Hệ vi sinh vật (microbiome) là thuật ngữ chung chỉ tất cả các vi sinh vật và vật liệu di truyền của chúng tồn tại trong một môi trường cụ thể 4). Hệ vi sinh vật bề mặt mắt (OSM) đề cập đến cộng đồng vi khuẩn, nấm và virus thường trú trên kết mạc và giác mạc 2). Hệ vi sinh vật của mí mắt và lông mi được coi là một phần của hệ vi sinh vật da.
Bề mặt mắt khỏe mạnh có lượng vi sinh vật rất thấp so với các bề mặt cơ thể và màng nhầy khác, và được gọi là “ít vi sinh vật” (paucimicrobial) 4). Khoảng 0,05 vi khuẩn được phát hiện trên mỗi tế bào kết mạc, tương đương khoảng 1/150 so với da mặt hoặc niêm mạc miệng 4). Lượng vi sinh vật thấp này là do áp lực chọn lọc từ các enzyme kháng khuẩn trong nước mắt (lysozyme, lactoferrin, defensin) và các cơ chế loại bỏ vật lý thông qua chớp mắt và phản xạ nước mắt 4).
Các vi sinh vật thường trú trên bề mặt mắt ức chế cạnh tranh sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh và cũng góp phần vào sự trưởng thành và điều hòa miễn dịch tại chỗ 1)2). Sự mất cân bằng này được gọi là rối loạn hệ vi sinh vật (dysbiosis), và đã được báo cáo là có liên quan đến nhiều bệnh về mắt.
Định nghĩa chính xác về “hệ vi sinh vật cốt lõi” (nhóm vi sinh vật phổ biến trong một môi trường cụ thể) vẫn chưa được thiết lập vào thời điểm hiện tại 4). Những thách thức kỹ thuật trong môi trường sinh khối thấp và sự biến thiên của dữ liệu gây khó khăn cho việc tiêu chuẩn hóa.
Hệ vi sinh vật bề mặt mắt là tổng thể vi khuẩn, nấm và virus thường trú trên kết mạc và giác mạc. Nó tham gia vào việc duy trì cân bằng nội môi và bảo vệ chống lại mầm bệnh, và sự mất cân bằng của nó (dysbiosis) có liên quan đến nhiều bệnh về mắt. Xem phần “Sinh lý bệnh” để biết chi tiết.
Trong dữ liệu tổng hợp từ 5 nghiên cứu sử dụng giải trình tự shotgun metagenomic, vi khuẩn chiếm trung bình 91% vi sinh vật bề mặt mắt, virus trung bình 5%, nấm và các sinh vật nhân thực khác trung bình 4% 4).
Vi khuẩn
Ba ngành chính: Proteobacteria (trung bình 45%), Actinobacteria (trung bình 23%) và Firmicutes (trung bình 19%). Được phát hiện nhất quán bất kể phương pháp 4).
Các chi phong phú nhất: Corynebacterium (được phát hiện trong 17/18 nghiên cứu, trung bình có trọng số 11%). Tiếp theo là Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus và Acinetobacter 4).
Phương pháp nuôi cấy: Tụ cầu khuẩn âm tính coagulase (CNS) được phân lập nhiều nhất, tiếp theo là Corynebacterium và Propionibacterium 3).
Virus
TTV (Torque teno virus): Virus chiếm ưu thế nhất trên bề mặt mắt. Được phát hiện ở 86,3% kết mạc khỏe mạnh 4).
Bacteriophage: Virus lây nhiễm vi khuẩn và điều chỉnh mật độ cũng như phân bố của quần thể vi khuẩn 4).
Khác: MSRV, HERV-K (retrovirus nội sinh ở người), MCV và HPV được phát hiện với tần suất thấp 4).
Nấm
Hai ngành chính: Basidiomycota (trung bình 78,67%) và Ascomycota (trung bình 19,54%) 4).
Nấm cốt lõi: Malassezia (74,65%) có mặt ở hơn 80% đối tượng. Tiếp theo là Rhodotorula, Davidiella, Aspergillus và Alternaria 4).
Mầm bệnh cơ hội: Fusarium, Aspergillus, Malassezia và các loại khác cũng có mặt ở mắt khỏe mạnh.
Sự xáo trộn của hệ vi sinh vật bề mặt mắt có liên quan đến nhiều bệnh về mắt. Dưới đây là các bệnh chính và những thay đổi về hệ vi khuẩn.
| Bệnh | Các chi vi khuẩn tăng | Các chi vi khuẩn giảm |
|---|---|---|
| Viêm giác mạc do vi khuẩn | Streptococcus · Pseudomonas | — |
| Rối loạn chức năng tuyến Meibom | Staphylococcus · Sphingomonas | Corynebacterium |
| Hội chứng Stevens-Johnson | Pseudomonas · Acinetobacter | — |
Ở kết mạc của bệnh nhân hội chứng Stevens-Johnson (SJS), tỷ lệ nuôi cấy dương tính là 60%, cao hơn đáng kể so với 10% ở người khỏe mạnh 3). Giải trình tự 16S rRNA báo cáo sự gia tăng đa dạng alpha và sự gia tăng Lactobacillus, Bacteroides, Pseudomonas, Staphylococcus và Acinetobacter 3).
Hệ vi sinh vật kết mạc của bệnh nhân tiểu đường đa dạng hơn so với người khỏe mạnh, với sự gia tăng Acinetobacter và ưu thế của Proteobacteria 5).
Các yếu tố làm thay đổi thành phần hệ vi sinh vật bề mặt mắt rất đa dạng.
Đeo kính áp tròng làm tăng vi khuẩn liên quan đến da như Pseudomonas và Acinetobacter trên bề mặt mắt, trong khi vi khuẩn bình thường giảm. Kính hoạt động như một phương tiện truyền vi khuẩn từ da lên mắt, có khả năng làm tăng nguy cơ viêm giác mạc do vi khuẩn.
Phương pháp nuôi cấy truyền thống có lịch sử lâu đời, nhưng độ nhạy thấp. Tỷ lệ dương tính khi nuôi cấy bề mặt mắt khỏe mạnh chỉ là 10-13% 3). Nuôi cấy có ưu điểm chỉ phát hiện được vi khuẩn sống, nhưng không thể phát hiện hầu hết vi khuẩn khó nuôi cấy, virus và nấm 4).
Đây là phương pháp khuếch đại gen 16S rRNA bằng PCR sau đó giải trình tự 4). Có thể phát hiện sự đa dạng gấp ba lần so với nuôi cấy 3). Tuy nhiên chỉ nhắm vào vi khuẩn, không phát hiện được virus và nấm. Sai lệch khuếch đại PCR có thể ảnh hưởng đến kết quả 4).
Phương pháp này phân mảnh toàn bộ DNA trong mẫu và giải trình tự. Có thể phát hiện đồng thời vi khuẩn, virus, nấm và vi khuẩn cổ, đồng thời cho phép phân tích hồ sơ chức năng 4). Tuy nhiên, trong môi trường sinh khối thấp, nhiễm các mảnh ngắn (bao gồm nhiễm từ bộ chiết DNA gọi là “kitome”) là một vấn đề 4).
Đặc điểm của từng phương pháp được tóm tắt dưới đây.
| Phương pháp | Đối tượng | Ưu điểm & Hạn chế |
|---|---|---|
| Nuôi cấy | Chỉ vi khuẩn sống | Độ nhạy thấp (dương tính 10-13%) |
| 16S rRNA | Chỉ vi khuẩn | Độ nhạy cao nhưng có sai lệch PCR |
| Shotgun | Tất cả vi sinh vật | Toàn diện nhưng dễ bị nhiễm bẩn |
Đối với mẫu có sinh khối thấp, cần loại bỏ DNA của vật chủ (depletion) hoặc làm giàu hệ vi sinh vật. Ly giải tế bào chủ có chọn lọc có thể tăng hàm lượng DNA vi khuẩn tương đối lên đến 10 lần 4). Trong tương lai, cần thiết lập các quy trình chuẩn hóa bao gồm kiểm soát dương tính và âm tính 4).
Hiện tại chưa có liệu pháp đã được thiết lập nhắm đích cụ thể vào chứng loạn khuẩn hệ vi sinh vật bề mặt mắt. Quản lý hiện tại được chia thành cải thiện lối sống và các can thiệp ở giai đoạn nghiên cứu.
Có báo cáo rằng probiotic đường uống cải thiện lượng nước mắt và TBUT ở mắt khô, nhưng đây là phát hiện nghiên cứu chứ không phải điều trị tiêu chuẩn. Điều hòa miễn dịch qua trục ruột-mắt được đề xuất là cơ chế tác động. Xem phần “Sinh lý bệnh” để biết chi tiết.
Sự cân bằng nội môi của bề mặt mắt được duy trì bởi các cơ chế bảo vệ đa lớp2)4).
Bảo vệ vật lý và hóa học
Phản xạ chớp mắt và nước mắt: Loại bỏ vi sinh vật một cách cơ học4).
Protein nước mắt kháng khuẩn: Lysozyme, lactoferrin, mucin và defensin ức chế sự phát triển của vi khuẩn4). 9% proteom nước mắt tham gia vào chức năng kháng khuẩn4).
Liên kết chặt biểu mô: Các liên kết chặt giữa các tế bào biểu mô giác mạc và kết mạc tạo thành hàng rào vật lý2).
Bảo vệ miễn dịch
CALT: Mô lympho liên quan đến kết mạc. Cấu trúc nang chứa tế bào đuôi gai, tế bào B và tế bào T, chịu trách nhiệm cho cả dung nạp miễn dịch và giám sát miễn dịch2).
IgA tiết: Được sản xuất bởi tương bào sản xuất IgA ở tuyến lệ và kết mạc. Ức chế sự bám dính của mầm bệnh và bao phủ vi khuẩn cộng sinh một cách không viêm2).
Tế bào γδT, tế bào MAIT, tế bào NKT: Hiện diện ở biểu mô như các tế bào T không điển hình, làm cầu nối giữa miễn dịch bẩm sinh và thích ứng2).
Corynebacterium mastitidis là vi khuẩn cộng sinh không gây bệnh thường được tìm thấy trên bề mặt mắt 2). Vi khuẩn này kích thích tế bào γδT kết mạc tiết IL-17 và IL-22 2).
TLR2, TLR4 và TLR5 trên biểu mô giác mạc khu trú nội bào ở mức tế bào cánh và tế bào đáy, không phải trên bề mặt 2). Sự bố trí chiến lược này duy trì trạng thái “im lặng miễn dịch” (immunosilence) ngăn ngừa phản ứng viêm không cần thiết khi tiếp xúc với vi khuẩn cộng sinh 2). Khi biểu mô bị tổn thương, các TLR này được kích hoạt và bắt đầu dòng thác viêm xuôi dòng.
Các con đường sau đây đã được đề xuất cho việc rối loạn hệ vi sinh đường ruột gây ra bệnh bề mặt mắt 2):
Trên mô hình động vật, bề mặt mắt của chuột không có vi khuẩn cho thấy mật độ tế bào đài giảm và tổn thương biểu mô, cải thiện sau khi cấy ghép phân 5).
C. mastitidis là vi khuẩn cộng sinh không gây bệnh kích thích tế bào γδT kết mạc tiết IL-17 và IL-22. Điều này dẫn đến sản xuất peptide kháng khuẩn, thu hút bạch cầu trung tính và tăng cường hàng rào biểu mô, ngăn chặn sự xâm nhập của mầm bệnh.
Kittipibul và cộng sự (2021) đã so sánh hệ vi sinh vật kết mạc của 20 mắt bệnh nhân hội chứng Stevens-Johnson và 20 mắt người khỏe mạnh 3). Bằng phương pháp nuôi cấy, 60% nhóm Stevens-Johnson dương tính so với 10% ở nhóm khỏe mạnh. Giải trình tự 16S rRNA xác định hệ vi sinh vật cốt lõi của nhóm Stevens-Johnson là Pseudoalteromonadaceae, Vibrionaceae, Burkholderiaceae và Enterobacteriaceae. Điểm mức độ nghiêm trọng của bệnh cao hơn đáng kể ở nhóm nuôi cấy dương tính (p=0,016).
Peter và cộng sự (2023) đã báo cáo mối liên quan giữa hệ vi sinh vật bề mặt mắt khỏe mạnh và proteome nước mắt 4). Trong số 2172 protein nước mắt, 9% liên quan đến chức năng kháng khuẩn. Con đường chuyển hóa axit amin được coi là điểm tiếp xúc giữa vi khuẩn bề mặt mắt và thành phần nước mắt, và Corynebacterium được cho là có thể đóng góp vào chuyển hóa axit amin.
Thực khuẩn thể là yếu tố điều hòa chính của quần thể vi khuẩn, và ứng dụng điều trị của chúng như một giải pháp thay thế kháng sinh đang được xem xét 4). Thực khuẩn thể thuộc họ Siphoviridae cũng đã được phát hiện trên bề mặt mắt, có khả năng trở thành mục tiêu điều trị trong tương lai 4).
Điều trị các bệnh bề mặt mắt thông qua điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột đang được nghiên cứu 2). Các thử nghiệm lâm sàng FMT trên bệnh nhân hội chứng Sjögren đang được tiến hành, nhưng cần nghiên cứu thêm để làm sáng tỏ mối liên quan sinh lý bệnh giữa hệ vi sinh vật đường ruột và bề mặt mắt 5).
Việc thiết lập các quy trình phân tích chuẩn hóa trong môi trường sinh khối thấp là cấp thiết 4). Phân tích đa lớp tích hợp metagenomics, proteomics và metabolomics được kỳ vọng sẽ làm sâu sắc thêm hiểu biết chức năng về hệ vi sinh vật bề mặt mắt 3).
