非侵入性電刺激在眼科應用的研究進展

韓夢雨，金明

視網膜色素變性（retinitis pigmentosa，RP）、年齡相關性黃斑變性（age-related macular degeneration，AMD）、青光眼等是導致患者視力下降甚至致盲的常見眼病，目前臨床上迫切需要尋找有效治療方法以拯救已喪失的視功能?；虔煼ā⒏杉毎煼?、視網膜假體植入等是目前研究的熱點所在，但這些療法均處于臨床前階段[1]。1873 年，Henri Dor 將電刺激（electrical stimulation，ES）對治療眼部疾患的潛在價值帶入大眾及科研工作者的視野[2]。ES 可以通過侵入性或非侵入性的方法來實現[1]（圖1），近些年來的研究也證明了它在修復患者視力障礙并提高視網膜細胞存活率等方面的價值[3-4]。經角膜、經眼瞼、經眼眶是目前眼科常用的非侵入性電刺激實施方式，具備無創且易實施、僅有輕微的不良反應、降低嚴重并發癥發生的風險等優點[5-6]。本文將系統地討論近10 年非侵入性電刺激在動物試驗和各種臨床研究中的主要發現及進展。

圖1 眼部不同路徑電刺激實施簡圖。紅圈 虹膜、睫狀體、脈絡膜；灰色半圓 視網膜色素上皮細胞；黃色半圓 視網膜（圖片由Hakon Raanes 挪威提供）

1 經角膜電刺激

經角膜電刺激（transcorneal electrical stimulation，TES）的優勢作用體現在RP、視神經離斷等動物試驗中[7-13]。在模擬RP 的兔視紫質突變模型中，視網膜變性過程明顯被TES 減慢，TES 能夠增加光感受器細胞的存活和提高視網膜功能[7]。Tagami 等[8]研究表明，TES 可能促進原發性開角型青光眼（primary open-angle glaucoma，POAG）患者的軸突再生，提高視網膜神經節細胞（retinal ganglion cells，RGCs）功能。Morimoto 等[9-10]研究了TES 對視神經離斷的大鼠模型的影響，研究表明離斷后的7 d，RGCs 存活率高于對照組，細胞的存活程度取決于電荷的大小。胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor1，IGF-1）在受損的RGCs 存活中發揮著重要作用，非侵入性ES 使視網膜中的IGF-1 明顯上調。TES 在視神經離斷后的退行性的RGCs 神經保護作用的最優參數分別是：1 ms/相和2 ms/相，100 μA 和200 μA，頻率為1 Hz，5 Hz和20 Hz，持續時間≥30 min，并證明了視神經切斷術后的重復刺激模式是最有利的[10]。另一項研究[11]證明在12 周內每周2 次實施TES，導致光感受器敏感性顯著保留。Hanif Adam M等[12]在P23H-1 型視紫紅蛋白突變的轉基因大鼠試驗中發現，全眼電刺激治療后治療組大鼠的眼睛比未治療的眼睛顯示出明顯更高的空間頻率閾值，通過ERG 振蕩電位檢測，視網膜內功能在治療后8 周和12 周與假眼相比有改善，腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、半胱天冬酶-3、成纖維細胞生長因子-2 和谷氨酰胺合成酶（glutamine synthase，GS）的基因表達水平在治療處理后1 h顯著升高，但處理后24 h 則未見升高。急性高眼壓致沙鼠視網膜損傷的研究[13]中表明，早期使用TES 可以保護RGCs 免受繼發損傷并挽救視網膜功能。與對照組相比，TES 治療的眼睛RGCs 在1 個月的存活率顯著提高，產生這一結果主要是白細胞介素10（interleukin，IL-10）表達增加，IL-6 和環氧化酶-2 表達相應降低，NF-KB 磷酸化水平降低，發揮抑制小膠質細胞活化。TES 的治療作用不僅限于拯救視網膜中的神經元。Sun 等[14]認為，TES 誘發的皮質反應受到視網膜內電場分布和不同視網膜神經節細胞激活閾值的影響，并在文中指出TES 誘發的潛伏期短于視覺刺激；Sergeeva 等[15-16]成功地研究出在非麻醉的大鼠實施電刺激的新方法，該動物模型的大鼠允許行為測試，并建立了從視覺皮層和皮層下結構記錄場電位的裝置，當增加TES 電流的脈沖寬度或強度時，觀察到反應區域從皮質區逐漸擴展到代表中央視野的區域。

TES 的臨床研究主要集中在RP、視網膜動脈阻塞等患者群體。多項臨床實驗[17-18]均表明TES 治療對于RP 患者是很好耐受并安全的。RP 患者每周接受TES 治療且為期1 年的2組隨機對照實驗的結果均表明，患者的視力或視網膜功能得到明顯改善[18-19]。一項小樣本的研究[20-21]中，7 例RP 患者經過6 周TES 治療后，視力、對比敏感度、視野均得到明顯提升，經過數月TES 治療后的3 例RP 患者視力改善，即使中斷治療后，TES 再治療也會修復和防止視力逐漸下降。目前一項長期研究TES 治療POAG 患者療效的先導臨床研究的結果表明，TES 處理次數與視野檢測敏感性MD 值變化呈正相關，說明TES 可以改善RGCs 功能，研究者[22]推測TES 可以通過模仿小梁切除術的降低眼壓的作用來恢復RGCs 功能，從而改善青光眼性視野缺陷。一項對8 例視網膜分支動脈長期閉塞或新鮮閉塞的患者實施TES 后的研究[23-24]中發現，雖然在新鮮閉塞的患者中沒有觀察到視野的改善，但長期阻塞的病例中多焦點ERG 和視野參數均有所改善，提示TES 對視網膜動脈閉塞患者視網膜內、外神經元均有良好的作用。在其他視網膜病變如卵黃囊樣黃斑營養不良患者的病例研究結果表明，TES 治療和視覺改善之間存在因果關系。

有關TES 治療眼部疾患的相關研究提示，TES 主要通過增加脈絡膜視網膜血流量[25]、促進神經營養因子的釋放[9,26]、抑制腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）和促凋亡基因Bax 的產生、抗炎等途徑發揮作用。Sato 等[27]在培養的視網膜Muller 細胞中發現TES 增加了成纖維細胞生長因子-2 的表達。有人認為L 型鈣通道可能控制這些生長因子的分泌，L 型電壓依賴性鈣通道阻滯劑(硝苯地平) 抑制IGF-1和BDNF 的上調[26,28]。視神經離斷大鼠模型中表明TES 促進RGCs 細胞存活主要通過減少小膠質細胞活化及小膠質細胞源TNF-α 的分泌[29]。大鼠視網膜缺血模型中研究了ES 的其他作用，包括增加Muller 細胞的GS 的分泌，從而改善谷氨酸介導的神經興奮毒性[30]。此外，ES 促進神經元生存也可能通過增加細胞內Ca2+涌入導致神經細胞去極化，增加細胞內環腺苷酸水平[31]。Zhou 等[32]研究提示，ES 抑制IL-1β 和TNF-α的分泌、有利于Müller 細胞分泌BDNF 和睫狀神經營養因子。Willmann 等[33]研究還顯示神經保護基因表達的確切變化，TES 應用于健康或患病的視網膜的不同可能會表達不同的基因。他們還證實，TES 導致視網膜490 個基因表達的差異，包括Bax 和TNF 家族成員等。在TES 后的30 min 和24 h 內，差異表達蛋白的模式發生了改變，作者認為TES 導致了蛋白質表達的急慢性變化。進一步提出急性變化為電刺激對神經細胞的直接和瞬態效應，而慢性變化為mRNA 表達或蛋白信號通路的間接和繼發效應[34]。

2 經眼眶電刺激

在有關經眼眶電刺激的動物試驗中，Foik 等[35]的研究表明，重復眼眶交流電刺激（repetitive transorbital alternating current stimulation，rtACS）在視覺通路中引起的反應是由視網膜激活而非其他大腦區域啟動的，且與參考電極的放置無關。因此，在眼球周圍放置刺激電極可能就足以達到治療效果，研究人員隨之提出從視網膜到頂蓋和丘腦的輸入的協調是rtACS 的必要的、功能性機制。最近一項試驗結果為rtACS 提升神經細胞存活的機制提供一定證據參考，指出腦電刺激可誘導樹突剝脫，促使神經細胞沉默，提高視神經損傷后沉默神經元的存活；他們通過結果推測，在創傷后的早期，在rtACS 之后，完全的樹突剝離可以保護神經元免受興奮性細胞死亡的影響。相反，未治療的視網膜細胞樹突在軸突損傷和神經元死亡后緩慢退化[36]。目前有關經眼眶電刺激的動物試驗研究報道還相對較少，需要開展更深入、更細致量化刺激參數等相關內容的試驗研究進一步探究經眼眶交流電刺激的治療效果和作用機制。

在有關經眼眶電刺激的臨床研究中，一項7 例慢性視交叉系統損傷患者的小樣本臨床研究中，經眼眶ES 增強了一種與知覺改善相關的α 帶功能連接，并使得枕葉和額葉間功能連接的神經元同步得到強化[37]。此外，視神經損傷患者的經眼眶ES 治療后在檢測能力、視野和視力方面均有顯著提高[4，38-39]。另一項大樣本多中心隨機雙盲的研究表明，rtACS 是一種安全有效的可部分恢復視神經損傷后患者視力的方法，臨床設置中使用rtACS 治療后可以通過腦網絡再同步（對較小視覺刺激的視覺處理速度更快，更有效地處理減少的視覺輸入）激活殘留視覺，可部分地恢復由神經系統損害引起的視力喪失的患者的視力。這類證據表明視野可以通過此類方式得到改善[40]。

3 經眼瞼電刺激

目前，尚未有已經發表的動物試驗研究經眼瞼電刺激治療眼部疾患的報道。根據已發表的4 篇關于經眼瞼電刺激功能的臨床研究是在AMD 和POAG 患者中進行的[41-43]。Anastassiou 等[41]研究表明，經眼瞼電刺激療法在患者中是安全的，一些患者的視覺功能有暫時性的增加。Shinoda 等[43]研究表明，經眼瞼電刺激治療后濕性AMD 和干性AMD 患者的最佳矯正視力均有提高。在一項納入了46 例（78 只眼）POAG 患者的前瞻性對照實驗中，經眼瞼電刺激的降壓反應與前列腺素類似物或各種藥物組合所描述的相同，所產生的降壓作用可以與一線的眼壓藥物治療效果相媲美，同時又不會產生系統性或局部的副作用。推測應用經眼瞼特異性外源性電壓電刺激可發揮類似酪氨酸激酶抑制劑的作用[44]。

4 小結

越來越多的動物試驗和臨床研究表明非侵入性電刺激在改進視功能方面起到積極作用。然而，到目前為止，非侵入性電刺激臨床研究缺乏多中心隨機對照，特別是在國內對非侵入性電刺激這一療法的實施過程和治療機理知之甚少，期望本文能為眼科臨床工作者和研究者對治療終末期眼部疾病提供思路。