补充靛蓝光在近灵长类动物中预防近视提出近视爆发的假说

《Cell Reports Medicine》：Prevention of myopia in a near-primate by supplemental indigo light suggests a hypothesis for the myopia boom

　　

目前，全球约有28亿人患有近视，预计到2050年将达到48亿人（即“近视爆发”）。近视由眼球异常伸长引起，导致图像聚焦在视网膜前方。基于先前在小鼠模型中评估非视觉视蛋白OPN5（神经视蛋白）的研究，研究人员测试了短波长光暴露不足会增加近视易感性的假说。研究人员使用树鼩（Tupaia belangeri）作为人类近视的近灵长类模型。研究结果表明，波长范围为419–446 nm的靛蓝光，当用于补充暖白光发光二极管（LED）时，完全抑制了由负透镜佩戴诱导的近视。大量遗传和流行病学证据表明，“近视爆发”具有环境诱因。研究结果与这一证据一致，并提示其中一个促成因素是我们86%时间所在的建筑环境中相对缺乏靛蓝光。

**论文解读：补充靛蓝光预防近视的机制及其对建筑环境照明的启示**

**研究背景与问题**

近视（myopia）是一种全球性流行病，目前约28亿人受影响，预计到2050年将增至48亿人，被称为“近视爆发”。近视由眼轴异常延长导致，使得图像聚焦于视网膜前方。眼轴长度的精确调控依赖于光信号，这一过程称为正视化（emmetropization），涉及多种视蛋白（opsin）的参与。人类拥有七种眼部光感受视蛋白，包括锥体视蛋白（OPN1SW、OPN1MW、OPN1LW）、杆体视蛋白（OPN2）以及非经典视蛋白OPN3（脑视蛋白）、OPN4（黑视蛋白）和OPN5（神经视蛋白）。其中，OPN5因其对短波长光（360–370 nm）的最强响应而备受关注，且在小鼠模型中，OPN5是光依赖性抑制实验性近视所必需的。然而，现代建筑环境中的标准照明和玻璃窗几乎不发射或过滤了这些短波长光子，而户外时间对近视具有保护作用，室内时间则增加风险。因此，研究人员提出假说：近视爆发可能部分源于OPN5（及其他短波长视蛋白）刺激不足，因为人类86%的时间生活在限制短波长光子暴露的建筑环境中。

**研究目的与内容**

本研究旨在利用树鼩（Tupaia belangeri）——一种与灵长类亲缘关系密切的昼行性小型哺乳动物，作为人类近视的近灵长类模型，验证短波长光补充是否能抑制诱导性近视，并确定最有效的波长范围。研究人员通过单细胞测序确认树鼩视网膜中OPN5表达于视网膜神经节细胞（RGCs），随后使用自制照明单元，在标准暖白光LED（3000 K）基础上补充不同峰值波长的窄带LED（366 nm、395 nm、400 nm、410 nm、421 nm、432 nm、441 nm、454 nm、468 nm），在树鼩幼年（24天视觉经验后）通过佩戴-10屈光度（D）透镜诱导近视，测量屈光度和眼轴长度变化，并测量晶状体透射率，最终开发出μ-opic度量指标用于评估照明环境的近视预防潜力。

**主要技术方法**

1. **单细胞测序分析**：对树鼩视网膜单细胞测序数据（GSE237213、GSE227524）进行整合和聚类，通过经典标记基因识别细胞类别，确认OPN5在RGCs中的表达。
2. **透镜诱导近视模型**：在树鼩幼年（24 DVE）佩戴含-10 D透镜的眼镜，诱导单眼近视，对侧眼作为无透镜对照，定时测量屈光度（Nidek ARK-700A）和眼轴长度（Lenstar LS-900）。
3. **晶状体透射率测量**：使用宽光谱光源和校准光谱仪（FLAME-S-UV-VIS-ES）测量不同年龄树鼩晶状体的波长透射率。
4. **视蛋白吸收光谱测量**：在HEK293S细胞中表达重组树鼩OPN5和OPN1SW，纯化后使用紫外-可见分光光度计记录吸收光谱。
5. **照明模拟**：使用LARK v3.0多光谱照明模拟软件，基于RADIANCE引擎，模拟教室环境中不同光源（日光、暖白光LED、补充靛蓝光LED）下的光视和μ-opic照度。样本队列来源：所有树鼩来自阿拉巴马大学伯明翰分校繁殖群。

**研究结果**

**UVA光未能有效抑制近灵长类模型中的近视**
在标准荧光灯或暖白光LED照明下，-10 D透镜诱导了显著的近视（屈光度约-11.6 D）和眼轴加速伸长。补充UVA（366 nm、395 nm）光（模拟黎明时段每天4小时）并未改变诱导性近视的发展，与小鼠模型结果相反。

**树鼩晶状体是UVA预滤器**
树鼩OPN5的吸收光谱峰值在360–370 nm，与小鼠几乎相同。但树鼩晶状体透射率测量显示，波长低于400 nm的光在幼年（10–24天）后显著衰减，45天时几乎不透过UVA。计算表明，经晶状体预滤后，树鼩视网膜OPN5的最佳刺激波长从360 nm移至435–440 nm（靛蓝光范围）。

**靛蓝光完全预防树鼩诱导性近视**
补充峰值421 nm、432 nm、441 nm的靛蓝光（250 μW·cm^-2·nm^-1，4.4×10¹⁴光子·cm^-2·s^-1）完全抑制了-10 D透镜诱导的近视屈光度变化（60 DVE时为0.4 D，与对照眼几乎相同）和眼轴过度伸长。较低补充水平（50 μW·cm^-2·nm^-1，1.0×10¹⁴光子·cm^-2·s^-1）同样完全有效。紫光（400、410 nm）和蓝光（454、468 nm）仅产生部分抑制效果。研究人员据此推导出μ-opic度量，其敏感峰在430 nm，有效波长范围419–446 nm（75%峰值高度），与经晶状体预滤后的OPN5有效吸收曲线高度吻合。

**为近视预防设计的人工照明环境模拟**
使用LARK v3.0模拟西雅图教室中儿童坐姿眼位的光照条件。结果表明：夏季室外阴影处μ-opic光子通量比低水平靛蓝补充基准高11.2倍，冬季室外仍高1.56倍；但室内靠窗位置和靠墙位置分别降低7.6倍和41倍。仅暖白光LED照明时，μ-opic光子通量仅为基准的12.8%；而补充低水平靛蓝光后，μ-opic光子通量达到基准的约60%，同时维持了视觉功能所需的326 lux光视照度。

**讨论与结论**

讨论部分指出，大量遗传和流行病学证据表明“近视爆发”由环境因素引起，户外时间可降低近视风险，室内时间增加风险。本研究结果与之一致，并提示阳光中丰富的419–446 nm光子可能是户外保护作用的成分之一，而建筑环境中这些波长的缺乏则解释了室内风险。研究人员通过树鼩模型确定了抑制近视的最有效短波长范围，并发现晶状体预滤作用导致UVA无效而靛蓝有效。由于人类晶状体同样对UVA透射率低且随年龄变化，树鼩与人类晶状体特征的保守性提示靛蓝补充是人类近视预防的高优先级候选波长。此外，μ-opic敏感谱较宽且不对称，可能反映多种视蛋白（如OPN3、OPN4、OPN1SW、杆体视蛋白）的协同作用。研究还强调，短波长光单独使用可能导致远视漂移，但结合白光补充时效果显著，且仅对近视刺激存在时有效，提示全光谱光照的重要性。

**研究结论**：本研究在树鼩（近灵长类模型）中证明，419–446 nm靛蓝光补充可完全抑制实验性诱导近视。该发现支持以下可测试的转化预测：（1）增加白天户外暴露作为减少近视的策略，靛蓝光是户外信号的一个候选成分；（2）应评估提高419–446 nm波段μ-opic暴露的室内照明光谱作为儿童近视预防的实用策略；（3）由于短波长衰减（“蓝光阻挡”）眼镜减少靛蓝光传输至眼睛，儿童白天广泛使用可能增加近视风险。如果这些假说在人类中得到证实，建筑环境的光谱改造可能有助于减轻日益增长的近视负担。