光损伤

过强的光或长时间直视光源对视网膜造成的损害

过强的光或长时间直视光源对视网膜造成的损害叫光损伤。

致伤光源

太阳光线是由及其多数不同波长的电磁波所组成的。电磁波波长范围很广，从数千千米到千兆兆分之几米不等。光子的能量和光的波长有关，其分界点大约在510nm，低于510nm光的波长可能和视网膜光损伤有直接的关系，波长越短，损伤就可能越大。光具有电磁波和可测量波长的辐射能，考虑光对眼的损伤作用时，不可忽略可见光谱邻近的非可见辐射线，如波长<400nm的紫外线(UV)和波长>780的红外线(IR)。紫外线为不可见光，按其波长可再分成3组：UV-C：波长＜280nm；UV-B：波长为280～315nm；波长315～400nm者为UV-A。人的角膜可吸收＜295nm的紫外线(为UV-B较低的部分)，而晶体可吸收一部分波长＜400nm的UV-A部分，因此，紫外光所致的视网膜损伤，主要系由UV-A和UV-B所引起，其中UV-A又称为近紫外光。而可见光和红外线可几乎全部透过眼的屈光间质而到达视网膜，故是造成视网膜光损伤的重要因素。

光损伤的机制

近30年来，许多学者利用各种实验动物进行了大量的有关视网膜光损伤及其机制的研究。人们比较一致的观点是：视网膜光损伤的成因至少包括如下3个方面：热损伤、机械损伤和光化学损伤。热损伤是高能量被组织吸收转化为热能，使局部组织内的温度升高，当组织内的温度升高到超出体温一定的限度时，即可使组织内的各种蛋白质成分(包括酶系统)发生变性凝固而产生损伤；机械性损伤是组织在极短的时间内接受强光照射(如Nd:YAG激光)使组织在光子的冲击下发生瞬间的变化而机械性地损伤组织；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。多数学者认为，在视网膜光损伤中，化学作用起着相当重要的作用，而光的机械损伤作用小，光的热效应在自然光环境中多不致引起不可逆的视网膜损伤。但在一定的条件下它们也可能共同参与对视网膜的损伤作用。有报道在日食所造成的视网膜光损伤中，光化学损伤和热损伤就可能都起了一定的作用。为什么视网膜较易受到光损伤呢？其原因有：（1）光感受器外段富含多价不饱和脂肪酸,易受自由基攻击。（2）内段有丰富的线粒体,因而具有较高的氧张力。（3）感光细胞层中有大量视紫红质可吸收大量的光子，易导致视网膜发生光损伤。但迄今为止，对上述3种损伤之间的关系以及光化学损伤的机制尚不完全清楚。观点认为光化学作用可能通过下述几种途径引起损伤。

（1）细胞凋亡

有许多文献已经证实细胞凋亡是视网膜光损伤的重要机制之一。光损伤诱导的RPE细胞的凋亡：体外培养证实，可见光可引起视网膜神经上皮层和色素上皮层的损伤，RPE细胞对蓝光波段范围的光刺激特别敏感。实验证实，蓝色光除了引起RPE细胞的形态学损伤外，还可引起血-视网膜屏障的功能障碍和亮氨酸及氯化物等物质的转运障碍，而且进一步的研究证明蓝光诱导的细胞死亡是通过凋亡的机制发生的。有学者通过视网膜组织进行HE染色和TUNEL法标记凋亡细胞，结果证明感光细胞凋亡是大鼠实验性视网膜光损伤的重要机制之一。

凋亡相关基因

哺乳类动物细胞凋亡的基因调控还不十分清楚，研究较多的主要有Bcl-2、c-myc、P53、Ice、Fas/Apo-1等。

（1）Bcl-2基因：可抑制多种模型中的细胞凋亡。这些蛋白包括Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-xs、Bax、Bad、Bag-1以及线虫的CED-9和一些病毒蛋白。

（2）c-myc基因：在多种人类肿瘤细胞中都发现有c-myc的高表达，它能促进细胞增殖，抑制细胞分化。作为转录调节因子，c-myc蛋白一方面激活那些介导细胞增殖的基因，另一方面也激活介导凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。至于发生何种情况，取决于细胞接受的其他信号，若接受了附加存活的刺激，如生长因子存在、Bcl-2基因表达等，增殖就占优势，否则细胞就发生凋亡。

（3）P53基因：是一种重要的抑癌基因，其生物学功能是在G1期监视细胞基因组DNA的完整性，如果DNA受损伤，P53蛋白就使细胞停留在G1期，修复后再进入M期；如损伤不能修复，则诱导其凋亡，从而避免细胞癌变。若P53基因突变，则丧失此功能。

（4）Fas基因：Fas在免疫系统细胞中广泛表达。Fas介导的细胞凋亡对维持机体的正常免疫功能起着非常重要的作用。Fas及其配基在体内许多组织都有广泛表达，因此有可能通过调节细胞凋亡的方式在其中的组织细胞转化及组织平衡中发挥作用。

（5）白细胞介素-1β-转化酶基因(interleukin-1β-converting enzyme,ICE)在线虫中，CED-3是细胞凋亡所必需的，在哺乳动物中也存在一种与之在结构和功能上十分相似的蛋白酶，即ICE。在小鼠成纤维细胞中过度表达引起细胞凋亡。

（6）bcr/abl基因：在慢性髓性白血病中可能起抑制细胞凋亡的作用，从而延长慢性髓性白血病细胞的生存时间。

caspase-3蛋白

在细胞凋亡反应中，一系列的酶起着必不可少的作用，而caspase-3蛋白在其中又起着关键的作用。其在细胞凋亡caspase级联通路中被激活后，最终导致细胞核酸内切酶切断核DNA引起细胞凋亡。王萧等通过western blot法检测caspase-3蛋白水平的表达，结果在凋亡细胞出现比例最大的同时，才出现了激活的caspase-3蛋白。刘双珍等应用caspase-3抑制剂Ac-DEVD-CHO对鸡的视网膜细胞凋亡的治疗中,发现注射Ac-DEVD-CHO的组别与未注射组相比凋亡率明显下降,且Ac-DEVD-CHO抑制视网膜细胞凋亡的作用随剂量的增大而增大。由此可见caspase-3与光损伤的细胞凋亡之间有着密切的关系。而凋亡蛋白抑制剂(inhibitor of apoptosis proteins，lAPs)家族在细胞凋亡的预防上有可能有着重要的意义。

（2）自由基产生和脂质过氧化

光感受器外段富含多价不饱和脂肪酸，易受自由基攻击，内段有丰富的线粒体，因而具有较高的氧张力。这都有可能使感受器被产生的自由基和脂质的过氧化所损伤。周传农所摘译的文章介绍了细胞线粒体光损伤导致的细胞凋亡，其机制就有可能是产生的自由基导致脂质过氧化而对视网膜造成损害。脂质过氧化（LPO）的产物是丙二醛(MDA)，通过测定视网膜内丙二醛的量可以测定视网膜内脂质过氧化的水平。研究表明，LPO及其产物MDA至少有以下危害：

（1）MDA可与DNA分子中的鸟嘌呤等结合影响其功能；

（2）MDA通过酶调控间接影响DNA的合成、裂解及转录；

（3）MDA还可与蛋白质分子内某些氨基酸形成schiff碱，使其丧失功能；

（4）LPO直接破坏膜结构如线粒体细胞膜等，影响细胞功能。用荧光灯光源（18175±300lx）照射大鼠视网膜，结果发现，2h光照3天后视网膜MDA含量增高，5天后逐渐下降，8天后接近正常。但也有报道说在可见光范围内，视网膜所含多不饱和脂肪酸的过氧化程度，不仅取决于短波光的多少、光照强度的大小，还取决于在氧化反应基础上长波光对组织的升温效应。

细胞线粒体的损伤

线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化和储积钙离子，且主要为前者。在动物细胞中，80%以上的ATP是在线粒体中合成的。线粒体通过氧化磷酸化合成ATP，为细胞的生命活动提供能量，是细胞能量来源的主要途径。最近的研究结果表明，线粒体作为起始凋亡的主开关，可以开启内膜上的非特异性通道―线粒体通透性转变孔（mitochondrial permeability transition pore, mtPTP），在调控细胞凋亡中具有重要作用。近些年来发现细胞经历凋亡中至少有线粒体的3个特殊事件起作用，即线粒体的跨膜电位缺失(ΔΨm)、线粒体通透性改变（MPT）的诱导和凋亡源因素向胞液的易位。现已在线粒体膜间隙中鉴定出了多种死亡促进因子，包括细胞色素c、凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor, AIF）和被称为切冬酶（caspase）的潜伏蛋白酶。AIF作为线粒体内的一种效应子（effector），平时被隔离在线粒体的膜间隙中。一旦线粒体受到刺激因素影响，自由基增多，脂质过氧化增强，导致mtPTP的开启，从而改变了膜电位，使线粒体内膜隆起，释放出这些死亡促进因子。释放出的细胞色素c可激活胞质中切冬酶的蛋白降解途径，引起胞质结构的破坏；AIF释放后移位到细胞核内，使染色质凝缩并造成DNA的大规模断片化，进而使细胞死亡。mtPTP的开启及随后引起的细胞死亡也可为线粒体对Ca2+的过量摄取所启动。Ca2+过量摄取增加了线粒体暴露于反应性氧种类（reactive oxygen species, ROS, O2-）的时间，并降低了产能效率。因此，线粒体产能的明显减少和氧化压力的逐渐加剧，激活了mtPTP，启动了细胞凋亡。

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