青光眼相關基因研究新進展

付子蔚，何媛,2，石蕊，楊香香

(1.西安醫學院研究生院，西安 710000； 2.西安醫學院第二附屬醫院眼科，西安 710000； 3.陜西省人民醫院眼科，西安 710068)

作為目前居全球第二位的致盲眼病，青光眼嚴重威脅著人類的視覺健康。青光眼分為原發性青光眼和繼發性青光眼，而原發性青光眼又分為原發性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)和原發性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma，PACG)。青光眼急性發作時常表現為視力急劇下降、眼痛、眼脹、眼壓升高，晚期進展為不可逆性視神經和視野損傷，也有部分青光眼[如正常眼壓性青光眼(normal tension glaucoma，NTG)]患者早期癥狀隱匿，難以察覺。青光眼傳統治療方案(包括藥物治療和手術治療)均具有一定的復發性，且部分患者不良反應較多。青光眼具有顯著的遺傳傾向，在青光眼患者的直系親屬中，10%～15%的個體可能發生青光眼[1]，可見遺傳因素在青光眼致病過程中起重要作用。突變的致病基因復制、轉錄后表達，以多種方式影響正常蛋白質合成，參與青光眼的致病機制。在不同種族和不同地區，不同基因位點突變直接導致了青光眼的發生、發展[2]。隨著分子生物學領域研究的進展，通過靶向基因治療或許能更徹底、更穩定地治療青光眼，改善患者預后，提高患者生存質量，因此基因治療具有廣闊的應用前景。現就青光眼相關基因研究的新進展予以綜述。

1 與POAG相關的基因

1.1小梁網糖皮質激素誘導反應蛋白MYOC(myocilin)基因 MYOC基因是青光眼致病機制中最重要的基因。李萍等[3]利用體外人小梁網細胞為模型，發現了MYOC基因中C1009del突變，C1009del突變可以使小梁網細胞G1期縮短，S期延長，導致細胞不能順利進入分裂期，影響小梁網細胞的功能，這可能是POAG的致病機制之一。Han等[4]發現，攜帶MYOC p.Gln368Ter突變具有極高的POAG風險，在一般人群樣本中，65歲及以上MYOC p.Gln368Ter攜帶者POAG或高眼壓癥的患病率約為50%。Li等[5]在POAG家族中檢測到MYOC Pro370Leu突變，患者眼壓高，對抗青光眼藥物有臨時反應，過濾術后產生薄壁不規則濾過泡。另外，一項針對巴基斯坦患者的基因多態性研究顯示，MYOC基因第3外顯子rs879255525突變與青光眼發生高度相關[6]。MYOC基因突變是青光眼發生和預后不佳的最重要因素，對基因篩查、基因治療以及隨訪均具有重要意義。MYOC基因突變參與青光眼致病方式的多樣性揭示了青光眼發病的復雜性。

1.2視神經病變誘導蛋白(optic neuropathy inducing gene，OPTN)基因 OPTN是一種泛素結合支架蛋白，在細胞的選擇性自噬過程中起重要作用。OPTN突變可導致以特異性神經元損失為特征的退行性疾病，青光眼就是其中之一。OPTN基因可通過負性調節核因子κB通路活化，降低細胞凋亡的閾值[7-8]。Sirohi等[9]利用視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGC)模型發現，OPTN基因的E50K突變體可引起B細胞淋巴瘤-2基因抑制的視網膜RGC-5細胞氧化應激介導的凋亡；OPTN基因的M98K突變在RGC-5細胞中可選擇性誘導細胞死亡，其機制是過度表達的M98K通過自噬體-溶酶體途徑引起細胞中重組人轉鐵蛋白受體蛋白降解，重組人轉鐵蛋白受體蛋白功能受損則有助于RGC-5細胞死亡。青光眼作為神經退行性疾病，其特征是RGC細胞的凋亡和逐漸出現的視力損害，OPTN基因突變導致RGC細胞過度自噬，是青光眼神經元損害的重要因素[10]。視網膜神經保護作為青光眼新型的治療方案，可為臨床工作提供新的思路。

1.3基質谷氨酸蛋白(matrix gla protein，MGP)基因 MGP是一種鈣化抑制劑，對軟骨的柔韌度、骨的骨化以及血管的彈性程度均具有重要作用。近年來，通過直接測量全身和眼部血流流體動力學的臨床研究，確定了血管功能障礙是青光眼發病的危險因素之一[11]。有研究發現，青光眼患者小梁網的硬度比無青光眼患者高20倍[12]。而小梁網硬度增加可能導致其孔隙減少、房水流出障礙[13]。Girard等[14]使用定制的加壓裝置計算猴子的生物力學特性，結果發現，與年輕猴子相比，年齡較大猴子的鞏膜更僵硬，鞏膜僵硬度增加會導致眼組織對青光眼的易感性。眼組織中的MGP水平很高，但只有存在于小梁網和周圍鞏膜中的MGP才能夠充分表達并產生較高的生理活性[15]。MGP基因能夠改善眼部血管系統的僵硬度，因此可作為青光眼治療靶點[16]。MGP靶點的優勢在于可同時改善眼前后段的血供和組織柔韌性，是輔助治療中不可缺少的。

1.4同源異形盒基因SIX家族成員6(homeobox gene-Six6，SIX6)基因 SIX6是Six/So(sine oculis)同源異形盒家族的轉錄因子，位于第14號染色體上，SIX6早期在神經板形成過程中表達，后期在視網膜的發育過程中表達，最終表達于成人的RGC中[17]。Teotia等[17]借助誘導多能干細胞技術并利用體外SIX6基因缺陷的POAG模型發現，當SIX6基因缺陷時，調節視網膜祖細胞和RGC產生的基因表達均下調，誘導多能干細胞產生視網膜祖細胞和RGC數量減少，與無SIX6基因缺陷組相比，SIX6基因缺陷RGC細胞中促凋亡標志物表達水平更高，與POAG相關的細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2A和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2B的表達水平更高。Wiggs等[18]通過基因組關聯性研究發現，SIX6基因組中p16INK4a與POAG關聯性最強。p16INK4a是細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，作為SIX6的下游分子，p16INK4a與細胞衰老直接相關[19]。已經證實，急性眼壓升高時p16INK4a表達上調，由此推測，p16INK4a介導的細胞衰老在POAG的發病中起重要作用[20]。針對歐洲人種的基因關聯研究發現，SIX6基因中的常見錯義變體rs33912345與POAG密切相關，rs33912345蛋白可影響青光眼患者視神經乳頭的功能[21]。針對日本人群的研究顯示，rs33912345可使視盤周圍視網膜神經纖維層的總體及上、下部的厚度降低[22]。SIX6作為RGC生成、分化過程中的重要參與因子，以多種方式參與了RGC的生成、發育。SIX6基因突變可能使青光眼在人群中的罹患率更高，這為青光眼的基因預測提供了可能。

1.5split多毛增強子1(hairy and enhancer of split 1，HES1)基因 隨著對氧化應激致病機制的了解，氧化損傷已被認為是POAG患者房水流出阻力增加和眼壓升高的病因之一[23]。眼睛對氧化應激損傷最敏感的結構是小梁網。HES1屬于轉錄因子的基本螺旋-環-螺旋家族，在Notch信號通路中起作用，與氧化應激引起的細胞損傷密切相關[24]。Xu等[25]細胞實驗表明，在過氧化氫因素的刺激下，原代人小梁網細胞的細胞外基質(extracellular matrix，ECM)沉積增加，同時伴有HES1基因的表達上調；在其他條件不變的情況下，利用小核RNA敲除HSE1基因后，原代人小梁網細胞的ECM沉積顯著減少，小梁網功能顯著改善，房水流出增加。還有研究發現，在過氧化氫介導下，HSE1下調可增加ECM分泌[26-27]。HSE1基因在氧化應激條件下的致病性對于青光眼的發生、發展非常重要，因此，以HSE1為靶點抗氧化應激可用于治療青光眼。

1.6Yes相關蛋白(Yes-associated protein，YAP)基因和含PDZ結合基序的轉錄共激活因子(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ) YAP和TAZ是Hippo通路中的兩個Yorkie同源物，是Hippo通路在調節器官大小和組織結構方面的主要作用因子。YAP和TAZ存在于所有小梁網細胞層中，通過下游結締組織生長因子和轉化生長因子-β調節組織結構的重構[28-29]。Peng等[30]利用皮質醇激素構建青光眼高眼壓模型，結果發現，隨著皮質醇激素濃度的增加，YAP和TAZ的表達水平也相應增加，同時，小梁網細胞骨架重組和功能改變，導致眼壓增高，抑制YAP和TAZ基因可降低皮質醇激素對小梁網細胞的損害程度，沉默YAP和TAZ的表達使小梁網細胞形態正常化，可恢復小梁網細胞的功能。 Tovar-Vidales等[31]也發現，在青光眼患者和皮質醇激素使用者的小梁網細胞中YAP和TAZ的表達均上調。YAP和TAZ基因參與了青光眼高眼壓形成過程，在皮質醇激素誘導下可重塑小梁網結構并改善其功能，是青光眼發病的基因靶點之一。

1.7L型鈣離子通道α2e1亞基(L-type calcium channel α2e1，Cacna2d1) Cacna2d1基因存在于小梁網、睫狀體中，編碼前原蛋白，使蛋白質被切割成多條鏈，形成電壓依賴性鈣通道復合物的alpha-2和delta亞基[32]。Irnaten等[33]證實，青光眼患者篩板細胞中的ECM表達增加，細胞內鈣水平升高。同時，青光眼患者小梁網中的ECM表達和細胞內鈣水平也升高[34]。升高的細胞內鈣通過活化T細胞核因子信號轉導通路促進成纖維細胞增殖、活化和收縮，導致組織纖維化[33]。Chintalapudi等[32]證實，靶向Cacna2d1基因可調節細胞內鈣水平，有效控制眼壓，普瑞巴林(一種對Cacna2d1具有高特異性的加巴噴丁類藥物)可通過影響Cacna2d1基因調節鈣通路，最終改善小梁網功能。普瑞巴林對Cacna2d1的高度特異性提示其在眼科治療中的潛力。

2 與PACG相關的基因

2.1普列克底物蛋白同源結構蛋白7同源域(pleckstrin homology domain containing,family A member 7，PLEKHA7)基因 PLEKHA7基因編碼的蛋白位于無色素的睫毛上皮細胞、虹膜毛細血管內皮細胞和上皮細胞頂端復合物中，在細胞屏障的完整性中起重要作用[35]。研究顯示，PACG患者的PLEKHA7水平顯著下調，而初級人小梁網和永生化非色素性睫狀上皮細胞中PLEKHA7沉默則可破壞肌動蛋白的細胞骨架結構以及細胞遷移、黏附和細胞旁屏障功能[36]。肌動蛋白的細胞骨架結構以及細胞遷移、黏附和細胞旁屏障功能破壞導致大量血清蛋白進入前房，使炎癥反應和虹膜前粘連的風險增加，導致PACG的發生[37]。因此，PACG患者的血-房水屏障和房水流出通路中PLEKHA7基因下調可以作為診斷PACG的早期指標，增加PLEKHA7的表達可能降低青光眼的風險。Chen等[38]針對漢族人群的全基因組關聯研究顯示，PLEKHA7基因組中rs216489和rs11024102突變可增加原發性房角關閉和PACG的風險。PLEKHA7改善細胞屏障通透性的作用在PACG的預測和診療中均具有重要價值。

2.2Ⅺ型膠原蛋白α1亞基(collagen,type Ⅺ,alpha 1，COL11A1) COL11A1基因編碼Ⅺ型膠原的兩個alpha鏈，研究顯示，在漢族人群中，COL11A1基因與PACG和原發性房角關閉密切相關，其中rs1676486和rs12138977突變會增加PACG和原發性房角關閉發生率[38]。薈萃分析顯示，COL11A1 rs3753841與PACG的關聯在亞洲人群(包括南印度人群)中具有統計學意義[39]。在中國北方地區，COL11A1中的rs3753841與PACG高度相關[40]。但在中國的南方地區和四川人群中并未發現COL11A1 rs3753841與PACG的相關性[41]。此外，在高加索人群中發現COL11A1 rs3753841與PACG顯著相關[39]。COL11A1在部分人群中與PACG具有相關性，揭示了PACG發病的地域差異性和人種特異性，為不同地區PACG發病率研究奠定了基礎。

2.3肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF) 短眼軸、遠視是PACG發病的高危因素，HGF參與眼部的組織形成和正視過程，與遠視密切相關。Jiang等[42]在對中國人群的研究中發現了HGF與PACG相關。Wang等[43]研究顯示，在中國北方人群中，HGF基因突變與PACG的發生相關。Awadalla等[44]在尼泊爾人群中發現，HGF中的rs5745718、rs12536657、rs12540393和rs17427817均與PACG相關。但不同人種中HGF與PACG的關系仍需進一步研究。

2.4基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinases-9，MMP-9) MMP-9是一類主要負責降解外源蛋白的酶，參與ECM的合成和降解。在中國人群中，青光眼患者血漿MMP-9水平較正常人高，而血漿MMP-9較高患者易發生PACG[45]。針對印度人群的調查發現，攜帶MMP-9(-1562C>T)變異者的PACG發生風險升高1.4～1.6倍，且此變異位于基因組的啟動子區域，影響基因轉錄速率[46]。Sahay等[47]研究表明，在青光眼的早期階段，淚液和Tenon囊內MMP-9特異性升高，而在青光眼的晚期階段MMP-9降低；淚液MMP-9檢測作為早期青光眼的預測性標志物，具有簡便、快速、無創的優點，因而可以成為青光眼篩查的重要工具。

3 與NTG相關的基因

青光眼常以病理性眼壓升高為重要特征，但有部分人群即使未出現眼壓升高，眼底仍可出現以RGC喪失為特征的青光眼病理損害過程，這一病理過程被稱為NTG。NTG在亞洲人群中更為多見，亞洲人群中的NTG占全球NTG的76%[48]。Tucker等[49]研究表明，NTG患者的RGC存在過度自噬，這種過度自噬狀態與TANK結合激酶1(TANK-binding kinase 1，TBK1)基因高度相關。TBK1通過激活自噬受體促進自噬體形成，捕獲并降解蛋白質[50]。Fingert等[51]發現，TBK1基因在視網膜神經纖維層和神經節細胞層中表達最高，且TBK1基因復制會增加RGC細胞自噬。還有學者對小鼠進行基因改造使其具有與人類NTG患者相同的TBK1重復基因，結果發現，小鼠的RGC逐漸喪失，而眼壓卻未見升高[52]。這些研究結果均支持TBK1基因在NTG致病過程中具有重要作用。

4 與先天性青光眼相關的基因

4.1細胞色素P450家族1B1(recombinant cytochrome P450 1B1，CYP1B1)基因 CYP1B1基因編碼細胞色素P450家族1亞家族B多肽1，在小梁網細胞中大量表達。Teixeira等[53]通過觀察CYP1B1基因缺陷型小鼠的小梁網發現，CYP1B1基因缺陷可顯著影響小鼠小梁網細胞的功能和氧化穩態。Safari等[54]通過研究攜帶CYP1B1p.Gly61Glu(c.182G>A)基因突變的患者發現，CYP1B1p.Gly61Glu(c.182G>A)基因突變可導致ECM結構的纖維破壞，影響房水流出，最終導致患者眼內壓升高。這些研究結果可為具有CYP1B1突變的先天性青光眼患者提供有效的預防措施和基因治療方法。Yang等[55]利用全外顯子組測序和Sanger測序在CYP1B1中鑒定出了4個純合錯義突變，即c.1405C>T，p.R469W；c.1397G>T，p.G466V；c.1198C>T，p.P400S和c.1103G>A，p.R368H，其中c.1397G>T，p.G466V為新確認的突變。

4.2潛在轉化生長因子-β結合蛋白2(latent transforming growth factor-β-binding protein 2，LTBP2)基因 LTBP2在睫狀突、小梁網以及鞏膜與角膜基質之間過渡區的非色素上皮中高度表達，在胚胎形成過程中參與維持睫狀肌和眼前房的正常發育[56]。LTBP2基因突變通過影響小梁網和鞏膜中的膠原蛋白參與青光眼的發病機制，鞏膜膠原的彈性可能導致篩板上的生物力變大(尤其是葡萄膜鞏膜通道)，使房水的正常流出通路受損[57]。LTBP2突變通過經典的轉化生長因子-β和骨形態發生蛋白信號通路影響小梁網細胞中ECM基因的表達，促進細胞凋亡；此外，LTBP2突變還會增加細胞對氧化應激的敏感性，使細胞更易受到損害[58]。然而，一項針對中國人群先天性青光眼患者的研究顯示，在排除CYP1B1基因突變的情況下，在LTBP2基因編碼區未發現有害突變，表明LTBP2基因并非漢族人群先天性青光眼的致病基因[59]。另外，在不具有CYP1B1基因突變的巴基斯坦人群中發現了2個與先天性青光眼相關的突變，即c.4934G>A，p.Arg1645Glu和c.4031_4032insA，p.Asp1345Glyfs*6[60]。同時，在印度人群中也發現了1個新的LTBP2基因無義突變,即c.2421G>>A，p.W807X[55]。

5 小 結

青光眼是一種遺傳相關疾病，針對相關基因的研究有助于進一步了解青光眼的致病機制。通過基因檢測和青光眼基因庫可以篩選高危人群，為青光眼的早期診斷提供可能。基因治療指針對某些致病基因，以腺病毒和慢病毒為載體，進行基因編輯、擴增、沉默，從而達到治療目的。目前，大量針對青光眼致病基因的治療方案仍處于臨床前研究階段，由于青光眼致病機制可能涉及多個基因位點的共同作用，因此基因治療方案的設計需要全面考慮。此外，基因治療的安全性、穩定性問題也仍需進行更深入的研究，同時基因治療的療效必須在以哺乳動物為對象的研究中獲得廣泛肯定。希望未來可以利用分子生物學手段，更加精確、高效地治療青光眼。