家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變致病基因的研究進(jìn)展

江華維，張利偉

0引言

家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變(familial exudative vitreoretinopathy, FEVR)是一種以視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)發(fā)育異常為特征的先天性遺傳疾病。1969年Criswick等[1]第一次報(bào)道此病。其臨床表型多種多樣，視網(wǎng)膜皺褶是FEVR主要而且典型的特征[2]。不同患者、不同家系以及同一患者雙眼之間的嚴(yán)重程度都可不一樣，其臨床異質(zhì)性較高。另外，Li等[3]研究發(fā)現(xiàn)FEVR患者的雙基因突變會比單基因突變更為嚴(yán)重。Poulter等[4]也報(bào)道了嚴(yán)重FEVR患者可能攜帶兩個(gè)突變等位基因，這表明突變的劑量會影響FEVR的表型。在FEVR患者中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)突變基因是參與Wnt信號通路中的FZD4、LRP5和TSPAN12以及Norrin-β-catenin信號通路中的NDP基因。有報(bào)道稱[5]LRP5、FZD4、ZNF408、TSPAN12、NDP或KIF11基因突變是38.7%中國FEVR患者的病因。FEVR病變可終生不斷進(jìn)展，患者需要終生隨訪監(jiān)測，而且這也是青少年視網(wǎng)膜脫離的最常見因素之一[6-7]。熒光素眼底血管造影(fluorescein fundus angiography, FFA)和基因篩查為FEVR的檢測和診斷提供重要依據(jù)[8-10]。全部FEVR患者中有一半患者不是上述基因突變導(dǎo)致的，說明還有未知的突變基因仍有待篩查鑒定。本文就目前發(fā)現(xiàn)的FEVR致病基因及其信號通路等方面進(jìn)行綜述，以期待能夠深入了解FEVR的發(fā)病機(jī)制及其相關(guān)信號通路，為后續(xù)FEVR的診斷、治療等提供一些新思路。

1 FEVR的發(fā)病機(jī)制和致病基因

1.1FZD4基因FZD4位于人染色體11q14.2，含有7 383個(gè)堿基。FZD4是Frizzled家族成員之一，其家族是由10個(gè)Frizzled受體組成。Frizzled家族成員屬于G蛋白偶聯(lián)受體，編碼細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的相關(guān)蛋白。Frizzled受體家族成員在腫瘤、心肌肥大、視網(wǎng)膜發(fā)育和精神分裂癥的發(fā)生中具有關(guān)鍵作用，此外在胚胎發(fā)育過程中也有重要作用。

FZD4基因所編碼的卷曲蛋白是由537個(gè)氨基酸構(gòu)成，是位于質(zhì)膜上的7次跨膜受體。在視網(wǎng)膜中，該蛋白與Norrin配體有特異性結(jié)合功能，Norrin配體與Frizzled4結(jié)合以激活正常血管形成過程中的Wnt信號通路，且Frizzled4富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域(cysteine-rich domain, CRD)在Norrin-Frizzled4結(jié)合中起關(guān)鍵作用。Wnt配體和受體是眼睛發(fā)育和眼部血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，Wnt信號參與調(diào)節(jié)眼睛的多個(gè)血管床，包括玻璃體血管的消退和視網(wǎng)膜血管結(jié)構(gòu)層的發(fā)育[11]；Wnt信號通路的功能缺失改變會引起人類罕見的遺傳性眼病如Norrie病、眼部血管缺陷的FEVR等。

Han等[12]在6個(gè)FEVR家族中發(fā)現(xiàn)，NDP和FZD4突變患者與正常家系成員相比，其NDP和FZD4活性至少降低了50%，最終，免疫沉淀表明FZD4突變可在不同程度上降低Norrin配體和Frizzled4的結(jié)合作用。FEVR的基因型-表型相關(guān)性復(fù)雜，F(xiàn)ZD4中的突變也許會導(dǎo)致多樣化和不對稱的表型[13]。Seemab等[14]認(rèn)為FZD4通過基因復(fù)制、序列分歧和蛋白構(gòu)象重塑的復(fù)雜模式獲得了新的功能或上位性，尤其是Frizzled4蛋白羧基末端區(qū)域的495～537位氨基酸可能對其正常功能和(或)病理生理學(xué)至關(guān)重要。Frizzled4蛋白的這一關(guān)鍵區(qū)域可能為人類視網(wǎng)膜血管疾病開發(fā)新型治療方法提供機(jī)會。

1.2LRP5基因LRP5基因位于染色體11q13.4，編碼Wnt共受體-低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(LRP5)，LRP5基因突變導(dǎo)致Wnt信號通路的破壞，會發(fā)生骨質(zhì)疏松以及視網(wǎng)膜血管缺陷疾病FEVR。Chen等[15]在研究Lrp5(-/-)小鼠視網(wǎng)膜中參與細(xì)胞間黏附、血管形態(tài)改變以及膜轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，緊密連接蛋白claudin5和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白slc38a5在Lrp5(-/-)小鼠視網(wǎng)膜中均高度下調(diào)，同樣包括Wnt7b在內(nèi)的幾種Wnt配體表達(dá)水平也下降。這表明LRP5調(diào)節(jié)并影響視網(wǎng)膜血管生成的多組基因。此外，LRP5和FZD4蛋白形成共受體復(fù)合物，一同參與并活化Wnt信號通路。Tian等[16]認(rèn)為單側(cè)周邊視網(wǎng)膜異常的鑒別應(yīng)包括對FEVR的考慮，一般更常見于LRP5基因突變。Ubels等[17]在實(shí)驗(yàn)中敲除大鼠LRP5基因，發(fā)現(xiàn)大鼠模型可發(fā)生低骨量、骨密度降低和骨大小減小等狀況。此外，LRP5缺陷大鼠視網(wǎng)膜淺層血管稀疏、排列紊亂，有廣泛的滲出，血管化面積、血管長度減少，證明Wnt信號通路在骨和視網(wǎng)膜發(fā)育中的重要作用。

1.3NDP基因NDP基因位于X染色體11.4。其編碼的Norrin是一種分泌信號因子，具有自分泌和/或旁分泌作用生長因子的結(jié)構(gòu)和功能特征。NDP基因參與視網(wǎng)膜血管的形成和神經(jīng)分化。

與NDP基因相關(guān)的FEVR病變是一組X染色體隱性連鎖疾病，其特征是視網(wǎng)膜的退行性和增生性改變，偶爾伴有不同程度的智力低下和感覺神經(jīng)性聽力喪失。NDP基因突變導(dǎo)致視網(wǎng)膜淺層的毛細(xì)血管生長受損和視網(wǎng)膜內(nèi)層血管的發(fā)育異常。除視網(wǎng)膜血管生長缺陷外，NDP基因敲除小鼠的內(nèi)耳還存在血管發(fā)育缺陷，與Norrie患者一樣，聽力喪失。但是Sudha等[18]研究發(fā)現(xiàn)完整NDP基因缺失的患者在其生命的前十年沒有表現(xiàn)出任何明顯的智力低下或感覺神經(jīng)性聽力喪失。NDP突變還可引起色素失禁癥(incontinentia pigmenti, IP)，IP患者的眼部改變與FEVR患者的視網(wǎng)膜脫離極其相似[19]。此外，El-Sehemy等[20]報(bào)道Norrin通過Notch和Wnt信號通路介導(dǎo)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的促進(jìn)和抑制作用，確定了Norrin在人類腦癌進(jìn)展中的重要作用。

Norrin與跨膜FZD4高親和力結(jié)合，與LRP5和TSPAN12輔助受體形成Norrin/FZD4復(fù)合物，激活Norrin-β-catenin信號通路。有研究表明RCBTB1基因也參與Norrin/FZD4復(fù)合物形成的過程，并推測RCBTB1是玻璃體視網(wǎng)膜病變致病基因[21]。另外，NDP、FZD4和LRP5這三個(gè)致病基因均參與Wnt信號通路，是其配體復(fù)合物，當(dāng)配體復(fù)合物與Wnt受體結(jié)合后，抑制β-catenin降解的信號通路被激活，β-catenin得以沉積在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，隨后進(jìn)入細(xì)胞核與相關(guān)細(xì)胞因子作用，最后使目的基因能正常表達(dá)。Wnt和Norrin-β-catenin信號通路很相似，均對正常的視網(wǎng)膜血管生成至關(guān)重要。

1.4TSPAN12基因TSPAN12基因位于人染色體7q31.31上，其編碼的四跨膜蛋白12是由305個(gè)氨基酸構(gòu)成，是四分子交聯(lián)體超家族。在視網(wǎng)膜中，四跨膜蛋白12和Norrin配體介導(dǎo)血管生成。Lai等[22]發(fā)現(xiàn)TSPAN12是一種Norrin共受體，并且通過其胞外循環(huán)與Frizzled4和Norrin作用，可放大Frizzled4配體的選擇性和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Savarese等[23]研究發(fā)現(xiàn)與TSPAN12突變相關(guān)的FEVR被認(rèn)為是常染色體顯性和隱性遺傳。Seo等[24]確定TSPAN12大片段缺失突變的患者比TSPAN12堿基置換突變的患者更常見，所以在FEVR的篩查和診斷中以及FEVR患者的常規(guī)基因檢查中，應(yīng)考慮TSPAN12大片段缺失和重復(fù)。Yang等[25]研究表明與TSPAN12突變相關(guān)的FEVR表型在一個(gè)家族內(nèi)的不同個(gè)體之間以及同一個(gè)體的雙眼之間均有很大的差異。Xu等[26]也報(bào)道TSPAN12基因突變導(dǎo)致的同一家族成員的疾病嚴(yán)重程度存在較大差異，TSPAN12基因突變引起的家族內(nèi)臨床異質(zhì)性強(qiáng)調(diào)了該基因突變表型-基因型相關(guān)性的復(fù)雜，此外在胚胎發(fā)育過程中還存在參與眼部血管化的其他遺傳和環(huán)境因素[27]。

1.5ZNF408基因ZNF408基因位于染色體11p11.2，編碼的鋅指蛋白408由720個(gè)氨基酸組成。Collin等[28]通過嗎啡啉誘導(dǎo)的斑馬魚ZNF408基因下調(diào)模型，揭示了視網(wǎng)膜和軀干脈管系統(tǒng)發(fā)育中的缺陷，ZNF408突變會導(dǎo)致人類異常的視網(wǎng)膜血管生成，并與FEVR相關(guān)。目前人們對ZNF408的分子作用以及其突變?nèi)绾螌?dǎo)致FEVR的臨床特征知之甚少。

此外，Habibi等[29]使用外顯子組測序證實(shí)ZNF408突變還是導(dǎo)致家族性視網(wǎng)膜色素變性的病因。Musada等[30]通過基因篩查顯示110例印度FEVR患者中FZD4(8.0%)、TSPAN12(5.4%)和ZNF408(2.7%)基因的突變頻率不同，表明它們在疾病發(fā)病機(jī)制中的潛在作用不同，觀察到的突變與疾病表型分離，并顯示出不同的表現(xiàn)型。Karjosukarso等[31]制成2個(gè)截短ZNF408的純合突變斑馬魚模型，1個(gè)模擬人H455Y的雜合突變模型以及1個(gè)純合錯義突變ZNF408模型，這幾個(gè)ZNF408突變的斑馬魚模型都表現(xiàn)出進(jìn)行性視網(wǎng)膜血管病理，最初的特征是受精5d后玻璃體血管發(fā)育缺陷，視網(wǎng)膜血管功能不全，其數(shù)據(jù)也證明了ZNF408在視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的發(fā)育和維持過程中起重要作用。

1.6KIF11基因KIF11基因位于人染色體10q24.1，其編碼的EG5蛋白是驅(qū)動蛋白家族成員之一，在增殖細(xì)胞中可見該蛋白的高表達(dá)。KIF11定位于有絲分裂期的紡錘體微管,在雙極紡錘體的形成和分離過程中起重要作用。

Ostergaard等[32]在2012年確定了小頭畸形、淋巴水腫、脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜發(fā)育異常個(gè)體中的KIF11突變，對上述患者的KIF11突變鑒定表明EG5參與視網(wǎng)膜和淋巴結(jié)構(gòu)的發(fā)育和維持過程。2a后，Robitaille等[33]研究表明FEVR與KIF11突變引起的小頭畸形，淋巴水腫和脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜發(fā)育異常疾病的表型重疊，并指出KIF11基因在視網(wǎng)膜血管發(fā)育中起作用，且可能與FEVR的發(fā)生有關(guān)。Li等[34]也發(fā)現(xiàn)KIF11基因突變引起一種少見的常染色體顯性遺傳病，即小頭畸形伴有或不伴有脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變、淋巴水腫或智力發(fā)育遲滯(microcephaly with or without chorioretinopathy, lymphoedema, or mental retardation, MCLMR)，而且并進(jìn)一步證實(shí)了先前的結(jié)論，即KIF11以常染色體顯性遺傳引起FEVR，同時(shí)還建議在未來的實(shí)踐中對FEVR患者進(jìn)行MCLMR特征的檢查，如小頭畸形、淋巴水腫等。

Chen等[35]在研究KIF11突變的9例FEVR患者的突變類型以及基因型與表型的相關(guān)性時(shí)，發(fā)現(xiàn)55.6%(5/9)患者致病突變?yōu)橐拼a突變，44.4%(4/9)患者突變?yōu)樾滦屯蛔儭?8.9%(8/9)患者KIF11突變有典型的FEVR表現(xiàn)。66.7%(6/9)先證者被檢測到有小頭畸形。另外，Birtel等[36]發(fā)現(xiàn)KIF11相關(guān)性視網(wǎng)膜疾病在個(gè)體間的表型上存在很大差異；進(jìn)行性視網(wǎng)膜變性也進(jìn)一步表明KIF11不僅在眼部發(fā)育中起作用，而且在維持視網(wǎng)膜的形態(tài)和功能過程中也有著重要作用。

1.7CTNNB1基因CTNNB1基因位于染色體3p21上，編碼β-連環(huán)蛋白，是一種黏附的連接蛋白，支持上皮組織各層之間的完整性并介導(dǎo)細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。β-連環(huán)蛋白是經(jīng)典Wnt信號中基因轉(zhuǎn)錄的最終介質(zhì)，其既參與細(xì)胞間的黏附連接，還影響很多種重要基因，這表明了該信號通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖中所起的重要作用。此外，CTNNB1也與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，在肝癌等其他腫瘤組織中都見到該蛋白的高表達(dá)。

先前的研究大多報(bào)道CTNNB1雜合突變是綜合征型智力障礙(intellectual disability, ID)和自閉癥障礙的病因。2016年Dixon等[37]首次報(bào)道了CTNNB1突變與FEVR表型相關(guān)的案例。在Panagiotou等[38]的研究中，發(fā)現(xiàn)CTNNB1突變可引起FEVR，并且FEVR可以是綜合征型智力障礙表型的一部分，這進(jìn)一步確定了β-Catenin信號在視網(wǎng)膜血管發(fā)育中所起的作用。有研究表明CTNNB1中的截短突變以常染色體顯性遺傳方式導(dǎo)致FEVR或Norrie疾??；CTNNB1、KIF11或NDP突變的患者可能具有相似或重疊的表型，但這一現(xiàn)象還需要進(jìn)一步研究[39]。Coussa等[40]報(bào)道了1例小頭畸形、輕度運(yùn)動發(fā)育遲緩且伴有FEVR的患兒，從臨床和遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)，CTNNB1突變是FEVR伴小頭畸形的罕見原因。

1.8JAG1基因JAG1基因位于20號染色體短臂上，JAG1是細(xì)胞表面的一種配體，在高度保守的Notch信號通路中起作用。Notch信號通路在細(xì)胞生長發(fā)育過程中有著至關(guān)重要的作用，此外，在許多器官系統(tǒng)中也都很常見。經(jīng)典的JAG1-Notch相互作用導(dǎo)致蛋白水解的級聯(lián)反應(yīng)，從而將Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，在細(xì)胞核中它起激活靶基因下游轉(zhuǎn)錄的作用[41]。JAG1突變與多種疾病有關(guān)，包括多系統(tǒng)疾病，如累及肝臟、心臟、骨骼、眼睛、面部、腎臟和脈管系統(tǒng)的Alagille綜合征[42](alagille syndrome)。此外，也發(fā)現(xiàn)JAG1的突變與多種類型的癌癥有關(guān)，如乳腺癌和結(jié)腸癌等。

Zhang等[43]報(bào)道了FEVR患者JAG1的3個(gè)雜合突變-c.413C>Tp.(A138V)、c.1415G>Ap.(R472H)和c.2884A>Gp.(T962A)，后續(xù)的檢測發(fā)現(xiàn)突變的JAG1蛋白JAG1-A138V和JAG1-T962A幾乎失去了所有活性，JAG1-R472H失去了大約50%的活性，并證明小鼠JAG1的缺失導(dǎo)致血管生成前沿的尖端細(xì)胞減少，血管生長受阻,從而導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管生成缺陷。先前報(bào)告的FEVR案例多由Wnt和Norrin-β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的4個(gè)核心基因NDP、FZD4、LRP5以及TSPAN12的突變引起。此研究表明，JAG1是Notch信號通路的重要配體，是一種新的FEVR候選基因，并指出了治療干預(yù)的潛在靶標(biāo)。Zeng等[44]研究表明癌細(xì)胞中JAG1的過表達(dá)促進(jìn)了小鼠新生血管形成和移植瘤的生長,也說明JAG1可能與血管生成過程中的促血管生成活性有關(guān)?；蛟S在疾病條件下抑制JAG1的表達(dá)可能抑制血管生長，這在腫瘤和新生血管疾病(如年齡相關(guān)性黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變和FEVR等)的治療中很重要。研究JAG1-Notch信號通路在FEVR發(fā)病機(jī)制中的作用對了解視網(wǎng)膜血管生成的潛在機(jī)制很有價(jià)值。

1.9CTNNA1基因CTNNA1基因定位于人染色體5q31上，編碼的α-連環(huán)蛋白在正常組織內(nèi)普遍表達(dá)，但是在很多腫瘤組織內(nèi)卻表達(dá)下調(diào)，和腫瘤的進(jìn)展及預(yù)后聯(lián)系緊密。CTNNA1基因是一個(gè)腫瘤抑制基因，有抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用，受表觀遺傳機(jī)制的調(diào)節(jié)。Zhu等[45]在2021年研究發(fā)現(xiàn)CTNNA1突變通過過度激活β-catenin通路和破壞細(xì)胞間黏附連接而引起FEVR。且通過外顯子測序確定了CTNNA1的3個(gè)雜合突變(p.F72S、p.R376Cfs×27和p.P893L)，并進(jìn)一步證明了是由于鈣黏素-連環(huán)蛋白復(fù)合物內(nèi)蛋白相互作用受損導(dǎo)致Norrin-β-catenin信號的過度激活，所以精確調(diào)節(jié)、激活β-catenin信號通路對視網(wǎng)膜血管發(fā)育至關(guān)重要，并且此研究為FEVR的發(fā)病機(jī)制提出了新的見解。

2總結(jié)與展望

綜上所述，F(xiàn)EVR對視功能的危害極大，我們得加以重視，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療。近年來新發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)致病基因，迄今為止共發(fā)現(xiàn)FZD4、LRP5、NDP、CTNNA1、TSPAN12、ZNF408、KIF11、CTNNB1、JAG1九個(gè)致病基因，對這些基因的功能以及所參與的信號通路均有一定的研究和了解。但依然有很大部分患者的致病基因不明確，其發(fā)生機(jī)制還不甚了解。然而好消息是目前可以使用產(chǎn)前遺傳學(xué)分析與超聲結(jié)合以及基因檢測等技術(shù)，可大大提高FEVR的診出率，預(yù)測高危嬰兒的出生預(yù)后。目前基因檢測以及治療等技術(shù)在快速發(fā)展，這將進(jìn)一步認(rèn)識以上基因在FEVR中的作用，以及發(fā)現(xiàn)更多相關(guān)致病基因，也將進(jìn)一步推進(jìn)對FEVR的認(rèn)識，為該疾病的治療和預(yù)防帶來可能。