《食品科学》：北京联合大学闫文杰教授等：类器官技术在缓解视觉疲劳类功能食品研发中的应用进展

眼部健康问题不仅是一项重要的公共卫生议题，更是关乎社会福祉的关键领域。在眼部健康保护工作的新形势下，视觉疲劳问题已经成为重点公共问题。

因此，针对视觉疲劳产生的不同机制，研发不同类型的缓解视觉疲劳保健食品已成为热点。然而在评估这些产品的缓解视觉疲劳功能时，目前面临的一个关键问题是：缺乏动物实验数据支持。3D类器官技术作为一种前沿的生物科技手段，它能够利用干细胞或组织细胞等在体外构建具有三维结构、能模拟真实器官部分功能的微型器官。该技术通过精确复制器官的微环境和细胞间相互作用，模拟人体器官的结构和功能，还可以避免构建动物模型所需要高昂的研究成本，以及较长的研究周期。

北京联合大学生物化学工程学院的张绍时、段昊和闫文杰*等人基于眼部健康功能食品行业的发展现状、视觉疲劳涉及的眼部区域及其类器官的最新研究，探讨3D类器官技术在眼部健康研究中的潜力，强调类器官微生理系统在研发新型抗视觉疲劳功能食品的重要性（图1）。最后结合政策导向，展望类器官技术在保健食品研发中的未来应用前景，以期为开发更加完善的眼部保健食品体系提供新的研究方向。

1

缓解视觉疲劳功能食品

中国缓解视觉疲劳类保健食品市场正经历着快速增长。有分析报告表明，2023年，中国缓解视觉疲劳保健食品市场规模已达到166.5亿 元，并预计在未来几年内持续增长。预计到2028年，市场规模将达到224.01亿 元，显示出强劲的增长势头。目前，我国保护眼部健康类的保健食品功效声称中只有缓解视觉疲劳一种功效声称。以国家特殊食品信息查询平台（检索关键词：视觉疲劳）为数据检索工具，对目前已获批具有缓解视觉疲劳功能的保健食品进行统计（图2）。通过亚马逊跨境电商平台（搜索关键词：眼健康）为搜索工具，对国外保护眼健康功能食品进行统计（图3）。截至2024年10月，国内已获批的缓解视觉疲劳保健食品共计189 款，其核心功效成分涵盖叶黄素（及其酯化物）、牛磺酸、越橘提取物、菊花提取物、枸杞提取物、决明子提取物、葡萄糖酸锌及

-胡萝卜素等。在剂型方面，以软胶囊剂型为主。相比之下，在亚马逊平台上可检索到的国外护眼功能性食品共有562 种，其主要功效成分则包括叶黄素、玉米黄素、VA、越橘提取物、硒、VB 1 以及葡萄籽提取物等。在剂型方面，国外护眼功能食品更偏好于硬胶囊类型。通过对比分析发现，在护眼类保健食品的原料选择上，我国特有的药食同源资源构成了显著优势。

2

视觉疲劳产生的主要原因

研究表明眼睛疲劳并不是一种疾病而是一种症状，有多种表现，包括眼痛、头痛、视力模糊、刺激、瘙痒、流泪和畏光。其成因与视觉器官因素、环境因素等视觉和非视觉的问题相关（表1）。大量研究表明，通过摄入适当的功能性食品可以有效缓解视觉疲劳并促进眼睛健康，这些食物内的功效因子通过抗氧化、抗炎和抗凋亡途径调节视网膜、角膜、泪膜等视觉器官维持或改善眼睛健康。

3

视觉疲劳相关眼组织与类器官

3.1 眼底系统

眼底区系统主要包括视网膜、脉络膜、视神经纤维等重要结构。视觉疲劳导致的眼底功能损害主要集中在视网膜结构区域，这主要由蓝光辐射、高度近视、光线不足或过强环境等因素引起。这些因素导致视网膜区域内活性氧和

N

-亚视黄基-

N

-视黄基乙醇胺等代谢产物堆积，进而对视网膜色素上皮（RPE）细胞等关键细胞造成氧化应激损伤和炎症损伤。同时，感光细胞被过度消耗，而其所需的营养物质又未能及时供应，会使得黄斑及视网膜的恢复时间延长，引发视觉疲劳。随着年龄增长，RPE细胞的衰老会加速眼睛的老化过程，导致黄斑色素光学密度下降，进而使黄斑受损，进而影响正常的视觉功能。眼底区的视觉疲劳症状主要是视觉障碍，包括视觉模糊、视野缺损、视物变形或眼前黑影等。因此，补充适宜的眼部所需营养物质，有助于缓解视觉疲劳的发生。

3.1.1 视网膜

人类视觉系统起源于视网膜，是眼睛内部的关键构成部分，也是中枢神经系统的延伸。视网膜由色素上皮细胞、视杆细胞和视锥细胞（统称为视细胞）、双极细胞等多种细胞类型组成，承担着复杂而精细的功能。这些功能涵盖了光信号的捕捉与转化、信号的传递、视觉信息的深度处理、对焦调节的协同作业等多个方面，长期视觉疲劳会导致视网膜出现不可逆损伤。然而，由于其结构的复杂性，鼠类等啮齿动物模型难以准确模拟人体视网膜的工作机制。Grünert等研究表明，人视网膜的直径约为40 mm，而小鼠视网膜的直径仅为约5 mm。这种尺寸差异导致了两者在细胞总数和布局上的显著差异。以C57/BL6小鼠为例，其视网膜中共有640万 个视杆细胞和180 000 个视锥细胞，而人类视网膜的视杆细胞数约9 200万 个和视锥细胞约460万 个。

3.1.2 视神经纤维

神经纤维是视网膜上的神经节细胞轴突汇聚而成的细长纤维束，构成了连接视网膜与大脑之间的主要通道，专门负责传导视觉信息。这一过程始于视网膜上的光感受器（视杆细胞和视锥细胞），它们将捕捉到的光线转化为电信号。随后，这些电信号便沿着视神经纤维被传输至大脑的视觉皮层，形成感知的视觉图像。在高强度用眼的情况下，眼部肌肉的紧张会压迫视神经纤维，干扰其正常的血液供应和营养物质的输送。另一方面，视网膜上的光感受器持续不断地接收并处理大量的视觉信息。会导致视神经纤维的传导能力无法适应高强度传输需求，就会出现信息传输的延迟，导致视物模糊等情况。

3.2 眼底区类器官

3.2.1 视网膜类器官

视网膜类器官主要通过诱导性多能干细胞（iPSCs）分化形成，与人体视网膜结构非常相似。它们包含多种特异性的视网膜细胞类型，包括光感受器细胞、神经节细胞、双极细胞、水平细胞、无长突细胞、星形胶质细胞以及RPE细胞。这些细胞共同模拟了视网膜的复杂层状结构，其中包括外核层（主要由视杆细胞和视锥细胞的细胞核组成）、内核层（包含双极细胞、水平细胞和无长突细胞的细胞核）以及神经节细胞层。在类器官的成熟过程中，视网膜类器官的各类细胞均表达其特异性成熟标志物，如视杆细胞群表达视紫红质，视锥细胞群表达抑制蛋白3，RPE细胞表达小眼畸形相关转录因子、配对盒基因6、紧密连接蛋白1等。目前，通过分化培养技术已经成功培育出多种具有功能性的视网膜类器官。这些视网膜类器官不仅能够模拟真实视网膜的生理特性，而且对光刺激、营养素缺失、炎症刺激等多种情况能产生相应的反应。基于视网膜类器官，Ito等已经探索出了叶黄素和VE等眼部营养补剂对视网膜光感受器的保护作用机制，为探索营养与健康因子的视网膜保护作用提供了科学依据。

3.2.2 眼底区微生理系统

Achberger等将视网膜类器官和RPE细胞类器官与血管化模拟的微流体灌注系统结合，构建了一种创新的视网膜芯片平台。该平台能够稳定产生营养物质、通过模拟化合物在视网膜中的分布和代谢，预测受试物的安全性和有效性。Gabriel等通过iPSCs细胞构建了具有双侧对称视囊泡的人脑类器官芯片。该芯片可以实现对微环境中的营养成分、生长因子、氧气浓度及光照条件的精准调控，从而模拟视网膜发育和功能的不同阶段，以及视网膜退行性疾病（如年龄相关性黄斑变性、视网膜色素变性等）的病理状态。由于类器官芯片技术普遍具有高通量的特点，因此可以在同一芯片上同时培养多个多眼细胞类器官，用于受试物效果评估、毒理学评价等研究，大大提高研究效率和准确性。

3.3 眼表系统

眼表区系统主要包括角膜、结膜、巩膜、泪膜等部分，它们位于眼球的最外层。眼表功能受损的主要原因是角膜及其表面的泪膜受损或营养不良，这会导致屈光不正和干眼症，诱发视觉疲劳。干眼症，又称角结膜干燥症，是数字时代下眼疲劳患者普遍面临的眼部健康挑战。长时间使用电子产品、睡眠不足、持续处于干燥环境、隐形眼镜的不当佩戴、不良的眼部化妆习惯，以及角膜屈光手术等，会导致泪膜稳定性下降、泪液渗透压异常升高以及眼表炎症损伤。干眼现象会导致眼睛干涩、伴有烧灼感、刺痛及异物感等症状，严重影响人们生活质量。

3.3.1 角膜

角膜是眼球前部的关键组成部分，是一片透明且无血管的组织，它精确地覆盖在虹膜、瞳孔以及前房之上，为眼睛提供主要屈光力，确保外界光线能够准确无误地聚焦至视网膜，从而形成清晰而细腻的视觉图像。过度的视觉疲劳会诱发眼压异常增高，进而引发角膜弧度的不规则变化及角膜上皮层的水肿。这些生理变化是临床上散光症状及角膜炎症反应发生的重要诱因。人类角膜由5 个不同的层组成：上皮细胞层、前弹力层、基质层、后弹力层和内皮细胞层。上皮细胞层是眼角膜的最外层，具有保护眼球免受异物侵害和减少摩擦的功能；前弹力层位于上皮细胞层下方，起到支撑和保护下方基质层的作用；基质层是眼角膜最厚的部分，负责维持眼角膜的形状和透明性；后弹力层则起到保护基质层和维持眼角膜稳定性的作用；最内层的内皮细胞层负责维持眼角膜的脱水状态，以保证其透明性。人角膜和鼠类、兔类等常用实验动物角膜在很多相似性，但在结构和功能上仍存在明显差距（表2）。

3.3.2 泪腺与泪膜

泪腺与泪膜共同构成了泪液系统（图4），这个系统对于维持眼表健康和视觉功能至关重要。泪腺作为泪液的分泌器官位于眼眶的外上侧，主要由分泌部和导管部组成。分泌部由腺泡和闰管组成，其中腺泡负责合成和分泌泪液，而闰管则参与泪液的初步加工和输送；导管部则将分泌部产生的泪液引导至眼表。泪腺的作用至关重要，它通过分泌泪液为眼球提供润滑和保护，维持眼表微环境的稳定，促进角膜愈合。泪膜则是由泪腺分泌的泪液在眼球表面形成的一层薄膜。泪膜和泪腺之间处于一种动态的平衡，泪腺的分泌功能直接关联到泪膜的质量与稳定性，二者之间存在着紧密的相互依赖关系。泪腺分泌不足会导致泪膜不稳定，进而引起干眼症等眼表问题。泪膜的成分和功能异常也会反馈到泪腺，可能导致泪腺功能的进一步改变。

3.4 眼表区类器官

3.4.1 角膜类器官

角膜类器官发育起源于多区域眼部祖细胞中的表面外胚层（surface ectoderm，SE）区域。SE区域具备分化为多种细胞谱系的能力，能够生成包含上皮细胞、基质细胞和内皮细胞在内的角膜类器官。角膜类器官的特征在于其具有由一个由单层鳞状上皮构成的透明或半透明的外层，内部则被富含胶原纤维的基质所填充。这种结构特点与人类角膜内皮层的构造极为相似，不仅模拟了器官的透光性，还为角膜提供了必要的结构支持和弹性。角膜类器官中的上皮细胞表达ΔNP63和p63α异构体，这两种蛋白是角膜上皮细胞分化的早期标志。同时，这些细胞还表达角蛋白KRT3和KRT14，这是角膜上皮细胞的特异性标志。基质细胞表达分化簇34和角膜蛋白，这是角膜基质细胞的典型标志。内皮细胞则表达VII型胶原蛋白α1链、F11受体、S100钙结合蛋白A4等内皮细胞标志物。目前，可以通过紫外线辐射、过氧化氢处理以及高温干燥等手段诱导角膜类器官发生氧化应激反应，从而模拟角膜疼痛综合征、干眼症以及高眼压等病理状态，以探究角膜在损伤或感染后的创面愈合反应。

3.4.2 泪腺类器官

相较于视网膜和角膜类器官的发展，泪腺类器官的研究起步较晚。直至2021年，荷兰乌德勒支大学的Hans Clevers科研团队才成功培育出了能够分泌泪液的泪腺组织类器官。目前，Jeong等利用人类泪腺组织及人多能干细胞，已经可以培育出具备导管和腺泡结构的泪腺类器官。这些类器官在形态上高度模拟了天然泪腺组织，展现出显著的出芽与分支特征。其中，腺泡上皮细胞作为关键分泌细胞，负责生成泪液的主要成分；导管细胞则承担着将泪液输送至眼部的任务，其构造高度模拟体内导管；肌上皮细胞则紧密环绕腺泡，为其提供必要的支持与保护并参与泪液的分泌调节过程。Asal等通过添加特定的神经递质刺激这些泪腺类器官，观察到它们能够模拟泪液分泌过程中的肿胀现象。对分泌物质进行分析检测显示，这些类器官能够分泌溶菌酶、脂钙蛋白2、乳铁蛋白等重要的泪液蛋白。这一现象可以很好地模拟出视觉疲劳发生过程中的眼睛干涩的现象。

3.4.3 眼表区类器官微生理系统

Seo等利用角膜上皮细胞、结膜上皮细胞和膜成纤维细胞，在一个多层弹性装置上构建了类器官微生理系统，该装置包括半圆状的3D细胞培养支架、灌注室、泪液通道等结构。该系统不仅具备动态模拟眼表环境稳态与眨眼动作所需的机械力，还能通过调节眨眼频率及环境湿度，构建蒸发性干眼症的体外模型。该模型的体外实验数据与临床数据展现出高度的一致性。Lu Qiaozhi等利用结膜上皮细胞类器官与泪腺细胞类器官共培养，成功模拟了泪膜的黏液层和水层的微生理系统。同时，利用该系统构建了炎症诱导的干眼症模型。这些创新的类器官微生理系统为深入探究视觉疲劳发病机制以及明确功效因子的作用机制提供了新的工具。

结语

近日，国务院办公厅和国家药品监督管理局药品审评中心分别印发了《关于践行大食物观构建多元化食物供给体系的意见》和《模型引导的罕见病药物研发技术指导原则（征求意见稿）》。《意见》中指出要“加强食物开发基础研究”“建立膳食营养健康大数据，加强食物营养与健康因子作用机理研究”。这表明在发掘保健食品原料功效的同时，也要对功效因子的作用机理进行深入研究。这不仅有助于推动保健食品配方及功效声称的精准化，更有助于提升消费者对保健食品的信任度。《指导原则》中明确指出了类器官技术可以作为罕见病新药研发时非临床研究的数据来源。此举标志着类器官技术在医药研发领域开始获得政策层面的认可，也预示着其在未来有望拓展至保健食品的研发与评价体系的政策之中来。

随着社会生产和生活模式的深刻变革，视觉疲劳人群的病因、临床表现已经出现较大变化。针对这一现状，许多保健食品领域的专家多次倡导，应对缓解视觉疲劳相关的功效声称及其评价体系进行必要的调整。基于类器官技术和当前眼部健康的主要问题，对缓解视觉疲劳相关的功效声称提出新的建议。根据视觉疲劳的作用机制和眼部营养物质的分布，建议将保健食品对视觉疲劳的评价体系划分为两类：眼表区疲劳性损伤型和眼底区疲劳性损伤型。根据疲劳机制的不同，新的功效声称可划分为：蓝光防护增强、视网膜营养补充、缓解眼部干涩、抗眼肌疲劳与舒缓等功效声称。在产品配方设计上，应根据不同的功效声称添加对应的功效因子，以对应不同的眼部健康需求。针对眼底健康，则可以添加叶黄素、多不饱和脂肪酸、牛磺酸、花青素等补充剂；而对于眼表健康，可以添加葡萄糖、硒、乳铁蛋白、谷胱甘肽、维生素等补充剂。通过这种精准配方设计，消费者能够依据自身视觉疲劳的具体原因及表现症状，精准选取对症的保健食品，以达到有效缓解视觉疲劳的目的。

目前，相较于其他保健品市场，视觉疲劳功能食品的产品创新和技术升级相对缓慢。视觉疲劳保健食品成分较为单一，主要集中在叶黄素、玉米黄质等少数几种营养素上，缺乏针对不同病因和症状的多元化配方。这些问题主要源于缓解视觉疲劳食品原料及产品开发过程中，因模型限制而缺乏充分的科学研究数据支撑。随着眼部类器官技术的不断发展和完善，其在视觉疲劳机制研究及其相关保健食品研发上的独特优势愈发突显。虽然眼部类器官能够模拟眼部组织的结构和功能，但仍然无法完全复制人体内的复杂生理环境，其成熟度和稳定性还有一定差距。构建眼部视觉疲劳模型时，眼部类器官可能无法完全模拟视觉疲劳的发病机制和进展过程。尽管眼部类器官技术还有很多的不足，但相信随着科学技术的不断进步和研究的深入，这些问题将逐步得到解决。未来，眼部类器官技术必将在缓解视觉疲劳保健食品的研发、评估及功效验证中带来新的突破和革新。

作者简介

通信作者：

闫文杰，男，教授，博士生导师。北京联合大学生物化学工程学院副院长，北京联合大学保健食品功能检测中心主任，北京联合大学保健食品和食药同源及新食品原料研发教授团队负责人，生物活性物质与功能食品北京市重点实验室主任。国家三新食品评审专家，国家保健食品配方评审专家，国家保健食品功能评审专家，国家保健食品新功能评审专家，国家保健食品现场核查专家，国家特殊医学用途配方食品评审专家，全国特殊食品标准化技术委员会委员，全国农业基础与通用标准化技术委员会委员，国家农产品营养品质科技创新联盟副理事长，国家发酵制品北方推广中心副主任，北京食品学会副理事长，中国食品科学技术学会植物基分会常务理事。《Journal of Future Foods》《Food & Medicine Homology》《食品科学》《中国果菜》等期刊编委。主持和参加国家级和省部级等纵向项目10 余项，主持横向项目40 余项。获得中国食品科学技术学会科技进步一等奖1项，中国轻工业联合会科技进步二等奖1 项。发表文章160余篇，授权专利12 件，主编著作2 部，副主编著作1 部。

第一作者：

张绍时，男，硕士，中国营养学会公共营养师。现任职于北京联合大学保健食品功能检测中心，主要从事食品资源和营养与健康研究。已发SCI、中文核心论文10余篇。

引文格式：

张绍时, 段昊, 赵建, 等. 类器官技术在缓解视觉疲劳类功能食品研发中的应用进展[J]. 食品科学, 2025, 46(15): 373-380. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250109-063.

ZHANG Shaoshi, DUAN Hao, ZHAO Jian, et al. Application of organoid technology in the development of health foods to alleviate visual fatigue[J]. Food Science, 2025, 46(15): 373-380. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250109-063.

实习编辑：魏雨诺；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）