人诱导多能干细胞（iPSC）来源的视网膜类器官（retinal organoids，ROs）能够在体外自组织形成类似人视网膜的三维结构，因此近年来逐渐成为研究遗传性视网膜疾病（inherited retinal diseases，IRDs）、药物筛选以及基因治疗的重要人源模型。

       然而大量研究显示，长期培养的视网膜类器官在细胞组成和转录特征上仍然更接近胎儿期视网膜，尤其是光感受器外节形成、视杆细胞成熟以及整体功能建立仍然有限。这意味着，如果利用这些类器官模拟发生于儿童、青少年或成年期的遗传性视网膜疾病，可能无法充分重现真实疾病表型。

       2026年，EdwinM. van Oosten等人在Communications Biology发表了一项题为“Long-term daily light exposure boosts human retinal organoid differentiation”的研究，提出了一个非常直接但此前长期被忽视的问题：既然真实视网膜是在光环境中发育和工作的，那么长期处于黑暗培养的视网膜类器官，会不会因为缺少光刺激而影响其正常分化？

       研究团队发现，从DIV70开始，每天给予6小时、350-400 lux的恒定白光刺激，能够促进视网膜类器官光感受器相关基因和蛋白表达，并使细胞组成向较晚出生的视网膜细胞类型偏移，尤其表现为视杆光感受器增加。更重要的是，在长达20周的光照条件下，并没有观察到明显增加的应激、凋亡或细胞死亡现象。

一、研究设计与技术路线

       研究团队选用了三株独立的iPSC对照细胞系，其中主实验采用SCTC010-A系。类器官分化遵循已发表的标准化方案，并做了适当优化。光照干预从体外培养第70天（DIV70）开始——这是感光细胞开始出现的发育窗口期。光照条件为每日6小时、350-400勒克斯的连续白光，其余18小时保持黑暗。对照类器官则在同一培养箱的上层完全避光培养。

       研究设置了多个时间采样点（DIV105、DIV140、DIV175、DIV210），通过qPCR、Western blot、蛋白质组学、免疫荧光染色、扫描电镜和透射电镜等多层次手段，系统评估光照对感光细胞分化、视网膜细胞类型组成以及细胞应激状态的影响。

图：视网膜类器官分化&光照刺激实验设计

二、核心发现

1、每日光照，五周即显著提升感光细胞基因表达

       在DIV105（光照处理5周后），光照组的感光细胞标志物表达显著上调。其中转录因子CRX的表达提高了1.66倍，感光细胞内节和外节标志物ARR3、PRPH2和RCVRN也相应升高。这提示光照可能通过上调CRX等关键转录因子，进而驱动下游感光细胞结构蛋白的表达。

       此外，作者还尝试了每日12小时光照方案，结果发现感光细胞标志物表达不升反降，提示过量光照可能具有毒性效应，因此后续实验均采用每日6小时方案。

2、长期光照持续促进感光细胞成熟

       在DIV105至DIV210长达20周的追踪中，光照组感光细胞标志物（CRX、PRPH2、RCVRN、RHO、ARR3）的表达随时间持续上升，且多数时间点都优于同期对照。在DIV202时，研究团队对类器官进行了相位差显微成像，测量了代表感光细胞内节+外节长度的“刷状缘”长度，结果显示两类类器官均能发育出感光细胞样结构，但光照组在形态上呈现出更发达的胞突结构。值得注意的是，不同iPSC系之间在mRNA水平上的响应存在差异——对照系2和3仅在RHO（视紫红质）表达上表现出持续上调。这提示了遗传背景可能影响光照效应的强弱。

图：对照和光照组相位差显微图像及刷状缘长度定量小提琴图

3、蛋白质水平证实视杆细胞富集

       尽管基因表达数据已显示光照的积极作用，但由于RNA与蛋白质之间的非线性关系，蛋白质水平的验证尤为重要。Western blot分析显示，在以CRX（感光细胞特异性标志物）进行标准化校正后，光照组的ABCA4和RHO蛋白表达均显著上升。

图：感光细胞标志物蛋白表达水平

       蛋白质组学数据进一步揭示了一个重要趋势：视杆细胞相关蛋白（如CNGB1、GNAT1、PDE6A、PDE6B、PROM1、PRPH2、RHO、ROM1、SAG）在光照组中呈现富集趋势，而视锥细胞相关蛋白（ABCA4、ARR3、CNGB3、GNAT2、PDE6C等）则无显著变化甚至略有下降。

       免疫荧光染色CRX（红色）与NRL（绿色）共标实验更加直观地证实了这一发现：光照组中CRX⁺NRL⁺的视杆细胞核数量显著增加，而CRX⁺NRL⁻的视锥细胞核相对减少，提示光照可能改变了感光细胞亚型的比例，推动类器官向更成熟的方向发展。

图：DIV210对照组及光照条件处理的视网膜上皮细胞（ROs）免疫荧光结果

4、光照重塑视网膜细胞类型组成——从早生到晚生细胞类型的转变

       鉴于视杆细胞是视网膜发育中晚生的细胞类型，作者进一步检测了其他早生细胞（视网膜神经节细胞，RGCs）和晚生细胞（Müller胶质细胞和双极细胞）的标志物变化。

       qPCR结果显示，光照组中RGC标志物ATOH7和BRN3b表达显著下降。蛋白质组学也显示双极细胞标志物（VSX2、PCP2等）在光照组中上调，而Müller胶质细胞标志物变化不明显。免疫荧光结果显示，NEUN/SNCG标记的RGCs，在光照组中阳性细胞减少，而VSX2/PRKCA标记的双极细胞，在光照组中有所增加。

图：RGC和双极细胞免疫荧光染色

       这些结果一致表明，光照干预促使视网膜类器官的细胞命运向晚生细胞类型偏移——即从RGCs向视杆细胞和双极细胞的分化方向推进。这种时间顺序上的加速恰好模拟了正常视网膜发育的时序规律。

5、光照不诱导细胞应激或凋亡

       一个必须排除的干扰因素是：光照带来的改善会不会仅仅是应激反应或选择性细胞凋亡的结果（即视锥细胞或RGCs死亡，导致视杆细胞比例相对升高）。接下来作者通过多维度检测排除了这一可能性。

图：应激与细胞凋亡标志物分析

       蛋白质组学中凋亡、自噬和应激相关蛋白的表达在两组间均无显著差异（a-c）。衣霉素处理作为阳性对照可诱导约10倍的内质网应激标志物BIP和GRP94上调，而光照组则无此现象（d）。活化Caspase-3免疫荧光染色同样未见光照组凋亡增加（e）。这些数据有力证明，光照组观察到的表型变化并非毒性筛选所致，而是真正的促分化效应。

三、研究价值与创新点

1、首次系统证明长期每日光照可促进人视网膜类器官分化。此前虽有零星研究探讨光照对类器官的影响，但多为短期或使用特殊波形（如40 Hz闪烁光）。本研究采用长期（20周）、恒定白光、每日6小时的方案，更贴近生理性光暴露模式。

2、揭示了光照对视网膜细胞命运决定的调控作用。研究发现光照并非均匀促进所有感光细胞，而是特异性地推动晚生细胞（视杆细胞、双极细胞）的分化，同时相对抑制早生细胞（RGCs）的命运。这为理解光信号在视网膜发育中的时空调控作用提供了新线索。

3、为遗传性视网膜疾病建模提供了更成熟的工具。类器官不够成熟的瓶颈直接影响疾病表型的呈现——许多IRDs致病基因的表达和功能依赖于感光细胞外节的完整发育。光照加速分化的类器官可能更早、更真实地显现疾病相关表型，从而加速药物筛选和基因治疗评价。

4、方法简单、成本低廉、易于推广。与灌注培养、血管化等复杂的工程化策略相比，光照干预几乎不增加操作难度和成本，仅需在培养箱内安装定时LED光源即可实现。这使其具有很高的推广应用价值。

四、局限性与展望

       本研究虽证实光照促分化的有效性，但仍存在若干局限有待后续探索：光照调控分化的具体分子通路（是否经由视色素直接激活，或通过培养基中光敏化合物间接介导）尚不明确；光照参数（波长、强度、照射方式）的系统优化尚未开展；DIV210后类器官退化问题是否因光照而改善有待验证，且光照效应不持久提示需持续刺激；当前缺乏电生理数据验证感光细胞的功能成熟度；不同iPSC系间的响应差异提示遗传背景可能影响效应普适性。未来研究应在机制解析、参数标准化、功能验证及跨系稳定性评估等方面深入推进，以推动该策略在疾病建模和疗法开发中的可靠应用。

五、结语

       总体来看，这项研究最有价值的地方，并不是发现了一个新的生长因子，也不是建立了一个复杂的培养系统，而是利用了一个非常简单的思路：把真实视网膜发育环境中的光重新加入到视网膜类器官培养体系中。传统的思路更多关注培养基、细胞因子、基质、血管化以及培养时间，而这项研究提醒我们：类器官不仅需要正确的化学环境，也可能需要正确的物理和生理刺激。有时候，让类器官变得更成熟，不一定意味着加入更多东西，也可能只是让它重新经历真实组织本来就应该经历的环境

       这项发现不仅为视网膜类器官的成熟提供了简便有效的策略，更为遗传性眼病的机制研究和疗法开发开辟了新路径。在精准医疗和再生医学飞速发展的今天，让培养皿中的“迷你视网膜”见见光，或许能点亮更多患者重见光明的希望。

参考文献&来源：

[1]van Oosten, Edwin M et al. “Long-term daily light exposure boosts human retinal organoid differentiation.” Communications biology vol. 9,1 1072. 12 Aug. 2026, doi:10.1038/s42003-026-10216-w

[2]Fligor, Clarisse M et al. “Three-Dimensional Retinal Organoids Facilitate the Investigation of Retinal Ganglion Cell Development, Organization and Neurite Outgrowth from Human Pluripotent Stem Cells.” Scientific reports vol. 8,1 14520. 28 Sep. 2018, doi:10.1038/s41598-018-32871-8

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