圓錐角膜的病因?qū)W研究進(jìn)展

劉婷婷 綜述，徐 梅 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科，重慶 400010)

圓錐角膜是一種進(jìn)行性角膜擴(kuò)張癥，具有遺傳和環(huán)境危險(xiǎn)因素的復(fù)雜疾病，特點(diǎn)是角膜中央部分變薄并以圓錐形的方式向前隆起，導(dǎo)致近視、不規(guī)則散光和視力障礙。圓錐角膜全球患病率為每100 000人中有138人[1]，通常發(fā)生在10～40歲，并影響患者余生[2]。目前，圓錐角膜的病因尚不清楚，包括遺傳、氧化應(yīng)激、炎癥、激素甚至污染等，其中遺傳是目前認(rèn)為的主要因素。

1 遺 傳

有研究表明，血緣關(guān)系是圓錐角膜的危險(xiǎn)因素，與非近親夫婦的孩子比較，一、二級(jí)親屬孩子患圓錐角膜的可能性是非近親夫婦的4倍[3]。目前，與圓錐角膜發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的眾多因素中遺傳易感性已被廣泛研究，在對單卵雙胞胎和異卵雙胞胎的多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，單卵雙胞胎在圓錐角膜的表達(dá)上具有更高水平的一致性[4]。此外，與一般人群比較，圓錐角膜患者親屬患該疾病的風(fēng)險(xiǎn)也有所增加，一級(jí)親屬圓錐角膜患病率是普通人群的15～67倍[5]。盡管在過去的幾十年里學(xué)者對圓錐角膜進(jìn)行了廣泛研究，但其遺傳病因仍不清楚，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)圓錐角膜與許多眼部或系統(tǒng)疾病有關(guān)，通過研究與其相關(guān)的基因探討圓錐角膜的遺傳學(xué)因素是目前的一大研究方向。

1.1視覺系統(tǒng)同源框1(VSX1)基因 VSX1基因是成對樣同源轉(zhuǎn)錄因子成員，位于染色體20p11～q11上，在胚胎顱面組織、成人視網(wǎng)膜和角膜中表達(dá)。VSX1基因編碼的同源蛋白與紅綠視覺色素基因簇的基因座控制區(qū)的核心結(jié)合，并可在胚胎發(fā)育過程中調(diào)節(jié)視錐蛋白基因的表達(dá)。然而，VSX1基因在角膜病中仍存在爭議，在受傷的角膜中或血清共培養(yǎng)模擬傷口愈合反應(yīng)時(shí)角膜細(xì)胞向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化并開始表達(dá)VSX1基因，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，與人類圓錐角膜相關(guān)的VSX1基因序列存在變異。在對中國的散發(fā)性圓錐角膜患者研究中，GUAN等[6]觀察到VSX1基因編碼區(qū)變異范圍內(nèi)增加了一個(gè)新的VSX1基因編碼區(qū)錯(cuò)義序列變異(p.Arg131Pro)，表明VSX1基因序列變異可能參與了散發(fā)性圓錐角膜的發(fā)病機(jī)制。但JEOUNG等[7]對首爾國立大學(xué)選取的圓錐角膜患者研究結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，VSX1基因及其氨基酸變化的突變在圓錐角膜的發(fā)病機(jī)制中沒有起主要作用。目前，尚不清楚VSX1基因的突變是否促成圓錐角膜的發(fā)病，可能是因?yàn)閂SX1基因的突變僅影響少數(shù)圓錐角膜患者，故尚需進(jìn)一步研究VSX1基因在圓錐角膜中的發(fā)病機(jī)制。

1.2超氧化物歧化酶1(SOD1)基因 SOD1基因位于21號(hào)染色體上，編碼SOD，該酶是一種主要的細(xì)胞質(zhì)抗氧化酶，可將超氧自由基代謝為分子氧和過氧化氫以防御氧毒性。迄今為止，人們普遍認(rèn)為，氧化應(yīng)激在圓錐角膜的進(jìn)展中具有關(guān)鍵作用；且21三體患者圓錐角膜患病率較同齡非21三體人群明顯增加[8]。因此，根據(jù)SOD1基因功能及染色體位置推測其在圓錐角膜的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用并對其進(jìn)行了許多研究。然而，尚未在圓錐角膜患者中發(fā)現(xiàn)SOD1基因的致病性突變，故目前尚不清楚SOD1基因是否在圓錐角膜發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。

1.3微小RNA-184(miR-184) miR-184是角膜和晶狀體上皮中表達(dá)最豐富的miRNA，但其表達(dá)僅限于角膜基底和基底上細(xì)胞層，并且突變位于種子區(qū)域，因此，極有可能影響miRNA的功能。HUGHES等[9]報(bào)道了北愛爾蘭家族miR-184種子區(qū)域內(nèi)雜合C到T的轉(zhuǎn)變(c.57c>T)，其中3代中18人受到白內(nèi)障相關(guān)圓錐角膜的影響。既往威爾默眼科研究所角膜遺傳學(xué)中心報(bào)道了在2例患有EDICT綜合征(角膜內(nèi)皮營養(yǎng)不良、虹膜發(fā)育不全、先天性白內(nèi)障和角膜基質(zhì)變薄)的家族中發(fā)現(xiàn)了相同的突變[10]。同樣，BYKHOVSKAYA等[11]在西班牙加利西亞的5代家族成員中也發(fā)現(xiàn)了miR-184 c.57C>T的突變，突變的個(gè)體患有先天性白內(nèi)障和不同的角膜異常，包括非擴(kuò)張性角膜變薄和嚴(yán)重的早發(fā)性圓錐角膜。LECHNER等[12]回顧性分析了780例圓錐角膜患者的臨床資料，發(fā)現(xiàn)其中2例圓錐角膜的種子區(qū)的2個(gè)雜合置換突變(+8C>A和+3A>G)。因此，無論是否存在晶狀體或角膜缺陷，miR-184的突變均與角膜病相關(guān)。

1.4鋅指蛋白469(ZNF469) ZNF469是一個(gè)外顯子基因，編碼由3 925個(gè)氨基酸殘基組成的413×103蛋白質(zhì)，可在角膜等多種組織中檢測到。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，ZNF469可能參與了轉(zhuǎn)化生長因子β通路，導(dǎo)致人角膜中膠原蛋白合成紊亂[13]。該基因中的純合功能喪失突變已被反復(fù)報(bào)道為脆性角膜綜合征的基礎(chǔ)，其特征是角膜極度變薄，容易自發(fā)破裂，表明ZNF469對角膜結(jié)構(gòu)完整性很重要。在新西蘭43例散發(fā)性圓錐角膜患者中23%存在ZNF469等位基因突變[13]。YU等[14]對53例漢族圓錐角膜患者進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，除1例攜帶ZNF469 和胞質(zhì)分裂作用因子9突變患者外，11.3%(6/53)的圓錐角膜患者存在ZNF469 6個(gè)潛在致病性新突變，表明ZNF469可能對漢族人群角膜疾病具有致病作用，并拓展了中國圓錐角膜的突變譜。然而，KAROLAK等[15]在對波蘭圓錐角膜患者進(jìn)行全外顯子組測序中沒有發(fā)現(xiàn)ZNF469序列變異的富集，認(rèn)為ZNF469的變異與圓錐角膜無關(guān)。同樣，LUCAS等[16]對澳大利亞歐洲裔圓錐角膜患者進(jìn)行測序得到了與KAROLAK等[15]相同的結(jié)論。與以往的研究結(jié)果相矛盾，因此，尚需更多的重復(fù)測序和進(jìn)一步的功能研究確定ZNF469是否與圓錐角膜的發(fā)病相關(guān)。

2 氧化應(yīng)激與炎癥

2.1氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是活性氧(ROS)積累的一種表現(xiàn)，可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞正常氧化還原狀態(tài)的紊亂，并通過自由基的毒性作用損害所有細(xì)胞成分，包括 DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。圓錐角膜會(huì)經(jīng)歷氧化應(yīng)激和組織溶解，從組織學(xué)角度看，圓錐角膜特征是角膜上皮基底膜的降解，膠原數(shù)量和密度、微原纖維和細(xì)顆粒物質(zhì)數(shù)量的減少，基質(zhì)層變薄及角膜基質(zhì)細(xì)胞的壞死凋亡。角膜基質(zhì)變薄與角膜細(xì)胞凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)的改變及多種酶的活性變化有關(guān)，這些酶參與活化降解酶并促進(jìn)細(xì)胞死亡，二者均由氧化應(yīng)激所致。LIU等[17]在兔模型圓錐角膜組中發(fā)現(xiàn)，與健康對照組比較，圓錐角膜組中與ROS相關(guān)的蛋白——血紅素氧合酶-1、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-2、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-4、核轉(zhuǎn)錄因子紅系相關(guān)因子2表達(dá)水平均顯著升高，提示圓錐角膜中存在氧化應(yīng)激和抗氧化蛋白的代償性激活，表明角膜基質(zhì)細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷在圓錐角膜發(fā)展中具有重要作用?？赏ㄟ^研究細(xì)胞的代謝，以及識(shí)別關(guān)鍵代謝物了解疾病的機(jī)制。

2.2炎癥 圓錐角膜通常被描述為一種非炎癥性疾病，因其并不表現(xiàn)出炎癥性疾病的典型臨床表現(xiàn)，即紅腫、發(fā)熱和疼痛。然而，即使沒有典型的炎癥表現(xiàn)，圓錐角膜患者淚液中高水平的炎性細(xì)胞因子的存在也引起了人們對這種角膜病理的非炎癥性質(zhì)的懷疑。LEMA等[18]發(fā)現(xiàn),圓錐角膜患者眼淚中白細(xì)胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)等炎性細(xì)胞因子表達(dá)水平升高，提出圓錐角膜的發(fā)病機(jī)制可能與慢性炎癥有關(guān)。TAURONE等[19]在病理角膜組織中也發(fā)現(xiàn)了TNF-α、IL-6水平增加，與LEMA等[18]研究結(jié)果一致。還有研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)展期圓錐角膜患者淚液IL-6水平高于穩(wěn)定期[17]。此外，有研究在圓錐角膜患者角膜組織的免疫組織化學(xué)染色中發(fā)現(xiàn)了圓錐角膜有巨噬細(xì)胞浸潤、白細(xì)胞沉積及樹突狀朗格漢斯細(xì)胞的定位[20]。同時(shí)，LOH等[21]發(fā)現(xiàn)，在圓錐角膜樣本中傷口愈合、神經(jīng)保護(hù)、血管生成和炎癥途徑被激活，為重新定義圓錐角膜為慢性炎性角膜疾病提供了理論依據(jù)。將圓錐角膜分類為炎癥病理學(xué)或炎癥相關(guān)病理學(xué)可能有助于指導(dǎo)未來的研究。

3 其他因素

3.1肥胖 ELIASI等[22]對579 946名16～19.9歲的猶太人進(jìn)行的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，與正常體重青少年比較，超重和肥胖青少年患圓錐角膜的可能性更大。而既往一些文獻(xiàn)報(bào)道了肥胖與圓錐角膜之間的關(guān)聯(lián)，主要是與阻塞性呼吸睡眠暫停(OSA)相關(guān)。1997年MCNAB[23]描述了OSA與眼部疾病存在關(guān)聯(lián)，而后在2013年P(guān)IHLBLAD 等[24]研究結(jié)果顯示，與健康者比較，圓錐角膜患者肥胖率明顯增高[52%(26/50)]，同時(shí)還發(fā)現(xiàn),24%(14/50)的患者既往診斷為OSA。肥胖人群中圓錐角膜的病理生理學(xué)尚不清楚，據(jù)推測肥胖可能會(huì)減少瞼板彈性蛋白，從而導(dǎo)致眼瞼皮膚變?nèi)?，繼而降低了眼瞼對角膜的保護(hù)功能。但問題是體重減輕或保持較低的體重指數(shù)是否可防止高危人群圓錐角膜的進(jìn)展尚需在分子及遺傳學(xué)水平進(jìn)一步探索肥胖人群圓錐角膜發(fā)生的病理生理機(jī)制。

3.2特應(yīng)性、揉眼和隱形眼鏡 特應(yīng)性是一種易患變應(yīng)性疾病的體質(zhì)或全身狀態(tài)，稱為過敏體質(zhì)或全身致敏狀態(tài)，包括濕疹、哮喘、過敏等，眾多作者支持特應(yīng)性與圓錐角膜有關(guān)[1,25-26]，但其與圓錐角膜的確切聯(lián)系尚不清楚，由于瘙癢或過敏反應(yīng)而過度用力地揉眼被認(rèn)為是圓錐角膜的可能原因。長期以來，人們一直在描述揉眼與圓錐角膜的關(guān)聯(lián)，認(rèn)為揉眼與免疫球蛋白E驅(qū)動(dòng)相關(guān)，是使疾病惡化和發(fā)展的相關(guān)危險(xiǎn)因素之一。有研究表明，摩擦角膜對上皮造成的微創(chuàng)傷會(huì)造成MMP-1、MMP-13水平升高，其由上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞及炎癥介質(zhì)(包括IL-6和TNF-α)所分泌，這些因子的釋放參與了圓錐角膜的進(jìn)展過程，這些過程還包括由于IL-1水平增加及隨后的基質(zhì)體積減小而導(dǎo)致的角膜細(xì)胞凋亡[27]。ZHANG等[28]探討了機(jī)械壓迫(類似于揉眼誘導(dǎo)的壓迫)對人角膜成纖維細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)、增殖、凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)合成和降解的影響，結(jié)果顯示，壓縮應(yīng)力顯著影響角膜基質(zhì)細(xì)胞，這種機(jī)械效應(yīng)可能與慢性揉眼相關(guān)的圓錐角膜有關(guān)。SAHEBJADA等[29]對發(fā)表的有關(guān)揉眼與圓錐角膜的6項(xiàng)研究進(jìn)行了薈萃分析，結(jié)果顯示，揉眼與圓錐角膜存在一致性。但尚需要進(jìn)一步研究解決這種揉眼與其誘發(fā)、持續(xù)進(jìn)展和圓錐角膜嚴(yán)重程度的復(fù)雜關(guān)系。除揉眼外，另一個(gè)導(dǎo)致圓錐角膜發(fā)生的重要機(jī)械性因素可能是側(cè)臥或面朝下睡覺時(shí)枕頭或手直接對眼瞼施加了壓力。MAZHARIAN等[30]在33例單側(cè)或高度不對稱圓錐角膜患者中發(fā)現(xiàn)，劇烈的揉眼和不對稱的睡眠姿勢與單側(cè)或高度不對稱圓錐角膜有關(guān)，將來可作為危險(xiǎn)因素對其進(jìn)行調(diào)查。隱形眼鏡對圓錐角膜的發(fā)展作用仍存在爭議，大多數(shù)患者需要佩戴硬性角膜接觸鏡以獲得視功能，然而，美國愛荷華城的一項(xiàng)回顧性研究結(jié)果顯示，隱形眼鏡的佩戴與圓錐角膜的發(fā)展存在關(guān)聯(lián)，認(rèn)為長期佩戴隱形眼鏡是導(dǎo)致圓錐角膜的一個(gè)因素，提出鏡片引起的角膜摩擦可能會(huì)促進(jìn)圓錐角膜[31]。盡管角膜接觸鏡與圓錐角膜進(jìn)展的確切聯(lián)系尚不清楚，但間接證據(jù)表明，長期佩戴接觸鏡會(huì)促進(jìn)角膜細(xì)胞凋亡，可能是通過促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)的[32]。

3.3紫外線暴露 圓錐角膜在世界各地的流行情況并不相同，在氣候炎熱、陽光充足的中東國家及印度部分地區(qū)的發(fā)病率相對較高，而在北歐、烏拉爾地區(qū)、美國北部、日本的流行率很低[33]。紫外線是ROS的來源，過度暴露于陽光下會(huì)導(dǎo)致角膜的氧化損傷，包括3類醛脫氫酶及去除ROS所需的歧化酶在內(nèi)的酶的數(shù)量減少。NEWKIRK等[34]進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，暴露于紫外線的小鼠表現(xiàn)出間質(zhì)膠原蛋白變性和間質(zhì)變薄，角膜細(xì)胞明顯減少。然而，需指出的是，紫外線輻射可誘導(dǎo)角膜膠原的交聯(lián)，從而減輕疾病的發(fā)展或進(jìn)程。紫外線交聯(lián)是非常成功的，是已獲得美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)的圓錐角膜治療程序，這使紫外線病因?qū)W變得不太可能。因此，在將紫外線視為危險(xiǎn)因素之前尚需進(jìn)一步探討其與圓錐角膜的因果關(guān)系。

3.4激素 圓錐角膜患者甲狀腺功能障礙患病率高于一般人群[35]，與健康者比較，圓錐角膜患者淚液甲狀腺素水平及角膜基質(zhì)細(xì)胞甲狀腺素受體水平均更高，暗示甲狀腺素在圓錐角膜的病理生理中的關(guān)鍵作用可能是由甲狀腺素受體所介導(dǎo)[36]。但研究尚未發(fā)現(xiàn)圓錐角膜與自身免疫性甲狀腺疾病的聯(lián)系，在甲狀腺功能減退患者中也未發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患病率的增加。BASSIOUNY 等[37]在對50例甲狀腺功能障礙患者研究中發(fā)現(xiàn)，中央角膜厚度、最薄厚度均與血清促甲狀腺激素水平呈正相關(guān)，而與血清游離甲狀腺素水平呈負(fù)相關(guān)，非自身免疫性甲狀腺功能障礙患者中央角膜厚度、最薄厚度、垂直偏差均顯著低于自身免疫患者。人類角膜中存在雌激素和雄激素受體，但其作用尚不明確。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，激素失衡促進(jìn)了圓錐角膜的發(fā)生、發(fā)展[38]。AYAN等[39]對30例計(jì)劃進(jìn)行角膜膠原交聯(lián)的圓錐角膜患者和20例因屈光不正而準(zhǔn)備使用準(zhǔn)分子激光治療的圓錐角膜患者進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在mRNA表達(dá)上圓錐角膜患者角膜上皮中雌激素α和雄激素受體的表達(dá)率顯著升高，但未能顯示相應(yīng)的蛋白水平的增加。KARAMICHOS 等[40]對來自圓錐角膜和健康對照的角膜基質(zhì)細(xì)胞及人類上皮細(xì)胞的促性激素相關(guān)標(biāo)識(shí)物進(jìn)行了研究，首次揭示了圓錐角膜中促性腺激素及其受體的存在，表明人類角膜能對促性腺激素做出反應(yīng)，但目前尚不清楚這些受體在人類角膜中的作用，仍需進(jìn)行多中心大樣本研究確定激素與圓錐角膜的關(guān)系。

3.5污染物 既往已有一些文獻(xiàn)將污染作為圓錐角膜的危險(xiǎn)因素，GORSKOVA等[41]于1998年進(jìn)行的一項(xiàng)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，在城市和污染更嚴(yán)重地區(qū)患圓錐角膜的風(fēng)險(xiǎn)是農(nóng)村地區(qū)的5倍。JURKIEWICZ等[42]發(fā)現(xiàn)，細(xì)顆粒物似乎是圓錐角膜的新興危險(xiǎn)因素，其可能通過加劇現(xiàn)有的危險(xiǎn)因素(如特應(yīng)性和揉眼)間接發(fā)揮作用，也可能通過增加上皮細(xì)胞凋亡并直接與基質(zhì)膠原結(jié)構(gòu)相互作用而對角膜產(chǎn)生直接作用。未來的體內(nèi)外研究對更好地了解污染是如何影響圓錐角膜的發(fā)展是必要的。

4 小 結(jié)

圓錐角膜的病因復(fù)雜，有時(shí)相互矛盾，其病理生理學(xué)機(jī)制尚不清楚。遺傳學(xué)研究結(jié)果顯示，圓錐角膜有多個(gè)可能涉及的基因，包括VSX1、SOD1、miR-184、ZNF-469等。同時(shí)，圓錐角膜患者淚液及病理組織中炎性細(xì)胞因子增加、白細(xì)胞沉積均支持圓錐角膜中存在眼表炎癥，動(dòng)物模型研究表明，氧化應(yīng)激損傷在圓錐角膜發(fā)展中具有重要作用，且肥胖、揉眼、紫外線、激素、污染物等環(huán)境因素均可能影響圓錐角膜的發(fā)生、發(fā)展，進(jìn)一步研究圓錐角膜的病因及了解決定圓錐角膜發(fā)展的潛在病理生理機(jī)制是預(yù)防、識(shí)別和制定治療方法的關(guān)鍵。