光損傷

太陽光線是由及其多數不同波長的電磁波所組成的。電磁波波長範圍很廣，從數千千米到千兆兆分之幾米不等。光子的能量和光的波長有關，其分界點大約在510nm，低於510nm光的波長可能和視網膜光損傷有直接的關係，波長越短，損傷就可能越大。光具有電磁波和可測量波長的輻射能，考慮光對眼的損傷作用時，不可忽略可見光譜鄰近的非可見輻射線，如波長<400nm的紫外線(UV)和波長>780的紅外線(IR)。紫外線為不可見光，按其波長可再分成3組：UV-C：波長＜280nm；UV-B：波長為280～315nm；波長315～400nm者為UV-A。人的角膜可吸收＜295nm的紫外線(為UV-B較低的部分)，而晶體可吸收一部分波長＜400nm的UV-A部分，因此，紫外光所致的視網膜損傷，主要系由UV-A和UV-B所引起，其中UV-A又稱為近紫外光。而可見光和紅外線可幾乎全部透過眼的屈光間質而到達視網膜，故是造成視網膜光損傷的重要因素。

近30年來，許多學者利用各種實驗動物進行了大量的有關視網膜光損傷及其機制的研究。人們比較一致的觀點是：視網膜光損傷的成因至少包括如下3個方面：熱損傷、機械損傷和光化學損傷。熱損傷是高能量被組織吸收轉化為熱能，使局部組織內的温度升高，當組織內的温度升高到超出體温一定的限度時，即可使組織內的各種蛋白質成分(包括酶系統)發生變性凝固而產生損傷；機械性損傷是組織在極短的時間內接受強光照射(如Nd:YAG激光)使組織在光子的衝擊下發生瞬間的變化而機械性地損傷組織；光化學損傷是由不引起明顯温度升高的、低能量的、相對較長時間的光照所引起的視網膜組織的病理變化。多數學者認為，在視網膜光損傷中，化學作用起着相當重要的作用，而光的機械損傷作用小，光的熱效應在自然光環境中多不致引起不可逆的視網膜損傷。但在一定的條件下它們也可能共同參與對視網膜的損傷作用。有報道在日食所造成的視網膜光損傷中，光化學損傷和熱損傷就可能都起了一定的作用。為什麼視網膜較易受到光損傷呢？其原因有：（1）光感受器外段富含多價不飽和脂肪酸,易受自由基攻擊。（2）內段有豐富的線粒體,因而具有較高的氧張力。（3）感光細胞層中有大量視紫紅質可吸收大量的光子，易導致視網膜發生光損傷。但迄今為止，對上述3種損傷之間的關係以及光化學損傷的機制尚不完全清楚。觀點認為光化學作用可能通過下述幾種途徑引起損傷。

（1）細胞凋亡

有許多文獻已經證實細胞凋亡是視網膜光損傷的重要機制之一。光損傷誘導的RPE細胞的凋亡：體外培養證實，可見光可引起視網膜神經上皮層和色素上皮層的損傷，RPE細胞對藍光波段範圍的光刺激特別敏感。實驗證實，藍色光除了引起RPE細胞的形態學損傷外，還可引起血-視網膜屏障的功能障礙和亮氨酸及氯化物等物質的轉運障礙，而且進一步的研究證明藍光誘導的細胞死亡是通過凋亡的機制發生的。有學者通過視網膜組織進行HE染色和TUNEL法標記凋亡細胞，結果證明感光細胞凋亡是大鼠實驗性視網膜光損傷的重要機制之一。

凋亡相關基因

哺乳類動物細胞凋亡的基因調控還不十分清楚，研究較多的主要有Bcl-2、c-myc、P53、Ice、Fas/Apo-1等。

（1）Bcl-2基因：可抑制多種模型中的細胞凋亡。這些蛋白包括Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-xs、Bax、Bad、Bag-1以及線蟲的CED-9和一些病毒蛋白。

（2）c-myc基因：在多種人類腫瘤細胞中都發現有c-myc的高表達，它能促進細胞增殖，抑制細胞分化。作為轉錄調節因子，c-myc蛋白一方面激活那些介導細胞增殖的基因，另一方面也激活介導凋亡的基因，給細胞兩種選擇：增殖或凋亡。至於發生何種情況，取決於細胞接受的其他信號，若接受了附加存活的刺激，如生長因子存在、Bcl-2基因表達等，增殖就佔優勢，否則細胞就發生凋亡。

（3）P53基因：是一種重要的抑癌基因，其生物學功能是在G1期監視細胞基因組DNA的完整性，如果DNA受損傷，P53蛋白就使細胞停留在G1期，修復後再進入M期；如損傷不能修復，則誘導其凋亡，從而避免細胞癌變。若P53基因突變，則喪失此功能。

（4）Fas基因：Fas在免疫系統細胞中廣泛表達。Fas介導的細胞凋亡對維持機體的正常免疫功能起着非常重要的作用。Fas及其配基在體內許多組織都有廣泛表達，因此有可能通過調節細胞凋亡的方式在其中的組織細胞轉化及組織平衡中發揮作用。

（5）白細胞介素-1β-轉化酶基因(interleukin-1β-converting enzyme,ICE)在線蟲中，CED-3是細胞凋亡所必需的，在哺乳動物中也存在一種與之在結構和功能上十分相似的蛋白酶，即ICE。在小鼠成纖維細胞中過度表達引起細胞凋亡。

（6）bcr/abl基因：在慢性髓性白血病中可能起抑制細胞凋亡的作用，從而延長慢性髓性白血病細胞的生存時間。

caspase-3蛋白

在細胞凋亡反應中，一系列的酶起着必不可少的作用，而caspase-3蛋白在其中又起着關鍵的作用。其在細胞凋亡caspase級聯通路中被激活後，最終導致細胞核酸內切酶切斷核DNA引起細胞凋亡。王蕭等通過western blot法檢測caspase-3蛋白水平的表達，結果在凋亡細胞出現比例最大的同時，才出現了激活的caspase-3蛋白。劉雙珍等應用caspase-3抑制劑Ac-DEVD-CHO對雞的視網膜細胞凋亡的治療中,發現注射Ac-DEVD-CHO的組別與未注射組相比凋亡率明顯下降,且Ac-DEVD-CHO抑制視網膜細胞凋亡的作用隨劑量的增大而增大。由此可見caspase-3與光損傷的細胞凋亡之間有着密切的關係。而凋亡蛋白抑制劑(inhibitor of apoptosis proteins，lAPs)家族在細胞凋亡的預防上有可能有着重要的意義。

（2）自由基產生和脂質過氧化

光感受器外段富含多價不飽和脂肪酸，易受自由基攻擊，內段有豐富的線粒體，因而具有較高的氧張力。這都有可能使感受器被產生的自由基和脂質的過氧化所損傷。周傳農所摘譯的文章介紹了細胞線粒體光損傷導致的細胞凋亡，其機制就有可能是產生的自由基導致脂質過氧化而對視網膜造成損害。脂質過氧化（LPO）的產物是丙二醛(MDA)，通過測定視網膜內丙二醛的量可以測定視網膜內脂質過氧化的水平。研究表明，LPO及其產物MDA至少有以下危害：

（1）MDA可與DNA分子中的鳥嘌呤等結合影響其功能；

（2）MDA通過酶調控間接影響DNA的合成、裂解及轉錄；

（3）MDA還可與蛋白質分子內某些氨基酸形成schiff鹼，使其喪失功能；

（4）LPO直接破壞膜結構如線粒體細胞膜等，影響細胞功能。用熒光燈光源（18175±300lx）照射大鼠視網膜，結果發現，2h光照3天后視網膜MDA含量增高，5天后逐漸下降，8天后接近正常。但也有報道説在可見光範圍內，視網膜所含多不飽和脂肪酸的過氧化程度，不僅取決於短波光的多少、光照強度的大小，還取決於在氧化反應基礎上長波光對組織的升温效應。

細胞線粒體的損傷

線粒體的主要功能是進行氧化磷酸化和儲積鈣離子，且主要為前者。在動物細胞中，80%以上的ATP是在線粒體中合成的。線粒體通過氧化磷酸化合成ATP，為細胞的生命活動提供能量，是細胞能量來源的主要途徑。最近的研究結果表明，線粒體作為起始凋亡的主開關，可以開啓內膜上的非特異性通道―線粒體通透性轉變孔（mitochondrial permeability transition pore, mtPTP），在調控細胞凋亡中具有重要作用。近些年來發現細胞經歷凋亡中至少有線粒體的3個特殊事件起作用，即線粒體的跨膜電位缺失(ΔΨm)、線粒體通透性改變（MPT）的誘導和凋亡源因素向胞液的易位。現已在線粒體膜間隙中鑑定出了多種死亡促進因子，包括細胞色素c、凋亡誘導因子（apoptosis-inducing factor, AIF）和被稱為切冬酶（caspase）的潛伏蛋白酶。AIF作為線粒體內的一種效應子（effector），平時被隔離在線粒體的膜間隙中。一旦線粒體受到刺激因素影響，自由基增多，脂質過氧化增強，導致mtPTP的開啓，從而改變了膜電位，使線粒體內膜隆起，釋放出這些死亡促進因子。釋放出的細胞色素c可激活胞質中切冬酶的蛋白降解途徑，引起胞質結構的破壞；AIF釋放後移位到細胞核內，使染色質凝縮並造成DNA的大規模斷片化，進而使細胞死亡。mtPTP的開啓及隨後引起的細胞死亡也可為線粒體對Ca2+的過量攝取所啓動。Ca2+過量攝取增加了線粒體暴露於反應性氧種類（reactive oxygen species, ROS, O2-）的時間，並降低了產能效率。因此，線粒體產能的明顯減少和氧化壓力的逐漸加劇，激活了mtPTP，啓動了細胞凋亡。