完全性PVD、玻璃体劈裂等[14-15]。

2.1玻璃体后脱离玻璃体液化和玻璃体视网膜黏附性降低是年龄相关性PVD的主要原因,根据玻璃体后皮质与内界膜的黏附情况,可将PVD分为5个阶段:阶段0(无PVD)、阶段1(黄斑旁PVD)、阶段2(中心凹周围PVD)、阶段3(中心凹PVD和视盘玻璃体黏连)和阶段4(完全性PVD)。

在糖尿病人群中,组织学层面上可以观察到玻璃体后皮质层结构更致密,透明细胞数量更多、细胞体积更大;发生PVD后,玻璃体后皮质和视网膜之间胶原纤维聚集更明显,透明细胞数量进一步增加[4]。光学相干断层扫描成像技术(optical coherence tomography,OCT)上的发现与组织学结果一致,糖尿病尤其是PDR患者的玻璃体后皮质厚度显著高于健康对照组,部分DR患者存在脱离的玻璃体后皮质和内界膜之间的钉状黏连,可能是异常纤维血管的发生部位[16]。在临床上,糖尿病与PVD进展情况尚未完全明确,一项流行病学调查通过散瞳后行裂隙灯检查评估PVD,结果显示,糖尿病与PVD发生率无关[17];但有研究利用光谱域OCT检查进行评估,获得了相反的结果,糖尿病患者的玻璃体黄斑附着程度明显大于非糖尿病患者,因此更容易发生不完全性PVD[18]。结论相反的原因可能受评估方法的影响,因为单纯通过观察Weiss环来判断PVD并不准确,而光谱域OCT受景深及分辨率限制,在完全性PVD的诊断上也存在局限性;也可能与未将糖尿病患者进行分层研究有关,因为DR会进一步影响玻璃体状态。近期应用扫频源OCT评估的结果显示,DR患者的PVD进展较不合并DR的糖尿病患者和无糖尿病人群更缓慢[19],且完全性PVD是DR进展的一个强烈的负面风险因素[20]。此外,有研究探讨术前PVD状态对PDR合并玻璃体积血接受玻璃体切割术(pars plana vitrectomy,PPV)治疗的患者预后的影响,通过术中评估,将PVD分为上述5个阶段,结果显示,与2～4阶段PVD患眼相比,0、1阶段PVD患眼术后牵拉性视网膜脱离的发生率及再次手术率更高,术后最佳矫正视力更差[21]。因为术中诱导PVD的发生以及剥除纤维血管增殖膜可能损伤视网膜,并导致胶质细胞增生,从而影响手术成功率和术后视力。为诱导术中PVD的形成,目前已提出多种新技术和新器械,如金刚石或聚丙烯环制成的刮除玻璃体后皮质的手术器材,在玻璃体后皮质与视网膜间注射全氟化碳液体等[22]。

因此,在日常诊疗和筛查中应关注糖尿病患者的PVD状态,有助于评估DR进展,且PDR患者行PPV治疗前,使用OCT确定PVD状态可能有助于预测术后解剖学和功能学结果,在PPV手术中,借助器械或药物成功诱导PVD的形成也至关重要。在完全性PVD患者中,玻璃体后皮质向前脱离,可能超出OCT的扫描范围,导致诊断准确性下降,因此应将声学和光学技术相结合,以更好地成像玻璃体[23]。

2.2玻璃体劈裂玻璃体劈裂指玻璃体后皮质层间分离(免疫组化显示玻璃体后皮质具有明显的层状结构),是异常PVD的结果,当玻璃体液化、收缩,但与视网膜黏连紧密时,玻璃体后皮质发生层间分离,最外层依旧附着在视网膜上,形成视网膜前膜,而其余部分向前塌陷,这一过程可能诱发一系列玻璃体视网膜疾病[15]。

玻璃体劈裂最早由Schepens等在生物显微镜下观察发现,随后通过超声、组织病理学、OCT等技术在PDR患者中得到证实。玻璃体劈裂并不是病理性改变,在非糖尿病人群中也可存在,并可发生于DR的任何阶段[16]。在PDR合并牵拉性视网膜脱离的患者中,有81%的患眼存在“视网膜前膜”,组织学染色发现其Ⅱ型胶原染色阳性,并且与纤维血管增殖膜、脱离的玻璃体后皮质呈连续的结构,充分证明其来源于玻璃体[24]。残余玻璃体后皮质可以为血管生成细胞的迁移和增殖提供支架,从而形成纤维血管增殖膜,玻璃体内的任何结构异常都可能对新生血管形成牵引力,继发的玻璃体积血和牵拉性视网膜脱离是晚期PDR导致视力丧失的重要原因。不完全性PVD及玻璃体劈裂也会增加术中出血的风险[25]。因此在PPV术中,充分认识玻璃体劈裂形成的“视网膜前膜”与视网膜之间的结构间隙,将其作为进入视网膜和纤维血管膜之间的引导,对于制定手术计划和改善患者预后具有重要意义。此外,玻璃体劈裂后残留的后皮质与玻璃体视乳头黏连还可导致切线方向和垂直方向的收缩牵引,从而与糖尿病性黄斑水肿密切相关[26]。

3 玻璃体结构与PDR的关系

2008年,Dubey等[27]提出将糖尿病玻璃体病变纳入现有DR分类中,并认为PDR患者行PPV手术的指征是由玻璃体病变继发而不是视网膜病变本身产生的。DR患者玻璃体-视网膜之间相互作用,形成了“增殖性糖尿病玻璃体视网膜病变”的概念[28]。探索玻璃体结构与PDR的关系,不仅有助于进一步了解发病机制和疾病进展,并且与手术计划的制定密切相关。

随着成像技术的进步,频域OCT实现了以更高的分辨率和深度对玻璃体进行活体成像,然而视网膜新生血管复合体(neovascular complexes,NVCs)与玻璃体解剖结构之间的关系,目前仍尚无定论。有学者根据NVCs的形态及与玻璃体的关系将其分为3类:(1)NVCs沿附着的玻璃体后皮质生长,称为“扁平型”;(2)NVCs向前生长侵入玻璃体,称为“向前生长型”;(3)NVCs通过玻璃体牵拉向前移位,但通过1个或多个血管“钉”与视网膜相连,称为“桌面型”[29]。研究显示,向前生长型NVCs可能与玻璃体积血的发生密切相关[30],因此识别记录新生血管形态可能对于PDR患者的评估和管理十分重要。目前,术中OCT可实现对牵拉性NVCs的微观结构成像,从而将视网膜与NVCs和层状玻璃体后皮质分开,显著减少了手术时间,而不影响术中和术后并发症发生率、再手术率及术后视力[31-32]。

PDR患者中常出现典型的“Wolf’s jaw”纤维血管增生现象(沿颞侧静脉弓生长的环形纤维血管增殖膜),这可能与后皮质玻璃体囊袋(posterior precortical vitreous pocket,PPVP)的解剖结构密切相关。目前应用广域OCT和三维成像技术结合可以清楚观察到PPVP的形态,它是黄斑区前液化的囊袋样结构,被颞侧血管弓包围,其前界是玻璃体凝胶,后界是薄层玻璃体皮质[33-34]。有研究认为,这一解剖结构将中央玻璃体凝胶与后皮质分隔开,在玻璃体凝胶收缩塌陷过程中,容易发生不完全性PVD,DR患者的NVCs沿PPVP的后缘生长,从而导致环形增生[35-36]。然而,有研究认为“Wolf’s jaw”形态更多地与静脉弓的排列有关,而不是PPVP的形态。Vaz-Pereira等[29]用频域OCT评估了51眼77个NVCs,结果显示有9%的新生血管显示出“Wolf’s jaw”形态,NVCs位于静脉弓处并沿玻璃体后皮质生长,但没有证据表明这些患者的PPVP内有新生血管侵入;而在NVCs侵入PPVP的少数病例中,新生血管是由二级或三级分支的视网膜小静脉发出的,位于靠近中心凹、远离静脉弓的位置。此外,在77个NVCs中,61个NVCs(79%)沿玻璃体后皮质生长,37个NVCs处观察到玻璃体劈裂,证明玻璃体视网膜界面与PDR的关系密切,但新生血管具体侵入了玻璃体的哪些结构,目前仍尚无定论。

如前所述,玻璃体黄斑界面是参与PDR发病机制和进展的复杂平面。研究显示,PDR患者黄斑前膜、玻璃体黄斑牵拉等玻璃体视网膜界面异常(vitreomacular interface abnormalities,VMIA)的患病率显著高于普通人群,并且NVCs是VMIA形成的重要危险因素,可导致严重的解剖学异常和视力障碍,应进行早期评估和常规监测[37]。

4 总结与展望

长期以来,玻璃体被公认为是一种透明的凝胶状液体,位于晶状体和视网膜之间,无重要的生理功能,PPV手术的开展正得益于此。然而,随着3D-OCT、广域OCT等玻璃体成像技术及人工智能的发展与结合,以及生化分析技术的进步,其复杂的结构、分子组成及与眼部疾病的关系逐渐明确。

DR是复杂的玻璃体视网膜疾病,玻璃体液可以作为各种细胞因子、生长因子、蛋白质的储存库,间接反映视网膜组织代谢和功能改变,目前已经明确了缺氧、炎症因子和血管内皮生长因子在DR发生发展中的重要作用,但对于糖尿病引起的玻璃体结构和胶原交联产物改变、玻璃体视网膜界面改变仍需进一步研究。

玻璃体后皮质可为PDR患者新生血管生长提供支架,完全性PVD的发生不仅可以去除其支架作用,也可以增加玻璃体腔氧含量,降低血管内皮生长因子浓度,改善视网膜供血,因此在筛查和日常诊疗中应评估糖尿病患者PVD状态及玻璃体劈裂情况,并且积极开发诱导PVD的方法及药物玻璃体溶解术可能具有十分重要的意义,有助于预防及辅助控制新生血管的生长。由于目前PPV术是治疗PVD最直接的形式,有学者正在开展PPV治疗重度非增殖性糖尿病视网膜病变的临床试验[38],但目前尚未展示研究结果。

此外,应注意关注视网膜新生血管形态学特点,探讨不同类型新生血管对全视网膜激光光凝等治疗手段的反应,积极寻找无创性玻璃体成像标志物,以预测DR进展、玻璃体积血的发生, 但此方面研究仍相对匮乏。目前PPV仍是PDR患者玻璃体积血、牵拉性视网膜脱离的唯一治疗方法,但存在术中出血、医源性视网膜裂孔、复发性玻璃体积血、复发性视网膜脱离等关键问题,研究PDR新生血管与玻璃体结构的关系,对于解决以上问题、制定手术计划和改善患者预后具有重要意义,但仍需进一步探讨。