短波藍光對眼部損傷的研究進展

王曉慧，李志堅

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院眼科，哈爾濱 150001)

隨著發光二極管(light-emitting diode，LED)和電子產品的大量普及和推廣，人們在日常生活中接觸到短波藍光的機會越來越大。短波藍光是波長400～460 nm、相對能量較高、波長較短的可見光線，是紫色光、靛藍色光和高能短波藍光的統稱。計算機、電視、手機等眾多電子設備的屏幕以及LED照明均是藍光，波長為400～460 nm的短波藍光可使晶狀體上皮細胞產生氧化損傷，激活色氨酸、核黃素等典型光敏物質導致DNA損傷，引起細胞凋亡。目前，已有研究表明，短波藍光對角膜和晶狀體上皮細胞、視網膜的視桿細胞、視網膜色素上皮細胞(retinal pigment epithelium，RPE)均有損傷[1]。但波長為460～500 nm的藍光還具有調整生物節律、睡眠、情緒、記憶力等作用，可在一定程度上促進人類眼睛屈光發育和調節晝夜節律，對人體有益；另外，短波藍光對人眼的損害與照射強度和照射的持續時間有關，短波藍光對視網膜的損傷隨著短波波長的增加而增加[2]。因此，針對藍光對人眼造成的危害，必須采取適當的防護措施，尤其是夜間。現就短波藍光對眼部損傷的研究進展予以綜述。

1 短波藍光對角膜的影響

從解剖關系可以清晰地知道，相較于眼底的組織，眼表組織直接暴露在短波藍光的照射下。自然界中的短波藍光主要被角膜吸收，所以角膜對短波藍光輻射造成的損傷很敏感。短時間的短波藍光照射，可能會在一定程度上對眼表造成損傷，但這種損傷是可逆性的，例如，短波藍光照射造成的淚膜穩定性降低，在一定條件下可以恢復；角膜上皮細胞經過一定時間的短波藍光照射后，會導致存活率降低，同時角膜中的活性氧類(reactive oxygen species，ROS)含量、白細胞介素(interleukin，IL)-1β的分泌也會增加，進一步介導細胞的氧化損傷和細胞的炎癥反應，最終導致眼表炎癥和干眼癥等眼表疾病[3-4]。

短波藍光對角膜上皮細胞有光毒性，抑制角膜基質細胞的生長，影響眼表功能。Niwano等[5]通過實驗發現，短波藍光可能以劑量和時間依賴的方式影響有絲分裂期的角膜上皮細胞，導致角膜上皮層的微絨毛失去支撐、破壞淚膜的穩定性，最終導致干眼。短波藍光照射還可以引起眼表的慢性炎癥，Lee等[4]通過光照實驗發現，與其他光線相比，短波藍光更易造成角膜的氧化損傷和細胞凋亡，進而引起眼表的炎癥反應和干眼。同時，Kaido等[6]還發現，短波藍光可影響干眼患者的視功能，通過限制藍光照射避免不穩定淚膜偶然產生的散射，從而改善光學質量和視覺功能。另外，藍光照射也可用于治療細菌性角膜炎。核黃素與波長440 nm藍光聯合的角膜交聯可以治療細菌感染性角膜炎，能夠有效控制由金黃色葡萄球菌引起的角膜潰瘍[7-8]。

2 短波藍光對晶狀體的損傷

人的晶狀體上皮細胞是健康晶狀體內代謝最活躍的細胞，它維持著晶狀體正常的生長發育和生理改變。少量的自由基和抗氧化物質存在于晶狀體和房水中，在正常情況下兩者處于動態平衡，可避免晶狀體發生氧化損傷；而各種原因導致的自由基數量的增加和自由基清除能力的降低會造成晶狀體上皮細胞發生氧化損傷、細胞凋亡，這有可能是白內障發生的基礎[9]。魏樹瑾[9]研究表明，晶狀體上皮細胞在短波藍光照射下產生了大量ROS，并通過轉化生長因子-β/Smad3信號通路，導致細胞凋亡，促使白內障的發生。

高能量、長時間的短波藍光照射可穿過角膜進入晶狀體[2]，晶狀體中的某些結構蛋白、酶和蛋白質代謝物能夠吸收短波藍光，所以短波藍光的照射會導致晶狀體上皮細胞產生大量的代謝產物及衍生物積聚，激活色氨酸、核黃素等物質，誘導晶狀體上皮細胞線粒體產生ROS[10-11]，這可能是導致白內障發展的原因。

白內障的發病機制可能與晶狀體上皮細胞的氧化損傷密切相關。Xie等[10]的研究表明，LED廣泛應用帶來的高能短波藍光的持續暴露，可導致晶狀體上皮細胞產生大量的ROS，進而導致DNA損傷；進一步分析不同光照強度、色溫和時間對晶狀體上皮細胞損傷的影響，發現短波藍光通過過度產生ROS，阻礙了細胞分裂期由G2期向M期的轉化，嚴重干擾了細胞分裂進程，最終導致細胞凋亡。

近年來，由胱天蛋白酶(caspase)-1誘導的細胞焦亡成為研究細胞氧化損傷導致的炎癥性、程序性細胞死亡的主要方向。細胞焦亡是一種裂解性和高度炎癥類型的程序性細胞死亡形式，由微生物感染或其他危險因素引起的炎癥體形成而引發[12]。細胞焦亡具有細胞腫脹、裂解和胞質內容物釋放的特征[13-14]。根據激活通路的不同，可將細胞焦亡分為經典焦亡通路和非經典焦亡通路，在這兩條通路中，消皮素的主要作用是誘導細胞焦亡的發生，相當于一種執行蛋白，消皮素可以被有活性的caspase-1切割為兩個片段，即N端片段和C端片段，活化的N端結構域可促進細胞膜形成親水性孔道，導致細胞膨脹裂解，通過釋放IL-1β和IL-18引發一系列級聯反應，驅動細胞焦亡[15-17]。caspase-1誘導的細胞焦亡在醫學領域得到了廣泛關注，可能在白內障的形成機制中扮演重要角色。

當晶狀體上皮細胞暴露于內源性和外源性的氧化應激(包括生長因子和炎癥因子)時，可產生大量ROS，誘導晶狀體上皮細胞發生細胞焦亡。Jin等[18]研究發現，實驗組發生氧化應激的晶狀體細胞中caspase-1的表達顯著增加，同時細胞IL-1β信使RNA水平也顯著增加；將過氧化氫處理過的晶狀體上皮細胞分為兩組，其中一組加入caspase-1抑制劑，另一組不加caspase-1抑制劑，結果加入caspase-1抑制劑組的caspase-1水平和IL-1β信使RNA水平均顯著降低。因此，長期的短波藍光暴露可導致晶狀體上皮細胞產生過量的ROS和羥自由基，破壞機體抗自由基系統的平衡，從而誘導晶狀體上皮細胞發生細胞焦亡，誘發白內障。晶狀體吸收的短波藍光，阻擋了短波藍光對視網膜的潛在損傷[2]。然而，當晶狀體對視網膜發揮這種保護作用時，必須經歷透明度降低或顏色變化，導致白內障形成。

3 短波藍光對視網膜的損傷

3.1短波藍光對RPE的損傷 短波藍光刺激產生的氧自由基主要作用于細胞的線粒體。在有氧條件下，短波藍光刺激視網膜線粒體產生大量的自由基，破壞細胞的信使RNA和蛋白質，導致RPE和感光細胞的功能損傷甚至死亡[2]。短波藍光可使眼內黃斑區毒素量增高，有潛在的視網膜毒性[19]，進而引起視力損傷，且這些損傷是不可逆的，嚴重威脅眼底健康。年齡相關性黃斑變性的發病機制與光的氧化損傷后核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin protein 3，NLRP3)炎癥小體的激活密切相關。例如，Tseng等[20]的研究表明，在短波藍光刺激下，地圖樣萎縮性年齡相關性黃斑變性患者和新生血管性年齡相關性黃斑變性患者RPE的NLRP3水平均上調，使局部發生氧化應激；另外，視網膜中存在與年齡相關的RPE細胞損失，且RPE細胞中黑色素的密度隨著年齡的增長而降低(黑色素在清除自由基的過程中發揮作用，主要負責吸收光，從而最大限度地減少散光)。隨著短波藍光的照射，感光細胞的外節段被不飽和脂質過氧化，尖端被RPE吞噬，在溶酶體中被消化，殘留的物體最終形成脂褐質，脂褐質使視網膜對短波藍光造成的損傷更加敏感[21]。脂褐質的核心熒光基團即N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺，可使RPE在經過短波藍光照射后吸收大量的短波藍光，產生氧化應激反應，最終導致細胞凋亡[22-23]。脂褐質在短波藍光照射時產生大量的ROS，并對RPE細胞產生光毒性[24]。在動物實驗中，老年大鼠較年輕對照組大鼠的易感性增加，更易產生光損傷[25]，表明老年人視網膜的防御機制不足以預防細胞的輕度損傷，老化的人類視網膜(尤其是中心凹)對光損傷更加敏感[26]，其中脂褐質的最大分布與視桿細胞的最大分布一致[27]，而中心凹區域的脂褐質較外周視網膜更多[28]。Bruch膜中的玻璃疣可通過阻礙液體轉運和誘導炎癥反應損害RPE細胞的功能[29]。

3.2藍光對感光細胞的損傷 眼睛之所以能看到光，是因為視網膜吸收了可見光中的能量，光能量會對視網膜造成光傷害，其中視網膜的感光細胞對藍光極為敏感。視網膜在可見光譜的藍色區域吸收的能量有光毒性。N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺是吸收藍光的視網膜發色團，衍生自維生素A-醛和乙醇胺，該化合物能夠作用于細胞色素氧化酶，這種作用可逐年累積，最終導致細胞死亡。盡管N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺本身具有低光毒性，但在可見光下形成的N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺的氧化產物也可導致視網膜色素上皮的光損傷；在大鼠眼中，短波藍光照射可促進N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺和異N-亞視黃基-N-視黃基乙醇胺氧化，產生對視網膜有毒的物質[24]。當視網膜的光感受器和神經節細胞發生氧化應激時，細胞中會產生大量的線粒體，光感受器內層的類胡蘿卜素會大量吸收波長為400～480 nm的短波藍光，因此短波藍光照射對神經節細胞線粒體的損傷很大[30-31]。大量受體相互作用蛋白(receptor-interacting protein，RIP)1/RIP3的活化，可以誘導神經節細胞發生細胞凋亡，失去正常的功能，因此推測RIP激酶抑制劑可用作神經保護劑以減輕短波藍光誘導的細胞壞死[28-29]。

3.3短波藍光對血-視網膜屏障的損傷 短波藍光的照射使細胞內的促炎因子釋放，這些促炎因子使視網膜血管的通透性增加，導致血液中的有害成分(如免疫復合物和淋巴毒素)釋放到細胞外[32-33]，進一步損傷視網膜，導致視網膜水腫。Zhao等[34]推測，部分細胞死亡可能不是短波藍光暴露的直接結果，而是間接由滲出性、毒性血液成分引起的，其中，嚴重的炎癥反應和光感受器細胞變性表明短波藍光可以間接導致炎癥反應和視網膜血屏障破壞后的感光細胞損傷。

4 短波藍光對屈光狀態的影響

由于藍光波長較短，焦點不在視網膜中央，而是在視網膜前部，因此長時間的短波藍光照射會導致視覺疲勞、近視進展及復視等癥狀。流行病學研究顯示，適當的戶外活動可以有效預防青少年近視的發生和發展[33]。另外，屏幕閱讀會導致學齡兒童視力的不良發展，且發病率較高，近視的發生、發展與屏幕閱讀時間的增加有關[35]。對視力的影響會導致人們注意力不集中，從而影響學習和工作效率[36]。動物實驗表明，短波藍光會抑制豚鼠的眼軸增長和玻璃腔的生長，從而形成相對遠視[37]。短波藍光照射后近視可迅速逆轉為遠視，說明短波藍光可影響屈光發展和逆轉近視[38]。

5 其 他

哺乳動物與光相關的晝夜節律和神經行為效應主要由視網膜神經節細胞和光感受器介導。研究表明，藍光可以調節身體時鐘并提升警覺性、記憶力和認知能力，主要機制是藍光可刺激松果體中褪黑素的分泌，影響皮質類固醇的表達[39]。有研究表明，白內障手術后老年人的睡眠質量有所改善，其原因是透明的人工晶體允許更多藍光進入眼睛[40]，由此證實藍光可以調節晝夜節律。尤其是夜間褪黑素產生的高峰期，藍光過多不僅可以破壞視網膜，還會刺激大腦，抑制褪黑素的分泌，增加皮質類固醇的產生，從而破壞荷爾蒙分泌并直接影響睡眠質量[39]。一些學者曾提出，睡眠障礙與視力障礙密切相關，提示睡眠質量與眼部疾病有關[41]。睡眠障礙可引起皮質類固醇增加，降低副交感神經的興奮性，減少淚液分泌，從而導致眼睛干澀；同時睡眠障礙還可導致閉眼時間減少，長此以往導致干眼癥[39]。

6 預 防

隨著社會的發展和人們生活方式的改變，越來越多地接觸到短波藍光。科學研究表明，正常電子顯示器對眼的損傷較小，而且大多數顯示器的規格在標準范圍內，但只是在短期暴露下得出的結論，有必要進行長期暴露相關的一系列抗藍光測量，同時應盡量減少夜間使用電子設備，避免短波藍光在夜間對褪黑素分泌的影響，以確保良好的睡眠質量[42]。另外，夜間使用可能暴露于大量短波藍光的產品時，經批準的、檢驗合格的防藍光眼鏡或屏幕罩是避免遭受短波藍光傷害的最佳選擇。針對短波藍光對眼睛組織的損傷機制，可以使用抗氧化劑、自由基清除劑、酶活性保護劑和視神經保護劑[7-8]，但具體的藥物及其效果還需要進一步研究。

總之，藍光在一定程度上可以促進人類眼屈光發育和調節晝夜節律，但有害的藍光對眼睛的影響也不容忽視。藍光會使角膜、晶體和視網膜產生不同程度的損傷，因此，在使用相關電子產品時必須采取適當的保護措施，特別是夜間。

7 小 結

短波藍光可導致白內障、年齡相關性黃斑變性以及角結膜組織損傷等眼科疾病的發生。光感受器、RPE細胞、眼表結構均可能被光損壞，但損傷的類型受若干因素的影響(如光照強度、持續時間、暴露于光的間歇性和光譜分布)。短波藍光對眼底的影響目前仍處于研究階段，尤其缺乏關于短波藍光導致白內障的形成機制的研究。細胞焦亡參與了很多疾病的病理生理過程，進一步研究短波藍光如何通過細胞焦亡導致白內障的發生，可以為白內障的治療和預防提供新的思路。