圓錐角膜一級親屬研究現(xiàn)狀

王亞文，任勝衛(wèi)，趙東卿

0引言

圓錐角膜(keratoconus，KC)是一種以角膜擴張、中央?yún)^(qū)角膜基質(zhì)變薄、呈圓錐狀突起為特征的角膜病變，常導(dǎo)致近視、不規(guī)則散光、輕度或重度視力下降[1-2]。一項包括來自15個國家5 000多萬人的Meta分析顯示，圓錐角膜的全球患病率為138/100 000[3]。該病通常于青春期發(fā)病，病變呈進行性發(fā)展，通常于患者30～40歲時停止進展[1]。由于發(fā)病年齡偏小以及視力較差，圓錐角膜患者經(jīng)常承受巨大的心理壓力以及經(jīng)濟負擔(dān)，生活質(zhì)量較差[4]。

圓錐角膜的確切發(fā)病機制尚不清楚，目前的研究表明，圓錐角膜的發(fā)生有明顯的遺傳傾向。圓錐角膜與其他遺傳性疾病相伴隨(如唐氏綜合征、馬凡綜合征等)和雙胞胎在圓錐角膜臨床表現(xiàn)方面的遺傳一致性均表明圓錐角膜具有遺傳基礎(chǔ)[5-6]。Kriszt等[7]通過家系共分離分析表明圓錐角膜是一種復(fù)雜的非孟德爾遺傳病。此外，Hashemi等[8]通過對403個家庭的研究發(fā)現(xiàn)圓錐角膜家族聚集性較高。多個研究發(fā)現(xiàn)圓錐角膜一級親屬患病率較高。上述研究均表明圓錐角膜的發(fā)生與遺傳因素密切相關(guān)，但是遺傳因素在該疾病發(fā)生中的作用機制尚不明確。

患者的一級親屬包括患者父母、同胞和子女。一級親屬對于遺傳性疾病的家族聚集性分析和多基因遺傳病的遺傳分析至關(guān)重要?；颊咭患売H屬的研究可幫助解答有關(guān)遺傳疾病的病因、遺傳方式、診療、預(yù)后及預(yù)防等問題，預(yù)估患者親屬特別是子女中該病的再發(fā)風(fēng)險，并對咨詢者的婚姻、生育及遺傳監(jiān)護等予以指導(dǎo)。本文就圓錐角膜一級親屬的臨床研究和遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀進行綜述，以期深入了解圓錐角膜的一級親屬人群臨床表現(xiàn)和遺傳特點，為研究圓錐角膜發(fā)生中遺傳因素與環(huán)境因素在疾病發(fā)生中的作用及其相互關(guān)系提供新的思路。

1圓錐角膜一級親屬的臨床研究現(xiàn)狀

1.1圓錐角膜一級親屬中圓錐角膜的患病率圓錐角膜的發(fā)生有家族聚集現(xiàn)象，目前越來越多的研究集中于圓錐角膜一級親屬中圓錐角膜的患病率。研究發(fā)現(xiàn)，中東地區(qū)圓錐角膜患者一級親屬中圓錐角膜的患病率較高。Shneor等[9-10]、Karimian等[11]、Besharati等[12]、Awwad等[13]和Kaya等[14]研究了以色列、伊朗、黎巴嫩及土耳其等中東地區(qū)的圓錐角膜患者一級親屬患病率，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)圓錐角膜患者一級親屬患病率為3.6%～27.9%。Kriszt等[7]發(fā)現(xiàn)匈牙利地區(qū)圓錐患者一級親屬患病率為7.6%。Lapeyre等[15]報道了法國地區(qū)圓錐角膜患者父母、同胞及子女中圓錐角膜的患病率分別為14%、10%、3%。Jordan等[16]和Steele等[17]報道了新西蘭和澳大利亞的圓錐角膜患者一級親屬患病率分別為12.4%和14.67%。Wang等[18]、Zadnik等[19]和Szczotka-Flynn等[20]報道美國地區(qū)圓錐角膜一級親屬患病率分別為3.34%、13.5%和17.8%。國內(nèi)Li等[21]評估了26例患者的48位父母的角膜地形圖發(fā)現(xiàn)父母中圓錐角膜的患病率為2.08%。以上研究表明，圓錐角膜一級親屬人群患病率為2.08%～27.9%[7,9-15,17-18,21]，遠高于普通人群中0.138%的患病率，提示圓錐角膜一級親屬是罹患圓錐角膜的高危人群，圓錐角膜的發(fā)生與遺傳因素密切相關(guān)。

1.2圓錐角膜一級親屬的病理生理學(xué)目前圓錐角膜的發(fā)病機制及病理生理學(xué)特點尚不明確，研究表明圓錐角膜一級親屬也存在與圓錐角膜患者類似的病理生理學(xué)改變。Ionescu等[22]研究發(fā)現(xiàn)圓錐角膜一級親屬淚液中IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10、IFN-γ和TNF-α的表達較對照組升高，這些炎癥因子的過度表達提示患者一級親屬可能存在局部炎癥改變，淚液生物標(biāo)記物的升高可能是一個潛在的危險因素。Kemp等[23]]對一個圓錐角膜家系的12位家庭成員進行了總血清免疫球蛋白E(總IgE)和特異性血清免疫球蛋白E(特異性IgE)水平的測定，發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患者的3個同胞總IgE和特異性IgE水平較高，表明總IgE和特異性IgE可能是指示圓錐角膜的一項免疫學(xué)指標(biāo)。Regueiro等[24]通過流式細胞術(shù)對27例圓錐角膜一級親屬的角膜和結(jié)膜上皮細胞中TLR2、TLR4表達進行了檢測，發(fā)現(xiàn)圓錐角膜親屬組角膜上皮細胞中TLR2的平均表達量以及結(jié)膜上皮細胞中TLR2、TLR4的表達量均顯著高于對照組。該研究認為角膜和結(jié)膜上皮細胞中TLR2和TLR4過表達可以監(jiān)測地形圖正常的一級親屬的早期眼部變化。Ozgurhan等[25]采用角膜共聚焦顯微鏡觀察了53名地形圖正常的圓錐角膜親屬的角膜顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，地形圖正常的親屬組前后表面角膜細胞密度較低、基質(zhì)神經(jīng)直徑較高。該研究表明圓錐角膜一級親屬在典型或細微的地形特征出現(xiàn)之前即有圓錐角膜早期顯微結(jié)構(gòu)的變化。

1.3圓錐角膜一級親屬臨床表現(xiàn)

1.3.1圓錐角膜一級親屬的形態(tài)學(xué)改變角膜形態(tài)學(xué)變化是圓錐角膜患者的重要臨床特征，研究發(fā)現(xiàn)一級親屬的角膜形態(tài)學(xué)也發(fā)生了相應(yīng)改變。Salabert等[26]、Morrow等[27]、Gonzalez等[28]評估了圓錐角膜一級親屬地形圖中的上下角膜曲率差值(inferior-superior dioptric asymmetry value, IS)，角膜中央曲率(central keratometry, CK)和雙眼角膜中央曲率的差值。Salabert等[26]研究發(fā)現(xiàn)，除了CK外，圓錐角膜親屬組的IS值和雙眼角膜中央曲率的差值與正常對照組相比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。Morrow等[27]和Gonzalez等[28]的研究發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患者親屬的地形圖上述量化指標(biāo)表現(xiàn)異常。Wang等[18]、Li等[29]分析了美國地區(qū)圓錐角膜患者一級親屬的角膜地形圖，發(fā)現(xiàn)沒有圓錐角膜臨床體征的圓錐角膜親屬組CK、IS、KISA%均高于對照組，結(jié)果提示圓錐角膜患者一級親屬發(fā)生圓錐角膜的風(fēng)險高于一般人群，存在異常角膜地形圖的親屬可能是亞臨床期圓錐角膜。Besharati等[12]評估了150例圓錐患者同胞的地形圖后發(fā)現(xiàn)，12.3%被診斷為圓錐角膜的患者同胞CK及IS相對較高。Kaya等[14]通過OrbscanⅡ?qū)A錐角膜患者一級親屬的角膜地形圖進行了研究，發(fā)現(xiàn)角膜中央厚度(central corneal thickness, CCT)、最薄點厚度(thinnest corneal thickness, TCT)、后表面高度值(posterior elevation, PE)在親屬組與對照組間存在明顯差異(P<0.05)。Steele等[17]采用OrbscanⅡ?qū)?0例圓錐角膜患者一級親屬進行了角膜地形圖的篩查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)45例一級親屬存在平均角膜曲率(mean keratometry, Km)、IS值或TCT中一個或多個參數(shù)的異常。Levy等[30]對圓錐角膜患者的89位一級親屬的角膜地形圖進行了分析，發(fā)現(xiàn)圓錐角膜一級親屬的3mm區(qū)域內(nèi)IS、角膜不規(guī)則散光差軸向較小角(the skewed radial axis index, SRAX)明顯偏高。

Kymionis等[31]發(fā)現(xiàn)IS、表面非對稱性指數(shù)(surface asymmetry index, SAI)、相對扇形區(qū)指數(shù)(opposite sector index, OSI)、圓錐角膜預(yù)測指數(shù)(keratoconus prediction index, KPI)、圓錐角膜概率指數(shù)(keratoconus probability index, KProb)、前表面高度(anterior elevation, AE)、PE等參數(shù)在親屬組和對照組間有顯著差異。Awwad等[13]對圓錐角膜患者的183例兒童一級親屬進行了角膜地形圖評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)13.7%兒童一級親屬至少有1眼KPI超過30%，21.9%兒童一級親屬至少有1眼KPI超過18.5%。Kriszt等[32]對圓錐角膜患者親屬進行了裂隙燈及角膜地形圖檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)30.8%的圓錐角膜患者親屬有Fleischer環(huán)，14.5%的圓錐角膜患者親屬有突出的角膜神經(jīng)。圓錐角膜親屬地形圖參數(shù)與臨床體征的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，CCT與Fleischer環(huán)呈顯著負相關(guān)，其他地形圖參數(shù)與Fleischer環(huán)均存在顯著正相關(guān)。這些相關(guān)性結(jié)果提示圓錐角膜患者親屬角膜較薄且不對稱。目前國內(nèi)關(guān)于圓錐角膜一級親屬的研究并不多，Li等[21]對48例圓錐角膜患者父母的角膜地形圖進行評估后發(fā)現(xiàn)，角膜最薄點厚度、角膜后表面高度、總偏差值(overall deviation of nor mality，Do)、最大厚度進展指數(shù)(maximum pachymetry progression indices, PPImax)和Ambrósio平均相關(guān)厚度指數(shù)(Ambrósio’s average relational thickness indices, ARTave)在圓錐角膜父母組與正常對照父母組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。該研究認為角膜地形圖檢查結(jié)果表明圓錐角膜親代擁有亞臨床期圓錐角膜的特征。

Levy等[30]發(fā)現(xiàn)在臨床上未受影響的圓錐角膜患者親屬中，J形(不對稱領(lǐng)結(jié)形)和Jinv形(J形的鏡像)比例過高。Kymionis等[31]分析了圓錐角膜家系中患者及正常親屬的角膜地形圖，發(fā)現(xiàn)在沒有圓錐角膜臨床體征的親屬中，53%的人至少有一眼存在不對稱領(lǐng)結(jié)伴無徑向傾斜軸的下方陡峭或下方陡峭這兩種異常模式的過度表達。這些發(fā)現(xiàn)補充了Levy等[30]的研究結(jié)果，支持圓錐角膜患者親屬中兩種異常模式的表達。Shneor等[9]發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患者親屬與正常對照相比，對稱性領(lǐng)結(jié)形狀合并有徑向傾斜軸、非對稱領(lǐng)結(jié)形狀合并徑向傾斜軸、非對稱領(lǐng)結(jié)形狀合并角膜下方曲率陡峭、非對稱領(lǐng)結(jié)形狀合并不規(guī)則散光等模式的比例顯著增高。Karimian等[11]對45例圓錐角膜患者的150名一級親屬的地形圖進行了分析，發(fā)現(xiàn)圓錐角膜患者親屬中最常見的角膜地形圖大多數(shù)為對稱型。這一發(fā)現(xiàn)與一般人群的報告相似。因為沒有對照組，該研究并沒有對這種角膜地形圖模式的重要性做出進一步的闡述。以上研究表明，圓錐角膜一級親屬人群中存在與圓錐角膜患者類似的角膜地形圖參數(shù)及地形圖模式的改變，這些改變提示圓錐角膜一級親屬可能是潛在的圓錐角膜患者。

1.3.2一級親屬生物力學(xué)改變研究表明圓錐角膜一級親屬人群的生物力學(xué)特點與正常人群存在差異。Kara等[33]使用眼反應(yīng)分析儀(ocular response analyzer, ORA)評估30例角膜地形圖正常的圓錐患者親屬的生物力學(xué)特點，得出圓錐角膜親屬的角膜遲滯性(corneal hysteresis, CH)、角膜阻力因子(corneal resistance factor, CRF)明顯比對照組低。Ionescu等[34]采用ORA評估了圓錐角膜患者一級親屬的生物力學(xué)特點，發(fā)現(xiàn)圓錐角膜親屬組中CH、CRF的平均值低于對照組，但高于圓錐角膜患者組。這說明了圓錐角膜患者一級親屬的角膜生物力學(xué)存在異常，提示圓錐角膜患者親屬存在圓錐角膜早期改變。但是來自法國的一項研究比較了圓錐角膜的一級親屬與正常人群的CH、CRF，并未發(fā)現(xiàn)兩組的生物力學(xué)特點有任何差異[15]。因此，圓錐角膜一級親屬中是否存在生物力學(xué)改變以及圓錐角膜的生物力學(xué)特點是否受遺傳因素影響并不能確定，需要進一步的研究去論證。

2圓錐角膜一級親屬分子遺傳學(xué)研究

目前圓錐角膜的遺傳方式尚不明確，有研究發(fā)現(xiàn)圓錐角膜的遺傳方式是常染色體顯性遺傳，但是伴有外顯率降低及可變表現(xiàn)度[17,26-28,35-38]。另有其他研究認為圓錐角膜是常染色體隱性遺傳[18]。而Kriszt等[7]對散發(fā)性圓錐角膜家系進行的復(fù)雜分離分析表明，圓錐角膜是一種復(fù)雜的非孟德爾疾病。隨著人們對圓錐角膜認識的加深以及疾病研究策略的轉(zhuǎn)變，圓錐角膜一級親屬相關(guān)分子遺傳學(xué)研究為了解圓錐角膜發(fā)生的遺傳機制提供了幫助。

2.1雙胞胎研究Hao等[39]通過對圓錐角膜雙胞胎家系的全外顯子組測序發(fā)現(xiàn)TUBA3D基因c.31 C>T突變是該家系的致病突變位點，進一步通過功能預(yù)測和體外細胞實驗發(fā)現(xiàn)TUBA3D突變蛋白不穩(wěn)定，并可引起人角膜基質(zhì)細胞基質(zhì)金屬蛋白酶表達增高、氧化應(yīng)激水平增強。隨后通過多組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)WNT16、CD248、COL6A2、COL4A3和ADAMTS3等基因變異可能通過影響膠原蛋白及細胞外基質(zhì)蛋白的表達從而導(dǎo)致圓錐角膜的發(fā)生[40]。Mishra等[41]對857對雙胞胎進行研究后發(fā)現(xiàn)PDGFRA基因附近的rs2114039位點與角膜曲率有顯著相關(guān)性。

2.2以家庭為基礎(chǔ)的研究患者一級親屬的親緣系數(shù)是1/2，研究該人群可以幫助確定圓錐角膜致病基因并進一步了解遺傳因素在圓錐角膜發(fā)生中的重要作用。

Bisceglia等[42]對來自意大利南部的25個圓錐角膜家庭133名個體進行全基因組連鎖分析，發(fā)現(xiàn)在染色體區(qū)域5q32-q33、5q21.2、14q11.2、15q2.32表現(xiàn)出最強的連鎖證據(jù)。Tyynismaa等[43]對20個芬蘭圓錐角膜家系進行連鎖分析，結(jié)果表明圓錐角膜的致病基因位于16q22.3-q23.1染色體區(qū)域內(nèi)。Li等[44]對67個圓錐角膜同胞對家庭進行了全基因組連鎖分析，在4、5、9、12和14號染色體上均發(fā)現(xiàn)與圓錐角膜連鎖的區(qū)域，進一步通過一個白人四代家系把該病致病基因定位于5q14-21，這一區(qū)域與LOX基因所在的5q23.2比較接近，提示LOX基因可能與圓錐角膜的發(fā)生有關(guān)。Bykhovskaya等[45]通過對圓錐角膜家庭進行GWAS進一步證實，LOX基因第四內(nèi)含子區(qū)的rs10519694及rs2956540位點與圓錐角膜的發(fā)生有較強的相關(guān)性。但這些位點與圓錐角膜發(fā)生的相關(guān)性并未在后續(xù)的研究中得以驗證，因此需要更進一步探究。Tang等[46]通過全基因組連鎖分析把1個圓錐角膜家系的致病基因位點定位于5q14.3-q21.1區(qū)域，Li等[47]通過對40個白人圓錐角膜家庭進行連鎖分析發(fā)現(xiàn)定位于該區(qū)域的鈣蛋白酶抑制蛋白基因(calpastatin，CAST)rs4434401位點與圓錐角膜的發(fā)生有關(guān)。

Tang等[48]在75個圓錐角膜家庭中未發(fā)現(xiàn)VSX1基因R166W突變，2個個體發(fā)現(xiàn)H244R雜合性突變；2個個體發(fā)現(xiàn)L159M雜合性突變。Saee-Rad等[49]通過26個伊朗圓錐角膜家系的測序研究發(fā)現(xiàn)VSX1上R166W和H244R兩個錯義突變在有圓錐角膜體征的家庭成員中共分離，但在沒有圓錐角膜體征的家庭成員中不存在此種情況，該研究結(jié)果表明R166W和H244R可能對圓錐角膜有致病影響。Chen等[38]通過對88個圓錐角膜家庭的測序研究發(fā)現(xiàn)了VSX1上的移碼突變c.758-765delTCAACTCC(p.L253Rfs*18)。一些研究認為VSX1中其他的突變?nèi)鏲.715 G>C(G239R)、L268H、Q175H、D144E可能是外顯率不完全或低表達的致病突變，在圓錐角膜中存在致病作用[50-53]。但也有一些研究持不同的觀點。Aldave等[54]的研究在單個病例中發(fā)現(xiàn)了VSX1基因的錯義變異p.(D144E)，隨后Liskova等[55]對該變異進行了Meta分析后認為VSX1基因的錯義變異p.(D144E)與圓錐角膜的發(fā)生無關(guān)。另一項Meta分析也沒有發(fā)現(xiàn)VSX1基因與圓錐角膜相關(guān)的證據(jù)[56]。以上研究結(jié)果的不同可能是由于突變在不同種族人群中的分布不同所造成的，需要進一步探討。Li等[57]在41個白人圓錐角膜家庭中也證實了COL5A1基因rs1536482、rs7044529位點可能通過影響圓錐角膜患者的中央角膜厚度而參與該病的發(fā)生過程。Lin等[58]在一個南印度三代圓錐角膜家系的10個受影響的個體中發(fā)現(xiàn)COL5A1基因上IVS50-4 C>G剪接位點突變，提示該位點可能通過影響外顯子的剪接從而導(dǎo)致該病的發(fā)生。

Vincent等[59]在11個圓錐角膜家系中發(fā)現(xiàn)ZNF469雜合子頻率和致病性變化的頻率增加，提示ZNF469參與圓錐角膜的發(fā)生過程。然而，隨后的兩項在歐洲人群中進行的病例對照研究表明該基因與圓錐角膜的發(fā)生無關(guān)[60-61]。另外，Davidson等[62]在11個圓錐角膜家系中也發(fā)現(xiàn)ZNF469基因上的罕見錯義變異與這些家系圓錐角膜的發(fā)生無關(guān)。Gajecka等[63]通過對18個厄瓜多爾圓錐角膜家系多位點的連鎖分析及單倍型分析將圓錐角膜發(fā)生的致病基因位點定位于13q32，深入研究發(fā)現(xiàn)定位于該區(qū)域DOCK9(dedicator of cytokinesis 9)基因的c.2262 A>C突變可能是其中一家系圓錐角膜發(fā)生的突變基因位點[64]。然而Karolak等[65]的研究發(fā)現(xiàn)DOCK9基因c.2262 A>C突變引起的DOCK9蛋白生物學(xué)特性改變可能與圓錐角膜的發(fā)生過程無關(guān)。目前還需要進一步的證據(jù)來證實DOCK9基因c.2262 A>C突變在圓錐角膜發(fā)生過程中作用。Udar等[66]在圓錐角膜家系156名未受影響的受試者中發(fā)現(xiàn)了SOD1基因第二內(nèi)含子區(qū)7bp的缺失，進一步探究發(fā)現(xiàn)該缺失可降低患者體內(nèi)SOD1的表達水平及活性，使得抵御氧化應(yīng)激的能力減弱，從而導(dǎo)致圓錐角膜的發(fā)生。但在其他的研究中并沒有發(fā)現(xiàn)SOD1與圓錐角膜的相關(guān)的證據(jù)[49-50,63]。Li等[67]在70個家庭的307名受試者研究中證實了rs4954218與圓錐角膜的相關(guān)性，表明位于RAB3GAP1基因附近的SNPrs4954218是圓錐角膜潛在的易感位點。但是Rong等[56]的Meta分析發(fā)現(xiàn)該位點與圓錐角膜的相關(guān)性較弱。因此，RAB3GAP1基因附近的SNPrs4954218與圓錐角膜發(fā)生之間的關(guān)系仍不清楚。Nowak等[68]在一個圓錐角膜家系的家庭成員中頻繁地觀察到中IL1RN基因c.214+242 C>T序列變異和SLC4A11基因c.2558+149_2558+203del54變異，表明這兩個基因可能與圓錐角膜家系的病因有關(guān)。Khaled等[69]在兩個圓錐角膜家系中發(fā)現(xiàn)了位于PPIP5K2基因磷酸酶結(jié)構(gòu)域的兩個新變異，以及PCSK1基因中一個潛在的功能性變異，通過細胞實驗和動物實驗發(fā)現(xiàn)PPIP5K2在正常角膜功能和圓錐角膜發(fā)病機制中有重要作用。

3小結(jié)

綜上所述，圓錐角膜具有重要的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，一級親屬是罹患圓錐角膜的高危人群。研究該人群的流行病學(xué)特點、地形圖異常改變及分子遺傳學(xué)改變可為探討該病發(fā)病機制的中遺傳作用提供一定的幫助。