氣候性滴狀角膜變性的危險因素及發(fā)病機制的研究進展

華志翔，楊 晉

0引言

氣候性滴狀角膜變性(climatic droplet keratopathy，CDK)是一種與暴露環(huán)境條件密切相關的獲得性角膜退行性疾病，并具有潛在致盲可能。該病特征為中晚期角膜前彈力層和基質層出現(xiàn)明顯的油滴狀沉積物及角膜的帶狀混濁。

早期病例報道中CDK曾被命名為Bietti結節(jié)性變性、角膜球狀變性、慢性光老化性角膜病、布拉多角膜病等[1]。我國學者張金沼也曾于1988年報道于內蒙古發(fā)現(xiàn)一種臨床表現(xiàn)相似的疾病，并命名為蛋白樣角膜變性[2]。這些基于種族、地理、職業(yè)、臨床表現(xiàn)及可能的病因而產生的繁多的命名阻礙了進一步交流。1973年Freedman[3]首次提出“氣候液滴狀角膜變性(CDK) ”一詞，強調了CDK發(fā)生發(fā)展中包括紫外線、干燥、風沙等在內的外部環(huán)境因素的主導作用及角膜前彈力層下滴狀沉積物這一特征性改變。1992年Gray等[1]發(fā)表了一篇CDK相關綜述，系統(tǒng)回顧了早期的同類報道并確定了其相似性，提議使用統(tǒng)一的命名來描述同類疾病，即氣候性滴狀角膜變性(CDK)，并逐漸被學界主流所接受。基于當前研究進展，也有一些學者建議使用環(huán)境性滴狀角膜變性(environmental droplet keratopathy)或環(huán)境相關性角膜蛋白退行性變(environmental proteinaceous corneal degeneration)來取代原有的名稱，但尚未得到共識。

根據臨床和裂隙燈下表現(xiàn)，可將CDK病程分為3個等級，分別對應疾病的早中晚3個時期[3-4]。1級：在裂隙燈下，僅可在患者鼻側或顳側角膜緣見到微小上皮下沉積。2級：角膜上皮下滴狀沉積物逐漸增多，體積增大，并不斷向角膜中央擴展，侵及2/3以上角膜，裂隙燈下瞳孔水平線下方角膜呈哈氣樣改變。3級：疾病晚期，油滴狀沉積物融合成片，呈帶狀橫向覆蓋角膜，有時也可隆起高出正常角膜上皮面，肉眼可見角膜表面琥珀色結節(jié)。此期患者視力嚴重下降且患者角膜敏感性降低，部分患者角膜可有無痛性潰瘍，繼發(fā)感染可導致角膜穿孔[5]。

1 CDK的流行病學及危險因素研究

目前，CDK確切病因不明。自報道以來，一直將流行病學作為致病機制研究的突破點，并取得了一定成果。近年來在內蒙古[4]、阿根廷[6-7]及印度多地[8-9]均有病例報道，而以上高發(fā)病率地區(qū)有相同的干燥、大風、揚塵和長期高紫外線輻射的環(huán)境特質。絕大多數(shù)流行病學調查結果支持CDK的發(fā)生與上述環(huán)境因素有關。戶外暴露職業(yè)如漁民、農民、牧民等是CDK的易感人群，而個體的戶外暴露時間及年齡是CDK的顯著危險因素[6-7]。性別與民族是否為CDK的危險因素尚有爭議。一些流行病學研究觀察到了相同地區(qū)不同民族和性別人群間顯著的患病率差異[6-7]，而我國內蒙古地區(qū)的流行病學研究也支持CDK的發(fā)生與民族有關，與性別無關[4]。此外，一項基于染色體的研究認為CDK患病率與民族無明顯關聯(lián)[10]。CDK患病率在不同性別與民族之間的差異，可能基于社會分工、民族傳統(tǒng)習俗等，首先影響了個體的戶外暴露時間，繼而對CDK的患病率產生影響。

除上述因素外，Suarez等[6]最新研究表明，易感人群的飲食結構異常可能也是導致CDK的原因之一。基于Suarez等對阿根廷4地的調查結果，當氣候、民族、職業(yè)和戶外暴露時間相近時，飲食結構的不合理成為了重要的危險因素。對比其余3個日常以肉類為主食的地區(qū)，日常飲食中肉類的比例較低，蔬菜水果比例較高的4號地區(qū)人群翼狀胬肉和結膜黃斑的發(fā)病率均低于前三者，且CDK患病率為0。在后續(xù)研究中，Suarez團隊檢測了4地受訪者血清抗壞血酸(AA)濃度，結果顯示4號地區(qū)患者血清中AA濃度顯著高于其他3個地區(qū)。另有研究表明，角膜上皮細胞中的AA濃度高于全身任何其他組織，且角膜中高濃度的AA在紫外照射的防護中起重要作用[11-14]。然而由于基因的突變，人類無法自主合成AA，必須依賴外源性的AA攝入來滿足自身營養(yǎng)需求。提示飲食結構的不合理可能是首先通過影響機體整體的AA水平，繼而作用于角膜局部，導致了CDK的發(fā)生。

2 CDK患者的角膜組織形態(tài)學研究

組織形態(tài)學研究對了解疾病的發(fā)展及致病機制有重要意義，自報道以來，較多學者均對當?shù)谻DK患者角膜組織進行了組織形態(tài)學及病理學研究。光鏡下CDK患者角膜HE染色觀察顯示，角膜基質層、前彈力層和上皮細胞下間隙均有大小不等的顆粒狀沉積物[2，15-16]。故早期觀點認為CDK患者的角膜沉積是可溶性血漿蛋白與紫外線發(fā)生光化學反應從而產生的細胞外沉積。隨著顯微技術的進步，CDK患者角膜形態(tài)學研究也逐漸深入。電鏡下CDK患者角膜上皮細胞基本正常，病理損傷處可有局灶性增生、變性或缺如。前彈力層中有滴狀變性物沉積，存在少量變性的上皮細胞，伴細胞核固縮，細胞質電子密度增高，近基底膜部有較高電子密度的沉積[17]。共聚焦顯微鏡下CDK患者角膜除前彈力層和基質內的顆粒狀沉積物外，中晚期患者的間質神經形態(tài)及厚度不規(guī)則，基底下神經叢密度降低[18]。電鏡及共聚焦成像提示CDK患者的角膜沉積并不是早期觀點中的單純的細胞外沉積，其沉積可能首先發(fā)生在變性的成纖維細胞內，在細胞裂解后沉積物外流至細胞外，并相互融合形成大小不一的顆粒狀沉積。這些形態(tài)學上的改變也很好地解釋了中晚期CDK患者角膜敏感性下降，出現(xiàn)無痛性潰瘍的原因。此外，電鏡及共聚焦顯微鏡下觀察均顯示隨病情進展，邊緣區(qū)樹突狀細胞不斷增多，考慮CDK的進展可能也與炎癥反應相關。

3 CDK患者的角膜沉積物研究

CDK的特征表現(xiàn)之一是角膜前彈力層和基質層的油滴樣沉積，早期研究認為沉積物為非膠原蛋白，含有賴氨酸、絡氨酸、精氨酸等蛋白質。蛋白沉積物的組分研究，一直是CDK致病機制的研究重點，但因CDK患者角膜沉積物極難溶解，且不易分離純化，早期對CDK角膜蛋白沉積物的具體組成成分研究進展緩慢。

2000年，F(xiàn)ujii等[19]報道了人α-晶體蛋白的151殘基上的天冬氨酸(Asp)在人體老化過程中由左旋正天冬氨酸(L-α-Asp)轉變?yōu)楫惓５挠倚愄於彼?D-β-Asp)，故認為D-β-Asp多肽的生成與老化相關。在后續(xù)的研究中，利用針對上述多肽的自制抗體，該團隊發(fā)現(xiàn)CDK角膜上皮沉積物中也有異常的晚期糖基化終末產物(AGEs)及D-β-Asp的高表達，而在大泡性角膜炎和間質性角膜炎中未見相關表現(xiàn)，從而推測CDK的發(fā)生和老化進程具有一定相關性[20-22]。

2008年，Menegay等對CDK患者角膜沉積物行蛋白組學分析后發(fā)現(xiàn)了105種新的蛋白質，主要為細胞外基質(ECM)蛋白和血漿蛋白，其與機體細胞連接、黏附和細胞骨架的調節(jié)及能量代謝等功能相關[23-24]。此外沉積物中同時存在熱休克蛋白(heat-shock proteins，Hsps)和泛素[23]。Hsps作為一種分子伴侶，主要負責將慢性氧化應激導致形成的蛋白質聚集體恢復到其原始折疊狀態(tài)，保持其功能并防止有害的聚集過程[25]。而當超過Hsps的閾值時，小多肽泛素(ubiquitin，Ub)將標記異常蛋白質并泛素化，能夠被蛋白酶體識別并選擇性降解[26]。這一發(fā)現(xiàn)揭示了CDK沉積的出現(xiàn)可能是由于角膜基質層成纖維細胞中蛋白酶體功能受損，導致了Ub結合物和蛋白質沉積物的聚集。而針對熱休克和泛素通路調控進行的藥物開發(fā)，或可為該病提供有效的治療方式[27]。

雖然目前已經鑒定出角膜油滴狀沉積物的一些成分，但對沉積物的具體成分仍有待研究。現(xiàn)階段蛋白組學研究結果僅基于2例患者的滴狀沉積物的樣本，同時文獻發(fā)表時間較為久遠，數(shù)據庫遠不及現(xiàn)在豐富，如能結合最新的激光捕獲顯微切割技術，從CDK患者的角膜中獲得更為純化的沉積物，并通過質譜技術對其進行進一步分析，將能獲得更為深入有價值的研究結果。

4 CDK患者的眼表微環(huán)境研究

基于眼表微環(huán)境的觀點，CDK作為一種眼表疾病，不能簡單理解為一種角膜前彈力層和基質層的蛋白變性，應同時考慮角膜病變的發(fā)生發(fā)展與淚膜、結膜和角膜基質微環(huán)境的共同作用有關。

流行病學研究提示CDK的發(fā)生與環(huán)境因素明確相關，而淚膜作為角膜與外界環(huán)境直接接觸的部分，CDK的發(fā)生與患者淚膜功能之間的關系目前尚不明確。有報道顯示干眼在CDK患者中并不常見[6]，且一項對澳洲原住民的研究顯示CDK與干眼的發(fā)生之間沒有明確的關聯(lián)[28]，但根據本課題組在新疆收集的CDK病例資料顯示(尚未發(fā)表的數(shù)據)，約1/3患者有明確的干眼診斷(Schirmer-Test<5mm/5min)，遠高于正常人群中的比例[29-30]。CDK的發(fā)生是否與淚膜功能障礙和民族差異有關仍有待進一步研究。此外，Suarez等[31]還利用脂質組學研究了CDK患者角膜上皮細胞中的磷脂成分，對比正常的角膜區(qū)域，CDK區(qū)域的角膜上皮細胞內的磷脂總量較低，且有脂質成分缺失。推測是由于氧化應激的增加導致CDK病變角膜上皮細胞及微環(huán)境中的脂質參與反應并被耗竭。

隨著無創(chuàng)淚液采集技術的進步和蛋白組學技術的興起，以淚液成分為代表的眼表微環(huán)境研究逐漸成為眼科研究中的熱點。利用糖肽捕獲技術和蛋白質組學技術，Lei等[32]發(fā)現(xiàn)CDK患者的淚液中有19種未見于其他眼表疾病的N鏈糖基化蛋白，其中5種N鏈糖基化蛋白的水平與健康人群存在顯著差異。而蛋白質的糖基化是一種常見的蛋白翻譯后修飾，對蛋白質的結構和功能有重要影響。同時，糖基化也能通過改變蛋白構象的方式，增強其在水解環(huán)境中穩(wěn)定[33]。這些蛋白的存在代表著CDK患者角膜局部組織的重塑和局部病變的進展，可作為CDK的早期標志物。

除全新的蛋白成分外，CDK患者的淚液中還觀察到大量的細胞促炎性因子，包括白介素(IL)家族中的IL-1b、IL-8及腫瘤壞死因子(TNF-a)和基質金屬蛋白酶(MMPs)[34]。Holopainen等[35]檢測了CDK患者和正常人群淚液標本中MMPs和基質蛋白酶組織抑制劑(TIMP-1)的含量，發(fā)現(xiàn)CDK患者淚液中MMP-2和MMP-9水平升高，MMP-8前體水平下降，TIMP-1水平下降。MMPs是一組結構和功能同源，能降解ECM中多種蛋白成分的內肽酶家族，其中MMP-2/MMP-9是明膠酶，而MMP-8是膠原酶，均可對角膜的基質層造成損害[36]。MMP-2和MMP-9上升及TIMP-1的下降在翼狀胬肉[37-38]、干眼[39]、角膜炎[36]及角膜化學損傷[40]等疾病中均有類似報道，可能提示其在CDK中也有類似的炎性損傷作用。而在CDK中因為某些原因未能正常合成或被耗竭的MMP-8其作用有待進一步證明。上述研究表明非特異性MMPs抑制劑和其他蛋白酶抑制劑或可用于預防CDK的進展。

5小結

綜上所述，CDK是多種因素協(xié)同作用的結果，目前其具體病因尚不完全清楚，其發(fā)病機制有待進一步明確。但多數(shù)研究表明，角膜上皮損傷和氧化應激在CDK中扮演了重要角色。如何避免角膜損傷，延緩甚至逆轉角膜沉積物的生成是預防和治療CDK的有效方法。對流行病學、角膜形態(tài)學、沉積物成分學和眼表微環(huán)境的研究是研究CDK致病機制的重要方向。