目的:日光紫外(Ultraviolet,UV)辐射是不可避免的环境和物理因素之一,对于人类健康来说,日光紫外线暴露是一把双刃剑,适当剂量的日光紫外线暴露具有促进健康的作用,但过量的紫外辐射暴露与多种眼部疾病的发生发展均有相关。暴露定量研究是效应研究的前提,既往大量研究针对较强的室外暴露水平进行紫外线的暴露定量研究,但日光紫外线暴露是一个连续的过程,且并不会因为离开室外环境就完全停止,此外,人群的室外活动时间同样远低于室内。因此,室内的日光紫外线暴露同样是个体眼部紫外线暴露的重要组成部分,它以室外环境紫外线强度为暴露基础,同时受到建筑环境和人类活动的影响,在本研究中,我们测量了三亚(中国大陆最低纬度城市)和拉萨(中国最高海拔城市)地区四个主要朝向房间的紫外线暴露水平,并探究了窗户开关、个体位置和面部朝向因素对个体眼部紫外线暴露的影响。不同于水平环境的日光紫外线暴露,眼部角膜表面的日光紫外线暴露水平受到面部框结构、眼睑等因素影响。此外,由于眼组织的特殊结构特征,导致我们仅能直接测得角膜表面的日光紫外线暴露强度,但角膜、晶状体及其后部组织的吸收强度,晶状体及其后部组织的暴露强度仍未可知。因此,在本研究的第二部分,我们尝试构建一个眼部生物组织暴露模型用于模拟人眼暴露于日光紫外线的状态,测量全天范围内角膜、晶体及其后部其他眼组织的实际紫外线暴露、吸收水平。日光紫外辐射主要包括UV-B和UV-A两个波段,其中,UV-B波段的紫外辐射比UV-A波段紫外辐射更容易诱发突变和氧化损伤。α-晶体蛋白是晶状体中最丰富的蛋白质,对维持晶状体的透明度至关重要,暴露于UV-B辐射会引起DNA损伤和修复,并触发此种蛋白含量的变化。羊毛甾醇合成酶(Lanosterol synthase,LSS)是胆固醇生物合成的关键限速酶,在氧化应激和维持晶状体透明度方面可能发挥重要作用。然而,对于LSS在UV-B诱导细胞凋亡的早期阶段的表达变化及其所起的作用我们仍然知之甚少,本研究尝试建立UV-B暴露早期的体内和体外模型,探究晶状体内LSS在紫外线诱导的氧化应激过程中的变化及其相关机制。总之,本研究尝试建立室内眼部及眼部生物组织的个体日光紫外线暴露模型,定量室内紫外线暴露以及角膜、晶体组织的日光紫外线暴露、吸收水平,并建立UV-B暴露的体内和体外模型,探究LSS在UV-B诱导的氧化应激过程中的表达水平变化程度及其作用,为白内障的早期防治提供一个重要的药物靶点。研究方法:1、本研究采用加入模仿眼部框结构的模型头部于人体站姿模型中,使用配置两个光纤探头的光谱仪,并在模型头的头顶和眼部分别置入探头,同步测量水平环境和模型眼部的日光紫外线暴露水平。研究选取拉萨地区、三亚地区窗朝向分别为东向、西向、南向和北向的单窗房间,在室内、室外进行全天同步测量,每间隔十五分钟获取一组测量值。每组的测量值包括距窗距离0.5m,1.0m和1.5m的三个测量位置和模型面部正对开窗时,模型面部正对关窗时,模型面部背对开窗时和模型眼部背对关窗时四个暴露状态,共计12次测量。经过计算获取紫外线暴露强度、生物有效紫外(Ultraviolet biological effective,UV-BE)暴露强度和剂量,用于评价室内模型眼部的紫外线暴露水平。2、采用加入猪眼球组织的模型头部于室外人体站姿模型中,使用光谱仪和光纤探头分别测量水平环境、角膜组织、房水/晶状体组织、其他晶状体后组织的日光紫外线暴露强度,并计算出角膜组织、房水/晶状体组织的日光紫外线的吸收强度及比例,最后计算不同眼生物组织实际暴露吸收强度及占总紫外线暴露量的比例,探究眼部生物组织在日光紫外线暴露环境下的暴露、吸收水平。3、本研究建立UV-B紫外线暴露的雌性Sprague-Dawley大鼠动物模型,摘取晶状体上皮囊膜,使用H&E染色及流式细胞术等方法,测定不同强度紫外线照射对大鼠晶状体上皮氧化损伤程度和抗氧化能力的影响;使用qPCR,WB及免疫组化方法,测定了一系列凋亡相关蛋白表达水平的变化程度;同时,使用qPCR和WB方法,检测LSS及影响LSS表达水平的蛋白的表达水平,探究UV-B诱导的氧化应激过程对LSS表达水平的影响。此外,我们培养了过表达LSS的人晶状体上皮(Human lens epithelium,HLE)细胞和空病毒转染的对照组HLE细胞,并将实验组和对照组细胞均暴露于UV-B后,检测细胞内ROS含量、凋亡水平、晶状体蛋白和凋亡相关蛋白表达量的差异,进一步探讨LSS在UV-B诱导的氧化应激过程中的作用。结果:1、晴好天气背景下,同一朝向房间,不同暴露状况下的日间紫外线变化趋势基本一致。在拉萨市,模型面部正对开窗的暴露状况下,东向房间在太阳高度角12-37°,西向房间在34-9°,眼部紫外线暴露可能具有一定的危险;在三亚市,模型面部正对开窗的暴露状况下,南向房间在67-88°太阳高度角范围,累积的紫外线暴露同样可能具有一定的风险。我们同样发现,室内个体眼部紫外暴露均高于同一暴露条件下的水平环境紫外暴露水平,并且,个体的眼部紫外线暴露量还受到人类活动因素的影响。2、由于模型眼部的框结构在较高太阳高度角范围对日光的遮挡作用,角膜、房水/晶状体组织的的日光紫外线暴露、吸收强度的日间变化呈中间低两边高的双峰曲线,在角膜、房水/晶状体组织的日光紫外线暴露强度,及该暴露强度下的吸收强度之间存在线性关系。角膜最大紫外线暴露强度接近环境值的一半,房水/晶状体组织暴露强度接近环境值的五分之一。3、在动物UV-B模型研究中,数据表明UV-B暴露诱导大鼠晶状体上皮细胞氧化应激和凋亡,并且随着照射剂量的增加,晶状体损伤程度增加。与对照组相比,UV-B暴露组的α-晶体蛋白含量降低,而Bax和cleaved Caspase-3表达水平升高。此外,活性氧过量生成激活了沉默信息调控子1(Sirtuin 1,Sirt1)/甾醇调节元件结合转录因子 2(Sterol regulatory element-binding factor 2,SREBF2)途径使其表达量升高,诱导下游3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA reductase,HMGCR)和LSS含量升高。在UV-B暴露后的HLE细胞中,与对照组相比,LSS过表达组的LSS蛋白表达水平显著升高,凋亡率,ROS含量均下降,α-晶状体蛋白含量和细胞抗氧化系统功能均有显著升高。结论:1、在拉萨市开窗条件下,东向房间在12-37°之间,西向房间在34-9°之间正对近窗时,持续凝视窗外时,眼部存在一定紫外线暴露风险;在三亚市开窗条件下,南向房间在67-88°太阳高度角范围累积的紫外线暴露同样可能具有一定的风险。在相同暴露环境背景下,正对窗时,室内人体眼部紫外线暴露水平高于水平环境的暴露水平,且会受到个体活动因素的影响。2、角膜和房水/晶体组织的日光紫外线暴露强度远低于水平环境,在日光暴露条件下,各眼组织的吸收比例随太阳高度角的升高变化。3、UV-B暴露可以引起晶状体上皮细胞的氧化损伤,并导致晶状体上皮细胞的变性和凋亡,其中,LSS可能在这个过程的早期阶段起保护作用,并且可能通过Sirt1对该过程进行调节。