潘逸聰，牟鄭林，邵 毅

0 引言

藍光的主要來源是陽光，波長400～500nm[1]，但如今大量發(fā)光光源會發(fā)出潛在的有害藍光(415～455nm)。有害藍光到達視網(wǎng)膜會導致視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigigment epithelium，RPE)細胞凋亡。RPE細胞凋亡會導致光敏細胞缺乏營養(yǎng)，進而給視力帶來不可逆的損傷。研究表明，藍光的毒害作用不僅局限于視網(wǎng)膜，其還會通過氧化應激和炎癥反應損害線粒體、溶酶體、晶狀體和淚膜等結構，引起眼部疾病?？萍及l(fā)展的越來越快，人們對于健康的要求也越來越高，對于藍光這個與生活息息相關的物質(zhì)帶來的危害關注也越來越多，但現(xiàn)在主要應用的藍光防護措施仍然是物理濾過，如防藍光膜、防藍光眼鏡、人工晶狀體等，也有部分化學藥物的作用被挖掘和應用，如自由基清除劑、抗氧化劑和抗炎藥物等。本文就藍光危害的相關機制及防治方法作一綜述。

1 損傷機制

1.1視網(wǎng)膜損傷機制視網(wǎng)膜是眼的成像屏幕，位于眼球后壁部，暴露在特定波長或強度的光下會受到嚴重損傷[2]。藍光是可見光中產(chǎn)生光損傷作用最強的一種光，因為視網(wǎng)膜對其光敏感性最強，其最主要損傷的是RPE細胞和感光細胞(包括視錐細胞和視桿細胞)，短時間(12h)暴露于藍光下可導致RPE細胞損傷[3]，在相同強度的藍色、綠色和白色發(fā)光二極管下分別暴露相同的時間，暴露在藍光下的感光細胞損傷程度更高[4]。

1.1.1脂褐素沉積脂褐素是一種高度熒光物質(zhì)，其在RPE細胞中的沉積標志著眼睛的衰老，其會干擾RPE細胞的吞噬活性，導致視網(wǎng)膜退化，與年齡相關性黃斑變性、Stargardt病等發(fā)病率增加有關[5]。隨著年齡的增長，脂褐素在RPE細胞內(nèi)緩慢積累，通過誘導溶酶體膜的光氧化改變，增強RPE細胞對光輻射的敏感性[6-7]，從而導致溶酶體內(nèi)容物向細胞漿滲漏，并伴隨凋亡型細胞變性。脂褐素的主要組成成分之一是N-亞視黃基-N-視黃基-乙醇胺(N-retinyl-N-retinylidene ethanolamine，A2E)[8]，其是一種吸收藍光的視網(wǎng)膜色素團，該化合物專門針對細胞色素氧化酶，誘導細胞凋亡。在藍光照射下，A2E的結構發(fā)生變化，產(chǎn)生超氧陰離子、單線態(tài)氧等物質(zhì)[9]，降低溶酶體酶活性，破壞溶酶體膜，并且損傷RPE細胞線粒體，降低RPE細胞活力，誘導凋亡[10]。

1.1.2溶酶體損傷藍光照射促進了轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB)的核轉(zhuǎn)運，隨后溶酶體相關基因表達增加，以鈣依賴的方式增加溶酶體數(shù)量，導致受損溶酶體的積累，同時溶酶體吞噬及自噬能力下降，造成脂褐素在細胞內(nèi)積累，導致RPE細胞和視網(wǎng)膜感光細胞功能紊亂，進而導致細胞死亡[11-13]。另外，在光照條件下，溶酶體內(nèi)產(chǎn)生的A2E可抑制溶酶體膜上ATP酶的活性，使得ATP水解得到能量不足以將細胞質(zhì)中的H+泵入溶酶體，導致溶酶體內(nèi)pH值升高，抑制水解酶活性，但組織蛋白酶的活性不受影響，溶酶體膜損壞后，組織蛋白酶及鈣離子會滲漏到細胞質(zhì)中，導致RPE細胞死亡機制激活[14]。另外，ATP酶活性下降后，溶酶體膜通透性增加，溶酶體內(nèi)的活性氧類(reactive oxygen species，ROS)和溶酶體酶釋放到細胞質(zhì)中，ROS的含量相對過高可破壞細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，引起氧化應激，促進自噬的形成，損傷細胞[15-16]。

1.1.3線粒體損傷視網(wǎng)膜中含有大量能夠吸收藍光并誘導光化學反應的線粒體，使其能夠相對較高程度地接觸藍光，造成損傷。因此，視網(wǎng)膜過度暴露于藍光下往往會導致ROS積累和氧化應激，從而影響視網(wǎng)膜線粒體的結構和功能，并觸發(fā)線粒體參與的死亡信號通路[17]。線粒體是ROS的目標細胞器，短波藍光可增加細胞內(nèi)ROS水平，誘導氧化應激。過量的ROS通過改變線粒體動力學相關蛋白的表達刺激線粒體分裂，同時線粒體有絲分裂蛋白Drp1的表達上調(diào)[18]，下調(diào)融合蛋白Mfn2的表達。高水平的ROS和被氧化的線粒體DNA可誘導NLRP3炎癥小體的激活，從而通過釋放促炎細胞因子觸發(fā)先天免疫反應[19-20]，導致炎癥反應。過多的ROS產(chǎn)生會擾亂Ca2+穩(wěn)態(tài)，導致Ca2+超載。Ca2+水平的升高可引起線粒體電位改變，并誘導ROS進一步產(chǎn)生[21]。在該過程中，線粒體膜電位可能發(fā)生大幅度改變，導致膜通透性增加和外膜破裂，凋亡誘導因子1和生物氧化酶類被釋放到細胞質(zhì)中，引起細胞凋亡[22-23]。藍光對培養(yǎng)細胞的有害損傷不涉及半胱氨酸蛋白酶的激活，但已知可被Necrostatin-1(一種壞死抑制劑)鈍化，這是一種典型的死亡機制，稱為壞死[24]。此外，許多線粒體位于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞中。研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元絕對依賴于線粒體產(chǎn)生的ATP，藍光會影響與線粒體相關的黃素和細胞色素成分，從而降低ATP的形成速度，激活AIF和血紅素加氧酶-1(ho-1)，對線粒體功能產(chǎn)生負面影響，這可能導致青光眼、糖尿病的發(fā)展[25]。線粒體功能障礙不僅損害RPE細胞本身，還會影響鄰近的感光細胞，類似的機制與年齡相關性黃斑變性有關[26]。

1.1.4視紫紅質(zhì)介導的光損傷視紫紅質(zhì)作為桿狀細胞中的一個發(fā)色團，在視網(wǎng)膜的光接收和暗視覺形成過程中起著至關重要的作用。藍光對視紫紅質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用[27]會對視錐細胞和視桿細胞這兩種感光細胞造成損傷，引起人眼視覺模糊不清。由于視紫紅質(zhì)的存在，藍光照射下視網(wǎng)膜的光子捕獲能力顯著增強，導致光誘導的細胞死亡數(shù)量上升。

1.2晶狀體損傷機制晶狀體中含有可吸收藍光的物質(zhì)，在藍光的作用下會產(chǎn)生相應的衍生物堆積在晶狀體內(nèi)部，使晶狀體變黃變暗，逐漸形成白內(nèi)障。藍光也可以誘導人晶狀體上皮細胞的線粒體產(chǎn)生ROS，促炎細胞因子和趨化因子釋放增加，導致細胞凋亡，引起干眼和白內(nèi)障等疾病。有研究者每隔12h光暗循環(huán)用短波藍色LED燈照射小鼠，檢測小鼠晶狀體上皮細胞中Caspase-1、Caspase-11和Gasdermin D(GSDMD)的表達水平，同時觀察小鼠患白內(nèi)障的情況。12wk后發(fā)現(xiàn)受藍光LED照射的大鼠Caspase-1、Caspase-11和GSDMD的表達水平均顯著升高，且均發(fā)生了白內(nèi)障，晶狀上皮細胞雙陽性比例顯著增加[28]。有研究認為，防止晶狀體上皮細胞凋亡的治療策略可能會抑制相關凋亡因子的表達，并可能對治療年齡相關性白內(nèi)障有益[29]。

1.3淚膜損傷機制淚膜是上下眼瞼間覆蓋在角、結膜表面的一層液體，其成分非常復雜，包括水、電解質(zhì)、黏蛋白及一系列蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，對眼睛具有營養(yǎng)和保護作用。為探索藍光對淚膜的損傷機制，有研究對老年雄性小鼠進行藍光照射24h，分別在1、4、7d進行淚液分泌測試、淚膜破裂情況檢測，結果發(fā)現(xiàn)高能藍光的照射會導致淚膜內(nèi)穩(wěn)態(tài)紊亂，引起以眼表炎癥、損傷和高滲等異常癥狀為主的干眼綜合征[30]。

1.4其他

1.4.1抑制褪黑素分泌褪黑素(melatonin，MLT)在眼睛內(nèi)合成，直接作用于眼部結構，介導眼部各種晝夜節(jié)律和生理過程，影響視力的發(fā)展進程。在446～477nm的光譜中，MLT對藍光的反應最為強烈[31]，藍光可以刺激MLT的分泌，但如果藍光過多，不僅可以通過損傷視網(wǎng)膜，還可以通過抑制MLT分泌增加皮質(zhì)類固醇的分泌。皮質(zhì)類固醇分泌增加可降低副交感神經(jīng)興奮性，使淚液分泌減少，從而導致干眼的發(fā)生。此外，藍光引起的睡眠障礙會導致閉眼時間減少，淚液蒸發(fā)增加，同時可降低雄激素水平，導致瞼板腺腺體功能障礙，從而減少淚腺脂質(zhì)層的分泌，導致干眼的發(fā)生。

1.4.2生長因子視網(wǎng)膜中色素上皮衍生因子(PEDF)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)之間的平衡對于血管的形成更新和維持視網(wǎng)膜血管的通透性有著重要作用[32]。VEGF可促進血管內(nèi)皮細胞增殖，而PEDF能有效抑制這一過程。在接受藍光照射后，人RPE細胞中VEGF與PEDF比值升高，PEDF濃度降低，VEGF濃度升高[33]。研究者將RPE細胞暴露于藍光下48h后發(fā)現(xiàn)細胞活性明顯降低，PEDF處理后24、48h細胞活力顯著提高，細胞中ROS顯著減少，證明增加PEDF的表達來平衡VEGF的高表達使得細胞活力有所提高[34]。藍光照射可破壞VEGF和PEDF的平衡，這與青光眼和糖尿病視網(wǎng)膜病變等眼部疾病的發(fā)生有關[35-37]，同時也可考慮采用PEDF治療相關眼部疾病。

2 防護措施

2.1物理防護

2.1.1防藍光眼鏡防藍光眼鏡采用過濾材料或表面涂層降低短波長藍光的光譜透過率，是一種能夠預防藍光刺激的眼鏡，可減輕使用數(shù)字設備時的眼疲勞癥狀，改善睡眠質(zhì)量，并可能保護視網(wǎng)膜免受光毒害。然而，在使用這些產(chǎn)品時需要找到能有效減少藍光危害又不損害日常生活中藍光對正常視覺功能的作用之間的平衡點。因此不能盲目相信防藍光眼鏡的“神功”，要恰當?shù)倪x擇和配戴。

2.1.2顯示器優(yōu)化常規(guī)的LED顯示器采用的藍光波長約445nm，恰好是對眼部造成最大損傷的范圍。因此，可以通過增大或減小LED燈中的藍光波長來降低長期面對電子屏幕對眼睛帶來的損害。然而，該方法有一定的局限性，還需要綜合平衡其他顯示參數(shù)進行防藍光危害設計，可對色域、色溫等相關顯示參數(shù)進行調(diào)節(jié)，進行光譜優(yōu)化設計，滿足人們對光需求的同時又能減小對眼睛的危害，如增強紅光減弱藍光的負性損傷[38]。

2.1.3藍光濾過人工晶狀體的應用老年人視力下降的主要原因之一是白內(nèi)障，目前效果比較好的治療方法是用人工晶狀體代替原有混濁的晶狀體。白內(nèi)障手術直接摘除混濁晶狀體后，盡管到達視網(wǎng)膜的光線增加，但這種方法更有可能提高藍光對眼睛造成危害的風險。臨床試驗表明，藍光濾過人工晶狀體可部分濾過高能短波光，對白內(nèi)障患者的眼底和視網(wǎng)膜具有重要的保護意義[39]。

2.2化學防護

2.2.1抗氧化劑氧化應激在藍光危害中起著重要作用。研究證實，抗氧化劑，如葉黃素、維生素E、維生素C和越桔可抑制氧化應激源的積累。葉黃素可保護細胞免受光氧化和光破壞，可作為一種活躍的高能藍光過濾器為生物提供強大的抗氧化和抗癌作用[40]，并誘導減少對高能藍光的吸收，以保護黃斑和皮膚，這些特性主要歸因于葉黃素獨特的羥基類胡蘿卜素分子結構和不飽和雙鍵。另外，由于葉黃素在水溶液中的溶解度有限，吸附性差，生物利用度很低，適當?shù)妮d體可以提高溶解度和結構穩(wěn)定性，如與石墨烯納米載體絡合，可以保護RPE細胞，并可能預防視網(wǎng)膜相關疾病[41]。過氧化氫酶活性不受光照的影響，缺乏維生素E的視網(wǎng)膜中過氧化氫酶活性增加。維生素E一定程度上降低過氧化氫酶的活性和清除由于藍光照射產(chǎn)生的ROS[42]，從而抑制藍光誘導的RPE細胞衰老，作用效果在一定范圍內(nèi)與維生素E的濃度呈正比。研究表明，給予維生素C能夠在一定程度上防止細胞氧化損傷，進而防止藍光照射對RPE細胞線粒體DNA造成的損傷[43]。含有大量多酚的越桔和越桔提取物主要通過抑制ROS的產(chǎn)生和激活促凋亡蛋白，對藍光導致的視網(wǎng)膜感光細胞損傷有一定的拮抗作用[44]。N-乙酰半胱氨酸作為一種抗氧化劑，能夠抑制ROS的產(chǎn)生，保護感光細胞[45]。

2.2.2自由基清除劑由于視網(wǎng)膜細胞及晶狀體上皮細胞受藍光照射后會產(chǎn)生單線態(tài)氧或超氧化物陰離子等自由基，故可以使用藥物清除自由基從而達到對藍光導致眼部損傷的治療作用。如NSP-116處理可降低光誘導活性氧的產(chǎn)生，并保持線粒體膜電位細胞活力，從而降低藍色LED光照射后細胞的死亡率[46]。蝦青素是一種葉黃素，在海鮮中大量存在，是一種有效的自由基清除劑和抗炎劑。蝦青素可通過激活PI3K/Akt通路誘導Nrf2核易位，提高Ⅱ期抗氧化酶的表達，以對抗藍光LED照射介導的損傷[47]。

2.2.3抗炎藥物及基因治療既往研究表明，藍光照射可進一步增加ROS的產(chǎn)生，ROS積累可上調(diào)趨化因子受體(CCR2和CCR3)的活性，促進炎癥因子的釋放，提示炎癥因子可能是治療眼病的一個靶點。如亞甲基藍的氧化/還原可作為線粒體電子轉(zhuǎn)移的替代途徑。通過繞過復合物Ⅰ和復合物Ⅲ，亞甲基藍有效地減弱了電子泄漏和隨后的ROS生成。因此，亞甲基藍具有一定抑制炎癥的作用[48]。藍光照射后造成視網(wǎng)膜病變可能是因為藍光激活了小膠質(zhì)細胞中的NLRP3炎癥小體?；谶@點，有研究發(fā)現(xiàn)，敲除位于細胞表面的CCR2基因可以顯著降低藍光照射對小鼠視網(wǎng)膜光感受器細胞的影響，這也許可以為抗炎藥物的研制提供方向[49]。

3 結語

近年研究證明，藍光可損傷RPE細胞、感光細胞、晶狀體及其他眼部結構，進而導致年齡相關性黃斑變性、白內(nèi)障及角結膜組織損傷等眼部疾病的發(fā)生，但損傷程度受藍光照射時間長短、強度大小等因素的影響。為了減少藍光對于眼睛的損害，現(xiàn)已對其損傷機制進行了較多研究，證實脂褐素積累、線粒體損傷、溶酶體損傷和視紫紅質(zhì)介導的損傷等分子事件之間的相互影響與聯(lián)系，為藍光的防護和治療提供了方向和方法指導。盡管如此，藍光照射對眼底的影響仍處于研究階段，對于很多疾病形成的具體機制研究還非常缺乏。在防護方面，雖然如今藍光防護措施越來越多，但主要采取的措施仍然是物理防護，化學防護仍然停留在細胞和動物研究水平，缺乏臨床研究試驗結果。未來，還需要在疾病的病理生理過程的探索方面做出更多努力，為保護眼睛免受潛在藍光危害提供更多選擇。