科学发现往往源于意外，安东尼·圣勒热和他的研究团队就深刻体会到了这一点。他们原本试图研究小鼠眼睛表面的微生物，却在实验室培养细菌时遇到困难。随后，一个偶然的发现改变了研究方向。"我们在培养细菌时，把一个培养皿忘在了培养箱里，"宾夕法尼亚大学匹兹堡分校的眼部免疫学家圣勒热解释道。
一周后，当团队发现这个被遗忘的培养皿时，惊喜地看到有细菌正在生长。起初，圣勒热以为培养皿被污染了。但研究团队重新从头开始实验，这次让微生物繁殖一周。结果，目标细菌——马氏棒状杆菌（Corynebacterium mastitidis）再次生长出来。
这种细菌生长缓慢，需要更多时间才能繁殖。"我常说整个研究项目都建立在那个被遗忘的培养皿上，"圣勒热开玩笑道。
多年来，人们一直认为眼睛是无菌的。但坚持不懈地从眼部表面微小样本中培养细菌的努力，以及无需先在培养皿中培养微生物即可读取微生物DNA或RNA的基因测序技术的进步，证明眼睛拥有自己的微生物组。
在眼睛表面，每100个人类细胞仅有约6个细菌。相比之下，人体结肠估计有39万亿细菌——是体内密度最高的区域。一些眼科医生称眼睛为"寡细菌"，意指细菌数量很少。即便如此，微生物仍可能对眼部健康产生显著影响。
某些类型的细菌，如葡萄球菌（Staphylococcus）、链球菌（Streptococcus）、丙酸杆菌（Propionibacterium）和棒状杆菌（Corynebacterium），正成为眼部微生物组中的重要成员。同时，研究人员正投入大量精力了解肠道和其他身体部位的微生物如何影响眼部健康。这些见解有望为包括疼痛性干眼症和导致失明的青光眼等多种疾病提供更有效的治疗方法。
主要嫌疑菌
研究眼部微生物组的科学家主要关注眼睛表面，包括覆盖眼白的透明组织层——结膜，以及覆盖虹膜和瞳孔的角膜。宏基因组分析——一种无需在实验室培养即可测序大量微生物的方法——已被用于研究眼睛内部的液体，但科学家仍不确定微生物群（即微生物组）是否存在于眼睛内部空间。"迄今为止，表征眼内微生物组的尝试尚未发现任何令人信服的定植证据，"西雅图华盛顿大学的眼科医生拉塞尔·范格尔德表示。
圣勒热及其团队在眼睛中发现了一种微生物。图片来源：Eye & Ear Foundation
眼睛表面的细菌种类和数量似乎影响着人类宿主的健康。某些细菌属，包括葡萄球菌、棒状杆菌和乳酸杆菌（Lactobacillus），被认为是有益的。"在健康的眼睛中，它们有助于维持眼部表面的稳定性，"意大利乌迪内大学医院的眼科医生马可·泽皮耶里表示。如果微生物群失衡——称为菌群失调——则可能出现问题。例如，青光眼患者眼睛中假单胞菌（Pseudomonas）和不动杆菌（Acinetobacter）的数量更高。泽皮耶里表示，这种变化可能导致炎症，并促进疾病进展，增加眼内压力，最终可能损害视神经。即使是看似有益的细菌过度生长也可能导致威胁视力的感染，如微生物性角膜炎。
眼部表面的菌群失调还可能导致睑缘炎（导致眼睑肿胀的病症）和结膜炎。后者在严重情况下可能导致眼睛瘢痕形成，通常与可在眼部微生物组中检测到的病毒有关。"在美国，大多数结膜炎可能超过四分之三是由病毒引起的，"范格尔德说。
范格尔德是美国国立眼科研究所于2023年发起的"眼部微生物组项目"的成员之一。这个实验室联盟致力于了解眼睛的微生物环境。利用先进的测序技术，范格尔德和他的合作者对他们在结膜炎患者中发现的腺病毒进行了表征，并研究了该病毒在不同个体间的细微遗传变异。"简短的结论完全出乎我们意料：仅从病毒序列就能预测谁的角膜会留下瘢痕，"他说，"宿主因素并不重要。"
眼部微生物组还包括真菌。与细菌和病毒一样，真菌菌群失调也会导致严重的眼部疾病。例如，由曲霉菌（Aspergillus）或念珠菌（Candida）过度生长引起的角膜感染称为真菌性角膜炎。与此同时，眼睛表面真菌多样性缺乏似乎与干燥综合征等疾病症状恶化相关——干燥综合征是一种影响产生液体的腺体的自身免疫性疾病。患有这种疾病的人会出现干眼症，即眼部表面无法被泪液充分润滑。"他们的眼睛灼痛难忍，这让他们几乎发狂，"范格尔德说。
更广阔的图景
对干燥综合征的研究还揭示了身体其他部位的微生物群如何影响眼部健康。"这些患者的肠道微生物组与健康对照组不同，"德克萨斯州休斯顿贝勒医学院的微生物学家劳拉·谢弗表示。
干眼症可导致角膜和结膜发炎和溃疡（绿色）。图片来源：Barraquer, Barcelona/ Science Photo Library
她和她的合作者利用在无菌条件下饲养的小鼠探索了肠道微生物组与干眼症之间的联系。小鼠的下消化道通过含有粪便成分的液体混合物被人类肠道细菌定植。一些啮齿动物接受了来自干燥综合征患者的肠道细菌，而另一些则接受了来自健康个体的肠道细菌。当暴露于干眼症的触发因素（如持续吹送干燥空气）时，接受干燥综合征患者微生物的小鼠比对照组在角膜表面显示出更明显的损伤迹象。
谢弗和她的同事目前尚不确定肠道细菌如何影响眼部膜的完整性。一种可能性是肠道中产生的分子信号可能导致免疫细胞在身体其他部位（如眼睛）过度活跃。干眼症也是其他自身免疫性疾病（包括狼疮）的特征。包括泽皮耶里在内的一个研究团队提出，微生物组也可能导致狼疮的这一症状。
研究人员提出了一种机制，解释肠道菌群失调如何导致肠道屏障功能障碍。这使得细菌及其代谢物离开肠道，通过血液或淋巴管到达视网膜和视神经，可能导致组织退化和神经系统炎症。
范格尔德表示，肠道菌群失调的联系可能是无法解释的干眼症的原因。他表示，对有此类症状的人的泪液进行分子测试显示，炎症标志物（称为白细胞介素和细胞因子）水平高于正常水平。
干眼症影响着美国约10%的成年人，其他国家甚至高达30%。因此，解开这一谜团绝非易事。"如果你因眼睛疲劳或干眼症感到不适，这可能导致一整天持续的不适感，"研究眼部微生物组的大阪大学眼科医生桥田典康表示。
肠道微生物组还被认为与年龄相关性黄斑变性有关。这种疾病是导致失明的主要原因，影响着全球约2亿人。尽管关于该疾病患者肠道中哪些细菌更普遍或减少的研究结果相互矛盾，但研究人员发现肠道中促进炎症的细菌变化与眼部疾病之间存在某些相关性。
关于肠道微生物组与眼睛健康（称为肠道-眼睛轴）之间联系的更多线索来自炎症性肠病（IBD）患者。约10%的IBD患者在消化道以外出现症状时会经历眼部问题，包括结膜炎、葡萄膜炎（眼部中间组织层的炎症）和表层巩膜炎（眼睑和眼白之间的炎症）。
一些科学家还在研究肺部和眼睛之间可能的"对话"。例如，青光眼和慢性阻塞性肺病共享一些潜在机制，如血管功能障碍和氧化应激增加。其他人则在研究佩戴隐形眼镜是否会将细菌从皮肤转移到眼睛表面，或者镜片材料本身是否会改变眼部微生物组。
未来展望
桥田表示，确定眼部疾病是眼部感染的直接结果，还是与眼部或其他区域微生物诱导的炎症有关，可能指向更好的治疗方法。目前眼部疾病治疗包括润滑剂、类固醇、抗病毒药物和抗生素，这些都可能引起副作用，以及更侵入性的手术如角膜移植。但如果能为某些眼部疾病确定特定的微生物元凶，这可能为治疗病因而非仅治疗症状的疗法铺平道路。
桥田典康研究眼部微生物组。图片来源：Noriyasu Hashida
研究人员的一个目标是能够找到更多将驻留在眼睛上的细菌、病毒和真菌与影响视力的特定疾病联系起来的分子信号。泽皮耶里解释说，这类生物标志物可用于诊断、治疗和管理眼部疾病，甚至可以预防疾病。
如果圣勒热、范格尔德和谢弗参与的"眼部微生物组项目"能够定义眼部微生物组的核心微生物成分，它将为研究视力相关障碍的科学家提供一个基本的参考框架。但泽皮耶里强调，需要更多研究来了解已识别微生物的作用。
这些科学家希望解开的部分谜团是眼睛如何维持健康的局部环境。"一个完全暴露在环境中的组织如何能够不被大量定植？"范格尔德问道。研究表明，眼睛可能从共生微生物那里获得帮助，通过调动第一道免疫防线来抵御入侵者。
圣勒热团队通过偶然的实验室实验发现的细菌——马氏棒状杆菌——似乎就是这样的细菌。"他们实际上发现了在眼睛上持续存在的东西，或者至少是在小鼠眼睛上，这很令人着迷，"谢弗说。
在小鼠实验中，圣勒热和他的合作者证明，马氏棒状杆菌诱导眼睛表面组织中的免疫细胞释放一种称为白细胞介素-17的分子。这种信使分子促使白细胞被招募来帮助抵抗感染，并导致抗菌"警报素"肽释放到泪液中，使免疫系统对入侵者保持警惕。最终，当暴露于白色念珠菌（Candida albicans）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）等病原微生物时，马氏棒状杆菌的存在保护了啮齿动物的眼睛免受感染。
圣勒热的目标是设计能够长期递送免疫调节分子的眼部定植细菌。他的团队已成功对马氏棒状杆菌进行基因工程改造，使其分泌抑制过度炎症并改善伤口愈合的白细胞介素-10。在一篇预印本中，该团队展示了这种生物治疗微生物提高了小鼠角膜的愈合能力。
圣勒热认为，生物学家正在了解越来越多关于眼部微生物组的知识，未来他们可能能够影响其组成。"你知道人们如何服用益生菌来改善肠道健康吗？我们基本上是在尝试为眼睛创造益生菌，"他说。
谢弗和她的同事也探索了眼部疾病益生菌治疗的想法。2023年，他们在美国微生物学会年会上展示了数据，表明食用了一种"友好"菌株的干眼症小鼠比未接受益生菌的小鼠拥有更健康、更完整的角膜表面。谢弗指出，在其他啮齿动物实验中，肠道细菌的副产品——丁酸盐似乎也有助于保护眼睛。"如果你给我们的小鼠丁酸盐（一种短链脂肪酸），它对眼部表面有保护作用，"她说。
尽管眼睛不像肠道那样容纳大量微生物，但科学家们每天都在了解更多关于它们在视力中的作用，以及如何最好地利用这些知识。
【全文结束】
