包 敏，藺曉慧

0引言

糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)是一種復(fù)雜的、多因素介導(dǎo)的病理生理性疾病。1990/2010年，DR被列為第五位可以預(yù)防的疾病，也是中度至重度視力障礙常見的原因。2015年，估計(jì)全球2.85億糖尿病患者中，超過1/3患者合并DR，其中1/3患有視力功能障礙，包括非增殖期DR(NPDR)、增殖期DR(PDR)或糖尿病性黃斑水腫(DME)患者[1]。糖尿病持續(xù)時(shí)間、高血糖和高血壓均是DR進(jìn)一步發(fā)展并導(dǎo)致視力喪失的最重要的臨床風(fēng)險(xiǎn)因素，所以控制血糖和血壓可有效預(yù)防DR引起的視力喪失。既往根據(jù)覆蓋區(qū)域和種族差異等因素，大量研究已得出DR的患病率和危險(xiǎn)因素，DR在糖尿病人群中的患病率為30%～60%，且糖尿病患者中DR的發(fā)生率和嚴(yán)重程度存在異質(zhì)性[2]。在已知的DR危險(xiǎn)因素中，最顯著的是糖尿病病程和血糖控制情況，但部分患者即使血糖控制良好，糖尿病病程持續(xù)時(shí)間短，也可能患有DR。相比之下，部分患者血糖控制較差，糖尿病病程持續(xù)時(shí)間較長，但也可能不會(huì)發(fā)展為DR，表明DR的發(fā)生發(fā)展存在異質(zhì)性[3]，所以關(guān)于DR遺傳易感性的研究具有重要意義。在過去的數(shù)十年里，對(duì)DR相關(guān)基因的研究已迅速開展。基于遺傳基因的研究表明，DR易感性具有遺傳性，在患有1型糖尿病和2型糖尿病的雙胞胎中，DR嚴(yán)重程度高度一致。糖尿病患者的兄弟姐妹和親屬患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)是無糖尿病患者的2～3倍，提示DR與遺傳因素有關(guān)[4]。目前已確定潛在的DR易感基因包括DR發(fā)病的危險(xiǎn)因素相關(guān)基因、預(yù)防DR發(fā)生的相關(guān)基因。

1 DR發(fā)病的危險(xiǎn)因素相關(guān)基因

1.1血管內(nèi)皮生長因子基因血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)被認(rèn)為是目前DR發(fā)生的主要因素。缺氧和高血糖均是VEGF蛋白表達(dá)增強(qiáng)的主要刺激因素。人類VEGF基因是由7個(gè)內(nèi)含子和8個(gè)外顯子組成，位于人類染色體6p21.3，其具有高度多態(tài)性，是目前DR候選基因中被發(fā)現(xiàn)單核苷酸多態(tài)性(SNPs)最多的基因，VEGF基因的5’非翻譯區(qū)(UTR)和啟動(dòng)子區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性是影響VEGF蛋白表達(dá)的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，2型NPDR患者VEGF基因啟動(dòng)子區(qū)域的VEGF-460 C/T基因呈高表達(dá)，但該基因與PDR相關(guān)性不大，所以2型NPDR與VEGF基因具有相關(guān)性[5]。VEGF基因多態(tài)性與DR的關(guān)系已成為近年研究的熱點(diǎn)。已有報(bào)道指出VEGF基因多態(tài)性與各種疾病之間均存在的可能聯(lián)系，其中影響血管生成作用可能在疾病的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。但VEGF基因多態(tài)性與DR的發(fā)生和嚴(yán)重程度之間的關(guān)聯(lián)尚不確定，在相同或不同人群中，結(jié)果總是呈現(xiàn)相似或相互沖突的情況，如啟動(dòng)子區(qū)域VEGF-rs699947的單核苷酸多態(tài)性，在韓國和中國人群中其與DR密切相關(guān)，然而在日本和印度人群中卻與DR有微弱的關(guān)聯(lián)，在高加索人群中與DR沒有關(guān)聯(lián)，分析上述研究結(jié)果的差異可能受研究對(duì)象的種族影響[6-7]。一般來說，易感等位基因的頻率在不同的人群中是不同的。因此，相互矛盾的研究結(jié)果也可能是由于不同人群之間等位基因頻率的差異所致。

1.2晚期糖基化終產(chǎn)物受體基因晚期糖基化終產(chǎn)物(RAGE)受體基因位于人類染色體6p21.3的主要組織相容性復(fù)合體位點(diǎn)Ⅲ區(qū)，編碼免疫球蛋白家族受體的多配體成員[8]。在糖尿病患者中，高血糖可導(dǎo)致非酶蛋白的糖基化和晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGE)形成。研究表明，AGE的積累可以通過激活RAGE而導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥[9]。AGE與RAGE的相互作用導(dǎo)致正反饋循環(huán)，增強(qiáng)視網(wǎng)膜中RAGE的表達(dá)，然后激活某些轉(zhuǎn)錄因子、黏附分子和組織因子，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、黏附分子的表達(dá)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生[10]，所有這些效應(yīng)都可以促進(jìn)視網(wǎng)膜微血管的高凝和缺氧狀態(tài)，并可刺激PDR新生血管的生成。這暗示RAGE中的基因多態(tài)性可能與DR的病理生理過程有關(guān)。有研究分析了DR與RAGE基因中的3個(gè)單核苷酸多態(tài)性[RAGE基因啟動(dòng)子區(qū)域中的RAGE-374T/A(rs1800624)、RAGE-429T / C(rs1800625)、RAGE Gly82Ser(rs2070600)]的關(guān)聯(lián)性，在隱性模式下，RAGE-Gly82Ser與DR易感性具有顯著相關(guān)性，Yuan等[11]和Kang等[12]研究證實(shí)RAGE-374T/A多態(tài)性與2型糖尿病患者視網(wǎng)膜病變之間存在危險(xiǎn)性關(guān)聯(lián)。在顯性模式下，RAGE-374T/A與DR顯著相關(guān)，但當(dāng)1型糖尿病患者被排除在分析之外時(shí)，這種關(guān)聯(lián)則消失[13]，分析可能是由于研究方法之間的差異所致。但RAGE-Gly82Ser多態(tài)性目前已被認(rèn)為是亞洲人群發(fā)生DR的重大風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.3醛糖還原酶基因多元醇途徑在DR的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。多元醇途徑是高血糖與糖尿病損害之間的重要代謝環(huán)節(jié)。醛糖還原酶(ALR2)是該途徑中必不可少的酶，ALR2在NADPH依賴的反應(yīng)中將葡萄糖轉(zhuǎn)化為山梨醇，故在高血糖條件下，山梨醇在細(xì)胞內(nèi)積累，可導(dǎo)致滲透性應(yīng)激及細(xì)胞損傷。在動(dòng)物模型中，上述過程可以導(dǎo)致視網(wǎng)膜細(xì)胞破壞、微動(dòng)脈瘤、基底膜增厚和周細(xì)胞丟失，這些也是人類DR的典型癥狀[14]。ALR2基因位于人類染色體7q35，全長約18kb，含有10個(gè)外顯子和9個(gè)內(nèi)含子, 其存在多個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。已有研究發(fā)現(xiàn)兩種ALR2基因與DR關(guān)聯(lián)，即啟動(dòng)子區(qū)域單核苷酸多態(tài)性rs759853等位基因和位于ALR2基因5’端的(CA)n等位基因。研究表明rs759853基因多態(tài)性與DR存在相關(guān)性，其在1型DR中具有保護(hù)作用[15]，2型DR與rs759853基因多態(tài)性之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的關(guān)聯(lián)，但其與NPDR和PDR存在臨界關(guān)聯(lián)性。關(guān)于ALR2-(CA)n等位基因?qū)?型DR的分析中總結(jié)出了3種最常見的ALR2-(CA)n基因突變體，即ALR2-(CA)n-Z、ALR2-(CA)n-Z+2、ALR2-(CA)n-Z-2。在白種人中，Z-2基因的表達(dá)增加了DR的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，相反Z+2和Z基因的表達(dá)對(duì)DR有保護(hù)作用[16]。多元醇途徑中山梨醇脫氫酶(SDH)在NAD+依賴的反應(yīng)中可以將山梨醇轉(zhuǎn)化為果糖。研究發(fā)現(xiàn)，SDH的過度表達(dá)增強(qiáng)了視網(wǎng)膜周細(xì)胞的細(xì)胞毒性，從而加速周細(xì)胞的凋亡，這也是DR的典型特征[17]。對(duì)波蘭、日本和高加索巴西人群進(jìn)行多態(tài)性基因SDH-rs2055858和SDH-rs3759890研究發(fā)現(xiàn)，其可能會(huì)影響啟動(dòng)子活性SDH基因表達(dá)，從而對(duì)DR發(fā)病產(chǎn)生一定的影響。

1.4白細(xì)胞介素基因糖尿病往往伴隨著各種細(xì)胞因子水平的變化和多種細(xì)胞因子介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。DR患者房水中白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-17、IL-18、IL-37等炎性因子表達(dá)水平均明顯升高。研究發(fā)現(xiàn)，IL-10是一種具有抗炎特性的細(xì)胞因子，其由非特異性免疫系統(tǒng)產(chǎn)生，多數(shù)細(xì)胞均可表達(dá)，包括樹突狀細(xì)胞、白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等[18]。IL-10的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)位于上游約1.3kb處的啟動(dòng)子區(qū)域，其具有多種正負(fù)調(diào)控序列。啟動(dòng)子區(qū)有3種單核苷酸多態(tài)性，即IL-10-1082(G/A)、IL-10-819(C/T)和IL-10-592(C/A)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，IL-10基因啟動(dòng)子IL-10-592(C/A)位點(diǎn)多態(tài)性與糖尿病相關(guān)，且IL-10-592(C/A)基因型頻率在DR大鼠中顯著增高，提示IL-10基因單核苷酸多態(tài)性可能是DR易感性的危險(xiǎn)因素[18]。另有研究發(fā)現(xiàn)，中國北方人群中IL-8-251(T/A)和IL-10-1596(C/T)單核苷酸多態(tài)性與2型DR也具有相關(guān)性[19]，且IL-8-251(T/A)的單核苷酸多態(tài)性與DR易感性及高危PDR進(jìn)展密切相關(guān)[20]。IL-8不僅是與DR相關(guān)的生物標(biāo)志物，也是介導(dǎo)和推動(dòng)DR進(jìn)展的關(guān)鍵因素[20]，所以抗IL-8可能成為DR新的治療方法，是一種潛在的安全有效的治療方法。

1.5維生素D受體基因維生素D在鈣代謝、抗血管內(nèi)皮因子生成方面起著重要作用。維生素D受體(VDR)是一種配體依賴性的轉(zhuǎn)錄因子，在視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞中廣泛表達(dá)。VDR基因位于染色體12q13～12q14，具有4個(gè)常見的單核苷酸多態(tài)性，即VDR-FokⅠ G/A(rs2228570)、VDR-TaqⅠ T/C(rs731236)、VDR-BsmⅠ A/G(rs1544410)、VDR-Apai G/T(rs7975232)[21]。VDR-FokⅠ多態(tài)性一般位于起始密碼子，而BsmⅠ、Apai和TaqⅠ多態(tài)性位于3’端UTR區(qū)域[22]。研究發(fā)現(xiàn)，功能性維生素D受體基因(FokⅠ)多態(tài)性與1型糖尿病患者發(fā)生DR存在關(guān)聯(lián)[23]。另一項(xiàng)研究表明，VDR基因的FokⅠ多態(tài)性并不會(huì)增加波蘭人群中2型DR的風(fēng)險(xiǎn)[24]。但由于目前研究的局限性，仍需要更大樣本量的前瞻性研究來進(jìn)一步證實(shí)上述結(jié)論。

1.6一氧化氮合酶基因一氧化氮合酶(eNOS)是一種由血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)所產(chǎn)生的酶，分子量為135 kDa。eNOS基因位于染色體7q35～7q36，由26個(gè)外顯子組成，全長21kb[25]。已報(bào)道eNOS基因具有多種單核苷酸多態(tài)性，eNOS-G894T就是其中之一，該基因多態(tài)性與多種疾病結(jié)局相關(guān)，包括原發(fā)性高血壓、冠心病、缺血性心臟病、DR和終末期腎病[26]。DR與一氧化氮(NO)代謝紊亂有關(guān)，主要是由于NO介導(dǎo)的血管舒張功能受損、氧化應(yīng)激增加、eNOS功能失調(diào)和NO解偶聯(lián)等[27]。這表明eNOS參與了DR發(fā)病機(jī)制中的炎癥和缺血過程，故有研究指出，eNOS基因可能是2型DR危險(xiǎn)因素的候選基因。

1.7亞甲基四氫葉酸還原酶基因甲基四氫葉酸還原酶基因(MTHFR)位于人類染色體1p36.3，是催化同型半胱氨酸甲基化形成蛋氨酸的重要酶[28]，被認(rèn)為是糖尿病的遺傳候選基因。研究表明，MTHFR-677C/T(氨基酸222Ala/Val)的單核苷酸多態(tài)性可破壞此酶活性，從而引起高同型半胱氨酸血癥(HHcy)。已有研究指出，高HHcy是糖尿病微血管病變的重要危險(xiǎn)因素[29]，故推測MTHFR-677C/T的多態(tài)性可能與DR的發(fā)生有關(guān)，目前已有流行病學(xué)研究評(píng)估MTHFR-677C/T多態(tài)性與DR的關(guān)系，但結(jié)果仍不確定。有研究發(fā)現(xiàn)，中國、日本和土耳其人群中MTHFR-677C/T變異顯著增加了DR的風(fēng)險(xiǎn)[29]，但該研究中并未明確分析其是1型糖尿病還是2型糖尿病發(fā)生DR的候選基因。

2預(yù)防DR發(fā)生的相關(guān)基因

2.1 KLOTHO基因KLOTHO基因是一種抗衰老基因，過度表達(dá)時(shí)可以延長壽命，被干擾時(shí)會(huì)加速衰老[30]。其以跨膜蛋白的形式表達(dá)，主要分布在大腦和腎臟，且在人類血管組織中也有表達(dá)。KLOTHO也以可溶性蛋白質(zhì)的形式存在，在血液、尿液和腦脊液中均可檢測到。研究表明，KLOTHO蛋白是一種β-葡萄糖醛酸酶，其作為成纖維細(xì)胞生長因子23(FGF23)的共同受體，共同誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。KLOTHO對(duì)細(xì)胞系統(tǒng)的激活/抑制及與炎癥狀態(tài)相關(guān)的慢性和退行性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。KLOTHO可以抑制NF-κB因子的活化和促炎基因的轉(zhuǎn)錄[31]。KLOTHO是1型糖尿病的候選基因，因?yàn)樗谝葝u素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和炎癥中起著重要作用。有研究表明，KLOTHO基因的KL-VS變體可以預(yù)防1型糖尿病患者視網(wǎng)膜病變的發(fā)生[32]。

2.2腎素-血管緊張素轉(zhuǎn)換酶基因腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)是參與調(diào)節(jié)血壓及體液平衡的內(nèi)分泌系統(tǒng)。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)通過血管緊張素受體將血管緊張素Ⅰ(ATⅠ)轉(zhuǎn)化為血管緊張素Ⅱ(ATⅡ)，介導(dǎo)其血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)[14]，眼內(nèi)的ATⅡ可以調(diào)節(jié)毛細(xì)血管生長、細(xì)胞增殖、眼內(nèi)血流和眼壓的調(diào)節(jié)，增強(qiáng)血管通透性及氧化應(yīng)激反應(yīng)。而在DR患者中可表現(xiàn)出RAAS系統(tǒng)的失調(diào)，ACEⅠ和Ⅱ及血管緊張素受體在PDR發(fā)生過程中可不依賴于血壓而調(diào)節(jié)。研究表明，ACE I/D多態(tài)性(在第16位內(nèi)含子插入/缺失287bp的Alu序列)可能與1型糖尿病患者發(fā)生PDR相關(guān)[33]，ACEⅠ可預(yù)防新生血管的生成，抑制1型DR的發(fā)生和進(jìn)展。但Qiao等[34]在中國1491例2型糖尿病患者中發(fā)現(xiàn)DR與糖尿病腎病(DN)患者ACE I/D及ACEAGT基因多態(tài)性無顯著相關(guān)性，但該結(jié)論仍需更多的調(diào)查研究進(jìn)一步證明。

2.3補(bǔ)體基因補(bǔ)體系統(tǒng)是非特異性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，由膜結(jié)合蛋白組成，參與多種免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)。補(bǔ)體系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)的破壞可導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)DR發(fā)生。DR患者部分補(bǔ)體因子表達(dá)增加，主要包括C1因子抑制劑(C1INH)、C5因子、因子H(CFH)和因子B (CFB)[35]。有研究指出，CFH和CFB參與補(bǔ)體激活的調(diào)節(jié)。CFH-rs800292(p.I62V)多態(tài)性可以影響其與C3b蛋白結(jié)合的親和力，進(jìn)而影響補(bǔ)體替代途徑的激活，并被確認(rèn)為是DR的易感基因[36]。同時(shí)有研究表明，C5-rs17611多態(tài)性是2型糖尿病患者DR的易感性位點(diǎn)，尤其容易發(fā)生具有臨床意義的PDR[37]。這些研究從分子水平上闡明DR發(fā)病機(jī)制中存在各補(bǔ)體通路的參與。

3其他DR相關(guān)基因

糖尿病是多基因共同作用的疾病。研究表明，DR遺傳易感性還與氧磷脂酶基因、β-腎上腺素能受體基因、載脂蛋白E基因、血小板整合素基因、轉(zhuǎn)化生長因子基因、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1基因、色素上皮衍生因子基因、細(xì)胞黏附因子基因等的多態(tài)性均密切相關(guān)[36]。但由于研究數(shù)量有限及研究人群差異，導(dǎo)致結(jié)果經(jīng)常是相互矛盾的。

4總結(jié)與展望

DR可以被認(rèn)為是人類復(fù)雜疾病的經(jīng)典案例，可歸因于遺傳、環(huán)境因素以及它們之間的相互作用?；蚨鄳B(tài)性不僅與DR的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，也是DR發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素[37]。遺傳學(xué)對(duì)DR發(fā)生發(fā)展的研究已被廣泛認(rèn)可，但特定基因和遺傳變異的參與機(jī)制尚未明確。考慮到研究結(jié)果存在相互矛盾和不確定性，通過遺傳學(xué)研究識(shí)別DR的遺傳易感基因位點(diǎn)迄今仍未取得成功，面臨著諸多挑戰(zhàn)。此外，多數(shù)關(guān)于DR新的治療方法的研究忽略了患者的遺傳背景，這可能是導(dǎo)致治療失敗的原因之一?；诨蚪M學(xué)，特別是藥物遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等多種組學(xué)的相互聯(lián)系，可能出現(xiàn)新的測序方法和途徑給未來關(guān)于DR的研究帶來新的突破性進(jìn)展。總之，要完全掌握DR這種具有復(fù)雜遺傳易感性疾病的相關(guān)基因還有很長的路要探索。