蓝光对眼损伤的最新研究进展

人们所了解到的光谱包括100～400nm的紫外光谱（UVR）、400～760nm的可见光谱（VR）和760～ 1 006nm的红外光谱（IR）[1]，其中紫外光谱中紫外线和可见光谱的蓝光会对人体产生光化学作用，455～500nm的蓝光具有调整生物节律、情绪、记忆力和产生暗视力及影响屈光发育等重要作用，而位于415～455nm的蓝光能量最高[2]，可以造成视网膜感光细胞的损伤。人眼视网膜色素上皮层细胞对蓝光最为敏感，过量的蓝光可以引发氧化应激反应，氧化产物诱发细胞凋亡和自噬的发生，进而对人眼造成永久性损伤。

1 蓝光对眼的损伤

1.1 眼表与晶状体视频终端产生的短波蓝光为450nm，具有相对高的能量，可以在眼表产生过量的活性氧（ROS）[3]，导致由受体诱导的促炎细胞因子和趋化因子释放增加，启动ROS-NLRP3-IL-1B 信号通路使NLRP3、ASC、pro-caspase-1、pro-IL-1B基因表达及IL-1B 分泌均上调，引起干眼症（DE）。晶状体含有结构蛋白、酶和蛋白质代谢产物，这些物质可吸收短波蓝光，在短波蓝光的作用下产生衍生物并逐渐堆积在晶状体内部，使晶状体变暗变黄，但是可以减少部分视网膜感光细胞的损伤[4]。蓝光也可以诱导人晶状体上皮细胞（hLECs）的线粒体产生ROS[5]，并引起损伤。

1.2 视网膜视网膜是光线的接收器，视觉的起始点，也是多种致盲眼病的发生部位。蓝光可以穿透角膜、房水、晶状体、玻璃体并对视网膜造成光损伤。

损伤的视网膜发生病理性改变[6]，其中，感光细胞层变薄，细胞核排列不规则、间隙增宽，数量减少，部分感光细胞核消失，内节外节排列不规则。超微结构显示蓝光照射后感光细胞核数量较正常明显减少，细胞核与细胞核之间空隙加大，细胞核内染色质分布不均匀，可以看到较多的染色质浓集、核碎裂、核固缩、核溶解等凋亡表现。感光细胞外节膜盘数量较正常细胞减少，一部分感光细胞膜盘结构紊乱，膜盘叠状结构消失，发生空泡样变。感光细胞内节线粒体体积增大、基质分布不均匀、线粒体嵴发生断裂、线粒体双层膜不完整，甚至发生空泡样改变。

2 蓝光对眼的损伤机制

2.1 氧化应激氧化应激是导致蓝光LED 发光源照射引起细胞氧化损伤的前期机制之一，细胞内ROS的产生是细胞损伤的关键[7]。线粒体是有氧呼吸的主要场所，其完整性是保证细胞内环境稳态的重要因素，线粒体中含有黄素氧化酶（细胞色素C 氧化酶），它可以吸收紫外线与短波蓝光，吸收峰在440nm，在有氧情况下产生过氧化氢（H2O2）和超氧化物阴离子（O-2），氧化损伤蛋白质、mtRNA 和线粒体，导致线粒体膜通透性增加，降低了跨膜电位，与此同时溶酶体膜也受到氧自由基的攻击而破坏，促使内容物进入胞质。在感光细胞外段有大量长链不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸中二烯丙基氢原子可以受到过氧羟自由基的攻击。

2.2 线粒体损伤蓝光与线粒体动力学研究中涉及到线粒体分裂和融合的调控机制。在对含有N-亚乙烯基-N-视黄基乙醇胺（A2E）和无A2E的人RPE 细胞光照时发现细胞线粒体融合/分裂失衡现象，其中加载A2E的细胞线粒体OPA1 水平下降，而DRP1 和34kDa的OMA1 增加，因此线粒体的裂解可能与线粒体形成蛋白水平（OPA1、DRP1 和OMA1）的失调节有关，而A2E 可以降低这种变化，蓝光可以诱导这种现象的产生[8]。

光照产物ROS 及其代谢产物可使线粒体膜电位降低，线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，MPTP）开放，线粒体细胞色素C 进入细胞内，活化凋亡蛋白酶活化因子1（Apaf-1），活化后的八聚体与Caspase-9 反应引起下游Caspase-3表达增加，引发凋亡机制的发生[9]。

2.3 N-亚乙烯基-N-视黄基乙醇胺（A2E）介导的损伤脂褐素颗粒是一种脂质和蛋白质的聚合体，随着年龄的增长脂褐素的含量也逐渐升高，A2E 是脂褐素的主要自发荧光基团，在蓝光照射下被氧化成氧代-A2E，负载A2E的视网膜色素上皮细胞受到415～455nm的蓝光照射可引起RPE 细胞产生活性氧，线粒体功能下降，导致感光细胞损伤、凋亡甚至死亡[10]。

2.4 视紫红质介导的损伤含有视紫红质的感光细胞经蓝光照射时，视网膜的光子吸收能力与敏感性提高，光诱导的细胞死亡数量上升[11]，调控基因Rpe65 是编码全反-视黄醛异构化成11-顺式黄醛的必要物质，通过敲除等位基因Rpe65 使小鼠视网膜缺乏视紫红质，对有、无视紫红质的小鼠蓝光照射发现含有视紫红质的小鼠较不含视紫红质的小鼠损伤的程度更大[12]，这说明Rpe65 在蓝光介导的感光细胞凋亡中起重要作用，同时验证了蓝光通过视紫红质介导了视网膜的损伤。

2.5 蓝光诱导自噬和凋亡的发生应用2.0mW/cm2的蓝光照射RPE 细胞12～36h 后，仍能识别细胞质组分的轮状包裹体具有自噬体和自溶体，60h 后RPE 细胞出现凋亡[13]。

为维持内环境稳定，基因控制细胞自主的、有序的死亡过程被称为凋亡。Caspase（含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶）是一组蛋白酶，Caspase 家族成员已被确定在凋亡途径中发挥关键作用，其通常表现为不活跃的前体酶，一旦凋亡途径被激活，便开始从细胞内程序性分解，迄今为止，Caspase 家族含有3 种主要凋亡相关通路：线粒体/凋亡小体通路、凋亡受体通路、CTN/NK 衍生颗粒酶b 依赖通路[14]。

3 蓝光对人体生物钟的影响

人的生物钟控制是人眼视网膜第三类感光细胞（ipRGC）接收光辐射，并将信号通过视网膜下丘脑束（RHT）传入下丘脑的视交叉上核（SCN）[15]。由于蓝光的波长与调控人体昼夜节律的波长相近，因此其具有较强的抑制人体分泌褪黑色素的能力，褪黑色素的减少会使人兴奋，并引起失眠[16]。目前可调理生物钟的感光色素有视蛋白、隐色素（Cry）与黑色素[17]。

4 人眼蓝光损伤的防治

4.1 防蓝光晶状体的应用Nagai 等[18]对52只黄色人工晶状体（IOL）眼和79只无色IOL 眼进行前瞻性比较观察研究发现，在黄色IOL组中，眼底自发荧光未发生异常或有所增加，然而在无色IOL组中，12只眼（15.2%）出现异常的进行性眼底自发荧光（P=0.0016），在无色IOL组中观察到新的玻璃疣和脉络膜新血管，并且AMD的发病率更为突出，说明使用黄色IOL 可以有效降低术后AMD的发生率。

4.2 自由基清除剂传统临床采用二甲基硫脲、高剂量的别嘌呤醇等自由基清除剂，和丁羟基甲苯、维生素E 等抗氧化剂对抗蓝光与视网膜氧化损伤。类胡萝卜素只能通过饮食获取。在自然界中包含750 多种类胡萝卜素，其中只有叶黄素、玉米黄质及其氧化代谢产物有选择性地积聚在视网膜中央凹区域，并统称为黄斑色素（macular pigment，MP）。MP 通过滤除蓝光辐射、抗氧化来保护眼睛。流行病学研究表明，血清类胡萝卜素和黄斑色素光密度（Macular pigment optical density，MPOD）较低的患者患AMD的风险较高，但是口服胡萝卜素并不能延缓湿性AMD的病情进展[19]，并因其具有脂溶性，长期服用可使其他器官药物累积。

4.3 槲皮素-3-O-α-L-阿拉伯吡喃糖苷（Quercetin-3O-α-L-arabinopyranoside，QA）与牛磺酸 首先QA[20]可以抑制RPE 细胞中A2E的氧化，进而阻止蓝光引起的RPE的凋亡与C3 补体激活；其次QA 对AP1 和NF-κB的活性同样产生抑制，并下调药物损伤细胞的芳香烃受体靶基因（CYP1A1、CYP1B1）的基因表达。

蓝光可增加视网膜神经元细胞物质转运蛋白mRNA的表达，使细胞摄入物质的量增加，从而增加细胞的渗透压。高渗透压可使摄入的牛磺酸、甜菜碱和肌醇增加，而牛磺酸可以显著抑制视网膜神经元细胞凋亡，所以可以通过补充牛磺酸来降低细胞的凋亡率[21]。

4.4 其他骨髓间充质干细胞衍生的外泌体（MSCExos）[22]通过下调血管内皮生长因子-A（VEGF-A），来改善视网膜色素上皮细胞（RPE 细胞）蓝光刺激和激光诱导的视网膜损伤。MSC-Exos 对蓝光诱导的视网膜激光损伤具有良好的修复作用，VEGF表达的下调可能受MSC-Exos 包裹的重要蛋白或Rna的影响，移植MSC-Exos 也可能成为治疗视网膜疾病的新思路。组织因子靶向肽（TF-TP）[23]预处理RPE 细胞，可减少RPE 细胞蓝光损伤，增加细胞的存活率，其作用机制与TF-TP 抑制了介导bax/bcl-2 凋亡通路有关。

总之，现在蓝光被广泛应用于各行各业，日常的手机视频终端最为常见，其产生的危害大多情况下是不可避免的，由于蓝光的损伤是持续低强度的慢性损伤，而人眼视网膜感光细胞凋亡却是不可逆的，所以这种慢性损伤会随着年龄增长而加重，正确防护和应用蓝光是我们需要掌握的知识，而对于科学家与医生，需要通过更多的研究来寻找预防和治疗的方法。