ABCA1基因與原發(fā)性開角型青光眼研究進展

胡春春 宋毛毛 雷苑 孫興懷

青光眼是一類以進行性視神經(jīng)損害、視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡與視野缺損為特征的全球第2位致盲性眼病[1]。預(yù)測全球青光眼患病人數(shù)將由2013年的6 430萬人增加到2020年的7 600萬人[2]。根據(jù)病因，青光眼可以分成不同的類別，原發(fā)性開角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)是其中最常見的類型之一[3]。

POAG的發(fā)病機制極其復(fù)雜，眼壓增高是POAG發(fā)病中最主要的危險因素，降低眼壓是控制POAG持續(xù)進展的主要治療方式[4]。另一個主要危險因素是基因的遺傳變異[5]。隨著家系連鎖分析、全基因組關(guān)聯(lián)分析等研究方法的發(fā)展，目前已報道多個染色體位點與POAG相關(guān)，如CAV1-CAV2，TMCO1，CDKN2B-AS1 及ARHGEF12[6-8]。近年來，3個團隊通過全基因關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)了三磷腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1 ,ABCA1)基因上游的遺傳變異與POAG高度相關(guān)[9-11]。ABCA1是ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運子(ATP binding cassette transporter ABC)超家族的成員， 1994年被發(fā)現(xiàn)后，其功能被廣泛研究。本文就ABCA1及其相關(guān)的信號通路蛋白在高眼壓癥及青光眼中可能發(fā)病機制的研究進展做簡述，為POAG進一步的遺傳研究提供理論參考。

1 ABCA1的概述

ABCA1是以ATP為能源的具有轉(zhuǎn)運膽固醇功能的一類膜整合蛋白。人類ABCA1基因定位于9q31，長度約149 kb，包含50個外顯子和49個內(nèi)含子。完整的人類ABCA1基因序列包含1 453 bp啟動子，有多個調(diào)節(jié)脂代謝的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點[12]。ABCA1基因編碼的蛋白質(zhì)是由2 261個氨基酸組成的相對分子質(zhì)量為254 kD的轉(zhuǎn)運體。在結(jié)構(gòu)上ABCA1蛋白具有2個跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)的對稱結(jié)構(gòu)和2個核苷酸結(jié)合區(qū)域(NBD1和NBD2)，核苷酸結(jié)合位點是ATP結(jié)合位點，由2個肽鏈組成，為跨膜轉(zhuǎn)運提供能量。每個跨膜部分有6個跨膜螺旋，在蛋白質(zhì)中間部分有1個高疏水性的調(diào)節(jié)域(RD)[13]。

ABCA1蛋白的主要功能是將細胞內(nèi)的膽固醇轉(zhuǎn)運至細胞外，在高密度脂蛋白膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運中起重要作用[14]。也有研究[15]表明，ABCA1通過多條信號途徑參與抗炎功能，如JAK2/STAT3通路及Toll樣受體等信號通路。此外，近來研究[9-10, 16]表明，ABCA1作為肝臟X受體(LXRs)的靶基因，可通過LXRs信號通路參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡；與POAG患者高眼壓的形成密切相關(guān)。ABCA1基本結(jié)構(gòu)模式圖[17]見圖1。

圖1. ABCA1基本結(jié)構(gòu)模式圖[17]

2 ABCA1在眼內(nèi)組織的分布

Gharahkhani等[10]用定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)證實ABCA1在人的眼部組織中廣泛表達，如虹膜、睫狀體、視網(wǎng)膜、視神經(jīng)、小梁網(wǎng)及Schlemms管細胞中都有表達。同時利用免疫標記發(fā)現(xiàn)，ABCA1蛋白表達于正常人的小梁網(wǎng)、視神經(jīng)和視網(wǎng)膜各層(如視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層、視網(wǎng)膜色素上皮層及光感受器細胞上皮層，在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層表達最豐富)。Duncan等[18]用免疫熒光顯微鏡技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)，小鼠的視網(wǎng)膜各層都有ABCA1的表達，在光感受器細胞層內(nèi)段表達量最高。Tserentsoodol等[19]研究表明，猴的視網(wǎng)膜ABCA1表達在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞、視網(wǎng)膜色素上皮層以及視桿細胞內(nèi)段。

3 ABCA1與青光眼關(guān)系

近年來許多臨床研究表明，ABCA1周圍的遺傳變異與POAG相關(guān)。孫興懷教授領(lǐng)銜的青光眼遺傳學(xué)研究小組與四川省人民醫(yī)院等單位合作，經(jīng)過多個階段，共有1 007例高壓眼型青光眼患者和1 009例正常人參與研究，經(jīng)過反復(fù)驗證，最終篩選出ABCA1基因附近的遺傳標記位點，并證實該基因變異與POAG，特別是高眼壓的表型密切相關(guān)[9]。Gharahkhan等[10]用全基因關(guān)聯(lián)研究納入1 155例青光眼患者和1 992例正常對照，并用meta分析證實ABCA1基因下游的遺傳變異位點與POAG密切相關(guān)。Hysi等[11]的研究同樣證實了ABCA1與POAG及高眼壓癥的相關(guān)性。

另外，一些動物實驗研究也揭示ABCA1參與POAG發(fā)病的可能機制。有研究[20]表明，ABCA1基因能影響神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞炎癥和變性的發(fā)生、發(fā)展，并且在DBA/2J青光眼小鼠模型中，ABCA1基因的轉(zhuǎn)錄水平與神經(jīng)節(jié)細胞凋亡相關(guān)。ABCA1參與POAG發(fā)病的機制目前仍不清楚，有待進一步研究。

4 ABCA1及其相關(guān)信號蛋白與高眼壓的關(guān)系

家系連鎖分析、全基因組關(guān)聯(lián)分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個基因與高眼壓癥密切相關(guān)，如CAV1、ARHGEF12、TGF-β和ABCA1[6, 8-9, 21]。以下總結(jié)目前ABCA1及與其相關(guān)聯(lián)的一些基因?qū)е卵蹓涸龈呖赡艿臋C制研究(圖2)。

4.1 ABCA1與Rho/ROCK信號通路 Rho是Rho家族中的小分子鳥苷三磷酸酶，屬于Ras超家族。通過其下游最主要的效應(yīng)分子Rho激酶或ROCK來調(diào)節(jié)細胞肌動蛋白骨架的重組、細胞黏附運動、神經(jīng)元的形成以及軸突的伸長等。有研究[22]表明，Rho/ROCK抑制劑可通過調(diào)節(jié)小梁網(wǎng)中肌動蛋白細胞骨架、細胞外基質(zhì)及Schlemms管內(nèi)皮細胞功能，從而降低眼壓。同時，抑制Rho/ROCK途徑可增加視乳頭血流量、維持視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的生存率及促進軸突再生[23]。Rho信號通路作為青光眼基因治療的潛在靶點得到廣泛研究，而近年發(fā)現(xiàn)Rho家族G蛋白CDC42可調(diào)節(jié)ABCA1介導(dǎo)的膽固醇流出[24]。 Nofer等[25]研究表明，ABCA1與CDC42相互關(guān)聯(lián)，CDC42可直接與ABCA1結(jié)合并相互作用。Kheirollah等[26]研究證實，在大鼠星形膠質(zhì)細胞中，ABCA1/CDC42/Rho激酶信號通路在apoA-Ι介導(dǎo)的細胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運和apoA-Ι介導(dǎo)的膽固醇流出中起重要作用。

4.2 ABCA1與ARHGEF12 Rho鳥苷交換因子12(ARHGEF12)在Rho/ROCK激酶信號通路中的重要作用是，能特異性催化與Rho結(jié)合的GDP和GTP進行交換，形成Rho-GTP,從而激活Rho并參與下游信號通路而發(fā)揮生物學(xué)功能[27]。Springelkamp等[8]用全基因關(guān)聯(lián)研究證實，ARHGEF12基因遺傳變異是POAG及高眼壓的危險因素之一。ARHGEF12可將報道過的一些POAG及高眼壓相關(guān)基因，如ABCA1、CAV1/CAV2和GAS7基因與遵循孟德爾遺傳規(guī)律的POAG基因，如MYOC、OPTN和WDR36相互聯(lián)系[8]。ARHGEF12能與ABCA1相互作用，通過激活RhoA阻止ABCA1蛋白凋亡，從而延長ABCA1蛋白的半衰期。ABCA1是細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運重要的膜整合蛋白，半衰期的延長能更好地發(fā)揮其生物學(xué)功能[28]。

4.3 ABCA1與TGF-β TGF-β是一類由多種組織細胞合成的多功能細胞因子，影響細胞的增殖、分化、黏附、周期、轉(zhuǎn)移和凋亡。TGF-β可促進細胞外基質(zhì)和成纖維細胞的增生，從而使小梁網(wǎng)的彈性及機械負荷發(fā)生變化，造成房水流出阻力增加和眼壓增高[29]。有研究[30]表明，TGF-β能通過激活核受體LXR信號通路明顯增加ABCA1基因的表達。也有研究[31]表明，TGF-β可通過增加ABCA1的表達促進巨噬細胞源性泡沫細胞膽固醇的流出。ABCA1的表達增加可能通過參與TGF介導(dǎo)的膽固醇代謝，引起細胞外基質(zhì)蛋白數(shù)量及質(zhì)量的比例失調(diào)，導(dǎo)致小梁網(wǎng)細胞外基質(zhì)蛋白的堆積，使房水引流阻力增加，從而參與青光眼發(fā)病[32]。其參與TGF-β信號通路致使青光眼發(fā)生、發(fā)展的具體機制還有待進一步的研究。

5 展望

多個臨床研究證實，ABCA1基因遺傳變異是高眼壓及POAG發(fā)病過程中重要的危險因素，但ABCA1參與POAG發(fā)病的機制尚不清。對ABCA1深入的基礎(chǔ)機制研究，不僅能明確其作用機制，為尋找更有效的青光眼治療手段提供一條新途徑，也能將報道過與POAG高度相關(guān)的基因及相關(guān)信號通路在青光眼發(fā)病過程的作用機制連成一個更加完整的體系，為發(fā)現(xiàn)更多與POAG相關(guān)的位點與基因，實現(xiàn)青光眼的基因篩查、基因診斷及治療提供可能。

圖2. ABCA1及其相關(guān)信號通路蛋白與眼壓調(diào)節(jié)關(guān)系