糖尿病相關干眼發病機制的研究進展

韓佳欣，王 賀，郭建新

0引言

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種多病因的代謝疾病，特點是慢性高血糖伴隨因胰島素(INs)分泌及/或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白質代謝紊亂。根據2010年調查數據顯示，我國18歲以上成年人糖尿病患病率高達9.7%，中國已經成為全球糖尿病患者最多的國家，在我國患病人群中，以2型糖尿病為主[1]。在世界范圍內，目前有4.63億成年人患有糖尿病。國際糖尿病聯盟(IDF)估計，到2030年將有5.78億成年人患有糖尿病，到2045年將有7億人患有糖尿病[2]。糖尿病已經成為影響全球居民身心健康的主要疾病之一，且在全球各地區呈現逐漸增加的趨勢。干眼是以淚膜穩態失衡為主要特征并伴有眼部不適癥狀的多因素眼表疾病。淚膜不穩定、淚液滲透壓升高、眼表炎癥與損傷及神經感覺異常是其主要的病理生理機制[3]。近年來，隨著人們對糖尿病認識的逐漸深入，眼科手術的發展以及人們對健康要求的進一步提高，糖尿病對眼表及角膜的影響日益受到眼科醫生及糖尿病患者的重視。其中，眼表疾病又以干眼發病率高為著。本文將近年來關于糖尿病相關干眼的患病因素、患病率與發病機制等研究做一綜述。

1糖尿病相關干眼的患病因素及患病率

糖尿病患者干眼的患病率明顯高于健康人，糖尿病患者患干眼的幾率是非糖尿病患者的1.15倍[4]。一項針對120例糖尿病患者和120名正常對照組的研究發現，38.3%的糖尿病患者有干眼，患病率高于正常對照組[5]。Wang等[6]發現中國糖尿病兒童干眼患病率為28.95%，明顯高于正常對照組，低于成人糖尿病患者干眼的患病率，可能是由于兒童與成人淚膜存在差異，兒童時期淚液分泌量高于其他生長階段，且兒童淚膜較厚，菌群較少。在我國對1360例2型糖尿病患者進行以社區為基礎的研究發現，干眼的患病率為17.5%，遠遠高于健康組[4]，但低于既往基于醫院的流行病學研究結果[5]，這種差異一方面是由于住院患者較門診就診患者病程較長且血糖控制不佳原因導致，另一方面是由于對干眼的診斷標準不同導致。而一項為期9a對北卡羅來納大學門診就診的81480例患者研究發現，糖尿病患者干眼患病率為14.39%，非糖尿病患者干眼患病率為10.11%。此項研究中糖尿病患者干眼的患病率明顯低于前文數據，主要是由于種族影響，此項研究不僅包含亞洲人，還包括白種人、黑種人、西班牙人，且更多的是白種人(50468例)[7]。DEWSⅡ闡述干眼的危險因素主要有年齡、性別及種族[3]。這些危險因素同樣存在于糖尿病患者中，金姬等[8]研究發現病程≥5a的患者中，女性患者角膜熒光素染色陽性檢出率均高于男性，且女性糖尿病患者淚膜破裂時間與年齡呈負相關。亞洲糖尿病患者患干眼的幾率最高[7]。此外，糖尿病相關干眼還有其特有的危險因素。多項研究表明糖尿病相關干眼與糖尿病視網膜病變的嚴重程度、糖化血紅蛋白及血糖控制情況相關[4，9-12]。綜上，糖尿病患者干眼的患病率明顯高于正常人，且年齡、性別、種族、糖尿病視網膜病變的嚴重程度、糖化血紅蛋白及血糖控制情況是糖尿病患者發生干眼主要的相關因素。

2糖尿病相關干眼的發病機制

2.1糖尿病周圍神經病變糖尿病周圍神經病變(DPN)是臨床上常見的一種糖尿病并發癥，發病率達50%以上[13]。角膜有豐富的神經末梢，它們來自三叉神經第一主支[14]。慢性高血糖可通過多種病理途徑導致包括角膜神經在內的周圍神經損傷。在糖尿病神經損傷的過程中，已經發現了許多相互交叉、相互補充的病理通路，包括氧化應激、晚期糖基化產物、多元醇途徑和蛋白激酶C(PKC)激活。在糖尿病狀態下，超氧化物積累導致了多元醇途徑激活、晚期糖基化終末產物積累、PKC激活和己糖胺通量的增加，從而觸發了進行性細胞功能障礙的前饋系統。在神經方面，代謝和血管紊亂導致神經功能受損和神經營養支持的喪失，長此以往，可以介導周圍神經系統膠質細胞—神經元和雪旺細胞的凋亡[15]。研究發現，神經纖維長度和神經纖維密度在糖尿病神經病變患者中顯著降低。且角膜神經密度降低隨著糖尿病持續時間的延長而增加[16](圖1)。這種形態學的改變導致了角膜敏感性喪失等功能上的改變[17]。相似地，馬佰凱等[18]認為糖尿病患者角膜基底下神經密度下降與角膜知覺下降相一致。Dogru等[17]進一步證明糖尿病控制不良和周圍神經病變導致淚液明顯減少，認為存在與淚腺神經支配有關的神經病變，提出了周圍神經病變影響淚腺。研究表明，瞼板腺脂質的分泌和分布主要依賴于眨眼動作[19]，但糖尿病患者普遍表現為角膜敏感性下降，眨眼運動減少，導致脂質分泌減少[20]。綜上，DPN主要通過兩方面影響淚膜：(1)由于角膜神經纖維密度及長度的下降，導致角膜敏感性下降，瞬目次數減少，淚液蒸發過多；(2)自主神經病變引起的淚腺神經支配減少及角膜知覺能力下降對淚腺刺激減少，引起淚液分泌不足。

圖1 角膜共聚焦顯微鏡下觀察角膜神經纖維圖像 A：正常人；B：增殖性糖尿病視網膜病變患者。

2.2淚液成分的改變淚液的化學成分很復雜，除水和電解質外，還有許多其他成分，如神經肽、糖類、蛋白質等。糖尿病發生發展過程中，這些成分發生了變化，引起淚膜不穩定，進而導致干眼形成。糖尿病患者的干眼綜合征與淚液蛋白的異常表達有關，這些蛋白質參與了多種重要的細胞過程，包括炎癥、免疫、氧化應激以及脂質和葡萄糖代謝[21]。從總量上講，有研究顯示非增殖性糖尿病視網膜病變患者的總蛋白濃度明顯低于正常人，且隨著非增殖性糖尿病視網膜病變嚴重程度的增加，總蛋白濃度持續下降[22]。淚液蛋白濃度的下降可能是由于在高血糖期間，糖基化終末產物水平的升高可以促進自由基的產生，降低蛋白質濃度。自由基會導致結構蛋白、脫氧核糖核酸和其他代謝過程中重要的化合物的破壞，這被認為是糖尿病和糖尿病視網膜病變時淚液蛋白濃度降低的基礎[23-24]。從組成上來說，糖尿病患者的淚液蛋白組成與正常人有所不同。Kim等[25]發現糖尿病患者淚液中有表達差異的蛋白質20種。Li等[21]對357種蛋白質分析發現有66種蛋白質(18.5%)僅在糖尿病和干眼綜合征患者中發現。糖尿病患者淚液中的部分蛋白質濃度下調，過氧化物氧化還原蛋白和超氧化物蛋白的表達降低；而凋亡相關蛋白、免疫炎癥相關蛋白以及糖代謝相關蛋白大多表達增加[21，26-27]。免疫炎癥相關蛋白如基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)增加[22, 28]。糖代謝相關蛋白如胰島素樣生長因子結合蛋白3(IGFBP-3)增加，有研究發現糖尿病患者淚液IGFBP-3水平上調3.5倍[27]。凋亡相關蛋白如膜聯蛋白、凋亡調節因子1表達上調[21]。在神經源性炎癥反應中，角膜神經末梢可向淚液中釋放神經肽，其中很大比例為P物質(SP)和/或降鈣素基因相關肽(CGRP)，兩種神經肽都通過促進上皮細胞遷移、增殖和分化以及局部炎癥反應來調節細胞功能以維持角膜表面的完整性[29]。研究發現，1型糖尿病患者特別是DPN患者淚液中SP水平顯著降低，且與糖尿病病程和糖尿病視網膜病變的嚴重程度以及角膜神經纖維密度相關，但這些異常在2型糖尿病患者以及淚膜中CGRP的分析中并未體現[30-31]。這可能是由于三叉神經中表達CGRP的軸突比表達SP的軸突更豐富，一項對小鼠的研究表明，三叉神經節神經元表達CGRP的軸突比表達SP的軸突豐富3倍以上[32]。因此，要引起淚膜CGRP水平的顯著消耗，就必須影響更多的角膜神經。糖尿病患者淚液中的葡萄糖含量升高，淚液葡萄糖水平與血糖水平相關[33-34]，糖尿病患者淚液中葡萄糖水平的升高，導致淚液中糖基化終產物(AGEs)的表達增多，而AGEs與糖基化終產物受體(RAGEs)的結合將會誘發角膜上皮細胞的氧化應激反應，造成角膜敏感性下降，從而導致干眼的發生[35]?？梢?，糖尿病可引起淚液中包括蛋白質、神經肽、葡萄糖等成分的改變，進一步破壞淚膜穩定性，從而導致干眼形成。

2.3淚膜穩定性改變傳統觀點認為淚膜從外而內分為脂質層、水液層和粘蛋白層，現在認為淚膜是兩相，由脂質層覆于粘液水液層表面構成的[36]。淚膜的穩定性是通過淚液成分(主要為粘蛋白)和脂質層之間的平衡相互作用來維持的[37]。脂質層主要由瞼板腺分泌，它能防止淚膜蒸發和瞼緣溢出，并通過降低表面張力來穩定淚膜[38]。本課題組先前的研究發現，糖尿病視網膜病變患者淚膜脂質層厚度降低，淚膜穩定性下降，并與黃斑微血管結構改變存在相關性[39]。而瞼板腺功能與淚膜脂質層厚度關系密切[40]。瞼板腺功能的損害在2型糖尿病患者中較非糖尿病患者更為顯著，其形態改變、粘液分泌、結膜炎癥染色等與正常對照組相比差異顯著[41]。分析原因可能是由于胰島素抵抗/缺乏和高血糖對人瞼板腺上皮細胞產生損害造成的[42]。研究發現，與健康組相比，2型糖尿病小鼠的瞼板腺基因發生了改變，且在2型糖尿病小鼠中，上調的基因主要與脂肪酸代謝、炎癥和凋亡有關，下調的基因主要與細胞的生長和分化有關[43]。就形態而言，糖尿病組腺泡密度顯著低于非糖尿病組，而腺泡最長徑、最短徑均大于非糖尿病組[44]。隨著糖尿病病程的進展，腺泡擴張，形態不規則，腺泡密度下降。在糖尿病晚期及糖尿病視網膜病變中，大部分腺泡細胞發生擴張變形，胞壁變薄。同時，糖尿病患者腺管開口存在許多異常，如管壁增厚、角化、縮窄等，可引起導管收縮、舒張功能障礙，甚至導管內脂質堵塞。脂質的停滯會導致腺泡單位的擴張，腺泡細胞壁的紊亂甚至消失，細胞間質被壓縮，最終被纖維組織所取代[45]。就粘液分泌而言，腺體的開口被脂質堵塞、淤積，導致分泌減少，淚膜脂質層成分異常。這些因素導致淚液蒸發增加、淚液滲透壓升高和腺體及鄰近眼表周圍發生炎癥。由此產生的瘢痕和角化過度進一步加重了導管狹窄，并導致瞼板腺功能受損。相關的異常細菌定植通過改變脂質分泌和引起炎癥而進一步加重病情[46]。目前已證實淚膜的過度蒸發不僅是由于脂質層異常，還可能是由于淚膜擴散不良和表面張力增加造成的。粘蛋白主要是由杯狀細胞分泌，其被認為可以通過與淚液脂質層相互作用降低表面張力[47]。粘蛋白層的改變可能導致淚液蒸發增強，最終導致與眼表炎癥有關的淚液高滲，炎癥介質反過來可能對杯狀細胞的分化、增殖和粘蛋白分泌產生負面影響[48]。杯狀細胞數量是反映眼表健康狀況的重要指標，杯狀細胞減少是鱗狀上皮化生的重要標志。糖尿病患者鱗狀上皮化生和杯狀細胞損失明顯增多，尤其是那些存在周圍神經病變和血糖控制不佳的糖尿病患者[17]。杯狀細胞丟失可能與細胞高滲導致的慢性炎癥和細胞凋亡直接相關，從而導致淚膜進一步不穩定[37]。因此，由于瞼板腺功能受損，脂質分泌減少，可導致脂質層變薄，淚膜不穩定；由于炎癥反應與細胞凋亡造成杯狀細胞密度降低，粘蛋白減少，從而導致淚膜進一步不穩定。

2.4淚液滲透壓的改變淚液滲透壓的增加是干眼的一個標志，它被認為是干眼眼表損傷發病機制的中心機制[49]。有研究認為淚液滲透壓可被認為是檢測2型糖尿病患者干眼的最佳單項檢測方法[50]。淚液滲透壓在糖尿病患者中升高，尤其是在代謝控制不良和長期糖尿病患者中[20，51]。糖尿病患者主要通過淚液總量的減少和異常的淚液成分兩方面增加了淚液的滲透壓。就淚液總量減少而言：(1)淚液分泌量減少，在糖尿病患者中由于淚腺微血管系統的損傷、自主神經病變、角膜感覺神經病變導致淚液分泌減少[52]；(2)淚液蒸發增加，脂層異常、淚膜擴散不良和表面張力增加造成淚液蒸發增加[47]。就淚液成分而言：(1)糖尿病患者淚液中的蛋白質較正常人發生了變化[22]；(2)糖尿病患者淚液中葡萄糖含量升高[51]。淚液高滲通過一系列炎癥事件的激活而損害眼表，通過上調上皮細胞的炎性因子和增加凋亡，從而導致粘蛋白表達的改變，進而導致干眼形成。

2.5免疫炎癥反應與細胞凋亡免疫炎癥反應與細胞凋亡在糖尿病干眼的發病機制中起到重要作用。許多炎性介質、細胞因子、免疫細胞、趨化因子及其他因子參與了糖尿病相關干眼的發病過程。在干眼患者中，應激的眼表上皮釋放的促炎細胞因子如白介素1(IL-1)、IL-6、TNF-α等，引起上皮損傷，并激活抗原提呈細胞(APC)。功能失調的調節性T細胞不能調節效應T細胞，特別是輔助性T(Th)17細胞，這些無限制的效應T細胞在眼表趨化因子水平增加的影響下遷移到眼表[53-55]。在成熟APC的幫助下，分泌干擾素(IFN)-g的CD4+T細胞(Th1)和分泌IL-17的CD4+T細胞(Th17)激活。眼表活化T細胞及IFN-g和IL-17水平升高，導致角膜屏障破壞，結膜杯狀細胞密度降低[56]。同時，干眼患者淚腺和眼表上皮細胞的凋亡異常增加，局部組織中的淋巴細胞凋亡被抑制，凋亡增加導致了眼部組織的損傷和破壞，而淋巴細胞存活時間的延長促進了炎癥激活狀態[57]。多數研究發現IL-1β、IL-6、TNF-α、轉化生長因子β1(TGF-β1)、表皮生長因子(EGF)、趨化因子(CCL)3及趨化因子受體(CCR)5和CCR6等都在糖尿病相關干眼患者的淚液中高表達，以及結膜上皮細胞TGF-β1及核轉錄因子-κB (NF-κB)的表達增強、上皮細胞凋亡增多[58-62]。盧迪[61]研究發現糖尿病患者結膜上皮細胞的凋亡指數與結膜上皮細胞中NF-κB和TGF-β1表達呈正相關，并認為糖尿病患者結膜上皮細胞的炎癥狀態可能是引起細胞凋亡的重要原因。與之不同的是，Liu等[63]發現糖尿病合并干眼患者淚液中IL-17A、IL-1β、TNF-α水平與正常人無明顯差異，從而提示糖尿病干眼與非糖尿病干眼的發病機制不同。綜上，糖尿病患者機體長期處于高血糖狀態，使淚膜穩定性下降，炎癥相關細胞因子表達旺盛，從而激活炎癥信號通路，促進免疫炎癥和細胞凋亡的發生發展，從而誘發干眼的發生。

3小結

干眼是眼表疾病中最常見的糖尿病并發癥，應該引起更多的關注。糖尿病相關干眼的發病機制較為復雜，且糖尿病合并干眼與單純干眼的發病機制有所不同，故不能同一而論。根據發病機制對糖尿病相關干眼進行診斷治療更有針對性。