综述：前沿聚焦：生物工程在角膜后弹力层内皮角膜移植术（DMEK）中的突破性进展与未来展望

为解决角膜内皮疾病治疗中供体组织稀缺等问题，德国杜塞尔多夫大学医院等机构研究人员开展生物工程用于 DMEK 的研究。他们探索多种创新技术，为改善手术效果提供方向，对推动角膜移植和再生医学发展意义重大，值得一读。

　　

角膜疾病是全球第三大致盲原因。角膜内皮失代偿性疾病的首选手术治疗方法是后弹力层内皮角膜移植术（Descemet’s Membrane Endothelial Keratoplasty，DMEK），该手术高度依赖高质量的供体组织。然而，合适供体组织的稀缺以及内皮细胞的敏感性仍然是重大挑战。这篇综述探讨了 DMEK 的当前状况，重点关注组织工程学的进展，这是一种有前景的解决方案，有望改善手术效果并解决供体组织的局限性。

角膜疾病是全球第三大导致失明的原因。人工角膜的医学重要性日益凸显，尤其是在新冠疫情期间。一项来自 26 个欧洲国家、涉及 110 个眼库的多中心研究强调，2020 年供体短缺问题迅速加剧，数据显示，从 2018 年 2 月至 2020 年 5 月，供体数量每月平均下降 38%、68% 和 41%。这种情况凸显了迫切需要用人工角膜移植来弥补明显的供体短缺，并加强该领域的研究。全球的情况更为严峻，特别是在那些角膜移植渠道缺乏规范的国家。

进行角膜移植的原因多种多样，包括急性和慢性感染、先前的创伤、退行性疾病，以及像 Fuchs 角膜内皮营养不良（Fuchs endothelial corneal dystrophy，FECD）这样影响角膜内皮的角膜营养不良症。角膜内皮是位于眼球后部的一层特殊细胞，通过调节基质水化作用并将多余液体泵出角膜，对维持角膜透明度至关重要。角膜内皮功能障碍可能导致视力受损和失明，因此需要进行手术干预。

FECD 的特征是角膜内皮进行性恶化，导致视力受损和不适。作为角膜水肿及随后视力丧失的最常见原因之一，FECD 给患者带来了巨大挑战。它是一种复杂的异质性遗传疾病，遗传因素和环境因素相互作用，引发氧化应激、自噬（包括线粒体自噬）、未折叠蛋白反应、线粒体功能障碍，最终通过细胞凋亡导致角膜内皮细胞（corneal endothelial cells，CECs）逐渐减少。FECD 表现为 CECs 大小（多形性）和形状（异形性）的变化、内皮细胞密度（endothelial cell density，ECD）降低，以及形成被称为角膜小滴的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）增生。

家族病史是一个重要的风险因素，表明该疾病具有遗传易感性。相关基因已被定位和识别，特定的突变也已得到确认。FECD 分为两种类型：早发型 FECD，在生命的第一个十年出现症状；晚发型 FECD，在 40 岁以后发病，发病率高于早发型。两种类型都与基因变化有关，早发型主要与 1 号染色体 p34.3 - 32.3 上的 COL8A 基因改变有关。晚发型 FECD 的遗传学似乎更为复杂多样，通常涉及 18 号染色体上转录因子 4（transcription factor 4，TCF4）基因的突变，其特征是 CTG 三联体重复序列的扩增。此外，其他基因，如转录因子 8（transcription factor 8，TCF8）、ATP / GTP 结合蛋白样 1（ATP/GTP binding protein like 1，AGBL1）、脂氧合酶同源结构域 1（lipoxygenase homology domain 1，LOXHD1）、SLC 转运蛋白 SLC4A11 和转化生长因子 β 诱导蛋白（transforming growth factor-beta induced，TGFBI）也与 FECD 相关。表观遗传因素被认为是两种类型 FECD 的额外致病机制。

虽然 FECD 的确切病因尚不清楚，但遗传和环境因素，如紫外线 A 照射、吸烟、肥胖和糖尿病，被认为通过对表观遗传变化的交互影响，促进了该疾病的发展。

吸烟对 FECD 的发展有不利影响，会增加血液和眼组织中的自由基，减少抗氧化剂。因此，吸烟者的眼睛更容易受到氧化应激和自由基损伤，导致内皮细胞凋亡增加、角膜小滴的患病率更高，以及 Krachmer 分级更严重。

肥胖，定义为体重指数（Body Mass Index，BMI）≥30，也与 FECD 的更早发病有关。糖尿病的共病与更高的 Krachmer 分级相关。

FECD 通常在 50 或 60 岁左右出现症状，女性发病率更高，男女比例为 3:1 至 4:1，并且随着时间的推移往往进展缓慢。FECD 的早期阶段可能没有症状，随着病情进展，症状会变得更加明显。FECD 的常见体征和症状包括视力模糊或浑浊，尤其是在早晨醒来时；对眩光的敏感性增加；灯光周围出现光晕或星芒；眼睛不适或疼痛，在强光或有风的环境下往往会加重；即使佩戴矫正镜片，视力也会下降；以及角膜肿胀（水肿），导致角膜外观增厚或模糊。持续性角膜水肿会导致角膜基质中的角膜细胞死亡和上皮下纤维化，导致角膜前部不规则和视力丧失，在裂隙灯显微镜下可观察到纤维层，这一现象最早由 Matthaei 等人在 2021 年描述。FECD 的诊断通常需要眼科医生进行全面的眼部检查。

关键的诊断测试应包括最佳矫正视力评估、眩光视力测试、裂隙灯检查以评估角膜内皮并检测特征性发现（如角膜小滴，即角膜内表面的微小突起）、测量角膜厚度以评估角膜厚度和水肿迹象，以及镜面显微镜检查以检查角膜内皮细胞的密度和形态。

虽然 FECD 无法治愈，但有几种治疗方法旨在控制其症状并减缓疾病进展。这些方法可能包括使用高渗盐水滴眼液或眼膏的保守治疗，以减轻角膜水肿和缓解症状。然而，目前角膜移植是 FECD 患者唯一有效的治疗选择，以内皮板层角膜移植的形式，特别是 DMEK，该手术用健康的供体组织替换受损的角膜内皮。除了 FECD，DMEK 还适用于以下内皮功能障碍的情况：

• 大泡性角膜病变：这种情况是由于手术干预（如白内障手术）或先前存在的疾病（如 Fuchs 角膜营养不良）导致内皮细胞丢失引起的。它会在角膜表面形成疼痛性水泡，随着时间的推移逐渐导致视力丧失。
• 先前角膜移植后的移植物排斥（如穿透性角膜移植失败）：当先前的角膜移植物（如穿透性角膜移植，penetrating keratoplasty，PK）由于免疫反应损害内皮细胞而失败时，DMEK 是一种可行的替代方法。DMEK 在 PK 失败患者中的长期成功率已有充分记录，并且随着时间的推移显示出良好的效果。
• 虹膜角膜内皮综合征（Iridocorneal Endothelial Syndrome，ICE 综合征）：这是一种罕见的疾病，其特征是角膜内皮细胞异常、虹膜角膜角变形和虹膜基质异常，导致角膜水肿和青光眼。由于 ICE 综合征患者眼前段严重不规则，角膜失代偿和青光眼给手术治疗带来了巨大挑战。接受 PK 治疗 ICE 综合征的患者移植物排斥和内皮衰竭的发生率很高。然而，与 PK 和 DSEK 相比，用 DMEK 治疗 ICE 综合征可获得更高的视力和更低的排斥率。尽管关于 DMEK 治疗 ICE 综合征的长期数据仍然有限，但早期结果显示视力有显著改善，表明 DMEK 是一种可行且有效的治疗选择。

DMEK 的其他适应症包括创伤后的内皮功能障碍、青光眼导致的角膜失代偿以及单纯疱疹病毒性内皮炎。由于瘢痕、青光眼或复发性病毒感染引起的短期或长期内皮损伤，随着时间的推移可能会威胁视力。过去，PK 是这些病例的主要治疗选择。然而，最近的结果表明，DMEK 是治疗由瘢痕、青光眼或复发性单纯疱疹感染引起的角膜内皮失代偿的有效手术方法。与 DSEK / DSAEK 或 PK 等传统技术相比，DMEK 在许多角膜内皮疾病中具有显著优势，包括更快的视力恢复、更好的长期效果、更低的免疫排斥率和更少的屈光不正。

内皮角膜移植术

用于治疗角膜内皮功能障碍的内皮角膜移植术主要有两种形式：后弹力层内皮角膜移植术（DMEK）和后弹力层剥离（自动化）内皮角膜移植术（Descemet Stripping (Automated) Endothelial Keratoplasty，DS (A) EK）。

后弹力层内皮角膜移植术（DMEK）

DMEK 已成为一种革命性的手术技术，为患有 FECD 和内皮衰竭等疾病的患者提供了良好的治疗机会。它代表了角膜移植领域的范式转变，通过将供体角膜的后弹力层和内皮细胞选择性地进行板层移植到受体眼中，有望实现卓越的视觉效果、更快的恢复速度以及降低排斥风险。

与传统的全层角膜移植不同，DMEK 保留了受体健康的角膜层，从而带来更好的视觉效果，并降低了术后并发症的风险，如供体移植物排斥。

后弹力层剥离（自动化）内皮角膜移植术（DS (A) EK）

DS (A) EK 使用一种称为微型角膜刀的自动化仪器，移植后弹力层、一层薄的角膜基质以及内皮细胞。虽然 DS (A) EK 在技术上更容易实施，因此在一些国家仍然更广泛地应用，但与 DMEK 相比，较厚的移植物可能导致视力恢复更慢、恢复程度略低，并且即使在患有视网膜共病的眼睛中，屈光变化的可能性也更高。

这两种手术都被认为比传统的全层角膜移植侵入性更小，并发症更少。然而，由于 DMEK 具有卓越的视觉效果和较低的排斥率，它越来越受到青睐。

DMEK 相较于 DS (A) EK 在手术过程方面的优势

虽然制备 DMEK 移植物比 DSEK / DSAEK 更具挑战性，但它通过排除角膜基质，实现了更快、更完全的视力恢复，这显著降低了术后基质界面层的移植物排斥和瘢痕形成风险。这使得接受 DMEK 手术的患者能够更快地恢复日常活动。

DMEK 的另一个优势是，与 PK 和 DSEK 相比，患者需要更少地使用局部皮质类固醇来预防排斥反应，从而降低了类固醇诱导的眼压升高和继发性青光眼的风险。此外，DMEK 促进了单个供体角膜的高效合理利用，使得一个角膜可以同时用于 DMEK 和深板层角膜移植术（deep anterior lamellar keratoplasty，DALK），考虑到全球角膜供体的短缺，这是一个关键因素。这些优点使 DMEK 方法优于其他内皮角膜移植（endothelial keratoplasty，EK）技术，推动了其在近年来的快速应用和日益增长的关注度。

在之前的一项实验研究中，15 名患有内皮功能障碍的患者（共 30 只眼睛），一只眼睛接受 DSAEK 手术，另一只眼睛接受 DMEK 手术。该研究旨在从多个角度比较 DSAEK 和 DMEK，并评估患者满意度。观察结果表明，接受 DMEK 手术的眼睛视力改善往往比接受 DSAEK 手术的眼睛更快。尽管两种手术中内皮细胞的丢失和最终的视觉效果记录相似，但大多数患者更倾向于或会推荐 DMEK 技术而非 DSAEK。

DMEK 手术在免疫反应方面的优势

在移植免疫学领域，直接和间接同种抗原识别都起着关键作用。

直接同种抗原识别是指供体抗原呈递细胞（antigen-presenting cells，APCs）将完整的供体主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）分子呈递给受体 T 细胞。这种直接呈递激活受体的 T 细胞，使其对供体抗原产生免疫反应。

间接同种抗原识别涉及受体 APCs 将处理后的供体抗原（包括供体 MHC 肽）呈递在受体 MHC 分子上，然后呈递给受体 T 细胞。这条间接途径也可以引发对供体移植物的免疫反应。

在板层角膜移植手术（如 DMEK）中，由于角膜的无血管特性使其与免疫系统没有直接接触，移植排斥的风险降低。然而，急性或慢性感染仍然可能引发排斥反应。

了解这些机制对于制定减轻移植排斥和改善角膜移植效果的策略至关重要。该领域的持续研究将有助于推动移植免疫学和临床实践的进步。

DMEK：临床手术过程

通过仅替换功能失调的内皮层，DMEK 为角膜内皮疾病提供了一种有效、微创的解决方案。因此，它迅速被接受为治疗内皮功能障碍的首选手术方法，其适应症也从 Fuchs 角膜内皮营养不良（FECD）扩展到包括假晶状体大泡性角膜病变、角膜失代偿和先前移植物失败等情况。

DMEK 手术代表了角膜移植技术的重大进步，与传统方法相比具有多个优势，包括更快的视力恢复、更低的排斥率以及角膜结构的保留。

DMEK 是一个复杂的临床手术，需要精确的手术步骤顺序以确保手术成功。手术的详细步骤如图 5（a - p）所示。

DMEK：临床结果方面的优势

在临床实践中，DMEK 手术带来了许多优势，可总结如下：

• 更好的视力：DMEK 始终能产生卓越的视觉效果，通常优于先前的技术，如后弹力层剥离内皮角膜移植术（Descemet’s Stripping Endothelial Keratoplasty，DSEK）和穿透性角膜移植术（Penetrating Keratoplasty，PK）。患者受益于提高的视觉清晰度、对比敏感度和减少的眩光。
• 更快的术后恢复：与传统方法相比，DMEK 的恢复时间明显更短，视力康复更快，使患者能够更快地恢复日常活动。
• 更低的排斥风险：DMEK 的靶向性特点，即仅替换功能失调的内皮层，最大限度地减少了抗原暴露，从而降低了免疫介导的排斥风险，提高了移植物的长期存活率。
• 减少散光：通过保留受体的角膜结构，DMEK 最大限度地减少了诱导散光，从而获得更好的屈光效果，减少了对矫正镜片的依赖。
• 提高移植物稳定性：超薄的 DMEK 移植物能迅速附着在受体角膜上，促进稳定的整合和长期的耐久性。

尽管 DMEK 具有这些显著优势，但它也存在一些挑战。移植物的制备和处理需要高超的手术技巧，并且供体组织的可用性也是一个问题。然而，手术技术、器械和术后护理的不断进步正在持续改善 DMEK 的手术效果。此外，组织工程和再生医学的创新可能会提供生物工程角膜替代品，有望缓解供体组织的短缺问题。

DMEK：移植物的要求

尽管如此，DMEK 移植物仍然是角膜内皮疾病手术治疗的重要组成部分，尽管它们可能并不适用于所有情况。这些移植物必须满足几个严格的标准，以确保移植成功并为患者带来最佳的视觉效果：

• 完整性和厚度：移植物的后弹力层（Descemet membrane，DM）部分应完整，无撕裂、穿孔或损坏。此外，DM 的厚度应在特定范围内（约 15μm），以维持结构完整性，同时确保内皮细胞的最佳功能。
• 内皮细胞密度（ECD）：DMEK 移植物应包含足够数量的健康内皮细胞，以支持移植后角膜的透明度和功能（2000 - 3500 个细胞 /mm3）。较高的内皮细胞密度与更好的移植物存活率和视觉效果相关。
• 透明度：与身体的大多数其他组织不同，角膜是无血管的，这意味着它缺乏血管。相反，它从外表面的泪膜和眼前房内的房水中获取氧气和营养。这种无血管的特性有助于减少光吸收，维持角膜的透明度。角膜没有色素沉着，进一步通过最小化光吸收和散射来增强透明度。角膜表面的光滑度允许光线以最小的扭曲通过，这对于最佳视觉清晰度至关重要。即使是角膜表面的微小不规则或瑕疵也会干扰光线通过，影响视力。覆盖在角膜上的泪膜通过提供光滑的折射表面来帮助维持光滑度和光学清晰度。角膜的任何破坏或混浊，无论是由损伤、疾病还是手术引起的，都可能导致视力障碍和生活质量下降。
• 纯度和活力：移植物应不含可能引发免疫反应或损害内皮细胞功能的污染物、碎片或细胞残余物。移植物内内皮细胞的活力对于它们在移植后的存活和正常功能至关重要。
• 均匀性和光滑度：DMEK 移植物应具有均匀的厚度和光滑度，以便在手术过程中易于处理和定位。移植物的不规则或不均匀可能会导致展开和附着到受体角膜上的困难。还必须考虑诸如剥离、分裂、卷曲行为和易碎性等因素。
• 无菌性和安全性：移植物的无菌性至关重要，以防止感染或疾病传播。供体组织必须经过全面的筛选和处理，以确保安全性，并将移植后不良事件的风险降至最低。
• 处理特性：DMEK 移植物应具有适当的处理特性，便于在受体眼中进行操作和放置。过于脆弱或易碎的移植物在手术操作过程中可能容易受损。
• 储存和运输稳定性：移植物在从供体到手术部位的储存和运输过程中必须保持稳定性和活力。适当的储存条件，包括控制温度和湿度水平，对于保持移植物质量至关重要。
• 与手术技术的兼容性：DMEK 移植物应与移植过程中使用的手术器械和技术兼容。过于坚硬或脆弱的移植物在手术操作和插入过程中可能会带来挑战。

总之，一个成功的 DMEK 移植物必须满足几个关键标准，包括结构完整性、内皮细胞密度、纯度、均匀性、无菌性、处理特性、储存稳定性以及与手术技术的兼容性。遵守这些要求可确保接受 DMEK 手术的患者获得最佳结果，从而提高视力和生活质量。

DMEK：近期发展和未来方向

DMEK 研究的未来方向包括探索个性化医疗，例如使用根据个体患者定制的患者特异性移植物，这可以降低排斥风险并改善治疗效果。人们对整合先进的成像技术也有浓厚兴趣，以确保移植物的精确尺寸和定位，提高手术的准确性。此外，研究人员正在研究开发辅助疗法，旨在增强移植后内皮细胞的存活和维持功能。正在进行的努力旨在进一步改进 DMEK 技术并解决现有挑战。这包括改进供体组织的制备方法、推进细胞培养和生物工程方法，以及探索能够长期提高移植物存活率和内皮功能的疗法。

DMEK 体外细胞培养的进展

开发用于角膜内皮（corneal endothelium，CE）的新细胞培养方法已成为一个