章 爽，高桂平，曾 云

作者單位： 1(448000 )中國(guó)湖北省荊門市第二人民醫(yī)院眼科；2(330006)中國(guó)江西省南昌市，南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科

0引言

生物信息學(xué)是使用計(jì)算機(jī)對(duì)生物信息進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索和分析的科學(xué)。重點(diǎn)研究基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，具體來(lái)說(shuō)就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中表達(dá)的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。數(shù)據(jù)庫(kù)是生物信息學(xué)的主要內(nèi)容，常用的數(shù)據(jù)庫(kù)有基因表達(dá)綜合(Gene Expression Omnibus，GEO)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以利用生物信息學(xué)分析方法對(duì)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)下載的疾病基因和正常人基因庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異表達(dá)基因(differentially expressed genes，DEGs)分析，并對(duì)其進(jìn)行功能聚類分析、功能富集分析和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein-protein interaction，PPI)網(wǎng)絡(luò)分析，然后通過(guò)蛋白印跡法(Western-blot)和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)加以驗(yàn)證，從而得到相應(yīng)的靶基因并分析其生物學(xué)功能以及與臨床之間的聯(lián)系。在過(guò)去的幾十年中，微陣列技術(shù)和生物信息學(xué)分析被廣泛應(yīng)用于篩選基因變化，這有助于我們識(shí)別差異表達(dá)基因參與眼科疾病發(fā)病機(jī)制的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。由于基因芯片技術(shù)具有高通量、微型化和自動(dòng)化等特點(diǎn)，能夠?qū)Υ罅可飿悠分械幕蚱叫?、快速、敏感、高效地分析，因而?DNA序列測(cè)定、基因表達(dá)分析、基因組研究、疾病診斷等方面應(yīng)用廣泛，這有利于深入了解各種眼科疾病發(fā)生、發(fā)展所涉及的分子機(jī)制，篩選可作為診斷的關(guān)鍵基因和藥物治療靶點(diǎn)[1]，特別是為一些眼科腫瘤疾病、遺傳性及炎性眼部疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。

1生物信息學(xué)在眼部腫瘤中的應(yīng)用

1.1視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastom，RB)是嬰幼兒最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，由于致盲率較高，因此也是眼科關(guān)注的重點(diǎn)疾病之一。既往研究認(rèn)為RB基因的缺失或失活是RB發(fā)生的重要機(jī)制[2]，Cao等[3]通過(guò)生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)RB是一種高度異質(zhì)性腫瘤，細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)水平與RB的進(jìn)展相關(guān)，而 LRRC39基因可能是RB進(jìn)展亞型生物標(biāo)記物。Huang等[4]通過(guò)生物信息學(xué)方法發(fā)現(xiàn)DGPDC1、NDC80、SHCBP、TOP2A和DLGAP5可能參與RB的發(fā)生、侵襲及復(fù)發(fā)過(guò)程，這進(jìn)一步揭示了RB發(fā)病及轉(zhuǎn)移可能發(fā)生的機(jī)制。Wu等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在RB抑癌基因失活的情況下人類MYCN的過(guò)度表達(dá)會(huì)引起糖體相關(guān)基因的過(guò)度表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞過(guò)度增殖，導(dǎo)致具有間變性變化的RB，證明除了RB基因的缺失或失活外，MYCN的過(guò)度表達(dá)也是發(fā)病的一大因素，這進(jìn)一步完善了RB的發(fā)病機(jī)制。而張艷等[1]通過(guò)RB基因表達(dá)譜芯片進(jìn)行生物信息學(xué)分析研究發(fā)現(xiàn)，在篩選出的正常視網(wǎng)膜組織與RB組織間下調(diào)的DEGs中，CNGA1、CNGB1、RHO、SAG等差異基因主要與光傳導(dǎo)信號(hào)通路有關(guān)，這可能為RB發(fā)病機(jī)制提供了思路。因此，我們考慮RB與正常視網(wǎng)膜組織差異基因傳導(dǎo)通路可能與光信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)，這進(jìn)一步引發(fā)思考，與正常視網(wǎng)膜相比，這種差異表達(dá)基因所引起的光感受器表達(dá)減少是否與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)值得深入探索。因此通過(guò)生物信息學(xué)技術(shù)幫助篩選除RB基因以外的其他診斷的關(guān)鍵基因，不僅完善了RB的發(fā)病機(jī)制，還為尋找RB生物診斷標(biāo)記物及藥物治療靶點(diǎn)提供了幫助。

1.2脈絡(luò)膜黑色素瘤脈絡(luò)膜黑色素瘤(choroidal melanoma，CM)是成年人最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，由于惡性程度高，易發(fā)生轉(zhuǎn)移，危害性大，因此研究其發(fā)病機(jī)制對(duì)于CM的及時(shí)有效治療非常有意義。劉然等[6]運(yùn)用生物信息學(xué)方法對(duì)CM基因進(jìn)行篩選及驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，miR-147a可以通過(guò)靶向調(diào)控微小染色體維持蛋白3(minichromosome maintenance protein 3，MCM3)的表達(dá)，從而抑制人侵襲性脈絡(luò)膜黑色素瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。聶愛芹等[7]通過(guò)生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)BAPI可以作為轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)而調(diào)控脈絡(luò)膜黑色素瘤細(xì)胞的遷移。此外，應(yīng)曼曼等[8]研究發(fā)現(xiàn)，miR-9-5p也能抑制脈絡(luò)膜黑色素瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，從而促進(jìn)脈絡(luò)膜黑色素瘤細(xì)胞凋亡，并通過(guò)調(diào)節(jié)CDH1、CTNNA1和ITGA6表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用，上述研究進(jìn)一步完善了CM的發(fā)病機(jī)制，并為評(píng)估CM增殖程度提供幫助。Zhao等[9]通過(guò)生物信息學(xué)和相互作用分析方法分析轉(zhuǎn)移相關(guān)富集信號(hào)通路發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的DEGs主要通過(guò)核糖體和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑參與蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞增殖過(guò)程；下調(diào)的DEGs主要通過(guò)磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K-Akt)信號(hào)通路參與減少細(xì)胞間黏附和促進(jìn)細(xì)胞在細(xì)胞外基質(zhì)中遷移的過(guò)程，這一發(fā)現(xiàn)為葡萄膜黑色素瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制提供了參考。聶愛芹等[7]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移葡萄膜黑色素瘤差異表達(dá)基因主要富集在血液凝固途徑，且與腫瘤轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，以往認(rèn)為腫瘤的轉(zhuǎn)移與新生血管有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了凝血級(jí)聯(lián)過(guò)程與腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移也有聯(lián)系，為腫瘤轉(zhuǎn)移途徑提供了新思路。因此通過(guò)生物信息學(xué)先篩選出差異基因后，再與分子驗(yàn)證相結(jié)合的模式，可避免盲目的實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生物信息學(xué)有助于有效分析差異基因的表達(dá)情況及相應(yīng)蛋白表達(dá)通路，從而確定臨床信息的相關(guān)性。

1.3淚腺腺樣囊性癌淚腺腺樣囊性癌(adenoid cystic carcinoma of the lacrimal gland，LACC)是最常見的惡性上皮性淚腺腫瘤，通常由于骨和神經(jīng)周圍浸潤(rùn)而預(yù)后不良[10]，研究表明約50%的患者在5～10a內(nèi)發(fā)生局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[11-12]，然而淚腺癌中的分子遺傳學(xué)機(jī)制仍有待闡明。Jiang等[13]通過(guò)生物信息學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)miR-140-3p及其靶基因可能在LACC高級(jí)別轉(zhuǎn)化發(fā)病機(jī)制中起著重要作用；此外，該研究構(gòu)建了一個(gè)基于微陣列競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的circRNA-miRNA-mRNA-ceRNA網(wǎng)絡(luò)，這可能有助于確定LACC高級(jí)別轉(zhuǎn)化中新的針對(duì)微小RNA(microRNA，miRNA)的治療靶點(diǎn)。此外，有研究表明miR-24-3p在LACC組織中下調(diào)，并通過(guò)下調(diào)蛋白激酶C表達(dá)促進(jìn)P53/P21途徑，從而抑制LACC細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[14]。Hao等[15]研究表明，與健康人相比，LACC患者的組織和血漿中miR-93-5p過(guò)度表達(dá)，且miR-93-5p通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)通路靶向下調(diào)乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制因子-1蛋白，從而促進(jìn)LACC細(xì)胞遷移、侵襲和增殖。這些差異基因的過(guò)度表達(dá)與細(xì)胞增殖、遷移、侵襲相聯(lián)系，這為研究LACC的惡性程度提供了新的見解，并為診斷或治療策略的確定提供了潛在的生物標(biāo)志物，有助于進(jìn)一步分析LACC的分子遺傳學(xué)機(jī)制。

2生物信息學(xué)在眼底病中的應(yīng)用

2.1糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是最常見的視網(wǎng)膜血管病，是50歲以上人群主要的致盲疾病之一，然而目前用于DR早期檢測(cè)的生物標(biāo)志物仍然缺乏。Liu等[16]在生物信息學(xué)分析的基礎(chǔ)上確定DR涉及的關(guān)鍵分子特征，在糖尿病大鼠和高糖處理的視網(wǎng)膜細(xì)胞模型中獲得743個(gè)DEGs，這些差異基因多與晶狀體分化、胰島素抵抗和高密度脂蛋白膽固醇代謝相關(guān)，通過(guò)富集通道及PPI網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)氯離子通道、視黃醇代謝和脂肪酸代謝的動(dòng)態(tài)基因表達(dá)改變參與大鼠DR過(guò)程，且H3K27m3修飾在DR早期調(diào)節(jié)多數(shù)DEGs的表達(dá)，這一探索及發(fā)現(xiàn)將為DR提供不同的治療策略。Shi等[17]通過(guò)RNA測(cè)序結(jié)合生物信息學(xué)工具發(fā)現(xiàn)miR-26a-5p是早期視網(wǎng)膜神經(jīng)變性的潛在生物標(biāo)志物，它可能通過(guò)影響視網(wǎng)膜細(xì)胞的功能參與DR的發(fā)展，這一發(fā)現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)病變的靶向治療提供了思路。Liang等[18]通過(guò)生物信息學(xué)中的RNA測(cè)序和qRT-PCR確定了早期檢測(cè)DR的特異性循環(huán)miRNA生物標(biāo)記物，并驗(yàn)證miRNA(hsa-let-7a-5p、hsa-miR-novelchr5_15976、hsa-miR-28-3p)在區(qū)分糖尿病伴DR與不伴DR患者中，其敏感性和特異性較強(qiáng)，同時(shí)推測(cè)這3個(gè)miRNA標(biāo)記物可以作為DR的非侵入性生物診斷標(biāo)記物。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)內(nèi)分泌醫(yī)生及糖尿病患者提供了幫助，通過(guò)血清學(xué)基因標(biāo)記物提前篩選糖尿病患者眼部并發(fā)癥，這將有助于早期進(jìn)行眼科醫(yī)生會(huì)診，從而發(fā)現(xiàn)DR病變并防止DR的進(jìn)展。Pan等[19]研究中，通過(guò)生物信息學(xué)的方法篩選出增殖型DR與非增殖型DR血液樣本差異表達(dá)基因，并從中挑選了6個(gè)基因，并基于這6個(gè)基因的表達(dá)構(gòu)建了一個(gè)組合分子標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)這一標(biāo)記物可作為早期檢測(cè)糖尿病患者增殖型DR的潛在生物標(biāo)記物，可見生物信息學(xué)在眼科的應(yīng)用為相關(guān)研究的開展提供了便利。Trotta等[20]研究發(fā)現(xiàn)血清中的一些循環(huán)miRNA(hsa-miR-195-5p、hsa-miR-20a-5p、hsa-miR-20b-5p、hsa-miR-27b-3p和hsa-miR-451a)與視網(wǎng)膜內(nèi)高反射點(diǎn)之間的相關(guān)性，通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些miRNA與屬于“腫瘤壞死因子α信號(hào)”通路的靶基因相關(guān)聯(lián)，這些miRNA被證實(shí)為預(yù)后生物標(biāo)記物，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于DR預(yù)后判斷及探索潛在的藥理學(xué)靶點(diǎn)提供了幫助。通過(guò)生物信息學(xué)的方法將基因與具體的發(fā)病機(jī)制聯(lián)系起來(lái)，有利于探索疾病進(jìn)展后相應(yīng)功能及解剖形態(tài)變化，這將為未來(lái)確定DR早期診斷標(biāo)記物提供幫助，同時(shí)有利于基因靶向藥物的研發(fā)，為治療DR提供了新思路。

2.2視網(wǎng)膜色素變性視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)是一組遺傳性眼病，屬于光感受器細(xì)胞及色素上皮營(yíng)養(yǎng)不良性退行性病變。臨床上以夜盲、進(jìn)行性視野縮小、色素性視網(wǎng)膜病變和光感受器功能不良為特征。RP具有遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性，隨著基因組學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的手段用于RP致病基因的篩查。周曉敏等[21]通過(guò)眼科基因芯片測(cè)序方法快速排除了RP常見候選基因，雖然未定位致病基因，但為進(jìn)一步分析奠定了研究基礎(chǔ)。Dan等[22]通過(guò)生物信息學(xué)分析、Sanger測(cè)序的方法對(duì)中國(guó)76個(gè)無(wú)血緣關(guān)系的RP變異基因進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)43個(gè)家族的15個(gè)基因中存在致病變異，基因測(cè)序的廣泛應(yīng)用進(jìn)一步揭示了RP的發(fā)病機(jī)制。Ng等[23]通過(guò)全外顯子組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)了RP患者13個(gè)新的變異體，8個(gè)新的錯(cuò)義變異體，且這些變異在不同物種中保持不變。Zhang等[24]通過(guò)全外顯子組測(cè)序發(fā)現(xiàn)SNRNP200的過(guò)度表達(dá)可能會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜受損，這一基因突變可能與RP發(fā)病機(jī)制相關(guān)。另有研究通過(guò)Sanger測(cè)序及PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)CYP4V2基因復(fù)合雜合突變與RP發(fā)病機(jī)制相關(guān)聯(lián)[25]。此外，二代測(cè)序技術(shù)(next-generation sequencing，NGS)的廣泛應(yīng)用在腫瘤臨床診斷及遺傳性疾病篩查中發(fā)揮著積極作用[26-27]。Carrigan等[28]使用NGS技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)SLC24A1等基因突變與RP相關(guān)。因此測(cè)序技術(shù)不僅是基因組學(xué)的重要研究手段和工具，也是驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)之一。因此，測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展將為遺傳性視網(wǎng)膜疾病的早期診斷提供幫助，也可以使得更多的先天性疾病的發(fā)生被合理避免。

3生物信息學(xué)在青光眼疾病中的應(yīng)用

3.1青光眼早期階段青光眼早期主要表現(xiàn)為視野改變(鼻側(cè)階梯狀缺損，旁中心暗點(diǎn)，生理盲點(diǎn)擴(kuò)大)、眼底改變(神經(jīng)纖維層局限性缺損，盤沿局限性切跡及視乳頭放射狀出血)及眼壓升高。早期青光眼臨床癥狀可能不明顯從而容易被患者忽視，如何早期發(fā)現(xiàn)青光眼，對(duì)于預(yù)防青光眼的發(fā)生發(fā)展非常重要。方娜[29]研究通過(guò)青光眼基因芯片進(jìn)行生物信息學(xué)分析，篩選出與該疾病相關(guān)的DEGs，并對(duì)其進(jìn)行功能注釋、通路分析和PPI網(wǎng)絡(luò)分析，最終篩選出5個(gè)關(guān)鍵基因(Alb、Ⅱ4、C3、Anxa1、Gnai2)，推測(cè)這5個(gè)關(guān)鍵基因通過(guò)補(bǔ)體及凝集途徑參與早期青光眼過(guò)程，這一生物信息學(xué)分析為探索青光眼發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。此外，劉靜坤等[30]通過(guò)生物信息學(xué)方法推測(cè)Tyrp1基因可能是青光眼早期高眼壓的生物學(xué)指標(biāo)，這為探索早期青光眼高眼壓對(duì)視乳頭損害的發(fā)病機(jī)制及相關(guān)通路提供了思路。Liao等[31]從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)下載GSE2378基因表達(dá)庫(kù)對(duì)有青光眼和無(wú)青光眼供體的星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行分析，并經(jīng)過(guò)基因功能及富集分析，同時(shí)使用MSigDB檢測(cè)轉(zhuǎn)錄因子的潛在靶點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些DEGs主要參與細(xì)胞表面、分子結(jié)合、蛋白質(zhì)活性變化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，涉及最重要的途徑是癌癥途徑。同時(shí)發(fā)現(xiàn)小分子萬(wàn)古霉素可以模擬青光眼的細(xì)胞狀態(tài)，推測(cè)青光眼可能不僅由視神經(jīng)細(xì)胞病變本身引起，而且可能是由免疫力下降引起的感染所致，這一發(fā)現(xiàn)為青光眼的治療及靶向藥物的研究提供了新的突破。

3.2原發(fā)性開角型青光眼原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)是一種由于眼壓升高而致視盤、視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層損害，視野缺損的眼病，是不可逆性致盲性眼病之一[32]，由于多數(shù)患者早期可無(wú)任何自覺癥狀，常常到晚期視功能嚴(yán)重?fù)p害時(shí)才發(fā)現(xiàn)。Zhou等[33]利用生物信息學(xué)GEO數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出DEGs，相互作用網(wǎng)絡(luò)由PPI網(wǎng)絡(luò)分析列出，通過(guò)Western-blot和RT-PCR加以驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腺苷A3受體的過(guò)度表達(dá)降低了小梁網(wǎng)組織的活力和遷移，但上調(diào)了細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)，腺苷A3受體的過(guò)度表達(dá)可能會(huì)加重小梁網(wǎng)氧化應(yīng)激損傷，這一發(fā)現(xiàn)可能為POAG的發(fā)生、發(fā)展提供了分子理論基礎(chǔ)。Zhang等[34]使用GSE2378數(shù)據(jù)集對(duì)比青光眼患者及正常人視神經(jīng)組織基因，發(fā)現(xiàn)青光眼患者的3種基因(重組骨形態(tài)發(fā)生蛋白-1、杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥基因、有絲分裂原誘導(dǎo)的GTP結(jié)合蛋白基因)表達(dá)較正常人降低，而這些基因參與某些重要代謝過(guò)程。Zhou等[35]利用GEO數(shù)據(jù)庫(kù)研究發(fā)現(xiàn)，POAG患者與健康對(duì)照者之間存在差異表達(dá)的lncRNAs及mRNAs。Vishal等[36]采用全基因組方法發(fā)現(xiàn)，MPP-7在小梁網(wǎng)細(xì)胞中大量表達(dá)，且在循環(huán)機(jī)械應(yīng)力下，小梁網(wǎng)中MPP-7顯著下調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)使得MPP-7成為POAG的一個(gè)新的候選基因。此外，也有研究證實(shí)肌纖蛋白(MYOC)基因過(guò)表達(dá)可能和小梁網(wǎng)細(xì)胞外基質(zhì)相結(jié)合，增加房水外流阻力，從而使得眼壓增高，導(dǎo)致POAG的發(fā)生[37]。這些基因在POAG的異常表達(dá)可引起小梁網(wǎng)的損害，提示可進(jìn)一步分析更詳細(xì)的蛋白通路，從而阻斷該過(guò)程的發(fā)生，這也為POAG發(fā)病機(jī)制的研究提供了新的思路。

4生物信息學(xué)在白內(nèi)障疾病中的應(yīng)用

4.1先天性白內(nèi)障先天性白內(nèi)障是兒童視力障礙或失明的常見原因，具有遺傳異質(zhì)性和臨床異質(zhì)性。先天性白內(nèi)障是指出生前后即存在或出生后1a內(nèi)逐漸形成的先天性或發(fā)育障礙導(dǎo)致的白內(nèi)障。兒童視覺發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期是0～3歲，由于先天性白內(nèi)障發(fā)現(xiàn)較晚，是導(dǎo)致兒童失明和弱視的重要原因。Shao等[38]通過(guò)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，免疫反應(yīng)、防御反應(yīng)可能在tudor結(jié)構(gòu)域-7缺陷所致先天性白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。Yuan等[39]通過(guò)外顯子組測(cè)序和Sanger測(cè)序在periaxin基因中發(fā)現(xiàn)了1個(gè)錯(cuò)義突變體，該突變可能與先天性白內(nèi)障有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)為先天性白內(nèi)障患者晶狀體發(fā)育異常的發(fā)生機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。Ma等[40]通過(guò)目標(biāo)基因的富集和Sanger測(cè)序鑒定先天性白內(nèi)障家族中的致病突變，發(fā)現(xiàn)先天性白內(nèi)障家族中GJA3基因發(fā)生重復(fù)雜合非同義突變。另有研究通過(guò)靶向外顯子測(cè)序發(fā)現(xiàn)先天性白內(nèi)障存在c.443C突變[41]及p.K228fs230X[42]突變，這為先天性白內(nèi)障的研究提供了遺傳分子依據(jù)，拓展了變異譜，有助于更好地理解先天性白內(nèi)障發(fā)病的分子機(jī)制。莊曉彤等[43]通過(guò)生物信息學(xué)方法對(duì)DNA和蛋白質(zhì)序列及空間結(jié)構(gòu)分析，探討先天性白內(nèi)障的可能發(fā)生機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRYGD基因堿基第452位插入GACT 4個(gè)堿基，發(fā)生了移碼突變，突變后等電點(diǎn)的變化影響晶狀體細(xì)胞內(nèi)的pH值，導(dǎo)致功能結(jié)構(gòu)域變短，蛋白質(zhì)內(nèi)部重復(fù)性變化，從而影響晶狀體蛋白功能，該突變?yōu)槭状螆?bào)道的由插入突變引起先天性白內(nèi)障的CRWD基因移碼突變。靶向外顯子組測(cè)序是一種快速、經(jīng)濟(jì)高效、高通量的基因篩選方法，可用于先天性白內(nèi)障的常規(guī)基因診斷，為研究其功能及其參與白內(nèi)障的發(fā)病機(jī)制提供了思路。

4.2糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障糖皮質(zhì)激素引起的白內(nèi)障多見于長(zhǎng)期口服或滴用糖皮質(zhì)激素所致。白內(nèi)障的發(fā)生與用藥量和時(shí)間有密切關(guān)系，糖皮質(zhì)激素可通過(guò)促進(jìn)晶狀體上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致后囊下白內(nèi)障的形成。閆楚凡等[44]關(guān)于糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障的生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，1μmol/L地塞米松可對(duì)人晶狀體上皮細(xì)胞株HLE-B3細(xì)胞的增生產(chǎn)生負(fù)性調(diào)控作用，而miR-15abc、miR-214、miR-23abc、miR-129-5p、miR-132和miR-24基因可能是糖皮質(zhì)激素作用的靶點(diǎn)，表明激素對(duì)晶狀體細(xì)胞增生的調(diào)控作用可能與濃度有關(guān)。此外，有研究表明，miR-29a可以靶向抑制糖皮質(zhì)激素受體mRNA的表達(dá)，同時(shí)其本身的表達(dá)量又依賴糖皮質(zhì)激素受體的激活，形成一個(gè)負(fù)反饋回路，這一特點(diǎn)在糖皮質(zhì)激素治療過(guò)程中有助于減緩糖皮質(zhì)激素受體水平的降低[45]，為糖皮質(zhì)激素性白內(nèi)障的治療提供了新思路。

5生物信息學(xué)在葡萄膜炎疾病中的應(yīng)用

Vogt-小柳原田綜合征(Vogt-Koyanagi-Harada syndrome，VKH綜合征)是一種涉及自身免疫的全葡萄炎疾病，主要影響全身黑色素細(xì)胞，包括眼睛、腦膜、耳朵、皮膚和頭發(fā)[46]，該綜合征中的葡萄膜炎主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的慢性肉芽腫性炎癥[47]。近些年，蛋白質(zhì)組學(xué)為識(shí)別參與正常和病理過(guò)程的分子提供了重要工具[48]。Mao等[49]使用無(wú)標(biāo)記蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究了活動(dòng)性VKH綜合征患者中差異表達(dá)的膜蛋白，Western-blot技術(shù)用于驗(yàn)證，蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果顯示活動(dòng)性VKH綜合征患者CD4+T細(xì)胞中CD18和AKNA的表達(dá)顯著降低。張新橋等[50]研究通過(guò)生物信息學(xué)方法篩選出的差異表達(dá)的miRNA基因本體注釋(gene ontology analysis，GO)及 KEGG富集通路分析結(jié)果顯示，差異表達(dá)miRNA參與多種信號(hào)通路，其中 miR-106b、miR-130b等處于較為核心位置，而這些基因與一些風(fēng)濕免疫疾病相關(guān)聯(lián)，這進(jìn)一步揭示了VKH綜合征與免疫疾病相關(guān)，研究具體的關(guān)聯(lián)基因?yàn)榻窈蟮闹委熗卣沽怂悸?。此外，可以通過(guò)生物信息學(xué)方法檢測(cè)VKH綜合征患者治療前后相應(yīng)基因的表達(dá)及轉(zhuǎn)錄情況，這將進(jìn)一步揭示VKH綜合征的發(fā)病機(jī)制，但需要更多的臨床試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

6生物信息學(xué)在翼狀胬肉疾病中的應(yīng)用

翼狀胬肉是一種常見的眼表疾病，受多種因素的影響。翼狀胬肉的病因尚不清楚，而遺傳因素和環(huán)境因素均是導(dǎo)致翼狀胬肉的原因。研究表明，除了紫外線暴露、風(fēng)塵等因素，TLR3表達(dá)、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)活化[51]也是翼狀胬肉發(fā)生的因素。此外，有研究發(fā)現(xiàn)RhoA/ROCK信號(hào)可以通過(guò)MRTF-A調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1誘導(dǎo)的人翼狀胬肉成纖維細(xì)胞纖維化作用，這對(duì)翼狀胬肉的發(fā)生也起著一定的作用[52]。Jiang等[53]通過(guò)免疫沉淀測(cè)序、RNA測(cè)序和生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)N6-甲基腺苷修飾對(duì)翼狀胬肉的發(fā)育具有重要作用，這一發(fā)現(xiàn)可能成為未來(lái)翼狀胬肉治療的潛在新靶點(diǎn)。Xu等[54]基于生物信息學(xué)分析對(duì)翼狀胬肉功能基因進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)LINC00472在競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA網(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)調(diào)控PID FOXM1通路從而參與翼狀胬肉的發(fā)生發(fā)展。He等[55]采用微陣列及生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)TGF-β和表皮生長(zhǎng)因子(EGF)可以通過(guò)miR-199a-3p/5p-DUSP5/MAP3K11軸誘導(dǎo)結(jié)膜上皮細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。徐玉亭等[56]研究發(fā)現(xiàn)，miR-486-3p基因在翼狀胬肉組織中的相對(duì)表達(dá)量相對(duì)正常結(jié)膜組織明顯升高，通過(guò)生物信息學(xué)方法對(duì)其靶基因進(jìn)行預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)miR-486-3可能通過(guò)Axon guidance通路導(dǎo)致翼狀胬肉的新生血管異常。此外，Zhang等[57]通過(guò)基因表達(dá)薈萃分析發(fā)現(xiàn)翼狀胬肉和瞼板腺功能障礙數(shù)據(jù)集之間存在重疊DEGs，其在角質(zhì)化、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡途徑中顯著富集，表明翼狀胬肉和瞼板腺功能障礙具有共同基因特征，角質(zhì)化相關(guān)通路可能在這兩種疾病的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。上述生物信息學(xué)分析有助于對(duì)翼狀胬肉相關(guān)基因進(jìn)行進(jìn)一步蛋白通路分析，為進(jìn)一步開展的關(guān)于翼狀胬肉的研究奠定了基礎(chǔ)。

7展望與小結(jié)

目前，生物信息學(xué)通過(guò)對(duì)疾病組織和正常組織進(jìn)行DEGs篩選，并對(duì)其進(jìn)行功能注釋信號(hào)通路分析和PPI網(wǎng)絡(luò)分析，從而揭示疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后的分子機(jī)制。通過(guò)生物信息學(xué)研究，眼科疾病中越來(lái)越多的靶向基因被發(fā)現(xiàn)，如非編碼RNA可作為年齡相關(guān)性黃斑變性(ARMD)生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，有益于未來(lái)靶向藥物的研發(fā)[58]；同時(shí)，越來(lái)越多的眼科疾病發(fā)病過(guò)程中所涉及的信號(hào)通路及代謝改變被發(fā)現(xiàn)[1，30，44，56]，利用生物信息學(xué)方法富集出差異表達(dá)基因的功能及代謝通路，了解眼科疾病狀態(tài)下基因表達(dá)高低所調(diào)節(jié)的功能改變方向，有利于更精準(zhǔn)地分析疾病發(fā)生過(guò)程中所涉及的異常信號(hào)傳導(dǎo)通路。雖然生物信息學(xué)為實(shí)驗(yàn)研究提供了簡(jiǎn)單快捷的方法，有助于從基因及蛋白質(zhì)層面研究生命的本質(zhì)，但是目前仍然存在諸多不足：(1)由于不同的軟件或數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)得出不同的研究結(jié)果，很難評(píng)估研究結(jié)果的準(zhǔn)確性及優(yōu)缺點(diǎn)；(2)蛋白質(zhì)或RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)很難預(yù)測(cè)，多數(shù)方法只能分析一對(duì)蛋白質(zhì)是否相互作用，只有一小部分方法能夠精確構(gòu)建其三元結(jié)合復(fù)合物；(3)一些陰性數(shù)據(jù)可能被忽視或丟棄，而沒有被收集到公共存儲(chǔ)庫(kù)中，這可能出現(xiàn)假陰性的概率[59]，故生物信息學(xué)所研究的結(jié)果可能并不能完全反映真實(shí)信息。生物信息學(xué)并不是萬(wàn)能的，在探索的道路上還有很多盲區(qū)，需要大量研究去證實(shí)，未來(lái)可通過(guò)公開及融合多種數(shù)據(jù)資源，部署高性能計(jì)算模型去構(gòu)建更有效的生物信息學(xué)在線預(yù)測(cè)平臺(tái)。此外，如何利用生物標(biāo)志物系統(tǒng)性研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的相互作用也依然是個(gè)挑戰(zhàn)[60]，因此，未來(lái)也需要從多分子層面出發(fā)，了解基因、mRNA、蛋白質(zhì)和小分子之間的相互作用，從而更好地探索眼科疾病的發(fā)病機(jī)制[61]。

綜上所述，生物信息學(xué)技術(shù)在眼科疾病應(yīng)用廣泛，特別體現(xiàn)在相應(yīng)眼科疾病靶基因和早期診斷標(biāo)志物的篩選上，相應(yīng)疾病由于早期癥狀不明顯，往往不利于疾病的發(fā)現(xiàn)，而在這些癥狀出現(xiàn)前，體內(nèi)的一些信號(hào)通路可能在相關(guān)基因驅(qū)動(dòng)下已表現(xiàn)出異常。因此，可以首先對(duì)某疾病進(jìn)行生物信息學(xué)分析，在明確有關(guān)靶基因的表達(dá)情況、相應(yīng)蛋白通路后，先做理論推測(cè)，再行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終應(yīng)用到臨床實(shí)踐。此外，生物信息技術(shù)還有利于靶向藥物的精準(zhǔn)給藥，從而降低藥物的無(wú)效使用及藥物毒副作用，使得基因組科技成果能夠更好地服務(wù)于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實(shí)踐。