实验性近视豚鼠模型研究进展

周桂梅，兰长骏，廖 萱

0 引言

近视是亟待解决的国际公共卫生问题，发病机制尚未完全明确。实验研究是探索其分子机制的重要方法，而近视模型的构建是动物实验成功的关键。目前多种动物被用于建立近视模型，例如猴、树鼩、鸡、小鼠、豚鼠等。猴属灵长类动物，但繁殖率低且视觉发育速度很慢[1]；树鼩与灵长类动物亲缘关系相对最为接近，但树鼩与人类的视觉发育状态有所差异，且价格较高不易获得[2]；鸡属禽类，其解剖结构和调节机制与哺乳动物差异较大[3]；小鼠眼睛较小测量不便，易造成测量结果的差异。豚鼠性情温顺、配合度高、视觉发育快，出生时便具有发育完善的视觉系统，能区分不同的物体和线性方向，眼球较大，有利于各项参数的测量，具有成本低、繁殖力强、动物家系明确等优点[4-5]，因此豚鼠是比较理想的实验性近视模型动物，也是最为常见的近视模型动物。目前近视造模方式多样，不同的造模方式各有优缺点，了解不同的造模方式有利于选择适合的动物模型以及匹配不同的研究目的。本文对实验性近视豚鼠造模方式及其眼部形态学变化的研究进展进行了总结，以期为近视的深入研究提供参考。

1 实验性近视豚鼠造模方式

1.1经典造模法

1.1.1形觉剥夺性近视模型形觉剥夺性近视(form-deprivation myopia，FDM)动物模型的成功建立为近视的分子生物学研究的发展奠定了基础。形觉剥夺(form deprivation，FD)抑制视网膜清晰成像，持续模糊的图像信号沿脉络膜传到巩膜，引起巩膜细胞外基质重塑，从而促进了眼睛的加速生长，导致眼部屈光的改变[6-7]。缝合上下眼睑[8]、配戴弥散镜片[9]和面罩遮盖等[10]是FDM造模的主要方法，并且视网膜成像越模糊诱发的轴性近视越严重。缝合上下眼睑是一种有创的造模方式，需要进行全身麻醉，该造模方式容易引起豚鼠应激、睑球黏连和挤压角膜等不良反应，甚至可能会导致豚鼠死亡；配戴弥散镜片需要使用胶水将毡扣环黏在眼睛周围，易诱发过敏反应；面罩遮盖则无需对豚鼠进行麻醉，不会挤压或限制眼睑运动，FD的眼睛可以在面罩后面自由眨眼。并且摘除面罩检查眼部参数更方便、无创且省时，也便于观察豚鼠近视恢复过程，所以面罩遮盖是目前常用的建立豚鼠FDM模型的方法。FD是一种“开环”系统，因为在视觉发育期内只要持续进行FD，眼球就会增长，近视度数持续增加，这是由于被剥夺眼缺乏视觉反馈并且没有确定的屈光终点[4，11]。

目前大多数研究使用2～3周龄豚鼠进行近视造模，Tian等[12]发现2周龄豚鼠形觉剥夺4wk后，FDM眼相较于空白对照眼眼轴长度增加0.57mm左右，屈光度则增加大约-5.45D，形觉剥夺0～4wk内豚鼠眼轴及屈光度变化最明显，4wk后近视化程度明显减慢，因此一般4wk左右即可建立FDM模型。先天性白内障、上睑下垂、角膜混浊等眼部疾病导致的近视与FDM原理相符，因此用FDM模型来模拟这些眼部疾病导致的早期FDM具有一定优势。

1.1.2透镜诱导性近视模型透镜诱导性近视(lens-induced myopia，LIM)又称离焦诱导性近视，豚鼠配戴负透镜或负度数隐形眼镜可以产生远视离焦诱导近视的发生。近年来我国学龄儿童近视发病率明显上升，发病年龄也越来越小，可能与近距离用眼时间过长有关(调节滞后，图像聚焦在视网膜后)，其与LIM原因相似[13]，因此LIM豚鼠模型可用于模拟大部分青少年近视。LIM是一种“闭环”状态，因为配戴负透镜后，图像聚焦在视网膜后某一平面，为获得清晰图像，眼球向焦点方向定向生长，从而引起代偿性眼轴增长；由于负透镜度数恒定，所以一旦眼轴增长到可以补偿镜片离焦引起的屈光不正，眼球的生长就会恢复到正常的增长速率[11，14]。虽然不同研究团队建立LIM豚鼠模型时使用负透镜的度数(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。

周边离焦镜片也可以促进近视的发生，由于该近视诱导方法容易受到镜片位置改变的影响，操作较为复杂，所以目前较少使用该镜片诱导建立豚鼠近视模型。但是也有一些相关研究，例如Bowrey等[17]发现豚鼠配戴-4.00D单焦镜片和0/-4.00D周边远视离焦镜片，约2wk后出现近视漂移现象；然而配戴周边近视离焦镜片的豚鼠，近视发展则被抑制。周边远视离焦镜片将周边光线汇聚在视网膜后，为使视网膜清晰成像，眼球便向后生长，最终眼球过度伸长形成近视；周边近视离焦镜片使周边光线汇聚在视网膜前，抑制眼球向后生长，延缓眼轴增长，从而控制近视发展。尽管周边离焦镜片已被应用于临床，但其潜在的分子生物学机制仍有待进一步探索。

1.2光诱导造模法

1.2.1闪烁光诱导性近视模型近年来城市快速发展，公共场所过度追求多彩炫目的效果，此外人们长时间使用手机、电脑和电视等屏幕频繁跳动的电子产品，使得长期处于频繁光闪烁的“光污染”环境中。“光污染”可能是导致近视率快速上升的原因之一。有研究表明持续闪烁的光可引起豚鼠近视，称为闪烁光诱导性近视(flickering light induced myopia，FLM)[18]。在不同频率的闪烁光(5、1、0.5、0.25、0.1Hz)诱导下，2周龄的豚鼠2wk左右会发生不同程度的近视漂移和眼轴增长，其中0.5Hz闪烁光诱导发生的近视漂移和眼轴增长相对更明显[19-20]。Tian等[21]进一步发现0.5Hz的闪烁光比20Hz更能促进豚鼠眼轴增长和近视漂移。说明在闪烁光频率过高或过低时都可能会导致近视的发生，0.5Hz频率时诱发的近视漂移可能最大。Luo等[20]研究发现FLM豚鼠模型的视网膜和玻璃体内多巴胺(dopamine，DA)及其代谢物的水平明显升高，该结果与在FDM豚鼠模型得到的结果完全不同。这意味着这两种实验性近视的分子机制可能亦有不同，说明长期闪烁光下工作者的近视机制研究最好选择FLM模型，根据研究目的选择相应的近视造模方式得到的研究结果也更加可信。

1.2.2色觉失衡性近视模型视觉包括形觉、光觉和色觉，色觉是不同波长的光作用于视觉系统后产生的一种主观感受，其在屈光发育中也起着重要的作用。光的波长对近视也有影响，不同波长的光可改变色觉信号从而影响屈光发育，由不同波长的单色光诱导形成的模型称为色觉失衡性近视模型[22]。因为折射率与波长的变化成反比，短波长蓝光比长波长红光折射力更强[23]，所以眼睛远视离焦时，视网膜图像的蓝色成分会比红色成分清楚；眼睛近视离焦时，视网膜图像的蓝色成分会比红色成分模糊。部分研究表明，长波长和中波长组豚鼠眼轴伸长加快，表现为相对近视，短波长组豚鼠眼轴伸长减慢，表现为相对远视[24-26]，说明长波长和中波长光会促进豚鼠近视的发生，短波长光则对近视有保护作用。

Tian等[21]发现分别在0、0.5、20Hz的白色、绿色和蓝色闪烁光环境中饲养豚鼠时，0.5Hz蓝光组豚鼠远视漂移，0.5Hz绿色组豚鼠近视漂移，即低频光时，波长离焦信号起主要作用，低频短波光引起远视漂移，低频中波长光引起近视漂移；20Hz蓝光组豚鼠近视漂移，20Hz绿色组豚鼠远视漂移，提示高频光时，波长离焦信号减弱。说明光的波长与闪烁频率存在相互作用，共同影响屈光发育。

1.2.3其他与近视相关的光诱导因素光照强度和昼夜节律等因素对屈光发育也会产生一定的影响。高强度光(10000lx)环境下生长的豚鼠近视度数比低强度光(500lx)环境下低，说明高强度光对近视有部分保护作用，可以减慢豚鼠的近视进展速度[27]。但是当光照强度高到一定程度，会导致视网膜损伤，因此在研究高强度光对近视的保护作用时还需考虑动物视网膜对光照强度的耐受[28]。昼夜节律主要由下丘脑视交叉上核调控，在视觉系统的发展过程中，有规律的昼夜节律是正常眼球生长、轴向伸长和正视的先决条件，昼夜节律受到干扰会引起近视化改变[29-30]，但昼夜节律的调控机制尚不完全清楚，需要更多的研究进行探索。

2 实验性近视豚鼠眼部形态学变化

2.1角膜和晶状体及睫状肌形态学变化Di等[19]研究发现FLM豚鼠与对照组豚鼠角膜曲率半径(corneal radius of curvature，CRC)随近视诱导时间延长均呈增大趋势，但是直至第12wk FLM豚鼠与对照组豚鼠CRC差异仍无统计学意义(P>0.05)。2019年Zhang等[27]与Yang等[31]也均发现，实验期间虽然FD会引起豚鼠近视度数和眼轴长度较对照组增加(P<0.01)，但是FDM组与对照组CRC差异无统计学意义(P>0.05)，说明豚鼠角膜曲率会随着年龄增长而变平，但是与近视关系不大。Li等研究也证实了这个观点，在同一光谱不同光照强度(高、中、低)组中，豚鼠CRC均随实验时间延长均呈增大趋势，并且不同光照强度组之间豚鼠眼轴长度差异有统计学意义，但是CRC差异仍无统计学意义[32]。以上不同的方式诱导近视形成时，均存在实验组与对照组豚鼠CRC差异无统计学意义的情况，提示不论哪种造模方式诱导的豚鼠近视可能均与CRC相关性不大。

Tian等[12]报道，在诱导形成近视的整个过程，FDM组与对照组豚鼠晶状体的中央厚度均呈增加趋势，但是两组之间的差异无统计学意义，说明在一定发育期内，豚鼠晶状体中央厚度随年龄增加而增加，但是近视诱导过程中，不会引起晶状体显著变化。Yang等[33]和Liu等[34]也有相似研究发现，即形觉剥夺2wk后，豚鼠FDM眼前房深度和晶状体中央厚度相较于对侧眼差异无统计学意义，玻璃体腔长度和眼轴长度则比对侧眼分别增加0.18、0.24mm，差异有统计学意义[34]，说明建立近视豚鼠模型时，FDM组与对照组豚鼠眼前房深度和晶状体中央厚度的变化与近视程度关系不大，玻璃体腔长度和眼轴长度则与近视程度高度相关。

睫状体产生房水并产生调节，调控成像位置同时影响视网膜成像清晰程度，可能参与屈光发育过程，因此是一种重要的眼部结构。Pucker等[35]发现白化豚鼠从出生(1d)到成年(90d)睫状肌体积增加了大约2.5倍，这种体积的增加主要是由于睫状肌变厚和变长，说明在正视化过程中，豚鼠的睫状肌体积、长度和厚度随年龄的增加而显著增加；进一步研究发现，FDM形成后睫状肌长度明显缩短，睫状肌细胞减少[36]。Wu等[16]也发现LIM豚鼠睫状肌发生纤维断裂、溶解和排列紊乱等形态改变，并且睫状肌腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)含量下降，提示FDM豚鼠的眼轴延长抑制了睫状肌的生长。

2.2视网膜和脉络膜及巩膜形态学变化目前普遍认为近视主要通过局部视网膜机制来调控巩膜的生长，即外界刺激作用于视网膜，导致视网膜-视网膜色素上皮层-脉络膜信号转导系统启动，诱导巩膜细胞外基质异常表达，成纤维细胞减少，胶原纤维排列稀疏，致使巩膜变薄，眼轴延长，机械张力增加，眼球壁受损，最终导致视力下降及相关并发症发生。

视网膜是一层薄薄的神经组织，接收和处理光刺激并转化成电信号，通过视神经将信号传到大脑皮层形成视觉。Zi等[8]诱导眼球发育期的豚鼠形成高度近视，观察到光镜下视网膜变薄，神经节细胞、内核层和外核层细胞均减少，细胞核小而不均匀，细胞排列紊乱，视网膜色素上皮层(retinal pigment epithelium，RPE)细胞向光感受器层伸出的毛刷状突起变短；电镜下视网膜膜盘肿胀变形。

脉络膜是一种高度血管化的结构，位于视网膜和巩膜之间，为邻近组织提供氧气和营养物质[37]。近年来OCTA被用于识别视网膜和脉络膜血流信号，进行眼底影像检查，豚鼠的视网膜没有血管，不存在视网膜血流信号的干扰，因此豚鼠是研究脉络膜血流状态的理想动物模型[38-39]。FD 1wk后，豚鼠FDM眼脉络膜厚度和血流灌注明显少于对侧眼(64.76±11.15μmvs76.13±9.34μm)和[(30.27±6.06)×103vs(37.87±6.37×103)]；镜片诱导1wk后，豚鼠LIM眼脉络膜厚度和血流灌注也明显少于对侧眼(64.00±9.58μmvs72.17±10.04μm)、[(35.08±5.58)×103vs(41.06±5.32)×103]，FDM与LIM豚鼠脉络膜均变薄，脉络膜血流灌注减少；去除近视诱导因素4d后，FDM眼脉络膜厚度和血流灌注[64.76±11.15μm和(30.27±6.06)×103)]增加为[77.94±12.57μm和(37.41±6.11)×103)]，LIM眼脉络膜厚度和血流灌注[64.00±9.58μm和(35.08±5.58)×103)]增加为[71.99±7.62μm和(38.36±3.05)×103]，变薄的脉络膜相对变厚，血流灌注增加[38，40]。与脉络膜变化相似，随着眼轴长度的增加，豚鼠的视网膜和巩膜均变薄，并且在后极部变薄最为明显。

Dong等[41]研究发现随眼轴增长，LIM豚鼠后极部巩膜变薄最明显，而锯齿缘和扁平部最不明显。研究表明FDM豚鼠与LIM豚鼠的眼球发生的改变相似，近视豚鼠巩膜厚度变薄，成纤维细胞变形，胶原纤维直径缩小，并且分布稀疏，排列紊乱扭曲，高度近视豚鼠的部分胶原纤维甚至存在断裂现象；电镜下后极部巩膜超微结构显示成纤维细胞空泡变性，胶原纤维变细并且内质网发生肿胀扩张[7，42]。巩膜与近视密切相关，其能够根据视觉环境的变化改变其细胞外基质组成和生物力学特性，以调节眼球屈光力。

3 小结

建立豚鼠近视模型的方法各具优缺点，常用的FD(面罩遮盖)和光学离焦(负透镜诱导)方法简单易行，持有乳胶气球或负镜片即可，但是造模过程中容易出现面罩或镜片滑落的情况，因此需要经常观察面罩或镜片的位置及松紧度，一旦滑落则需要重新将面罩或镜片戴在豚鼠头上，滑落时间过长甚至需要淘汰该实验豚鼠。闪烁光、色觉失衡及光强等诱导形成近视相较于前两种造模方法而言成功率较低，涉及到的因素较多，例如光的频率大小、波长长短及光强大小的选择等，但是不同的近视模型代表的近视诱因不同，都用统一近视模型可能导致实验结果出现偏差。因此应尽量根据实验需求和研究目的选择相应的近视造模方式。近视豚鼠的眼轴和屈光度数发生变化的同时，结合眼部组织形态学变化可进一步确认豚鼠近视模型的建立。除此之外，近视豚鼠眼部组织形态学变化提示可能发生潜在的病理性改变，可为研究近视机制和近视干预提供一定的参考。