角膜痛機制的研究進展

徐 睿（綜述） 李雙雙 韓 園 李文獻（審校）

（復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院麻醉科 上海 200031）

眼表由角膜上皮、角膜緣、結膜和眼瞼邊緣組成。發生眼表神經損傷最常見的病因是干眼癥，最常繼發的手術是白內障手術和屈光手術。角膜痛按病因分可以分為：炎癥原因引起，如光化學角膜炎；神經損傷引起，由發生在不同神經軸水平的神經系統的損傷或疾病引起，如視網膜手術或眼前段手術損傷眼神經、老年神經退行性眼痛、周圍神經病變［1］；炎癥和神經損傷共同引起，如干眼癥、帶狀皰疹性角膜病變。

角膜神經的結構組成和功能角膜是人體神經末梢分布最密集的組織，邊緣約有50～450個來自三叉神經節眼區的神經元，導致組織極度敏感，能夠接受各種不同的刺激信號，因此角膜的敏感性是皮膚的300～400倍。角膜神經主要包括感覺神經、交感神經與副交感神經。其中角膜的感覺神經擔負了重要的感官作用，其主要來自于三叉神經眼支的終末支-睫狀神經，少部分來自三叉神經的上頜支。該神經從角膜基質的2/3處呈放射狀進入，與上皮內神經纖維形成基質神經束并延伸至上皮，當神經纖維進入角膜上皮層后，平行于角膜表面走行，形成多層上皮神經帶。上皮神經帶之間相互吻合，形成廣泛且致密的上皮神經叢。神經纖維從角膜邊緣至角膜中央呈渦輪狀。基底下神經叢的結構變化與疾病導致的感覺減退有關，如糖尿病視神經變性［2］和單純皰疹性角膜炎。

角膜疼痛信號的轉導Rosenthal等［3］的研究表明，角膜的傷害性感受器主要分為3種類型：機械傷害性感受器、多態傷害性感受器和冷溫度傷害性感受器。

機械傷害性感受器機械傷害性感受器是最快的痛覺傳導感受器，在角膜傷害性感受器中占比約20%。其可感知異物侵入或機械傷害的強度和持續時間，主要是在異物接觸角膜或結膜時，外周末梢被機械性壓力激活引起劇烈而尖銳的疼痛感覺。研究表明，機械傷害性感受器神經元末端的疼痛信號傳遞可能是由Piezo2介導的，Piezo2是最近在低閾值軀體機械感受器神經元中識別出的一種機械感覺通道，其在角膜上皮神經末梢中并不表達，僅表達于30%的三叉神經節的感覺神經纖維［4］。

多態傷害性感受器多態傷害性感受器是角膜傷害性感受器中占比最多的一類，約占70%，不僅對機械刺激敏感，也可被熱刺激、酸堿刺激、外源性化學物質及內源性炎癥介質等激活。研究表明，瞬時受體電位通道蛋白V1（transient receptor potential vanilloid 1，TRPVl）、瞬時受體電位通道蛋白A1（TRPA1）、Piezo2、ASICs及P2X在其中發揮了傷 害性感覺 傳導作用［5］。其中，TRPV1和TRPA1主要被內源性化學物質如組織損傷、炎癥或氧化、氮化應激時釋放的前列腺素、活性氧、氮類等和熱刺激激活，而Piezo2主要介導機械性刺激引起的傷害性，ASICs及P2X則主要負責酸性刺激的傷害性感覺的傳導［6］。

冷溫度傷害性感受器冷溫度傷害性感受器是對溫度降低（如淚液蒸發、低溫）及滲透壓變化作出反應的神經纖維，在角膜傷害性感受器中占比約10%～15%。冷溫度傷害性感受器又分為低閾值冷溫度傷害性感受器和高閾值冷溫度傷害性感受器兩個亞類。低閾值冷溫度傷害性感受器占比較大（約占70%），在正常角膜溫度（34～35℃）下顯示連續的神經沖動，在小于0.5℃的小幅降溫下會急劇增加。另一類是高閾值冷溫度傷害性感受器（占總數的30%），通常在角膜溫度高于29℃時保持沉默，當暴露于強烈的冷卻條件下開始放電［7］。研究表明TRPM8是冷溫度傷害性感受器中較為重要的陽離子通道，眼表溫度下降或淚膜滲透壓增加可激活該通道［8］，激動劑包括薄荷醇、pH改變等。另外，K2P通道、Kv1通道和TREK2通道也參與了冷溫度傷害性感受器的激活。

角膜疼痛信號的投射和傳導路徑支配角膜傷害感受器的初級感覺神經元的細胞體位于三叉神經節，中樞軸突終止于三叉神經腦干復合體的兩個區域即三叉神經中間核/尾突旁核區（Vi/Vc）和尾突旁核/上頸過渡區（Vc/C1）［9］神經元在疼痛信號放大過程中起著重要作用，釋放的谷氨酸激活二級神經元電壓門控鈉通道。二級神經元從脊髓三叉神經核復合體開始交叉走行，并加入對側脊索丘腦通路并在丘腦中形成突觸。弱傷害性信號通過激活α-氨基羥甲基惡唑丙酸型谷氨酸受體引起輕微的膜去極化，強信號通過復雜的信號通路激活N-甲基-D-天（門）冬氨酸受體和二級神經元突觸前谷氨酸的釋放。三級神經元將信息傳遞到脊髓上區域，依次優先投射到臂旁核和后丘腦和島葉皮質，以傳遞與疼痛的感覺辨別方面相關的信息，并投射到中腦導水管周圍灰質、下丘腦、杏仁核和前額葉皮質，以獲得疼痛的情緒方面的信息［10］。痛覺下行抑制通路對感知的疼痛信號進行調節，將疼痛信號從邊緣系統和中腦通過導水管周圍的灰質區傳輸到腦干，在腦干中對信號進行調控，然后繼續返回到三叉神經尾核［11］。

角膜疼痛的外周敏化作用于角膜傷害性感受器的外周傷害性刺激能夠觸發上皮和基質的多種細胞（上皮細胞、基質細胞、免疫細胞）分泌，包括促進組織炎癥的促炎因子，如緩激肽、細胞因子、組胺、神經生長因子、前列腺素E2、5-羥色胺、ATP、一氧化氮，觸發釋放免疫細胞激活介質，以及促進神經源性炎癥的P物質和降鈣素基因相關肽，激活和招募免疫細胞［12］。進而改變離子通道的活性（傷害感受器末端的鈉和鈣電流增加），降低角膜傷害性感受器的閾值，持續的傷害性刺激和角膜傷害性感受器之間形成了一個正向的反饋環，促進炎癥發生，使得初級感覺神經元發生重塑，擴大了外周傷害性刺激，產生了外周敏化。研究表明，去除外界傷害性刺激后如壓力解除或眼表炎癥消退，恢復眼表正常結構等可以逆轉外周敏化［12］。但是對周圍神經和中樞神經系統的持續損傷和慢性改變可導致永久性致敏，例如慢性干眼癥［13］。

角膜疼痛的中樞敏化如果眼表損傷持續存在，或者炎癥級聯反應未削弱，中樞神經系統可能發生變化，并產生中樞敏化，常為持續性改變，患者表現的疼痛與外周病理性改變相分離。與外周敏化相似，離子通道的表達和功能、介質水平、胞質信號傳導和其他因素的變化共同導致了中樞敏化。焦慮、抑郁、創傷后疾病、纖維肌瘤等患者發生中樞敏化的概率升高。眼感覺器的解剖結構是干眼癥中樞敏化的基礎，眼感覺器的第一個突觸發生在Vi/Vc區，此區還存在腦干反應投射神經，整合來自眼睛的無害和有害的感覺信息，參與超興奮性和中樞敏化的產生和維持。

小膠質細胞介導的神經免疫信號轉導對中樞敏化的發生和發展至關重要。神經損傷會導致小膠質細胞轉換為疼痛應激狀態，在脊髓背角通過激活P2X4、P2X7等受體促進膠質細胞釋放多種介質如腦源性神經營養因子、溶酶體蛋白酶組織蛋白酶和CX3CL1等可以調節三叉神經節的神經元活動，但具體機制仍不明確。

角膜痛的動物模型既往用于研究角膜疼痛反應的小鼠模型包括堿燒傷［14］和光角膜炎以及誘導的干眼癥疼痛，但是這些疼痛源于眼表炎癥的產生，本質上沒有神經病變。最新的可靠的神經病理性角膜痛模型是2017年Seyed-Razavi等［15］報 道 的眼角膜睫狀支結扎動物模型，采用結膜外側入路，平行于視神經，進入眼眶后，分離三叉神經眼部供應的感覺神經纖維并結扎睫狀神經。睫狀神經的部分壓迫性損傷引起軸突腫脹，導致神經功能改變，導致周圍神經疼痛過敏。這一新的神經病理性角膜痛模型顯示了行為、感覺和神經密度的改變，但沒有上皮損傷，可以用于研究神經病理性角膜痛進展的潛在機制，以及藥物治療療效。

需要注意的是，小鼠角膜中感覺受體的表達與人類存在差異，冷敏感受體的分布較高（49%），多模式傷害感受器分布稍低（41%），其余10%為機械敏感性受體［16］。

角膜痛的體外模型既往模型包括使用雞胚三叉神經節與植入膠原基質的胚胎角膜共同培養。由一個角膜組成，角膜上皮側朝上，位于膠原中，兩個半神經節放置在角膜的對側1～2 mm處，該體外系統已用于研究TRP通道在刺激反應中的表達。另一個模型包括一個完整的角膜體外模型，該模型由分離的牛或兔原代基質細胞和內皮細胞組成。此外，雞背根神經元還與角膜上皮細胞和基質細胞聯合應用于膠原水凝膠中。

體外角膜模型最常用的方法是使用上皮細胞，培養人原代上皮細胞進行毒理學測試。但是這些基于上皮的模型并不能反映角膜的結構和多細胞群，以及它們之間的相互作用。因此，這些模型有助于預測角膜毒性，但由于缺乏神經成分，無法應用于角膜疼痛的研究。

最新的體外角膜組織模型，包括了基質、上皮和神經［17］。基于薄絲蛋白膜的多層結構用來作為支撐角膜上皮和基質層的支架，周圍的多孔海綿用于在3D環境中培養皮層神經元。在氣液界面共培養3種細胞類型為體外角膜組織工程領域提供了重要的進展，因為它可以研究神經支配和角膜組織發育、角膜疾病和組織對環境因素的反應。

結語角膜痛發病率很高，但病因多樣，臨床表現不相一致，并與眼部瘙癢之間存在著復雜的關系。近年來人們開始逐漸關注眼表痛，其具體的機制尚不清楚，但是了解相關機制和實驗模型對進一步了解眼表面的疼痛和感覺是非常重要的，可以為臨床治療策略的制定和未來的研究方向提供參考。

作者貢獻聲明徐睿文獻檢索，綜述撰寫。李雙雙文獻檢索，綜述修訂。韓園綜述構思和修訂。李文獻綜述指導，審核校正。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。