短波蓝光对眼部损伤的研究进展

王晓慧，李志坚

(哈尔滨医科大学附属第一医院眼科，哈尔滨 150001)

随着发光二极管(light-emitting diode，LED)和电子产品的大量普及和推广，人们在日常生活中接触到短波蓝光的机会越来越大。短波蓝光是波长400～460 nm、相对能量较高、波长较短的可见光线，是紫色光、靛蓝色光和高能短波蓝光的统称。计算机、电视、手机等众多电子设备的屏幕以及LED照明均是蓝光，波长为400～460 nm的短波蓝光可使晶状体上皮细胞产生氧化损伤，激活色氨酸、核黄素等典型光敏物质导致DNA损伤，引起细胞凋亡。目前，已有研究表明，短波蓝光对角膜和晶状体上皮细胞、视网膜的视杆细胞、视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelium，RPE)均有损伤[1]。但波长为460～500 nm的蓝光还具有调整生物节律、睡眠、情绪、记忆力等作用，可在一定程度上促进人类眼睛屈光发育和调节昼夜节律，对人体有益；另外，短波蓝光对人眼的损害与照射强度和照射的持续时间有关，短波蓝光对视网膜的损伤随着短波波长的增加而增加[2]。因此，针对蓝光对人眼造成的危害，必须采取适当的防护措施，尤其是夜间。现就短波蓝光对眼部损伤的研究进展予以综述。

1 短波蓝光对角膜的影响

从解剖关系可以清晰地知道，相较于眼底的组织，眼表组织直接暴露在短波蓝光的照射下。自然界中的短波蓝光主要被角膜吸收，所以角膜对短波蓝光辐射造成的损伤很敏感。短时间的短波蓝光照射，可能会在一定程度上对眼表造成损伤，但这种损伤是可逆性的，例如，短波蓝光照射造成的泪膜稳定性降低，在一定条件下可以恢复；角膜上皮细胞经过一定时间的短波蓝光照射后，会导致存活率降低，同时角膜中的活性氧类(reactive oxygen species，ROS)含量、白细胞介素(interleukin，IL)-1β的分泌也会增加，进一步介导细胞的氧化损伤和细胞的炎症反应，最终导致眼表炎症和干眼症等眼表疾病[3-4]。

短波蓝光对角膜上皮细胞有光毒性，抑制角膜基质细胞的生长，影响眼表功能。Niwano等[5]通过实验发现，短波蓝光可能以剂量和时间依赖的方式影响有丝分裂期的角膜上皮细胞，导致角膜上皮层的微绒毛失去支撑、破坏泪膜的稳定性，最终导致干眼。短波蓝光照射还可以引起眼表的慢性炎症，Lee等[4]通过光照实验发现，与其他光线相比，短波蓝光更易造成角膜的氧化损伤和细胞凋亡，进而引起眼表的炎症反应和干眼。同时，Kaido等[6]还发现，短波蓝光可影响干眼患者的视功能，通过限制蓝光照射避免不稳定泪膜偶然产生的散射，从而改善光学质量和视觉功能。另外，蓝光照射也可用于治疗细菌性角膜炎。核黄素与波长440 nm蓝光联合的角膜交联可以治疗细菌感染性角膜炎，能够有效控制由金黄色葡萄球菌引起的角膜溃疡[7-8]。

2 短波蓝光对晶状体的损伤

人的晶状体上皮细胞是健康晶状体内代谢最活跃的细胞，它维持着晶状体正常的生长发育和生理改变。少量的自由基和抗氧化物质存在于晶状体和房水中，在正常情况下两者处于动态平衡，可避免晶状体发生氧化损伤；而各种原因导致的自由基数量的增加和自由基清除能力的降低会造成晶状体上皮细胞发生氧化损伤、细胞凋亡，这有可能是白内障发生的基础[9]。魏树瑾[9]研究表明，晶状体上皮细胞在短波蓝光照射下产生了大量ROS，并通过转化生长因子-β/Smad3信号通路，导致细胞凋亡，促使白内障的发生。

高能量、长时间的短波蓝光照射可穿过角膜进入晶状体[2]，晶状体中的某些结构蛋白、酶和蛋白质代谢物能够吸收短波蓝光，所以短波蓝光的照射会导致晶状体上皮细胞产生大量的代谢产物及衍生物积聚，激活色氨酸、核黄素等物质，诱导晶状体上皮细胞线粒体产生ROS[10-11]，这可能是导致白内障发展的原因。

白内障的发病机制可能与晶状体上皮细胞的氧化损伤密切相关。Xie等[10]的研究表明，LED广泛应用带来的高能短波蓝光的持续暴露，可导致晶状体上皮细胞产生大量的ROS，进而导致DNA损伤；进一步分析不同光照强度、色温和时间对晶状体上皮细胞损伤的影响，发现短波蓝光通过过度产生ROS，阻碍了细胞分裂期由G2期向M期的转化，严重干扰了细胞分裂进程，最终导致细胞凋亡。

近年来，由胱天蛋白酶(caspase)-1诱导的细胞焦亡成为研究细胞氧化损伤导致的炎症性、程序性细胞死亡的主要方向。细胞焦亡是一种裂解性和高度炎症类型的程序性细胞死亡形式，由微生物感染或其他危险因素引起的炎症体形成而引发[12]。细胞焦亡具有细胞肿胀、裂解和胞质内容物释放的特征[13-14]。根据激活通路的不同，可将细胞焦亡分为经典焦亡通路和非经典焦亡通路，在这两条通路中，消皮素的主要作用是诱导细胞焦亡的发生，相当于一种执行蛋白，消皮素可以被有活性的caspase-1切割为两个片段，即N端片段和C端片段，活化的N端结构域可促进细胞膜形成亲水性孔道，导致细胞膨胀裂解，通过释放IL-1β和IL-18引发一系列级联反应，驱动细胞焦亡[15-17]。caspase-1诱导的细胞焦亡在医学领域得到了广泛关注，可能在白内障的形成机制中扮演重要角色。

当晶状体上皮细胞暴露于内源性和外源性的氧化应激(包括生长因子和炎症因子)时，可产生大量ROS，诱导晶状体上皮细胞发生细胞焦亡。Jin等[18]研究发现，实验组发生氧化应激的晶状体细胞中caspase-1的表达显著增加，同时细胞IL-1β信使RNA水平也显著增加；将过氧化氢处理过的晶状体上皮细胞分为两组，其中一组加入caspase-1抑制剂，另一组不加caspase-1抑制剂，结果加入caspase-1抑制剂组的caspase-1水平和IL-1β信使RNA水平均显著降低。因此，长期的短波蓝光暴露可导致晶状体上皮细胞产生过量的ROS和羟自由基，破坏机体抗自由基系统的平衡，从而诱导晶状体上皮细胞发生细胞焦亡，诱发白内障。晶状体吸收的短波蓝光，阻挡了短波蓝光对视网膜的潜在损伤[2]。然而，当晶状体对视网膜发挥这种保护作用时，必须经历透明度降低或颜色变化，导致白内障形成。

3 短波蓝光对视网膜的损伤

3.1短波蓝光对RPE的损伤 短波蓝光刺激产生的氧自由基主要作用于细胞的线粒体。在有氧条件下，短波蓝光刺激视网膜线粒体产生大量的自由基，破坏细胞的信使RNA和蛋白质，导致RPE和感光细胞的功能损伤甚至死亡[2]。短波蓝光可使眼内黄斑区毒素量增高，有潜在的视网膜毒性[19]，进而引起视力损伤，且这些损伤是不可逆的，严重威胁眼底健康。年龄相关性黄斑变性的发病机制与光的氧化损伤后核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor pyrin protein 3，NLRP3)炎症小体的激活密切相关。例如，Tseng等[20]的研究表明，在短波蓝光刺激下，地图样萎缩性年龄相关性黄斑变性患者和新生血管性年龄相关性黄斑变性患者RPE的NLRP3水平均上调，使局部发生氧化应激；另外，视网膜中存在与年龄相关的RPE细胞损失，且RPE细胞中黑色素的密度随着年龄的增长而降低(黑色素在清除自由基的过程中发挥作用，主要负责吸收光，从而最大限度地减少散光)。随着短波蓝光的照射，感光细胞的外节段被不饱和脂质过氧化，尖端被RPE吞噬，在溶酶体中被消化，残留的物体最终形成脂褐质，脂褐质使视网膜对短波蓝光造成的损伤更加敏感[21]。脂褐质的核心荧光基团即N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺，可使RPE在经过短波蓝光照射后吸收大量的短波蓝光，产生氧化应激反应，最终导致细胞凋亡[22-23]。脂褐质在短波蓝光照射时产生大量的ROS，并对RPE细胞产生光毒性[24]。在动物实验中，老年大鼠较年轻对照组大鼠的易感性增加，更易产生光损伤[25]，表明老年人视网膜的防御机制不足以预防细胞的轻度损伤，老化的人类视网膜(尤其是中心凹)对光损伤更加敏感[26]，其中脂褐质的最大分布与视杆细胞的最大分布一致[27]，而中心凹区域的脂褐质较外周视网膜更多[28]。Bruch膜中的玻璃疣可通过阻碍液体转运和诱导炎症反应损害RPE细胞的功能[29]。

3.2蓝光对感光细胞的损伤 眼睛之所以能看到光，是因为视网膜吸收了可见光中的能量，光能量会对视网膜造成光伤害，其中视网膜的感光细胞对蓝光极为敏感。视网膜在可见光谱的蓝色区域吸收的能量有光毒性。N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺是吸收蓝光的视网膜发色团，衍生自维生素A-醛和乙醇胺，该化合物能够作用于细胞色素氧化酶，这种作用可逐年累积，最终导致细胞死亡。尽管N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺本身具有低光毒性，但在可见光下形成的N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺的氧化产物也可导致视网膜色素上皮的光损伤；在大鼠眼中，短波蓝光照射可促进N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺和异N-亚视黄基-N-视黄基乙醇胺氧化，产生对视网膜有毒的物质[24]。当视网膜的光感受器和神经节细胞发生氧化应激时，细胞中会产生大量的线粒体，光感受器内层的类胡萝卜素会大量吸收波长为400～480 nm的短波蓝光，因此短波蓝光照射对神经节细胞线粒体的损伤很大[30-31]。大量受体相互作用蛋白(receptor-interacting protein，RIP)1/RIP3的活化，可以诱导神经节细胞发生细胞凋亡，失去正常的功能，因此推测RIP激酶抑制剂可用作神经保护剂以减轻短波蓝光诱导的细胞坏死[28-29]。

3.3短波蓝光对血-视网膜屏障的损伤 短波蓝光的照射使细胞内的促炎因子释放，这些促炎因子使视网膜血管的通透性增加，导致血液中的有害成分(如免疫复合物和淋巴毒素)释放到细胞外[32-33]，进一步损伤视网膜，导致视网膜水肿。Zhao等[34]推测，部分细胞死亡可能不是短波蓝光暴露的直接结果，而是间接由渗出性、毒性血液成分引起的，其中，严重的炎症反应和光感受器细胞变性表明短波蓝光可以间接导致炎症反应和视网膜血屏障破坏后的感光细胞损伤。

4 短波蓝光对屈光状态的影响

由于蓝光波长较短，焦点不在视网膜中央，而是在视网膜前部，因此长时间的短波蓝光照射会导致视觉疲劳、近视进展及复视等症状。流行病学研究显示，适当的户外活动可以有效预防青少年近视的发生和发展[33]。另外，屏幕阅读会导致学龄儿童视力的不良发展，且发病率较高，近视的发生、发展与屏幕阅读时间的增加有关[35]。对视力的影响会导致人们注意力不集中，从而影响学习和工作效率[36]。动物实验表明，短波蓝光会抑制豚鼠的眼轴增长和玻璃腔的生长，从而形成相对远视[37]。短波蓝光照射后近视可迅速逆转为远视，说明短波蓝光可影响屈光发展和逆转近视[38]。

5 其 他

哺乳动物与光相关的昼夜节律和神经行为效应主要由视网膜神经节细胞和光感受器介导。研究表明，蓝光可以调节身体时钟并提升警觉性、记忆力和认知能力，主要机制是蓝光可刺激松果体中褪黑素的分泌，影响皮质类固醇的表达[39]。有研究表明，白内障手术后老年人的睡眠质量有所改善，其原因是透明的人工晶体允许更多蓝光进入眼睛[40]，由此证实蓝光可以调节昼夜节律。尤其是夜间褪黑素产生的高峰期，蓝光过多不仅可以破坏视网膜，还会刺激大脑，抑制褪黑素的分泌，增加皮质类固醇的产生，从而破坏荷尔蒙分泌并直接影响睡眠质量[39]。一些学者曾提出，睡眠障碍与视力障碍密切相关，提示睡眠质量与眼部疾病有关[41]。睡眠障碍可引起皮质类固醇增加，降低副交感神经的兴奋性，减少泪液分泌，从而导致眼睛干涩；同时睡眠障碍还可导致闭眼时间减少，长此以往导致干眼症[39]。

6 预 防

随着社会的发展和人们生活方式的改变，越来越多地接触到短波蓝光。科学研究表明，正常电子显示器对眼的损伤较小，而且大多数显示器的规格在标准范围内，但只是在短期暴露下得出的结论，有必要进行长期暴露相关的一系列抗蓝光测量，同时应尽量减少夜间使用电子设备，避免短波蓝光在夜间对褪黑素分泌的影响，以确保良好的睡眠质量[42]。另外，夜间使用可能暴露于大量短波蓝光的产品时，经批准的、检验合格的防蓝光眼镜或屏幕罩是避免遭受短波蓝光伤害的最佳选择。针对短波蓝光对眼睛组织的损伤机制，可以使用抗氧化剂、自由基清除剂、酶活性保护剂和视神经保护剂[7-8]，但具体的药物及其效果还需要进一步研究。

总之，蓝光在一定程度上可以促进人类眼屈光发育和调节昼夜节律，但有害的蓝光对眼睛的影响也不容忽视。蓝光会使角膜、晶体和视网膜产生不同程度的损伤，因此，在使用相关电子产品时必须采取适当的保护措施，特别是夜间。

7 小 结

短波蓝光可导致白内障、年龄相关性黄斑变性以及角结膜组织损伤等眼科疾病的发生。光感受器、RPE细胞、眼表结构均可能被光损坏，但损伤的类型受若干因素的影响(如光照强度、持续时间、暴露于光的间歇性和光谱分布)。短波蓝光对眼底的影响目前仍处于研究阶段，尤其缺乏关于短波蓝光导致白内障的形成机制的研究。细胞焦亡参与了很多疾病的病理生理过程，进一步研究短波蓝光如何通过细胞焦亡导致白内障的发生，可以为白内障的治疗和预防提供新的思路。