芥子气眼部损伤研究进展

刘 菲，王 菲，褚海波

芥子气是一种亲脂和烷化的化学糜烂性毒剂，以液滴态、雾态、蒸汽态长期储存。战争状态可通过多途径中毒，穿透能力强，病程长，易导致大量战斗减员和长期伤残[1]。据资料记载，两伊战争中芥子气眼部损伤率高达77.61%～92.6%[2]。本文就芥子气体内代谢与毒理、眼部损伤的特征及角膜损伤的研究现状作一综述。

1 芥子气体内代谢与毒理作用

芥子气主要通过呼吸道、眼及皮肤等多种途径吸收，可引起局部损伤和全身中毒。全身吸收作用与组织器官的敏感性相关。因其脂溶性扩散、被动性吸收，游离状态的芥子气在血液中存留一般不超过30 min。芥子气作为双功能烷化剂，在体内它能与靶组织中多种大分子（如核酸、蛋白质、脂类）及小分子代谢产物（谷胱苷肽）发生反应。通过烷化亚细胞成分，破坏新陈代谢，引起氧化应激和活性氧的增加。归纳芥子气的毒理机制如下：

1.1 对机体DNA的烷化作用是芥子气损伤的生物学基础即芥子气极易与生物大分子的亲核性原子S、N、O等起烷化反应，形成以共价键结合的不可逆性的烷化产物[3]。

1.2 细胞毒性和遗传毒性是芥子气作用的物质基础 ①芥子气的细胞毒性作用：处于不同生长周期的细胞，对芥子气敏感性不同，S期细胞（DNA合成期）和G2期细胞（合成后期）敏感性最强，处于分裂期（M期）细胞则相对不敏感，因此，增殖旺盛的淋巴细胞、骨髓造血细胞、肠黏膜上皮细胞、睾丸生精细胞等对芥子气最为敏感，且呈现“无生殖能力”状态[4]；此外，处于不同分化阶段的血细胞敏感性也不同，造血干细胞最敏感，幼稚细胞其次，成熟细胞则较不敏感；②芥子气的遗传毒性作用：芥子气抑制细胞有丝分裂，引起染色体损伤，包括断裂、缺失、交换以及各种细胞的突变、癌变、畸变等[5]。

1.3 芥子气对DNA和蛋白质的敏感性不同 芥子气可抑制DNA的合成，延迟细胞分裂。在此期间，蛋白质可继续合成，二者失衡，出现细胞增大，最终导致细胞崩解死亡[6]。

1.4 芥子气体内的毒性作用依赖于离子环境，与细胞内pH值异常有关 脂多糖和炎性介质有增强芥子气的毒性作用[7]。众所周知，芥子气与一般酸碱腐蚀剂、蛋白凝固剂或烧伤的细胞毒作用不同。前者与细胞生化成分作用虽然迅速，但导致细胞损伤和死亡却需要一个过程；后者则迅速杀死细胞。这就是芥子气损伤存有潜伏期的原因。

2 芥子气眼部损伤特征

眼是芥子气最易攻击的靶组织之一。动物实验发现，浓度 370～420 μg/L 的芥子气接触兔眼 2 min，2～6 h 会出现眼睑肿胀、结膜充血、角膜腐蚀、炎细胞浸润，24～72 h反应达到高峰。4 h房水会发生炎细胞反应和氧化应激反应，28 h反应缓解。组织病理学显示，48 h出现角膜上皮细胞脱落、基质水肿、炎细胞浸润。72 h上皮细胞可再生，恢复期1～2周，且依赖于芥子气剂量。3～5周后出现角膜迟发损伤，角膜复发糜烂浸润和新生血管形成分别为25%和40%[8]。芥子气属高度脂溶性，易溶于泪液油性部分，引起功能障碍的主要靶组织是角膜，可与角膜上皮细胞长时间作用[9]。芥子气眼部损害具有潜伏期,潜伏期长短与接触方式密切相关，与接触时间关系次之，越是密切接触者潜伏期越短。眼睛对芥子气的伤害非常敏感，大概是皮肤的10倍，这缘于眼表黏液界面和角膜上皮细胞高代谢率[10]。芥子气人眼损伤的临床表现呈多样化：慢性睑炎、睑板腺异常、干眼、角膜缘缺血、角膜缘干细胞丢失、结膜血管异常、角膜新生血管形成、继发退行性变（脂质和淀粉样沉积、角膜不规则、变形、瘢痕化）。Ghasemi等[11]分析149例芥子气眼部损伤患者，发现畏光、视力减退、干眼、眼异物感、眼烧灼感、眼痛。裂隙灯检查：睑板腺异常、睑腺炎、倒睫、结膜紊乱、角膜缘血管异常改变、角膜缘组织缺失、角膜云翳形成。角膜的变化：上皮细胞和基质紊乱、钙沉积、坏死液化。芥子气眼部损伤可分为三个阶段：急性期持续1～2周，包括结膜炎和角膜水肿；慢性期即角膜伤害的潜伏期；迟发期可造成不可逆的视力损伤或失明。芥子气暴露1 h眼部会出现症状，包括砂粒感、疼痛感及结膜充血。2～6 h角膜上皮细胞开始脱落，导致角膜水肿和视力损伤。芥子气急性损伤后2 d上皮出现再生，基底上皮层需要4～5 d恢复，中度损伤患者可在数周内无典型症状[12]。芥子气损伤患者约1/4～1/2常常产生一种延迟溃烂的角膜病变形式，据报道，潜伏期在1～40年。其致病机理尚不明确。但最通常的临床并发症包括慢性上皮损害，角膜新生血管化，角膜溃烂加重或视力的丧失[13]。芥子气液滴进入眼内2～3 min可透过角膜上皮层进入实质层，6～7 min侵及虹膜。主要表现为浆液性和化脓性炎症、虹膜炎或虹膜睫状体炎，重者为角膜溃疡、穿孔或全眼球炎及永久性失明。

3 芥子气角膜损伤研究现状

芥子气损伤角膜伤口愈合是一个复杂的过程，涉及角膜上皮和细胞因子相互介导的免疫反应，其中白介素-1占主导作用。角膜细胞凋亡是初期上皮伴随基质损伤及全部伤口愈合反应对靶器官的调节过程，包括上皮细胞有丝分裂和迁移、基质细胞坏死、角膜细胞增生、肌纤维母细胞增殖、胶原沉积、炎细胞浸润。细胞因子调节来源于角膜细胞、泪腺或免疫细胞，较长时间内部分角膜难以恢复正常状态[14]。裂隙灯检查，见双侧角膜缘血管呈弯曲改变，角膜全层及邻近周边出现溃疡性角膜病。显微镜下见不规则上皮和基底上皮细胞，前者基质见明显仿锤状角膜细胞，纤维弥漫不均一，并有高反应物质存在[15]。因此，目前国外的主要研究方向是探索慢性和迟发性芥子气角膜病（mustard gas keratopathy，MGK）的基础病理机制和各种治疗的有效性。Kanavi等[16]对MGK患者采用病理和免疫组化（CD31和CD68）研究，认为角膜上皮不规则增厚、退行性改变、上皮基底膜增厚、角膜细胞缺失、角膜Bowman层破坏是角膜组织病理学特征，淀粉样变是角膜最常见的退行性变。所有患者角膜上皮和角膜内皮均有轻、重度受损，前角膜层比后角膜层明显。一组MGK患者测量中央角膜平均厚度、上皮细胞平均厚度、上皮细胞平均密度、角膜细胞平均密度研究，发现上皮细胞前部和基质的角膜细胞明显缺失。显微镜下见基底下神经丛缺乏，基质内出现神经高敏结节，基质神经显著增厚，异常的角膜细胞增多，且伴有淀粉样变，脂质角膜病，后部基质皱褶和上皮细胞多形变[17]。急性期中央角膜损伤严重，角膜缘干细胞正常。2～4周角膜缘基质持续炎症反应，角膜缘干细胞逐渐开始缺失[18]。

Tamar Kadara等[19]认为角膜上皮干细胞最初不是被芥子气损害，而是由附近发生的次发反应导致。这就提示持续的角膜神经支配的损害和慢性炎症的损害起了主要的作用。神经纤维的变性在损伤后数小时从神经末梢以Wallerian变性方式开始。这与Blodi在第一次世界大战和Pleyer在两伊战争中对人类芥子气受害者的表现和角膜感觉缺失的报道相符，芥子气伤亡者中神经营养性角膜炎确实与角膜感觉的下降有关。相对于角膜上皮的快速修复，角膜神经的修复过程被描述得相对缓慢，大约需要数月至数年。最近有报道显示神经生长因子除了对神经再生有影响外对角膜缘干细胞更加垂爱[20]。这样角膜缘神经支配的病损可能会诱导干细胞龕生长因子的缺乏，从而引发凋亡和级联的第二次病理过程。这提示了不论是慢性炎症还是病损的神经引起的生长因子的缺乏都会造成病理性上皮干细胞龕，从而导致了一个持续性的死亡。上皮干细胞的缺失随着时间延长激发了一个级联的二次病程，表现为结膜化、新生血管形成和上皮的损害最后导致视力受损。目前还不清楚病理过程中的每个因素的作用和对于迟发性损伤的发展是否必须。当抗炎治疗减轻了芥子气的急性损伤和延迟了迟发损伤，另外的治疗需要阻止芥子气受害者的视力损失。

近年来，随着人们对MGK的认识和重视，许多专家在努力攻克芥子气预防与治疗的技术难题。建立芥子气兔角膜损伤模型，应用组织染色、基底膜电镜、免疫荧光进行基质金属蛋白酶-9检测，实验表明，土霉素或水凝胶可加快芥子气损伤角膜的愈合速度[21]，使基质金属蛋白酶-9减少，角膜厚度恢复和新生血管范围缩小，伤口愈合明显改善。据文献报道，胸腺素β4可加快角膜伤口愈合，有助于表皮细胞再生和抗炎介质调节，可用于治疗MGK和眼外伤[22]。体外试验发现，胸腺素β4可刺激结膜上皮细胞迁移，导致粘着斑形成和细胞外层粘连蛋白-5沉积。细胞迁移的增加可能与粘连蛋白-5产生有关[23]。现已初步共识，对MGK的最有效的治疗是板层角膜移植术和角膜缘干细胞移植术[24]。

总之，呼吸道、眼部及皮肤是芥子气吸收的主要入径。对机体DNA的烷化作用及细胞毒性和遗传毒性是芥子气重要的毒理机制。芥子气角膜损伤可分为急性期、慢性期、迟发期，这是芥子气角膜损伤独有的临床特征。芥子气角膜损伤的病理生理机制尚不清楚，预防和治疗目前仍是难以克服的技术难题。

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