白内障超声乳化吸除术眼内液中细胞因子的改变

耿文静 季敏 苏舒 管怀进

白内障是全球首位的致盲性眼病,在中国有56.7%的致盲和视力损伤患者是由白内障引起。白内障超声乳化吸除术凭借组织损伤小、切口愈合快、术后屈光状态稳定等优点逐步推广。

白内障超声乳化吸除术不可避免地损伤了血-眼屏障，细胞因子从血液中渗漏进入前房或由周围的细胞局部产生，植入的人工晶状体还会引发机体的异物反应，募集并激活炎症细胞。巨噬细胞、单核细胞、成纤维细胞等进入前房分泌更多的细胞因子，超声乳化术后残留的晶状体上皮细胞也会合成细胞因子。眼内多种细胞因子的相互作用又进一步加重血-眼屏障的损伤。眼内液中细胞因子的改变可能会导致超声乳化术后发生黄斑水肿，加重年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)、糖尿病性黄斑水肿(diabetic macular edema,DME)、糖尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)等。

一、细胞因子概述

细胞因子是由多种细胞合成分泌的小分子多肽或糖蛋白，具有自分泌、旁分泌和内分泌活性，通过与靶细胞上的受体结合而引起各种反应，具有控制细胞的增殖和分化、调节血管生成、参与免疫应答和介导炎症反应等多种功能。细胞因子主要有干扰素、白介素、趋化因子、集落刺激因子和肿瘤坏死因子等五大类[1]。人体内各种细胞因子均可在房水和玻璃体中检测出。有文献报道[2]未做手术的白内障患者眼内液中含有白细胞介素1(interleukin-1，IL-1)、白细胞介素2(interleukin-2，IL-2)、白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)、白细胞介素8(interleukin-6，IL-8)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等多种细胞因子。白内障术后由于手术机械损伤、血-眼屏障的破坏及人工晶状体的异物抗原性,房水和玻璃体液中原有的一些细胞因子会产生变化,并会诱导产生新的细胞因子。

二、白内障超声乳化术后眼内液中细胞因子的变化

超声乳化术中及术后24 h内眼内细胞因子就会发生显著改变。Liu等[3]收集了35例年龄相关性白内障患者超声乳化术前和术后2 min的房水，术后2 min房水中PGE2为(129.3±99.5)pg/ml，与术前相比增加了87.9%。Tu等[4]收集了37例白内障患者超声乳化术前和术后18 h的房水，术前房水中IL-6、IL-8、IFN-γ、TNF-α分别为42 pg/ml、24 pg/ml、4 pg/ml、3 pg/ml，术后18 h明显增加至413 pg/ml、1029 pg/ml、24 pg/ml、21 pg/ml。细胞因子不仅术中及术后早期就有改变，而且可持续很长时间。Kawai等[5]收集了21例白内障患者超声乳化术前和术后17个月的房水，术后17个月的房水中MCP-1、IL-8、TNF-α均比术前明显升高。Patel[6]等收集了6例糖尿病性白内障患者术前和术后1 d、1周、1个月、3个月的房水，VEGF在术后第1天从6 pg/ml上升至723 pg/ml，1周时降至113 pg/ml，到1个月时增加至179 pg/ml。肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)从119 pg/ml增加至1214 pg/ml。白细胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β和色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)在术后第1天急剧升高，随后的1个月下降至基线。促血管生成因子VEGF和HGF升高，而抗血管生成因子PEDF下降，保护功能减弱，这可能解释了术后发生黄斑水肿的原因。这些细胞因子的改变可能与糖尿病性白内障患者术后黄斑水肿、视网膜病变进展密切相关。上述细胞因子在白内障超声乳化术后发生改变且互相影响，构成了复杂的细胞因子调控网络，从而影响白内障术后下述并发症的发生和发展。

三、白内障超声乳化术后并发症与细胞因子的关系

1.黄斑囊样水肿(cystoid macular edema,CME) CME是白内障术后视力不良的主要原因之一。据报道，白内障超声乳化术后CME的发生率从4%～11%不等[7，8]，发病的高峰期是术后4～6周。具体发病机制尚不明确, 但细胞因子的改变是其主要因素。超声乳化术后多种细胞因子表达升高, 通过增强免疫细胞的迁移破坏了血-眼屏障并使血管通透性增加。细胞内外的液体异常聚集,形成黄斑区外丛状层和内核层典型的囊样改变及视网膜增厚。活化的内皮细胞、小胶质细胞、浸润性单核细胞和视网膜Müller细胞是视网膜中促炎因子的主要来源[9]。Chu等[10]收集了288例白内障患者超声乳化术前的房水，术后4周CME的发生率为8.13%，与无CME组比较，CME组IL-1β(5.0 pg/ml)、IL-6(17.0 pg/ml)、MCP-1(134.0 pg/ml)和VEGF(76.0 pg/ml)明显升高，而IL-10(5.0 pg/ml)明显降低。其中IL-1β、IL-6、MCP-1是重要的促炎因子，而IL-10是一种由单核/巨噬细胞产生的抗炎因子。IL-10通过抑制细胞因子受体的激活和表达来减少促炎因子IL-1和TNF-α等的合成，从而抑制炎症[11]。此外，IL-10还可以通过下调VEGF的表达来阻止血管生成[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内障超声乳化术后黄斑厚度改变及CME发生的主要原因并具有潜在的预测CME的价值。

术前有DR，术后眼前节炎症反应较重的糖尿病患者，DR进展更快，DME的发生率更高(20%～30%)[13]。大量研究表明VEGF增强血管通透性可能是DME发生的主要原因。其中VEGF-A是VEGF亚型中血管生成的关键调节剂，它与两种酪氨酸激酶受体，即血管内皮生长因子受体VEGFR-1和VEGFR-2结合，通过增加细胞旁和跨细胞的通透性来介导血管的高通透性。检测眼内液中的VEGF可以作为预测DME的一种手段。DME患者房水和玻璃体液中的VEGF均明显升高。Funatsu等[14]将白内障术后黄斑水肿的严重程度分为无黄斑水肿(NME)、局灶性黄斑水肿(FME)、弥漫性黄斑水肿(DME)3级，并收集了54例糖尿病性白内障患者超声乳化术前的房水。术后发生NME的患者房水中VEGF为68.7 pg/ml，FME患者VEGF为98.4 pg/ml，DME患者VEGF为148.7 pg/ml。提示房水中VEGF越高，黄斑水肿的程度越重。Funatsu[15]还收集了53例DME患者的玻璃体液，术后FFA检查发现：黄斑部强荧光组VEGF为1712.4 pg/ml，弱荧光组为533.6 pg/ml，表明糖尿病患者玻璃体液中VEGF水平也与DME的严重程度相关。以上研究提示糖尿病患者房水和玻璃体液中VEGF均参与了白内障术后DME的发生和发展，并有预测DME发生的价值。

除VEGF外，还有IL-6、MCP-1、IL-8、PEDF等细胞因子参与了DME的发病。IL-6是一种在炎症级联反应中广泛发挥作用的细胞因子，可能通过诱导VEGF的表达间接导致血管通透性的增加。Funatsu等[16]收集了104例糖尿病性白内障患者术前的房水，术后6个月29%的患者DME加重，发现房水中IL-6与黄斑部荧光素渗漏增加有关。另一研究也证实了这一发现，Kyung等[17]收集了50例糖尿病性白内障患者超声乳化术前的房水，发现OCT上黄斑中心凹厚度的增加与房水中IL-6有关。另一项研究[18]提示在单次使用抗VEGF药物治疗9.6周后DME会复发，此时房水中VEGF浓度已经很低，但IL-6却明显增高，提示DME的复发是通过IL-6而不是VEGF介导的。

MCP-1是一种趋化因子，可诱导单核/巨噬细胞向组织浸润。单核/巨噬细胞刺激血管壁，增加了血管通透性导致DME[19]。玻璃体中MCP-1与DME的严重程度显著相关，Funatsu等[15]发现黄斑部强荧光和弱荧光DME患者玻璃体中MCP-1分别为2116.8 pg/ml和1264.6 pg/ml。最近的研究也发现，房水中MCP-1的升高与活动期DME有关，Funk等[20]收集了10例弥漫性DME患者玻璃体腔注射贝伐单抗前的房水。DME患者和对照组房水中MCP-1分别为1513 pg/ml和512.64 pg/ml，弥漫性DME患者房水中MCP-1明显升高。

IL-8是一种由缺血视网膜内皮细胞和胶质细胞产生的促炎和促血管生成的细胞因子。IL-8作用于趋化因子受体CXCR1和CXCR2，可诱导炎症并促进血管生成[21]。多项研究表明，与无DME的糖尿病患者相比，合并DME的糖尿病患者房水中IL-8明显升高[18-20]。此外，Sohn等[22]收集了11例DME患者玻璃体腔注射贝伐单抗之前和之后4周的房水，注射前和注射后房水中IL-8分别为23.9 pg/ml和23.6 pg/ml，水平不受影响。因此，IL-8在DME的发生发展中起作用，但目前玻璃体内抗VEGF药物不能治疗IL-8诱导的DME，IL-8有望成为治疗DME的新靶点。

PEDF是目前已知最强的新生血管抑制剂，PEDF可以抑制视网膜炎症，防止血-视网膜屏障破坏。DME组患者玻璃体液中PEDF明显低于非糖尿病组， Funatsu等[15]发现FFA显示强荧光DME患者的玻璃体液中PEDF(2.47 ng/ml)明显少于弱荧光患者(4.73 ng/ml)。据报道[23]，玻璃体内注射1.5 μg PEDF显著降低了DR动物模型的视网膜血管通透性，同时增加了内皮细胞紧密连接的主要成分—视网膜中的封闭蛋白水平。此外，PEDF沉默后，视网膜Müller细胞产生的VEGF明显增加。这些研究结果表明，PEDF是一种内源性炎症抑制剂，可以阻断炎症因子的表达和作用，有助于降低血管通透性。

目前的研究提示，一个庞大的信号通路网络导致DME的发展，更全面地了解DME发展所需的细胞因子会更有针对性、更有效的治疗DME，研究针对更多靶点的治疗药物是必要的。

2.AMD AMD是最常见的导致老年人中心视力丧失的视网膜退行性疾病。白内障超声乳化术后AMD发生的风险增加，疾病进程加快[24]。晚期AMD分为两种亚型：地图样萎缩或干性AMD和新生血管性AMD(neovascular age-related macular degeneration,nAMD)。nAMD的特征是黄斑下的脉络膜新生血管(choroidal neovascularization, CNV)，它是由视网膜外层细胞和RPE损伤引起的一系列促炎和促血管生成反应驱动。异常的新生血管导致nAMD晚期视网膜下出血、渗出性病变、视网膜脱离和纤维瘢痕的形成，继而导致黄斑功能和视力的永久性下降。一些研究认为VEGF在CNV中起核心作用，促进AMD新生血管形成。Tong等[25]收集了12例nAMD患者玻璃体腔注药前的房水，房水中VEGF(668.9 pg/ml)与对照组(108.3 pg/ml)相比明显升高。然而也有研究发现nAMD患者眼内的VEGF水平正常或仅轻微升高。Jonas等[26]发现nAMD患者房水中VEGF(107.7±73.0 pg/l)与对照组(71.5±94.7 pg/l)相比，差异不具有统计意义。Philipp的研究支持这一结果[27]，他根据临床AMD分期系统(CARMS)将72例不同阶段的AMD患者分为5级。CARMS3级和5级患者房水中VEGF分别为(73.2±34.5)pg/ml和(68.8±33.5)pg/ml，与对照组相比轻微升高,不具有统计意义。因此眼内VEGF是否是CNV形成的触发因素尚无定论。CNV除受VEGF外还受许多其他细胞因子的影响。

Tatsuya等[28]发现AMD患者房水中，MCP-1、IL-6、ICAM-1水平均明显高于对照组。单核细胞的募集是炎症和血管生成过程启动的早期步骤，而MCP-1在单核/巨噬细胞的迁移和渗入过程中起着重要的调节作用。Patel等[29]对nAMD患者手术切除的黄斑下新生血管的组织学检查显示，巨噬细胞位于RPE萎缩、Bruch膜破裂和脉络膜新生血管形成的区域。提示MCP-1在黄斑中心凹下脉络膜新生血管的形成中起重要作用。

Hoekzema等[30]发现在葡萄膜炎大鼠模型中，玻璃体内注射IL-6导致血浆蛋白大量渗入前房，并破坏血-眼屏障。在激光诱导的小鼠CNV模型中，IL-6受体的中和抑制了炎症分子的表达，提示IL-6促进了CNV[31]。Tatsuya等[28]收集了13例AMD患者的房水，房水中IL-6为45 pg/ml，约为对照组的3倍。

细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)是种重要的粘附分子,属于免疫球蛋白超家族成员。循环中的ICAM-1参与淋巴细胞和嗜酸性粒细胞的募集，在各种炎症性疾病中升高。Tatsuya等[28]研究发现，ICAM-1与眼部炎症相关，定位于AMD患者视网膜下的CNV病变。AMD患者房水中的ICAM-1(8.03 ng/ml)约为对照组(0.69 ng/ml)的10倍。

近年来，玻璃体内注射抗VEGF药物已成为治疗AMD的标准方法，并显著改善了nAMD患者的中心视力。这些药物极大地改变了AMD的病程，将其转化为可控的疾病[32，33]。然而，大多数患者需要频繁的重复注射和定期的随访，其中一部分患者对抗VEGF疗法表现出抗药[34]。因此，有必要研究与抗VEGF治疗相关的替代靶点和干预策略。

3.DR 糖尿病最严重的并发症之一是DR。全世界糖尿患者群中DR的发病率为34.6%[35]。糖尿病会加速白内障的形成，糖尿病患者比一般人患白内障的风险高2～4倍[36]。白内障超声乳化术后会导致血管生长因子和抑制因子的失衡，加速DR的进展。Hong等[37]比较了190例糖尿病性白内障患者已施行白内障手术的眼与对侧未手术眼，术眼DR的发生率和进展风险明显高于未手术眼。因此，炎症因子在DR的发生和发展中起重要作用。DR患者细胞因子的研究对于确定未来的风险或替代治疗方案非常重要。

VEGF通过与受体结合后产生多种生物学效应，可诱导封闭蛋白磷酸化，导致视网膜血管通透性增加，引起血浆蛋白外渗，形成纤维蛋白凝胶，促进新生血管生成。VEGF还可以增加ICAM-1的表达，促使视网膜的白细胞瘀滞，形成白细胞栓子，导致视网膜局部缺血、缺氧及新生血管形成，是DR的关键调节因子。大量报道指出，PDR眼的眼内液中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体液，PDR患者玻璃体液中VEGF(2.96 ng/ml)明显高于对照组(0.05 ng/ml)。他根据视网膜新生血管程度，将PDR分为活动期和静止期两组。活动期VEGF(3.93 ng/ml)明显高于静止期(2.17 ng/ml)。提示玻璃体液中VEGF可以评估PDR的活动性。Funastu等[39]的研究也有相同结论，他收集了26例糖尿病性白内障患者的房水和玻璃体液。结果显示，PDR活动期患者房水和玻璃体中VEGF均明显高于静止期PDR患者且与糖尿病视网膜病变的严重程度显著相关。因此，眼内液中VEGF水平有助于预测DR的进展。除VEGF外还有Ang-2、TGF-β、IL-2、IL-5、IL-37等促血管生成细胞因子参与了PDR的发病过程[40]。

IL-1β是导致早期视网膜损伤的重要因子。Wu等[41]将51例糖尿病患者分为NDR、NPDR、PDR3组，在白内障超声乳化术开始前收集房水。结果显示，NPDR组IL-1β(150.63±85.97 pg/l)明显高于NDR组(64.89±42.52 pg/l)，PDR组(218.25±102.36 pg/l)与NPDR组相比无统计意义。NPDR组中IL-1β浓度的增加可能首先促进炎症过程，并触发其他细胞因子的产生。视网膜神经变性先于DR早期的微血管改变，Zeng[42]发现趋化因子CCL3可能与DR早期神经血管损害有关。因此，IL-1β、CCL3是DR早期治疗干预的潜在靶点。随着DR的进展，越来越多的细胞因子升高，表明炎症逐渐加重。

Kyung等[17]研究发现重度NPDR和PDR患者房水中MCP-1分别为1.99 pg/ml和2.53 pg/ml均明显高于非糖尿病患者(0.71 pg/ml)，而重度NPDR和PDR患者之间MCP-1水平无明显差异。提示MCP-1可能在DR增殖前期的发病机制中起重要作用。此外，Abu-El-Asrar[43]报道，在PDR膜的血管内皮细胞和肌成纤维细胞上观察到MCP-1免疫染色增强。MCP-1在介导持续的单核/巨噬细胞浸润导致的慢性炎症性纤维增生性疾病中起关键作用。这些研究表明MCP-1在纤维增生过程中起作用。因此，我们可以推测MCP-1参与了PDR的退行性纤维血管期。即使全视网膜光凝(PRP)治疗导致VEGF的分泌减少和新生血管的消退，纤维化过程仍可以通过表达MCP-1持续发生。纤维化反应可以形成纤维血管膜，其中的肌成纤维细胞可以收缩并导致PDR患者即使在PRP治疗后也会发生顽固性视网膜脱离。

一个复杂的细胞因子网络参与了DR的炎症反应，有推动疾病进展的，也有抑制DR的细胞因子。Kyung等研究发现[17]，与未接受PRP治疗的PDR患者相比，接受PRP治疗的PDR患者房水中的IP-10(121 pg/ml)明显高于未接受治疗的患者(53.1 pg/ml)。已知IP-10可抑制新生血管、肿瘤生长和转移。Elner[44]收集了30例PDR患者玻璃体切除术前的玻璃体液，结果显示非活动期PDR患者玻璃体中干扰素诱导蛋白(interferon-inducible protein-10，IP-10)(16.7±2.6 ng/ml)高于活动期PDR患者(10.4±1.2 ng/ml)，提示IP-10可能起到抑制PDR进展的作用。IP-10有望成为进一步研究和治疗的新靶点。

四、展望

白内障超声乳化手术可以导致眼内液中的多种细胞因子发生显著变化，这些变化导致了白内障术后并发症的发生和发展。但是目前临床上用于靶向治疗的细胞因子只有VEGF，除VEGF外还有许多细胞因子及抗体可以作为治疗的新靶点等待我们去开发。这样才能够全方位、个性化、精准地预防和治疗白内障手术导致的与细胞因子相关的眼部疾病。