高度近視的遺傳學(xué)研究進展

何雯雯 竺向佳 盧奕

(復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031)

高度近視( high myopia, HM) 是指屈光度超過-6.00 D或眼軸長度≥26 mm的一種屈光不正，常伴有一系列眼底改變，包括后鞏膜葡萄腫、近視性黃斑病變(如眼底萎縮、脈絡(luò)膜新生血管、近視性黃斑劈裂等)、視網(wǎng)膜周邊部變性等[1]。高度近視可伴有其他眼部并發(fā)癥，如白內(nèi)障、青光眼、視網(wǎng)膜脫離等，是致盲的重要原因之一[2-4]。對于49歲及以上的人群而言，高度近視者核性白內(nèi)障發(fā)病風(fēng)險是非高度近視者的3.3倍，而中高度近視者(≤-3.50 D)后囊下性白內(nèi)障發(fā)病風(fēng)險是其他人群的4.4倍[5]。高度近視的患病率在不同國家有所差異[6]，亞洲國家尤為突出[7]。在我國情況也不容樂觀:中小學(xué)生高度近視患病率約為1.9%～4.3%[8]，40歲以上者約為2.6%[9]。本文就高度近視的遺傳因素、遺傳學(xué)研究方法、遺傳方式和基因位點3方面進展加以綜述。

1 高度近視的遺傳因素

近視的病因非常復(fù)雜，現(xiàn)有的證據(jù)表明環(huán)境因素和遺傳因素均參與了近視的發(fā)生、發(fā)展，而兩者所發(fā)揮的具體作用仍不明確。環(huán)境因素包括近距離作業(yè)、閱讀習(xí)慣、較重的學(xué)業(yè)負擔、較少的戶外活動等[10]。許多家族聚集性研究[11]顯示，父母近視會增加兒童近視的風(fēng)險，表現(xiàn)出近視的遺傳易感性。Yap等[12]研究發(fā)現(xiàn)父母均無近視者，7歲兒童的近視患病率為7.3%，父或母有近視者患病率為26.2%，父母均近視者患病率為45%。值得注意的是，中低度近視(<-6.00 D)和高度近視的病因不同，Guggenheim等[13]通過估計近視遺傳度發(fā)現(xiàn)：同胞之間高度近視危險度似然比為20, 而低度近視僅為1.5。目前傾向于認為，中低度近視是多因素疾病，遺傳和環(huán)境因素共同發(fā)揮作用；而高度近視的病因中遺傳因素起著相當重要的作用，環(huán)境因素在其中的作用目前尚存在爭議[14]。

2 高度近視的遺傳學(xué)研究方法

2.1 基因連鎖分析 基因連鎖分析根據(jù)基因在染色體上呈直線排列，不同基因相互連鎖成連鎖群的原理，即應(yīng)用被定位的基因與同一染色體上另一基因或遺傳標記相連鎖的特點進行定位。迄今為止，絕大多數(shù)的連鎖分析都是以微衛(wèi)星為遺傳標記進行DNA的基因型分析[15]。Young等[16]最早應(yīng)用該方法獲得顯著成效，發(fā)現(xiàn)了位于18p11.31上的MYP2基因。此外，應(yīng)用此方法還發(fā)現(xiàn)了MYP5-12、MYP14-17以及MYP1917等位點，是早期高度近視遺傳定位的主要方法之一。

連鎖分析包括參數(shù)連鎖分析法和非參數(shù)連鎖分析法，前者主要適用于已知遺傳方式的單基因遺傳病的基因定位，存在假陽性的情況，需要選擇正確的遺傳模式，且受遺傳異質(zhì)性的限制；后者無需選擇遺傳模式，但容易產(chǎn)生基因分型錯誤等問題。

2.2 關(guān)聯(lián)研究 關(guān)聯(lián)研究是通過鑒定經(jīng)許多代傳遞后仍保留完好的相鄰近DNA變異之間的DNA片段，檢測在一個群體中疾病和等位基因的相關(guān)性是否存在。其主要的遺傳標記為單核苷酸多態(tài)性(SNP)。

早期的關(guān)聯(lián)研究主要是基于家系或病例對照的候選基因研究。Nürnberg等[17]首先報道了位于12q21-23上的MYP3基因。此外，應(yīng)用此方法還發(fā)現(xiàn)了CTNND2[18]及MYP20[19]等位點。

近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程的蓬勃興起，全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome wide association study， GWAS)為高度近視遺傳學(xué)研究帶來了新進展。GWAS通過提取病例組和對照組個體的基因組DNA，利用基因芯片進行全基因組SNP分析，用統(tǒng)計學(xué)的方法找出2組個體間有顯著不同的SNP位點，從而將疾病定位于這些SNP位點上，具有該SNP位點的基因即成為該病的“易感基因”。Nakanishi等[20]最早應(yīng)用此方法發(fā)現(xiàn)位于11q24.1上可能存在相關(guān)位點。此外，應(yīng)用此方法還發(fā)現(xiàn)了RBFOX1(16p13.3)[21]及一系列新的候選位點[22]。GWAS是基于常見疾病-常見變異(common disease-common variant，CD-CV)這一假說設(shè)計，正逐步取代早期的遺傳學(xué)研究方法，成為目前的主流。

3 高度近視的遺傳方式和基因位點

自1990年第1個高度近視相關(guān)位點MYP1報道以來，目前經(jīng)國際人類基因命名委員會批準，并已在《人類孟德爾遺傳》上有編碼的以MYP命名的高度近視基因位點共15個。研究者進一步對這些位點上包含的基因編碼序列進行掃描，初步排除了部分候選基因，并發(fā)現(xiàn)了一系列可能的候選基因。詳見表1。這些候選基因的發(fā)現(xiàn)可能對高度近視發(fā)病機制的明確有所裨益。

表1 高度近視基因位點和候選基因

注：AD為常染色體顯性；AR為常染色體隱性；N/A為無

3.1OPN1LW基因OPN1W基因編碼紅椎感光色素，該基因的缺陷可能與色盲中紅色盲有關(guān)。近年來有報道顯示，OPN1W基因是MYP1相關(guān)高度近視的候選基因。2015年Li等[25]通過全基因組測序觀察到MYP1上的OPN1W基因存在獨特變異，包括LVAVA單倍型和一個新的漂移突變，該變異與單純性和非單純性高度近視均有關(guān)。

3.2 轉(zhuǎn)化生長β誘導(dǎo)因子基因 轉(zhuǎn)化生長β誘導(dǎo)因子 (TGIF)基因是最早被作為MYP2相關(guān)高度近視的候選基因進入人們視線，其編碼的蛋白參與抑制9-順式維A酸依賴的RXRα轉(zhuǎn)錄的激活。Scavello等[42]對位于MYP2上的TGIF蛋白編碼序列和內(nèi)含子-外顯子結(jié)合序列的基因組DNA直接測序，發(fā)現(xiàn)存在21個TGIF多態(tài)性，然而尚未觀察到這些DNA序列的改變會影響疾病表型。Pertile等[43]在高加索人群中通過檢測2個包含TGIF基因的標記SNP，發(fā)現(xiàn)SNP與眼軸長度和角膜曲率間的關(guān)系并無統(tǒng)計學(xué)意義，說明TGIF基因可能并未在高度近視中發(fā)揮主要作用。TGIF基因與高度近視相關(guān)性有待進一步研究明確。

3.3 層粘連蛋白A基因 層粘連蛋白A基因(LAMA1)定位于MYP2，編碼層粘連蛋白的一個α亞基，是基底膜的重要組成部分，參與細胞黏附、分化、遷移、轉(zhuǎn)移及軸突生長等。Zhao等[44]通過基因型頻率分析發(fā)現(xiàn)位于LAMA1基因啟動子區(qū)域的SNP(rs2089760)多態(tài)性可能與高度近視有關(guān)，其發(fā)現(xiàn)為MYP2上的基因位點研究提供了新的方向。

3.4VIPR2、SNTB1基因VIPR2、SNTB1基因均定位于MYP4上，前者編碼血管活性腸肽受體2，在視網(wǎng)膜無長突細胞有表達，參與形覺剝奪性近視的發(fā)展[45]；后者編碼一種與肌營養(yǎng)不良相關(guān)的外周膜蛋白，屬于ABCA1結(jié)合蛋白，在膽固醇代謝中具有重要作用，而高膽固醇恰恰是眼底病等眼部疾病的重要危險因素[46]。Shi等[47]通過GWAS分析上海、香港地區(qū)、安徽、成都、溫州漢族人群共2 793例高度近視患者，進一步揭示了VIPR2和SNTB1基因與漢族人群高度近視易感性的關(guān)聯(lián)性。

3.5 I型膠原基因 Ⅰ型膠原基因(COL1A1)位于MYP5上，它編碼I型膠原的α1鏈。Ⅰ型膠原是構(gòu)成鞏膜膠原的主要成分，人類高度近視的發(fā)展與鞏膜變薄存在顯著的關(guān)聯(lián)[48]。Inamori等[49]通過比較日本人群中高度近視和非高度近視(中低度或無近視)之間COL1A1基因的SNP差異，發(fā)現(xiàn)有2個SNP與高度近視明顯相關(guān)，有力證明了COL1A1可能是MYP5相關(guān)高度近視的候選基因。然而，后續(xù)的一系列研究并未發(fā)現(xiàn)COL1A1基因與高度近視間的相關(guān)性。Nakanishi等[50]重復(fù)測量日本人群COL1A1基因的SNP，并未發(fā)現(xiàn)如Inamori等所述的陽性關(guān)系。同樣，Liang等[51]對中國臺灣地區(qū)人群研究、Metlapally等[52]對高加索人群研究以及Zhang等[53]對中國漢族人群研究均未取得陽性結(jié)果。有學(xué)者[54]對COL1A1基因與MYP5相關(guān)性進行Meta分析，進一步證明其SNP多態(tài)性可能與高度近視無關(guān)。COL1A1基因與高度近視相關(guān)性的明確尚需更多的證據(jù)。

3.6 成對同源異形盒轉(zhuǎn)錄因子6 隨著MYP7發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)的成對同源異形盒轉(zhuǎn)錄因子6(PAX6)基因作為高度近視的候選基因進入人們的視野。PAX6基因編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，參與眼部和身體發(fā)育[55]。一系列針對不同種族的研究，如Hewitt等[56]對澳大利亞家系的研究、Han等[57]對中國漢族人群的研究以及Miyake等[58]對日本人群的研究均再次證實了PAX6基因與高度近視的相關(guān)性。Ng等[59]認為PAX6基因的P1啟動子上AC和AG的多次重復(fù)序列與高度近視相關(guān)。最近Tang等[60]通過對相關(guān)研究進行Meta分析，發(fā)現(xiàn)PAX6基因可能與高度近視尤其是極高度近視相關(guān)，但在近視的發(fā)展中可能只發(fā)揮小部分作用。然而，PAX6與高度近視的相關(guān)性尚存在爭議，Dai等[61]對中國北方人群的研究認為PAX6基因與高度近視的形成無關(guān)。

3.7CTNND2基因CTNND2基因是MYP16的候選基因，編碼粘著連接相關(guān)蛋白，與大腦和眼的發(fā)育以及腫瘤的形成有關(guān)。Li等[62]對中國的1項GWAS研究和日本的1項隊列研究進行Meta分析后提出，CTNND2基因與高度近視有較強的相關(guān)性。Lu等[18]通過病例對照研究并分析SNP，進一步證實了CTNND2基因與高度近視的相關(guān)性。

3.8ZNF644基因ZNF644基因定位于MYP21上，其編碼的鋅指蛋白為一種轉(zhuǎn)錄因子，可能參與眼的發(fā)育。有學(xué)者[37]對來自中國高度近視家系中的2個發(fā)病者進行外顯子測序發(fā)現(xiàn)，MYP21上的ZNF644基因可能為高度近視的候選基因。Xiang等[63]深入對ZNF644突變譜探究發(fā)現(xiàn)該基因的5個高度保守的突變，包括3個錯義突變、1個同義突變和1個位于5′端非翻譯區(qū)的突變，進一步證明了ZNF644與高度近視相關(guān)，其突變可能在高度近視的遺傳學(xué)因素中發(fā)揮一定的作用。

4 其他候選基因

除了上述提及的定位于各MYP位點的基因外，人們還發(fā)現(xiàn)部分高度近視候選基因。近年來，針對其中的細胞色素C氧化酶組裝蛋白基因(SCO2)、胰島素通路相關(guān)基因及LEPREL1基因開展了較多研究。

4.1SCO2SCO2位于22q13.33，其編碼的蛋白質(zhì)一方面作為分子伴侶參與細胞色素C氧化酶的生物合成，后者在有氧氧化ATP產(chǎn)生過程中起著重要作用；另一方面作為銅代謝蛋白，銅的缺乏可導(dǎo)致鞏膜壁彈性增加。SCO2分布于視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜色素上皮和鞏膜[64]，可能參與高度近視的發(fā)展。Tran-Viet等[64]對一個美國歐洲裔家系中高度近視者進行外顯子測序，發(fā)現(xiàn)了SCO2上存在的一個提前的終止密碼子突變。

4.2 胰島素通路相關(guān)基因 胰島素通路包括胰島素(INS)、胰島素受體(INSR)、胰島素受體底物1(IRS1)、胰島素樣生長因子(IGF)及胰島素樣生長因子受體(IGFR)。胰島素作用于胰島素受體或胰島素樣生長因子，可對細胞增殖和眼軸的延長產(chǎn)生較大影響[65]。此外，胰島素通路可影響視網(wǎng)膜的代謝或功能[66]。

IGF-1多態(tài)性與高度近視的相關(guān)性最早是由Zhuang等[67]對中國人群的研究揭示，后續(xù)的研究對此相關(guān)性評價不一。Miyake等[68]對日本人群的一項隊列研究并未觀察到IGF-1多態(tài)性與高度近視存在顯著的相關(guān)性。最近Zhang等[69]的1項納入2 187例高度近視者和1 183例非高度近視者的Meta分析證實，IGF-1多態(tài)性的確與高度近視相關(guān)。此外，Liu等[70]對中國漢族人群進行多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)INS-IGF2區(qū)域和INSR基因多態(tài)性與高度近視顯著相關(guān)，證明胰島素信號通路的基因變異可能會增加高度近視的易感性。

4.3 皮屑蛋白基因 皮屑蛋白基因(LEPREL1)編碼的蛋白質(zhì)屬于脯氨酰羥化酶亞家族，該酶在膠原鏈裝配、穩(wěn)定和交聯(lián)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其突變可能與高度近視有關(guān)。Mordechai等[71]對一個常染色體隱性遺傳的家系研究發(fā)現(xiàn)，LEPREL1的10號外顯子突變可能與高度近視有關(guān)，該突變可使皮屑蛋白失活。Jiang等[72]對早發(fā)性高度近視的全基因組測序進一步證實了LEPREL1基因的突變與高度近視的相關(guān)性。

4.4 Ras蛋白特異性鳥嘌呤核苷酸釋放因子1 Ras蛋白特異性鳥嘌呤核苷酸釋放因子1(RASGRF1)基因編碼鳥嘌呤核苷酸交換因子，可促進Ras家族GTP酶的GDP/GTP交換，參與光感受器的突觸傳遞。該基因缺陷可導(dǎo)致嚴重的視網(wǎng)膜感光缺陷[73]。其后Hysi等[74]對上萬例歐洲人群及Qiang等[75]對上千例中國漢族人群的研究進一步證實了RASGRF1基因與高度近視及相關(guān)眼底病變的關(guān)聯(lián)性。

4.5 離子型谷氨酸受體基因 離子型谷氨酸受體基因(GRIA4)編碼離子型谷氨酸受體AMPA型亞基4，介導(dǎo)快速興奮性突出傳遞，在視網(wǎng)膜中廣泛分布，是視網(wǎng)膜光信號及正視化不可或缺的關(guān)鍵分子之一[76]。近期Verhoeven等[77]對40 000余例歐亞近視人群的GWAS研究，揭示該基因可能參與了近視的發(fā)生、發(fā)展。

5 展望

遺傳因素在高度近視的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，明確高度近視的遺傳機制對于高度近視的臨床干預(yù)和預(yù)后分析無疑具有重要意義。近年來隨著遺傳學(xué)研究方法和技術(shù)的不斷發(fā)展和改進，國內(nèi)外陸續(xù)出現(xiàn)一些令人振奮的研究報道，但由于高度近視存在遺傳異質(zhì)性和表型的復(fù)雜性，其遺傳學(xué)研究仍面臨巨大的挑戰(zhàn)，需要研究者們上下求索。