原發(fā)性閉角型青光眼遺傳流行病學(xué)研究進(jìn)展△

楊瑾 孫嘉悅 劉濤

作者單位：710021 陜西省西安市，西安醫(yī)學(xué)院(楊瑾)；102200 北京市，沙河醫(yī)院眼科(孫嘉悅)；723200 陜西省漢中市，3201醫(yī)院眼科(劉濤)

原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma，PACG)是在原來就存在的異常虹膜構(gòu)型的基礎(chǔ)上而發(fā)生前房角被周邊虹膜組織機(jī)械性阻塞，導(dǎo)致房水流出受阻，造成眼壓升高的一類青光眼。近期經(jīng)家系研究、病例對照研究等多種研究方法證實(shí)，PACG具有明顯的遺傳傾向。Wang等[1]研究表明，和普通人群相比，PACG患者的兄弟姐妹有更高的PACG發(fā)病率，而且PACG患者的一級親屬較正常人有6～9倍罹患PACG的可能性，Amerasinghe等[2]在中國的研究發(fā)現(xiàn)，PACG患者的兄弟姐妹具有房角狹窄解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征的可能性約為50%，從而證實(shí)PACG是多基因多因素的復(fù)雜眼病，具有高度遺傳特異性。雖然遺傳因素常常被認(rèn)為難以改變，但國內(nèi)外學(xué)者嘗試用多種方法尋找PACG的易感基因，以期深入了解PACG的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及發(fā)病機(jī)制，進(jìn)一步為制訂行之有效的預(yù)防措施及治療方法提供新的思路。

近年來，隨著人類遺傳學(xué)研究的迅猛發(fā)展和研究技術(shù)的不斷提高，關(guān)于

PACG的遺傳流行病學(xué)方面的研究也與日俱增。在PACG基因組學(xué)的研究中，單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)是最常見的可遺傳變異，在此基礎(chǔ)上國內(nèi)外學(xué)者主要使用全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study，GWAS)和候選基因研究來定位和識別大量與PACG關(guān)聯(lián)的基因區(qū)域及位點(diǎn)，現(xiàn)綜述如下。

1 全基因組關(guān)聯(lián)研究

隨著人類基因組計(jì)劃和國際人類基因組單體型圖計(jì)劃的完成，基于SNP的GWAS通過高通量的基因分型平臺，以人類基因組范圍內(nèi)數(shù)以百萬計(jì)的SNP為標(biāo)記進(jìn)行病例-對照關(guān)聯(lián)分析，以期發(fā)現(xiàn)與復(fù)雜疾病相關(guān)的遺傳變異[3-4]。迄今為止，在世界的不同人群中，GWAS研究結(jié)果顯示，PACG的易感位點(diǎn)位于多條染色體上，并且在多個(gè)人群中得到驗(yàn)證(表1)。

Vithana等[5]在2012年納入3771例PACG患者及18551例正常對照者，并對其進(jìn)行GWAS分析，完成了人類PACG分子遺傳研究中里程碑式的發(fā)現(xiàn)。該研究第一步對1854例來自新加坡、中國香港、印度、馬來西亞和越南這5個(gè)亞洲國家或地區(qū)樣本采集點(diǎn)的PACG患者和9608例正常對照者進(jìn)行GWAS；第二步對1917例來自中國大陸、新加坡、印度、沙特阿拉伯和英國等世界各地的PACG患者和9608例正常對照者進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證性試驗(yàn)，最終研究者確定了3個(gè)與PACG相關(guān)的基因位點(diǎn)：PLEKHA7基因中的rs11024102、COL11A1基因中的rs3753841以及位于8號染色體長臂上的ST18基因與PCMTD1基因之間的rs1015213。PLEKHA7基因負(fù)責(zé)編碼黏合連接蛋白，參與構(gòu)成血-房水屏障，防止液體滲漏，影響房水在Schlemm管內(nèi)壁的流動性，據(jù)推測這一突變可能影響血-房水屏障的完整性，使PACG患者眼內(nèi)流體動力學(xué)發(fā)生改變[6]。COL11A1基因負(fù)責(zé)編碼Ⅺ型膠原蛋白兩條α鏈中的一條，在小梁網(wǎng)細(xì)胞中有表達(dá)，可能參與調(diào)節(jié)房水的流出。ST18基因是一種抑癌基因，負(fù)責(zé)編碼致癌18蛋白的抑制蛋白，其表達(dá)水平在乳腺癌細(xì)胞系中明顯下調(diào)，可能與細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)有關(guān)。PCMTD1基因負(fù)責(zé)編碼-L-異天冬氨酸-O-甲基轉(zhuǎn)移酶域-含蛋白1，其功能尚不清楚，有研究表明rs1015213與淺前房有明顯相關(guān)性[7]。隨后，多名研究者試圖驗(yàn)證這3個(gè)基因位點(diǎn)與PACG之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)在不同人群中其結(jié)果也不盡相同。在中國和尼泊爾人群中，PLEKHA7基因中的rs11024102與PACG的發(fā)病有明顯相關(guān)性[8-9]，而在澳大利亞人群和南印度人群中無明顯相關(guān)性[8，10]。在澳大利亞人群中，COL11A1基因中的rs3753841與PACG的發(fā)病有明顯的相關(guān)性[11]，而在中國、南印度及尼泊爾人群中無明顯相關(guān)性[8-10]。Chen等[9]對606例中國漢族PACG患者和922例正常對照者的12個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)進(jìn)行研究，證實(shí)了COL11A1基因中的rs1676486、rs12138977，PLEKHA7基因中的rs216489、rs11024102與PACG的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有顯著相關(guān)性。

表1 GWAS研究得到的PACG的易感位點(diǎn)

在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步定位PACG的易感基因，2016年Khor等[10]多名GWAS學(xué)者在亞洲、澳大利亞、歐洲、南美洲和北美洲的24個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行大樣本研究，共采集10 503例PACG患者和29 567例正常對照者，并對其進(jìn)行GWAS分析，對人類認(rèn)識PACG遺傳機(jī)制具有推動意義。該研究第一階段對從東亞、南亞和歐洲的15個(gè)國家采集到的6525例PACG患者和19 929例正常對照者進(jìn)行GWAS；第二階段對來自澳大利亞洲、南美洲等14個(gè)國家3978例PACG患者和9638例正常對照者進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證性試驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)了與PACG顯著關(guān)聯(lián)的5個(gè)新的基因位點(diǎn)：EPDR1基因中的rs3816415、CHAT基因中的rs1258267、GLIS3基因中的rs736893、FERMT2基因中rs7494379以及位于DPM2基因與FAM102A基因之間的rs3739821。EPDR1基因負(fù)責(zé)編碼室管膜相關(guān)蛋白1，這是一種糖基化的Ⅱ型跨膜蛋白，在細(xì)胞黏附中起重要作用。CHAT基因負(fù)責(zé)編碼乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶，通過參與合成神經(jīng)遞質(zhì)——乙酰膽堿，引起瞳孔括約肌收縮，從而縮小瞳孔，該基因突變可能會增加PACG的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。GLIS3基因突變會導(dǎo)致新生兒糖尿病和先天性甲狀腺功能減退癥，推測PACG的發(fā)病可能與該基因突變所引起的某些代謝途徑異常有關(guān)。FERMT2負(fù)責(zé)編碼血小板白細(xì)胞C激酶底物同源性域家族C成員1，該蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的組成部分之一，在細(xì)胞黏附中發(fā)揮作用，與PLEKHA7屬于同一蛋白家族[12]。DPM2基因的突變會導(dǎo)致先天性糖基化障礙，從而引起嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病[13]。FAM102A基因的作用尚不十分明確。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了新的與PACG相關(guān)聯(lián)的基因區(qū)域及位點(diǎn)，還強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞黏附和膠原代謝在PACG發(fā)病機(jī)制中的重要性，為PACG的基因組學(xué)研究提供了新的思路。

前房深度(anterior chamber depth，ACD)是PACG發(fā)病的主要因素之一，為進(jìn)一步尋找與前房深度相關(guān)聯(lián)的基因及其突變對PACG發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的影響，Nongpiur等[14]第一階段對5308例分別來自新加坡的印第安人、馬來西亞人，以及中國北京人的ACD和眼軸長度進(jìn)行測定，運(yùn)用GWAS技術(shù)發(fā)現(xiàn)3號染色體上ABCC5基因的SNP位點(diǎn)rs14019999與ACD及眼軸長度有一定關(guān)聯(lián)性，第二階段對4276例PACG患者和18 801例正常對照者進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果顯示rs14019999的突變可明顯增加PACG的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。ABCC5主要參與組織防御和信號傳導(dǎo)，有研究發(fā)現(xiàn)ABCC5在瞳孔、睫狀肌、晶狀體等組織也有表達(dá)[11]。

2 候選基因關(guān)聯(lián)研究

候選基因關(guān)聯(lián)研究是根據(jù)某些間接線索選定一個(gè)或幾個(gè)候選基因，借助于直接測序或等位基因特異性擴(kuò)增等實(shí)驗(yàn)方法，通過在病例和對照中比較候選基因序列差異，來確定這些候選基因與患病狀態(tài)或數(shù)量性狀間是否存在關(guān)聯(lián)，已報(bào)道的部分候選基因關(guān)聯(lián)分析結(jié)果見表2。

2.1基質(zhì)金屬蛋白酶-9基因基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)是一種Ⅴ型膠原蛋白酶，參與細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，與調(diào)節(jié)眼軸長度的發(fā)育有關(guān)。近幾年多名學(xué)者通過關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)了MMP-9基因中的多個(gè)SNP與PACG 的相關(guān)性。2006年Wang等[15]發(fā)現(xiàn)中國臺灣人群MMP-9基因中的rs2664538位點(diǎn)與PACG之間存在一定的相關(guān)性，而2008年Aung等[16]研究表明在新加坡華人中同樣的位點(diǎn)卻與PACG無明顯相關(guān)性。Wang等[15]對中國南方地區(qū)PACG患者研究發(fā)現(xiàn)，MMP-9基因中的rs2250889與PACG有關(guān)聯(lián)性。2011年Awadalla等[17]發(fā)現(xiàn)澳大利亞高加索人群MMP-9基因中的rs17576和rs3918249與PACG存在顯著關(guān)聯(lián)，rs17576位點(diǎn)在巴基斯坦人群中也得到了同樣的證實(shí)，但2013年Shi等[18]在中國漢族人群中卻未得到類似結(jié)論。2014年Gao等[19]在中國漢族人群中發(fā)現(xiàn)MMP-9基因中的rs3918254與PACG有明顯相關(guān)性，而rs3918249、rs3787268、rs17577并非PACG患者的易感基因位點(diǎn)。這可能是由于基因在人群中的分布不同所造成的，需要進(jìn)一步探討。

2.2內(nèi)皮型一氧化氮合酶基因在生理?xiàng)l件下，內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitricoxide synthase，eNOS)可產(chǎn)生少量NO，以維持正常的生理作用，NO可增加MMP-9的活性，從而間接影響眼部組織重塑。2013年，Awadalla等[20]對尼泊爾人群及澳大利亞人群235例PACG患者PACG和492名正常對照者研究發(fā)現(xiàn)，eNOS基因上的rs3793342與PACG有明顯的相關(guān)性。2014年，Shi等[21]對中國漢族人群中232例PACG患者及306例正常對照者進(jìn)行研究證明，eNOS基因上的rs11771443與ACD相關(guān)聯(lián)。

2.3熱休克蛋白70基因熱休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)的表達(dá)是機(jī)體在PACG急性發(fā)作時(shí)受高眼壓刺激作出的反應(yīng)。蘇穎丹等[22]

表2 部分已報(bào)道的與PACG關(guān)聯(lián)的候選基因

通過測定中國漢族人群PACG患者血漿HSP70水平表明，PACG患者血漿HSP70水平顯著升高，且與眼壓呈正相關(guān)，提示HSP70可能與PACG的發(fā)病機(jī)制存在一定相關(guān)性。2010年，Ayub等[23]對巴基斯坦人群中原發(fā)性青光眼患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，HSP70基因中的SNP rs1043618與PACG有明顯相關(guān)性。2013年，Shi等[18]研究證明HSP70基因中的SNP rs1043618與中國漢族人群中PACG的發(fā)病有顯著相關(guān)性，說明該基因位點(diǎn)突變會增加PACG的發(fā)病傾向。這可能與不同的地理位置、環(huán)境因素等有關(guān)，需要進(jìn)一步探討。

2.4降鈣素受體樣受體基因在轉(zhuǎn)基因小鼠的瞳孔括約肌內(nèi)過表達(dá)會引起瞳孔麻痹，眼壓短暫升高，隨后降鈣素受體樣受體(calcitonin receptor like receptor，CALCRL)在人類PACG患者的瞳孔括約肌中也被檢測出。中國南方PACG患者CALCRL基因中SNP rs1157699與急性PACG有明顯相關(guān)性，單倍型T(rs840617)C(rs6759535)T(rs1157699)在急性PACG組的頻率明顯高于對照組。但rs1157699與急性PACG之間的關(guān)聯(lián)性在澳大利亞和尼泊爾人群中未得到重復(fù)驗(yàn)證。Awadalla等[24]在澳大利亞人群中發(fā)現(xiàn)單倍型CALCRL基因(AATACAGAT)與PACG存在關(guān)聯(lián)性，這可能是由于基因在人群中的分布不同所造成的，還需進(jìn)一步研究及論證。

2.5肝細(xì)胞生長因子肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)位于人類基因的7q21.1上，調(diào)節(jié)MMP和基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMP)通路的生物活動，影響眼球的生長發(fā)育，可能與PACG有關(guān)。Chen等[25]研究表明，HGF中的SNP rs3735520與眼軸長度有關(guān)。Veerappan等[26]研究得出，HGF 基因中的SNP位點(diǎn)(rs12536657和rs5745718)與遠(yuǎn)視有關(guān)聯(lián)性，符合PACG具有短眼軸的眼部解剖學(xué)特征，2011年Awadalla等[27]通過對106例尼泊爾PACG患者和204例正常對照者進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)HGF基因中的rs12536657、rs12549393、rs5745718及rs17427817這4個(gè)SNP位點(diǎn)與PACG的發(fā)病存在顯著關(guān)聯(lián)。

2.6胰島素樣生長因子-1胰島素樣生長因子-1 (insulin like growth factor-1，IGF-1)參與調(diào)節(jié)ACD、晶狀體厚度、眼軸長度和眼壓，促進(jìn)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的有絲分裂及血管內(nèi)皮生長因子的調(diào)節(jié)，還可參與調(diào)控細(xì)胞的增生、分化及凋亡。Chen等[25]通過對中國人群研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1基因中的rs6214與晶狀體厚度有顯著相關(guān)性，由于目前的研究樣本量偏小，還需要增加樣本量，有待進(jìn)一步探討。

2.7轉(zhuǎn)化生長因子-β轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)參與調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，主要影響鞏膜組織的重塑。2001年，Inatani等[28]通過對PACG患者患眼房水中TGF-β2水平的測定，未發(fā)現(xiàn)其水平與PACG有明顯的相關(guān)性。但2017年，Jeoung 等[29]通過對PACG患者外周血基因表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)TGF-β1的水平可能與PACG的發(fā)病有關(guān)。所以二者之間的關(guān)聯(lián)性還需進(jìn)一步的遺傳學(xué)研究。

3 其他相關(guān)基因

3.1原發(fā)性開角型青光眼相關(guān)基因與PACG由于原發(fā)性開角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)與PACG均有高眼壓、進(jìn)行性不可逆視神經(jīng)損傷和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞變性等相同的臨床表現(xiàn)，所以與POAG相關(guān)的候選基因也引起了研究者們的關(guān)注。MYOC基因編碼分泌蛋白myocilin是目前公認(rèn)的青光眼相關(guān)基因。MYOC共有3個(gè)外顯子，可在小梁網(wǎng)、睫狀體、鞏膜、視網(wǎng)膜中表達(dá)，該基因突變大多數(shù)(85%)是錯(cuò)義突變，發(fā)生于第3段外顯子上。MYOC基因中最常見的突變是Gln368Stop，占青光眼患者的1.6%(27/1703)。2008年，Dai等[30]通過對中國一個(gè) PACG 家系基因研究，發(fā)現(xiàn)在該家系所有患者均存在MYOC基因的一個(gè)無義突變(Arg46Stop)。Jin等[31]在中國漢族人群中進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)MYOC基因中的SNP rs183532突變可增加PACG的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

3.2與PACG相關(guān)的其他候選基因除以上幾種基因，Awadalla等[24]通過對PACG患者虹膜中SPARC蛋白表達(dá)量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)SPARC蛋白表達(dá)量明顯增加，提示SPARC蛋白可能參與PACG的生物學(xué)改變。此外，也有研究者發(fā)現(xiàn)，PRSS56的基因多態(tài)性可能與PACG的發(fā)病存在一定相關(guān)性，但其結(jié)果還需在不同人群中進(jìn)行進(jìn)一步探討。

4 總結(jié)

綜上所述，雖然關(guān)于PACG的遺傳流行病學(xué)研究成果越來越多，但由于PACG并不是一個(gè)獨(dú)立的疾病，而是由環(huán)境和多基因遺傳因素共同作用導(dǎo)致的復(fù)雜疾病，因此PACG遺傳流行病學(xué)研究仍然任重道遠(yuǎn)，主要存在以下困難：(1)PACG在不同人群、種族以及地域的分布是有差別的，得出的結(jié)果可能是不一致甚至矛盾的，因此需要開展多人群、大樣本的關(guān)聯(lián)研究，并進(jìn)行驗(yàn)證，必要時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)分析，這樣才可能發(fā)現(xiàn)有意義的結(jié)果；(2)探討基因-環(huán)境交互作用。不同基因的突變可能導(dǎo)致相同的表型，一些攜帶易感基因的個(gè)體在外界因素影響下可能并沒有發(fā)病等，這都會影響結(jié)局事件的發(fā)生?？梢?，PACG遺傳流行病學(xué)研究是很復(fù)雜的。在今后的研究中，需要增大研究的樣本量，并在多個(gè)人群中進(jìn)行驗(yàn)證研究，必要時(shí)進(jìn)行Meta分析，以便得出可靠的結(jié)論，使PACG的基因組學(xué)研究能為疾病的早期診斷、有效治療及預(yù)后提供有效的幫助。