原發(fā)性閉角型青光眼的分子生物學(xué)研究進(jìn)展

萬(wàn)雅妮 綜述， 曹文俊 審校

（復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200031）

原發(fā)性閉角型青光眼（primary angle-closure glaucoma，PACG）是原發(fā)性房角關(guān)閉所導(dǎo)致的急性或慢性眼壓升高，其臨床特征是青光眼性視盤(pán)改變和視野損傷[1]。眼內(nèi)壓升高的機(jī)制是由于周邊虹膜黏附于小梁網(wǎng)或虹膜黏連房角關(guān)閉而導(dǎo)致小梁網(wǎng)阻塞[2]。瞳孔阻滯、虹膜高褶以及2種因素的混合機(jī)制均可導(dǎo)致PACG的發(fā)生[3]。在愛(ài)斯基摩人群、中國(guó)人群和蒙古人群中，PACG患病率顯著高于全球平均水平[4]。據(jù)最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，亞洲人群PACG的患病率最高，為1.09%[5]。PACG患者同胞間的高發(fā)病率暗示遺傳因素通過(guò)某些機(jī)制促進(jìn)了該疾病的發(fā)生[6]。近年來(lái)，隨著全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association studies，GWAS）等分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展[7]，疾病相關(guān)的基因研究已發(fā)現(xiàn)一批與PACG相關(guān)的遺傳位點(diǎn)和單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphism，SNP）位點(diǎn)。我們就近年來(lái)PACG的分子生物學(xué)的主要研究進(jìn)展作一綜述。

1 PACG疾病相關(guān)基因的分子生物學(xué)研究

1.1 3種經(jīng)典的相關(guān)基因

2012年，新加坡眼科研究所等多中心合作的大樣本GWAS分析鑒定出3種PACG相關(guān)基因：PLEKHA7、COL11A1和PCMTD1-ST18[8]。

PLEKHA7基因中的rs11024102位點(diǎn)與PACG相關(guān)。PLEKHA7編碼黏著連接蛋白，該蛋白質(zhì)在上皮細(xì)胞構(gòu)建中必不可少，且對(duì)組織穩(wěn)態(tài)起重要作用[9]。該蛋白質(zhì)可能涉及影響房水流經(jīng)schlemm管內(nèi)壁。有研究提出PLEKHA7基因的突變會(huì)影響PACG患者眼內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)。

rs3753841位于COL11A1基因。COL11A1編碼Ⅺ型膠原蛋白2條α鏈中的1條[10]。膠原可能在青光眼的發(fā)生、發(fā)展中具有潛在作用，膠原沉積的改變會(huì)影響鞏膜的生物力學(xué)和重塑能力，可導(dǎo)致青光眼的誘發(fā)因素，如眼軸長(zhǎng)改變和屈光不正。PLEKHA7基因和COL11A1基因表達(dá)于大多數(shù)眼部組織，尤其是虹膜和小梁網(wǎng)[10]。

rs1015213位于PCMTD1和ST18基因之間。其中PCMTD1編碼蛋白-L-異天冬氨酸-O-甲基結(jié)構(gòu)域，其功能不甚明了，但該基因表達(dá)于虹膜和小梁網(wǎng)，這一點(diǎn)涉及青光眼的發(fā)病機(jī)制[10]。ST18編碼一種鋅指結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合蛋白。ST18在正常組織的表達(dá)水平相當(dāng)?shù)?，在乳腺癌?xì)胞系中表達(dá)明顯下調(diào)[11]。

2014年，WEI等[12]對(duì)這3種基因位點(diǎn)與青光眼表型的相關(guān)性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示這3種基因位點(diǎn)在疾病嚴(yán)重程度或疾病進(jìn)程方面并不是任何主要表型多樣性的基礎(chǔ)。

1.2 其他相關(guān)基因位點(diǎn)

2016年，新加坡眼科研究所等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)發(fā)表了對(duì)PACG大規(guī)模的GWAS研究結(jié)果，研究人群來(lái)自亞洲、澳大利亞、歐洲、北美和南美。研究發(fā)現(xiàn)5個(gè)新的PACG相關(guān)基因位點(diǎn)，分別是EPDR1 rs3816415、CHATrs1258267、GLIS3 rs736893、FERMT2 rs7494379和DPM2-FAM102Ars3739821。這些基因除了在人眼前段組織如虹膜、睫狀體和小梁網(wǎng)中表達(dá)外，在角膜、晶狀體、視神經(jīng)乳頭和視神經(jīng)中也有一定的表達(dá)[13]。

EPDR1編碼糖化Ⅱ型跨膜蛋白，即室膜相關(guān)蛋白1，可能有潛在的細(xì)胞黏著功能，與原鈣黏連素和室管膜蛋白類(lèi)似。EPDR1 rs16879765與掌腱膜攣縮癥相關(guān)，該病是一種結(jié)締組織的遺傳紊亂。GWAS分析發(fā)現(xiàn)，EPDR1基因上的前哨SNP位點(diǎn)rs3816415與PACG相關(guān)聯(lián)。盡管上述2個(gè)SNP位點(diǎn)相距不足1 kb，但關(guān)聯(lián)性卻很小。這種EPDR1的多效性關(guān)聯(lián)凸顯該基因在上述不同疾病中很可能涉及不同的病理機(jī)制，值得進(jìn)一步研究[13]。

CHAT編碼乙酰轉(zhuǎn)移酶，該酶的功能是合成乙酰膽堿，乙酰膽堿在瞳孔收縮過(guò)程中起作用?？鼓憠A藥可以通過(guò)瞳孔擴(kuò)張和隨后的瞳孔阻滯促進(jìn)急性PACG[13]。因此，影響乙酰膽堿代謝的基因發(fā)生遺傳學(xué)改變可能會(huì)增加罹患PACG的風(fēng)險(xiǎn)。

GLIS3是類(lèi)Krüppel鋅指蛋白GLI樣亞家族成員之一。早期研究表明，GLIS3突變可導(dǎo)致新生兒糖尿病和先天性甲狀腺功能減退。目前除rs736893外，還發(fā)現(xiàn)了其他3個(gè)GLIS3的相鄰SNP位點(diǎn)，即rs7020673與歐洲人群的1型糖尿病相關(guān)，rs7041847與亞洲東部人群的2型糖尿病相關(guān)，rs7034200與歐洲人群的空腹血糖水平相關(guān)。這3個(gè)SNP位點(diǎn)獨(dú)立于rs736893，而rs736893被證實(shí)與PACG相關(guān)。糖尿病和PACG這2種疾病與GLIS3基因之間的聯(lián)系可能暗示其有共同的分子機(jī)制[14]。

FERMT2編碼一種稱(chēng)為PLEKHC1的蛋白，其為細(xì)胞外基質(zhì)的組成成分，在細(xì)胞黏著中起作用[15]。PLEKHC1和PLEKHC7屬于同一個(gè)血小板白細(xì)胞激酶底物家族。對(duì)FERMT2、EPDR1及PLEKHA7的研究顯示細(xì)胞間的連接過(guò)程在PACG的病理過(guò)程中起作用。

rs3739821位于DPM2和FAM102A基因之間。DPM2的突變與糖基化先天性缺陷有關(guān)。目前對(duì)FAM102A基因知之甚少，但其表達(dá)對(duì)雌二醇的升高敏感。KHOR等[13]的研究發(fā)現(xiàn)DPM2、FAM102A在所有檢測(cè)過(guò)的眼組織中均有表達(dá)。

基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase，MMP9）基因編碼參與細(xì)胞外基質(zhì)重塑的酶，眼內(nèi)壓波動(dòng)會(huì)影響和調(diào)控鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)成分[16]。MMP9 rs2250889在中國(guó)南方人群中與PACG相關(guān)，MMP9 rs17576在中國(guó)臺(tái)灣人群和巴基斯坦人群中與PACG相關(guān)，但在新加坡人群中無(wú)關(guān)聯(lián)[17]。另外，在澳大利亞高加索人群中，MMP9基因的2個(gè)位點(diǎn)（rs3918249和rs17576）與PACG相關(guān)，進(jìn)一步支持了MMP9基因在PACG患病風(fēng)險(xiǎn)中的作用[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，MMP9的突變會(huì)通過(guò)損傷細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)的能力而影響蛋白功能。MMP9存在于房水中，可能涉及眼內(nèi)壓調(diào)節(jié)機(jī)制[18]。

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor，HGF）在刺激各種眼部組織的生長(zhǎng)和遷移過(guò)程中起了重要作用，這些眼部組織包括角膜上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞、虹膜、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞、晶狀體上皮細(xì)胞和小梁網(wǎng)。對(duì)尼泊爾人群的研究發(fā)現(xiàn)，HGF基因有4個(gè)SNP位點(diǎn)與PACG相關(guān)，即rs5745718、rs12536657、rs12540393和rs17427817[19]。2013年，對(duì)中國(guó)漢族人群的重復(fù)驗(yàn)證顯示，rs12536657、rs5745718與PACG相關(guān)[20]。HU等[21]的研究結(jié)果顯示，青光眼患者房水中的HGF濃度顯著高于白內(nèi)障患者，增加的HGF試圖修復(fù)小梁損傷，而不是直接導(dǎo)致青光眼的發(fā)生。

內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）以L-精氨酸為底物，在血管內(nèi)皮生成一氧化氮。eNOS過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致人眼組織中血管舒張和血流量增加，從而被認(rèn)為其具有神經(jīng)保護(hù)性。然而，過(guò)度的一氧化氮可自由擴(kuò)散到鄰近的神經(jīng)細(xì)胞并結(jié)合氧離子，形成過(guò)氧亞硝基陰離子（一種強(qiáng)有力的毒性物質(zhì)）而啟動(dòng)細(xì)胞程序性死亡，如神經(jīng)凋亡。由于在原發(fā)性青光眼中發(fā)現(xiàn)大量表達(dá)eNOS，因此推測(cè)青光眼視神經(jīng)損傷可能與eNOS過(guò)表達(dá)有關(guān)。對(duì)巴基斯坦人群的研究證實(shí)eNOS多態(tài)性與PACG相關(guān)[22]。在澳大利亞人群中，eNOSrs3793342與PACG相關(guān)[23]。

熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）70 rs1043618在巴基斯坦人群中與PACG顯著相關(guān)[22]。眼內(nèi)壓上升、局部缺血、興奮性氨基酸和腫瘤壞死因子的過(guò)度釋放都將增加視神經(jīng)乳頭的壓力。另一種引起應(yīng)對(duì)壓力的機(jī)制是招募特殊的細(xì)胞蛋白，即HSP，當(dāng)HSP上調(diào)以應(yīng)對(duì)各種形式的代謝壓力時(shí)，其具有保護(hù)功能。HSP作為分子伴侶，可避免蛋白聚集并利于功能失調(diào)蛋白質(zhì)的重新折疊，該項(xiàng)功能是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞等存活的關(guān)鍵機(jī)制。因此，通常HSP的低表達(dá)將消除抵抗熱休克和壓力的防御機(jī)制。抗HSP抗體通過(guò)凋亡機(jī)制的誘導(dǎo)或者免疫應(yīng)答刺激HSP本身，可能對(duì)青光眼視神經(jīng)病變患者有病理意義。

1.3 與解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的基因

前房深度（anterior chamber depth，ACD）是PACG的主要解剖結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)因素，NONGPIUR等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，ABCC5 rs1401999與ACD相關(guān)聯(lián)。ABCC5也稱(chēng)為多重耐藥蛋白5（multidrug resistance protein 5，MRP5），主要通過(guò)抗癌藥物外排、毒物外排和第二信使環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷參與組織防御和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。ABCC5在大多數(shù)人體眼組織中表達(dá)，如角膜、視網(wǎng)膜色素上皮、視網(wǎng)膜、虹膜、睫狀體和晶狀體。然而ABCC5 rs1401999與PACG之間的聯(lián)系在更大人群的meta分析中似乎具有異質(zhì)性[13]，這說(shuō)明除了上述基因位點(diǎn)之外，可能還存在其他決定性因素參與PACG病變。

PACG相關(guān)基因和SNP位點(diǎn)的總結(jié)見(jiàn)表1。

2 研究概況

由于PACG的流行病學(xué)調(diào)查顯示亞洲的PACG發(fā)病率高于歐洲，且東亞發(fā)病率最高[5]，故研究PACG的團(tuán)隊(duì)在亞洲居多，主要有新加坡眼科研究所、復(fù)旦大學(xué)眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科、北京同仁眼科中心和越南國(guó)家眼科研究所等。近年來(lái)這些團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證的基因、技術(shù)方法及驗(yàn)證人群的結(jié)果見(jiàn)表2。

3 展望

GWAS旨在找出與PACG相關(guān)的基因，從而發(fā)展基因檢測(cè)甚至基因治療技術(shù)?；驒z測(cè)能給患者提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)，并幫助臨床醫(yī)生早期診斷，提高預(yù)后評(píng)估的準(zhǔn)確性，也有利于臨床醫(yī)生選擇最有效的治療方案[28]。然而我們也應(yīng)該看到PACG基因檢測(cè)的局限性，該疾病的異質(zhì)性使得不同種族、不同疾病程度的患者的突變基因各不相同，未來(lái)人們需要探究房角關(guān)閉和開(kāi)角型青光眼在不同人種間發(fā)病差異的真正原因。

另外，原發(fā)性房角關(guān)閉（primary angleclosure，PAC）向PACG轉(zhuǎn)換的條件也將成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)。有研究表明，青光眼病理過(guò)程中，涉及到膠原突變、淺前房和短眼軸等表型，細(xì)胞間的連接和膠原突變可能是青光眼的原始成因[16]。典型的青光眼解剖結(jié)構(gòu)也顯示可能存在與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的異常分子通路。PACG的致病因素復(fù)雜，除了基因研究外，對(duì)細(xì)胞代謝、氧化應(yīng)激、膠原重構(gòu)等一系列可能直接或間接參與PACG病理進(jìn)程條件的研究[29-30]可能會(huì)為探明PACG的病因帶來(lái)曙光。

表1 PACG相關(guān)基因和SNP位點(diǎn)

表2 PACG研究概況

[1]中華醫(yī)學(xué)會(huì)眼科學(xué)分會(huì)青光眼學(xué)組. 我國(guó)原發(fā)性青光眼診斷和治療專(zhuān)家共識(shí)（2014 年）[J]. 中華眼科雜志，2014，65（5）：382-383.

[2]YANOFF M，DUKER J S. Ophthalmology[M]. 4th ed. Philadelphia PA：Elsevier Saunders，2014：1012-1013.

[3]李鳳鳴，謝立信. 中華眼科學(xué)[M]. 3版. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2014：1656.

[4]SUN X，DAI Y，CHEN Y，et al. Primary angle closure glaucoma：what we know and what we don't know[J]. Prog Retin Eye Res，2017，57：26-45.

[5]CHAN E W，LI X，THAM Y C，et al. Glaucoma in Asia：regional prevalence variations and future projections[J]. Br J Ophthalmol，2016，100（1）：78-85.

[6]AHRAM D F，ALWARD W L，KUEHN M H.The genetic mechanisms of primary angle closure glaucoma[J]. Eye（Lond），2015，29（10）：1251-1259.

[7]唐冰花，曹文俊. 原發(fā)性開(kāi)角型青光眼易感基因研究中GWAS的應(yīng)用[J]. 檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2016，31（4）：329-333.

[8]VITHANA E N，KHOR C C，QIAO C，et al.Genome-wide association analyses identify three new susceptibility loci for primary angle closure glaucoma[J]. Nat Genet，2012，44（10）：1142-1146.

[9]H O N G S，T R O YA N O V S K Y R B，TROYANOVSKY S M. Spontaneous assembly and active disassembly balance adherens junction homeostasis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2010，107（8）：3528-3533.

[10]AWADALLA M S，THAPA S S，HEWITT A W，et al. Association of genetic wariants with primary angle closure glaucoma in two different populations[J]. PLoS One，2013，8（6）：e67903.

[11]JANDRIG B，SEITZ S，HINZMANN B，et al.ST18 is a breast cancer tumor suppressor gene at human chromosome 8q11.2[J]. Oncogene，2004，23（57）：9295-9302.

[12]WEI X，NONGPIUR M E，DE LEON M S，et al.Genotype-phenotype correlation analysis for three primary angle closure glaucoma-associated genetic polymorphisms[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2014，55（2）：1143-1148.

[13]KHOR C C，DO T，JIA H，et al. Genome-wide association study identif i es fi ve new susceptibility loci for primary angle closure glaucoma[J]. Nat Genet，2016，48（5）：556-562.

[14]AUNG T，KHOR C C. Glaucoma genetics：recent advances and future directions[J]. Asia Pac J Ophthalmol（Phila），2016，5（4）：256-259.

[15]SHEN Z，YE Y，KAUTTU T，et al. Novel focal adhesion protein kindlin-2 promotes the invasion of gastric cancer cells through phosphorylation of integrin beta1 and beta3[J]. J Surg Oncol，2013，108（2）：106-112.

[16]HUANG W，F(xiàn)AN Q，WANG W，et al. Collagen：a potential factor involved in the pathogenesis of glaucoma[J]. Med Sci Monit Basic Res，2013，19：237-240.

[17]MICHEAL S，YOUSAF S，KHAN M I，et al.Polymorphisms in matrix metalloproteinases MMP1 and MMP9 are associated with primary openangle and angle closure glaucoma in a Pakistani population[J]. Mol Vis，2013，19：441-447.

[18]AWADALLA M S，BURDON K P，KUOT A，et al. Matrix metalloproteinase-9 genetic variation and primary angle closure glaucoma in a Caucasian population[J]. Mol Vis，2011，17：1420-1424.

[19]AWADALLA M S，THAPA S S，BURDON K P，et al. The association of hepatocyte growth factor（HGF） gene with primary angle closure glaucoma in the Nepalese population[J]. Mol Vis，2011，17：2248-2254.

[20]JIANG Z，LIANG K，DING B，et al. Hepatocyte growth factor genetic variations and primary angleclosure glaucoma in the Han Chinese population[J].PLoS One，2013，8（4）：e60950.

[21]HU D N，RITCH R. Hepatocyte growth factor is increased in the aqueous humor of glaucomatous eyes[J]. J Glaucoma，2001，10（3）：152-157.

[22]AYUB H，KHAN M I，MICHEAL S，et al.Association ofeNOSandHSP70 gene polymorphisms with glaucoma in Pakistani cohorts[J]. Mol Vis，2010，16：18-25.

[23]AWADALLA M S，THAPA S S，HEWITT A W，et al. Association of eNOS polymorphisms with primary angle-closure glaucoma[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2013，54（3）：2108-2114.

[24]NONGPIUR M E，KHOR C C，JIA H，et al.ABCC5， a gene that inf l uences the anterior chamber depth，is associated with primary angle closure glaucoma[J]. PLoS Genet，2014，10（3）：e1004089.

[25]WANG I J，LIN S，CHIANG T H，et al. The association of membrane frizzled-related protein（MFRP） gene with acute angle-closure glaucoma-a pilot study[J]. Mol Vis，2008，14：1673-1679.

[26]CHEN Y，CHEN X，WANG L，et al. Extended association study of PLEKHA7 and COL11A1 with primary angle closure glaucoma in a Han Chinese population[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2014，55（6）：3797-3802.

[27]CHEN X，CHEN Y，WIGGS J L，et al. Association of matrix metalloproteinase-9（MMP9） variants with primary angle closure and primary angle closure glaucoma[J]. PLoS One，2016，11（6）：e0157093.

[28]MILLER M A，F(xiàn)INGERT J H，BETTIS D I.Genetics and genetic testing for glaucoma[J]. Curr Opin Ophthalmol，2017，28（2）：133-138.

[29]LI S，CHEN Y，SHAO M，et al. Association of plasma complement C3 levels with primary angle-closure glaucoma in older women[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2017，58（1）：682-689.

[30]LI S，SHAO M，TANG B，et al. The association between serum uric acid and glaucoma severity in primary angle closure glaucoma：a retrospective case-control study[J]. Oncotarget，2017，8（2）：2816-2824.