閾值下微脈沖激光在中心性漿液性脈絡膜視網膜病變中的作用機制

路 雪,謝 兵

0 引言

中心性漿液性脈絡膜視網膜病變(central serous chorioretinopathy,CSC)是好發于青壯年男性、以黃斑區神經上皮漿液性脫離為特征的眼底疾病,可導致患者中心視力下降、視物變形、變暗,該病容易復發和慢性化,從而導致繼發視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)萎縮、脈絡膜新生血管等并發癥,是具有代表性的肥厚型脈絡膜譜系疾病之一。CSC目前臨床上的主要治療手段有視網膜激光光凝、光動力治療(photodynamic therapy,PDT)、藥物治療、微脈沖激光等。閾值下微脈沖激光(subthreshold micropulse laser photocoagulation,SMLP)是一種以長間歇為特征的短促高頻的重復脈沖激光,不同于傳統激光光凝是通過破壞失代償RPE細胞來達到治療CSC的作用,其是選擇性作用于RPE細胞且不損傷周圍正常細胞,具有可重復治療、安全性高的優點[1-4]。國內外多項臨床研究指出,SMLP治療CSC療效肯定,其臨床療效與其他治療方式相同、遠期療效無顯著差異且無明顯副作用[5-6]。但其作用機制尚不完全明確,推測可能是通過調節視網膜細胞代謝活性的變化,從而引起基因和蛋白表達的改變達到治療目的[4,7-8]。現就SMLP治療CSC機制中可能的效應細胞、細胞因子及作用機制進行綜述,以期探索更多微脈沖激光治療CSC的病理生理機制,豐富微脈沖激光治療CSC的理論基礎。

1 SMLP調節RPE細胞的代謝活性

CSC的發生是由于脈絡膜血管高通透性和高灌注所致,最終以RPE層及脈絡膜功能異常表現為特征[9-10]。RPE層的異常通常表現為局灶性或彌漫性功能障礙、RPE斑塊狀萎縮、RPE局部滲漏及視網膜下積液(subretinal fluid,SRF)的發生,SRF導致RPE漿液性脫離[11]。RPE細胞的一個關鍵功能是通過主動運輸將視網膜下液體泵送到脈絡膜來防止液體積聚,RPE細胞作為血-視網膜屏障的一部分,同時負責回收感光細胞產生的視覺色素及代謝產物等,具有維持光感受器完整性的功能,RPE層功能障礙及屏障功能的破壞是導致CSC發生的直接原因[12-13]。SMLP刺激RPE細胞被認為是引起視網膜液體吸收的關鍵因素之一,但該過程的分子機制尚不清楚,其可能的機制如下。

1.1刺激RPE細胞增殖和遷移目前常用微脈沖激光波長有810、577 nm兩種[14],微脈沖激光不會對目標靶組織造成損傷,不會造成可見的視網膜瘢痕、激光相關暗點以及視網膜敏感性降低,因此在各種脈絡膜視網膜疾病中實現有效和安全的治療反應[15-18]。已有研究證實SMLP治療CSC、糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema,DME)以及視網膜靜脈阻塞黃斑水腫治療反應良好[16,19-20]。SMLP能選擇性作用于受損的RPE細胞,具有刺激、誘導RPE細胞的完整性和生理功能恢復的生物學效應,并最終促進視網膜神經上皮下漿液吸收[1,3]。Inagaki等[7]利用SMLP照射RPE細胞24 h,發現激光照射區域內的所有細胞均處于存活狀態,但細胞較未照射區域稀疏,因此推斷微脈沖激光可能刺激了照射區域RPE細胞甚至鄰近的細胞,使其發生增殖和遷移。Colome等[21]研究發現使用810 nm SMLP照射RPE細胞后,在與有絲分裂活動相關的治療區域內出現了RPE細胞增殖,故認為810 nm SMLP能誘導RPE細胞的有絲分裂,且不會對相鄰組織造成損傷。但RPE層的完整性和生理功能的恢復是否與有絲分裂后的RPE細胞增殖、遷移并覆蓋在受損RPE細胞處有關目前還不清楚。

1.2促進RPE細胞屏障功能修復Luttrull等[22]研究發現在SMLP刺激位點細胞間空間有稀疏的細胞群存在,從而推測這些細胞間空間的產生可能是由于RPE層中細胞間黏附的喪失所致,這可能導致血-視網膜屏障功能失調,直接增加了視網膜和脈絡膜組織之間的液體和分子運動。目前已發現與RPE細胞黏附和緊密連接相關的蛋白質有occludin、claudin和zonula occludens-1(ZO-1)。Ji Cho等[23]研究發現,在糖尿病視網膜病變(DR)中炎性因子的刺激下,RPE屏障完整性的破壞并不是由于細胞死亡,而是由于ZO-1磷酸化導致Ⅳ型膠原蛋白表達上調引起。SMLP是否會直接促進ZO-1修復或重塑以達到恢復CSC患者RPE細胞屏障的作用,目前較為確切的證據是在DME中,血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)使ZO-1磷酸化而失去正常功能,SMLP能通過下調VEGF的表達減少ZO-1的耗竭,從而恢復RPE細胞屏障功能[24]。

1.3促進脈絡膜毛細血管內皮細胞的修復Pollack等[25]研究發現,激光光凝后受損的RPE和脈絡膜毛細血管修復,同時觀察到再生RPE細胞的特定表型與新生血管形成之間存在一定關聯,由此推斷再生的RPE細胞可能具有刺激受損脈絡膜血管內皮細胞增殖的功能。微脈沖激光亦具有相同作用,這已經得到了證實[26-27]。研究發現,使用閾值上激光照射體外培養的RPE細胞30 min,并在照射后第2、4、6、8 d分別取出培養基進行分析,結果發現激光能重建RPE細胞產生的基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMPs)之間的平衡,從而達到抑制新生血管生成的啟動和維持程序[28]。Luttrull等[29]使用SMLP治療高危型年齡相關性黃斑變性發現脈絡膜新生血管的發生率降低,提示微脈沖激光也具有一定的抑制脈絡膜新生血管形成的作用,而此作用的產生是否和激光刺激后MMPs與TIMPs之間的平衡重塑有關,還需要進一步驗證。由于MMPs在血管生成過程中作用機制復雜,可能涉及視網膜脈絡膜血管內皮細胞的增殖和遷移以及毛細血管的形成。據此推測,微脈沖激光也具有促進脈絡膜血管修復的作用。

1.4上調熱休克蛋白70的表達SMLP能上調RPE細胞中熱休克蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)的表達,HSP70能幫助變性的蛋白質復性,抑制蛋白質的錯誤聚集,具有抗炎和抗凋亡作用。研究表明,當組織內釋放出略高于20%的終點管理(endpoint management,EpM)能量時,HSP70開始表達[30-31],SMLP就可以實現HSP70最大限度的釋放。視網膜組織的這種應激相關反應能誘導細胞功能的免疫調節,阻斷導致細胞損傷的凋亡和炎癥途徑,同時觸發修復過程,使某些細胞因子的表達正常化,從而減少存在于視網膜中的慢性炎癥[32-34]。Inagaki等[7]首次觀察到應用SMLP照射體外培養的人RPE(ARPE-19)細胞后HSP70表達上調,并提出HSP70的表達依賴于微脈沖的數量,但該觀點有待更多實驗驗證。SMLP上調HSP70表達,不僅對光感受器具有保護作用,也有助于改善RPE功能和減輕黃斑水腫[35-36]。Hirabayashi等[37]研究發現SMLP照射小鼠RPE 24 h后,實驗組水通道蛋白-3(aquaporin3,AQP3)較對照組升高6倍。Mahalka等[38]進一步研究發現HSP70能激活磷脂酶A2。Hollborn等[39]研究證實人RPE細胞的滲透壓變化和缺氧均會增加AQP3的表達,而磷脂酶A2抑制劑則會抑制AQP3的表達。SMLP能上調HSP70的表達,從而激活磷脂酶A2,進而提高AQP3的表達和視網膜下液的排出。因此推測,SMLP可能通過增加AQP3的表達促進視網膜下液的排出,減輕視網膜水腫[37]。

2 促進脈絡膜血管內皮細胞間緊密連接恢復

Schubert等[40]研究發現鈣黏著蛋白-5(cadherin 5,CDH5)與CSC的發生顯著相關,CDH5的遺傳變異是男性占CSC人群中相當大比例的基礎。CDH5存在于內皮細胞連接處,包括人脈絡膜脈血管內皮細胞,是脈絡膜血管內皮細胞內聚和細胞間連接組織的重要蛋白,對維持內皮細胞-細胞間連接很重要,其表達異常與CSC中所見的脈絡膜高滲透性相關[40]。該結論進一步證實了CSC的發生與脈絡膜血管通透性增加有關。有學者推測該基因通過促進脈絡膜血管內皮細胞之間的連接從而達到修復脈絡膜高通透性的作用。而微脈沖激光是否會直接促進CDH5的表達從而修復或重塑脈絡膜血管內皮細胞間緊密連接還需要進一步驗證,目前較為確定的證據是,類固醇激素可抑制CDH5的表達,從而使脈絡膜血管內皮細胞間緊密連接減少,增加脈絡膜血管系統的通透性,導致視網膜下液體滲漏。研究發現,接受皮質類固醇治療的患者發生CSC的風險更高,這與類固醇激素抑制CDH5的表達,從而導致CSC發生的觀點相一致[41-42]。

3 影響細胞因子的表達

促血管生成因子和抗血管生成因子之間的動態平衡在維持視網膜脈絡膜內皮細胞的正常生理功能方面起著關鍵作用[27]。應用810 nm SMLP照射小鼠RPE細胞后可改變RPE細胞的代謝活性,調節血管生成和通透性的生長因子和細胞因子的表達,上調色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)表達,下調VEGF等通透性因子的表達[43]。Hattenbach等[44]研究也發現接受視網膜激光光凝后人RPE細胞中PEDF表達增加。Matsumoto等[45]研究表明視網膜激光光凝后RPE細胞內轉化生長因子-β2(transforming growth factor β2,TGF-β2)表達增加,通過對這些因子的上調或下調恢復病理失衡。相反,平衡破壞會導致PEDF減少和VEGF增加,這些均可促使脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)的病理狀態[45]。同時,研究表明SMLP能抑制促脈絡膜新生血管因子的表達,并上調血管生成抑制劑PEDF的表達,但仍然需要進一步研究以了解其機制[26]。上述研究結果表明,微脈沖激光可能通過調節血管生成調節因子的平衡來逆轉或減少CNV的發生。

4 減輕視網膜炎癥反應

CSC與全身炎癥之間的聯系尚未明確,但鑒于脈絡膜高通透性和滲漏的基本病理機制,有學者對這一病理過程中的炎癥標志進行研究發現,單核細胞與高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)的比率(monocyte to HDL ratio,MHR)以及中性粒細胞與淋巴細胞的比率(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)可以作為急性CSC全身炎癥的觀察指標,且MHR是急性CSC的獨立預測因子[46]。同時,也有研究顯示,纖維蛋白原/白蛋白比值可作為監測急性CSC患者治療和隨訪期間全身炎癥狀態的生物標志物[47]。Matet等[48]研究顯示,與健康對照組相比,急性和慢性CSC患者血清脂鈣蛋白2(一種具有抗炎和促炎作用的急性時相反應物)明顯下降。盡管CSC與視網膜炎癥的關系目前尚未闡明,但較為確定的是視網膜膠質細胞(retinal ganglion cells,RGC)是視網膜炎癥過程中的重要參與者[49-50]。RGC的穩態是調節視網膜血流、水平衡和維持屏障功能的前提條件[51]。既往認為RGC是主要的結構性細胞,而最近研究發現其對維持視網膜環境的穩態至關重要[52]。另有研究證實,微脈沖激光治療后RGC(如Müller細胞)的形態功能得到恢復,與之相關的炎癥病理生物標志物顯著降低[8]。這提示微脈沖激光可能通過減弱RGC的異常活化,減輕視網膜的炎癥反應和神經細胞的損傷等途徑從而減輕黃斑區液體的產生,以達到治療目的。

5 小結

綜上所述,SMLP作為一種完全不同于傳統視網膜激光的新的治療方式,RPE細胞是其作用的主要靶標細胞,其以低于細胞死亡閾值能量水平刺激RPE細胞、促進RPE細胞增殖和遷移及屏障功能修復、上調HSP70的表達,促進視網膜下液排出、改善脈絡膜血管內皮細胞間緊密連接、影響其分泌細胞因子,并能減輕視網膜炎癥反應,從而達到修復血-視網膜屏障、消除視網膜下液、降低脈絡膜通透性及促使脈絡膜功能恢復的作用,有望在臨床上得到更廣泛的應用。