施奈德結(jié)晶狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良的分子基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)展

陶俊峰，黃玉迪，張軍林，蘇振宏， 解舉民

施奈德結(jié)晶狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良(SCCD)是一種稀有的常染色體顯性遺傳病，其發(fā)病部位在眼角膜，伴有結(jié)晶狀沉淀，雙眼發(fā)病，家族遺傳性，男女患病幾率均等。臨床研究揭示角膜結(jié)晶狀混濁化成因是膽固醇、磷脂等脂質(zhì)在角膜上皮下和基質(zhì)中異常積累。SCCD的發(fā)生與UBIAD1基因突變后脂質(zhì)代謝異常有關(guān)，但是致病的分子機(jī)制未知。本文綜述了SCCD的發(fā)現(xiàn)發(fā)展歷史、發(fā)病分子基礎(chǔ)與臨床研究，為SCCD的診療以及致病分子機(jī)制的闡明提供參考。

0 引言

施奈德結(jié)晶狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良(Schnyder crystalline corneal dystrophy, SCCD；mendelian inheritance in man 121800，MIM 121800) 是一種稀有的常染色體顯性遺傳病。發(fā)病部位在眼部且多為雙眼發(fā)病。該病最早由法國(guó)眼科醫(yī)師van Went和Wibaut于1924年報(bào)道，他們?cè)谝粋€(gè)家族中發(fā)現(xiàn)8例患者，患者雙眼均表現(xiàn)出角膜混濁[1]。瑞士眼科醫(yī)生Schnyder于1927年、1929年與1939年先后闡明本病的臨床表現(xiàn)與遺傳特性，故此病被稱為SCCD[2-3]。Gillespie和Covelli 1963年報(bào)道了1例黑人女性患者，該患者具有典型的SCCD癥狀，患者父親、兄長(zhǎng)和妹妹同時(shí)患有此病，生化檢測(cè)發(fā)現(xiàn)他們均患有高膽固醇血癥[3]。有關(guān)SCCD疾病的文獻(xiàn)，前期主要為病例報(bào)道，以及血液生化檢測(cè)指標(biāo)，血脂、磷脂及膽固醇含量等。20世紀(jì)50年代后，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，檢測(cè)手段的不斷更新，SCCD的臨床表現(xiàn)被逐步闡明，該疾病的成因?yàn)榻悄ぶ兄|(zhì)異常積累，具體致病分子機(jī)制尚不明確。本文系統(tǒng)、全面的綜述了SCCD疾病的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展歷史，SCCD致病分子基礎(chǔ)與臨床研究。

1 SCCD的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

Riegel (1933年)，Cavara (1940年)，Verryp (1947年)，Sysi (1950年), Malbran, Paunessa 和 Vidal (1953年)，Glees (1957年)[4]，Laurent (1964年)，Bisson (1966年)，Winkelman (1968年)等分別報(bào)道了SCCD病例[5]。1968年，Bron等[6]眼科醫(yī)生報(bào)道了1例新發(fā)現(xiàn)的SCCD患者，患者家系第二代中兄妹二人均患有該眼病，先證者為哥哥。Bron團(tuán)隊(duì)跟蹤監(jiān)測(cè)3a發(fā)現(xiàn)該家族中SCCD患者同時(shí)伴有高血脂蛋白癥，同時(shí)對(duì)患者進(jìn)行了細(xì)致的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)患者尿液指標(biāo)正常，但是血檢發(fā)現(xiàn)患者的膽固醇、甘油三酯和磷脂水平明顯高于正常人，在不同的時(shí)間內(nèi)多次檢測(cè)該家系中患者，結(jié)果一致，對(duì)SCCD患者的臨床表現(xiàn)做了詳細(xì)的記錄，比如結(jié)晶狀沉淀在角膜的位置、大小、形狀、視力水平等，同時(shí)他們也綜述了從1924年發(fā)現(xiàn)該病始到1972年的所有SCCD病例，并附有大部分患者的個(gè)人信息與血脂檢測(cè)結(jié)果，他們推測(cè)SCCD疾病的發(fā)生與血脂異常相關(guān)[6]。Michaels[7]于1974年報(bào)道了1例SCCD患者，患者20a間眼角膜由斑點(diǎn)狀發(fā)展成為圓環(huán)狀針狀結(jié)晶沉淀，但是該患者的血脂未見異常。Thiel等[8]在IIa型常染色體顯性高脂蛋白血癥家系中，發(fā)現(xiàn)了1例19歲男性患者同時(shí)患有SCCD疾病，而且從1964年～1976年間角膜逐漸混濁化。Burns等[9]運(yùn)用14C標(biāo)記的膽固醇示蹤，發(fā)現(xiàn)全層角膜移植后，角膜中膽固醇含量比血清中高，證明角膜是膽固醇吸收和存儲(chǔ)的重要活性部位。Ingraham[10]發(fā)現(xiàn)SCCD患者隨時(shí)間延長(zhǎng)角膜混濁化加重，糾正了之前研究SCCD在患病后不會(huì)繼續(xù)發(fā)展的錯(cuò)誤，同時(shí)綜述了前人的研究結(jié)果，認(rèn)為只有部分SCCD患者會(huì)伴隨高血脂癥與高膽固醇血癥，而且這兩項(xiàng)指標(biāo)并不能用于確診SCCD疾病。Martin 等[11]使用定量生化檢測(cè)方法測(cè)得SCCD患者角膜的脂質(zhì)異常積累，主要包含磷脂、游離膽固醇和膽固醇酯，較之對(duì)照角膜，患者角膜中磷脂含量為23.6mg/gvs4.05mg/g，游離膽固醇 6.99mg/gvs0.52mg/g，膽固醇酯3.16mg/gvs0.26mg/g，因此Ingraham[10]推測(cè)SCCD的發(fā)病機(jī)制為角膜中脂質(zhì)代謝異常。Weiss[12]為了檢測(cè)SCCD患者角膜結(jié)晶化出現(xiàn)比率，自1987年始共收集33例SCCD患者并對(duì)患者做了全面的眼科檢查發(fā)現(xiàn)只有17例(51.5%)患者角膜中出現(xiàn)結(jié)晶狀沉積，而該疾病SCCD的稱法對(duì)眼科醫(yī)生而言是一種錯(cuò)誤引導(dǎo)，所以他們建議將該疾病重新命名為Schnyder corneal dystrophy (SCD)[12]。SCCD患者的臨床表現(xiàn)包括角膜混濁化、角膜老年環(huán)和膝關(guān)節(jié)外翻等，Battisti等[13]報(bào)道了1例SCCD患者血脂正常，但是皮膚和體外培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞中出現(xiàn)脂質(zhì)異常積累，可能由細(xì)胞內(nèi)膽固醇代謝異常導(dǎo)致。SCCD是一種典型的家族遺傳病，遵循孟德爾遺傳定律，其特點(diǎn)為常染色體顯性遺傳，推測(cè)該疾病的病因?qū)W基礎(chǔ)為基因缺失或突變。隨著分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，很多疾病的分子基礎(chǔ)被闡明，探尋SCCD疾病的分子基礎(chǔ)也成為科學(xué)問題之一。

2 SCCD的分子基礎(chǔ)

Takeuchi等[14]發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的人類cDNA分子，將其命名為B120。使用熒光原位雜交方法檢測(cè)到該基因定位于1號(hào)染色體p35～36.1，將該基因片段導(dǎo)入表達(dá)載體后，轉(zhuǎn)入Cos1，C3H/10T1/2和NIH/3T3細(xì)胞后，檢測(cè)到細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)了球形小泡，使用電子顯微鏡和免疫組化染色的方法鑒定該小泡為脂肪液滴。該結(jié)果證明B120基因與細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)代謝相關(guān)，在不同細(xì)胞(包括成纖維細(xì)胞)中過表達(dá)B120基因，可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積，出現(xiàn)脂肪小泡。眼角膜主要由成纖維細(xì)胞組成，所以B120基因的過表達(dá)可能與SCCD疾病產(chǎn)生相關(guān)[14]，該研究與之前另一篇關(guān)于SCCD疾病發(fā)生可能是特定基因遺傳紊亂造成的結(jié)論不謀而合[15]。隨著分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展，新技術(shù)和方法的不斷涌現(xiàn)，疾病發(fā)生與基因的關(guān)系被不斷闡明。Auw-Hadrich等[16]利用分子遺傳學(xué)的方法將眼角膜營(yíng)養(yǎng)不良疾病與基因關(guān)聯(lián)起來，他們將角膜營(yíng)養(yǎng)不良疾病做了區(qū)分：BIGH 3基因突變可以導(dǎo)致角膜前膜營(yíng)養(yǎng)不良，如Ⅰ型和Ⅱ型顆粒狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良，Ⅰ型和ⅢA型晶格狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良；9號(hào)染色體q34突變可以導(dǎo)致Ⅱ型晶格狀角膜營(yíng)養(yǎng)不良；16號(hào)染色體q22突變可以導(dǎo)致角膜斑點(diǎn)狀營(yíng)養(yǎng)不良；1號(hào)染色體p36突變可以導(dǎo)致 SCCD；20號(hào)染色體p11.2～q11.2突變可以導(dǎo)致施列丁后部多形性角膜營(yíng)養(yǎng)不良。該文章綜述了多種角膜營(yíng)養(yǎng)不良疾病的發(fā)生與基因的關(guān)系，為SCCD疾病病因?qū)W的闡明奠定了分子基礎(chǔ)。Riebeling等[17]報(bào)道了一個(gè)SCCD家系，該家系中66歲的母親患有SCCD、Ⅳ型高脂蛋白血癥和高膽固醇血癥，她的一個(gè)兒子患有SCCD和高膽固醇血癥同時(shí)伴有LDL-膽固醇含量升高。微衛(wèi)星分析發(fā)現(xiàn)患病兒子與非患病兒子在1號(hào)染色體p34.1～p36，D1S228標(biāo)簽附近含有不同的等位基因。因此推測(cè)SCCD的發(fā)生與D1S228標(biāo)簽附近基因異常有關(guān)。早在1995年Amanda等[18]分析了馬薩諸塞州中部?jī)蓚€(gè)瑞典-芬蘭后人家系，分析了基因組中300個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記，90%以上的基因組序列被排除，推測(cè)SCCD的基座位于1號(hào)染色體p34.1～p36之間，通過單體型分析最終推測(cè)SCCD的基座位于D1S2663和D1S228兩個(gè)標(biāo)簽之間16厘摩的間隔中。時(shí)隔8a后，同一科研團(tuán)隊(duì)Theendakara等[19]又收集了來自芬蘭、土耳其、德國(guó)和美國(guó)的13個(gè)家系并做了精細(xì)分析，揭示SCCD基座位于D1S244和D1S3153兩個(gè)標(biāo)簽之間1.58M堿基對(duì)內(nèi)，該結(jié)果進(jìn)一步縮小了SCCD基座在基因組中的定位，為篩選SCCD疾病的致病基因奠定了基礎(chǔ)。Aldave等[20]篩選了兩個(gè)家系SCCD基座區(qū)15個(gè)候選基因 (CORT,CLSTN1,CTNNBIP1,DFFA,ENO1,GPR157,H6PD,KIF1B,LOC440559,LZIC,MGC4399,PEX14,PGD,PIK3CD,SSB1)，印證了之前報(bào)道中的17個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點(diǎn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一批新的SNP位點(diǎn)，GPR157基因[c.795 C>T (Arg 218 Leu); c.811 C>T (Ala 223 Val)]，MGC4399基因[c.1024 G>C (Leu 277 Leu)]，和H6PD基因[c.754 A>C (Asp 151 Ala)]。但是Aldave等[20]分析的15個(gè)候選基因并不是SCCD的致病基因，這已經(jīng)排除了一半的候選基因，在剩余的基因中有2/3功能已知，本項(xiàng)工作為進(jìn)一步揭示SCCD致病分子基礎(chǔ)做了重要的指導(dǎo)。直至2007年，SCCD致病基因被發(fā)現(xiàn)，距離第一次報(bào)道該疾病已經(jīng)過了80多年。 SCCD的病因是角膜局部脂質(zhì)異常積累，在多數(shù)病例中發(fā)現(xiàn)血脂代謝紊亂。Orr等[21]在一個(gè)幾代人的大家系中利用精細(xì)定位分析推測(cè)1.3Mbp間隔中候選基因UBIAD1的突變是引起SCCD的分子基礎(chǔ)，并且在其他幾個(gè)SCCD家系中發(fā)現(xiàn)了UBIAD1基因突變，UBIAD1是一個(gè)異戊烯轉(zhuǎn)移酶，與載脂蛋白E相互作用，參與細(xì)胞內(nèi)的膽固醇代謝，其具體分子機(jī)制未知。Weiss等[22]分析了6個(gè)SCCD家系中患者的DNA樣本，排除了FRAP1、ANGPTL7兩個(gè)基因，發(fā)現(xiàn)了UBIAD1基因突變與SCCD相關(guān)，在其中的5個(gè)家系中發(fā)現(xiàn)了第102位氨基酸由天冬氨酰突變?yōu)榻z氨酸(N102S)，該結(jié)果與Orr報(bào)道的一個(gè)家系中UBIAD1突變一致，另外一個(gè)家系中第177位氨基酸由甘氨酸突變?yōu)榫彼?G177R)。UBIAD1基因編碼一個(gè)異戊烯轉(zhuǎn)移酶，參與體內(nèi)的膽固醇合成，SCCD的產(chǎn)生可能與角膜中膽固醇的異常積累有關(guān)。根據(jù)研究結(jié)果推測(cè)SCCD的發(fā)病原因?yàn)閁BIAD1基因突變，異戊烯轉(zhuǎn)移酶功能受損，角膜中膽固醇等脂質(zhì)代謝異常，導(dǎo)致脂質(zhì)在角膜中積累、沉淀或結(jié)晶化。SCCD的分子基礎(chǔ)經(jīng)過多位科學(xué)家多年的努力終于被闡明，這一發(fā)現(xiàn)為SCCD疾病治療與藥物研發(fā)提供了分子靶標(biāo)與參考。

圖1 患者為14歲男性，角膜上皮下局部弧狀結(jié)晶。

圖2 患者為28歲女性，角膜上皮下近環(huán)狀結(jié)晶。

圖3 患者為37歲男性，角膜中部薄霧化出現(xiàn)。

圖4 患者為40歲男性，角膜中部圓盤狀混濁化，弧狀類脂沉積。

圖5 患者為63歲女性，角膜上皮下結(jié)晶化，角膜呈彌散型薄霧化，有弧狀類脂。

圖6 患者為72歲女性，角膜混濁化嚴(yán)重，角膜中央外周薄霧化，弧狀類脂積累多。

3 SCCD的臨床表現(xiàn)與治療

3.1 SCCD的臨床表現(xiàn) SCCD是一種稀有的常染色體顯性遺傳病，其特點(diǎn)為連續(xù)性雙眼角膜混濁化，成因?yàn)槟懝檀?、磷脂等在角膜中的異常積累。大部分SCCD患者血脂、脂蛋白和膽固醇含量異常，但是角膜逐漸混濁化和結(jié)晶化與血脂并沒有直接關(guān)系[23]。臨床檢測(cè)發(fā)現(xiàn)約有54% SCCD患者角膜中有結(jié)晶狀沉淀，而另外46%的患者并不伴隨角膜結(jié)晶狀沉淀出現(xiàn)，所以國(guó)際命名委員會(huì)應(yīng)Weiss等[24-26]眼科學(xué)家的要求將SCCD更名為SCD(本文為避免混淆，統(tǒng)一使用SCCD)。化學(xué)方法檢測(cè)SCCD患者手術(shù)移除的眼角膜中膽固醇含量增加了10倍，磷脂含量增加了5倍，HDL中的載脂蛋白異常積累[27]。

SCCD的發(fā)病年齡可以劃分為3個(gè)階段：(1) 26歲及以下；(2) 26～39歲；(3) 40歲及以上。不同參考文獻(xiàn)對(duì)年齡劃分存在差異，還有一種劃分方式時(shí)間節(jié)點(diǎn)為23和38歲，目前發(fā)現(xiàn)最小的SCCD患者為17月齡[22]，最大為81歲，平均發(fā)病年齡為38.8±20.4歲[23, 25]。

SCCD的臨床表型為：(1)早期(≤26歲)：在角膜基質(zhì)上皮下中央位置出現(xiàn)結(jié)晶狀沉淀(圖1、2)[23]。(2)中期(>26～<39歲)：結(jié)晶狀沉積不斷積累，并出現(xiàn)薄霧化(圖3、4)[23]。(3)晚期(≥39歲)： 隨年齡的增長(zhǎng)，結(jié)晶化程度不斷加重，導(dǎo)致整個(gè)角膜混濁化(圖5、6)[23]。從角膜中結(jié)晶狀沉淀的積累，推知該疾病隨年齡增長(zhǎng)持續(xù)性發(fā)展，導(dǎo)致視力逐漸缺失，最終失明。約有4%的SCCD患者中同時(shí)伴隨膝外翻或叉型腿等表型[23, 28-29]。

3.2 SCCD的治療方法 SCCD患者的視力隨著年齡增長(zhǎng)逐漸喪失，40歲之前視力可以通過矯正達(dá)正常視力水平。40歲以后角膜混濁化加重，視力喪失程度加劇。SCCD患者主要通過穿透性角膜移植(penetrating keratoplasty, PKP)和光治療性角膜切削術(shù)(phototherapeutic keratectomy, PTK)方法來恢復(fù)視力[23, 30]，約有54%的患者會(huì)在50歲后，約有77%的患者在70歲以后借助穿透性角膜移植手術(shù)恢復(fù)視力[30]。

4 總結(jié)與展望

SCCD是一種稀有的常染色體顯性遺傳病，在男女中發(fā)病幾率均等，隨年齡增長(zhǎng)角膜混濁化加劇最后導(dǎo)致視力喪失，其原因?yàn)?號(hào)染色體短臂1p36區(qū)帶UBIAD1基因突變，導(dǎo)致角膜中膽固醇、磷脂等在角膜中異常積累[30]，目前在多個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn)了該病病例[3, 15, 20-21, 29, 31-35]。國(guó)內(nèi)眼科學(xué)者也報(bào)道過該病例，Jing等[29]報(bào)道在河南省發(fā)現(xiàn)了1例29歲女性SCCD患者，該患者同時(shí)伴有膝關(guān)節(jié)外翻。復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院張朝然團(tuán)隊(duì)也報(bào)道過一個(gè)患病家系，該家系中共有5例患者，其中有1例患者在臨床檢查中未發(fā)現(xiàn)角膜中結(jié)晶狀沉淀[36]。日本學(xué)者報(bào)道UBIAD1是人體內(nèi)的一種4-甲基萘醌合成酶[37]，該文章拓展了UBIAD1基因的功能，為進(jìn)一步揭示該基因在體內(nèi)參與的生理生化過程以及導(dǎo)致SCCD疾病的分子機(jī)制提供了參考。截止目前，有關(guān)SCCD的研究報(bào)道不足150篇，該疾病致病基因UBIAD1的功能研究正在逐步開展，為最終闡明SCCD的發(fā)病機(jī)制夯實(shí)基礎(chǔ)。