CYP1B1 基因與青光眼相關性研究進展

李冉 張天資

青光眼是一種進行性視功能損傷疾病，疾病的進展與病理性眼壓升高有關，屬于一種視神經變異性疾病[1]。視神經損害發病機制主要是機械學說和缺血學說，考慮該疾病與視神經細胞凋亡及軸突變性有關，其原因可能是興奮性谷氨酸、自由基及氧化氮增加，生長因子損耗或自身免疫性攻擊等繼發性損害因素。疾病主要由環境及遺傳因素導致，環境因素為病毒、寄生蟲及藥物等對胎兒造成的影響，占90%以上[2，3]；遺傳因素約占10%，與同系家族及近親結婚有關，表現為常染色體隱性遺傳特點[4]。青光眼的發病機制尚不明確，早期患者出現視野缺陷及視力水平下降，視神經萎縮目前尚無有效的治療方式[5]。為改善患者的視力水平，使其終生保持有效視力，盡早診斷、盡早治療十分重要。對青光眼的致病機理進行研究，可從源頭上對其進行防治，提高治療效果。近幾年，研究者從分子遺傳學方面進行研究，發現CYP1B1 基因與青光眼的發病存在關聯[6]，現對兩者相關性研究進行綜述，以期為臨床研究青光眼疾病的致病機理提供參考。

1 CYP1B1 基因結構

CYP1B1 位于2p21-22，由三個外顯子及兩個內含子組成，外顯子分別為371bp、1044bp 及3707bp，內含子分別為390bp 及3032bp，編碼區為1629bp，轉錄子長度為5.1kb，編碼區從第二外顯子開始，其蛋白質共由543 個氨基酸殘基組成，為一種膜結合蛋白，是細胞色素P450 中的唯一成員，蛋白C 端半側具有細胞色素保守序列，N 端含有疏水氨基酸殘端的跨膜區域，與其緊鄰的為鉸鏈區域，富含脯氨酸，該結構具有保護跨膜區及胞質區曲折柔韌性的能力[7]。細胞色素保守序列包含4 個螺旋束（D、I、L 及E 螺旋），J、K 螺旋，β片層1 及2，血紅素結合域及與該區域相鄰的區域，臨床認為其具有參與血紅素結合的功能[8]。

2 CYP1B1 生物學功能

CYP1B1 基因在人體心、肺、腎及生殖系統中均可表達，而在眼部表達于角膜、睫狀體、虹膜及視網膜，其主要表達位置在睫狀上皮的非色素細胞[9]。此種基因在胎兒中的表達較成年人更高，在胎兒時期均可發現，可見其參與眼部組織的發育過程。CYP1B1 蛋白是一種酶，其參與眼前節發育，保證促進眼睛發育的信號正常運作，使得角膜透明性得到調節，促進房水分泌。視黃酸可反映維甲酸信號情況，其對眼球等器官胚胎的形成起到調節作用，人體視黃酸分解及合成與CYP1B1 蛋白酶存在較大關聯，如CYP1B1 基因發生突變，維甲酸的平衡遭到破壞，不利于眼球發育，推斷發育型青光眼的致病基因與此有關[10,11]。褪黑激素也是CYP1B1 蛋白酶的底物，具有調節眼壓、促進眼睛發育的作用，其表達與房水分泌及眼壓調節有關，如CYP1B1 基因發生突變，褪黑激素會不斷減少，使得代謝物堆積在前房，眼壓不斷升高，形成青光眼[12]。

3 CYP1B1 遺傳學分析

組織病理學研究認為，青光眼與胚胎時期眼球發育不良有關，是由前房角和小梁網發育不良導致房水排出通道受阻，患者眼壓持續升高，進而使眼球不斷擴大引發的一種眼部疾病，為一種進行性的視功能損傷疾病，青少年型青光眼患者年齡為3～30歲。嬰幼兒型青光眼患者是由其他眼部先天性疾病發展而來，出生時患兒可出現畏光、流淚的癥狀，角膜混濁、角膜擴大、角膜后彈力層破裂及視乳頭凹陷擴大[13]。青少年型青光眼早期無顯著癥狀，發病隱匿，疾病呈進行性發展，病情嚴重，且眼壓呈進行性增高。如果青少年視力水平在短時間內迅速下降，應懷疑青光眼的存在，需要臨床提高警惕。

目前，通過家族連鎖分析發現單純的先天性青光眼具有常染色體隱性遺傳特點，共找出與其相關的四個基因位點，即GLC3A、GLC3B、GLC3C 及GLC3D，也可能存在其他基因位點，已發現首位青光眼的致病基因，即CYP1B1 為GLC3A 位點上的致病基因，但GLC3B、GLC3C 及GLC3D 三個位點上目前尚未找到致病基因[14]。Lee 等[15]采用微陣列技術對基因組雜交技術進行分析比較，研究對象為20 例韓國青光眼患者，并獲取其父母的全基因組外顯子，結果發現25 個拷貝數發生變化，20 個出現明顯增加，5 個則減少，此25 個發生變化的拷貝數均不存在于以上臨床已研究出的四個基因位點上，也未發現任何與青光眼相關的目的基因，可見青光眼存在遺傳機制。原發性嬰幼兒青光眼的發生機制較為復雜，與CYP1B1 基因的錯義、移碼有關，使得編碼的蛋白功能降低，甚至逐漸喪失，導致機體無法正常代謝。CYP1B1 基因集中在前部葡萄膜組織，主要位于睫狀上皮的非色素細胞，在小梁細胞中不存在，是臨床首個被鑒定出的有科學依據的原發性先天性青光眼致病基因[16]。

Sarfarazi 等[17]采用基因連鎖分析，從17 個土耳其家系中獲得一個青光眼的基因位點，即GLC3A，將其定位于2p21，其中11 個家系符合該位點，嬰兒均為雙眼發病，6 個月內首診，未見其他先天異常疾病，均有患病的同胞，多數父母近親結婚。

4 CYP1B1 基因突變

CYP1B1 基因是青光眼的相關致病基因，研究發現，CYP1B1 基因突變與原發性開角型青光眼的形成有關[18～20]。人類基因突變數據庫中關于CYP1B1 基因突變位點超過150 個，其中33 個位點突變均與原發性開角型青光眼有關，所有的原發性嬰幼兒青光眼也可見以上突變位點，且發現早于原發性開角型青光眼患者。有研究發現80%的家族性青光眼及33%的散發青光眼病例均由CYP1B1 基因引起[19]。有報道在20 個患有青光眼的近親婚配中發現，約一半家庭CYP1B1 基因突變與疾病表型共分離[20]。CYP1B1 基因突變主要發生在外顯子2、3 區，其他區的突變較少，CYP1B1 基因突變使酶活性降低，下降到某個閾值會激發青光眼，增加原發性開角型青光眼的易感性。不同突變由于位置不同，產生效應也不盡相同，CYP1B1 突變多位于富含脯氨酸的鉸鏈區，進而影響分子折疊，使得復合物形成后的穩定性受到影響，并使其對底物的作用造成不利影響[17]。

4.1 Y81NSuri 等[21]研究表明,攜帶一個CYP1B等位基因突變位點Y81N 可能會產生無義突變,發展為原發性開角型青光眼。Y81N 突變位于螺旋束A，其與鉸鏈區域相鄰，該區域富含脯氨酸，而Y81N突變會導致相鄰組織遭到破壞，使得CYP1B1 蛋白酶活性降低，削弱其對底物的催化能力。CYP1B1蛋白酶催化內源性底物能產生或消除代謝物，該種代謝物與機體生長發育有關。內源性底物由視黃醇類物質、花生四烯酸及類固醇組成，其代謝路徑產生的信號與青光眼致病機制存在一致性。

4.2 A443G有關報道稱，非洲人群原發性開角型青光眼患者常見A443G 突變位點，突變率為7%[22]，法國人更為頻繁，突變率為10%[23]，西班牙的高眼壓癥患者也出現A443G 突變情況，但患者用藥后眼壓得以控制，如未得到有效控制，A189P 及A330S 的突變可導致原發性開角型青光眼疾病，A443G 為致病基因，其發生突變與患者的種族有一定關系，但環境因素對原發性開角型青光眼的影響也不容忽視[24]。

4.3 E229KE229K 的位置與酶作用底物結合區域相近，在SRS2 活性部位的外周，受E229K 突變影響，蛋白結構發生改變后導致E229K 黏結在SRS2活性部位，使其對底物無法發揮正常作用，底物本身甚至直接影響蛋白的活性，這是E229K 突變使得CYP1B1 蛋白酶穩定性發生改變進而導致原發性開角型青光眼發生的原因。

目前對于青光眼的病因病機尚無明確定論，疾病的發生需要考慮多方面因素。常飲咖啡、練瑜伽、演奏高亢樂器、打緊領帶及舉重等群體的眼壓普遍高于正常人[25～29]；同時，營養因素方面攝入過量高脂肪也是疾病的相關影響因素[30]；絕經后使用雌激素也可能對青光眼的發病產生影響[31]。從遺傳學角度分析，表觀遺傳效應對基因表達調節的前提是DNA 序列未發生改變，進而可知，青光眼患者基因突變為始動因素，受外界環境因素的影響，表觀遺傳發生改變，進而對基因表達起到調控作用。因此，可通過基因途徑尋找青光眼致病基因，選擇疾病治療方式。CYP1B1 基因與青光眼的發生發展有關，是青光眼的相關致病基因，研究CYP1B1 基因及突變后的蛋白酶作用，可為臨床研究青光眼的發病機制提供參考，并為治療青光眼提供新的思路。