共焦显微镜——开启干眼诊疗的细胞水平时代
曾庆延, 杨帆
1.430024 武汉爱尔眼科医院汉口医院(曾庆延)
2.410015 长沙,中南大学爱尔眼科学院(曾庆延,杨帆)
通讯作者:曾庆延(ORCID:0000-0002-2478-9590),Email:zengqingyan@csu.edu.cn
摘要

活体共焦显微镜(IVCM)能活体无创观察角膜上皮、基质细胞、免疫炎症细胞、神经,以及结膜、睫毛毛囊、睑板腺等组织结构,并进行客观量化分析,从而帮助从细胞水平对干眼进行早期诊断、细化分型、明确病因、治疗指导、预后判断等,为干眼诊疗开启了一个全新的时代。

关键词: 活体共焦显微镜; 眼表疾病; 干眼; 睑板腺功能障碍
In Vivo Confocal Microscopy — the Cellular Level Era for the Management of Dry Eye
Qingyan Zeng1,2, Fan Yang2
1.Hankou Aier Eye Hospital, Wuhan 430024, China
2.Aier School of Ophthalmology, Central South University, Changsha 410015, China
Corresponding author:Qingyan Zeng, Hankou Aier Eye Hospital, Wuhan 430024, China; Aier School of Ophthalmology, Central South University, Changsha 410015, China (Email: zengqingyan@csu.edu.cn)
Abstract

In vivo confocal microscopy (IVCM) provides non-invasive, in vivo assessment of the corneal epithelium, keratocytes, inflammatory cells, nerves, conjunctival epithelium, follicles, and meibomian glands, along with objective quantitative analysis. Based on the changes at the cellular level, these assessments make an effective basis for the determining the etiology, early and subtype diagnosis, treatment direction, and prognosis evaluation of dry eye. These advances constitute the beginning of a new era for the management of dry eye disease.

Keyword: in vivo confocal microscopy; ocular surface diseases; dry eye; meibomian gland dysfunction

活体共焦显微镜(In vivo confocal microscopy, IVCM)以其非侵入性、高分辨率、高放大倍数的优点, 可对眼部组织进行深层次、细胞水平的三维活体观察研究。1985年IVCM首次用于观察角膜[1], 2005年, IVCM拓展到结膜, 用于观察睑板腺等组织结构, 为眼表疾病尤其是干眼的研究开启了全新的视野[2]。以In vivo confocal microscopy, Ocular surface, Dry eye, Meibomian gland等主题词在Pubmed上检索, 2005-2017年间已发表相关文献近300余篇, 尤其近3年, 每年发表文献达50篇, 涉及干眼相关组织结构变化、发病机制、诊断分型、评估预后等方方面面, 展现其在干眼基础研究及临床应用方面的巨大价值。

干眼研究是一个历久弥新的领域, 临床工作中面临很多亟待解决的问题。例如, 水液缺乏型干眼(Aqueous deficient dry eye, ADE)病因繁杂, 缺乏具有高特异性、高敏感性和重复性及准确性较好的诊断指标; 又如干眼中最常见的蒸发过强型(Evaporative dry eye, EDE), 多数是由睑板腺功能障碍(Meibomian gland dysfunction, MGD)引起, 但MGD发病机制迄今为止尚不清楚, 炎症在其中扮演的作用正在引起人们的关注, 但缺乏系统证据研究; 早期MGD患者往往无症状或症状与体征相分离, 目前所采用的裂隙灯显微镜下检查评估指标缺乏客观性与可重复性, 可能延误诊治; 对干眼治疗效果以及预后评估缺乏有效指标, 临床治疗适应证的选择及终点不清, 给患者增加不必要的精神和经济负担。因此, 在干眼临床诊疗中急需更为敏感、客观、准确、可发现早期细胞水平改变的手段, 能为解决上述问题提供方案或思路, IVCM正是这样一个极富应用前景的工具, 其价值体现在以下几个方面。

1 辅助诊断, 指导细化分型

2017年国际干眼工作组发布的第2版干眼报告(Dry EyeWorkshop II, DEWS II)中, 除提到水液缺乏型、蒸发过强型和混合型三种常规类型外, 新增有体征无症状的干眼倾向人群(Predisposition to dry eye)和有症状无体征的干眼临床前状态(Pre-clinical dry eye state)的概念[3, 4, 5], 强调早期诊断的重要性。其病因, 有体征无症状多为神经异常、知觉下降, 有症状无体征则可能为相对轻微的眼表损害。IVCM对眼表及角膜各层细胞、神经的显微量化研究, 有望为干眼的早期诊断提供可能。

应用IVCM检查到的干眼患者的角结膜改变有角结膜树突状细胞(Dendritic cell, DC)增多活化, 炎症细胞增多, 角结膜上皮细胞密度下降, 上皮基底膜下神经(Subbasal corneal nerves, SBN)纤维弯曲变细、串珠样改变、反射性增高、密度及长度降低等[6, 7, 8, 9, 10], 在早期干眼患者尤其是无症状人群中发现上述改变, 可为诊断提供参考。IVCM对睑板腺的观察则更具特异性, Ibrahim等[11]研究发现睑板腺腺泡密度、腺泡最长径、腺泡最短径、腺周炎症细胞密度与腺体缺失、睑脂异常、泪膜稳定性均显著性相关, 并确定了其各自的MGD诊断阈值, 其中炎症细胞密度具有最高的诊断效能。也有研究分析不同程度干眼症状患者睑板腺及结膜改变, 发现腺泡密度、腺泡直径、结膜炎症细胞密度与症状评分显著相关[12]。这些都提示我们IVCM在干眼诊断中的价值, 尤其是腺泡形态和炎症细胞密度, 细化完善后有望成为针对不同程度干眼和MGD的新的生物学诊断指标。

DEWS II中干眼分型主要根据是否存在MGD特征、脂质层厚度/动力学改变及泪液容量评估[4]。事实上, 水液缺乏和蒸发过强往往互相影响, 形成恶性循环, 出现明显水液或脂质缺乏往往已是中晚期改变, 所以临床所见干眼患者常为混合型。如何找到初始病因、准确分型, 及早介入以中断恶性循环, IVCM可以给我们提供有价值的线索。

Kheirkhah等[13]应用IVCM进行研究发现, 角膜上皮下的DC作为主要的抗原提呈细胞, 可为干眼分型提供依据。角膜中央DC密度在ADE患者中明显增大, EDE次之, 正常人很少。ADE常与免疫性疾病有关, 其中尤以干燥综合征干眼(Sjö gren's syndrome dry eye, SSDE)最具代表性, 研究表明SSDE中DC密度增高及SBN密度下降较非干燥综合征干眼(Non-Sjö gren's syndrome dry eye, NSDE)更为显著[14], 且SBN密度与DC密度、OSDI评分之间均呈负相关, 提示神经损伤在干眼炎症发生中的作用, 而与临床症状之间存在密切联系, 观察神经变化可以帮助我们进一步细分病变类型并评估严重程度。

EDE主要与MGD有关。MGD常见为阻塞型, 在IVCM下可见睑板腺腺泡变大融合、密度下降, 腔内睑脂高亮, 睑板腺开口增大[9, 15, 16]。萎缩型MGD也不少见, 表现为睑板腺腺泡萎缩、消失, 腺周纤维化高亮影。临床上通过测量睑板腺腺泡最长径、纤维化程度(0-2级)进行分型诊断并评估病情严重程度[17, 18]

2 探寻病因, 了解病理机制

干眼是一种多因素疾病, 病因庞杂, IVCM可以帮助我们从蛛丝马迹中寻求病因, 了解发病机制。目前应用较多的有眼部蠕形螨检查、结膜杯状细胞及角膜神经检查。

眼部蠕形螨感染对眼表的影响近年来备受关注[19], 与干眼的相关性亦有研究, 人眼毛囊蠕形螨感染率为68%, 有螨虫感染者干眼症状明显重于无感染者, 提示我们螨虫感染可能为干眼病因之一[20]。传统检查方法为拔睫毛镜检, 但睑板腺内的螨虫难以检出, 而且理论上干眼应该与睑板腺部位的皮脂腺蠕形螨感染相关性更强。不少研究发现IVCM检查阳性率较传统取睫毛镜检结果更高[21, 22], 且能查到不便取材的睑板腺开口及睑缘皮肤黏膜面的蠕形螨[23]。我们进一步研究发现, 约90%为单纯毛囊蠕形螨感染, 10%为合并睑板腺处感染的混合感染; 睑缘可观察到微观损害如肉芽肿样结构形成, 睑板腺开口堵塞及破坏, 睫毛根部扩张或深部组织破坏, 睑结膜皮肤面沟犁状轨迹(疑为蠕形螨尖利足爪所致), 上述病变严重程度与感染部位螨虫数量相关, 且混合感染损害更为严重, 临床上更易导致睑缘炎相关角结膜病变(Blepharo keratoconjunctivitis, BKC), 睑板腺部位的螨虫数量与泪膜破裂时间(Tear break-up time, BUT)下降、睑板腺缺失显著相关(数据未发表)。这些提示我们应重视螨虫致病数量阈值以及睑板腺部位的蠕形螨感染, IVCM的动态无创观察有望能更全面判断蠕形螨感染与干眼之间的关系, 并探寻其病理机制。

部分眼蠕形螨感染与皮肤蠕形螨感染并存, 特别是红斑痤疮相关MGD患者, IVCM可以同时行皮肤及眼部检查, 研究发现眼蠕形螨感染与面颊皮肤蠕形螨感染数量及组织病变有高度相关性[24], 这将有利于更好明确病因、发病机制及制定治疗方案。

泪膜中的黏蛋白由结膜杯状细胞分泌, IVCM可清晰观察杯状细胞, 其检查结果与印迹细胞学检查结果高度相关[25, 26]。杯状细胞丢失常见于免疫相关及眼表理化损害高危人群如:干燥综合征(Sjö gren's syndrome, SS)患者、接触镜配戴者、长期使用潜在眼表损害药物(如降眼压药、抗抑郁药等)者、眼表异物患者、热化学伤患者, 通过IVCM动态观察杯状细胞情况, 有利于了解病因, 判断病变进展。

此外, IVCM对角膜神经的观察评价可帮助诊断角膜神经性疼痛, 为症状重、体征轻的干眼患者提供病因诊断线索[27]

3 指导治疗, 判断预后, 评估疗效

IVCM对干眼早期精准分型诊断以及病因的判读将使得治疗有的放矢。除此之外, 炎症也是干眼发病重要机制, DEWS II中指出, ADE和EDE都有炎症参与[28]。这其中包含免疫性炎症和非特异性炎症, 何种炎症起作用导致的干眼往往类型、程度差别悬殊。IVCM对炎症细胞的细化观察可以为我们判断患眼炎症状态提供直接客观量化证据, 从而指导抗炎治疗方案。

角膜上皮下DC密度是免疫相关干眼的重要指标[13, 14, 29, 30], 临床常加用激素及免疫抑制剂治疗。研究发现, 对中重度干眼患者给予局部激素治疗, 治疗前DC密度高者较DC密度低者效果明显要好[29], 提示角膜中央DC密度可作为判断是否免疫相关干眼、治疗中激素选择、疗效评估及终点判断的重要指标。环孢霉素A滴眼液治疗SS的研究表明, 半年后DC密度明显下降, 症状评分降低[30], 说明对于慢性免疫相关干眼患者可选用环孢霉素A, 安全且有效性高。除DC外, IVCM还可以定量观察非特异性炎症细胞, 如球结膜和睑板腺腺周炎症细胞。Matsumoto等[15]研究发现阻塞型MGD患者的腺周炎症细胞密度为健康人的10~30倍, 经过12周激素治疗后, 炎症细胞密度明显减小, BUT和眼表染色评分改善。这表明炎症参与了阻塞性MGD的发生, 治疗前IVCM检查有利于选择精准治疗方案。

治疗方案确定之初对预后的判断是医生与患者都非常关注的问题, 良好准确的预后判断能给患者带来治疗信心, 提升治疗效果。IVCM能为此提供极富价值的线索。MGD患者睑结膜上皮及基质免疫细胞数量严重增多者, 往往提示预后欠佳, 即便体征改善, 患者仍自觉症状严重[31]。在对MGD患者行强脉冲激光(Intense pulsed light, IPL)治疗中, 笔者亦发现睑板腺腺周炎症细胞浸润严重者, 治疗后症状体征均无改善(数据未发表)。神经损害也具有重要预后提示作用, 研究发现治疗前基底膜下神经纤维长度(Subbasal nerve fiber length, SNFL)较低的MGD型干眼患者, 激素治疗后症状及体征均无明显改善, 而SNFL接近正常者, 治疗后效果较佳[32]。神经损害往往与炎症相伴随, SSDE患者中角膜DC密度高、SBN密度低者, 疗效不佳[31]。上述研究提示炎症及神经损伤在干眼发生发展及转归中的作用不容小觑, 一旦形成恶性循环, 可能造成严重神经丢失和眼表损害, 应重视干眼的早期诊断和早期治疗。

通过对炎症细胞、上皮下神经的评估及随访, 有助于判断疗效[30, 32, 33], 及时调整治疗方案, 并决定治疗终点。研究表明激素治疗干眼患者4周后, SNFL较单纯人工泪液治疗组增长[32]; 环孢素治疗SS患者半年后, SBN密度增加, DC密度降低[30]。提示SBN和炎症细胞可作为疗效判断指标, 并应根据其变化结合临床调整抗炎药物强度及使用时间, 并可考虑加用促神经修复药物, 以期进一步提升治疗效果。

需要强调的是, 尽管IVCM已经在干眼领域展现其巨大的应用价值, 但仍面临诸多挑战, 需要在临床医师、技术人员及工程师的共同努力下探求未来发展之路。

①提升设备视野及定位性能。IVCM的高放大倍率使得观察视野较小, 这使得获取的图像可能不能代表整体情况, 如能扩大检查视野, 并实现设备辅助定位, 保证在随访过程中对同一部位进行重复检查, 将极大提升IVCM的临床指导价值。

②制定检查规范, 探求诊断阈值。IVCM检查相对费时费力, 检查者需极富经验, 能合理挑选检查部位及查找目标。但目前还缺乏针对不同疾病的设备标准化操作规范, 使得各种指标在不同检查者、不同实验室之间差距较大, 亟需通过多中心研究协作制定相应规范指南, 进而确定干眼相关指标的IVCM诊断阈值。

③实现细胞人工智能识别诊断。IVCM的灰阶画质限制了细胞层面上的辨别能力, 仅能识别树突状细胞, 尚无法对炎症细胞的种类行全面鉴定, 需要通过结合实验室免疫组织化学研究解析炎症细胞种类, 并利用人工智能学习实现对细胞等结构的精准判读。

尽管存在诸多挑战, IVCM活体动态细胞层面的量化观察已为干眼诊疗开启了一个全新的时代。随着技术的飞速发展和我们在此方面认识的深入, 我们有理由相信IVCM将不断发展完善, 为临床干眼诊疗提供更有价值的帮助。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 曾庆延:参与选题、设计; 撰写论文; 根据编辑部的修改意见进行修改。杨帆:参与选题、数据的收集、分析和解释

The authors have declared that no competing interests exist.

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