视网膜调控下不同单色光对豚鼠眼局部屈光发育和实验性近视的作用及机制研究

Now there are no big achievements on prevention and cure of myopia all over the world, because its mechanism is not clear. Previous research separately related to form deprivation or optical defocus, two abnormal visual factors. Our recent studies show: Monochromatic light can influence emmetropization in guinea pigs (Exp Eye Res, 2011), it may contain a third kind of abnormal visual factor (JOV, 2013). Stimulating only one type of cones by monochromatic light may probably produce a signal, which not only determines the direction of defocus but also induces a refractive compensation, possibly because of the open-loop regulation (PLoS One, 2013). Our preliminary experiments show: Monochromatic light can lead to changes in the guinea pig’s retinal cone distribution density and opsin expression. Therefore, we assume: The retina receives visual stimuli by cone cells and forms signal transduction to regulate refractive development, different distribution of the cone cells leading to local difference in refractive development. The three kinds of abnormal visual factors interact and influence ocular refractive development through the local retinal mechanisms. This study used optometry and molecular biology methods to observe ocular refraction, ocular axial length changes, changes in the expression of retinal cone cells and related molecular distribution of guinea pigs’ eyes induced by different monochromatic light and the monochromatic light with form deprivation or optical defocus, to clarify the local retinal mechanisms in ocular refractive development induced by monochromatic light, to figure out the interaction between the three kinds of abnormal visual factors, to advance the understanding of the pathogenesis of myopia.

目前近视眼防治没有突破，近视发病机制未明确，以往研究多涉及形觉剥夺或光学离焦一种异常视觉因素。申请者研究表明单色光可作为异常视觉因素也能诱导豚鼠产生近视（Exp Eye Res,2011 & JOV,2013）；单色光刺激视锥细胞形成的信号能识别离焦也能调节眼球生长（PLoS One,2013）。我们预实验显示单色光可导致豚鼠视网膜不同视锥细胞分布密度和视蛋白表达变化。我们认为：视网膜通过视锥细胞接收视觉刺激产生信号以调控屈光发育，视锥细胞分布不同导致局部屈光发育差异；不同异常视觉因素通过该局部视网膜机制相互作用影响眼球正视化。本研究拟采用视光学分子生物学等方法观察不同单色光下以及单色光结合形觉剥夺或光学离焦诱导的豚鼠眼局部屈光、眼轴改变，视网膜锥细胞分布及相关分子表达变化，阐明单色光在眼球屈光发育中的局部视网膜调控机制，以及三种异常视觉因素之间的交互作用，进而推进对近视眼发病机制的认识。

在个体生长的过程中，眼球发生调控性的生长使物像焦点落在视网膜上，这一过程称为眼球的正视化。这里所说的调控是指视觉对眼球生长的调控。而受到调控的是眼轴长度，主要是通过影响玻璃体腔长度和脉络膜厚度达到的。在实验研究中，所使用的视觉刺激包括形觉剥夺（遮盖）、光学离焦（透镜）和色觉剥夺（单色光）等。前期研究发现不同单色光能影响豚鼠眼正视化过程，可诱导眼球屈光度向近视或远视漂移，单色光刺激视锥细胞形成的信号不仅能识别离焦方向，还能产生开环信号调节导致大于离焦量的过度屈光补偿。我们推测：视网膜通过视锥细胞接收视觉刺激产生信号调控眼球屈光发育，视锥细胞分布不同可导致局部屈光发育差异；异常视觉因素同时存在时可通过这种局部视网膜机制发生交互作用影响眼球屈光发育。.本项目实施后完成了如下研究：阿托品在单色光诱导豚鼠眼屈光发育中的作用研究；调节抑制在单色光诱导豚鼠眼屈光发育中的作用研究；430nm和530nm单色光对豚鼠视网膜视锥细胞分布影响研究；430nm单色光对豚鼠光学离焦性近视的干预作用研究；530nm单色光对豚鼠光学离焦性近视的干预作用研究；430nm单色光干预豚鼠光学离焦性近视模型后其视网膜视蛋白和巩膜MMP-2/TIMP-2的变化研究；豚鼠眼球不同区域屈光度的检测及对应区域视网膜视锥细胞分布密度研究。初步明确了阿托品对单色光中豚鼠眼屈光发育的调控作用，初步研究了单色光对光学离焦近视的影响以及两者对眼球正视化的调控作用，初步阐明了单色光诱导的眼球屈光发育及相关活性物质改变与视锥细胞分布不同有关。而视锥细胞密度分布研究显示正常豚鼠视网膜上方分布以M视锥细胞为主，下方以S视锥细胞为主，中央为两种视锥细胞均衡分布区。从而可以建立M视锥细胞对应形成近视，S视锥细胞对应形成远视这样局部屈光发育解剖模式。通过430nm和530nm单色光分别单独刺激S和M视锥细胞的独特作用，可以明确单独视锥细胞作用后其屈光发育调节的具体机制，将成为近视研究新的思路。