目的 探讨神经生长因子(NGF)对兔眼准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)后角膜神经损伤再生修复的影响。方法 实验研究。将15只(30眼)薄瓣LASIK术后新西兰大白兔随机分为NGF组(NGF治疗)、阳性对照组(人工泪液玻璃酸钠滴眼液治疗)与阴性对照组(0.9%氯化钠溶液滴眼),每组各5只(10眼)。利用共聚焦显微镜分别测量术前,术后1周、1个月、3个月中央角膜上皮下神经密度(SND)、上皮下神经数量及浅基质神经密度、浅基质神经数量,并进行比较。采用重复测量方差分析比较不同时间点及3组之间各神经参数的差异。结果 术前阴性对照组、阳性对照组、NGF治疗组SND分别为(10 801±3 331)μm/mm2、(11 619±3 932)μm/mm2、(12 299±2 622)μm/mm2,上皮下神经纤维数量分别为12.2±3.4、11.6±2.7、13.1±2.7,浅基质神经密度分别为(7 258±1 242)μm/mm2、(8 148±2 462)μm/mm2、(8 984±1 526)μm/mm2,浅基质神经数量分别为8.5±1.4、8.9±2.6、10.1±2.1。与术前相比,3组所有的神经参数在术后1周均明显减少( P<0.01)。与术后1周相比,NGF治疗组SND、浅基质神经密度在术后1个月均上升,而阴性对照组和阳性对照组的SND、浅基质神经密度在术后3个月才开始上升,差异有统计学意义( P<0.01);3组上皮下神经数量在术后3个月开始上升( P<0.05);NGF组和阳性对照组的浅基质神经数量在术后1个月上升(NGF组 P<0.01,阳性对照组 P<0.05),并且NGF组的浅基质神经数量在术后1个月恢复到术前水平。结论 NGF滴眼液对LASIK术后角膜神经的损伤再修复有明显促进作用。
Objective To investigate the effect of nerve growth factor (NGF) eye drops on central corneal nerve regeneration in rabbits after laser in situ keratomileusis (LASIK).Methods This was a experimental study. Fifteen New Zealand white rabbits were randomly assigned to one of three groups: NGF-treatment group, artificial tears hycosan-treatment group (positive control group), and normal saline-treatment group (negative control group) with five rabbits in each group, one drop every time and three times per day. The nerve density and the number of central corneal sub-basal and stromal cells were measured by confocal microscopy and were compared before surgery and at 1 week, 1 month, and 3 months after surgery.Analysis of variance was used for comparing the differences at different time points and among the three groups.Results The respective preoperative sub-basal nerve densities (SNDs) in the negative control group, positive control group, and NGF treatment group were 10 801±3 331 μm/mm2, 11 619±3 932 μm/mm2, and 12 299±2 622 μm/mm2. The number of corneal sub-basal nerve fibers were 12.2±3.4, 11.6±2.7, and 13.1±2.7 in the respective groups. In the preoperative corneas, the corneal stromal nerve densities were 7 258±1 242 μm/mm2, 8 148±2 462 μm/mm2, 8 984±1 526 μm/mm2, and the number of corneal stromal nerve fibers were 8.5±1.4, 8.9±2.6, 10.1±2.1 in the respective groups. Compared with preoperative values, nerve parameters in all groups increased at 1 week postoperatively ( P<0.01). Compared with 1 week postoperative, SNDs and corneal stromal nerve densities in the NGF group increased at 1 month, while the control groups increased at 3 months ( P<0.01). The number of sub-basal corneal nerve fibers in all three groups increased at 3 months ( P<0.05). The number of corneal stromal nerve fibers increased at 1 month compared with 1 week postoperative in the NGF group and the positive control group ( P<0.05). However there were no significant changes in the number of corneal stromal nerve fibers between pre- and postoperative 1 and 3 months measurements.Conclusion NGF eye drops promote corneal nerve repair at different periods following LASIK in rabbit eyes.
准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)是目前开展最多的屈光手术, 在我国每年行此手术的患者超过100万, 其安全性和有效性已被大量的研究证实[1]。干眼症是LASIK术后最常见的并发症之一[1], 其在术后早期即可发生并可长期存在, 患者往往需要长期使用人工泪液缓解干眼症状, 严重者还须进行其他相关治疗。干眼的存在对患者和术者双方都造成了极大的困扰[2]。LASIK术后干眼最主要的原因是手术制瓣以及基质切削过程中切断传入感觉神经纤维, 导致上皮细胞神经营养降低、瞬目频率下降、反射性和基础性泪液分泌减少[3]。
神经生长因子(Nerve growth factor, NGF)作为营养因子家族中最重要的神经营养因子[4], 已在其他角膜神经损伤性疾病(如角膜外伤、角膜移植手术)的研究中发现其作用, 并已经进行广泛研究[5, 6, 7]。但到目前为止, 在LASIK领域NGF相关研究鲜见报道。因此本研究探讨NGF是否可促进LASIK术后角膜神经修复生长, 缓解干眼症状, 提高屈光手术的双重满意度。
1.1.1 实验动物 15只新西兰白兔[青岛康大生物科技有限公司提供, 动物生产许可证号:SCXK(鲁) 2012-0005], 体质量3.0~3.5 kg, 排除存在眼病的白兔。
1.1.2 主要试剂 OUP角膜板层刀(法国Moria公司); 眼科准分子激光治疗仪(美国雷赛公司); 角膜共聚焦生物显微镜(HRT-Ⅱ , 德国海德堡公司); 光学显微镜(日本Nikon公司); 激光扫描共聚焦显微镜(LSM710, 德国Zeiss公司)。鼠NGF(mNGF, 厦门未名生物医药有限公司, 生产批号:PVM001)。
1.2.1 手术方法 所有实验兔在手术前1 d均剪除睫毛。术前给予3%戊巴比妥钠1 ml/kg、速眠新0.1 ml/kg肌肉注射诱导全身麻醉, 将实验兔置于手术台上, 滴盐酸丙美卡因滴眼液(美国Alcon公司)进行表面麻醉。制作直径约8.5 mm、厚度100 μ m左右的角膜瓣, 光学区6.0 mm, 切削深度为36 μ m(矫治度数-3.0 D左右)。手术按常规进行, OUP角膜板层刀制作角膜瓣, 采用眼科准分子激光治疗仪激光切削后, 层间BSS液冲洗干净, 复位角膜瓣, 术毕滴林可霉素滴眼液2~3滴。术后戴绷带角膜接触镜进行保护。
1.2.2 分组 纳入行薄瓣LASIK手术的新西兰白兔15只(30眼)。随机分为3组:NGF组5只, 术后1 d开始滴用配置的200 μ g/ml的mNGF滴眼液; 阳性对照组5只, 术后1 d开始滴用人工泪液玻璃酸钠滴眼液(德国海露); 阴性对照组5只, 术后1 d开始滴用0.9%氯化钠溶液, 均为3次/d, 每次1滴。术后所有实验兔均滴用0.5%左氧氟沙星滴眼液(美国Allergan公司)和0.1%氟米龙滴眼液(美国Allergan公司), 3次/d, 持续1周。阳性对照组在术后1个月、阴性对照组在术后2个月分别有1只眼感染, 使用激素和抗生素抗感染, 数据统计时予以剔除。
术前, 术后1周、1个月、3个月经共聚焦显微镜测量双眼中央角膜上皮下、浅基质的神经纤维数量及神经密度。每只眼上皮下神经、浅基质神经均拍摄约100张, 所有操作均由同一位检查者完成, 操作过程中共聚焦探头眼杯的中央需同角膜平面平行接触, 否则连续长纤维有可能被误认为是短纤维[8]。选取图像质量最好、可见神经最多的图片, 使用半自动图片分析软件(ImageJ软件的附加程序NeuronJ)追踪并计算神经密度以及数量[9, 10]。共聚焦显微镜拍摄的区域为400 μ m× 400 μ m, Image J软件打开的图片大小为384像素× 384像素, 因此使用400/384 μ m/像素(384像素× 384像素)作为校准系数计算拍摄区域单位面积内的神经密度以及神经数量[11]。
实验研究。使用SPSS 19.0软件进行统计学分析, 所有数据均进行正态性检验, 且符合正态分布, 数据用x± s表示。采用重复测量方差分析比较组间和不同时间点数据差异是否有统计学意义。若组间与时间之间存在交互作用, 同一时间点的不同组间比较采用单因素方差分析, 组内不同时间点比较采用单组重复测量方差分析, 若方差分析整体比较差异有统计学意义, 则进一步使用LSD-t检验比较2个时间点或任2组间的差异。以P< 0.05为差异有统计学意义。
术前阴性对照组、阳性对照组、NGF治疗组中央角膜上皮下神经密度(Subbasal nerve density, SND)差异无统计学意义(F=0.48, P> 0.05); 浅基质神经密度3组间差异也无统计学意义(F=2.16, P> 0.05)。
术后各时间点3组间上皮下或浅基质神经密度差异均有统计学意义(P< 0.05), 并且NGF组中央角膜SND、浅基质神经密度在术后各时间点均大于阴性对照组和阳性对照组, 差异具有统计学意义(P< 0.05), 而在阳性对照组与阴性对照组中央角膜SND、浅基质神经密度差异无统计学意义(P> 0.05)。与术前相比, 3组中央角膜SND及浅基质神经密度在术后1周、1个月和3个月均减少, 差异有统计学意义(P< 0.01); 与术后1周相比, NGF组SND、浅基质神经密度在术后1个月开始上升, 其中SND术后3个月恢复到术前的62.5%, 浅基质神经密度术后3个月恢复到术前84.7%, 差异有统计学意义(P< 0.01); 而阳性对照组与阴性对照组均在术后3个月开始有统计学意义上升(P< 0.01)。见表1-2。
术前阴性对照组、阳性对照组和NGF治疗组3组间角膜上皮下神经数量差异无统计学意义(F=0.67, P> 0.05); 浅基质神经数量3组间差异也无统计学意义(F=1.56, P> 0.05)。
NGF组上皮下和浅基质神经数量在术后各时间点均大于阳性对照组和阴性对照组, 并且差异具有统计学意义(P< 0.01), 而在阳性对照组与阴性对照组上皮下神经数量差异无统计学意义(P> 0.05)。
与术前相比, 3组角膜上皮下神经数量在术后1周、1个月和3个月均减少, 差异有统计学意义(P< 0.01); 浅基质神经数量在术后1周均减少(P< 0.05), NGF治疗组在术后1个月和3个月, 与术前差异无统计学意义(P> 0.05), 而对照组角膜浅基质神经数量直到术后3个月仍显著低于术前, 差异有统计学意义(阳性对照组P< 0.05, 阴性对照组P< 0.01)。与术后1周相比, 3个实验组上皮下神经数量均在术后3个月上升, 差异有统计学意义(P< 0.05); NGF组和阳性对照组浅基质神经数量在术后1个月上升, 差异有统计学意义(P< 0.05), 阴性对照组的角膜浅基质神经数量在术后各时间点间差异均无统计学意义(P> 0.05)。见表3-4。
术后1周NGF组角膜中央已有新生神经生长, 而其他2组未见新生长神经; 术后3个月NGF组可以看到整条的长神经, 并有分支, 其他2组虽可见新生长神经, 但都比较短小, 并且没有分支。见图1。
准分子激光前弹力层下角膜磨镶术(Sub-Bowman′ s keratomileusis, SBK), 即薄瓣LASIK技术, 是利用飞秒激光或机械式显微角膜板层切开刀, 制作厚度介于90~110 mm之间、直径约为8.5 mm的角膜瓣, 角膜瓣各径向的厚度均匀, 呈“ 平板” 形, 每次切割间的误差小于10 mm。由于不同的手术方式, 对角膜神经的损伤以及修复有影响[11, 12], 所以本研究选择对角膜神经损伤较小的薄瓣LASIK手术。角膜共聚焦显微镜作为一种侵入性小、安全有效的检查方法, 目前已广泛应用于评估LASIK术后角膜[13]。使用活体共聚焦显微镜对角膜上皮下和角膜浅基质进行观察, 更全面、准确地评估了角膜神经的整体恢复情况。上皮下神经是指角膜前弹力层之前所有的可见神经纤维束[11], 浅基质神经指的是前1/3基质层的可见神经纤维束。而神经密度则用共聚焦显微镜所拍摄的每平方毫米图像中的神经纤维的总长度来表示, 神经数量指的是每平方毫米图像中的神经纤维的总数量, 并且这些参数的测量和计算已被证明具有较好的可重复性和再现性[14]。神经的再生、角膜神经形态的改变与干眼的程度存在明显的相关性[15, 16]。LASIK术后干眼及角膜上皮营养不良发生的核心原因是手术制瓣和基质切削等操作造成角膜感觉神经的部分离断[17, 18]。手术对神经的破坏造成上皮细胞神经营养降低、角膜知觉能力下降、瞬目频率下降, 泪液蒸发量增加、反射性和基础性泪液分泌减少[3]。
NGF是发现最早、最典型、研究最多的一种神经营养因子[4]。早在1993年就发现NGF能促进体外细胞培养的兔角膜上皮细胞以及角膜缘干细胞克隆有丝分裂, 加速其生长和分化[19]。并且随后几年便有学者将其用于预防术后角膜基质混浊以及神经营养性角膜溃疡, 结果显示效果良好[5, 20, 21, 22]。
本研究中3组在术后1周、1个月和3个月SND和角膜浅基质神经密度均减少。说明手术对于角膜中央神经有较大影响。在对照组中术后3个月中央角膜SND和浅基质神经密度才开始大于术后1周(P< 0.01), 这与以往研究结果[23]一致。然而术后滴用NGF后, 角膜中央神经在术后1个月明显升高, 其中SND术后3个月恢复到术前的62.5%, 浅基质神经密度术后3个月恢复到术前84.7%, 并且角膜神经密度在术后任意时间点都大于对照组。这说明NGF可促进LASIK术后角膜神经的恢复, 在术后早期有可能降低术后干眼的发生率。在角膜神经数量方面, 相比术后1周均在术后3个月升高。角膜上皮下神经数量和密度的不同步升高是因为NGF在交感神经元和感觉神经的发育和发展中起着重要的作用, 其促进细胞分化, 决定了轴突的延伸方向[24], 在角膜神经恢复的早期主要是通过被切断神经的断端的延伸萌芽[25], 所以在术后1个月角膜神经密度增加的时候, 角膜神经的数量却没有大幅度增加。玻璃酸钠滴眼液(海露)的主要成分是玻璃酸钠, 其物理状态为无色澄明的黏稠液体。玻璃酸钠能与纤维连结蛋白结合, 加速上皮细胞的粘附和延展, 具有较好的保水作用, 但是对角膜神经没有直接作用, 所以NGF组术后角膜神经和角膜密度均大于阳性对照组。3组角膜浅基质神经数量在术后1周明显减少, 与术后1周相比, NGF组浅基质神经数量在术后1个月上升, 并且在术后1、3个月与术前比较, 差异无统计学意义。浅基质神经比上皮下神经恢复得快, 是因为浅基质神经的恢复有赖于残存的深部基质神经垂直生长, 而角膜上皮下神经只能依赖于角膜瓣蒂的周边平行长入, 神经长入角膜中央需要的时间比浅基质神经久。在活体共聚焦显微镜观察中, NGF组术后3个月角膜神经明显多于其他2组, 这提示NGF可能具有更好的角膜神经恢复效果, 而人工泪液缺乏营养因子, 只是模仿泪液成分, 只能缓解眼表的干燥症状, 不能从病因上治疗干眼。
本研究比较了NGF、人工泪液和0.9%氯化钠溶液对LSAIK术后角膜神经再生的影响, 提示NGF有可能促进角膜神经的再生, 增加了角膜敏感性, 瞬目增多, 增加了泪液分泌, 可以缓解术后早期干眼症状。故术后补充角膜神经生长的营养因子对角膜神经的恢复尤为重要。NGF的发现为我们在临床上治疗LASIK相关干眼提供了新的思路。对于给药时机和时间, 本研究采用术后1 d开始用药, 持续用药至术后3个月, 但术后1 d并不一定是最佳给药时机, 由于NGF具有明显的抗凋亡功能, 抑制神经细胞发生凋亡[26], 因此以后可以研究术前、术中、术后开始用药对术后角膜神经再生的影响, 以及探索最佳给药持续时间。本研究采用的NGF探索性浓度为200 μ g/ml, 在今后的实验中, 应研究治疗LASIK术后干眼的最佳药物浓度。另外, 本研究只测量了角膜神经的变化, 缺乏干眼的诊断指标, 进一步的研究应包含基本干眼参数指标以及泪新月的测量以全面评估角膜神经生长和干眼的关系[27]。
利益冲突申明 本研究无任何利益冲突
作者贡献声明 张莎莎:选题、设计及资料的分析和解释; 撰写论文; 对编辑部的修改意见进行修改。桂四凤、钱倩、吴震宇、黄逸青、江露:收集数据。胡亮:选题、设计, 修改论文中关键性结果、结论, 对编辑部的修改意见进行修改。余野:手术操作者。瞿佳:选题、设计及资料的分析和解释
The authors have declared that no competing interests exist.
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