實驗性近視豚鼠模型研究進展

周桂梅，蘭長駿，廖 萱

0 引言

近視是亟待解決的國際公共衛(wèi)生問題，發(fā)病機制尚未完全明確。實驗研究是探索其分子機制的重要方法，而近視模型的構建是動物實驗成功的關鍵。目前多種動物被用于建立近視模型，例如猴、樹鼩、雞、小鼠、豚鼠等。猴屬靈長類動物，但繁殖率低且視覺發(fā)育速度很慢[1]；樹鼩與靈長類動物親緣關系相對最為接近，但樹鼩與人類的視覺發(fā)育狀態(tài)有所差異，且價格較高不易獲得[2]；雞屬禽類，其解剖結構和調節(jié)機制與哺乳動物差異較大[3]；小鼠眼睛較小測量不便，易造成測量結果的差異。豚鼠性情溫順、配合度高、視覺發(fā)育快，出生時便具有發(fā)育完善的視覺系統(tǒng)，能區(qū)分不同的物體和線性方向，眼球較大，有利于各項參數(shù)的測量，具有成本低、繁殖力強、動物家系明確等優(yōu)點[4-5]，因此豚鼠是比較理想的實驗性近視模型動物，也是最為常見的近視模型動物。目前近視造模方式多樣，不同的造模方式各有優(yōu)缺點，了解不同的造模方式有利于選擇適合的動物模型以及匹配不同的研究目的。本文對實驗性近視豚鼠造模方式及其眼部形態(tài)學變化的研究進展進行了總結，以期為近視的深入研究提供參考。

1 實驗性近視豚鼠造模方式

1.1經(jīng)典造模法

1.1.1形覺剝奪性近視模型形覺剝奪性近視(form-deprivation myopia，F(xiàn)DM)動物模型的成功建立為近視的分子生物學研究的發(fā)展奠定了基礎。形覺剝奪(form deprivation，F(xiàn)D)抑制視網(wǎng)膜清晰成像，持續(xù)模糊的圖像信號沿脈絡膜傳到鞏膜，引起鞏膜細胞外基質重塑，從而促進了眼睛的加速生長，導致眼部屈光的改變[6-7]?？p合上下眼瞼[8]、配戴彌散鏡片[9]和面罩遮蓋等[10]是FDM造模的主要方法，并且視網(wǎng)膜成像越模糊誘發(fā)的軸性近視越嚴重?？p合上下眼瞼是一種有創(chuàng)的造模方式，需要進行全身麻醉，該造模方式容易引起豚鼠應激、瞼球黏連和擠壓角膜等不良反應，甚至可能會導致豚鼠死亡；配戴彌散鏡片需要使用膠水將氈扣環(huán)黏在眼睛周圍，易誘發(fā)過敏反應；面罩遮蓋則無需對豚鼠進行麻醉，不會擠壓或限制眼瞼運動，F(xiàn)D的眼睛可以在面罩后面自由眨眼。并且摘除面罩檢查眼部參數(shù)更方便、無創(chuàng)且省時，也便于觀察豚鼠近視恢復過程，所以面罩遮蓋是目前常用的建立豚鼠FDM模型的方法。FD是一種“開環(huán)”系統(tǒng)，因為在視覺發(fā)育期內只要持續(xù)進行FD，眼球就會增長，近視度數(shù)持續(xù)增加，這是由于被剝奪眼缺乏視覺反饋并且沒有確定的屈光終點[4，11]。

目前大多數(shù)研究使用2～3周齡豚鼠進行近視造模，Tian等[12]發(fā)現(xiàn)2周齡豚鼠形覺剝奪4wk后，F(xiàn)DM眼相較于空白對照眼眼軸長度增加0.57mm左右，屈光度則增加大約-5.45D，形覺剝奪0～4wk內豚鼠眼軸及屈光度變化最明顯，4wk后近視化程度明顯減慢，因此一般4wk左右即可建立FDM模型。先天性白內障、上瞼下垂、角膜混濁等眼部疾病導致的近視與FDM原理相符，因此用FDM模型來模擬這些眼部疾病導致的早期FDM具有一定優(yōu)勢。

1.1.2透鏡誘導性近視模型透鏡誘導性近視(lens-induced myopia，LIM)又稱離焦誘導性近視，豚鼠配戴負透鏡或負度數(shù)隱形眼鏡可以產(chǎn)生遠視離焦誘導近視的發(fā)生。近年來我國學齡兒童近視發(fā)病率明顯上升，發(fā)病年齡也越來越小，可能與近距離用眼時間過長有關(調節(jié)滯后，圖像聚焦在視網(wǎng)膜后)，其與LIM原因相似[13]，因此LIM豚鼠模型可用于模擬大部分青少年近視。LIM是一種“閉環(huán)”狀態(tài)，因為配戴負透鏡后，圖像聚焦在視網(wǎng)膜后某一平面，為獲得清晰圖像，眼球向焦點方向定向生長，從而引起代償性眼軸增長；由于負透鏡度數(shù)恒定，所以一旦眼軸增長到可以補償鏡片離焦引起的屈光不正，眼球的生長就會恢復到正常的增長速率[11，14]。雖然不同研究團隊建立LIM豚鼠模型時使用負透鏡的度數(shù)(例如：-6.00、-7.00、-10.00D)不一定一致[4，15-16]，但一般2～8wk能成功建立LIM模型。

周邊離焦鏡片也可以促進近視的發(fā)生，由于該近視誘導方法容易受到鏡片位置改變的影響，操作較為復雜，所以目前較少使用該鏡片誘導建立豚鼠近視模型。但是也有一些相關研究，例如Bowrey等[17]發(fā)現(xiàn)豚鼠配戴-4.00D單焦鏡片和0/-4.00D周邊遠視離焦鏡片，約2wk后出現(xiàn)近視漂移現(xiàn)象；然而配戴周邊近視離焦鏡片的豚鼠，近視發(fā)展則被抑制。周邊遠視離焦鏡片將周邊光線匯聚在視網(wǎng)膜后，為使視網(wǎng)膜清晰成像，眼球便向后生長，最終眼球過度伸長形成近視；周邊近視離焦鏡片使周邊光線匯聚在視網(wǎng)膜前，抑制眼球向后生長，延緩眼軸增長，從而控制近視發(fā)展。盡管周邊離焦鏡片已被應用于臨床，但其潛在的分子生物學機制仍有待進一步探索。

1.2光誘導造模法

1.2.1閃爍光誘導性近視模型近年來城市快速發(fā)展，公共場所過度追求多彩炫目的效果，此外人們長時間使用手機、電腦和電視等屏幕頻繁跳動的電子產(chǎn)品，使得長期處于頻繁光閃爍的“光污染”環(huán)境中?！肮馕廴尽笨赡苁菍е陆暵士焖偕仙脑蛑弧Ｓ醒芯勘砻鞒掷m(xù)閃爍的光可引起豚鼠近視，稱為閃爍光誘導性近視(flickering light induced myopia，F(xiàn)LM)[18]。在不同頻率的閃爍光(5、1、0.5、0.25、0.1Hz)誘導下，2周齡的豚鼠2wk左右會發(fā)生不同程度的近視漂移和眼軸增長，其中0.5Hz閃爍光誘導發(fā)生的近視漂移和眼軸增長相對更明顯[19-20]。Tian等[21]進一步發(fā)現(xiàn)0.5Hz的閃爍光比20Hz更能促進豚鼠眼軸增長和近視漂移。說明在閃爍光頻率過高或過低時都可能會導致近視的發(fā)生，0.5Hz頻率時誘發(fā)的近視漂移可能最大。Luo等[20]研究發(fā)現(xiàn)FLM豚鼠模型的視網(wǎng)膜和玻璃體內多巴胺(dopamine，DA)及其代謝物的水平明顯升高，該結果與在FDM豚鼠模型得到的結果完全不同。這意味著這兩種實驗性近視的分子機制可能亦有不同，說明長期閃爍光下工作者的近視機制研究最好選擇FLM模型，根據(jù)研究目的選擇相應的近視造模方式得到的研究結果也更加可信。

1.2.2色覺失衡性近視模型視覺包括形覺、光覺和色覺，色覺是不同波長的光作用于視覺系統(tǒng)后產(chǎn)生的一種主觀感受，其在屈光發(fā)育中也起著重要的作用。光的波長對近視也有影響，不同波長的光可改變色覺信號從而影響屈光發(fā)育，由不同波長的單色光誘導形成的模型稱為色覺失衡性近視模型[22]。因為折射率與波長的變化成反比，短波長藍光比長波長紅光折射力更強[23]，所以眼睛遠視離焦時，視網(wǎng)膜圖像的藍色成分會比紅色成分清楚；眼睛近視離焦時，視網(wǎng)膜圖像的藍色成分會比紅色成分模糊。部分研究表明，長波長和中波長組豚鼠眼軸伸長加快，表現(xiàn)為相對近視，短波長組豚鼠眼軸伸長減慢，表現(xiàn)為相對遠視[24-26]，說明長波長和中波長光會促進豚鼠近視的發(fā)生，短波長光則對近視有保護作用。

Tian等[21]發(fā)現(xiàn)分別在0、0.5、20Hz的白色、綠色和藍色閃爍光環(huán)境中飼養(yǎng)豚鼠時，0.5Hz藍光組豚鼠遠視漂移，0.5Hz綠色組豚鼠近視漂移，即低頻光時，波長離焦信號起主要作用，低頻短波光引起遠視漂移，低頻中波長光引起近視漂移；20Hz藍光組豚鼠近視漂移，20Hz綠色組豚鼠遠視漂移，提示高頻光時，波長離焦信號減弱。說明光的波長與閃爍頻率存在相互作用，共同影響屈光發(fā)育。

1.2.3其他與近視相關的光誘導因素光照強度和晝夜節(jié)律等因素對屈光發(fā)育也會產(chǎn)生一定的影響。高強度光(10000lx)環(huán)境下生長的豚鼠近視度數(shù)比低強度光(500lx)環(huán)境下低，說明高強度光對近視有部分保護作用，可以減慢豚鼠的近視進展速度[27]。但是當光照強度高到一定程度，會導致視網(wǎng)膜損傷，因此在研究高強度光對近視的保護作用時還需考慮動物視網(wǎng)膜對光照強度的耐受[28]。晝夜節(jié)律主要由下丘腦視交叉上核調控，在視覺系統(tǒng)的發(fā)展過程中，有規(guī)律的晝夜節(jié)律是正常眼球生長、軸向伸長和正視的先決條件，晝夜節(jié)律受到干擾會引起近視化改變[29-30]，但晝夜節(jié)律的調控機制尚不完全清楚，需要更多的研究進行探索。

2 實驗性近視豚鼠眼部形態(tài)學變化

2.1角膜和晶狀體及睫狀肌形態(tài)學變化Di等[19]研究發(fā)現(xiàn)FLM豚鼠與對照組豚鼠角膜曲率半徑(corneal radius of curvature，CRC)隨近視誘導時間延長均呈增大趨勢，但是直至第12wk FLM豚鼠與對照組豚鼠CRC差異仍無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。2019年Zhang等[27]與Yang等[31]也均發(fā)現(xiàn)，實驗期間雖然FD會引起豚鼠近視度數(shù)和眼軸長度較對照組增加(P<0.01)，但是FDM組與對照組CRC差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，說明豚鼠角膜曲率會隨著年齡增長而變平，但是與近視關系不大。Li等研究也證實了這個觀點，在同一光譜不同光照強度(高、中、低)組中，豚鼠CRC均隨實驗時間延長均呈增大趨勢，并且不同光照強度組之間豚鼠眼軸長度差異有統(tǒng)計學意義，但是CRC差異仍無統(tǒng)計學意義[32]。以上不同的方式誘導近視形成時，均存在實驗組與對照組豚鼠CRC差異無統(tǒng)計學意義的情況，提示不論哪種造模方式誘導的豚鼠近視可能均與CRC相關性不大。

Tian等[12]報道，在誘導形成近視的整個過程，F(xiàn)DM組與對照組豚鼠晶狀體的中央厚度均呈增加趨勢，但是兩組之間的差異無統(tǒng)計學意義，說明在一定發(fā)育期內，豚鼠晶狀體中央厚度隨年齡增加而增加，但是近視誘導過程中，不會引起晶狀體顯著變化。Yang等[33]和Liu等[34]也有相似研究發(fā)現(xiàn)，即形覺剝奪2wk后，豚鼠FDM眼前房深度和晶狀體中央厚度相較于對側眼差異無統(tǒng)計學意義，玻璃體腔長度和眼軸長度則比對側眼分別增加0.18、0.24mm，差異有統(tǒng)計學意義[34]，說明建立近視豚鼠模型時，F(xiàn)DM組與對照組豚鼠眼前房深度和晶狀體中央厚度的變化與近視程度關系不大，玻璃體腔長度和眼軸長度則與近視程度高度相關。

睫狀體產(chǎn)生房水并產(chǎn)生調節(jié)，調控成像位置同時影響視網(wǎng)膜成像清晰程度，可能參與屈光發(fā)育過程，因此是一種重要的眼部結構。Pucker等[35]發(fā)現(xiàn)白化豚鼠從出生(1d)到成年(90d)睫狀肌體積增加了大約2.5倍，這種體積的增加主要是由于睫狀肌變厚和變長，說明在正視化過程中，豚鼠的睫狀肌體積、長度和厚度隨年齡的增加而顯著增加；進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DM形成后睫狀肌長度明顯縮短，睫狀肌細胞減少[36]。Wu等[16]也發(fā)現(xiàn)LIM豚鼠睫狀肌發(fā)生纖維斷裂、溶解和排列紊亂等形態(tài)改變，并且睫狀肌腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)含量下降，提示FDM豚鼠的眼軸延長抑制了睫狀肌的生長。

2.2視網(wǎng)膜和脈絡膜及鞏膜形態(tài)學變化目前普遍認為近視主要通過局部視網(wǎng)膜機制來調控鞏膜的生長，即外界刺激作用于視網(wǎng)膜，導致視網(wǎng)膜-視網(wǎng)膜色素上皮層-脈絡膜信號轉導系統(tǒng)啟動，誘導鞏膜細胞外基質異常表達，成纖維細胞減少，膠原纖維排列稀疏，致使鞏膜變薄，眼軸延長，機械張力增加，眼球壁受損，最終導致視力下降及相關并發(fā)癥發(fā)生。

視網(wǎng)膜是一層薄薄的神經(jīng)組織，接收和處理光刺激并轉化成電信號，通過視神經(jīng)將信號傳到大腦皮層形成視覺。Zi等[8]誘導眼球發(fā)育期的豚鼠形成高度近視，觀察到光鏡下視網(wǎng)膜變薄，神經(jīng)節(jié)細胞、內核層和外核層細胞均減少，細胞核小而不均勻，細胞排列紊亂，視網(wǎng)膜色素上皮層(retinal pigment epithelium，RPE)細胞向光感受器層伸出的毛刷狀突起變短；電鏡下視網(wǎng)膜膜盤腫脹變形。

脈絡膜是一種高度血管化的結構，位于視網(wǎng)膜和鞏膜之間，為鄰近組織提供氧氣和營養(yǎng)物質[37]。近年來OCTA被用于識別視網(wǎng)膜和脈絡膜血流信號，進行眼底影像檢查，豚鼠的視網(wǎng)膜沒有血管，不存在視網(wǎng)膜血流信號的干擾，因此豚鼠是研究脈絡膜血流狀態(tài)的理想動物模型[38-39]。FD 1wk后，豚鼠FDM眼脈絡膜厚度和血流灌注明顯少于對側眼(64.76±11.15μmvs76.13±9.34μm)和[(30.27±6.06)×103vs(37.87±6.37×103)]；鏡片誘導1wk后，豚鼠LIM眼脈絡膜厚度和血流灌注也明顯少于對側眼(64.00±9.58μmvs72.17±10.04μm)、[(35.08±5.58)×103vs(41.06±5.32)×103]，F(xiàn)DM與LIM豚鼠脈絡膜均變薄，脈絡膜血流灌注減少；去除近視誘導因素4d后，F(xiàn)DM眼脈絡膜厚度和血流灌注[64.76±11.15μm和(30.27±6.06)×103)]增加為[77.94±12.57μm和(37.41±6.11)×103)]，LIM眼脈絡膜厚度和血流灌注[64.00±9.58μm和(35.08±5.58)×103)]增加為[71.99±7.62μm和(38.36±3.05)×103]，變薄的脈絡膜相對變厚，血流灌注增加[38，40]。與脈絡膜變化相似，隨著眼軸長度的增加，豚鼠的視網(wǎng)膜和鞏膜均變薄，并且在后極部變薄最為明顯。

Dong等[41]研究發(fā)現(xiàn)隨眼軸增長，LIM豚鼠后極部鞏膜變薄最明顯，而鋸齒緣和扁平部最不明顯。研究表明FDM豚鼠與LIM豚鼠的眼球發(fā)生的改變相似，近視豚鼠鞏膜厚度變薄，成纖維細胞變形，膠原纖維直徑縮小，并且分布稀疏，排列紊亂扭曲，高度近視豚鼠的部分膠原纖維甚至存在斷裂現(xiàn)象；電鏡下后極部鞏膜超微結構顯示成纖維細胞空泡變性，膠原纖維變細并且內質網(wǎng)發(fā)生腫脹擴張[7，42]。鞏膜與近視密切相關，其能夠根據(jù)視覺環(huán)境的變化改變其細胞外基質組成和生物力學特性，以調節(jié)眼球屈光力。

3 小結

建立豚鼠近視模型的方法各具優(yōu)缺點，常用的FD(面罩遮蓋)和光學離焦(負透鏡誘導)方法簡單易行，持有乳膠氣球或負鏡片即可，但是造模過程中容易出現(xiàn)面罩或鏡片滑落的情況，因此需要經(jīng)常觀察面罩或鏡片的位置及松緊度，一旦滑落則需要重新將面罩或鏡片戴在豚鼠頭上，滑落時間過長甚至需要淘汰該實驗豚鼠。閃爍光、色覺失衡及光強等誘導形成近視相較于前兩種造模方法而言成功率較低，涉及到的因素較多，例如光的頻率大小、波長長短及光強大小的選擇等，但是不同的近視模型代表的近視誘因不同，都用統(tǒng)一近視模型可能導致實驗結果出現(xiàn)偏差。因此應盡量根據(jù)實驗需求和研究目的選擇相應的近視造模方式。近視豚鼠的眼軸和屈光度數(shù)發(fā)生變化的同時，結合眼部組織形態(tài)學變化可進一步確認豚鼠近視模型的建立。除此之外，近視豚鼠眼部組織形態(tài)學變化提示可能發(fā)生潛在的病理性改變，可為研究近視機制和近視干預提供一定的參考。