白內障超聲乳化吸除術眼內液中細胞因子的改變

耿文靜 季敏 蘇舒 管懷進

白內障是全球首位的致盲性眼病,在中國有56.7%的致盲和視力損傷患者是由白內障引起。白內障超聲乳化吸除術憑借組織損傷小、切口愈合快、術后屈光狀態穩定等優點逐步推廣。

白內障超聲乳化吸除術不可避免地損傷了血-眼屏障，細胞因子從血液中滲漏進入前房或由周圍的細胞局部產生，植入的人工晶狀體還會引發機體的異物反應，募集并激活炎癥細胞。巨噬細胞、單核細胞、成纖維細胞等進入前房分泌更多的細胞因子，超聲乳化術后殘留的晶狀體上皮細胞也會合成細胞因子。眼內多種細胞因子的相互作用又進一步加重血-眼屏障的損傷。眼內液中細胞因子的改變可能會導致超聲乳化術后發生黃斑水腫，加重年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)、糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema,DME)、糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy,DR)等。

一、細胞因子概述

細胞因子是由多種細胞合成分泌的小分子多肽或糖蛋白，具有自分泌、旁分泌和內分泌活性，通過與靶細胞上的受體結合而引起各種反應，具有控制細胞的增殖和分化、調節血管生成、參與免疫應答和介導炎癥反應等多種功能。細胞因子主要有干擾素、白介素、趨化因子、集落刺激因子和腫瘤壞死因子等五大類[1]。人體內各種細胞因子均可在房水和玻璃體中檢測出。有文獻報道[2]未做手術的白內障患者眼內液中含有白細胞介素1(interleukin-1，IL-1)、白細胞介素2(interleukin-2，IL-2)、白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)、白細胞介素8(interleukin-6，IL-8)、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等多種細胞因子。白內障術后由于手術機械損傷、血-眼屏障的破壞及人工晶狀體的異物抗原性,房水和玻璃體液中原有的一些細胞因子會產生變化,并會誘導產生新的細胞因子。

二、白內障超聲乳化術后眼內液中細胞因子的變化

超聲乳化術中及術后24 h內眼內細胞因子就會發生顯著改變。Liu等[3]收集了35例年齡相關性白內障患者超聲乳化術前和術后2 min的房水，術后2 min房水中PGE2為(129.3±99.5)pg/ml，與術前相比增加了87.9%。Tu等[4]收集了37例白內障患者超聲乳化術前和術后18 h的房水，術前房水中IL-6、IL-8、IFN-γ、TNF-α分別為42 pg/ml、24 pg/ml、4 pg/ml、3 pg/ml，術后18 h明顯增加至413 pg/ml、1029 pg/ml、24 pg/ml、21 pg/ml。細胞因子不僅術中及術后早期就有改變，而且可持續很長時間。Kawai等[5]收集了21例白內障患者超聲乳化術前和術后17個月的房水，術后17個月的房水中MCP-1、IL-8、TNF-α均比術前明顯升高。Patel[6]等收集了6例糖尿病性白內障患者術前和術后1 d、1周、1個月、3個月的房水，VEGF在術后第1天從6 pg/ml上升至723 pg/ml，1周時降至113 pg/ml，到1個月時增加至179 pg/ml。肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)從119 pg/ml增加至1214 pg/ml。白細胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β和色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)在術后第1天急劇升高，隨后的1個月下降至基線。促血管生成因子VEGF和HGF升高，而抗血管生成因子PEDF下降，保護功能減弱，這可能解釋了術后發生黃斑水腫的原因。這些細胞因子的改變可能與糖尿病性白內障患者術后黃斑水腫、視網膜病變進展密切相關。上述細胞因子在白內障超聲乳化術后發生改變且互相影響，構成了復雜的細胞因子調控網絡，從而影響白內障術后下述并發癥的發生和發展。

三、白內障超聲乳化術后并發癥與細胞因子的關系

1.黃斑囊樣水腫(cystoid macular edema,CME) CME是白內障術后視力不良的主要原因之一。據報道，白內障超聲乳化術后CME的發生率從4%～11%不等[7，8]，發病的高峰期是術后4～6周。具體發病機制尚不明確, 但細胞因子的改變是其主要因素。超聲乳化術后多種細胞因子表達升高, 通過增強免疫細胞的遷移破壞了血-眼屏障并使血管通透性增加。細胞內外的液體異常聚集,形成黃斑區外叢狀層和內核層典型的囊樣改變及視網膜增厚。活化的內皮細胞、小膠質細胞、浸潤性單核細胞和視網膜Müller細胞是視網膜中促炎因子的主要來源[9]。Chu等[10]收集了288例白內障患者超聲乳化術前的房水，術后4周CME的發生率為8.13%，與無CME組比較，CME組IL-1β(5.0 pg/ml)、IL-6(17.0 pg/ml)、MCP-1(134.0 pg/ml)和VEGF(76.0 pg/ml)明顯升高，而IL-10(5.0 pg/ml)明顯降低。其中IL-1β、IL-6、MCP-1是重要的促炎因子，而IL-10是一種由單核/巨噬細胞產生的抗炎因子。IL-10通過抑制細胞因子受體的激活和表達來減少促炎因子IL-1和TNF-α等的合成，從而抑制炎癥[11]。此外，IL-10還可以通過下調VEGF的表達來阻止血管生成[12]。因此，促炎因子IL-1β、IL-6、MCP-1、VEGF的升高和抗炎因子IL-10的下降可能是非糖尿病患者白內障超聲乳化術后黃斑厚度改變及CME發生的主要原因并具有潛在的預測CME的價值。

術前有DR，術后眼前節炎癥反應較重的糖尿病患者，DR進展更快，DME的發生率更高(20%～30%)[13]。大量研究表明VEGF增強血管通透性可能是DME發生的主要原因。其中VEGF-A是VEGF亞型中血管生成的關鍵調節劑，它與兩種酪氨酸激酶受體，即血管內皮生長因子受體VEGFR-1和VEGFR-2結合，通過增加細胞旁和跨細胞的通透性來介導血管的高通透性。檢測眼內液中的VEGF可以作為預測DME的一種手段。DME患者房水和玻璃體液中的VEGF均明顯升高。Funatsu等[14]將白內障術后黃斑水腫的嚴重程度分為無黃斑水腫(NME)、局灶性黃斑水腫(FME)、彌漫性黃斑水腫(DME)3級，并收集了54例糖尿病性白內障患者超聲乳化術前的房水。術后發生NME的患者房水中VEGF為68.7 pg/ml，FME患者VEGF為98.4 pg/ml，DME患者VEGF為148.7 pg/ml。提示房水中VEGF越高，黃斑水腫的程度越重。Funatsu[15]還收集了53例DME患者的玻璃體液，術后FFA檢查發現：黃斑部強熒光組VEGF為1712.4 pg/ml，弱熒光組為533.6 pg/ml，表明糖尿病患者玻璃體液中VEGF水平也與DME的嚴重程度相關。以上研究提示糖尿病患者房水和玻璃體液中VEGF均參與了白內障術后DME的發生和發展，并有預測DME發生的價值。

除VEGF外，還有IL-6、MCP-1、IL-8、PEDF等細胞因子參與了DME的發病。IL-6是一種在炎癥級聯反應中廣泛發揮作用的細胞因子，可能通過誘導VEGF的表達間接導致血管通透性的增加。Funatsu等[16]收集了104例糖尿病性白內障患者術前的房水，術后6個月29%的患者DME加重，發現房水中IL-6與黃斑部熒光素滲漏增加有關。另一研究也證實了這一發現，Kyung等[17]收集了50例糖尿病性白內障患者超聲乳化術前的房水，發現OCT上黃斑中心凹厚度的增加與房水中IL-6有關。另一項研究[18]提示在單次使用抗VEGF藥物治療9.6周后DME會復發，此時房水中VEGF濃度已經很低，但IL-6卻明顯增高，提示DME的復發是通過IL-6而不是VEGF介導的。

MCP-1是一種趨化因子，可誘導單核/巨噬細胞向組織浸潤。單核/巨噬細胞刺激血管壁，增加了血管通透性導致DME[19]。玻璃體中MCP-1與DME的嚴重程度顯著相關，Funatsu等[15]發現黃斑部強熒光和弱熒光DME患者玻璃體中MCP-1分別為2116.8 pg/ml和1264.6 pg/ml。最近的研究也發現，房水中MCP-1的升高與活動期DME有關，Funk等[20]收集了10例彌漫性DME患者玻璃體腔注射貝伐單抗前的房水。DME患者和對照組房水中MCP-1分別為1513 pg/ml和512.64 pg/ml，彌漫性DME患者房水中MCP-1明顯升高。

IL-8是一種由缺血視網膜內皮細胞和膠質細胞產生的促炎和促血管生成的細胞因子。IL-8作用于趨化因子受體CXCR1和CXCR2，可誘導炎癥并促進血管生成[21]。多項研究表明，與無DME的糖尿病患者相比，合并DME的糖尿病患者房水中IL-8明顯升高[18-20]。此外，Sohn等[22]收集了11例DME患者玻璃體腔注射貝伐單抗之前和之后4周的房水，注射前和注射后房水中IL-8分別為23.9 pg/ml和23.6 pg/ml，水平不受影響。因此，IL-8在DME的發生發展中起作用，但目前玻璃體內抗VEGF藥物不能治療IL-8誘導的DME，IL-8有望成為治療DME的新靶點。

PEDF是目前已知最強的新生血管抑制劑，PEDF可以抑制視網膜炎癥，防止血-視網膜屏障破壞。DME組患者玻璃體液中PEDF明顯低于非糖尿病組， Funatsu等[15]發現FFA顯示強熒光DME患者的玻璃體液中PEDF(2.47 ng/ml)明顯少于弱熒光患者(4.73 ng/ml)。據報道[23]，玻璃體內注射1.5 μg PEDF顯著降低了DR動物模型的視網膜血管通透性，同時增加了內皮細胞緊密連接的主要成分—視網膜中的封閉蛋白水平。此外，PEDF沉默后，視網膜Müller細胞產生的VEGF明顯增加。這些研究結果表明，PEDF是一種內源性炎癥抑制劑，可以阻斷炎癥因子的表達和作用，有助于降低血管通透性。

目前的研究提示，一個龐大的信號通路網絡導致DME的發展，更全面地了解DME發展所需的細胞因子會更有針對性、更有效的治療DME，研究針對更多靶點的治療藥物是必要的。

2.AMD AMD是最常見的導致老年人中心視力喪失的視網膜退行性疾病。白內障超聲乳化術后AMD發生的風險增加，疾病進程加快[24]。晚期AMD分為兩種亞型：地圖樣萎縮或干性AMD和新生血管性AMD(neovascular age-related macular degeneration,nAMD)。nAMD的特征是黃斑下的脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization, CNV)，它是由視網膜外層細胞和RPE損傷引起的一系列促炎和促血管生成反應驅動。異常的新生血管導致nAMD晚期視網膜下出血、滲出性病變、視網膜脫離和纖維瘢痕的形成，繼而導致黃斑功能和視力的永久性下降。一些研究認為VEGF在CNV中起核心作用，促進AMD新生血管形成。Tong等[25]收集了12例nAMD患者玻璃體腔注藥前的房水，房水中VEGF(668.9 pg/ml)與對照組(108.3 pg/ml)相比明顯升高。然而也有研究發現nAMD患者眼內的VEGF水平正常或僅輕微升高。Jonas等[26]發現nAMD患者房水中VEGF(107.7±73.0 pg/l)與對照組(71.5±94.7 pg/l)相比，差異不具有統計意義。Philipp的研究支持這一結果[27]，他根據臨床AMD分期系統(CARMS)將72例不同階段的AMD患者分為5級。CARMS3級和5級患者房水中VEGF分別為(73.2±34.5)pg/ml和(68.8±33.5)pg/ml，與對照組相比輕微升高,不具有統計意義。因此眼內VEGF是否是CNV形成的觸發因素尚無定論。CNV除受VEGF外還受許多其他細胞因子的影響。

Tatsuya等[28]發現AMD患者房水中，MCP-1、IL-6、ICAM-1水平均明顯高于對照組。單核細胞的募集是炎癥和血管生成過程啟動的早期步驟，而MCP-1在單核/巨噬細胞的遷移和滲入過程中起著重要的調節作用。Patel等[29]對nAMD患者手術切除的黃斑下新生血管的組織學檢查顯示，巨噬細胞位于RPE萎縮、Bruch膜破裂和脈絡膜新生血管形成的區域。提示MCP-1在黃斑中心凹下脈絡膜新生血管的形成中起重要作用。

Hoekzema等[30]發現在葡萄膜炎大鼠模型中，玻璃體內注射IL-6導致血漿蛋白大量滲入前房，并破壞血-眼屏障。在激光誘導的小鼠CNV模型中，IL-6受體的中和抑制了炎癥分子的表達，提示IL-6促進了CNV[31]。Tatsuya等[28]收集了13例AMD患者的房水，房水中IL-6為45 pg/ml，約為對照組的3倍。

細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)是種重要的粘附分子,屬于免疫球蛋白超家族成員。循環中的ICAM-1參與淋巴細胞和嗜酸性粒細胞的募集，在各種炎癥性疾病中升高。Tatsuya等[28]研究發現，ICAM-1與眼部炎癥相關，定位于AMD患者視網膜下的CNV病變。AMD患者房水中的ICAM-1(8.03 ng/ml)約為對照組(0.69 ng/ml)的10倍。

近年來，玻璃體內注射抗VEGF藥物已成為治療AMD的標準方法，并顯著改善了nAMD患者的中心視力。這些藥物極大地改變了AMD的病程，將其轉化為可控的疾病[32，33]。然而，大多數患者需要頻繁的重復注射和定期的隨訪，其中一部分患者對抗VEGF療法表現出抗藥[34]。因此，有必要研究與抗VEGF治療相關的替代靶點和干預策略。

3.DR 糖尿病最嚴重的并發癥之一是DR。全世界糖尿患者群中DR的發病率為34.6%[35]。糖尿病會加速白內障的形成，糖尿病患者比一般人患白內障的風險高2～4倍[36]。白內障超聲乳化術后會導致血管生長因子和抑制因子的失衡，加速DR的進展。Hong等[37]比較了190例糖尿病性白內障患者已施行白內障手術的眼與對側未手術眼，術眼DR的發生率和進展風險明顯高于未手術眼。因此，炎癥因子在DR的發生和發展中起重要作用。DR患者細胞因子的研究對于確定未來的風險或替代治療方案非常重要。

VEGF通過與受體結合后產生多種生物學效應，可誘導封閉蛋白磷酸化，導致視網膜血管通透性增加，引起血漿蛋白外滲，形成纖維蛋白凝膠，促進新生血管生成。VEGF還可以增加ICAM-1的表達，促使視網膜的白細胞瘀滯，形成白細胞栓子，導致視網膜局部缺血、缺氧及新生血管形成，是DR的關鍵調節因子。大量報道指出，PDR眼的眼內液中VEGF水平升高。Wang等[38]收集了42例PDR患者和23例非糖尿病患者的玻璃體液，PDR患者玻璃體液中VEGF(2.96 ng/ml)明顯高于對照組(0.05 ng/ml)。他根據視網膜新生血管程度，將PDR分為活動期和靜止期兩組。活動期VEGF(3.93 ng/ml)明顯高于靜止期(2.17 ng/ml)。提示玻璃體液中VEGF可以評估PDR的活動性。Funastu等[39]的研究也有相同結論，他收集了26例糖尿病性白內障患者的房水和玻璃體液。結果顯示，PDR活動期患者房水和玻璃體中VEGF均明顯高于靜止期PDR患者且與糖尿病視網膜病變的嚴重程度顯著相關。因此，眼內液中VEGF水平有助于預測DR的進展。除VEGF外還有Ang-2、TGF-β、IL-2、IL-5、IL-37等促血管生成細胞因子參與了PDR的發病過程[40]。

IL-1β是導致早期視網膜損傷的重要因子。Wu等[41]將51例糖尿病患者分為NDR、NPDR、PDR3組，在白內障超聲乳化術開始前收集房水。結果顯示，NPDR組IL-1β(150.63±85.97 pg/l)明顯高于NDR組(64.89±42.52 pg/l)，PDR組(218.25±102.36 pg/l)與NPDR組相比無統計意義。NPDR組中IL-1β濃度的增加可能首先促進炎癥過程，并觸發其他細胞因子的產生。視網膜神經變性先于DR早期的微血管改變，Zeng[42]發現趨化因子CCL3可能與DR早期神經血管損害有關。因此，IL-1β、CCL3是DR早期治療干預的潛在靶點。隨著DR的進展，越來越多的細胞因子升高，表明炎癥逐漸加重。

Kyung等[17]研究發現重度NPDR和PDR患者房水中MCP-1分別為1.99 pg/ml和2.53 pg/ml均明顯高于非糖尿病患者(0.71 pg/ml)，而重度NPDR和PDR患者之間MCP-1水平無明顯差異。提示MCP-1可能在DR增殖前期的發病機制中起重要作用。此外，Abu-El-Asrar[43]報道，在PDR膜的血管內皮細胞和肌成纖維細胞上觀察到MCP-1免疫染色增強。MCP-1在介導持續的單核/巨噬細胞浸潤導致的慢性炎癥性纖維增生性疾病中起關鍵作用。這些研究表明MCP-1在纖維增生過程中起作用。因此，我們可以推測MCP-1參與了PDR的退行性纖維血管期。即使全視網膜光凝(PRP)治療導致VEGF的分泌減少和新生血管的消退，纖維化過程仍可以通過表達MCP-1持續發生。纖維化反應可以形成纖維血管膜，其中的肌成纖維細胞可以收縮并導致PDR患者即使在PRP治療后也會發生頑固性視網膜脫離。

一個復雜的細胞因子網絡參與了DR的炎癥反應，有推動疾病進展的，也有抑制DR的細胞因子。Kyung等研究發現[17]，與未接受PRP治療的PDR患者相比，接受PRP治療的PDR患者房水中的IP-10(121 pg/ml)明顯高于未接受治療的患者(53.1 pg/ml)。已知IP-10可抑制新生血管、腫瘤生長和轉移。Elner[44]收集了30例PDR患者玻璃體切除術前的玻璃體液，結果顯示非活動期PDR患者玻璃體中干擾素誘導蛋白(interferon-inducible protein-10，IP-10)(16.7±2.6 ng/ml)高于活動期PDR患者(10.4±1.2 ng/ml)，提示IP-10可能起到抑制PDR進展的作用。IP-10有望成為進一步研究和治療的新靶點。

四、展望

白內障超聲乳化手術可以導致眼內液中的多種細胞因子發生顯著變化，這些變化導致了白內障術后并發癥的發生和發展。但是目前臨床上用于靶向治療的細胞因子只有VEGF，除VEGF外還有許多細胞因子及抗體可以作為治療的新靶點等待我們去開發。這樣才能夠全方位、個性化、精準地預防和治療白內障手術導致的與細胞因子相關的眼部疾病。