炎癥和氧化應激在干眼發病中的作用及干眼的抗炎治療

劉 慧，趙少貞

0 引言

干眼患病率以非常快的速度在增加。在世界范圍內，干眼已成為眼科患病率最高的眼病之一。我國的干眼患病率約為20%～52.4%[1]。2020-06中國干眼專家共識將干眼定義為：干眼是多因素引起的慢性眼表疾病，是由淚液的質、量及動力學異常導致的淚膜不穩定或眼表微環境失衡，可伴有眼表炎性反應、組織損傷及神經異常，造成眼部多種不適癥狀和(或)視功能障礙[2]。定義中明確提到干眼伴隨眼表炎癥及其引發的眼表組織損傷。眼表的上皮細胞是維持眼表正常的關鍵結構。作為眼表面的第一道屏障及干眼發病中的主要效應組織，其在不同類型干眼中的改變具有較高相似性[3-4]。干眼的發病機制尚未完全明確，多由衰老、激素水平變化、自身免疫性疾病和外部環境因素引起。環境因素包括暴露于紫外線(UV)輻射、大氣污染物和臭氧等，起到越來越顯著的作用。此外，眼部手術如角膜屈光手術與白內障手術等、長期使用眼局部藥物如抗青光眼藥物等也可導致干眼。許多研究通過對眼表組織和淚液中的氧化損傷生物標志物的檢測，包括4-羥基壬烯醛(4-HNE)，8-羥基-2-脫氧鳥苷(8-OHdG)和丙二醛(MDA)等[5]，證實上述因素會增加眼表氧化應激反應(reactive oxidative stress，ROS)，而活性氧的產生與抗氧化系統作用的失衡又會導致氧化損傷，從而激發炎癥反應[6]。眼表損傷常伴有結膜杯狀細胞凋亡，導致淚膜不穩定，淚液滲透壓升高，進一步誘導活性氧的產生，激活炎癥反應，加重角膜和結膜上皮細胞的凋亡[3]，形成惡性循環。氧化應激作為干眼發病的重要機制，可以激活眼表的炎癥反應，二者之間的關系密不可分，互為因果，均在干眼發病機制中起到關鍵作用。

1 氧化應激與干眼

1.1 氧化應激與眼表損傷氧化應激是美國RS.Sohal于1990年提出的一種病理生理概念[7]，是指機體在內外環境的有害刺激下，體內產生活性氧自由基和活性氮自由基所引起的細胞和組織的生理和病理反應[8-9]。

氧化應激是導致許多急慢性疾病和衰老的重要機制。酶抗氧化系統和非酶抗氧化系統在機體的抗氧化中起到主要作用。超氧化物歧化酶(SOD)是主要的抗氧化系統，包括以下3種成分：細胞質內的SOD1(CuZn-SOD)、線粒體基質中的SOD2(Mn-SOD)及細胞外的SOD3[10]。SOD酶家族是所有組織中的主要抗氧化系統，負責從細胞中清除ROS。當氧化應激平衡被破壞時，過度產生的ROS對脂質、蛋白質、碳水化合物和核酸造成的損害都可導致細胞損傷或死亡[7]。細胞能克服輕微的干擾恢復原始狀態及功能，而中等程度的氧化應激會觸發細胞凋亡，更加嚴重的氧化應激則會直接導致細胞死亡[11]。Behndig等[12]研究發現，SOD同工酶在人眼內不同組織中(淚液、角膜、鞏膜、房水、晶狀體、玻璃體及視網膜)的活性不同，其中在視網膜中活性最高，其次為鞏膜和角膜，而淚液中含有SOD水平較低。眼表組織中SOD酶缺乏引起的ROS積累，可能導致瞼板腺疾病和干眼[7]。

眼表作為眼睛接觸外界環境變化的第一道防線，面臨諸多挑戰，如風、紫外線照射、極端溫度、污染物、刺激物和煙霧等，這些因素都會不同程度地激活ROS并造成眼表損傷。環境中的臭氧可以降低抗氧化酶如溶菌酶的活性，引起眼表的持續性損傷[13]。吸煙也是導致淚膜功能障礙的重要因素[14-15]。Matsumoto等[16]證明煙草煙霧的慢性刺激會增加淚液中乙酰-賴氨酸(HEL)及氧化應激標記物水平的升高。Rummenie等[17]也證實在被動吸煙的人群中，即使時間短暫也會對淚膜和眼表健康產生一定的影響；淚液中的脂質過氧化產物及炎性細胞因子增加，并伴有黏膜防御功能降低，從而導致淚液不穩定及眼表上皮細胞的損傷。此外，急性暴露于UV-B也可引起角膜上皮細胞損傷及脫落，在臨床中常見患者過度暴露于焊接電弧或太陽輻射后的角膜上皮損傷。長期暴露于強紫外線照射、大氣污染、粉塵過多等惡劣環境中，也會導致ROS標記物升高，激活細胞調節因子，削弱角膜上皮細胞層的再生能力[7]，造成眼表損傷。

Shimmura等研究發現，亞閾值UV-B可促進角膜上皮細胞內過氧化物產生，而淚液中的乳鐵蛋白可能減輕紫外線照射對角膜上皮的損傷。另外，Birkedal-Hansen報道了基質MMP-9基因表達水平的顯著增加，可以溶解角膜上皮基底膜，在細胞外基質的降解中起作用，并通過Ⅳ型膠原的分解參與炎癥細胞的運輸和炎癥。

炎癥反應是重要的無氧自由基的來源。活化的吞噬細胞會分泌大量超氧化物自由基，并形成前列腺素和白三烯生物等副產物。淚液、瞼板腺和線粒體中自由基生成與自由基清除系統之間的失衡可能導致ROS蓄積和組織的炎癥。其中膜的脂質過氧化、蛋白質的氧化修飾及DNA的氧化損傷等反應與細胞損傷關系密切。Park等[18]通過檢測非干燥綜合征患者淚膜和眼表過氧化物的表達，證實4-HNE和MDA水平與BUT、Schirmer淚液值、淚液清除率、角膜上皮病評分、結膜杯狀細胞密度和癥狀評分顯著相關(P<0.05)；干眼患者結膜中的4-HNE和MDA表達增加。這些發現有助于進一步證實氧化應激對眼表損傷的影響。

1.2 氧化應激與環境相關干眼近20a來隨著空氣污染程度加重，干眼患病率顯著提高，氧化應激在干眼發病機制中具有重要作用這一論點再次得到證實。大量干眼相關的細胞學實驗及動物試驗表明，角膜、結膜和淚腺損傷與氧化應激有著密切的關系。Liu等[19]證實高滲條件下培養可以誘導人角膜上皮細胞氧化應激反應的激活，同時伴有SOD1等抗氧化酶表達水平降低，而這一模型也是國際公認的干眼細胞模型。Nakamura等[20]研究顯示，在眨眼受抑制的干眼小鼠模型中，角膜淺表點狀改變與氧化應激標志物(包括8-OHdG、MDA和4-HNE)的升高有關；伴隨眨眼頻率的降低，干眼中氧化應激的積累與角膜上皮改變之間存在很強的相關性。Wakamatsu等報道，SOD1 KO小鼠與野生型小鼠相比，淚腺的氧化損傷和炎癥浸潤顯著增加，淚液分泌明顯減少，提示SOD1 KO小鼠也可以作為一種干眼的小鼠模型[21]。在臨床研究中，Choi等[22]發現非干燥綜合征干眼患者的淚膜和眼表中晚期脂質過氧化標記物(4-HNE和丙二醛)表達增加，且丙二醛水平與淚膜破裂時間、Schirmer評分、角膜染色評分、結膜杯狀細胞密度及癥狀評分相關。這些關于氧化應激和干眼發病機制的研究為發現氧化應激在干眼發病機制中的重要作用奠定了良好的基礎。

1.3 抗氧化應激在干眼治療中的作用研究表明，抗氧化應激可以作為有效的干眼局部治療方法。動物實驗表明，一些植物中提取的L-肉毒堿和紫檀芪可以減少氧化應激反應的產生；硒蛋白P和α-酸也可以通過抗氧化應激來治療干眼[5]。在小鼠干眼模型中，全身應用乳鐵蛋白可改善淚腺的氧化損傷和淚液功能。淚液中乳鐵蛋白通過結合游離鐵，減少羥基自由基產生，發揮抗氧化作用，維持細胞內的正常菌群，從而減少眼表感染發生率以及改善干眼的癥狀和體征[13]。臨床研究還表明，在Sj?gren綜合征患者中，淚腺損傷造成抗氧化酶產生減少，從而引起乳鐵蛋白活性的降低。通過口服乳鐵蛋白補充劑對提高淚液穩定性和改善眼表損傷具有一定的保護作用[23]。隨著研究的深入、預防醫學及環境科學的發展，眼表氧化應激的作用也將備受關注，局部與全身使用抗氧化劑治療干眼具有很好的前景。

2 炎癥與干眼

2.1 炎癥反應在干眼發病中的作用雖然干眼的發病機制尚未明確,但截止2013年期間，PubMed和其他網絡數據庫發表了關于干眼細胞模型、動物模型以及人體試驗的多達四千余篇英文文獻,其中有11.3%的文獻與炎癥相關。這些研究提出了炎癥在干眼的發病機制中具有非常重要的作用[3]，而且在很大程度上將干眼指向了眼表自身免疫性疾病。固有免疫及適應性免疫均在干眼的病理及病程進展中起到至關重要的作用。眼表組織的炎癥反應，可以引起淚液滲透壓升高，淚膜穩定性降低,而以上改變又會進一步加劇眼表損傷,并啟動適應性免疫反應和固有免疫反應的炎癥級聯作用[3]。慢性疾病通常是免疫失調導致的連續的炎癥反應循環；同樣干眼也是一個慢性的炎癥循環造成的免疫失調，絕非單純的一種免疫應答。了解這一免疫調節過程對明確眼表炎癥反應在干眼發病機制中的作用非常關鍵。

2.2 干眼相關免疫反應作為血管組織對損害性刺激的復雜生物反應，炎癥可以幫助機體啟動免疫應答并清除有害刺激，促進愈合。上皮細胞提供第一道先天免疫防線，以抵御病原體和有害刺激物的侵襲。急性炎癥反應一般由中性粒細胞介導，而慢性炎癥反應則由巨噬細胞、單核細胞和樹突狀細胞介導完成。

在各種類型的干眼中，即使是輕度干眼，干眼炎癥的證據也得到充分證明，其中包括結膜和淚腺中免疫細胞浸潤，角膜中樹突狀細胞密度增加，淚液中炎癥因子水平升高等。淚腺和結膜的組織病理學檢查顯示，干燥綜合征和非干燥綜合征干眼患者都有淋巴細胞浸潤[24]。此外，淚腺的神經信號可以被炎癥介質抑制[25]，剝奪腺體所需的神經營養支持并破壞淚腺的結構和功能。其發生機制為結膜組織及淚腺的炎性細胞浸潤，免疫相關抗原的上調，炎癥因子表達增加，淚腺腺泡細胞的膜運輸障礙，結膜鱗狀化生和杯狀細胞喪失等。機體如果伴有激素水平變化或自身免疫因素影響，一旦受外來因素干擾(如局部感染、過敏、藥物和污染等)細胞級聯反應均可導致細胞凋亡增加。因此炎癥作為眼表損傷的關鍵機制之一，既是細胞損傷的誘因也是結果，嚴重的干眼往往處于炎癥和眼表損傷的惡性循環之中。

2.3 炎癥與氧化應激的關系干燥是眼表面的一種潛在壓力，氧化應激對眼表上皮有直接的促炎作用，并引發二次免疫反應，從而加劇眼表損傷。在干眼發病機制中，氧化應激與炎癥反應之間存在密切聯系，但二者與細胞內反應的本質聯系和作用機制仍需進一步探討[6]。Nakamura等[20]對干眼患者的淚液檢測發現，淚液中氧化應激水平的升高同時伴隨炎性物質的產生，硫代巴比妥酸法和髓過氧化物酶活性檢測過氧化脂質水平，可以作為組織炎癥反應和氧化損傷的重要評價方法，已檢測到在干眼患者中存在多形核白細胞和組織氧化損傷，而上述變化可以加重眼表損傷。Liu等[19]證實高滲誘導人角膜上皮細胞氧化應激模型中，SOD1等抗氧化酶水平降低，NF-κB炎癥通路激活，IL-6等炎癥因子表達增加，而抗氧化治療可上調SOD1水平，抑制NF-κB通路激活，減輕細胞炎癥反應。在很多干眼細胞模型和動物模型中的研究表明，氧化應激和炎癥反應及其相互作用在干眼發病中起重要作用。

2.4 抗炎在干眼治療中的作用Baudouin提出了“炎癥的惡性循環”作為干眼的核心驅動力的概念，炎性惡性循環包括淚膜不穩定，淚液高滲，角膜/結膜細胞凋亡以及眼表炎癥，內在和外在因素都可能加速循環從而加劇干眼，打破這種循環對治療干眼至關重要[26]。抗炎在干眼治療中的作用反證了炎癥是干眼的核心機制之一。目前抗炎治療的藥物包括糖皮質激素、CsA[27]、免疫調節劑[28-29]以及中醫療法等[29]。

目前獲得許可的干眼局部抗炎藥物治療主要包括免疫抑制劑(糖皮質激素)、免疫調節劑(0.05%環孢素眼用凝膠和0.09%環孢素滴眼液)以及近期上市的LFA-1拮抗劑lifitegrast 5%滴眼液等[24,30-31]。

2.4.1 糖皮質激素糖皮質激素可以抑制T細胞、B細胞介導的廣泛的特異性免疫并抑制前炎癥細胞因子的產生。作為多種炎癥介質的有效抑制劑，局部糖皮質激素可有效中斷炎癥周期，抑制NF-κB通路中細胞因子IL-1、TNF-α、ICAM-1及基質金屬蛋白酶等的表達，降低白細胞浸潤眼組織產生的炎癥[32]。然而，干眼是慢性疾病，需長期用藥，糖皮質激素的副作用限制了它的長期使用(如在激素性青光眼、白內障、傷口愈合延遲、眼部感染、黃斑囊樣水腫等)。

2.4.2 環孢素局部環孢素A(CsA)治療可用于增加干燥綜合征患者淚液的產生。CsA通過與親環蛋白形成細胞內復合物來抑制鈣調磷酸酶途徑，促進淚液產生以及增加杯狀細胞密度。研究表明CsA對干眼免疫通路的眾多分子產生影響，包括抑制T細胞活化，減少IL-2和IL-6，親環蛋白介導的基因轉錄，以及減少上皮細胞和杯狀細胞的細胞凋亡[33]。一項多中心臨床研究表明，0.05%～0.1%CsA治療可顯著降低中度至重度干眼患者的眼表HLA-DR等炎癥因子和凋亡標志物的表達。干眼患者使用0.05%～0.1%CsA 6mo后，眼表淋巴細胞活化減少，結膜杯狀細胞增加，同時未發現安全性問題[24]。Restasis(0.05%環孢素)是2003年獲得美國FDA批準的環孢霉素A乳劑，用于慢性、中度至重度干眼的長期治療；Cequa(0.09%環孢素滴眼液)于2018-08獲得美國FDA批準，用于干眼患者的治療，是目前獲FDA批準的最高濃度的環孢素。

2.4.3 其他抗炎治療Ⅻ DRA(lifitegrast眼溶液)是一種淋巴細胞功能關聯抗原-1(LFA-1)拮抗劑,于2016年被FDA批準用于干眼癥狀和體征的治療[34]。lifitegrast可以高親和力特異性阻斷ICAM-1與LFA-1的結合，同時作用于干眼免疫調節途徑的傳入和傳出通路。在傳入通路中，它可能會阻止眼表面樹突狀細胞與淋巴組織內皮細胞之間的LFA-1∶ICAM-1相互作用，從而抑制幼稚樹突狀細胞遷移并歸巢至引流淋巴結或激活眼表面靜息T細胞。在傳出通路中，lifitegrast可能會抑制活化的T細胞向結膜的遷移以及結膜上皮的募集。在實驗模型中，lifitegrast可通過抑制IFN-γ，IL-1β，IL-10和巨噬細胞炎癥蛋白1α水平起到抗炎作用。

綜上所述，炎癥和氧化應激均是干眼發病機制中的重要環節，而炎癥的惡性循環可以啟動免疫反應或造成免疫失調。抗炎和抗氧化應激在干眼治療中不可或缺，其有效性也進一步證明了氧化應激和炎癥在干眼發病中的作用。