黃海燕,李德爽,谷 浩,秦 波,

0 引言

糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema,DME)是糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)最常見的并發(fā)癥之一[1],同時也是DR患者視力喪失的主要原因[2]。根據(jù)1990-2020年間關于中國居民DR流行病學調(diào)查的研究結(jié)果估算出中國總?cè)巳褐蠨R的患病率為1.7%;糖尿病人群中DR的患病率為22.4%[3]。在全球范圍內(nèi),糖尿病患者中的DR患病率約為34.6%,而DME的患病率約為6.81%[4]。目前研究認為血糖升高導致視網(wǎng)膜微血管損傷,從而導致視網(wǎng)膜缺血缺氧,最終通過釋放血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、白細胞介素-6(IL-6)等多種細胞因子激活炎癥通路[5]。也有學者認為血糖變異性可能與DME發(fā)生有關,其相關性研究結(jié)果有待進一步補充,血糖波動可能成為DME發(fā)生發(fā)展的原因[6]。在DME中,毛細血管周細胞的丟失和功能障礙導致內(nèi)部血視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)的破壞,導致視網(wǎng)膜內(nèi)液體,蛋白質(zhì)和脂質(zhì)泄漏[7]。這些變化導致視網(wǎng)膜逐漸增厚和視力的無痛性下降。雖然在早期階段是可逆的,但長期黃斑水腫可導致視網(wǎng)膜光感受器和視網(wǎng)膜上皮缺血和萎縮。如果病變累及黃斑中央凹,可能導致永久性視力喪失[8]。

光學相干斷層掃描(optical coherence tomography,OCT) 和光學相干斷層掃描血管造影(optical coherence tomography angiography,OCTA)作為無創(chuàng)、非侵入性評估視網(wǎng)膜各層微結(jié)構和微血管病理改變的主要檢查手段,是檢測和評估DME的常用方法。通過對同一橫斷面進行相干光層析成像并獲取血流信號,再以冠狀面的形式逐層呈現(xiàn)三維重建后的眼底血管影像,可以逐層可視化視網(wǎng)膜叢,量化微血管參數(shù),并將其與功能和形態(tài)學數(shù)據(jù)相關聯(lián)[9]。有助于定位視網(wǎng)膜的異常增厚區(qū)域,詳細顯示出視網(wǎng)膜血管的空間分布特征,甚至發(fā)現(xiàn)臨床前期的視網(wǎng)膜血管異常,并進一步詳細了解特定的DME形態(tài)學改變[9]。

生物標志物作為生理病理過程或治療干預藥理學反應的指示因子,具有可客觀檢測和評估的特性。在臨床醫(yī)學領域,生物標志物在疾病的早期預警、診斷、分級或分期、治療效果和預后判斷等方面都具有不可替代的價值[10-11]。生物標志物在早期診斷眼科疾病及其監(jiān)測、預后和治療等方面具有非常廣泛的用途,如青光眼、干眼、眼科血管性疾病[12-14]。作為疾病生物標志物工具應該具備的特點是可以幫助在變化變得明顯之前定位[15]。Yan等[16]定量檢測血管生成素樣 (ANGPTL)3、ANGPTL4 和 ANGPTL6 的水平,并研究DME患者的OCTA結(jié)果的相關性,他們的結(jié)果強烈表明,ANGPTL4和ANGPTL6與DME中的血管滲漏有關,并且說明OCTA指標可能有助于評估黃斑DME中的缺血。Verma等[17]研究發(fā)現(xiàn),OCTA用于檢測疾病的早期階段,并用于糖尿病患者的早期管理和有效的血糖控制。這意味著OCTA生物標志物可能在該病早期病變中發(fā)生變化,將有助于糖尿病患者的早期管理和有效的血糖控制。由此可見,OCT和OCTA生物標志物在DME的診斷和長期隨訪中發(fā)揮著關鍵的作用。在本綜述中全面總結(jié)了各種成像技術和新型生物標志物,有助于評估DME的嚴重程度、調(diào)整治療方案并判斷疾病預后提供參考。

1 OCT生物學標志物

1.1黃斑厚度和體積中央凹厚度(central subfield thickness,CST)、黃斑部平均厚度 (cube average thickness,CAT)和黃斑部容積(cube volume,CV)是由Saxena等[18]在2019年提出。CST 定義為圓形[19]早期治療糖尿病視網(wǎng)膜病變研究組(early treatment of diabetic retinopathy study,ETDRS)網(wǎng)格圖中直徑為 1 mm 的中心圓的厚度。CAT 表示整個 6 mm× 6 mm 方形掃描區(qū)域內(nèi)的內(nèi)界膜和視網(wǎng)膜色素上皮 (inner limiting membrane-retinal pigment epithelium,ILM-RPE) 之間組織層的總體平均厚度,即九個部分的厚度平均值。CV定義為ILM-RPE之間在整個6 mm× 6 mm方形掃描區(qū)域內(nèi)組織層的總平均體積。Saxena等[18]研究結(jié)果表明,在無糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)、非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(nonproliferative diabetic retinopathy,NPDR)和增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)研究組的CST、CAT和CV有顯著差異,DME病例和無DME病例之間的CST、CAT、CV也有顯著的統(tǒng)計學差異,且三種OCT生物標志物隨視網(wǎng)膜病變程度的加重而增加。因此CST、CAT和CV被發(fā)現(xiàn)是視網(wǎng)膜病變嚴重程度的獨立標志和視力的預測因子。在臨床應用中利用OCT對DR患者的CST、CAT及CV進行定量分析,方便臨床醫(yī)師更好理解不同分期DR患者黃斑部位結(jié)構改變,為臨床診療提供可靠依據(jù)。

1.2視網(wǎng)膜內(nèi)層結(jié)構紊亂視網(wǎng)膜內(nèi)層結(jié)構紊亂(disorganization of retinal inner layers,DRIL)是在多種視網(wǎng)膜疾病發(fā)展過程中由于視網(wǎng)膜應激反應而產(chǎn)生的生物標志物,它不是DR特有的[20]。DRIL表示無法區(qū)分視網(wǎng)膜內(nèi)層邊界,是指黃斑中心凹1 mm范圍內(nèi)的內(nèi)層視網(wǎng)膜[神經(jīng)節(jié)細胞層-內(nèi)叢狀(ganglion cell layer-inner plexiform layer,GCL-IPL)復合體,以及內(nèi)核層(inner nuclear layer,INL)和外叢狀層(outer plexiform layer,OPL)的任何邊界]層次結(jié)構紊亂,導致OCT上任意兩者之問的界線無法辨別[21]。

Nadri等[22]首次使用OCT評估了DRIL、黃斑厚度參數(shù)、橢圓體帶(ellipsoid zone,EZ)破壞和視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fiber layer,RNFL)厚度之間的相關性。并得出DRIL 與 DR 的嚴重程度顯著相關,同時DRIL與CST、CAT和EZ破壞等級呈顯著正相關,DRIL與RNFL厚度呈顯著負相關的結(jié)論。

Sun等[23]研究顯示中央凹DRIL的存在與DME患者的基線視力較差有關,將DRIL確定為后續(xù)最佳矯正視力(best corrected visual acuity,BCVA)的可靠預測生物標志物,并確定存在DRIL惡化的閾值,超過該閾值,患眼可能會失去視力,同時也存在DRIL改善的閾值,超過某個閾值的DRIL可能可靠地預示著未來的視力改善。

Das等[20]提出了通過OCT評估的視網(wǎng)膜形態(tài)是否可以成為DME患眼的潛在生物標志物的問題。他們研究發(fā)現(xiàn),DRIL與視網(wǎng)膜外層結(jié)構破壞有關,隨著DR的嚴重程度增加,DRIL在患眼中更頻繁地被發(fā)現(xiàn),并且DRIL每增加100 μm,視力約喪失6個字符。因此DRIL的存在預示了DME患者的預后不良。

1.3高反射灶高反射灶(hyperreflective foci,HRF)定義為OCT中分散在視網(wǎng)膜各層的孤立的、境界清晰、無偽影、最大直徑在20-50μm 之間的圓形或橢圓形高反射信號點[24]。Bolz等[25]首先在DME患者的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了界限清晰的HRF。這些沉積物位于視網(wǎng)膜內(nèi)微動脈瘤壁內(nèi),并散布在所有視網(wǎng)膜層中,在外叢狀層形成匯合斑塊,提示了血-視網(wǎng)膜屏障破壞(blood-retina barrier,BRB)。Lee等[24]認為各種原因?qū)е碌腂RB破壞后,大量血液中的脂蛋白在視網(wǎng)膜內(nèi)異常沉積,從而產(chǎn)生HRF。

而Vujosevic等[26]則認為HRF的形成與視網(wǎng)膜內(nèi)小膠質(zhì)細胞的活化和積聚或來自血液中的單核-巨噬細胞所引起的視網(wǎng)膜炎性反應密切相關。同時根據(jù)其外觀和位置描述了三種類型的HF,每型HRF都具有各種含義:第一種類型是HRF直徑≤30 μm,反射率類似于神經(jīng)纖維層,沒有后方投影,位于視網(wǎng)膜內(nèi)外,可能與活化的小膠質(zhì)細胞有關;第二種類型是HRF>直徑 30 μm、反射率與RPE-Bruch 膜復合物相似、存在后方投影和位于視網(wǎng)膜外層,可能提示硬滲出物;第三種類型是HRF直徑>30 μm、反射率與RPE-Bruch膜復合物相似、存在后方投影,位于視網(wǎng)膜內(nèi)側(cè),可能提示微動脈瘤。而第一種HRF直徑≤30 μm被提議作為DME眼部視網(wǎng)膜炎癥的OCT成像生物標志物,HRF的存在提示了視網(wǎng)膜活動性炎癥。

Liu等[27]評估了OCT在預測DME抗VEGF治療反應中的作用,在給予患者康柏西普治療后,發(fā)現(xiàn)OCT掃描上的HRF數(shù)量減少,認為OCT掃描上的HRF是DME患者個體對康柏西普治療反應的可靠生物標志物。他們發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)層和視網(wǎng)膜外層HRF的數(shù)量與患者視力預后密切相關,但HRF的位置與視力無關,同時預測基線OCT掃描顯示HRF數(shù)量較多的DME患者在康柏西普治療后的最終BCVA較差。Rübsam等[28]證明與抗VEGF藥物相比,使用地塞米松植入物治療的患者HRF的數(shù)量減少幅度更大,并且存在于視網(wǎng)膜外層,且在OCT上的直徑較大(> 30 μm)的HRF的產(chǎn)生與硬性滲出有關,而散布在所有視網(wǎng)膜層中的直接較小(≤30 μm)的HRF的產(chǎn)生與小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞有關。雖然HRF的來源目前仍存在爭議,但HRF作為DME在OCT上的特征性改變,其數(shù)量和分布區(qū)域的變化對DME的早期診斷、評估疾病進展和預后等方面具有重要的指導意義。

1.4中央凹下神經(jīng)視網(wǎng)膜脫落在DME患眼中,中央凹下神經(jīng)視網(wǎng)膜脫落(subfoveal neuroretinal detachment,SND)的患病率為15%-30%,在OCT上表現(xiàn)為黃斑中心區(qū)視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮從視網(wǎng)膜色素上皮層(retinal pigment epithelial,RPE)脫離,RPE上方低反射區(qū)域[26]。關于SND的發(fā)病機制已有不少假說,目前SND的主要機制被認為是從視網(wǎng)膜或脈絡膜循環(huán)滲漏到視網(wǎng)膜下間隙,超過了視網(wǎng)膜的重吸收能力,繼而引起SND[29]。Vujosevic等[26]研究證明,外界膜(outer limiting membrane,ELM)的破壞與DME患者眼睛中SND的存在高度相關。在患有DME的眼睛中,內(nèi)部BRB的分解會導致脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的外滲,但只要ELM完好無損,它們就會積聚在ELM的前方,導致外視網(wǎng)膜腫脹。只有當ELM受損時,蛋白質(zhì)和液體可能會通過它進入視網(wǎng)膜下空間,導致SND的發(fā)生發(fā)展。

另一方面,多項研究證明了SND與DME患者的預后視力之間具有一定的關系。存在SND的彌漫性DME患者在玻璃體切除術6 mo后,BCVA顯著優(yōu)于沒有SND的患者[30]。而對VIVID-DME和VISTA-DME研究的事后分析表明,無論基線SND狀態(tài)如何,玻璃體內(nèi)注射阿柏西普的視覺結(jié)局都優(yōu)于激光治療,但是玻璃體內(nèi)注射阿柏西普在基線SND患者中的治療效果比未使用的患者更大[31]。Moon等[32]研究顯示患有SND的眼睛顯示白細胞介素(IL)-6水平升高,表明這些患眼存在活動性炎癥,并且DME患眼伴SND對地塞米松植入物有顯著反應,并提倡在患有SND的DME患者中使用地塞米松植入物。因此SND的存在也提示了此類患眼對地塞米松植入物有更好的治療反應。SND作為重要的OCT生物學標志物,主要從解剖學層面和功能層面進行分析、判斷疾病預后,需要大量臨床數(shù)據(jù)支撐,有待進一步研究。

1.5視網(wǎng)膜內(nèi)囊樣間隙視網(wǎng)膜內(nèi)囊樣間隙(intraretinal cystoid spaces,IRC)的形成是VEGF水平升高導致DR患者血管通透性增加、BRB破壞、滲透壓梯度降低繼而引起細胞外液積聚和囊腫形成。而黃斑內(nèi)的囊性間隙是由Müller細胞功能障礙引起的細胞外液聚結(jié)引起的邊界清楚的圓形或類圓形低反射囊樣腔隙[33]。IRC可以根據(jù)其大小進行分類。囊腫分為小(<100 μm),大(101-200 μm)或巨大(>200 μm)。大囊腫與視力預后不良有關。囊腫的大小與黃斑缺血的程度相關,是視力不良的預后因素。大和巨大的IRC累及ONL,損害IS/OS連接,導致視覺功能不可逆地喪失[34]。囊腫的水平和垂直直徑均隨著黃斑缺血的嚴重程度而增加[35]。Reznicek等[36]發(fā)現(xiàn)抗VEGF治療通過降低內(nèi)部BRB的通透性來減少外核層(outer nuclear layer, ONL)IRC的數(shù)量和大小,從而使患者的BCVA得到改善。Karst等[37]發(fā)現(xiàn)無論是玻璃體腔注射曲安奈德或抗VEGF藥物治療,內(nèi)核層的IRC對治療的反應敏感度均優(yōu)于外核層的IRC。因此IRC的預后意義取決于其大小和位置。

1.6玻璃體黃斑界面異常在糖尿病患者中,由于玻璃體沿后極形成一片引起玻璃體后脫離(posterior vitreous detachment,PVD)繼而對視網(wǎng)膜黃斑的機械牽拉引起視網(wǎng)膜前膜、玻璃體黃斑黏連、玻璃體黃斑牽引、黃斑裂孔等一系列玻璃體黃斑界面(vitreomacular interface)異常。而這種玻璃體沿后極形成一片被稱為后部玻璃體牽拉膜(taut posterior hyaloid membrane,TPHM),是頑固性黃斑水腫的原因[38]。TPHM 患者可通過玻璃體切除術解除后部玻璃體對視網(wǎng)膜黃斑的機械牽拉。因此通過OCT檢查是否存在TPHM,可識別可能受益于玻璃體切除術的DME患者。

1.7外層視網(wǎng)膜改變視網(wǎng)膜外層的完整性是視網(wǎng)膜光感受器和RPE健康狀況的直接指標。IS/OS層在OCT上表現(xiàn)為高反射帶,Zur等[39]描述了三種等級的IS/OS連接方面:完全連續(xù)、部分中斷和完全中斷,IS/OS鏈接的中斷代表了黃斑光感受器的損傷。同時得出IS/OS連接完整的眼睛在地塞米松植入治療后有更好的視覺效果的結(jié)論。Maheshwary等[40]研究結(jié)果顯示通過OCT評估的光感受器IS/OS層的破壞百分比是DME患者視力的重要預測指標。

外界膜(external limiting membrane,ELM)為視細胞與Müller細胞之間黏連小帶,平行于視網(wǎng)膜表面,而與入射光垂直,因此OCT中表現(xiàn)為一條非常纖細的中反射信號帶。Mori等[41]研究結(jié)果顯示抗VEGF治療可以使基線處部分缺失的ELM結(jié)構明顯改善,且ELM的完整性與BCVA有著顯著相關性。

光感受器外段(photoreceptor outer segment,PROS)在OCT上定義為IS/OS結(jié)和RPE之間的距離。有證據(jù)表明,PROS長度縮短與DR或DME的存在顯著相關,且視力較差[42-43]。因此在DME患眼中,PROS長度與BCVA具有相關性。

1.8脈絡膜生物學標志物脈絡膜為RPE和感光細胞提供血液供應,在中央凹無血管區(qū)(foveal avascular zone,FAZ)的代謝交換中起主要作用,因此其結(jié)構和血管系統(tǒng)的破壞會影響到視網(wǎng)膜的功能[44]。目前被認為是脈絡膜生物學標志物的主要有中心凹下脈絡膜厚度(subfoveal choroidal thickness,SFCT)、脈絡膜血管指數(shù)(choroidal vascularity index,CVI)和脈絡膜高反射病灶(hyperreflective choroidal foci,HCF)。

研究表明,基線SFCT是抗 VEGF 治療反應的預測指標[45]。較高的基線SFCT與對抗VEGF治療的更好的解剖學和功能反應獨立相關。SFCT較高的患者被認為具有完整的脈絡膜毛細血管,因此缺血性外視網(wǎng)膜較少。這意味著這些眼睛的光感受器功能得到了很好的保留,從而解釋了抗VEGF治療后較好的視覺效果[46]。

CVI是Agrawal等[47]引入的術語,表示脈絡膜管腔面積與總脈絡膜面積的比值。CVI是測量脈絡膜脈管系統(tǒng)狀態(tài)的新型OCT參數(shù)指標,通過量化腔內(nèi)和基質(zhì)脈絡膜成分來測量和分析脈絡膜血管系統(tǒng)[48]。研究證明,雖然DR患者的脈絡膜厚度沒有改變,但CVI與DR的進展相關,且CVI在DR發(fā)作前發(fā)生改變,支持DR中脈絡膜原發(fā)性損傷的理論[49]。與SFCT相比,CVI的變異性較小,不會因眼部或全身因素而改變。它可以被認為是評估脈絡膜脈管系統(tǒng)變化的相對穩(wěn)定的參數(shù)[48],因此CVI可用于檢測DR和DME的進展。

HCF是由脂褐素在脈絡膜層中的沉積產(chǎn)生的[50]。研究發(fā)現(xiàn),HCF在PDR眼中的數(shù)量明顯高于NPDR眼[50]。因此就視力而言,HCF 的存在是一個不良的預后標志物。

2 OCTA物學標志物

2.1中心凹無血管區(qū)黃斑中心凹無血管區(qū)(foveal avascular zone,FAZ)是視網(wǎng)膜上與中心視力關系最密切的區(qū)域,其功能與視力預后直接相關。AttaAllah等[51]研究發(fā)現(xiàn)在DME患者中,FAZ區(qū)域其中包括淺層毛細血管叢(superficial capillary plexus,SCP)和深層毛細血管叢(deep capillary plexus,DCP)與視力之間存在顯著的正相關,其中FAZ面積較大的眼睛視力較差。Lee等[52]研究發(fā)現(xiàn),DCP的FAZ面積與抗VEGF藥物的治療反應和預后視力具有相關性,其中DME患眼DCP的FAZ面積的擴大幅度更明顯,且對抗VEGF藥物治療反應良好的患眼,DCP的FAZ面積也小于反應不良的患眼。這些結(jié)果表明DCP的完整性與抗VEGF藥物對DME的治療效果密切相關,DCP丟失的程度可能是對抗VEGF治療反應是否良好的有用的預測指標。

2.2糖尿病微動脈瘤Parravano等[53]結(jié)合OCT和OCTA參數(shù),研究糖尿病微動脈瘤(diabetic microaneurisms,MAs)的進展,并量化其在NPDR患者隨訪1 a時對視網(wǎng)膜細胞外液積累的影響。通過OCT和OCTA評估以下MAs參數(shù):可見性,內(nèi)部反射率的變化(分為低反射,中或高反射)以及每個MAs周圍的流體量。評估了SCP和DCP可視化的變化以及相應OCTA掃描結(jié)果的變化。1 a時的細胞外液積累與基線時 MAs 的內(nèi)部反射率模式密切相關,與低反射性 MAs 相比,高反射 MAs 與液體積聚風險增加顯著相關。1 a時細胞外液的發(fā)生與MAs的血流、可見度和深層位置顯著相關。DCP更容易受視網(wǎng)膜缺血、缺氧的影響,因此DCP中的MAs數(shù)量明顯高于SCP[53]。因此 DR早期動態(tài)監(jiān)測MAs的數(shù)量及位置具有重要的臨床價值也可以更好的改善DME的治療時機。盡管熒光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography,FFA)在檢測MAs方面比OCTA具有更高的靈敏度,但OCTA的安全、無創(chuàng)、快速、高分辨率以及不受造影劑積存或滲漏的影響的優(yōu)勢是臨床上長期檢測Mas數(shù)量和變化的重要檢測方法。

2.3視網(wǎng)膜血管密度視網(wǎng)膜血管密度(vessel density,VD)定義為血管面積與總測量面積的比值[54]。Tang等[9]重點研究了無DR、輕度DR、中度DR或重度DR的患者與DCP相關的OCTA參數(shù)研究,他們發(fā)現(xiàn)較低的VD與更嚴重的DR,更短的眼軸和更差的視力有關。且DCP中VD降低與視力較差有關,提示DCP中的VD可能反映了視力惡化的DME患者的毛細血管損傷程度。AttaAllah等[51]發(fā)現(xiàn)與沒有DME的患者相比,患有DME的患者在DCP(在中央凹旁,上半,下半,顳,上和鼻區(qū))的血管密度值顯著降低。在患有DME的糖尿病眼中,在SCP水平的整個圖像血管密度與視力之間發(fā)現(xiàn)了顯著的負相關。Sorour等[55]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)抗VEGF藥物治療后,SCP和DCP的VD較高的DME患眼術后視力預后較好,但治療前后VD無顯著差異。因此,VD的下降可能具有生物標志物的價值。

3 小結(jié)

OCT和OCTA成像技術的不斷發(fā)展為對我們觀察視網(wǎng)膜、脈絡膜血管結(jié)構及血流信息,理解和探索疾病機制具有很大幫助,也為臨床上發(fā)現(xiàn)DME中新的生物標志物提供了可靠的技術支持。OCT通過發(fā)射近紅外光線,對視網(wǎng)膜進行斷層掃描,對視網(wǎng)膜結(jié)構層次更具優(yōu)勢,其生物學標記物更偏向于視網(wǎng)膜結(jié)構的變化。OCTA可以無創(chuàng)和單獨地研究視網(wǎng)膜血管層,精確地描繪血管化和非血管化區(qū)域,讓視網(wǎng)膜血管層可視化,對視網(wǎng)膜血管變化更具優(yōu)勢,其生物學標記物更偏向于血管參數(shù)的變化。在臨床應用中,OCTA在FAZ、MAs及VD變化更具優(yōu)勢。OCT和OCTA作為DR常用檢查項目,不管是新發(fā)現(xiàn)的生物標志物,還是已知生物標志物,其分析都為DR和DME的發(fā)病機制、早期診斷和監(jiān)測提供了新的見解,并開辟了新的研究途徑。隨著在臨床實踐中廣泛使用OCT和OCTA,檢查結(jié)果為評估DME的嚴重程度、調(diào)整治療方案、監(jiān)測治療效果及判斷疾病預后提供了重要的指導作用。隨著技術發(fā)展與臨床經(jīng)驗的積累,眼科影像生物學標志物其必將發(fā)揮更重要的作用。