角膜膠原交聯術的應用與研究進展

張婧 綜述 劉太祥 審校

遵義醫科大學附屬醫院，貴州 遵義 563000

交聯是線型或支型高分子鏈間以共價鍵連接成網狀或體型高分子的過程，因其能增強各種材料的力學強度、彈性、穩定性等，在各行各業被廣泛用于聚合物的改性。而角膜膠原交聯術(corneal collagen cross-linking，CXL)就是交聯在醫學領域的應用之一，過程中采用核黃素作為光敏劑，配合紫外線-A(ultraviolet-A，UVA)的照射，促使角膜膠原分子和糖蛋白分子之間生成新的化學共價鍵，增大了角膜基質纖維間的強度，從而增強角膜生物力學特性，達到治療眼部疾病的目的。研究表明，CXL術后角膜基質細胞凋亡速度明顯變緩，角膜周邊基質細胞增殖活躍，快速補充凋亡的基質細胞，同時新生基質細胞通過活化參與角膜基質的重塑[1]。膠原纖維的重塑確保了角膜膠原交聯術能長時間增加角膜的生物力學強度。2003 年起這種技術首次被用來治療進展型的圓錐角膜。自此醫源性角膜擴張、大泡性角膜病變、各種難治性感染性角膜炎等各種角膜疾病都開始嘗試使用角膜膠原交聯技術治療，皆取得了確切的療效，為角膜疾病的治療提供了一種新的治療思路。本文就目前角膜膠原交聯主要的應用方式做出總結。

1 角膜膠原交聯術的主要應用方式

1.1 經上皮型角膜膠原交聯術 經上皮型角膜膠原交聯術作為早期的在體角膜交聯術式，保留了角膜上皮，手術操作簡便，但其存在一些不足。如核黃素微溶于水，在“核黃素化”過程中疏水性的角膜上皮對其吸收速度緩慢，且紫外光照射時，需先穿透角膜上皮，降低了交聯效率。為了解決這一系列問題，通過降低核黃素滲透角膜上皮難度的去上皮型角膜膠原交聯術應運而生。此外將苯扎氯銨、氨基丁三醇等化學試劑與核黃素混合，可以幫助它輕易滲透入角膜上皮[2]。提高有效核黃素濃度或同時在前房直接注入核黃素，使核黃素同時內外進行雙向傳導，都是有效的輔助方式[3]。有研究表明離子電滲透法也是可行的[4]。此種手術設計方案保留了患者角膜上皮的完整，患者術后疼痛感不明顯，同時也降低了術后感染的風險。有研究證實患者的術后最佳視力在經過長達10年后依然能保持良好[5]。但是如何更進一步地提高核黃素的滲透效率和紫外光照射的效率，仍需更多的研究和思考。

1.2 去上皮型角膜膠原交聯術 去上皮型角膜膠原交聯術有效解決了核黃素難以浸潤角膜上皮層的難題，是角膜交聯術中最經典的術式。術眼麻醉后，直接刮除角膜中央區域的角膜上皮，使用0.1%的核黃素溶液點眼，讓角膜全層被核黃素持續作用，待確認完全“核黃素化”后，用UVA(波長370 nm，能量密度為5.4 J/cm2)進行照射，誘導角膜基質進行交聯反應[6]。這種手術方式操作簡便，能夠確保核黃素高效地充分浸潤角膜全層基質，能夠在UVA 照射下充分反應。但相應的，角膜上皮中密布了豐富的感覺神經末梢，去除了角膜上皮會使患者術后疼痛明顯，且喪失了角膜上皮的屏障保護功能也大大增加了術后眼部感染的風險，且對接受治療患者的角膜厚度有著更加嚴格的規定。有報道稱，這種手術方法，同時增加了紫外光的穿透，可能會同時增加UVA對角膜內皮及眼后部結構的損傷[7]。

1.3 快速角膜膠原交聯術 傳統的角膜膠原交聯治療過程中最大的危害是紫外線長時間照射，有可能會損傷如角膜內皮、晶狀體甚至視網膜等多個眼部結構。增強紫外線強度可以明顯縮短手術時間，降低對眼部結構的損傷。且該方式不良反應少，術后疼痛較輕，恢復快，降低了術后感染的風險，對于角膜厚度偏薄患者也是一種適宜的治療方法。快速角膜膠原交聯術包括去上皮快速角膜膠原交聯和跨上皮快速角膜膠原交聯兩種方式。有學者采用光照度30 mW/cm2、快速交聯4 min的UVA照射方案，術后隨訪12個月。發現患者術后視力明顯提高，角膜曲率逐漸降低，角膜生物力學變得更加穩定，證明去上皮快速角膜交聯術對進展性圓錐角膜的治療具有良好的安全性及有效性[8]。跨上皮快速角膜膠原交聯術(ATE-CXL)治療圓錐角膜也是安全和有效的，術中未發生并發癥，在術后長達1年的隨訪中，患者術后裸眼視力、最佳矯正視力等指標同樣均有明顯改善[9]。遺憾的是，目前還缺少快速經上皮膠原交聯與經典經上皮膠原交聯術式的對照研究，需要進一步臨床探索。紫外線的光化學生物效應與照射過程中產生的總能量成正比，因此還需探討“總能量比構成”的最佳方案。如何在交聯治療中，在總照射能量達到治療條件的同時，保證治療的安全性。不少人實驗了不同的照射方案，以期找到最佳的“總能量比構成”。近年來，7.2 J/cm2的總能量被多數研究者所認可，現有資料表明，該總能量可能在達到想要的角膜交聯治療效果同時，產生最小的副作用[10]。高度近視患者在有意愿行角膜屈光手術時，往往受限于自身角膜條件。研究發現，使用快速角膜膠原交聯術聯合FS-LASIK 治療高度近視，術后半年間患者的裸眼視力(UCVA)、角膜形態參數等指標良好，未見發生角膜感染或非感染性炎癥、角膜瓣相關并發癥等，可以證明該手段是安全、有效的[11]。

1.4 低滲核黃素-紫外光A 誘導薄角膜膠原交聯 交聯過程中，紫外光有損傷人眼角膜內皮、晶狀體或視網膜的可能，為了確保手術的安全性，標準規定角膜基質的厚度需要大于400 μm。這顯然不適用于中晚期的圓錐角膜患者。為了解決這一難題，目前有研究將核黃素溶液的濃度降低，這樣角膜基質透鏡能夠適度水腫，達到規定的安全厚度。研究表明，CXL治療過程中使用低滲性核黃素溶液誘導，患者的安全性及有效性是能夠保證的[12]，且直到術后3年，等滲和低滲組并無明顯差異性改變[13]。對于中央角膜厚度＜400 μm的晚期圓錐角膜患者，低滲性核黃素溶液可以替代傳統濃度的作用，延緩患者病情進展[14]，為中晚期圓錐角膜患者或先天角膜條件差的患者提供了新的治療手段。

1.5 角膜膠原交聯術治療圓錐角膜 目前國內已經較為廣泛的使用在體角膜交聯技術治療圓錐角膜，以期提高角膜的穩定性。但是部分患者術后視力沒有得到明顯改善，仍需佩戴硬性角膜接觸鏡，以滿足日常生活要求。因此，有將角膜屈光手術與角膜膠原交聯聯合應用的方式，希望能直接有效地提高患者的視功能，如PRK-CXL、LASIK-CXL 、SMILE Xtra等。同時也能應用于降低屈光手術后醫源性角膜擴張的發病率。對于角膜較薄的中、高度近視患者，患者術后2 年內的裸眼視力(uncorrected visual acuity，UCVA)、最 佳矯正視力(best corrected visual acuity，BCVA)、角膜曲率等參數及Haze等并發癥情況都較為良好，證明聯合應用兩種治療手段能夠有效地防止近視回退和圓錐角膜的進展[15-16]。角膜基質環植入術(intrastromal corneal ring implantation，ICRI)將基質環片植入周邊角膜內，致使周邊部角膜變陡，而間接誘導角膜中央部變平，適用于成年近視及散光患者、圓錐角膜和醫源性角膜擴張癥。有研究表明角膜膠原交聯術聯合角膜基質環植入術，能顯著增強圓錐角膜患者角膜的穩定性，減緩角膜進一步變形的進展過程[17]。但目前頗具爭議的是，這一聯合技術的應用順序，還需更多的實驗研究以明確標準的治療方案。目前，還有研究先行角膜膠原交聯術，再行有晶狀體眼人工晶狀體植入術(phakic intraocular lens，PIOL)，其安全性和有效性在實驗中取得了可喜的成效[18-19]。

1.6 膠原交聯治療感染性角膜炎 感染性角膜炎是一種常見且嚴重的眼部感染性疾病，患者眼部疼痛明顯且病程較長，在很多時候難以明確病原菌，導致延誤確診和對癥用藥的時機，很可能發生角膜穿孔，甚至發生眼內炎，波及大腦，嚴重時甚至危及生命。患者早期可選擇角膜移植手術，但目前全球角膜供體嚴重不足，大量患者在等待角膜供體的過程中喪失了機會，最終不得不摘除眼球。目前，角膜膠原交聯作為藥物的補充治療手段，已經開始用于感染性角膜炎的治療，被命名為“角膜炎的光活化色團治療”(photo activated chromophore for keratitis，PACK-CXL)[20]。其原理是使角膜基質膠原纖維間的連接變緊密，對微生物的酶解效應有更好的抵抗力，能夠局限病原微生物的進一步浸潤。且核黃素在紫外光A照射下，能夠產生活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)。活性氧自由基能夠攻擊病原菌的遺傳物質和細胞膜，能夠直接有效地聯合藥物殺滅作用病原微生物[21]。膠原交聯同時也降低了角膜神經纖維的敏感度[22]，使患者感染控制后的視力能夠得到一定的提高，且大大減輕患者的角膜刺激癥狀。總的來說，在抗微生物藥物種類有限，超級細菌、耐藥菌泛濫的今天，“角膜炎的光活化色團治療”給對現有藥物不敏感及中重度感染性角膜炎患者帶來了新的希望。

2 角膜膠原交聯術的并發癥

角膜上皮下霧狀混濁、角膜瘢痕、感染性角膜炎、角膜內皮損傷甚至失代償、角膜過度扁平化、角膜上皮愈合延遲等都是角膜膠原交聯術的并發癥[23]。角膜上皮下霧狀混濁較為常見，常出現于在體角膜交聯術后的1～2個月，以往人們認為這種改變大多數是一過性的，可在半年至一年自愈。近來HAFEZI等[24]發現CXL 有時也會出現角膜基質的永久性瘢痕化。有研究報道稱這種永久性瘢痕化的發病率在8.6%左右[25]。

交聯過程中還必須要考慮紫外光對視網膜有可能會造成損害。Apostolos和他的團隊發現在遵循“德累斯頓”安全范圍內的紫外光照射時長和強度時，可能會引起暫時性視網膜功能障礙，但在6 周后視網膜功能可以自行恢復到接近術前水平[26]。感染性角膜炎是角膜交聯術后非常罕見的并發癥，有研究報道交聯術后感染的風險僅為0.0017%左右[27]。其他并發癥的報道更為罕見。說明角膜交聯技術明顯利大于弊，其安全性和有效性都得到了驗證。但有研究證實大約少部分患者在進行角膜膠原交聯治療后，角膜持續扁平的趨勢仍存在，圓錐角膜仍會進展[28]。

3 其他誘導膠原交聯的方法

3.1 京尼平誘導膠原交聯 京尼平(Genipin)又稱格尼泊素，是一種從天然植物梔子中提取的生物交聯劑，且毒性遠低于戊二醛等常用的化學交聯劑。京尼平溶液被認為是一種安全的角膜交聯劑。有研究表明，在長期觀察下其對角膜基質及內皮細胞無明顯損傷，角膜基質層膠原纖維排列更為緊密[29]。京尼平交聯療法利用這一特性，延緩了大泡性角膜病程中角膜水腫和大泡的形成[30]。有動物實驗比較了核黃素聯合UVA、快速交聯、京尼平誘導角膜膠原三種方式，發現這三種交聯方法均可以有效增強兔角膜的生物力學強度，并且京尼平組在術后早期的增強效果最明顯[31]。且京尼平不僅能使角膜交聯，也能安全有效地通過增強鞏膜纖維間的連接增強鞏膜硬度，從而延緩近視的發生發展，這一方向為近視的防控提供了新的方向[32-33]。

3.2 甘油醛誘導膠原交聯 甘油醛(Glyceraldehyde)是一種糖類代謝的中間產物，同樣是一種安全有效的交聯劑，其能夠顯著增強鞏膜的生物力學強度。目前，病理性近視(pathologic myopia，PM)是成人致盲性主要眼病之一,尚無良好治療對策。鞏膜病理性的薄弱會直接導致病理性近視，而甘油醛能夠顯著增強后極部鞏膜的強度，明顯減緩病理性近視的發生發展[34]。

4 結語

目前角膜膠原交聯術已廣泛應用于圓錐角膜、大泡性角膜病變等疾病的治療，并取得一定效果。CXL作為一種在醫學領域較為新穎的手段，在傳統治療方案基礎上提供了一種新的選擇，且眾多研究表明有可能會獲得良好的療效。下一步，研究的方向主要在降低交聯試劑的毒性反應、提高手術時效、減輕患者不適及依從性等方面，發掘膠原交聯在眼科學的潛能，為患者帶來福音。