付子蔚,何媛,2,石蕊,楊香香
(1.西安醫(yī)學(xué)院研究生院,西安 710000; 2.西安醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院眼科,西安 710000; 3.陜西省人民醫(yī)院眼科,西安 710068)
作為目前居全球第二位的致盲眼病,青光眼嚴(yán)重威脅著人類的視覺健康。青光眼分為原發(fā)性青光眼和繼發(fā)性青光眼,而原發(fā)性青光眼又分為原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma,POAG)和原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma,PACG)。青光眼急性發(fā)作時(shí)常表現(xiàn)為視力急劇下降、眼痛、眼脹、眼壓升高,晚期進(jìn)展為不可逆性視神經(jīng)和視野損傷,也有部分青光眼[如正常眼壓性青光眼(normal tension glaucoma,NTG)]患者早期癥狀隱匿,難以察覺。青光眼傳統(tǒng)治療方案(包括藥物治療和手術(shù)治療)均具有一定的復(fù)發(fā)性,且部分患者不良反應(yīng)較多。青光眼具有顯著的遺傳傾向,在青光眼患者的直系親屬中,10%~15%的個(gè)體可能發(fā)生青光眼[1],可見遺傳因素在青光眼致病過程中起重要作用。突變的致病基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄后表達(dá),以多種方式影響正常蛋白質(zhì)合成,參與青光眼的致病機(jī)制。在不同種族和不同地區(qū),不同基因位點(diǎn)突變直接導(dǎo)致了青光眼的發(fā)生、發(fā)展[2]。隨著分子生物學(xué)領(lǐng)域研究的進(jìn)展,通過靶向基因治療或許能更徹底、更穩(wěn)定地治療青光眼,改善患者預(yù)后,提高患者生存質(zhì)量,因此基因治療具有廣闊的應(yīng)用前景?,F(xiàn)就青光眼相關(guān)基因研究的新進(jìn)展予以綜述。
1.1小梁網(wǎng)糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)反應(yīng)蛋白MYOC(myocilin)基因 MYOC基因是青光眼致病機(jī)制中最重要的基因。李萍等[3]利用體外人小梁網(wǎng)細(xì)胞為模型,發(fā)現(xiàn)了MYOC基因中C1009del突變,C1009del突變可以使小梁網(wǎng)細(xì)胞G1期縮短,S期延長(zhǎng),導(dǎo)致細(xì)胞不能順利進(jìn)入分裂期,影響小梁網(wǎng)細(xì)胞的功能,這可能是POAG的致病機(jī)制之一。Han等[4]發(fā)現(xiàn),攜帶MYOC p.Gln368Ter突變具有極高的POAG風(fēng)險(xiǎn),在一般人群樣本中,65歲及以上MYOC p.Gln368Ter攜帶者POAG或高眼壓癥的患病率約為50%。Li等[5]在POAG家族中檢測(cè)到MYOC Pro370Leu突變,患者眼壓高,對(duì)抗青光眼藥物有臨時(shí)反應(yīng),過濾術(shù)后產(chǎn)生薄壁不規(guī)則濾過泡。另外,一項(xiàng)針對(duì)巴基斯坦患者的基因多態(tài)性研究顯示,MYOC基因第3外顯子rs879255525突變與青光眼發(fā)生高度相關(guān)[6]。MYOC基因突變是青光眼發(fā)生和預(yù)后不佳的最重要因素,對(duì)基因篩查、基因治療以及隨訪均具有重要意義。MYOC基因突變參與青光眼致病方式的多樣性揭示了青光眼發(fā)病的復(fù)雜性。
1.2視神經(jīng)病變誘導(dǎo)蛋白(optic neuropathy inducing gene,OPTN)基因 OPTN是一種泛素結(jié)合支架蛋白,在細(xì)胞的選擇性自噬過程中起重要作用。OPTN突變可導(dǎo)致以特異性神經(jīng)元損失為特征的退行性疾病,青光眼就是其中之一。OPTN基因可通過負(fù)性調(diào)節(jié)核因子κB通路活化,降低細(xì)胞凋亡的閾值[7-8]。Sirohi等[9]利用視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells,RGC)模型發(fā)現(xiàn),OPTN基因的E50K突變體可引起B(yǎng)細(xì)胞淋巴瘤-2基因抑制的視網(wǎng)膜RGC-5細(xì)胞氧化應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡;OPTN基因的M98K突變?cè)赗GC-5細(xì)胞中可選擇性誘導(dǎo)細(xì)胞死亡,其機(jī)制是過度表達(dá)的M98K通過自噬體-溶酶體途徑引起細(xì)胞中重組人轉(zhuǎn)鐵蛋白受體蛋白降解,重組人轉(zhuǎn)鐵蛋白受體蛋白功能受損則有助于RGC-5細(xì)胞死亡。青光眼作為神經(jīng)退行性疾病,其特征是RGC細(xì)胞的凋亡和逐漸出現(xiàn)的視力損害,OPTN基因突變導(dǎo)致RGC細(xì)胞過度自噬,是青光眼神經(jīng)元損害的重要因素[10]。視網(wǎng)膜神經(jīng)保護(hù)作為青光眼新型的治療方案,可為臨床工作提供新的思路。
1.3基質(zhì)谷氨酸蛋白(matrix gla protein,MGP)基因 MGP是一種鈣化抑制劑,對(duì)軟骨的柔韌度、骨的骨化以及血管的彈性程度均具有重要作用。近年來,通過直接測(cè)量全身和眼部血流流體動(dòng)力學(xué)的臨床研究,確定了血管功能障礙是青光眼發(fā)病的危險(xiǎn)因素之一[11]。有研究發(fā)現(xiàn),青光眼患者小梁網(wǎng)的硬度比無青光眼患者高20倍[12]。而小梁網(wǎng)硬度增加可能導(dǎo)致其孔隙減少、房水流出障礙[13]。Girard等[14]使用定制的加壓裝置計(jì)算猴子的生物力學(xué)特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與年輕猴子相比,年齡較大猴子的鞏膜更僵硬,鞏膜僵硬度增加會(huì)導(dǎo)致眼組織對(duì)青光眼的易感性。眼組織中的MGP水平很高,但只有存在于小梁網(wǎng)和周圍鞏膜中的MGP才能夠充分表達(dá)并產(chǎn)生較高的生理活性[15]。MGP基因能夠改善眼部血管系統(tǒng)的僵硬度,因此可作為青光眼治療靶點(diǎn)[16]。MGP靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于可同時(shí)改善眼前后段的血供和組織柔韌性,是輔助治療中不可缺少的。
1.4同源異形盒基因SIX家族成員6(homeobox gene-Six6,SIX6)基因 SIX6是Six/So(sine oculis)同源異形盒家族的轉(zhuǎn)錄因子,位于第14號(hào)染色體上,SIX6早期在神經(jīng)板形成過程中表達(dá),后期在視網(wǎng)膜的發(fā)育過程中表達(dá),最終表達(dá)于成人的RGC中[17]。Teotia等[17]借助誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)并利用體外SIX6基因缺陷的POAG模型發(fā)現(xiàn),當(dāng)SIX6基因缺陷時(shí),調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜祖細(xì)胞和RGC產(chǎn)生的基因表達(dá)均下調(diào),誘導(dǎo)多能干細(xì)胞產(chǎn)生視網(wǎng)膜祖細(xì)胞和RGC數(shù)量減少,與無SIX6基因缺陷組相比,SIX6基因缺陷RGC細(xì)胞中促凋亡標(biāo)志物表達(dá)水平更高,與POAG相關(guān)的細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2A和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B的表達(dá)水平更高。Wiggs等[18]通過基因組關(guān)聯(lián)性研究發(fā)現(xiàn),SIX6基因組中p16INK4a與POAG關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。p16INK4a是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑,作為SIX6的下游分子,p16INK4a與細(xì)胞衰老直接相關(guān)[19]。已經(jīng)證實(shí),急性眼壓升高時(shí)p16INK4a表達(dá)上調(diào),由此推測(cè),p16INK4a介導(dǎo)的細(xì)胞衰老在POAG的發(fā)病中起重要作用[20]。針對(duì)歐洲人種的基因關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn),SIX6基因中的常見錯(cuò)義變體rs33912345與POAG密切相關(guān),rs33912345蛋白可影響青光眼患者視神經(jīng)乳頭的功能[21]。針對(duì)日本人群的研究顯示,rs33912345可使視盤周圍視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的總體及上、下部的厚度降低[22]。SIX6作為RGC生成、分化過程中的重要參與因子,以多種方式參與了RGC的生成、發(fā)育。SIX6基因突變可能使青光眼在人群中的罹患率更高,這為青光眼的基因預(yù)測(cè)提供了可能。
1.5split多毛增強(qiáng)子1(hairy and enhancer of split 1,HES1)基因 隨著對(duì)氧化應(yīng)激致病機(jī)制的了解,氧化損傷已被認(rèn)為是POAG患者房水流出阻力增加和眼壓升高的病因之一[23]。眼睛對(duì)氧化應(yīng)激損傷最敏感的結(jié)構(gòu)是小梁網(wǎng)。HES1屬于轉(zhuǎn)錄因子的基本螺旋-環(huán)-螺旋家族,在Notch信號(hào)通路中起作用,與氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞損傷密切相關(guān)[24]。Xu等[25]細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明,在過氧化氫因素的刺激下,原代人小梁網(wǎng)細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)沉積增加,同時(shí)伴有HES1基因的表達(dá)上調(diào);在其他條件不變的情況下,利用小核RNA敲除HSE1基因后,原代人小梁網(wǎng)細(xì)胞的ECM沉積顯著減少,小梁網(wǎng)功能顯著改善,房水流出增加。還有研究發(fā)現(xiàn),在過氧化氫介導(dǎo)下,HSE1下調(diào)可增加ECM分泌[26-27]。HSE1基因在氧化應(yīng)激條件下的致病性對(duì)于青光眼的發(fā)生、發(fā)展非常重要,因此,以HSE1為靶點(diǎn)抗氧化應(yīng)激可用于治療青光眼。
1.6Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein,YAP)基因和含PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif,TAZ) YAP和TAZ是Hippo通路中的兩個(gè)Yorkie同源物,是Hippo通路在調(diào)節(jié)器官大小和組織結(jié)構(gòu)方面的主要作用因子。YAP和TAZ存在于所有小梁網(wǎng)細(xì)胞層中,通過下游結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β調(diào)節(jié)組織結(jié)構(gòu)的重構(gòu)[28-29]。Peng等[30]利用皮質(zhì)醇激素構(gòu)建青光眼高眼壓模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著皮質(zhì)醇激素濃度的增加,YAP和TAZ的表達(dá)水平也相應(yīng)增加,同時(shí),小梁網(wǎng)細(xì)胞骨架重組和功能改變,導(dǎo)致眼壓增高,抑制YAP和TAZ基因可降低皮質(zhì)醇激素對(duì)小梁網(wǎng)細(xì)胞的損害程度,沉默YAP和TAZ的表達(dá)使小梁網(wǎng)細(xì)胞形態(tài)正?;?,可恢復(fù)小梁網(wǎng)細(xì)胞的功能。 Tovar-Vidales等[31]也發(fā)現(xiàn),在青光眼患者和皮質(zhì)醇激素使用者的小梁網(wǎng)細(xì)胞中YAP和TAZ的表達(dá)均上調(diào)。YAP和TAZ基因參與了青光眼高眼壓形成過程,在皮質(zhì)醇激素誘導(dǎo)下可重塑小梁網(wǎng)結(jié)構(gòu)并改善其功能,是青光眼發(fā)病的基因靶點(diǎn)之一。
1.7L型鈣離子通道α2e1亞基(L-type calcium channel α2e1,Cacna2d1) Cacna2d1基因存在于小梁網(wǎng)、睫狀體中,編碼前原蛋白,使蛋白質(zhì)被切割成多條鏈,形成電壓依賴性鈣通道復(fù)合物的alpha-2和delta亞基[32]。Irnaten等[33]證實(shí),青光眼患者篩板細(xì)胞中的ECM表達(dá)增加,細(xì)胞內(nèi)鈣水平升高。同時(shí),青光眼患者小梁網(wǎng)中的ECM表達(dá)和細(xì)胞內(nèi)鈣水平也升高[34]。升高的細(xì)胞內(nèi)鈣通過活化T細(xì)胞核因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖、活化和收縮,導(dǎo)致組織纖維化[33]。Chintalapudi等[32]證實(shí),靶向Cacna2d1基因可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣水平,有效控制眼壓,普瑞巴林(一種對(duì)Cacna2d1具有高特異性的加巴噴丁類藥物)可通過影響Cacna2d1基因調(diào)節(jié)鈣通路,最終改善小梁網(wǎng)功能。普瑞巴林對(duì)Cacna2d1的高度特異性提示其在眼科治療中的潛力。
2.1普列克底物蛋白同源結(jié)構(gòu)蛋白7同源域(pleckstrin homology domain containing,family A member 7,PLEKHA7)基因 PLEKHA7基因編碼的蛋白位于無色素的睫毛上皮細(xì)胞、虹膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞頂端復(fù)合物中,在細(xì)胞屏障的完整性中起重要作用[35]。研究顯示,PACG患者的PLEKHA7水平顯著下調(diào),而初級(jí)人小梁網(wǎng)和永生化非色素性睫狀上皮細(xì)胞中PLEKHA7沉默則可破壞肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞遷移、黏附和細(xì)胞旁屏障功能[36]。肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞遷移、黏附和細(xì)胞旁屏障功能破壞導(dǎo)致大量血清蛋白進(jìn)入前房,使炎癥反應(yīng)和虹膜前粘連的風(fēng)險(xiǎn)增加,導(dǎo)致PACG的發(fā)生[37]。因此,PACG患者的血-房水屏障和房水流出通路中PLEKHA7基因下調(diào)可以作為診斷PACG的早期指標(biāo),增加PLEKHA7的表達(dá)可能降低青光眼的風(fēng)險(xiǎn)。Chen等[38]針對(duì)漢族人群的全基因組關(guān)聯(lián)研究顯示,PLEKHA7基因組中rs216489和rs11024102突變可增加原發(fā)性房角關(guān)閉和PACG的風(fēng)險(xiǎn)。PLEKHA7改善細(xì)胞屏障通透性的作用在PACG的預(yù)測(cè)和診療中均具有重要價(jià)值。
2.2Ⅺ型膠原蛋白α1亞基(collagen,type Ⅺ,alpha 1,COL11A1) COL11A1基因編碼Ⅺ型膠原的兩個(gè)alpha鏈,研究顯示,在漢族人群中,COL11A1基因與PACG和原發(fā)性房角關(guān)閉密切相關(guān),其中rs1676486和rs12138977突變會(huì)增加PACG和原發(fā)性房角關(guān)閉發(fā)生率[38]。薈萃分析顯示,COL11A1 rs3753841與PACG的關(guān)聯(lián)在亞洲人群(包括南印度人群)中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[39]。在中國(guó)北方地區(qū),COL11A1中的rs3753841與PACG高度相關(guān)[40]。但在中國(guó)的南方地區(qū)和四川人群中并未發(fā)現(xiàn)COL11A1 rs3753841與PACG的相關(guān)性[41]。此外,在高加索人群中發(fā)現(xiàn)COL11A1 rs3753841與PACG顯著相關(guān)[39]。COL11A1在部分人群中與PACG具有相關(guān)性,揭示了PACG發(fā)病的地域差異性和人種特異性,為不同地區(qū)PACG發(fā)病率研究奠定了基礎(chǔ)。
2.3肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor,HGF) 短眼軸、遠(yuǎn)視是PACG發(fā)病的高危因素,HGF參與眼部的組織形成和正視過程,與遠(yuǎn)視密切相關(guān)。Jiang等[42]在對(duì)中國(guó)人群的研究中發(fā)現(xiàn)了HGF與PACG相關(guān)。Wang等[43]研究顯示,在中國(guó)北方人群中,HGF基因突變與PACG的發(fā)生相關(guān)。Awadalla等[44]在尼泊爾人群中發(fā)現(xiàn),HGF中的rs5745718、rs12536657、rs12540393和rs17427817均與PACG相關(guān)。但不同人種中HGF與PACG的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。
2.4基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinases-9,MMP-9) MMP-9是一類主要負(fù)責(zé)降解外源蛋白的酶,參與ECM的合成和降解。在中國(guó)人群中,青光眼患者血漿MMP-9水平較正常人高,而血漿MMP-9較高患者易發(fā)生PACG[45]。針對(duì)印度人群的調(diào)查發(fā)現(xiàn),攜帶MMP-9(-1562C>T)變異者的PACG發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高1.4~1.6倍,且此變異位于基因組的啟動(dòng)子區(qū)域,影響基因轉(zhuǎn)錄速率[46]。Sahay等[47]研究表明,在青光眼的早期階段,淚液和Tenon囊內(nèi)MMP-9特異性升高,而在青光眼的晚期階段MMP-9降低;淚液MMP-9檢測(cè)作為早期青光眼的預(yù)測(cè)性標(biāo)志物,具有簡(jiǎn)便、快速、無創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn),因而可以成為青光眼篩查的重要工具。
青光眼常以病理性眼壓升高為重要特征,但有部分人群即使未出現(xiàn)眼壓升高,眼底仍可出現(xiàn)以RGC喪失為特征的青光眼病理?yè)p害過程,這一病理過程被稱為NTG。NTG在亞洲人群中更為多見,亞洲人群中的NTG占全球NTG的76%[48]。Tucker等[49]研究表明,NTG患者的RGC存在過度自噬,這種過度自噬狀態(tài)與TANK結(jié)合激酶1(TANK-binding kinase 1,TBK1)基因高度相關(guān)。TBK1通過激活自噬受體促進(jìn)自噬體形成,捕獲并降解蛋白質(zhì)[50]。Fingert等[51]發(fā)現(xiàn),TBK1基因在視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層中表達(dá)最高,且TBK1基因復(fù)制會(huì)增加RGC細(xì)胞自噬。還有學(xué)者對(duì)小鼠進(jìn)行基因改造使其具有與人類NTG患者相同的TBK1重復(fù)基因,結(jié)果發(fā)現(xiàn),小鼠的RGC逐漸喪失,而眼壓卻未見升高[52]。這些研究結(jié)果均支持TBK1基因在NTG致病過程中具有重要作用。
4.1細(xì)胞色素P450家族1B1(recombinant cytochrome P450 1B1,CYP1B1)基因 CYP1B1基因編碼細(xì)胞色素P450家族1亞家族B多肽1,在小梁網(wǎng)細(xì)胞中大量表達(dá)。Teixeira等[53]通過觀察CYP1B1基因缺陷型小鼠的小梁網(wǎng)發(fā)現(xiàn),CYP1B1基因缺陷可顯著影響小鼠小梁網(wǎng)細(xì)胞的功能和氧化穩(wěn)態(tài)。Safari等[54]通過研究攜帶CYP1B1p.Gly61Glu(c.182G>A)基因突變的患者發(fā)現(xiàn),CYP1B1p.Gly61Glu(c.182G>A)基因突變可導(dǎo)致ECM結(jié)構(gòu)的纖維破壞,影響房水流出,最終導(dǎo)致患者眼內(nèi)壓升高。這些研究結(jié)果可為具有CYP1B1突變的先天性青光眼患者提供有效的預(yù)防措施和基因治療方法。Yang等[55]利用全外顯子組測(cè)序和Sanger測(cè)序在CYP1B1中鑒定出了4個(gè)純合錯(cuò)義突變,即c.1405C>T,p.R469W;c.1397G>T,p.G466V;c.1198C>T,p.P400S和c.1103G>A,p.R368H,其中c.1397G>T,p.G466V為新確認(rèn)的突變。
4.2潛在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β結(jié)合蛋白2(latent transforming growth factor-β-binding protein 2,LTBP2)基因 LTBP2在睫狀突、小梁網(wǎng)以及鞏膜與角膜基質(zhì)之間過渡區(qū)的非色素上皮中高度表達(dá),在胚胎形成過程中參與維持睫狀肌和眼前房的正常發(fā)育[56]。LTBP2基因突變通過影響小梁網(wǎng)和鞏膜中的膠原蛋白參與青光眼的發(fā)病機(jī)制,鞏膜膠原的彈性可能導(dǎo)致篩板上的生物力變大(尤其是葡萄膜鞏膜通道),使房水的正常流出通路受損[57]。LTBP2突變通過經(jīng)典的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β和骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號(hào)通路影響小梁網(wǎng)細(xì)胞中ECM基因的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞凋亡;此外,LTBP2突變還會(huì)增加細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激的敏感性,使細(xì)胞更易受到損害[58]。然而,一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)人群先天性青光眼患者的研究顯示,在排除CYP1B1基因突變的情況下,在LTBP2基因編碼區(qū)未發(fā)現(xiàn)有害突變,表明LTBP2基因并非漢族人群先天性青光眼的致病基因[59]。另外,在不具有CYP1B1基因突變的巴基斯坦人群中發(fā)現(xiàn)了2個(gè)與先天性青光眼相關(guān)的突變,即c.4934G>A,p.Arg1645Glu和c.4031_4032insA,p.Asp1345Glyfs*6[60]。同時(shí),在印度人群中也發(fā)現(xiàn)了1個(gè)新的LTBP2基因無義突變,即c.2421G>>A,p.W807X[55]。
青光眼是一種遺傳相關(guān)疾病,針對(duì)相關(guān)基因的研究有助于進(jìn)一步了解青光眼的致病機(jī)制。通過基因檢測(cè)和青光眼基因庫(kù)可以篩選高危人群,為青光眼的早期診斷提供可能。基因治療指針對(duì)某些致病基因,以腺病毒和慢病毒為載體,進(jìn)行基因編輯、擴(kuò)增、沉默,從而達(dá)到治療目的。目前,大量針對(duì)青光眼致病基因的治療方案仍處于臨床前研究階段,由于青光眼致病機(jī)制可能涉及多個(gè)基因位點(diǎn)的共同作用,因此基因治療方案的設(shè)計(jì)需要全面考慮。此外,基因治療的安全性、穩(wěn)定性問題也仍需進(jìn)行更深入的研究,同時(shí)基因治療的療效必須在以哺乳動(dòng)物為對(duì)象的研究中獲得廣泛肯定。希望未來可以利用分子生物學(xué)手段,更加精確、高效地治療青光眼。