病理性近視和層粘連蛋白相關(guān)性研究進展

陶 俊，張豐菊

(首都醫(yī)科大學(xué) 附屬北京同仁醫(yī)院 北京同仁眼科中心 北京市眼科學(xué)與視覺科學(xué)重點實驗室，北京100730)

近視是指來自遠(yuǎn)處的平行光線成像于視網(wǎng)膜前，患者表現(xiàn)為能看清近處的物體而看不清遠(yuǎn)處的物體，往往需要借助凹透鏡校正。近視在東亞發(fā)病率較世界其他地方高，在過去的幾十年中這個比例越來越高，已成為東亞地區(qū)的一個主要的健康問題［1］。病理性近視指伴有眼軸增長、眼底病變和眼部其他并發(fā)癥的高度近視，是目前最常見的難治性致盲眼病之一，嚴(yán)重威脅著人類的身體健康和生活質(zhì)量，所以國內(nèi)外研究者對病理性近視日益關(guān)注。層粘連蛋白是一種大分子非膠原糖蛋白，廣泛存在于各組織的基底膜，層粘連蛋白能夠維持鞏膜的彈性，具有連接鞏膜層內(nèi)及各層間微纖維和膠原纖維的作用，對鞏膜的組織結(jié)構(gòu)和功能有重要的作用。病理性近視的發(fā)生發(fā)展與眼球鞏膜中層粘連蛋白的關(guān)系越來越受到重視，本文就目前病理性近視和層粘連蛋白的研究進展及二者之間的相關(guān)性研究進行綜述。

1 病理性近視概述

1.1 病理性近視的特點

病理性近視又稱高度近視、變性近視或惡性近視，它是指屈光度在-6.00D 以上，并且呈進行性加深、眼軸不斷增長、眼內(nèi)容和視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜組織進行性損害引起視功能障礙為特征的一種眼病，其患病率約為1% ～2%［2］。其臨床癥狀主要表現(xiàn)為視功能嚴(yán)重障礙，飛蚊癥，視疲勞;體征有進行性眼軸延長，鞏膜變薄，后鞏膜葡萄腫，眼底可表現(xiàn)為視網(wǎng)膜變性裂孔和脫離、黃斑出血，可發(fā)生各種并發(fā)癥(視網(wǎng)膜脫離、青光眼、白內(nèi)障等)及明顯視功能損害，占近視人群的27% ～33%。

1.2 病理性近視的影響因素及相關(guān)基因

病理性近視的影響因素大概歸納以下幾點:(1)環(huán)境因素如長時間閱讀和細(xì)微的目力工作是單純性近視重要的發(fā)病病因之一，亦可使病理性近視屈光度加深。孕期合并毒血癥、麻疹、風(fēng)疹和酒精中毒的孕婦增加新生兒近視的發(fā)病率。早產(chǎn)和低體重兒亦是新生兒近視的重要因素［3］。此外有報道居住高原地區(qū)人群、每天接受高壓氧治療者或長期于海底下工作者均能引起近視度的增加［4］。(2)神經(jīng)遞質(zhì)作用機制包括血管活性腸肽(VIP)、多巴胺等參與了視覺誘導(dǎo)的眼軸長調(diào)節(jié)，內(nèi)源性的乙酰膽堿在正常眼生長及軸性近視發(fā)展中起作用。Nickla［5］證實違背晝作夜息或在室內(nèi)單一光線下長期工作或在弱光下用眼的人，體內(nèi)的多巴胺和褪黑素會增加，這些神經(jīng)遞質(zhì)通過視網(wǎng)膜血管會觸發(fā)鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)的合成變化，從而減低鞏膜的韌性，導(dǎo)致近視的發(fā)展。(3)最主要的病因是遺傳因素，遺傳方式有常染色體顯性遺傳、常染色體隱性遺傳、X 性連鎖隱性遺傳等多種遺傳方式，其中以常染色體隱性遺傳最常見，目前，病理性近視的致病基因的研究已成為廣泛關(guān)注的熱點［6］。

迄今為止，國內(nèi)外已報道了10 個與病理性近視相關(guān)的基因位點，分別是Xq28(MYP1)，18p11.31(MYP2)，12q21 - q23(MYP3)，7q36(MYP4)，17q 21 -q22(MYP5)，4q22 -q27(MYP11)，2q37.1，Xq 23 -q25，15q12 -13 和5p15.33 -p15.2［7］。病理性近視遺傳方式有很強的異質(zhì)性，尋找其致病基因相當(dāng)困難［8-9］。Lam 等［10］發(fā)現(xiàn)中國人病理性近視家系的致病基因主要位于MYP2(18p11. 31)的LAMA1 基因，這一發(fā)現(xiàn)使LAMA1 基因成為目前研究的熱門基因。Zhao 等［11］通過實驗研究也進一步證實中國人病理性近視在MYP2(18p11. 31)的LAMA1 基因上的易感性。其基因定位于18p11，位于高度近視基因位點MYP2(18p11.31)的區(qū)域內(nèi)，全長9 530 bp，可在全身大多數(shù)組織中表達，編碼層粘連蛋白ɑ1 鏈。故若LAMA1 基因發(fā)生突變或表達異常都將對層粘連蛋白的合成、分布、結(jié)構(gòu)和功能有著重要的影響。

目前國內(nèi)外對可能和病理性近視相關(guān)的基因和編碼的蛋白研究很多，如小間隙粘蛋白家系成員Decorin、lumican 和硫酸軟骨素粘蛋白-3、全反式視黃醇脫氫酶、基質(zhì)金屬蛋白酶2、金屬蛋白酶2 和金屬蛋白酶3 組織抑制因子以及維甲酸受體B 等，但目前尚未能證明以上基因與病理性近視具有相關(guān)性［12-14］。同時，新的病理性近視相關(guān)基因或可疑區(qū)域不斷被發(fā)現(xiàn)，如opticin、硫酸皮膚素蛋白聚糖3、BMP2 誘導(dǎo)激酶以及代謝型谷氨酸受體-6 等，但具體作用機制尚不明確［15-18］。

2 層粘連蛋白概述

2.1 層粘連蛋白的結(jié)構(gòu)特點

層粘連蛋白是一種大分子非膠原糖蛋白，廣泛存在于各組織的基底膜，主要由內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及貯脂細(xì)胞產(chǎn)生［19］。層粘連蛋白分子是由α、β 和γ 借3 個 交聯(lián)而成的異源三聚體，三鏈聚集形成不對稱的十字型結(jié)構(gòu)，由1 條長臂和3 條相似的短臂構(gòu)成。3 條短臂各由3條肽鏈的N 端序列構(gòu)成，這4 個臂均有棒狀節(jié)段和球狀的末端域。β 和γ 短臂上有2 個球形結(jié)構(gòu)域，α鏈上的短臂有3 個球形結(jié)構(gòu)域，其中有一個結(jié)構(gòu)域與Ⅳ型膠原結(jié)合，第二個結(jié)構(gòu)域與肝素結(jié)合，還有與細(xì)胞表面受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域［20］。正是這些獨立的結(jié)合位點使層粘連蛋白作為一個橋梁分子，介導(dǎo)細(xì)胞與基膜結(jié)合。

2.2 層粘連蛋白的功能

層粘連蛋白是胚胎發(fā)生時期產(chǎn)生最早的蛋白分子之一，主要由上皮細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞合成和分泌，是一種重要的細(xì)胞外基質(zhì)，在基質(zhì)各成分之間及細(xì)胞之間起到連接作用，廣泛存在于全身各組織中，在眼鞏膜起到將鞏膜層內(nèi)及各層間膠原纖維和微纖維連結(jié)起來的作用，對維持鞏膜的組織結(jié)構(gòu)和功能起到重要作用。

層粘連蛋白主要存在于基底膜的透明層，與Ⅳ型膠原和肝素一起共同維持基膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和支架功能，對細(xì)胞的粘附和運動、增殖、分化起重要的調(diào)節(jié)作用?；な怯啥喾N纖維蛋白交織構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膜狀結(jié)構(gòu)，對組織細(xì)胞起支持連接、滲透性屏障、調(diào)節(jié)分子及細(xì)胞活動的功能。層粘連蛋白作為基膜的主要結(jié)構(gòu)成分對基膜的組裝起關(guān)鍵作用，其主要功能就是通過介導(dǎo)上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞糖粘附，在形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將細(xì)胞固定在基膜上。層粘連蛋白還有許多其他的作用，如在細(xì)胞發(fā)育過程中刺激細(xì)胞粘著、細(xì)胞運動。層粘連蛋白還能夠刺激胚胎中神經(jīng)軸的生長，在成年動物的神經(jīng)損傷后，層粘連蛋白還能促進其重生長和再生。如同纖粘連蛋白，細(xì)胞外的層粘連蛋白能夠影響細(xì)胞的生長、遷移和分化。Edwards 等［21］證實層粘連蛋白α1 鏈不僅在維持正常生理功能中具有重要作用，而且在促進腫瘤血管新生和腫瘤生長方面具有同樣的作用。與此同時，在眼球鞏膜中，層粘連蛋白能夠維持鞏膜的彈性，具有連接鞏膜層內(nèi)及各層間微纖維和膠原纖維的作用，對鞏膜的組織結(jié)構(gòu)和功能有重要的作用。近年來研究者證明病理性近視特別是中國人的病理性近視與LAMA1 基因有關(guān)，LAMA1 基因編碼層粘連蛋白的α1 鏈，LAMB1，LAMC1 分別編碼層粘連蛋白的β、γ 鏈，層粘連蛋白的ɑ1 鏈在維系層粘連蛋白結(jié)構(gòu)和功能上起主要作用，而層粘連蛋白與病理性近視機制密切相關(guān)［22］。

3 病理性近視與層粘連蛋白的相關(guān)性

研究者在動物和人的關(guān)于病理性近視和層粘連蛋白的相關(guān)性研究中發(fā)現(xiàn)，病理性近視的形成與層粘連蛋白在眼球鞏膜中的含量降低有關(guān)。實驗性近視動物模型研究表明，高度近視動物眼鞏膜中層粘連蛋白減少，Edwards 等［21］證實LAMA1 基因缺失的小鼠，眼球鞏膜中層粘連蛋白減少，表現(xiàn)為眼軸的增長，視力喪失，以及視網(wǎng)膜、玻璃體血管持續(xù)性迂曲，從而證實層粘連蛋白在維持正常眼球生理功能中具有重要作用。張豐菊等［23］通過實驗證實病理性近視候選基因的LAMA1 基因，在單純性高度近視眼的前部鞏膜組織中其轉(zhuǎn)錄水平較非病理性近視對照組顯著降低，進而導(dǎo)致層粘連蛋白合成減少，鞏膜結(jié)構(gòu)及韌性改變，眼軸增長、鞏膜壁變薄等。鞏膜作為病理性近視的靶器官，鞏膜組織中層粘連蛋白合成減少、降解增加或在鞏膜組織中的分布異常均可導(dǎo)致鞏膜結(jié)構(gòu)及韌性改變，在眼內(nèi)壓的作用下導(dǎo)致眼軸增長、鞏膜壁變薄，這些共同參與病理性近視的形成過程。

由此可見，病理性近視的形成與層粘連蛋白的相關(guān)性表現(xiàn)在:LAMA1 基因發(fā)生突變或表達異常導(dǎo)致層粘連蛋白的合成、分布、結(jié)構(gòu)和功能異常，導(dǎo)致眼球鞏膜生物力學(xué)的改變，最終導(dǎo)致眼軸變長及其相關(guān)的并發(fā)癥。

4 小結(jié)與展望

病理性近視的發(fā)病存在種族和地域差異，且具有高度遺傳異質(zhì)性，給相關(guān)研究帶來了一定困難。關(guān)于層粘連蛋白的研究，國外有一些定性的治療報道，如Patricia Simon -Assmann 等［24］研究者利用層粘連蛋白的功能，研制出的仿生支架，通過小鼠實驗，成功地用于受損血管包括視網(wǎng)膜血管的恢復(fù)。呂雅平等［25］采用核黃素為光敏劑對豚鼠赤道部鞏膜面進行紫外線照射，進行膠原交聯(lián)，發(fā)現(xiàn)層粘連蛋白增多，鞏膜的生物力學(xué)性能顯著提高，說明通過此方法能提高眼球鞏膜中層粘連蛋白的含量，有望成為一種治療近視的新方法。樊鄭軍［26］采用核黃素為光敏劑對圓錐角膜患者眼球進行紫外線照射，進行角膜膠原交聯(lián)，是否是通過增加鞏膜組織中層粘連蛋白含量達到減少了病理性近視屈光度，還有待進一步研究。盡管如此，在這一領(lǐng)域仍然有許多需要解決的問題，例如:(1)對層粘連蛋白與病理性近視相關(guān)性的研究多是小樣本，區(qū)域性的研究，缺乏大樣本，多中心的對照比較，故研究結(jié)果數(shù)據(jù)有待進一步整理分析，或擴大樣本范圍進行研究。(2)上述研究多是定性的研究，對于層粘連蛋白的含量減少到怎樣的具體數(shù)據(jù)或比例時會導(dǎo)致鞏膜變薄、眼軸進行性加長，什么時候進行干預(yù)治療效果最佳，尚且缺乏定量標(biāo)準(zhǔn)。(3)鞏膜組織是病理性近視的靶組織，但目前對于病理性近視鞏膜組織的研究大多集中在動物模型上，如觀察基因敲除動物鞏膜結(jié)構(gòu)變化以及實驗誘導(dǎo)性近視動物鞏膜中的基因表達水平等方面，但由于種屬差異，可能與在人體中的情況有比較大的差異，這些都是在今后的工作中面臨和需要克服的難題。

總之，由于病理性近視中LAMA1 基因在眼球中的轉(zhuǎn)錄水平降低，其編碼ɑ1 鏈層粘連蛋白的含量降低，導(dǎo)致眼球鞏膜結(jié)構(gòu)及韌性改變，鞏膜壁變薄，眼軸加長。故通過采用某種方法增加鞏膜外基質(zhì)中層粘連蛋白含量，增強眼球鞏膜結(jié)構(gòu)及韌性，達到抑制病理性近視的發(fā)展是今后研究的一個方向，為有效地預(yù)防和治療病理性近視探索新的途徑。

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