CYP1B1 基因與青光眼相關(guān)性研究進(jìn)展

李冉 張?zhí)熨Y

青光眼是一種進(jìn)行性視功能損傷疾病，疾病的進(jìn)展與病理性眼壓升高有關(guān)，屬于一種視神經(jīng)變異性疾病[1]。視神經(jīng)損害發(fā)病機(jī)制主要是機(jī)械學(xué)說(shuō)和缺血學(xué)說(shuō)，考慮該疾病與視神經(jīng)細(xì)胞凋亡及軸突變性有關(guān)，其原因可能是興奮性谷氨酸、自由基及氧化氮增加，生長(zhǎng)因子損耗或自身免疫性攻擊等繼發(fā)性損害因素。疾病主要由環(huán)境及遺傳因素導(dǎo)致，環(huán)境因素為病毒、寄生蟲及藥物等對(duì)胎兒造成的影響，占90%以上[2，3]；遺傳因素約占10%，與同系家族及近親結(jié)婚有關(guān)，表現(xiàn)為常染色體隱性遺傳特點(diǎn)[4]。青光眼的發(fā)病機(jī)制尚不明確，早期患者出現(xiàn)視野缺陷及視力水平下降，視神經(jīng)萎縮目前尚無(wú)有效的治療方式[5]。為改善患者的視力水平，使其終生保持有效視力，盡早診斷、盡早治療十分重要。對(duì)青光眼的致病機(jī)理進(jìn)行研究，可從源頭上對(duì)其進(jìn)行防治，提高治療效果。近幾年，研究者從分子遺傳學(xué)方面進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)CYP1B1 基因與青光眼的發(fā)病存在關(guān)聯(lián)[6]，現(xiàn)對(duì)兩者相關(guān)性研究進(jìn)行綜述，以期為臨床研究青光眼疾病的致病機(jī)理提供參考。

1 CYP1B1 基因結(jié)構(gòu)

CYP1B1 位于2p21-22，由三個(gè)外顯子及兩個(gè)內(nèi)含子組成，外顯子分別為371bp、1044bp 及3707bp，內(nèi)含子分別為390bp 及3032bp，編碼區(qū)為1629bp，轉(zhuǎn)錄子長(zhǎng)度為5.1kb，編碼區(qū)從第二外顯子開(kāi)始，其蛋白質(zhì)共由543 個(gè)氨基酸殘基組成，為一種膜結(jié)合蛋白，是細(xì)胞色素P450 中的唯一成員，蛋白C 端半側(cè)具有細(xì)胞色素保守序列，N 端含有疏水氨基酸殘端的跨膜區(qū)域，與其緊鄰的為鉸鏈區(qū)域，富含脯氨酸，該結(jié)構(gòu)具有保護(hù)跨膜區(qū)及胞質(zhì)區(qū)曲折柔韌性的能力[7]。細(xì)胞色素保守序列包含4 個(gè)螺旋束（D、I、L 及E 螺旋），J、K 螺旋，β片層1 及2，血紅素結(jié)合域及與該區(qū)域相鄰的區(qū)域，臨床認(rèn)為其具有參與血紅素結(jié)合的功能[8]。

2 CYP1B1 生物學(xué)功能

CYP1B1 基因在人體心、肺、腎及生殖系統(tǒng)中均可表達(dá)，而在眼部表達(dá)于角膜、睫狀體、虹膜及視網(wǎng)膜，其主要表達(dá)位置在睫狀上皮的非色素細(xì)胞[9]。此種基因在胎兒中的表達(dá)較成年人更高，在胎兒時(shí)期均可發(fā)現(xiàn)，可見(jiàn)其參與眼部組織的發(fā)育過(guò)程。CYP1B1 蛋白是一種酶，其參與眼前節(jié)發(fā)育，保證促進(jìn)眼睛發(fā)育的信號(hào)正常運(yùn)作，使得角膜透明性得到調(diào)節(jié)，促進(jìn)房水分泌。視黃酸可反映維甲酸信號(hào)情況，其對(duì)眼球等器官胚胎的形成起到調(diào)節(jié)作用，人體視黃酸分解及合成與CYP1B1 蛋白酶存在較大關(guān)聯(lián)，如CYP1B1 基因發(fā)生突變，維甲酸的平衡遭到破壞，不利于眼球發(fā)育，推斷發(fā)育型青光眼的致病基因與此有關(guān)[10,11]。褪黑激素也是CYP1B1 蛋白酶的底物，具有調(diào)節(jié)眼壓、促進(jìn)眼睛發(fā)育的作用，其表達(dá)與房水分泌及眼壓調(diào)節(jié)有關(guān)，如CYP1B1 基因發(fā)生突變，褪黑激素會(huì)不斷減少，使得代謝物堆積在前房，眼壓不斷升高，形成青光眼[12]。

3 CYP1B1 遺傳學(xué)分析

組織病理學(xué)研究認(rèn)為，青光眼與胚胎時(shí)期眼球發(fā)育不良有關(guān)，是由前房角和小梁網(wǎng)發(fā)育不良導(dǎo)致房水排出通道受阻，患者眼壓持續(xù)升高，進(jìn)而使眼球不斷擴(kuò)大引發(fā)的一種眼部疾病，為一種進(jìn)行性的視功能損傷疾病，青少年型青光眼患者年齡為3～30歲。嬰幼兒型青光眼患者是由其他眼部先天性疾病發(fā)展而來(lái)，出生時(shí)患兒可出現(xiàn)畏光、流淚的癥狀，角膜混濁、角膜擴(kuò)大、角膜后彈力層破裂及視乳頭凹陷擴(kuò)大[13]。青少年型青光眼早期無(wú)顯著癥狀，發(fā)病隱匿，疾病呈進(jìn)行性發(fā)展，病情嚴(yán)重，且眼壓呈進(jìn)行性增高。如果青少年視力水平在短時(shí)間內(nèi)迅速下降，應(yīng)懷疑青光眼的存在，需要臨床提高警惕。

目前，通過(guò)家族連鎖分析發(fā)現(xiàn)單純的先天性青光眼具有常染色體隱性遺傳特點(diǎn)，共找出與其相關(guān)的四個(gè)基因位點(diǎn)，即GLC3A、GLC3B、GLC3C 及GLC3D，也可能存在其他基因位點(diǎn)，已發(fā)現(xiàn)首位青光眼的致病基因，即CYP1B1 為GLC3A 位點(diǎn)上的致病基因，但GLC3B、GLC3C 及GLC3D 三個(gè)位點(diǎn)上目前尚未找到致病基因[14]。Lee 等[15]采用微陣列技術(shù)對(duì)基因組雜交技術(shù)進(jìn)行分析比較，研究對(duì)象為20 例韓國(guó)青光眼患者，并獲取其父母的全基因組外顯子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)25 個(gè)拷貝數(shù)發(fā)生變化，20 個(gè)出現(xiàn)明顯增加，5 個(gè)則減少，此25 個(gè)發(fā)生變化的拷貝數(shù)均不存在于以上臨床已研究出的四個(gè)基因位點(diǎn)上，也未發(fā)現(xiàn)任何與青光眼相關(guān)的目的基因，可見(jiàn)青光眼存在遺傳機(jī)制。原發(fā)性嬰幼兒青光眼的發(fā)生機(jī)制較為復(fù)雜，與CYP1B1 基因的錯(cuò)義、移碼有關(guān)，使得編碼的蛋白功能降低，甚至逐漸喪失，導(dǎo)致機(jī)體無(wú)法正常代謝。CYP1B1 基因集中在前部葡萄膜組織，主要位于睫狀上皮的非色素細(xì)胞，在小梁細(xì)胞中不存在，是臨床首個(gè)被鑒定出的有科學(xué)依據(jù)的原發(fā)性先天性青光眼致病基因[16]。

Sarfarazi 等[17]采用基因連鎖分析，從17 個(gè)土耳其家系中獲得一個(gè)青光眼的基因位點(diǎn)，即GLC3A，將其定位于2p21，其中11 個(gè)家系符合該位點(diǎn)，嬰兒均為雙眼發(fā)病，6 個(gè)月內(nèi)首診，未見(jiàn)其他先天異常疾病，均有患病的同胞，多數(shù)父母近親結(jié)婚。

4 CYP1B1 基因突變

CYP1B1 基因是青光眼的相關(guān)致病基因，研究發(fā)現(xiàn)，CYP1B1 基因突變與原發(fā)性開(kāi)角型青光眼的形成有關(guān)[18～20]。人類基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于CYP1B1 基因突變位點(diǎn)超過(guò)150 個(gè)，其中33 個(gè)位點(diǎn)突變均與原發(fā)性開(kāi)角型青光眼有關(guān)，所有的原發(fā)性嬰幼兒青光眼也可見(jiàn)以上突變位點(diǎn)，且發(fā)現(xiàn)早于原發(fā)性開(kāi)角型青光眼患者。有研究發(fā)現(xiàn)80%的家族性青光眼及33%的散發(fā)青光眼病例均由CYP1B1 基因引起[19]。有報(bào)道在20 個(gè)患有青光眼的近親婚配中發(fā)現(xiàn)，約一半家庭CYP1B1 基因突變與疾病表型共分離[20]。CYP1B1 基因突變主要發(fā)生在外顯子2、3 區(qū)，其他區(qū)的突變較少，CYP1B1 基因突變使酶活性降低，下降到某個(gè)閾值會(huì)激發(fā)青光眼，增加原發(fā)性開(kāi)角型青光眼的易感性。不同突變由于位置不同，產(chǎn)生效應(yīng)也不盡相同，CYP1B1 突變多位于富含脯氨酸的鉸鏈區(qū)，進(jìn)而影響分子折疊，使得復(fù)合物形成后的穩(wěn)定性受到影響，并使其對(duì)底物的作用造成不利影響[17]。

4.1 Y81NSuri 等[21]研究表明,攜帶一個(gè)CYP1B等位基因突變位點(diǎn)Y81N 可能會(huì)產(chǎn)生無(wú)義突變,發(fā)展為原發(fā)性開(kāi)角型青光眼。Y81N 突變位于螺旋束A，其與鉸鏈區(qū)域相鄰，該區(qū)域富含脯氨酸，而Y81N突變會(huì)導(dǎo)致相鄰組織遭到破壞，使得CYP1B1 蛋白酶活性降低，削弱其對(duì)底物的催化能力。CYP1B1蛋白酶催化內(nèi)源性底物能產(chǎn)生或消除代謝物，該種代謝物與機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)。內(nèi)源性底物由視黃醇類物質(zhì)、花生四烯酸及類固醇組成，其代謝路徑產(chǎn)生的信號(hào)與青光眼致病機(jī)制存在一致性。

4.2 A443G有關(guān)報(bào)道稱，非洲人群原發(fā)性開(kāi)角型青光眼患者常見(jiàn)A443G 突變位點(diǎn)，突變率為7%[22]，法國(guó)人更為頻繁，突變率為10%[23]，西班牙的高眼壓癥患者也出現(xiàn)A443G 突變情況，但患者用藥后眼壓得以控制，如未得到有效控制，A189P 及A330S 的突變可導(dǎo)致原發(fā)性開(kāi)角型青光眼疾病，A443G 為致病基因，其發(fā)生突變與患者的種族有一定關(guān)系，但環(huán)境因素對(duì)原發(fā)性開(kāi)角型青光眼的影響也不容忽視[24]。

4.3 E229KE229K 的位置與酶作用底物結(jié)合區(qū)域相近，在SRS2 活性部位的外周，受E229K 突變影響，蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后導(dǎo)致E229K 黏結(jié)在SRS2活性部位，使其對(duì)底物無(wú)法發(fā)揮正常作用，底物本身甚至直接影響蛋白的活性，這是E229K 突變使得CYP1B1 蛋白酶穩(wěn)定性發(fā)生改變進(jìn)而導(dǎo)致原發(fā)性開(kāi)角型青光眼發(fā)生的原因。

目前對(duì)于青光眼的病因病機(jī)尚無(wú)明確定論，疾病的發(fā)生需要考慮多方面因素。常飲咖啡、練瑜伽、演奏高亢樂(lè)器、打緊領(lǐng)帶及舉重等群體的眼壓普遍高于正常人[25～29]；同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)因素方面攝入過(guò)量高脂肪也是疾病的相關(guān)影響因素[30]；絕經(jīng)后使用雌激素也可能對(duì)青光眼的發(fā)病產(chǎn)生影響[31]。從遺傳學(xué)角度分析，表觀遺傳效應(yīng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的前提是DNA 序列未發(fā)生改變，進(jìn)而可知，青光眼患者基因突變?yōu)槭紕?dòng)因素，受外界環(huán)境因素的影響，表觀遺傳發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)基因表達(dá)起到調(diào)控作用。因此，可通過(guò)基因途徑尋找青光眼致病基因，選擇疾病治療方式。CYP1B1 基因與青光眼的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，是青光眼的相關(guān)致病基因，研究CYP1B1 基因及突變后的蛋白酶作用，可為臨床研究青光眼的發(fā)病機(jī)制提供參考，并為治療青光眼提供新的思路。