综述：通过磷光寿命成像量化视网膜氧合作用和代谢

本文综述磷光寿命成像技术在啮齿类动物视网膜血管和组织氧张力（PO2）深度分辨定量测量中的应用，还可从测量中定量得出视网膜氧代谢生物标志物，其在生理和病理挑战条件下会改变，该技术有助于视网膜缺血病理生理学研究等。

　　

摘要

视网膜是高代谢活性组织，需充足氧气和代谢物供能以维持细胞存活和视觉功能。视网膜缺氧与多种常见视网膜疾病相关，且与威胁视力的病理发展有关。由于缺氧程度决定细胞存活或死亡过程的激活，了解视网膜氧合至关重要。本文综述利用磷光寿命成像技术对啮齿类动物视网膜血管和组织氧张力进行深度分辨定量测量的情况。此外，从氧张力测量中定量得出视网膜氧代谢生物标志物，这些标志物在生理和病理挑战条件下会发生改变。磷光寿命成像技术的应用有助于增进对视网膜缺血病理生理学的了解，并识别生理生物标志物以监测人类视网膜疾病动物模型的进展和评估治疗干预措施。

引言

视网膜作为高代谢活性组织，依赖充足氧气及代谢物生成能量，以保障细胞存活与视觉功能。视网膜氧合减少已涉及多种常见视网膜疾病，如血管阻塞、糖尿病视网膜病变、青光眼和早产儿视网膜病变。事实上，由于缺氧，对抗视网膜病变和改善视力的常见治疗靶向于血管内皮生长因子（VEGF）的上调。在低氧条件下，一项研究表明线粒体附近氧张力（PO₂）降低的水平决定了是激活细胞存活过程还是凋亡性细胞死亡过程。因此，了解视网膜氧合对于理解疾病病理生理学、识别监测疾病进展的生理生物标志物以及评估治疗干预措施至关重要。

基于血红蛋白光吸收光谱的视网膜血管氧饱和度（SO₂）测量主要通过分光光度血氧测定法、光声成像以及最近使用的可见光光学相干断层扫描在大视网膜血管中进行报道。视网膜静脉 SO₂和动静脉 SO₂差异被证明是组织提取氧气能力的潜在标志物。使用氧敏感微电极在动物中已报道了视网膜组织 PO₂（tPO₂）的直接测量。尽管氧微电极技术可能对视网膜微环境有创，但其具有优越的深度分辨率，可生成跨视网膜深度的定量 tPO₂分布。这一优势使得能够测量外层和内层视网膜的耗氧量。

磷光寿命成像是一种基于氧依赖性磷光猝灭来测量活组织中氧水平的技术。激发后，氧敏感磷光体从三重激发态跃迁到基态，发射具有特征寿命的磷光。由于氧的存在会猝灭磷光，因此可以通过测量磷光寿命来定量 PO₂。测量磷光发射寿命有两种方法。在时域方法中，寿命是根据强度随时间的指数衰减来测量的，因此需要短脉冲的高能光进行激发，可能对组织造成损伤。相比之下，频域方法的寿命是基于调制入射光和发射光之间的相位延迟来确定的，因此与激发光的强度无关。使用磷光寿命成像，已通过时域和频域方法在猫和小鼠的视网膜和视神经血管中测量了 PO₂。此外，还报道了在不同光适应条件下小型猪视神经头的血管内 PO₂测量。通过将光学断层成像与磷光寿命成像相结合，证明了视网膜血管和组织 PO₂（vPO₂和 tPO₂）的深度分辨测量。

方法片段

PO₂成像方法

视网膜组织由视网膜和脉络膜循环供应氧气。由于它们的深度位移，视网膜血管中 PO₂的测量可能受到下面脉络膜和脉络膜毛细血管 PO₂的影响，从而妨碍视网膜微血管中准确的测量。为了克服在 x-y 视网膜平面成像所带来的这一限制，将光学断层扫描方法与磷光寿命成像相结合。

视网膜血管 PO₂成像

通过磷光寿命成像得出的视网膜 vPO₂测量结果显示具有可重复性，且个体内和个体间变异性低，表明可以可靠地评估由于病理或生理改变引起的变化。通过改变吸入氧分数验证了脉络膜视网膜 vPO₂的测量。脉络膜视网膜 vPO₂显示随着吸入氧分数的增加而增加。

视网膜组织 PO₂成像

了解视网膜组织内的 PO₂对于量化缺氧水平和评估视网膜细胞可利用的氧气以生成功能和存活所需的能量至关重要。为了实现这一目标，证明了生成二维 tPO₂图和得出跨视网膜深度的 tPO₂分布的可行性。通过磷光寿命成像测量内层和外层视网膜的 tPO₂，并通过改变吸入氧分数进行了验证。

视网膜血管和组织 PO₂联合成像

在不同动物中独立测量视网膜 vPO₂和 tPO₂，无法评估同一动物在相同条件下它们之间的关系，而这对于增进对视网膜缺血病理生理学的理解是必要的。为了弥补这一知识空白，开发了双氧磷光寿命成像方法，该方法可近乎同时测量视网膜 vPO₂和 tPO₂。来自视网膜血管和组织的磷光信号。

健康状态下的视网膜氧代谢生物标志物

评估视网膜组织活力和功能需要定量评估外层和内层视网膜的氧代谢，外层和内层视网膜分别主要由脉络膜和视网膜循环供应。根据深度分辨的 tPO₂分布，使用一维氧扩散模型计算外层视网膜耗氧量（QO₂）。建立了 QO₂的正常基线，测量结果显示具有高度可重复性。在正常生理条件下。

糖尿病

在糖尿病视网膜病变中，缺氧诱导的 VEGF 升高导致威胁视力的病理发展，如血管渗漏、黄斑水肿和新生血管形成。值得注意的是，抗 VEGF 治疗已被证明在减少这些病理和改善视力方面有效。在链脲佐菌素（STZ）注射诱导的实验性糖尿病中，已证实视网膜中 VEGF 升高。为了阐明。

结论

磷光寿命成像是一种可靠的方法，可用于视网膜血管和组织氧合的定量测量和三维 mapping。此外，磷光寿命成像可用于提供内层和外层视网膜氧代谢的测量。由于氧敏感磷光体目前尚未被批准用于人类，因此研究结果仅限于动物研究，但有可能转化为人类疾病研究。总体而言，该技术的应用。

数据可用性

本文所述研究未使用数据。

利益冲突声明

MS 持有氧成像技术的专利。

致谢

本文所述工作是研究生、博士后研究员、同事和技术人员共同努力的结果。本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）资助项目 EY017918、EY029220、EY001792、高级科学研究员奖以及预防失明研究组织的无限制部门资助。