【摘要】 视网膜是接受光能、产生视觉的重要组织结构，但视网膜也是眼组织中最易受光损害的部位。当光强度或光照时间等超过了视网膜的防御能力，就会造成视网膜损伤。过多的光照射在AMD的形成和发展中起着非常重要的作用。实验研究发现不同的光损伤动物模型表现出视网膜不同的形态改变，损伤程度与多因素相关，如：光照强度、照射时间、模型物种等。视网膜光损伤致病及其防御机制的研究是目前眼科领域的一个重要研究课题。现对视网膜光损伤的相关研究进行了综述。
【关键词】 视网膜光损伤； 感光细胞凋亡； 机制； 治疗方法
Progress in research on retinal light damage
Wang Shurong， Wu Yubo， He Yuxi， Su Guanfang， Zhang Yan. Department of Ophthalmology， the 2nd Teaching Hospital of Jilin University， Changchun 130041， China
Corresponding author： Zhang Yan， Email： zhangy66@jlu.edu.cn
【Abstract】 Exposure to high energy radiation within the visible spectrum of light causes photochemical damage and an increase in the phagocytosis of outer photoreceptor segments by the retinal pigmented epithelium， causing morphological changes in the retina. Excessive light exposure plays an important role in the development and progression of age-related macular degeneration. Various experimental studies have demonstrated that the retina can be damaged by the effect of light in different animal models， showing various morphological patterns. Furthermore， these patterns may vary according to light intensity， exposure time and species. The mechanical and protective study on retinal light damage is now a crucial research topic in this field. This paper reviews the relevant research.
【Key words】 Retinal light damage； Photoreceptor apoptosis； Mechanism； Treatment
DOI：10.3760/cma.j.issn.1674-845X.2015.10.015
作者单位：130041 长春，吉林眼科
通信作者：张妍，Email：zhangy66@jlu.edu.cn
近年来，随着手机，平板电脑，电子书阅读器等的普及及越来越多的眼科光学诊疗器械和显微手术的应用，建筑光污染等使得各种光源所致的视网膜光损伤问题引发人们的重视。学者们针对视网膜光损伤开展了很多研究，包括致病原因，发生机制，病理表现以及可能的治疗方法。因此，视网膜光损伤致病及其防御机制的研究是目前眼科领域的一个重要研究课题。笔者参阅了大量相关文献，对视网膜及其光损伤的研究进行了综述。
1 视网膜光损伤的类型
物体发出的光线在眼内屈光系统的折射下成像于视网膜上，使视网膜上的感光细胞（视锥细胞和视杆细胞）产生兴奋将光刺激中所包含的视觉信息转变为神经信息，再由视神经传入大脑视觉中枢产生了视觉。光感受细胞属于中枢神经系统的神经细胞，受损后不能再生，过量的光刺激会对视网膜产生不同程度的损伤，因此视网膜光损伤的研究在临床眼科和视觉科学中占有重要的地位。
1.1 光损伤视网膜的类型
视网膜光损伤的实验研究是由Noell等[1]自1966年开始的。针对国内外学者进行的大量研究，比较统一的观点是视网膜光损伤有3种类型，即光化学损伤，机械损伤和热损伤[2-3]，机械损伤造成的视网膜光损伤的主要原因为致密浓厚玻璃体积血、视网膜脱离及视网膜、脉络膜严重广泛的损伤、缺损[4]。热损伤主要与红外的辐射密切相关，当光能量被黑色素和血红蛋白吸收后引起组织温度升高， 可导致视网膜热损伤。晶状体及周围组织吸收红外辐射能导致温度升高，由后皮质先开始混浊，逐渐发展为全部晶状体的混浊，引起白内障[5]。而光化学损伤是由不引起明显温度升高的、低能量的、相对较长时间的光照所引起的视网膜组织的病理变化，最主要、最普遍的视网膜光损伤[6]。
1.2 视网膜光化学损伤的表现类型
Noell等[1]最初在大鼠模型上实验得出结论：光化学损伤最先损害光感受器外节。而Hansson用相似的大鼠模型，发现最早发生变化的是视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）细胞，因此可将视网膜光损伤的表现类型分为两大类：一类是视网膜感受器细胞的损伤，对RPE仅造成轻微损伤或无影响；另一类则主要累及RPE和部分敏感的光感受器细胞。
2 视网膜光损伤的组织学表现
2.1 视网膜光损伤模型的建立
视网膜光损伤至今没有一致公认的可应用于各项研究的动物模型。目前有兔视网膜光损伤动物模型[7]，小型猪视网膜变性模型[8]，SD大鼠视网膜光损伤模型[9-10]。其中SD大鼠因其对光的敏感性高较多地用于视网膜光损伤的动物模型。光损伤实验期间多采用12 h亮，12 h暗的循环光照[9]。
2.2 视网膜光损伤的光镜表现
光镜下发现：当视网膜光感受器受损时，视杆细胞排列紊乱，间隙加大。从外核层向内核层开始细胞核排列紊乱，核间隙加大，内外核层界限渐渐模糊，损伤较重时可出现感光细胞的丢失且光照时间越长变化越严重。当RPE受损时，早期表现为RPE细胞水肿，随着光损伤的加重，也会出现RPE细胞丢失，RPE双层化等现象[9，11]。
2.3 视网膜光损伤的电镜表现
视网膜光损伤的电镜表现为外节膜盘从肿胀、弯曲到分离、断裂、溶解、空泡样变化，膜盘间隙也逐渐增大；内节线粒体由早期的轻度肿胀到线粒体嵴渐渐断裂、空泡变增多；外核层细胞核染色质随着光照时间的加长开始固缩、浓集、部分核碎裂，形态不规则，核膜皱缩、内陷。
3 影响视网膜光损伤的因素
3.1 可见光
可见光是诱发视网膜光损伤的主要原因，视网膜光损伤的发生发展与受照光波长有关，短波光线较长波光线更容易使视网膜损伤，即波长越短，损伤作用越大；受照光强度与视网膜损伤程度相关，强度越高，损伤越大[12]；光照的方式[13]也影响视网膜光损伤的变化，断续和持续的光照相比较，断续光照诱导的视细胞凋亡率明显高于持续光照诱导的凋亡率，即断续光照更易引起视网膜的光损伤，这与暗适应时感光细胞继续积累大量视紫红质吸收光子能密切相关；同时，视网膜受照射的部位、视网膜的暗适应状态也对视网膜光损伤程度有一定的影响。
3.2 紫外光
正常人因为有角膜的存在，晶状体的天然滤过作用阻止了紫外光的大量进入，从而保护视网膜；而白内障患者或其他无晶状体眼患者、人工晶状体植入眼（IOL），无法有效地滤过紫外光，因此视网膜易受到紫外光的损伤，紫外光对视网膜的损伤主要是导致光感受细胞的损伤[14]。
3.3 红外光
波长较长的红外光在视网膜损伤中不仅有热损伤作用，而且有增强短波光光化学损伤的作用，红外线对视网膜的损伤以损伤视网膜色素细胞为主。
3.4 其他
个体的体温、年龄、种族、肤色、营养状态、膳食状况、全身情况和药物、动物的种属等因素。
不同光损伤的程度是不同的。
4 视网膜光损伤的机制
4.1 自由基和氧化损伤
正常情况下，感光细胞处在一个高张氧环境中，感光细胞外节膜盘中高水平的长链多不饱和脂肪酸——二十二碳六烯酸具有保护作用，但对过氧化反应很敏感。在视网膜退行性变及年龄相关性黄斑变性发病过程中，慢性持续的光损伤会使眼内自由基的浓度增加，打破了原有的生理平衡[15]。
适当频率的光子和氧分子在视网膜外层的结合促发的光动力反应产生单线态氧，过氧化氢及羟自由基等一系列自由基。这些自由基可以作用于感光细胞，色素上皮复合体的膜盘以及线粒体和内质网膜中的多价不饱和脂肪酸，使其发生过氧化反应，导致感光细胞外段解体，内节线粒体肿胀变性。同时，脂质过氧化产物中的醛类化合物也有细胞毒性，如丙二醛可作为交联剂与蛋白质、核酸等含氮化合物反应发生交联而丧失功能[16]；活性氧在视细胞凋亡中充当介质，在线粒体跨膜转运、核皱缩、DNA断裂等一系列典型的凋亡变化之前发生了细胞内活跃的氧化还原反应，在应用抗氧化剂之后，视细胞凋亡明显受到抑制[17]。
4.2 钙离子和内质网应激反应蛋白
钙离子是细胞内重要的信号分子，其浓度的高低对维护细胞内信号传导及细胞的存亡具有重要作用。以往研究发现光损伤后，伴随感光细胞内钙离子浓度的上调，钙离子结合蛋白特别是需钙蛋白酶calpain的表达会明显增高。然而calpain不能直接引起染色体的积聚和断裂，它通过诱导其他凋亡分子的表达间接达到目的。m-calpain可诱导pro caspase-12活化。Caspase-12是定位于内质网胞浆侧，内质网应激通路中诱导细胞凋亡的重要分子。钙离子的超载和活性氧的产生导致内质网应激通路活化和UPR的启动，诱发内质网中蛋白折叠能力加强及蛋白和承受抑制等细胞内多种反应，意在引导细胞重建稳态。然而，长时间的应激反应会导致caspase-12被激活，最终导致细胞走向凋亡[18]。
其次，大量的钙离子还会促使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶，进而导致氧自由基的形成，而氧自由基引起的脂质过氧化又可造成更大量的钙内流，进一步加重光损伤的程度[14]。
4.3 眼部色素
4.3.1 黑色素 黑色素是存在于眼色素膜（脉络膜、睫状体和虹膜）及视网膜色素上皮中的颗粒物质。正常情况下，可吸收大量可见光，还可结合二价铁离子等具有氧化还原活性的重金属离子形成螯合重金属离子达到减少色素上皮损伤的目的，对眼有一定的保护作用[19]。但研究表明，在长期的强光照射下，黑色素能将氧分子还原成超氧阴离子和过氧化氢，对眼产生光毒性反应[14]。
4.3.2 脂褐素 脂褐素在眼色素膜的含量仅次于黑色素，是视网膜色素上皮细胞吞噬和消化视杆细胞、视锥细胞外节的残留物。其产生的荧光物质，是视网膜中主要的生色团，在有氧条件下，可激发细胞色素C的光还原作用产生超氧阴离子、单线态氧和过氧化氢等活性氧损伤组织。脂褐素的光敏反应还会导致脂质过氧化，使丙二醛等细胞毒性物质含量增加。
4.4 视紫红质
当在实验前给动物进行标准化的暗适应后，外节盘膜储存更多的视紫红质，由于可见光的黄绿光波主要被视紫红质所吸收，故可以观察到外节的损伤更为明显。视网膜光损伤时存在一个视紫红质反复漂白消耗的过程。光损伤所造成的视细胞损失可能与该处光感受器细胞密集，视紫红质含量高有关。循环光照加速了视紫红质的代谢，而其代谢产物的过度堆积直接抵消了光感受器细胞的功能，继而发生不可逆的病理变化。近年研究表明：线粒体和高尔基体的溶解、超氧化物歧化酶的上调及磷酸激酶A2可能参与这一过程[20]。
4.5 神经胶质细胞
4.5.1 大胶质细胞——Müller细胞 Müller细胞存在于内核层中，是视网膜特有的胶质细胞，有支持、营养、绝缘和保护等作用。视网膜光损伤后，该细胞表面的神经营养因子p75和酪氨酸激酶受体水平会上调[21]。实验中可见大鼠视网膜光损伤后Müller细胞增殖，表明Müller细胞参与了光损伤性视网膜变性过程[6]。
4.5.2 小胶质细胞 小胶质细胞起源于骨髓，一方面可作为免疫效应细胞摄取、加工、递呈抗原并激发特异性免疫应答，一方面能灵敏感知环境变化并受相关信号的激活发挥吞噬、清除死亡细胞，达到维持内环境稳态的作用。然而，在光损伤视网膜时，小胶质细胞向病变部位迁移，过度的激活使小胶质细胞释放大量炎症因子、活性氧化物、NO等对神经元产生毒性作用的物质，进而加速了神经元的变性过程[22]。
4.6 感光细胞的凋亡与神经因子调控
细胞凋亡又称程序性细胞死亡，是生物体内普遍存在的一种不同于坏死的生理性调节性的细胞死亡，受基因调控，由局部环境提供信号，是一种有调控的细胞“自杀”过程。其主要特征：细胞染色质密集，核膜皱缩，细胞体积缩小，DNA酶活化，DNA降解，产生梯形特征的电泳条带。可用TUNEL染色标记证实。
研究者发现光照后能引起c-fos基因表达增高，c-fos是转移因子AP-1家族的一员，能调节神经系统内的视细胞凋亡；还有实验发现，c-fos基因缺失时，视细胞的凋亡数量明显减少[23]。抗凋亡基因Bc1-2的表达能部分地阻止视细胞凋亡，其作为视细胞凋亡的重要调节因素，其过表达能减少视细胞凋亡[24]。
5 视网膜光损伤的预防和治疗
5.1 抗氧化剂和自由基清除剂
采用预防性抗氧化剂，如枸橼酸、去敏等金属络合物。这类抗氧化剂的作用是阻断自由基的生成。维生素C、维生素E等水溶性维生素，具有很强的抗自由基作用，是抗氧化剂，可起到抑制光的损伤，减少细胞凋亡，保持红细胞的完整性，促进细胞合成，发挥对视网膜光损伤的保护作用。
5.2 糖皮质激素抗炎治疗
糖皮质激素（如地塞米松）具有抗炎、抗毒、抗休克、抗过敏等作用，因此，视网膜光损伤的患者，使用糖皮质激素治疗可以减轻视网膜炎症反应，保护细胞膜结构及微循环，阻止脂质过氧化的功效，并减少自由基的产生和破坏，对视网膜光损伤起到一定的防治作用。
5.3 细胞因子
细胞因子对视网膜光损伤有保护作用，如酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）、碱性成纤维生长因子（bFGF）、脑源性神经生长因子（BDNF）、睫状神经营养因子（CNTF）等在采取神经保护性治疗时能保护变性疾病中的光感受器，不同程度地促进光损伤后视网膜神经节细胞的修复，保护正常的视网膜组织。
5.4 钙通道阻断剂
钙通道阻滞剂能通过阻遏钙通道而抑制细胞内稳态失衡，从而减轻由此引发的感光细胞损害。应用氟苯桂嗪对抗大鼠视网膜光损伤得到了肯定的结果，它能组织钙离子的异常内流从而有效地保护视网膜各层结构，增加对光损伤的抵抗能力[25]。
5.5 手术治疗
5.5.1 蓝光滤过型IOL 1982年，Ham等发现可见光中蓝光的视网膜敏感性明显高于其他波段的光波，对视网膜光损伤作用最为明显后，现已引起大家的逐步重视。1996年，Kiyake提出蓝光滤过型IOL的理念，并于2003年6月获得FDA的认可批准应用于临床。多个实验和临床研究均证明蓝光滤过型IOL可有效滤过蓝光，对视网膜起到更多的保护作用。但由于完全滤过蓝光后会影响夜视力，从而易改变人的昼夜节律，故也有学者认为应该调整滤过蓝光的比例[26-27]。
5.5.2 视网膜移植和人工视网膜 研究者将供体视网膜色素上皮细胞移植入视网膜下间隙，可以恢复视网膜下解剖并促进视网膜色素上皮细胞和感光细胞存活，受体的外核层细胞核有程度不等的保留而远离移植物部位则明显减少[28]。但由于排异反应等问题的存在，该研究仍处于动物实验阶段，比如，Seiler和Aramant[29]通过用视网膜碎片移植取代变性的视网膜细胞，不但可以保留患者视觉性能，同时还会增加他们视觉对光的反应力。视网膜移植的确会存在一定的免疫排斥现象，其合适的视网膜供体也有限，但是依然为视网膜变性的二期治疗及老年视网膜黄斑性病变的患者提供了新的治疗方法。
5.6 中医中药治疗
传统中医学认为视网膜光损伤相关性眼病与脾胃气虚，肝肾亏虚有关，并常以健脾和胃，补益肝肾为主采取治疗。随着现代生物技术的发展，尝试使用中医中药方法治疗视网膜光损伤的相关研究报道越来越多[30]。
川芎嗪会增强视网膜组织中SOD的活性，降低MDA的含量，进而起到延缓视网膜光化学损伤、保护视细胞的作用；同时葛根素对手术显微镜导致的视网膜光损伤有修复作用，而其作用机制可能与拮抗细胞凋亡有关[31]；复方光明胶囊可改善视网膜光损伤后的SD大鼠外核层稀疏变薄等现象[32]；枸杞明目液[33]对视网膜光损伤有较好的防治作用；而益气明目口服液显示治疗组的症状明显减轻；滋阴明目丸对视网膜光损伤大鼠具有保护作用，机制与影响凋亡相关基因的表达，从而减少脂质过氧化物的产生并清除自由基有关，最终使受损的视细胞逐步得到修复，视网膜形态结构渐渐恢复正常；蛴螬提取物可通过增加NF-?资B信号通路的活化，抑制凋亡死亡受体信号通路来发挥保护视网膜的作用[34]。