劉婷婷 綜述，徐 梅 審校

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院眼科，重慶 400010)

圓錐角膜是一種進行性角膜擴張癥，具有遺傳和環(huán)境危險因素的復雜疾病，特點是角膜中央部分變薄并以圓錐形的方式向前隆起，導致近視、不規(guī)則散光和視力障礙。圓錐角膜全球患病率為每100 000人中有138人[1]，通常發(fā)生在10～40歲，并影響患者余生[2]。目前，圓錐角膜的病因尚不清楚，包括遺傳、氧化應(yīng)激、炎癥、激素甚至污染等，其中遺傳是目前認為的主要因素。

1 遺 傳

有研究表明，血緣關(guān)系是圓錐角膜的危險因素，與非近親夫婦的孩子比較，一、二級親屬孩子患圓錐角膜的可能性是非近親夫婦的4倍[3]。目前，與圓錐角膜發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的眾多因素中遺傳易感性已被廣泛研究，在對單卵雙胞胎和異卵雙胞胎的多項研究中發(fā)現(xiàn)，單卵雙胞胎在圓錐角膜的表達上具有更高水平的一致性[4]。此外，與一般人群比較，圓錐角膜患者親屬患該疾病的風險也有所增加，一級親屬圓錐角膜患病率是普通人群的15～67倍[5]。盡管在過去的幾十年里學者對圓錐角膜進行了廣泛研究，但其遺傳病因仍不清楚，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)圓錐角膜與許多眼部或系統(tǒng)疾病有關(guān)，通過研究與其相關(guān)的基因探討圓錐角膜的遺傳學因素是目前的一大研究方向。

1.1視覺系統(tǒng)同源框1(VSX1)基因 VSX1基因是成對樣同源轉(zhuǎn)錄因子成員，位于染色體20p11～q11上，在胚胎顱面組織、成人視網(wǎng)膜和角膜中表達。VSX1基因編碼的同源蛋白與紅綠視覺色素基因簇的基因座控制區(qū)的核心結(jié)合，并可在胚胎發(fā)育過程中調(diào)節(jié)視錐蛋白基因的表達。然而，VSX1基因在角膜病中仍存在爭議，在受傷的角膜中或血清共培養(yǎng)模擬傷口愈合反應(yīng)時角膜細胞向成纖維細胞轉(zhuǎn)化并開始表達VSX1基因，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，與人類圓錐角膜相關(guān)的VSX1基因序列存在變異。在對中國的散發(fā)性圓錐角膜患者研究中，GUAN等[6]觀察到VSX1基因編碼區(qū)變異范圍內(nèi)增加了一個新的VSX1基因編碼區(qū)錯義序列變異(p.Arg131Pro)，表明VSX1基因序列變異可能參與了散發(fā)性圓錐角膜的發(fā)病機制。但JEOUNG等[7]對首爾國立大學選取的圓錐角膜患者研究結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，VSX1基因及其氨基酸變化的突變在圓錐角膜的發(fā)病機制中沒有起主要作用。目前，尚不清楚VSX1基因的突變是否促成圓錐角膜的發(fā)病，可能是因為VSX1基因的突變僅影響少數(shù)圓錐角膜患者，故尚需進一步研究VSX1基因在圓錐角膜中的發(fā)病機制。

1.2超氧化物歧化酶1(SOD1)基因 SOD1基因位于21號染色體上，編碼SOD，該酶是一種主要的細胞質(zhì)抗氧化酶，可將超氧自由基代謝為分子氧和過氧化氫以防御氧毒性。迄今為止，人們普遍認為，氧化應(yīng)激在圓錐角膜的進展中具有關(guān)鍵作用；且21三體患者圓錐角膜患病率較同齡非21三體人群明顯增加[8]。因此，根據(jù)SOD1基因功能及染色體位置推測其在圓錐角膜的發(fā)病機制中發(fā)揮作用并對其進行了許多研究。然而，尚未在圓錐角膜患者中發(fā)現(xiàn)SOD1基因的致病性突變，故目前尚不清楚SOD1基因是否在圓錐角膜發(fā)病機制中發(fā)揮作用。

1.3微小RNA-184(miR-184) miR-184是角膜和晶狀體上皮中表達最豐富的miRNA，但其表達僅限于角膜基底和基底上細胞層，并且突變位于種子區(qū)域，因此，極有可能影響miRNA的功能。HUGHES等[9]報道了北愛爾蘭家族miR-184種子區(qū)域內(nèi)雜合C到T的轉(zhuǎn)變(c.57c>T)，其中3代中18人受到白內(nèi)障相關(guān)圓錐角膜的影響。既往威爾默眼科研究所角膜遺傳學中心報道了在2例患有EDICT綜合征(角膜內(nèi)皮營養(yǎng)不良、虹膜發(fā)育不全、先天性白內(nèi)障和角膜基質(zhì)變薄)的家族中發(fā)現(xiàn)了相同的突變[10]。同樣，BYKHOVSKAYA等[11]在西班牙加利西亞的5代家族成員中也發(fā)現(xiàn)了miR-184 c.57C>T的突變，突變的個體患有先天性白內(nèi)障和不同的角膜異常，包括非擴張性角膜變薄和嚴重的早發(fā)性圓錐角膜。LECHNER等[12]回顧性分析了780例圓錐角膜患者的臨床資料，發(fā)現(xiàn)其中2例圓錐角膜的種子區(qū)的2個雜合置換突變(+8C>A和+3A>G)。因此，無論是否存在晶狀體或角膜缺陷，miR-184的突變均與角膜病相關(guān)。

1.4鋅指蛋白469(ZNF469) ZNF469是一個外顯子基因，編碼由3 925個氨基酸殘基組成的413×103蛋白質(zhì)，可在角膜等多種組織中檢測到。據(jù)文獻報道，ZNF469可能參與了轉(zhuǎn)化生長因子β通路，導致人角膜中膠原蛋白合成紊亂[13]。該基因中的純合功能喪失突變已被反復報道為脆性角膜綜合征的基礎(chǔ)，其特征是角膜極度變薄，容易自發(fā)破裂，表明ZNF469對角膜結(jié)構(gòu)完整性很重要。在新西蘭43例散發(fā)性圓錐角膜患者中23%存在ZNF469等位基因突變[13]。YU等[14]對53例漢族圓錐角膜患者進行的研究發(fā)現(xiàn)，除1例攜帶ZNF469 和胞質(zhì)分裂作用因子9突變患者外，11.3%(6/53)的圓錐角膜患者存在ZNF469 6個潛在致病性新突變，表明ZNF469可能對漢族人群角膜疾病具有致病作用，并拓展了中國圓錐角膜的突變譜。然而，KAROLAK等[15]在對波蘭圓錐角膜患者進行全外顯子組測序中沒有發(fā)現(xiàn)ZNF469序列變異的富集，認為ZNF469的變異與圓錐角膜無關(guān)。同樣，LUCAS等[16]對澳大利亞歐洲裔圓錐角膜患者進行測序得到了與KAROLAK等[15]相同的結(jié)論。與以往的研究結(jié)果相矛盾，因此，尚需更多的重復測序和進一步的功能研究確定ZNF469是否與圓錐角膜的發(fā)病相關(guān)。

2 氧化應(yīng)激與炎癥

2.1氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是活性氧(ROS)積累的一種表現(xiàn)，可能會導致細胞正常氧化還原狀態(tài)的紊亂，并通過自由基的毒性作用損害所有細胞成分，包括 DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。圓錐角膜會經(jīng)歷氧化應(yīng)激和組織溶解，從組織學角度看，圓錐角膜特征是角膜上皮基底膜的降解，膠原數(shù)量和密度、微原纖維和細顆粒物質(zhì)數(shù)量的減少，基質(zhì)層變薄及角膜基質(zhì)細胞的壞死凋亡。角膜基質(zhì)變薄與角膜細胞凋亡、細胞外基質(zhì)的改變及多種酶的活性變化有關(guān)，這些酶參與活化降解酶并促進細胞死亡，二者均由氧化應(yīng)激所致。LIU等[17]在兔模型圓錐角膜組中發(fā)現(xiàn)，與健康對照組比較，圓錐角膜組中與ROS相關(guān)的蛋白——血紅素氧合酶-1、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-2、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-4、核轉(zhuǎn)錄因子紅系相關(guān)因子2表達水平均顯著升高，提示圓錐角膜中存在氧化應(yīng)激和抗氧化蛋白的代償性激活，表明角膜基質(zhì)細胞的氧化應(yīng)激損傷在圓錐角膜發(fā)展中具有重要作用?？赏ㄟ^研究細胞的代謝，以及識別關(guān)鍵代謝物了解疾病的機制。

2.2炎癥 圓錐角膜通常被描述為一種非炎癥性疾病，因其并不表現(xiàn)出炎癥性疾病的典型臨床表現(xiàn)，即紅腫、發(fā)熱和疼痛。然而，即使沒有典型的炎癥表現(xiàn)，圓錐角膜患者淚液中高水平的炎性細胞因子的存在也引起了人們對這種角膜病理的非炎癥性質(zhì)的懷疑。LEMA等[18]發(fā)現(xiàn),圓錐角膜患者眼淚中白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)等炎性細胞因子表達水平升高，提出圓錐角膜的發(fā)病機制可能與慢性炎癥有關(guān)。TAURONE等[19]在病理角膜組織中也發(fā)現(xiàn)了TNF-α、IL-6水平增加，與LEMA等[18]研究結(jié)果一致。還有研究發(fā)現(xiàn)，進展期圓錐角膜患者淚液IL-6水平高于穩(wěn)定期[17]。此外，有研究在圓錐角膜患者角膜組織的免疫組織化學染色中發(fā)現(xiàn)了圓錐角膜有巨噬細胞浸潤、白細胞沉積及樹突狀朗格漢斯細胞的定位[20]。同時，LOH等[21]發(fā)現(xiàn)，在圓錐角膜樣本中傷口愈合、神經(jīng)保護、血管生成和炎癥途徑被激活，為重新定義圓錐角膜為慢性炎性角膜疾病提供了理論依據(jù)。將圓錐角膜分類為炎癥病理學或炎癥相關(guān)病理學可能有助于指導未來的研究。

3 其他因素

3.1肥胖 ELIASI等[22]對579 946名16～19.9歲的猶太人進行的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，與正常體重青少年比較，超重和肥胖青少年患圓錐角膜的可能性更大。而既往一些文獻報道了肥胖與圓錐角膜之間的關(guān)聯(lián)，主要是與阻塞性呼吸睡眠暫停(OSA)相關(guān)。1997年MCNAB[23]描述了OSA與眼部疾病存在關(guān)聯(lián)，而后在2013年P(guān)IHLBLAD 等[24]研究結(jié)果顯示，與健康者比較，圓錐角膜患者肥胖率明顯增高[52%(26/50)]，同時還發(fā)現(xiàn),24%(14/50)的患者既往診斷為OSA。肥胖人群中圓錐角膜的病理生理學尚不清楚，據(jù)推測肥胖可能會減少瞼板彈性蛋白，從而導致眼瞼皮膚變?nèi)?，繼而降低了眼瞼對角膜的保護功能。但問題是體重減輕或保持較低的體重指數(shù)是否可防止高危人群圓錐角膜的進展尚需在分子及遺傳學水平進一步探索肥胖人群圓錐角膜發(fā)生的病理生理機制。

3.2特應(yīng)性、揉眼和隱形眼鏡 特應(yīng)性是一種易患變應(yīng)性疾病的體質(zhì)或全身狀態(tài)，稱為過敏體質(zhì)或全身致敏狀態(tài)，包括濕疹、哮喘、過敏等，眾多作者支持特應(yīng)性與圓錐角膜有關(guān)[1,25-26]，但其與圓錐角膜的確切聯(lián)系尚不清楚，由于瘙癢或過敏反應(yīng)而過度用力地揉眼被認為是圓錐角膜的可能原因。長期以來，人們一直在描述揉眼與圓錐角膜的關(guān)聯(lián)，認為揉眼與免疫球蛋白E驅(qū)動相關(guān)，是使疾病惡化和發(fā)展的相關(guān)危險因素之一。有研究表明，摩擦角膜對上皮造成的微創(chuàng)傷會造成MMP-1、MMP-13水平升高，其由上皮細胞和基質(zhì)細胞及炎癥介質(zhì)(包括IL-6和TNF-α)所分泌，這些因子的釋放參與了圓錐角膜的進展過程，這些過程還包括由于IL-1水平增加及隨后的基質(zhì)體積減小而導致的角膜細胞凋亡[27]。ZHANG等[28]探討了機械壓迫(類似于揉眼誘導的壓迫)對人角膜成纖維細胞的細胞形態(tài)、增殖、凋亡及細胞外基質(zhì)合成和降解的影響，結(jié)果顯示，壓縮應(yīng)力顯著影響角膜基質(zhì)細胞，這種機械效應(yīng)可能與慢性揉眼相關(guān)的圓錐角膜有關(guān)。SAHEBJADA等[29]對發(fā)表的有關(guān)揉眼與圓錐角膜的6項研究進行了薈萃分析，結(jié)果顯示，揉眼與圓錐角膜存在一致性。但尚需要進一步研究解決這種揉眼與其誘發(fā)、持續(xù)進展和圓錐角膜嚴重程度的復雜關(guān)系。除揉眼外，另一個導致圓錐角膜發(fā)生的重要機械性因素可能是側(cè)臥或面朝下睡覺時枕頭或手直接對眼瞼施加了壓力。MAZHARIAN等[30]在33例單側(cè)或高度不對稱圓錐角膜患者中發(fā)現(xiàn)，劇烈的揉眼和不對稱的睡眠姿勢與單側(cè)或高度不對稱圓錐角膜有關(guān)，將來可作為危險因素對其進行調(diào)查。隱形眼鏡對圓錐角膜的發(fā)展作用仍存在爭議，大多數(shù)患者需要佩戴硬性角膜接觸鏡以獲得視功能，然而，美國愛荷華城的一項回顧性研究結(jié)果顯示，隱形眼鏡的佩戴與圓錐角膜的發(fā)展存在關(guān)聯(lián)，認為長期佩戴隱形眼鏡是導致圓錐角膜的一個因素，提出鏡片引起的角膜摩擦可能會促進圓錐角膜[31]。盡管角膜接觸鏡與圓錐角膜進展的確切聯(lián)系尚不清楚，但間接證據(jù)表明，長期佩戴接觸鏡會促進角膜細胞凋亡，可能是通過促炎細胞因子誘導的[32]。

3.3紫外線暴露 圓錐角膜在世界各地的流行情況并不相同，在氣候炎熱、陽光充足的中東國家及印度部分地區(qū)的發(fā)病率相對較高，而在北歐、烏拉爾地區(qū)、美國北部、日本的流行率很低[33]。紫外線是ROS的來源，過度暴露于陽光下會導致角膜的氧化損傷，包括3類醛脫氫酶及去除ROS所需的歧化酶在內(nèi)的酶的數(shù)量減少。NEWKIRK等[34]進行的動物實驗發(fā)現(xiàn)，暴露于紫外線的小鼠表現(xiàn)出間質(zhì)膠原蛋白變性和間質(zhì)變薄，角膜細胞明顯減少。然而，需指出的是，紫外線輻射可誘導角膜膠原的交聯(lián)，從而減輕疾病的發(fā)展或進程。紫外線交聯(lián)是非常成功的，是已獲得美國食品和藥物管理局批準的圓錐角膜治療程序，這使紫外線病因?qū)W變得不太可能。因此，在將紫外線視為危險因素之前尚需進一步探討其與圓錐角膜的因果關(guān)系。

3.4激素 圓錐角膜患者甲狀腺功能障礙患病率高于一般人群[35]，與健康者比較，圓錐角膜患者淚液甲狀腺素水平及角膜基質(zhì)細胞甲狀腺素受體水平均更高，暗示甲狀腺素在圓錐角膜的病理生理中的關(guān)鍵作用可能是由甲狀腺素受體所介導[36]。但研究尚未發(fā)現(xiàn)圓錐角膜與自身免疫性甲狀腺疾病的聯(lián)系，在甲狀腺功能減退患者中也未發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患病率的增加。BASSIOUNY 等[37]在對50例甲狀腺功能障礙患者研究中發(fā)現(xiàn)，中央角膜厚度、最薄厚度均與血清促甲狀腺激素水平呈正相關(guān)，而與血清游離甲狀腺素水平呈負相關(guān)，非自身免疫性甲狀腺功能障礙患者中央角膜厚度、最薄厚度、垂直偏差均顯著低于自身免疫患者。人類角膜中存在雌激素和雄激素受體，但其作用尚不明確。據(jù)文獻報道，激素失衡促進了圓錐角膜的發(fā)生、發(fā)展[38]。AYAN等[39]對30例計劃進行角膜膠原交聯(lián)的圓錐角膜患者和20例因屈光不正而準備使用準分子激光治療的圓錐角膜患者進行比較發(fā)現(xiàn)，在mRNA表達上圓錐角膜患者角膜上皮中雌激素α和雄激素受體的表達率顯著升高，但未能顯示相應(yīng)的蛋白水平的增加。KARAMICHOS 等[40]對來自圓錐角膜和健康對照的角膜基質(zhì)細胞及人類上皮細胞的促性激素相關(guān)標識物進行了研究，首次揭示了圓錐角膜中促性腺激素及其受體的存在，表明人類角膜能對促性腺激素做出反應(yīng)，但目前尚不清楚這些受體在人類角膜中的作用，仍需進行多中心大樣本研究確定激素與圓錐角膜的關(guān)系。

3.5污染物 既往已有一些文獻將污染作為圓錐角膜的危險因素，GORSKOVA等[41]于1998年進行的一項流行病學調(diào)查結(jié)果顯示，在城市和污染更嚴重地區(qū)患圓錐角膜的風險是農(nóng)村地區(qū)的5倍。JURKIEWICZ等[42]發(fā)現(xiàn)，細顆粒物似乎是圓錐角膜的新興危險因素，其可能通過加劇現(xiàn)有的危險因素(如特應(yīng)性和揉眼)間接發(fā)揮作用，也可能通過增加上皮細胞凋亡并直接與基質(zhì)膠原結(jié)構(gòu)相互作用而對角膜產(chǎn)生直接作用。未來的體內(nèi)外研究對更好地了解污染是如何影響圓錐角膜的發(fā)展是必要的。

4 小 結(jié)

圓錐角膜的病因復雜，有時相互矛盾，其病理生理學機制尚不清楚。遺傳學研究結(jié)果顯示，圓錐角膜有多個可能涉及的基因，包括VSX1、SOD1、miR-184、ZNF-469等。同時，圓錐角膜患者淚液及病理組織中炎性細胞因子增加、白細胞沉積均支持圓錐角膜中存在眼表炎癥，動物模型研究表明，氧化應(yīng)激損傷在圓錐角膜發(fā)展中具有重要作用，且肥胖、揉眼、紫外線、激素、污染物等環(huán)境因素均可能影響圓錐角膜的發(fā)生、發(fā)展，進一步研究圓錐角膜的病因及了解決定圓錐角膜發(fā)展的潛在病理生理機制是預防、識別和制定治療方法的關(guān)鍵。