编者按：近视的高发病率现已成为一个重大的公共卫生问题，然而，近视的发病机制仍未破解，目前尚无有效的治疗方式。2021年PNAS杂志上发表了一篇有关镜片诱导小鼠近视模型的文章，该研究由日本东京Keio医学院Xiaoyan Jiang教授、亚特兰大退伍军人医疗保健系统视觉中心Machelle T. Pardue教授、亚伯拉罕森儿童眼科研究所Shane D’Souza教授等人联合发表。该项研究中，确定了一种表达Opn5视网膜神经节细胞(RGCs)的屈光发育途径，并发现短波紫外线刺激Opn5 RGCs表达可一定程度上预防小鼠实验性近视。因此，猜测Opn5 RGCs可能参与了正视化过程，或可将Opn5通路确定为近视治疗的潜在靶点。
建立LIM小鼠模型，研究VL对实验性近视的影响
为了研究紫光（VL）对实验性近视的影响，该研究创新性建立了LIM小鼠模型，即左眼配戴0D镜片作为自身对照，右眼配戴-30D镜片诱导近视(图1A)。将轴长(AL)定义为从角膜顶点到视神经附近的视网膜色素上皮(RPE)层的距离(图1B)；VL曝光时间表如图1C所示。将出生第21天(P21)的实验小鼠分为五组,每组在不同时间段暴露于VL(图1C和表1)。VL暴露标准包括3小时黎明前（图1C，白光[WL]+黎明前VL），全天曝光（图1C，WL+白天VL），连续VL（图1C，WL+连续VL），晚上3小时VL（图1C，WL+晚间VL），和postdusk 3小时VL（图1C，WL+黄昏后VL）。
图1. VL抑制LIM进展的时间。
研究结果显示：
荧光灯照明可引起预期的LIM屈光度和AL变化(图1D和E，黑条和白条)。
与白光组相比，黎明前VL(图1D和E，水)和白天VL(图1D和E，红色)对LIM屈光度及AL均无显著影响，而其他VL组屈光度或AL均有显著变化(图1D和E，绿色、紫色和蓝色)。
与仅使用WL组相比，WL联合连续VL(图1D和E，绿色)可显著抑制LIM的AL变化(图1E，绿色)，WL联合夜间VL组(图1D和E，紫色)可显著抑制LIM的屈光度(图1D，紫色)和AL变化(图1E，紫色)，黄昏后3小时VL组可抑制LIM的屈光度变化(图1D，蓝色)。
这些结果表明，黄昏前或黄昏后3小时的VL暴露足以防止小鼠近视进展。基于这些数据，所有后续实验研究均选取黄昏前和傍晚3小时。
后续研究表明：OPN5是VL抑制近视的必需条件
为了研究光波抑制小鼠LIM进展的特殊作用，该研究比较了VL与蓝光(440-480nm)、绿光(500-540nm)和红光(610-650nm)。如图2A所示，将紫光、蓝光、绿光和红光调整为相同辐照度(图2B)，并在每天17:00至20:00添加WT(如图1，白光+夜间VL)。对照组小鼠只暴露于WT(每组n=8)。在P42时，统计测量对照组、0D镜片组和-30D镜片实验组之间的相对屈光度和AL变化。结果显示，与光强度相比，红光和绿光无明显抑制屈光变化或AL作用(图2C和D，红色条)；而蓝光可抑制了屈光度(图2C，蓝条)和AL变化(图2D，蓝条)，且与WL组相比AL变化更接近于0周对照组(图2D，黑色和白色条)。而所有实验组中VL组实验效果最为明显，可见屈光度显著抑制(图2C，紫条)。因此可得出结论，只有VL可通过抑制屈光度和AL而阻止小鼠近视进展。
图2
2003年首次发现OPN5对小鼠视网膜和角膜昼夜节律是必需的。此外，VL-OPN5通路可通过多巴胺调节眼睛血管发育，而多巴胺是一种与近视有关的神经调节剂。表达Opn5的视网膜细胞可通过Opn5cre等位基因及受体识别。当Opn5cre与cAMPER等位基因结合时，可激活cre活性并在胞体和轴突束中观察到(图3A)。Opn5cre冷冻切片中Ai14小鼠神经节细胞层(图3B,GCL)和神经纤维层(图3B,NFL)轴突束中均显示阳性胞体(Fig.3A)。当使用ΔG狂犬病毒进行标记时发现RGCs轴突和树突表达可表达Opn5cre的细胞(图3C)。Rbpms是一类pan-RGC标记物，用其标记Ai14小鼠时发现视网膜Opn5cre(图3D)与Opn5系细胞完全重叠(图3E)。这些结果均表明，视网膜中Opn5仅表达于RGCs。
图3
小鼠OPN5的λmax为380nm，正好是VL的峰值波长。因此，认为VL对近视的抑制作用可能依赖于OPN5。为了验证这一假设，将Opn5fl/fl小鼠系与Chx10-Cre小鼠系(41)杂交，生成Opn5fl/fl实验小鼠，并特异性敲除Opn5在视网膜中的表达。在不含VL的光线照射下，Opn5fl/fl(对照组，n=5)和Chx10-Cre、Opn5fl/fl(实验性，n=5)小鼠均表现出显著屈光度(图4A)和AL变化(图4B)，无统计学差异。更为重要的是，这一结果表明，不含Opn5的小鼠可发生正视化。
图4
对比Opn5fl/fl与Chx10-Cre：对Opn5fl/fl与Chx10-Cre实验小鼠均采用WL+夜间VL的LIM方案，对比后发现两种基因型的反应明显不同。与任何基因型的WL对照小鼠组对比，Opn5fl/fl与Chx10-Cre实验小鼠表现出明显屈光(图4A，紫条)及AL改变(图4B，紫条)。相比之下，对照组小鼠(Opn5fl/fl)表现出完全抑制，及屈光度(图4A，紫条)和AL(图4B，紫条)无明显变化。这些数据表明，VL可通过Opn5依赖的方式抑制诱发近视。
目前研究已证实，人及动物近视模型中脉络膜厚度均减少。这一变化被认为与AL和屈光调节的改变有关。为了确定脉络膜厚度是否由VL和OPN5调节，研究人员进行了两个实验(图4C和D)。首先，用LIM方法测量标准WL(图4C，白光)和WL+夜间VL(图4C，WL+VL)野生型小鼠脉络膜厚度已进行比较。结果发现，WL组脉络膜明显变薄(图4C，白条)。相反，夜间VL曝光度增加可完全抑制脉络膜变薄。第二个实验中测量了Opn5fl/fl对照组和Chx10-Cre组的脉络膜厚度。Opn5fl/fl实验小鼠接受LIM方案，包括WL伴或不伴夜间VL(图4D)。与预期结果一样，接受LIM方案的WL组野生型小鼠的脉络膜厚度明显变薄(图4D，白条)。对于Opn5空白组也是如此(图4D，黑条)，再次证明该突变体具有应答能力。当对照组小鼠在WL+夜间VL下接受LIM方案时，脉络膜变薄程度完全被抑制(图4D，紫条)。值得注意的是，在同样的方案下，Opn5突变小鼠的脉络膜厚度变薄，这与野生型小鼠有显著不同(图4D)。这些数据表明，脉络膜厚度是由VL调控的，表达Opn5的RGCs在其中具有至关重要的作用。
研究拓展：VL- Opn5通路或可作为一种针对近视进展的实用性干预手段
有报道发现VL可抑制小鼠镜片离焦性近视的进展，且VL对近视的抑制作用依赖于小鼠暴露于VL的时间。此外，Chx10-cre介导的视网膜特异性Opn5缺失的小鼠中这种效应消失。确定Opn5对VL敏感并表达于RGCs中，该分析表明，在远视刺激下，VL激活RGCs中Opn5进而调节眼球生长。
不同物种间Opn5可能具有相同功能，而VL已被证明通过这种视蛋白发挥调节生物学功能的作用。最近，Opn5已被证明是小鼠视网膜昼夜节律性图像处理的必要条件，或许与视交叉上核(SCN)的中央调节也有关。Opn5还被发现可通过调节多巴胺的再摄取以调节小鼠眼中的血管发育。Opn5还可介导下丘脑神经元和皮肤中黑色素细胞的直接光反应。重要的是，后期结果分析发现Opn5的最大灵敏度为380-nmλ。现阶段研究中，结果已表明Opn5在调节VL对眼球生长的作用发挥了关键作用。
推测VL通过一种与蓝光不同的作用机制来调控眼球生长。虽然有报道发现VL可通过人视网膜蓝色视锥细胞、小鼠UV视锥细胞和小鸡的紫色敏感视锥细胞检测到，但在本报告中发现Opn5敲除小鼠模型中VL的保护作用消失。这表明VL是通过Opn5调节眼球生长，而非通过视蛋白。这一发现还进一步表明，充足的VL可到达小鼠视网膜以刺激Opn5，与之前的研究一致。
人视网膜中的Opn5与小鼠Opn5具有几乎相同的光吸收谱，因此可认为VL在预防近视方面具有巨大潜力。而且蓝光并不适合预防近视，因为它会刺激内在光敏RGCs(ipRGCs)，其可对SCN昼夜规律造成不可预测的影响。该研究中所使用的VL光谱非常窄，几乎不含有可刺激iprgc的光线。结合Opn5被敲除的小鼠模型中VL效应被消除这一发现，学者们认为ipRCGs不太可能在VL-Opn5通路中发挥重要作用。
总结
人类对紫外线不敏感，主要是因为紫外线可被角膜和晶状体吸收。相比之下，VL则可到达人视网膜，根据国际照明委员会和Comité国际测量方法可将其定义为可见光谱的一部分。现代社会的照明环境会是人类遭受不规律的蓝光危害，同时还有VL的缺失。长期的室内活动所造成的VL缺失，可导致异常视网膜生物节律，并促进近视发病率增加。学者们认为VL- Opn5通路或可作为一种针对近视进展的实用性干预手段。
参考资料：https://www.pnas.org/content/118/22/e2018840118
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Linda Gareth
2015年3月6日, 下午2:51Donec ipsum diam, pretium maecenas mollis dapibus risus. Nullam tindun pulvinar at interdum eget, suscipit eget felis. Pellentesque est faucibus tincidunt risus id interdum primis orci cubilla gravida.