高度近視并發(fā)性白內障相關機制研究進展△

隗菱 盧奕 竺向佳

(復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031)

高度近視并發(fā)性白內障(highly myopic cataract, HMC)是一種高致盲風險的復雜白內障。高度近視是指眼軸>26 mm或度數(shù)在-6.00 D以上的近視性疾病，是我國45～59歲人群視力損傷的首要原因[1]。近年的研究[2-3]表明，高度近視會導致白內障早發(fā)，且疾病進展更為快速。由于許多臨床特征的不同，相較于年齡相關性白內障(age-related cataract, ARC)而言，HMC逐漸被認為是一個相對獨立的白內障表型，然而對其相關的機制研究目前缺乏系統(tǒng)分析總結。本文主要圍繞HMC的流行病學、發(fā)病機制的研究進展做一綜述。

1 HMC相關流行病學

相較于美國、歐洲等高加索人種而言，高度近視在亞洲的患病率較高[4]。高度近視在亞裔人群的患病率為6.8%～21.6%，而在非亞裔人群中只有2.0%～2.3%[5]。國內近期2項研究提示高度近視在中國15～25歲學生群體患病率很高[6-7]，呈現(xiàn)年輕化的趨勢。另一方面，有研究[8]預測從2000～2050年，高度近視的全球患病率可能提升3～4倍(2.7%～9.8%)。

許多研究提示高度近視與白內障的發(fā)病密切相關，且不同的白內障表型與高度近視的相關程度不同。一項基于340例患者的臨床觀察顯示，白內障早發(fā)的危險因素之一便是高度近視(12.4%)，其中，相較于其他危險因素(如糖尿病、高特應性、類固醇的使用等)，高度近視更易發(fā)生核性白內障[9]。伊朗2項基于不同屈光不正患病率及不同表型白內障的研究[10-11]提示，高度近視在中東患病率高，且核性白內障是其最主要的白內障表型。而美國的比佛丹眼科研究(The Beaver Dam Eye Study, BDES)和2項澳大利亞的藍山眼科研究(The Blue Mountains Eye Study, BMES)則提示了高度近視與后囊下型白內障和核性白內障的發(fā)生均密切相關[12-14]。一項基于7個橫斷面研究和1個病例-對照研究的meta分析結果顯示，近視與核性及后囊下型白內障的發(fā)生關系密切，而與皮質性白內障相關性不大[15]。可見，高度近視多并發(fā)核性白內障。

2 HMC相關發(fā)病機制研究

2.1 蛋白組學

2.1.1 晶狀體蛋白表達下調 有研究利用雙向凝膠電泳比較了HMC晶狀體和正常晶狀體之間蛋白質譜的變化，發(fā)現(xiàn)前者αA、αB-晶狀體蛋白含量明顯減少[16]。另一項研究也證實，在HMC組和ARC組的晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells，LECs)中均可觀察到可溶性αA、αB-晶狀體蛋白表達下降及其mRNA含量下降[17]。α-晶狀體蛋白是一種ATP依賴的小型熱休克蛋白，它除了具有分子伴侶活性外，還能保護細胞免受應激誘導的細胞凋亡、調節(jié)細胞生長和增強基因組的穩(wěn)定性，在保持晶狀體透明度和折射性能方面有重要作用[18-19]，其表達的下降可能是HMC的發(fā)病基礎。此外，有學者還觀察到高度近視患者前房β、γ-晶狀體蛋白含量降低，可能也與白內障的發(fā)生相關[20]，但其具體機制還尚不明確。

2.1.2 內質網未折疊蛋白反應的激活 α-晶狀體蛋白的功能之一是與受損的、未折疊的或錯誤折疊的蛋白質相整合[21]，一旦α-晶狀體蛋白的表達下降，那么隨之這些未折疊完全的蛋白質將會在內質網積累，從而導致未折疊蛋白反應(unfolded protein response, UPR)信號通路的激活。有研究[17]發(fā)現(xiàn)，在HMC組可觀察到UPR反應重要的分子伴侶GRP78表達的上調，并且觀察到其下游p-IRE1α/XBP-1通路、PERK/eIF2α/ATF4通路和ATF6通路的激活，說明晶狀體上皮細胞內質網發(fā)生的UPR反應在HMC的發(fā)生機制中起到重要作用。

2.1.3 氨基酸外消旋作用 有研究關注α-晶狀體蛋白中的氨基酸結構與HMC的關系。正常的α-晶狀體蛋白的L-天冬酰胺(L-Asp)殘基可通過琥珀酰亞胺中間體自發(fā)轉化為L-isoAsp、D-Asp和D-isoAsp異構體，從而在蛋白質中同時存在所有4種異構體[22]。研究[23]發(fā)現(xiàn)，在ARC的晶狀體中，α-晶狀體蛋白的L-Asp58外消旋作用轉化為D-isoAsp58的轉化率最高(31.89%)，而在HMC 的晶狀體中，L-Asp58外消旋作用轉化為D-Asp 58 異構體的轉化率最高(35.44%)，導致HMC晶體中D-Asp58含量升高，這一機制可能是促進HMC早期發(fā)生的原因。

2.2 氧化應激學說 有學者[24]將老年晶體提取物與還原劑培養(yǎng)之后，發(fā)現(xiàn)甘油醛3-磷酸脫氫酶的活性得以恢復，提示氧化損傷可能是晶狀體中酶活性部分喪失的原因，特別是對于那些具有必需巰基的酶。另一研究[25]發(fā)現(xiàn)，與ARC相比，晶狀體蛋白巰基水平的下降趨勢在糖尿病和近視并發(fā)性白內障患者的晶狀體中更為顯著，且在近視并發(fā)性白內障患者中觀察到巰基水平顯著下降的年齡段(60 ～ 70歲)早于ARC患者(70 ～ 80歲)，說明了蛋白巰基水平的下降與近視導致核性白內障早發(fā)的關系。2項研究提示，氧化應激損傷的增加可以導致含有巰基的酶類活性喪失，從而導致近視并發(fā)性核性白內障早發(fā)。

此外，有學者[26]發(fā)現(xiàn)在白內障的晶狀體中還原型谷胱甘肽(GSH)含量較低，而氧化型谷胱甘肽(GSSG)較高，且GSH的消耗在近視并發(fā)性白內障中更為顯著。另一研究發(fā)現(xiàn)，40歲患者的晶狀體外層與80歲的相比，乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase， LDH)和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase， GR)的活性并無差異，提示隨著年齡的增加，晶狀體合成這2種酶能力并無減少。但晶狀體的核心處，2種酶的活性卻隨年齡增加而減少，這一趨勢可能與化學變性和熱變性相關[27]，此發(fā)現(xiàn)可能說明了HMC為何多為核性白內障表型。

一種可能的解釋是，氧化應激損傷的增加可能與玻璃體的狀態(tài)密切相關。在正常人的眼球中，完整的玻璃體將晶狀體的后表面與視網膜的內表面分隔開來，可以維持晶狀體周圍的低氧環(huán)境[28]。既往研究顯示玻璃體切除術可能導致晶狀體代謝的改變，從而導致術后并發(fā)核性白內障[29]，其病理生理機制主要與術后氧化應激損傷的增加有關[30]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，高度近視患者并發(fā)玻璃體后脫離或玻璃體內腔隙形成的發(fā)生率較高，且高度近視患者早期即出現(xiàn)玻璃體液化(高度近視患者發(fā)生部分性玻璃體后脫離的年齡段比對照組早約12年[31])，且隨年齡的增加和眼軸的延長而進一步進展[32]，因此高度近視患者的晶狀體長期暴露于高于正常眼睛的含氧環(huán)境，氧化應激進一步累積，從而使LECs更易受到氧化損傷[33]。而晶狀體核區(qū)LDH、GR等酶的活性相較于晶狀體外周而言，更易隨著年齡增加而降低[27]，提示核區(qū)更易受到氧化應激等化學損傷，從而導致高度近視患者多并發(fā)核性白內障。

2.3 表觀遺傳學 α-晶狀體蛋白由2個亞單位αA和αB組成，分別由CRYAA和CRYAB基因編碼。本中心既往研究發(fā)現(xiàn)，在同一白內障分級(Lens Opacity Classification System Ⅲ， LOCS Ⅲ)評分下的ARC組和HMC組相比，后者晶狀體上皮CRYAA啟動子中CpG島的甲基化程度最高，且后者CRYAA基因的mRNA水平和蛋白質表達明顯低于前者。因此可以認為，通過CpG島的甲基化作用對CRYAA基因的啟動子進行下調，從而導致α-晶狀體蛋白表達降低，可能是HMC的發(fā)病基礎之一[34]。

由于αA-晶狀體蛋白有抗氧化應激損傷的作用，除了CRYAA基因之外，本中心還關注其他6種抗氧化基因(GSTP1,TXNRD2,NRF2,OGG1,TXN和TXNRD1)在HMC患者的表達情況。其中，HMC患者晶狀體上皮DNA甲基轉移酶1(DNMT1)的表達程度和GSTP1和TXNRD2兩種抗氧化基因的啟動子中的CpG島甲基化程度明顯高于ARC患者，而GSTP1和TXNRD2基因的表達水平低于ARC組。提示DNA甲基化水平介導的抗氧化基因的下調可能是HMC早發(fā)的原因[35]。

高度近視患者的氧化應激損傷增加，而抗氧化基因的表達下調，從而形成一個惡性循環(huán)。針對抗氧化基因的表觀遺傳學的研究理論是目前對HMC發(fā)病機制的最新進展。

2.4 遺傳學 外顯子組測序技術的出現(xiàn)，使得研究人員在臨床高度近視的遺傳家系病例里找到了更多有可能與其發(fā)病機制相關的基因。2項分別來自以色列和中國的研究，通過對2個有著常染色體隱性遺傳系譜圖的高度近視及并發(fā)早發(fā)性白內障家族進行外顯子組測序，結果都提示LEPREL1基因的純合突變可能與在高度近視和白內障早發(fā)中起到重要作用[36-37]。LEPREL1編碼一種脯氨酸羥化酶(prolyl 3-hydroxylase 2，P3H2)，它是參與多種膠原纖維(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ)轉錄后修飾的重要酶類[38]，但其具體如何參與高度近視和相關并發(fā)癥形成的機制尚待后續(xù)研究。由于基因突變率較低，遺傳學臨床病例較少，檢測到的突變基因較為局限，因此這一部分的研究成果較少。

2.5 眼內炎癥微環(huán)境

2.5.1 高度近視眼前房的炎癥微環(huán)境 有學者[39]發(fā)現(xiàn)，前房的MMP-2、TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3的含量隨著眼軸的延長而增加。在高度近視患者的前房中MMP-2含量顯著增加[40]。此外，有研究[41]分析ARC和HMC 2組術后患者前房微環(huán)境中的細胞因子，發(fā)現(xiàn)HMC組中前房的IL-1ra的表達明顯降低，MCP-1的表達明顯增加。在HMC中，IL-1ra的低表達可能導致對IL-1信號通路的抑制減少。MMP-2、IL-1和MCP-1都是炎癥和疼痛相關的細胞因子，其表達的增加說明HMC的前房處于前炎癥狀態(tài)。經過白內障手術，血-眼屏障被破壞，前房的前炎癥狀態(tài)被激活，從而可能導致一些炎癥相關術后并發(fā)癥的發(fā)生率增加，如囊袋收縮綜合征(capsule contraction syndrome， CCS)。

CCS以囊袋赤道部直徑縮小為特征，主要臨床表現(xiàn)為眩光、 復視、屈光不正、視功能障礙等[42]，是白內障術后一種少見的并發(fā)癥，但有報道稱其在高度近視[43]中高發(fā)，在高度近視患者中還可見術后雙眼CCS發(fā)病迅速的報道[44]。在針對HMC患者術后出現(xiàn)CCS的患者研究中，組織病理學分析顯示，高度近視患者術后收縮的前囊膜上有TGF-β2陽性的成纖維細胞樣的晶狀體上皮細胞增殖，且前房中TGF-β的表達較高[45]。另一研究發(fā)現(xiàn)，與同級別LOCS Ⅲ評分的ARC組相比，HMC組前房中TGF-β2的含量明顯增加，而LECs上其受體TGF-βRII的表達也明顯增加[46]。在既往的研究中，TGF-β2被認為是介導上皮細胞向成纖維細胞分化的重要炎癥因子[47]，在手術中由于需要將前囊膜撕裂打開囊袋，前房過表達的TGF-β2得以與LECs上的TGF-βRII受體結合，激活炎癥反應，使LECs分化，從而導致的上皮纖維化，可能是HMC患者更易并發(fā)CCS的原因。研究CCS高發(fā)病率的病理生理機制，有助于對高度近視前房炎癥微環(huán)境發(fā)病機制的理解和啟發(fā)。

2.5.2 高度近視眼玻璃體的炎癥微環(huán)境 有研究關注高度近視患者玻璃體中炎癥因子的表達，發(fā)現(xiàn)TGF-β含量與對照組相比并無顯著差別，但MMP-2的表達水平和活性水平均增加。該研究還發(fā)現(xiàn)玻璃體中MMP-2的水平與TGF-β的水平呈顯著正相關[48]，提示TGF-β通過轉錄上調MMP-2的表達這一通路可能在玻璃體微環(huán)境中激活。既往研究[49]顯示，在晶狀體囊袋處生長的LECs在應激狀態(tài)下能分泌MMPs，尤其以MMP-2、MMP-9為主。在人晶狀體上皮細胞系FHL-124中發(fā)現(xiàn)，激活的TGF-β2能上調MMP-2的基因及蛋白水平，從而誘導細胞外基質收縮。使用 MMP-2中和抗體處理的人囊袋可減少TGF-β2誘導的皺縮形成[50]。因此，高度近視患者玻璃體中TGF-β2介導的MMP-2的上調，可能導致細胞外基質增多及后囊袋收縮，從而導致CCS或后囊膜渾濁等術后并發(fā)癥更易發(fā)生。

3 總結與展望

本文對高度近視并發(fā)性白內障的流行病學、發(fā)病機制的研究進展進行了回顧及總結。大量文獻表明高度近視并發(fā)性白內障常具備3個特征，即早發(fā)、進展迅速和多為核性白內障。雖然對HMC發(fā)病機制研究還處于初級階段，其理論體系尚不完善，但近10年來，隨著對該疾病的關注度愈來愈高，其發(fā)病機制的研究取得了許多新進展，包括晶狀體蛋白的表達及氨基酸結構的改變、氧化應激損傷的增加及酶活性的改變、表觀遺傳學中抗氧化基因甲基化的程度、遺傳基因的突變和眼內炎癥微環(huán)境在術后被激活這5個部分。這些病理生理機制的最新研究進展都為高度近視并發(fā)性白內障的防治提供思路，使得在分子水平篩選和研究治療性藥物成為可能。