藍光損傷視網(wǎng)膜的機制及防護

秦 珊，盧怡潔，秦 波

0引言

隨著科技的發(fā)展和生活、工作的需要，人們在配備液晶顯示器的視頻顯示終端(如電視機、電腦、智能手機等)上花費越來越多的時間。然而，液晶屏多采用發(fā)光二極管(LED)作為背光源，而LED中藍光含量極高，對視網(wǎng)膜造成了損害。

1藍光對視網(wǎng)膜的損傷機制

藍光對視網(wǎng)膜的損傷程度取決于視網(wǎng)膜接收到的總光照量，與其光照的強度和時間相關(guān)，且兩者相互影響。有研究在平穩(wěn)視紫紅質(zhì)水平下用20～160Lx藍光照射小鼠，發(fā)現(xiàn)光照強度和暴露的時間具有相關(guān)性，長的光照時間可替代低光照強度。Knels等[1]利用0.6、1.5、4.5W/cm2的波長為410nm的LED光照射視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞(R28細胞)發(fā)現(xiàn)光輻照功率越高，細胞損傷越嚴重。同時，間斷的光暴露較持續(xù)的光暴露對視網(wǎng)膜造成的損傷更大。研究顯示，5min光照不會引起明顯的視網(wǎng)膜損傷，然而如果進行連續(xù)3～4次暴露，盡管每次5min并且中間間隔1h，仍然會對視網(wǎng)膜造成明顯的損傷。國內(nèi)外學者研究體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞時發(fā)現(xiàn)，藍光輻射強度3～7mW/cm2且持續(xù)作用3～24h均可持續(xù)引起細胞損傷。也有研究認為藍光輻射強度4.0±0.5mW/cm2，光照6h可能是引起RPE細胞及亞細胞器嚴重損傷，甚至凋亡及壞死的時間節(jié)點[2]。目前認為，藍光損傷視網(wǎng)膜的主要機制是其對視網(wǎng)膜感光細胞和RPE細胞的損傷。

1.1藍光損傷視網(wǎng)膜感光細胞的機制

1.1.1視網(wǎng)膜活性氧增加視網(wǎng)膜活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加是藍光損傷視網(wǎng)膜感光細胞的主要機制，通過氧化應激對感光細胞內(nèi)線粒體造成損傷從而損傷細胞。藍光照射后，可能通過以下方式導致感光細胞凋亡：(1)視網(wǎng)膜ROS增加，導致感光細胞內(nèi)線粒體損傷，細胞色素C增加；(2)ROS產(chǎn)生后，誘導絲裂原蛋白活化激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)活化，調(diào)節(jié)炎癥反應、細胞死亡等過程；(3)藍光照射后引起磷酸化的細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(P-extracellular regulated protein kinases，p-ERK)水平下調(diào)，隨時間增加下調(diào)水平增加；(4)藍光照射3h后活化的核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)上調(diào)，自噬通路被激活。上述通路的調(diào)控均可誘導細胞凋亡級聯(lián)反應，導致視網(wǎng)膜感光細胞凋亡[3]。

1.1.2短波長視蛋白聚集短波長LED光可引起相關(guān)蛋白的表達水平發(fā)生改變，引起短波長視蛋白(S-opsin)聚集，視錐細胞短期內(nèi)出現(xiàn)變性，導致嚴重的感光細胞損傷[4]。

1.1.3視網(wǎng)膜miR-155和SHIP1表達改變研究發(fā)現(xiàn)，小鼠進行光照后，視網(wǎng)膜內(nèi)促炎因子miR-155表達量增加，而抗炎因子含SH2結(jié)構(gòu)域的肌醇磷酸酶1(src homology 2 domain-containing inositol-5-phosphatase 1，SHIP1)表達量下降，使視網(wǎng)膜光感受器退化，促紅細胞生成素分泌增加，導致視網(wǎng)膜氧化應激增強，進一步加重視網(wǎng)膜感光細胞損傷，形成一個惡性循環(huán)[5]。

1.1.4 NLRP3炎癥小體激活NLRP3炎癥小體是一個多蛋白復合體，在小膠質(zhì)細胞中其可以募集caspase-1及介導白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)的產(chǎn)生。有研究認為在年齡相關(guān)性黃斑變性(ARMD)的病理過程中，NLRP3炎癥小體被激活，另有研究發(fā)現(xiàn)在長期藍光照射后的小鼠視網(wǎng)膜細胞中NLRP3和IL-1β也被激活，導致視網(wǎng)膜感光細胞損傷[6]。

1.2藍光損傷視網(wǎng)膜色素上皮細胞的機制

1.2.1脂褐素累積脂褐素即類視黃醛代謝后的產(chǎn)物，藍光照射后可在RPE細胞中大量累積，其主要熒光基團N-亞視黃基-N-視黃基-乙醇胺(N-retinylidene-N-retinyl-ethanolamine，A2E)[7]總含量決定了脂褐素的毒性[8]，可調(diào)節(jié)藍光對視網(wǎng)膜的損傷。A2E是RPE細胞凋亡的啟動因子。藍光可加速A2E對細胞的氧化，從而產(chǎn)生氧化應激反應，誘發(fā)RPE細胞凋亡[9]，且在該過程中，含有A2E的RPE細胞產(chǎn)生單線態(tài)氧及其它活性氧類增多[10-11]，ROS通過一系列級聯(lián)反應最終也導致細胞凋亡。

1.2.2細胞溶酶體功能破壞藍光照射負載有脂褐素的RPE細胞后，使細胞溶酶體功能遭到破壞最終導致細胞凋亡，但其機制尚不十分明確，仍有待進一步研究。

1.2.3跨膜電位變化藍光可通過影響RPE細胞內(nèi)Ca2+濃度使線粒體跨膜電位發(fā)生變化，導致細胞凋亡[12]。有研究證實，通過特異性抑制L型電壓依賴性Ca2+通道功能可以在一定程度上降低藍光引起的RPE細胞凋亡[13]。

1.2.4其它藍光照射RPE細胞可使血-視網(wǎng)膜屏障和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運發(fā)生功能障礙，促使細胞凋亡。另有研究認為，藍光照射會改變RPE細胞內(nèi)某些細胞因子的表達水平，導致細胞損傷[14-15]，還可通過上調(diào)RPE細胞miR-103的含量抑制細胞增殖[16]。

2藍光損傷視網(wǎng)膜的防護機制

2.1物理防護

2.1.1短波長濾光片有研究對小鼠進行光照射時應用短波長濾光片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可以濾過光線中94%的藍色成分，對小鼠視網(wǎng)膜的功能和形態(tài)有明顯的保護作用，同時可以使大量的光感受器存活[17]。

2.1.2藍光濾光人工晶狀體藍光暴露與異常分泌的促血管生成因子有關(guān)，這些因子可以促進眼部疾病的發(fā)生發(fā)展。越來越多的證據(jù)表明，藍光照射可能導致ARMD的發(fā)生發(fā)展，促進了藍光濾光人工晶狀體(IOL)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)IOL的一種替代應用于臨床。以往研究表明，藍光濾光IOL與僅濾過紫外線的IOL相比，可以抑制光誘導的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的產(chǎn)生、氧化應激反應和血管生成信號。光暴露后，RPE細胞血管生成素分泌減少，該過程可以被藍光濾光器消除[18-19]。由于藍光濾光IOL必須要進行晶狀體摘除術(shù)后方能植入，不適用于晶狀體透明的人群，可能適用于老年患者，目前臨床報道較少。此外，目前的研究結(jié)果并不認為藍光濾光IOL可以有效保護黃斑區(qū)[20]。

2.2化學和藥物防護

2.2.1抑制ROS產(chǎn)生抗氧化劑和自由基清除劑可以通過減弱氧化應激反應，抑制ROS產(chǎn)生。多種抗氧化劑已被證實可有效預防藍光照射對視網(wǎng)膜的損傷。

α-磷辛酸是一種抗氧化劑和鐵螯合劑，對光損傷誘導的視網(wǎng)膜色素變性有保護作用。有研究對進行光照的小鼠全身應用α-磷辛酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與氧化應激、炎癥和鐵超載相關(guān)的基因表達明顯下調(diào)，認為α-磷辛酸能抑制鐵介導的氧化損傷，抑制過量鐵的積累，從而減弱氧化應激造成的視網(wǎng)膜損傷[21]。

雷公藤紅素是一種具有多種生物活性的天然產(chǎn)物，來源于中藥雷公藤的根皮，近些年研究發(fā)現(xiàn)其有很強的抗氧化作用。強光，尤其是藍光，可引起RPE細胞氧化應激、促炎基因表達增強，小膠質(zhì)細胞活化，視網(wǎng)膜膠質(zhì)細胞增生等。雷公藤紅素可以通過抑制視網(wǎng)膜氧化應激和炎癥，減弱光誘導的視網(wǎng)膜變性。有研究在強光照射小鼠后應用雷公藤紅素，觀察到其對小鼠視網(wǎng)膜的形態(tài)和功能有明顯的保護作用，并可以抑制光感受器細胞死亡，減輕視網(wǎng)膜色素上皮和光感受器的氧化應激反應，降低視網(wǎng)膜促炎基因的表達，抑制視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞的活化和膠質(zhì)化。另有體外研究也發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素可以減輕ARPE-19細胞的氧化應激反應[22]。

越橘萃取物(lingonberry extract，L-ext)和覆盆子萃取物(bilberry extract，B-ext)含有大量的酚類抗氧化劑(反式白藜蘆醇、花青素、花青素原等)，其對單重態(tài)氧具有抗氧化作用，通過調(diào)節(jié)NF-κB、p38 MAPK、自噬和caspase-3/7信號通路的激活，抑制促凋亡蛋白的產(chǎn)生和激活[23]，起到保護視網(wǎng)膜光感受器的作用。有研究在視網(wǎng)膜感光細胞培養(yǎng)液中分別加入L-ext和B-ext，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對藍光誘導的細胞損傷具有保護作用。

巖藻黃蛋白是海洋生物中最豐富的類胡蘿卜素，具有良好的吸光性能和抗氧化活性，研究證實其可通過抗氧化預防可見光所致的視網(wǎng)膜損傷[24]。

Nrf2(NF-E2-related factor 2)是一種反應應激的轉(zhuǎn)錄因子，在多種組織中發(fā)揮保護細胞免受內(nèi)源性和外源性應激的作用，是許多細胞抗氧化反應的重要調(diào)節(jié)因子，也是機體抵御氧化應激的一種保護機制。研究發(fā)現(xiàn)Nrf2可在一定程度上保護光感受器細胞免受氧化應激的損傷[25-26]。

2.2.2抑制視網(wǎng)膜miR-155和SHIP1表達Bian等[5]研究發(fā)現(xiàn)，人參皂甙Rb1和RD(三七總皂苷的皂苷化合物)聯(lián)合作用可促使視網(wǎng)膜miR-155和SHIP1的表達發(fā)生改變，并維持在正常水平，抑制光誘導的視網(wǎng)膜變性。這也是首次發(fā)現(xiàn)miR-155和SHIP1參與光感受器的退化，為治療相關(guān)視網(wǎng)膜退行性疾病提供了證據(jù)。

2.2.3抑制NLRP3炎癥小體小膠質(zhì)細胞NLRP3炎癥小體激活可能是慢性藍光照射后造成視網(wǎng)膜病變的機制之一。研究發(fā)現(xiàn)，敲除細胞表面趨化因子受體2(CCR2)基因可以明顯減輕慢性藍光照射造成的小鼠視網(wǎng)膜光感受器細胞死亡，同時可以抑制光誘導視網(wǎng)膜變性過程中小膠質(zhì)細胞的活化和增殖[6]。

2.2.4酶活性保護劑研究發(fā)現(xiàn)，葉黃素可能通過淬滅氧自由基，抑制脂質(zhì)過氧化和c-fos基因的表達發(fā)揮其保護作用[27]。此外，玉米黃質(zhì)也被認為具有保護細胞色素氧化酶的功能，可使視網(wǎng)膜免受藍光損傷。

2.2.5其它N-乙酰半胱氨酸是一種抗氧化劑，可以抑制ROS的產(chǎn)生和NF-κB的激活，保護感光細胞免受藍光引起的損傷。N-乙酰半胱氨酸也可提高細胞活力，抑制細胞死亡和促紅細胞生成素，抑制藍光誘導的caspase-3/7激活和細胞自噬[3]。枸杞多糖可能通過影響線粒體膜電位的水平抑制藍光照射對人RPE細胞的損傷[28-29]。黃連素是一種從黃連中提取出的異喹啉類生物堿，研究認為其可以通過激活PI3K/AKT/ERK通路保護視網(wǎng)膜免受光誘導的變性。系統(tǒng)性應用黃連素對光誘導的視網(wǎng)膜變性有保護作用，該過程與減少視網(wǎng)膜氧化應激有關(guān)[30]。(-)表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯[(-)-epigallocatechin-3-gallate，EGCG]是從綠茶中提取的一種成分，是兒茶素中含量最高的組分，由于其特殊的立體化學結(jié)構(gòu)，EGCG具有非常強的抗氧化活性，能夠保護細胞和脫氧核糖核酸(DNA)。研究發(fā)現(xiàn)，通過給強光照射處理的小鼠腹腔注射EGCG可以保護其視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能，減輕強光對小鼠視網(wǎng)膜的損傷作用[31]。白血病抑制因子(LIF)對視網(wǎng)膜光感受器細胞光損傷具有抑制作用，其可能通過激活JAK3/STAT3信號通道抑制下游Bax/Bcl-2凋亡通道而發(fā)揮作用[32]。上述藥物均對光損傷引起的視網(wǎng)膜變性和損傷具有一定的保護作用，但具體機制仍有待進一步研究證實。

3小結(jié)

隨著科技的發(fā)展和電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，關(guān)于藍光損傷及防護的研究越來越多，但藍光的化學防護研究仍然停留在細胞和動物水平。現(xiàn)在主要應用的藍光防護措施仍然是物理防護，即通過濾過藍光減少其對視網(wǎng)膜造成的損傷，如防藍光眼鏡。隨著近視人群的增多，人們在驗配鏡片時會選擇帶有防藍光作用的鏡片，但目前仍缺乏足夠的證據(jù)支持使用藍光濾過鏡片可以改善視力，減輕視疲勞，保護黃斑區(qū)[33]，尚需要進一步的研究證實藍光濾過鏡片對視網(wǎng)膜的保護作用。藍光損傷的化學和藥物防護措施目前仍停留在細胞或動物研究階段，缺乏臨床試驗研究結(jié)果，這也是未來需要解決的問題和進一步的研究方向。