先天性白內(nèi)障致病基因篩查的研究進(jìn)展

李靖巖

（沈陽醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

先天性白內(nèi)障（Congenital cataract，CC）指出生后一年內(nèi)發(fā)生的晶體部分或全部渾濁，根本原因是由于胚胎早期晶體發(fā)育和代謝異常，引發(fā)晶體上皮細(xì)胞與晶體纖維細(xì)胞排列異常，引起晶體透明度下降。在我國，此病發(fā)病率約為0.03%～0.05%，是我國兒童眼病致盲的首要原因。該疾病具有高度遺傳異質(zhì)性，致病基因及類型多樣，且有不斷發(fā)現(xiàn)新致病基因的趨勢。根本原因在于參與晶體發(fā)育的基因種類繁多，其中任何基因的突變或表達(dá)異常都可能導(dǎo)致白內(nèi)障發(fā)生[1]。本文將對幾種重要的致病基因家族研究進(jìn)展作一綜述。

1 編碼晶狀體蛋白基因

晶狀體蛋白主要包括α、β、γ 三類，主要有CRYAB、CRYAA、CRYBA1-4、CRYBB1-4、CRYCC、CRYDD、CRYGA、CRYGB、CRYGC、CRYGD、CRYGS 等。晶體蛋白基因突變后可造成蛋白一級結(jié)構(gòu)改變，從而影響蛋白空間構(gòu)象，導(dǎo)致其不能緊密排列，另外可降低晶體蛋白溶解性，從而導(dǎo)致晶體混濁。目前已發(fā)現(xiàn)所有編碼晶體蛋白的基因均有突變報道，如CRYAA、CRYBB2、CRYGC、CRYGD 等[2-5]。

1.1 α-晶體蛋白基因家族

α-晶體蛋白占晶體蛋白總量的40%左右，分為αA 和αB 兩種，主要作用為結(jié)合晶體內(nèi)的毒性蛋白,中和對晶體透明度的負(fù)性影響[6]。Santhiya 等[7]報道一印度家系存在CRYAA 基因突變。該研究發(fā)現(xiàn)，連同以往已報道的4 個CRYAA 基因突變中，突變位點(diǎn)均與精氨酸的突變相關(guān)。

1.2 β-晶體蛋白基因家族

β-晶體蛋白占晶體蛋白質(zhì)總量的35%，該蛋白家族由6 個基因編碼。Qi 等[8]報道-中國先天性白內(nèi)障家系存在CRYBA1 基因外顯子4 上的小片段缺失，造成整碼缺失突變，導(dǎo)致第91 位甘氨酸缺失。該位置氨基酸高度保守，影響了β-A1-晶體蛋白的穩(wěn)定性和可溶性，導(dǎo)致先天性白內(nèi)障的發(fā)生。Willoughby 等[9]對一CC 家族行基因檢測，發(fā)現(xiàn)CRYBB1（X253R）雜合突變與先天性白內(nèi)障發(fā)生相關(guān)。

1.3 γ-晶體蛋白基因家族

γ-晶體蛋白占晶體蛋白表達(dá)總量的比例最少，約為25%，是維持晶體纖維細(xì)胞分化和維持晶體良好透明度的重要原因。γ-晶體蛋白基因家族至少包括7 個基因與晶體纖維細(xì)胞的分化和有序排列高度相關(guān)。Gonzalez 等[10]報道了1 個CRYGC（R168W）突變的白內(nèi)障家系，為已報道突變，之前曾有報道板層白內(nèi)障的發(fā)生與該位點(diǎn)突變相關(guān)，提示同樣突變位點(diǎn)可在不同家系中或同一家系的不同患者中表型有所不同，反映出CC 的高度遺傳異質(zhì)性。Karri等[11]于2013年在一個先天性白內(nèi)障家系發(fā)現(xiàn)的CRYGS（D26G）突變被證實為該家系的致病突變。

2 膜蛋白基因

2.1 縫隙連接通道蛋白

該蛋白是構(gòu)成縫隙連接的主要成分，可幫助晶體纖維細(xì)胞通過縫隙連接從晶體上皮細(xì)胞處得到營養(yǎng)物質(zhì)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)GJA3[12]和GJA8[13]基因與先天性白內(nèi)障的發(fā)生相關(guān)。

2.2 主要內(nèi)源性蛋白

主要內(nèi)源性蛋白存在于晶體纖維細(xì)胞，占晶體膜蛋白總表達(dá)量的50%左右。該蛋白在細(xì)胞膜內(nèi)的主要工作模式是四個單體分子結(jié)合成四聚體,從而形成一個水分子通道，可轉(zhuǎn)運(yùn)水分子通過晶體纖維細(xì)胞膜。MIP 基因突變被證實與先天性白內(nèi)障的發(fā)生有關(guān)[14]。

2.3 晶體內(nèi)在膜蛋白

晶體內(nèi)在膜蛋白對于維持晶體各種細(xì)胞間的離子交換和代謝平衡起重要作用。有報道證實該基因突變可導(dǎo)致To3 小鼠先天性白內(nèi)障[15]，尚未有報道人類LIm2/MP19 基因突變與白內(nèi)障發(fā)病相關(guān)。

3 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子基因

編碼晶體蛋白的基因大都接受轉(zhuǎn)錄因子的正性調(diào)節(jié)作用，如PITX3、MAF 基因等。與白內(nèi)障發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子包括MAF、HSF4、PITX3、PAX6 基因等編碼的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。

3.1 HSF4 基因

熱休克蛋白HSP70、HSP90a 是重要的分子伴侶，在蛋白質(zhì)的合成、折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)和降解過程中起重要作用。HSF4 基因突變可影響晶體細(xì)胞中蛋白質(zhì)正常表達(dá)和蛋白質(zhì)不規(guī)則聚集的發(fā)生。Ke 等[16]證實HSF4 基因突變（R74H）可導(dǎo)致先天性核型白內(nèi)障。

3.2 MAF 基因

MAF 基因為另一重要的編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因，其編碼的MAF 蛋白具有三個基本結(jié)構(gòu)區(qū)，即位于N 末端的酸性激活域、位于中部的DNA 結(jié)合域（Basic region，BR）C 末端的亮氨酸拉鏈。Perveen 等[17]和Vanita 等[18]報道了存在MAF 基因突變的白內(nèi)障家系。目前發(fā)現(xiàn)的所有人類MAF 基因的突變位點(diǎn)均發(fā)生在DNA 結(jié)合域。熒光素酶報告基因?qū)嶒炞C實，突變的MAF 蛋白對下游靶基因的DNA 結(jié)合能力產(chǎn)生影響，從而可以降低其下游靶基因的轉(zhuǎn)錄水平。Perveen 等[19]于2007年報道小鼠動物模型中的MAF（D90V）突變可導(dǎo)致小鼠先天性白內(nèi)障的發(fā)生。與人類MAF 基因突變導(dǎo)致的后果相反，小鼠MAF（D90V）突變可激活其下游靶基因轉(zhuǎn)錄水平。

3.3 PITX3 基因

PITX3 為垂體同源盒家族成員之一，該基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子參與晶體纖維細(xì)胞表型形成、終末期分化和細(xì)胞生存。Semina 等[20-21]在一個眼前節(jié)發(fā)育不全合并白內(nèi)障的患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一PITX3基因的移框突變。

4 細(xì)胞骨架蛋白基因

該組基因往往是管家基因，其編碼的蛋白主要功能是提供細(xì)胞支架、主導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動和保持細(xì)胞形態(tài)。細(xì)胞骨架蛋白與晶體蛋白之間通過正常的相互作用維持晶體的透明度。Jakobs 等[22]曾報道，BFSP2 基因三個堿基缺失造成的整碼突變與先天性白內(nèi)障的發(fā)病有關(guān)。

5 Eph-ephrin 雙向信號通路蛋白

Eph-ephrin 信號通路由Eph 家族16 個基因組成，根據(jù)其結(jié)合的配體不同（Ephrin A 或B）分為兩類：10 個EphA 基因和6 個EphB 基因。Eph 受體通過與其相應(yīng)配體結(jié)合指導(dǎo)細(xì)胞間的相互作用和有序排列。近幾年有報道證實位于人類染色體1p36 的EphA2 基因與人類常染色體顯性遺傳白內(nèi)障相關(guān)[23]。

6 其他未被定位致病基因的染色質(zhì)區(qū)段

目前，至少還有十余個尚未鑒定出致病突變的染色體區(qū)域與CC 連鎖、包括1p32、1pter、2p12、2p24-pter、6p24、8q13.3、15q21-22、15q22.3-q23.1、17p12-13、17q24、20p12-q12 等。在這些染色體區(qū)段可能鑒定出新的致病基因與先天性白內(nèi)障發(fā)生相關(guān)[24]。隨著高通量DNA 測序技術(shù)的不斷發(fā)展，先天性白內(nèi)障致病基因譜和突變數(shù)據(jù)庫會繼續(xù)得到快速的豐富和擴(kuò)充。

綜上所述，晶體成分的改變和晶體細(xì)胞失去有效排列是發(fā)生白內(nèi)障的病理學(xué)基礎(chǔ)。檢測突變基因?qū)е碌木w蛋白成分與正常蛋白在數(shù)量上、部位上的表達(dá)差異，有利于揭示先天性白內(nèi)障的分子致病機(jī)理。近幾年關(guān)于晶體蛋白基因突變所導(dǎo)致的先天性白內(nèi)障家系被不斷報道，而晶體上皮細(xì)胞膜受體蛋白基因突變卻鮮有研究，填補(bǔ)這一空白有利于豐富CC 致病基因數(shù)據(jù)庫，為臨床早期診斷早期治療提供有力幫助，擁有很好的研究前景。