曾玲 張旭

光的本質(zhì)是電磁波，根據(jù)是否能被人眼感知，可將其分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍在400～800 nm，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光組成。不可見(jiàn)光則包括紅外線(xiàn)(IR)、紫外線(xiàn)(UV)、X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)等[1]。

在過(guò)去的幾個(gè)世紀(jì)里，人工照明已經(jīng)完成了從明火到電燈(白熾燈)的重大變革，然而隨著照明用具的發(fā)展和全球范圍內(nèi)節(jié)能減排需求的增加，白熾燈已逐漸被更環(huán)保、顯色度更高和富含藍(lán)光的發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)廣泛替代。除了日常照明，手機(jī)、電腦等視頻終端電子屏幕的興起也讓光與人類(lèi)生活更加密不可分。然而，研究表明，不適當(dāng)?shù)墓獗┞稌?huì)加速衰老[2]，而眼睛作為機(jī)體最主要的光感受器則更易受到損傷，從而促進(jìn)年齡相關(guān)性眼病(age-related eye diseases，AREDS)的進(jìn)展[3-5]。藍(lán)光和UV等光波的暴露可引起年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration, AMD)、年齡相關(guān)性白內(nèi)障(age-related cataract, ARC)、青光眼和干眼癥(dry eye disease, DED)等眼病的發(fā)生[5-8]，而紅光、黃光和IR的暴露卻能改善AREDS[9-10]。鑒于光作用于人眼的復(fù)雜機(jī)制，正確認(rèn)識(shí)光暴露對(duì)眼睛的影響并對(duì)此采取相應(yīng)的措施是十分必要的。由于AMD和ARC這兩種疾病與光暴露的聯(lián)系最為密切，本文將主要就可見(jiàn)光中的藍(lán)光與紅光、不可見(jiàn)光中UV與IR對(duì)AMD和ARC的影響進(jìn)行綜述。

1 光與AMD

AMD是由于黃斑的退行性改變而引起的一種常見(jiàn)的AREDS，分為濕性AMD和干性AMD。AMD具體的發(fā)病機(jī)制不明，但與衰老、光照和遺傳等因素有關(guān)[11]。雖然有研究者表明，陽(yáng)光照射與AMD風(fēng)險(xiǎn)的增加無(wú)關(guān)。但這可能是由于其設(shè)定的遴選文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不同以及這些文獻(xiàn)中受訪者因回憶模糊而產(chǎn)生的差異[12]。因此，設(shè)定更準(zhǔn)確的國(guó)際通用診斷標(biāo)準(zhǔn)、延長(zhǎng)隨訪時(shí)間和納入更多地區(qū)或國(guó)家的數(shù)據(jù)，將有助于更準(zhǔn)確地分析光與AMD之間的關(guān)系。

1.1 可見(jiàn)光與AMD

1.1.1 藍(lán)光與AMD：藍(lán)光波長(zhǎng)在400～500 nm，持續(xù)的藍(lán)光暴露，會(huì)導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species, ROS)過(guò)度產(chǎn)生，從而引起視網(wǎng)膜上視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE)細(xì)胞退化、繼發(fā)性光感受器(photoreceptor, PR)脂褐素積累和細(xì)胞死亡，最終導(dǎo)致AMD的發(fā)生[13]。

大量研究均認(rèn)為藍(lán)光暴露是AMD的危險(xiǎn)因素[6,14-15]。體外實(shí)驗(yàn)中，藍(lán)光能通過(guò)誘導(dǎo)RPE細(xì)胞中活性氧簇(ROS)升高、ATP含量下降和線(xiàn)粒體功能障礙引起RPE細(xì)胞損傷，而其中以415～455 nm的短波長(zhǎng)藍(lán)光造成的損傷最為嚴(yán)重[3]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，持續(xù)的藍(lán)光暴露誘導(dǎo)了大鼠視網(wǎng)膜RPE細(xì)胞損傷，而這可能是通過(guò)破壞血-視網(wǎng)膜屏障，干擾自噬、線(xiàn)粒體功能和降低細(xì)胞色素氧化酶 (cytochrome oxidase, COX)水平這幾個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)的[14]。Nakamura等[6]將小鼠暴露在散發(fā)藍(lán)光的LED燈后，RPE細(xì)胞和PR細(xì)胞也出現(xiàn)了損傷。此外，Krigel等[15]研究表明，即使在家庭照明環(huán)境下的藍(lán)光暴露，也能引起視網(wǎng)膜毒性，從而發(fā)生AMD。因此，如果能優(yōu)化照明工具散發(fā)的光波范圍，高選擇地濾過(guò)415～455 nm的短波長(zhǎng)藍(lán)光，將極大程度地降低AMD發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.2 紅光與AMD：隸屬紅光的670 nm的光波有極大的醫(yī)學(xué)運(yùn)用潛力，尤其是在延緩AMD病程方面[16]。AMD的動(dòng)物模型經(jīng)過(guò)670 nm的光波暴露后，增加了視網(wǎng)膜線(xiàn)粒體的膜電位和COX的表達(dá)，抑制了AMD的炎癥[16-17]。這種現(xiàn)象屬于“光生物調(diào)節(jié)(photobiomodulation, PBM)”，即當(dāng)組織暴露在遠(yuǎn)紅外光譜范圍內(nèi)的低能光子照射下，光波可以通過(guò)降低炎癥、修復(fù)線(xiàn)粒體功能、增加細(xì)胞保護(hù)因子的產(chǎn)生來(lái)防止細(xì)胞凋亡[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于2月齡和7月齡的小鼠，670 nm的光波對(duì)12月齡的小鼠視網(wǎng)膜的功能改善更明顯；此外，670 nm光波對(duì)中期AMD病人沒(méi)有積極作用，但能改善處于正常老化狀態(tài)中的小鼠的視桿細(xì)胞功能[19-20]。 由此可見(jiàn)，670 nm波長(zhǎng)的紅光暴露對(duì)生理性衰老晚期的視網(wǎng)膜和輕度AMD病人有更好的保護(hù)效果。

Jin等[9]用不含藍(lán)光的金黃光LED光源(紅光+黃光)照射RPE細(xì)胞，結(jié)果顯示，這種新型LED光源不會(huì)對(duì)其造成損傷。目前這種燈已經(jīng)小范圍應(yīng)用于家庭照明，若能在更多的照明場(chǎng)景中替換傳統(tǒng)白色LED光源，有可能減少長(zhǎng)期暴露于白色LED光源帶來(lái)的潛在眼部風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)新型LED的研發(fā)和使用將是預(yù)防治療AMD的發(fā)展方向。

1.2 不可見(jiàn)光與AMD

1.2.1 UV與AMD：UV根據(jù)波長(zhǎng)可分為三個(gè)類(lèi)別：UVC (100～290 nm)、UVB (290～320 nm)和UVA (315～400 nm)。目前普遍認(rèn)為UV是AMD的危險(xiǎn)因素[4, 7]，因此，避免長(zhǎng)時(shí)間的戶(hù)外陽(yáng)光暴露和佩戴防UV眼鏡是必要的。

體外實(shí)驗(yàn)中，Yao等[7]用UV處理RPE細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)UV可以通過(guò)激活神經(jīng)酰胺-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)軸，促進(jìn)RPE細(xì)胞凋亡。石磊等[4]也同樣發(fā)現(xiàn)UVB能通過(guò)減少RPE細(xì)胞數(shù)量、降低細(xì)胞自噬能力和增加細(xì)胞變性，增加AMD發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。但人角膜緣上皮細(xì)胞經(jīng)過(guò)UVB照射后，卻能通過(guò)合成25羥維生素D3[25(OH)D3]，參與維生素D合成的調(diào)節(jié)，而高血漿維生素D3水平可能對(duì)早期相關(guān)的黃斑變性具有保護(hù)作用[21]。這就表明UV雖能直接損傷黃斑，但也能通過(guò)間接作用對(duì)黃斑起到保護(hù)作用，而造成這種雙相作用的具體機(jī)制仍未得到充分的驗(yàn)證，這也是未來(lái)研究UV和AMD兩者相關(guān)性的一個(gè)重要方向。

1.2.2 IR與AMD：IR的波長(zhǎng)范圍為780～1400 nm。IR暴露能改善視網(wǎng)膜功能，其中以810 nm波長(zhǎng)的IR經(jīng)瞳孔溫?zé)岑煼ㄖ委?transpupillary thermotherapy, TTT)來(lái)改善AMD較為常見(jiàn)[10,22-23]。TTT治療AMD的作用機(jī)制較為明確[10]。早在1999年，Olk等[22]就證明了IR對(duì)干性AMD的療效。該研究表明，病人在接受IR(810 nm)光凝治療后，減少了視網(wǎng)膜上的玻璃膜疣、改善了視力且減少了AMD的并發(fā)癥[22]。此外，對(duì)濕性AMD病人也表現(xiàn)出了積極的療效[23]。但TTT不能逆轉(zhuǎn)PR組織的損傷，還可能發(fā)生視網(wǎng)膜靜脈栓塞、視網(wǎng)膜牽拉和黃斑梗死(macular infarction)等嚴(yán)重并發(fā)癥[24]，因此TTT的應(yīng)用并不廣泛。但現(xiàn)有的研究為IR治療AMD提供了大量的證據(jù)，也為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。

2 光與ARC

ARC的主要原因是衰老，隨著年齡增長(zhǎng)，晶狀體變得致密從而失去光學(xué)清晰度并最終造成視力障礙。可分為三種主要類(lèi)型：皮質(zhì)性、核性和后囊下白內(nèi)障。ARC的發(fā)病率逐年升高，至今沒(méi)有一種有效的方法阻止其形成。

2.1 可見(jiàn)光與ARC：當(dāng)晶狀體吸收短波長(zhǎng)藍(lán)光，發(fā)揮保護(hù)視網(wǎng)膜的作用時(shí)，就會(huì)以降低晶狀體透明度，加速白內(nèi)障的形成為代價(jià)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，Wang等[5]將SD大鼠暴露在短波藍(lán)光下，6周后動(dòng)物開(kāi)始出現(xiàn)白內(nèi)障，且實(shí)驗(yàn)周期越長(zhǎng)，晶狀體的混濁程度越重。體外實(shí)驗(yàn)中，晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelial cells，LECs)暴露在藍(lán)光10 h后，出現(xiàn)形態(tài)腫脹和數(shù)量減少的現(xiàn)象[5]。這些結(jié)果均顯示藍(lán)光暴露是白內(nèi)障發(fā)生的危險(xiǎn)因素。

目前仍缺乏短波藍(lán)光導(dǎo)致白內(nèi)障形成機(jī)制的深入研究，但細(xì)胞焦亡和氧化應(yīng)激可能參與了這一過(guò)程，這為白內(nèi)障的治療和預(yù)防提供了新思路[25-26]。晶體中發(fā)現(xiàn)的類(lèi)胡蘿卜素葉黃素和玉米黃質(zhì)是有效的抗氧化劑，具有吸收短波藍(lán)光的化合物的特性，從而保護(hù)晶狀體[26]。因此，多攝入含抗氧化功效的食物或許能有效緩解藍(lán)光對(duì)晶狀體帶來(lái)的危害。此外，當(dāng)我們使用散發(fā)藍(lán)光的產(chǎn)品時(shí)，特別是在夜間，可以通過(guò)減少使用時(shí)長(zhǎng)以及佩戴防藍(lán)光眼鏡去降低藍(lán)光帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 不可見(jiàn)光與ARC：UV亦與白內(nèi)障相關(guān)[27-29]。早在1988年，國(guó)外就進(jìn)行了UV和白內(nèi)障的流行病學(xué)調(diào)查，在長(zhǎng)期接受UV暴露的船員中，UVB的暴露程度和皮質(zhì)性白內(nèi)障有明顯的相關(guān)性，暴露程度越大，發(fā)生皮質(zhì)性白內(nèi)障的風(fēng)險(xiǎn)越高[27]。此外，West等[28]對(duì)2520名非裔美國(guó)老年人進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，即使是日常生活中較低水平的UV暴露，也能導(dǎo)致明顯的晶狀體皮質(zhì)混濁，損傷程度與暴露程度呈正相關(guān)。國(guó)內(nèi)的研究也表明了UV與ARC的發(fā)生呈正相關(guān)，并且晶狀體的不透明現(xiàn)象在高海拔居民中更普遍[29]，這可能是由于高海拔地區(qū)空氣對(duì)UV的吸收和反射較低，導(dǎo)致眼中UV的暴露量增加，從而加重了晶狀體不透明的現(xiàn)象。

UV暴露會(huì)導(dǎo)致ROS產(chǎn)生和晶狀體蛋白氧化增強(qiáng)，從而損傷晶體并最終形成白內(nèi)障[30]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，Varma等[31]研究發(fā)現(xiàn)，飲用含丙酮酸等抗氧化劑能有效預(yù)防小鼠白內(nèi)障的形成。因此，在飲食中加入抗氧化劑不僅能有效地緩解藍(lán)光帶來(lái)的危害，還能降低UV帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 光與其他AREDS

青光眼和DED也是較為常見(jiàn)的AREDS。Osborne等[8]研究表明，藍(lán)光能通過(guò)影響線(xiàn)粒體相關(guān)的成分，降低ATP和刺激ROS生成，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此藍(lán)光可能通過(guò)損傷視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的線(xiàn)粒體，從而導(dǎo)致青光眼形成。而紅光恰恰可以通過(guò)影響線(xiàn)粒體復(fù)合物Ⅳ或COX，來(lái)增加ATP和ROS的形成速率，從而可能改善青光眼。此外，使用紅色激光進(jìn)行全視網(wǎng)膜光凝，還能改善新生血管性青光眼[32]。與此同時(shí)，減少DED病人的藍(lán)光暴露，病人的視覺(jué)功能有所改善[33]。并且，紅外輻射能通過(guò)提升瞼板腺功能來(lái)改善DED[34]。因此，通過(guò)濾過(guò)藍(lán)光以及增加紅光的暴露可能成為DED和青光眼的治療新手段。

4 小結(jié)

可見(jiàn)光中的藍(lán)光和紅光，不可見(jiàn)光中的UV和IR與AREDS的發(fā)生關(guān)系最為密切，而AMD和ARC是最為常見(jiàn)的與光暴露損傷相關(guān)的AREDS。藍(lán)光中以415～455 nm波長(zhǎng)的藍(lán)光對(duì)AMD形成風(fēng)險(xiǎn)最大，并且還能導(dǎo)致DED和青光眼。不同類(lèi)型的UV對(duì)于不同類(lèi)型ARC的危害是不一樣的，UVB的暴露程度越高，皮質(zhì)性白內(nèi)障發(fā)病率越高。因此，在日常生活中，我們通過(guò)使用防曬物件、佩戴防藍(lán)光眼鏡和調(diào)整智能手機(jī)的發(fā)射光譜，來(lái)降低眼睛在環(huán)境中的光暴露，從而控制AREDS的發(fā)生和發(fā)展是十分必要的。此外，膳食中抗氧化劑的添加也能有效防治藍(lán)光和UV帶來(lái)的眼損傷。另外，值得關(guān)注的是，一定程度的UV、810 nm和670 nm波長(zhǎng)的光波暴露均能有治療AMD的效果，并且紅光和IR還可能對(duì)青光眼和DED產(chǎn)生有益作用。盡管光生物學(xué)調(diào)節(jié)(PBM)的“雙相劑量反應(yīng)”會(huì)對(duì)使用光波暴露治療AREDS產(chǎn)生一定的限制，導(dǎo)致其在臨床上的應(yīng)用并不廣泛，但新型LED光源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用給AREDS的治療帶來(lái)了希望。未來(lái)，我們研究的重點(diǎn)仍然是進(jìn)一步明確最佳的光暴露波段和時(shí)長(zhǎng)、光波暴露效果出現(xiàn)雙相作用的節(jié)點(diǎn)以及在光暴露過(guò)程中各種光波對(duì)AREDS的具體作用機(jī)制，以期最大程度地提升我們對(duì)AREDS的防治能力，提升廣大人群的視覺(jué)健康水平。