Mechanisms of Retinal Damage after Ocular Alkali Burns

眼堿燒傷后視網膜損傷的機制

來源：The American Journal of Pathology, Vol. 187, No.6, June 2017

《美國病理學雜志》，第187卷，第6期，2017年6月

 

摘要

這篇論文的摘要討論了眼堿燒傷后視網膜損傷的機制。堿燒傷是導致全球盲癥的主要原因之一，以往認為堿直接擴散到后段引起視網膜損傷，但本研究通過體內測量發現，堿燒傷主要影響眼前段（角膜和前房），引起pH、氧和氧化還原電位的劇烈變化，導致葡萄膜炎癥和促炎細胞因子釋放。這些細胞因子擴散到后段，引發視網膜損傷，其中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）是視網膜神經節細胞死亡的關鍵介質。通過單克隆抗體或基因敲除阻斷TNF-α，可以減少炎癥和視網膜損傷。研究還發現眼壓并未升高。這些發現闡明了堿燒傷導致視網膜損傷的機制，并為視網膜保護治療提供了新思路。

 

研究目的

本研究旨在闡明眼堿燒傷后視網膜損傷的物理、生化和免疫學機制，探索堿燒傷如何通過炎癥過程而非直接堿擴散影響后段，并評估TNF-α阻斷作為一種新型神經保護療法的有效性。

 

研究思路

研究思路包括使用小鼠和兔子模型模擬眼堿燒傷，通過植入式微傳感器（如丹麥Unisense電極）實時測量眼前段和后段的pH、氧和氧化還原電位，以確定堿的擴散范圍。同時，通過免疫組織化學、流式細胞術、Western blot、實時PCR等方法評估組織炎癥、細胞凋亡和細胞因子表達。研究還測試了抗TNF-α抗體（infliximab）和TNF受體基因敲除小鼠對損傷的保護作用，以驗證TNF-α在損傷中的關鍵角色。

 

測量的數據及研究意義

1 pH測量數據：研究使用Unisense電極和光纖pH傳感器測量眼前段和后段的pH值。數據顯示，堿燒傷后眼前段pH在40-60秒內從7.4升至11.4，但后段（玻璃體和脈絡膜上腔）pH在24小時內無變化。這些數據來自Figure 1。研究意義在于證實堿燒傷僅影響眼前段，后段無直接堿擴散，從而排除了堿直接損傷視網膜的可能性，支持炎癥介導的損傷機制。

 

2 氧測量數據：通過Unisense氧電極測量，發現堿燒傷后眼前段氧濃度在30秒內從178μmol/L降至44μmol/L，但后段氧濃度保持穩定。研究意義在于表明堿燒傷引起眼前段缺氧，可能導致組織損傷和炎癥，而后段氧供應未受影響，進一步強化了炎癥因子擴散的假設。

3 氧化還原電位測量數據：使用Unisense氧化還原電極測量，顯示眼前段氧化還原電位在燒傷后急劇下降，從240mV降至-10mV，但后段無變化。研究意義在于揭示堿燒傷導致眼前段氧化應激，可能觸發炎癥反應，而后段未直接受累。

4 眼壓測量數據：通過定制傳感器測量眼壓，發現堿燒傷后24小時內眼壓無顯著升高。研究意義在于排除眼壓升高作為視網膜損傷的主要原因，將焦點轉向炎癥過程。

5 炎癥細胞數據：通過流式細胞術和免疫組化，顯示堿燒傷后虹膜和睫狀體CD45+細胞增加，TNF-α表達上調，視網膜中也有類似變化。這些數據來自Figure 2和Figure 3。研究意義在于證實堿燒傷引發前段葡萄膜炎癥，促炎細胞因子擴散到后段，導致視網膜免疫細胞浸潤和激活。

 

 

6 細胞凋亡數據：TUNEL assay和cleaved caspase-3檢測顯示，堿燒傷后24小時視網膜神經節細胞層和內核層細胞凋亡增加，Brn3a+細胞減少。這些數據來自Figure 4。研究意義在于直接證明視網膜損傷表現為細胞凋亡，且與炎癥相關。

 

7 TNF-α表達數據：實時PCR和Western blot顯示，堿燒傷后虹膜、睫狀體和視網膜TNF-α mRNA和蛋白表達顯著上調。這些數據來自Figure 3和Figure 5。研究意義在于識別TNF-α為核心炎癥介質，為靶向治療提供依據。

 

 

8 治療效應數據：抗TNF-α抗體或TNF受體基因敲除顯著減少視網膜細胞凋亡和炎癥細胞激活。這些數據來自Figure 5和Figure 6。研究意義在于驗證TNF-α阻斷可作為有效療法，保護視網膜免受堿燒傷間接損傷。

 

 

結論

研究得出結論，眼堿燒傷不直接通過堿擴散損傷視網膜，而是引起眼前段pH、氧和氧化還原電位變化，觸發葡萄膜炎癥和TNF-α等促炎細胞因子釋放，這些因子擴散到后段導致視網膜神經節細胞凋亡和光學神經退化。TNF-α是關鍵介質，其阻斷能顯著減輕損傷。眼壓升高不是主要因素。這些發現揭示了眼前后段之間的穩態聯系，為臨床提供了一種新的免疫調節治療策略。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量的pH、氧和氧化還原電位數據具有重要研究意義，因為這些微傳感器提供了高時空分辨率的實時體內測量，能夠精確量化堿燒傷后眼內微環境的變化。pH電極證實堿燒傷僅局限在眼前段，后段pH無變化，這直接挑戰了傳統認為堿擴散導致視網膜損傷的觀點，轉而支持炎癥介導的機制。氧電極數據顯示眼前段缺氧，可能與血管收縮或代謝紊亂相關，而後段氧穩定，表明損傷是間接的。氧化還原電極數據揭示眼前段氧化應激，可能通過激活NF-κB等通路加劇炎癥。這些數據共同證實了堿燒傷的物理化學變化局限于前段，并通過數學模型和免疫分析將前段炎癥與后段損傷聯系起來，為開發靶向療法（如抗TNF-α治療）提供了實驗基礎。Unisense電極的高精度和最小侵入性使其成為眼內微環境研究的可靠工具，有助于理解其他眼病的病理機制。