原發性閉角型青光眼的分子生物學研究進展

萬雅妮 綜述， 曹文俊 審校

（復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院檢驗科，上海 200031）

原發性閉角型青光眼（primary angle-closure glaucoma，PACG）是原發性房角關閉所導致的急性或慢性眼壓升高，其臨床特征是青光眼性視盤改變和視野損傷[1]。眼內壓升高的機制是由于周邊虹膜黏附于小梁網或虹膜黏連房角關閉而導致小梁網阻塞[2]。瞳孔阻滯、虹膜高褶以及2種因素的混合機制均可導致PACG的發生[3]。在愛斯基摩人群、中國人群和蒙古人群中，PACG患病率顯著高于全球平均水平[4]。據最新調查發現，亞洲人群PACG的患病率最高，為1.09%[5]。PACG患者同胞間的高發病率暗示遺傳因素通過某些機制促進了該疾病的發生[6]。近年來，隨著全基因組關聯研究（genome-wide association studies，GWAS）等分子生物學技術的發展[7]，疾病相關的基因研究已發現一批與PACG相關的遺傳位點和單核苷酸多態性（single-nucleotide polymorphism，SNP）位點。我們就近年來PACG的分子生物學的主要研究進展作一綜述。

1 PACG疾病相關基因的分子生物學研究

1.1 3種經典的相關基因

2012年，新加坡眼科研究所等多中心合作的大樣本GWAS分析鑒定出3種PACG相關基因：PLEKHA7、COL11A1和PCMTD1-ST18[8]。

PLEKHA7基因中的rs11024102位點與PACG相關。PLEKHA7編碼黏著連接蛋白，該蛋白質在上皮細胞構建中必不可少，且對組織穩態起重要作用[9]。該蛋白質可能涉及影響房水流經schlemm管內壁。有研究提出PLEKHA7基因的突變會影響PACG患者眼內的流體動力學。

rs3753841位于COL11A1基因。COL11A1編碼Ⅺ型膠原蛋白2條α鏈中的1條[10]。膠原可能在青光眼的發生、發展中具有潛在作用，膠原沉積的改變會影響鞏膜的生物力學和重塑能力，可導致青光眼的誘發因素，如眼軸長改變和屈光不正。PLEKHA7基因和COL11A1基因表達于大多數眼部組織，尤其是虹膜和小梁網[10]。

rs1015213位于PCMTD1和ST18基因之間。其中PCMTD1編碼蛋白-L-異天冬氨酸-O-甲基結構域，其功能不甚明了，但該基因表達于虹膜和小梁網，這一點涉及青光眼的發病機制[10]。ST18編碼一種鋅指結構DNA結合蛋白。ST18在正常組織的表達水平相當低，在乳腺癌細胞系中表達明顯下調[11]。

2014年，WEI等[12]對這3種基因位點與青光眼表型的相關性進行了研究。結果顯示這3種基因位點在疾病嚴重程度或疾病進程方面并不是任何主要表型多樣性的基礎。

1.2 其他相關基因位點

2016年，新加坡眼科研究所等多個研究機構發表了對PACG大規模的GWAS研究結果，研究人群來自亞洲、澳大利亞、歐洲、北美和南美。研究發現5個新的PACG相關基因位點，分別是EPDR1 rs3816415、CHATrs1258267、GLIS3 rs736893、FERMT2 rs7494379和DPM2-FAM102Ars3739821。這些基因除了在人眼前段組織如虹膜、睫狀體和小梁網中表達外，在角膜、晶狀體、視神經乳頭和視神經中也有一定的表達[13]。

EPDR1編碼糖化Ⅱ型跨膜蛋白，即室膜相關蛋白1，可能有潛在的細胞黏著功能，與原鈣黏連素和室管膜蛋白類似。EPDR1 rs16879765與掌腱膜攣縮癥相關，該病是一種結締組織的遺傳紊亂。GWAS分析發現，EPDR1基因上的前哨SNP位點rs3816415與PACG相關聯。盡管上述2個SNP位點相距不足1 kb，但關聯性卻很小。這種EPDR1的多效性關聯凸顯該基因在上述不同疾病中很可能涉及不同的病理機制，值得進一步研究[13]。

CHAT編碼乙酰轉移酶，該酶的功能是合成乙酰膽堿，乙酰膽堿在瞳孔收縮過程中起作用。抗膽堿藥可以通過瞳孔擴張和隨后的瞳孔阻滯促進急性PACG[13]。因此，影響乙酰膽堿代謝的基因發生遺傳學改變可能會增加罹患PACG的風險。

GLIS3是類Krüppel鋅指蛋白GLI樣亞家族成員之一。早期研究表明，GLIS3突變可導致新生兒糖尿病和先天性甲狀腺功能減退。目前除rs736893外，還發現了其他3個GLIS3的相鄰SNP位點，即rs7020673與歐洲人群的1型糖尿病相關，rs7041847與亞洲東部人群的2型糖尿病相關，rs7034200與歐洲人群的空腹血糖水平相關。這3個SNP位點獨立于rs736893，而rs736893被證實與PACG相關。糖尿病和PACG這2種疾病與GLIS3基因之間的聯系可能暗示其有共同的分子機制[14]。

FERMT2編碼一種稱為PLEKHC1的蛋白，其為細胞外基質的組成成分，在細胞黏著中起作用[15]。PLEKHC1和PLEKHC7屬于同一個血小板白細胞激酶底物家族。對FERMT2、EPDR1及PLEKHA7的研究顯示細胞間的連接過程在PACG的病理過程中起作用。

rs3739821位于DPM2和FAM102A基因之間。DPM2的突變與糖基化先天性缺陷有關。目前對FAM102A基因知之甚少，但其表達對雌二醇的升高敏感。KHOR等[13]的研究發現DPM2、FAM102A在所有檢測過的眼組織中均有表達。

基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase，MMP9）基因編碼參與細胞外基質重塑的酶，眼內壓波動會影響和調控鞏膜細胞外基質成分[16]。MMP9 rs2250889在中國南方人群中與PACG相關，MMP9 rs17576在中國臺灣人群和巴基斯坦人群中與PACG相關，但在新加坡人群中無關聯[17]。另外，在澳大利亞高加索人群中，MMP9基因的2個位點（rs3918249和rs17576）與PACG相關，進一步支持了MMP9基因在PACG患病風險中的作用[18]。有研究發現，MMP9的突變會通過損傷細胞外基質重構的能力而影響蛋白功能。MMP9存在于房水中，可能涉及眼內壓調節機制[18]。

肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）在刺激各種眼部組織的生長和遷移過程中起了重要作用，這些眼部組織包括角膜上皮細胞和內皮細胞、虹膜、視網膜色素上皮細胞、晶狀體上皮細胞和小梁網。對尼泊爾人群的研究發現，HGF基因有4個SNP位點與PACG相關，即rs5745718、rs12536657、rs12540393和rs17427817[19]。2013年，對中國漢族人群的重復驗證顯示，rs12536657、rs5745718與PACG相關[20]。HU等[21]的研究結果顯示，青光眼患者房水中的HGF濃度顯著高于白內障患者，增加的HGF試圖修復小梁損傷，而不是直接導致青光眼的發生。

內皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）以L-精氨酸為底物，在血管內皮生成一氧化氮。eNOS過表達會導致人眼組織中血管舒張和血流量增加，從而被認為其具有神經保護性。然而，過度的一氧化氮可自由擴散到鄰近的神經細胞并結合氧離子，形成過氧亞硝基陰離子（一種強有力的毒性物質）而啟動細胞程序性死亡，如神經凋亡。由于在原發性青光眼中發現大量表達eNOS，因此推測青光眼視神經損傷可能與eNOS過表達有關。對巴基斯坦人群的研究證實eNOS多態性與PACG相關[22]。在澳大利亞人群中，eNOSrs3793342與PACG相關[23]。

熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）70 rs1043618在巴基斯坦人群中與PACG顯著相關[22]。眼內壓上升、局部缺血、興奮性氨基酸和腫瘤壞死因子的過度釋放都將增加視神經乳頭的壓力。另一種引起應對壓力的機制是招募特殊的細胞蛋白，即HSP，當HSP上調以應對各種形式的代謝壓力時，其具有保護功能。HSP作為分子伴侶，可避免蛋白聚集并利于功能失調蛋白質的重新折疊，該項功能是視網膜神經節細胞等存活的關鍵機制。因此，通常HSP的低表達將消除抵抗熱休克和壓力的防御機制。抗HSP抗體通過凋亡機制的誘導或者免疫應答刺激HSP本身，可能對青光眼視神經病變患者有病理意義。

1.3 與解剖結構有關的基因

前房深度（anterior chamber depth，ACD）是PACG的主要解剖結構危險因素，NONGPIUR等[24]的研究發現，ABCC5 rs1401999與ACD相關聯。ABCC5也稱為多重耐藥蛋白5（multidrug resistance protein 5，MRP5），主要通過抗癌藥物外排、毒物外排和第二信使環磷酸鳥苷參與組織防御和細胞信號轉導。ABCC5在大多數人體眼組織中表達，如角膜、視網膜色素上皮、視網膜、虹膜、睫狀體和晶狀體。然而ABCC5 rs1401999與PACG之間的聯系在更大人群的meta分析中似乎具有異質性[13]，這說明除了上述基因位點之外，可能還存在其他決定性因素參與PACG病變。

PACG相關基因和SNP位點的總結見表1。

2 研究概況

由于PACG的流行病學調查顯示亞洲的PACG發病率高于歐洲，且東亞發病率最高[5]，故研究PACG的團隊在亞洲居多，主要有新加坡眼科研究所、復旦大學眼耳鼻喉科醫院眼科、北京同仁眼科中心和越南國家眼科研究所等。近年來這些團隊驗證的基因、技術方法及驗證人群的結果見表2。

3 展望

GWAS旨在找出與PACG相關的基因，從而發展基因檢測甚至基因治療技術。基因檢測能給患者提供有價值的數據，并幫助臨床醫生早期診斷，提高預后評估的準確性，也有利于臨床醫生選擇最有效的治療方案[28]。然而我們也應該看到PACG基因檢測的局限性，該疾病的異質性使得不同種族、不同疾病程度的患者的突變基因各不相同，未來人們需要探究房角關閉和開角型青光眼在不同人種間發病差異的真正原因。

另外，原發性房角關閉（primary angleclosure，PAC）向PACG轉換的條件也將成為未來研究的熱點。有研究表明，青光眼病理過程中，涉及到膠原突變、淺前房和短眼軸等表型，細胞間的連接和膠原突變可能是青光眼的原始成因[16]。典型的青光眼解剖結構也顯示可能存在與解剖結構相關的異常分子通路。PACG的致病因素復雜，除了基因研究外，對細胞代謝、氧化應激、膠原重構等一系列可能直接或間接參與PACG病理進程條件的研究[29-30]可能會為探明PACG的病因帶來曙光。

表1 PACG相關基因和SNP位點

表2 PACG研究概況

[1]中華醫學會眼科學分會青光眼學組. 我國原發性青光眼診斷和治療專家共識（2014 年）[J]. 中華眼科雜志，2014，65（5）：382-383.

[2]YANOFF M，DUKER J S. Ophthalmology[M]. 4th ed. Philadelphia PA：Elsevier Saunders，2014：1012-1013.

[3]李鳳鳴，謝立信. 中華眼科學[M]. 3版. 北京：人民衛生出版社，2014：1656.

[4]SUN X，DAI Y，CHEN Y，et al. Primary angle closure glaucoma：what we know and what we don't know[J]. Prog Retin Eye Res，2017，57：26-45.

[5]CHAN E W，LI X，THAM Y C，et al. Glaucoma in Asia：regional prevalence variations and future projections[J]. Br J Ophthalmol，2016，100（1）：78-85.

[6]AHRAM D F，ALWARD W L，KUEHN M H.The genetic mechanisms of primary angle closure glaucoma[J]. Eye（Lond），2015，29（10）：1251-1259.

[7]唐冰花，曹文俊. 原發性開角型青光眼易感基因研究中GWAS的應用[J]. 檢驗醫學，2016，31（4）：329-333.

[8]VITHANA E N，KHOR C C，QIAO C，et al.Genome-wide association analyses identify three new susceptibility loci for primary angle closure glaucoma[J]. Nat Genet，2012，44（10）：1142-1146.

[9]H O N G S，T R O YA N O V S K Y R B，TROYANOVSKY S M. Spontaneous assembly and active disassembly balance adherens junction homeostasis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2010，107（8）：3528-3533.

[10]AWADALLA M S，THAPA S S，HEWITT A W，et al. Association of genetic wariants with primary angle closure glaucoma in two different populations[J]. PLoS One，2013，8（6）：e67903.

[11]JANDRIG B，SEITZ S，HINZMANN B，et al.ST18 is a breast cancer tumor suppressor gene at human chromosome 8q11.2[J]. Oncogene，2004，23（57）：9295-9302.

[12]WEI X，NONGPIUR M E，DE LEON M S，et al.Genotype-phenotype correlation analysis for three primary angle closure glaucoma-associated genetic polymorphisms[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2014，55（2）：1143-1148.

[13]KHOR C C，DO T，JIA H，et al. Genome-wide association study identif i es fi ve new susceptibility loci for primary angle closure glaucoma[J]. Nat Genet，2016，48（5）：556-562.

[14]AUNG T，KHOR C C. Glaucoma genetics：recent advances and future directions[J]. Asia Pac J Ophthalmol（Phila），2016，5（4）：256-259.

[15]SHEN Z，YE Y，KAUTTU T，et al. Novel focal adhesion protein kindlin-2 promotes the invasion of gastric cancer cells through phosphorylation of integrin beta1 and beta3[J]. J Surg Oncol，2013，108（2）：106-112.

[16]HUANG W，FAN Q，WANG W，et al. Collagen：a potential factor involved in the pathogenesis of glaucoma[J]. Med Sci Monit Basic Res，2013，19：237-240.

[17]MICHEAL S，YOUSAF S，KHAN M I，et al.Polymorphisms in matrix metalloproteinases MMP1 and MMP9 are associated with primary openangle and angle closure glaucoma in a Pakistani population[J]. Mol Vis，2013，19：441-447.

[18]AWADALLA M S，BURDON K P，KUOT A，et al. Matrix metalloproteinase-9 genetic variation and primary angle closure glaucoma in a Caucasian population[J]. Mol Vis，2011，17：1420-1424.

[19]AWADALLA M S，THAPA S S，BURDON K P，et al. The association of hepatocyte growth factor（HGF） gene with primary angle closure glaucoma in the Nepalese population[J]. Mol Vis，2011，17：2248-2254.

[20]JIANG Z，LIANG K，DING B，et al. Hepatocyte growth factor genetic variations and primary angleclosure glaucoma in the Han Chinese population[J].PLoS One，2013，8（4）：e60950.

[21]HU D N，RITCH R. Hepatocyte growth factor is increased in the aqueous humor of glaucomatous eyes[J]. J Glaucoma，2001，10（3）：152-157.

[22]AYUB H，KHAN M I，MICHEAL S，et al.Association ofeNOSandHSP70 gene polymorphisms with glaucoma in Pakistani cohorts[J]. Mol Vis，2010，16：18-25.

[23]AWADALLA M S，THAPA S S，HEWITT A W，et al. Association of eNOS polymorphisms with primary angle-closure glaucoma[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2013，54（3）：2108-2114.

[24]NONGPIUR M E，KHOR C C，JIA H，et al.ABCC5， a gene that inf l uences the anterior chamber depth，is associated with primary angle closure glaucoma[J]. PLoS Genet，2014，10（3）：e1004089.

[25]WANG I J，LIN S，CHIANG T H，et al. The association of membrane frizzled-related protein（MFRP） gene with acute angle-closure glaucoma-a pilot study[J]. Mol Vis，2008，14：1673-1679.

[26]CHEN Y，CHEN X，WANG L，et al. Extended association study of PLEKHA7 and COL11A1 with primary angle closure glaucoma in a Han Chinese population[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2014，55（6）：3797-3802.

[27]CHEN X，CHEN Y，WIGGS J L，et al. Association of matrix metalloproteinase-9（MMP9） variants with primary angle closure and primary angle closure glaucoma[J]. PLoS One，2016，11（6）：e0157093.

[28]MILLER M A，FINGERT J H，BETTIS D I.Genetics and genetic testing for glaucoma[J]. Curr Opin Ophthalmol，2017，28（2）：133-138.

[29]LI S，CHEN Y，SHAO M，et al. Association of plasma complement C3 levels with primary angle-closure glaucoma in older women[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2017，58（1）：682-689.

[30]LI S，SHAO M，TANG B，et al. The association between serum uric acid and glaucoma severity in primary angle closure glaucoma：a retrospective case-control study[J]. Oncotarget，2017，8（2）：2816-2824.