重視早發(fā)性高度近視的遺傳學診斷

盛迅倫

甘肅愛爾眼視光醫(yī)院，蘭州 730050

根據(jù)等效球鏡度可將近視分為低度近視和高度近視，其中高度近視定義為等效球鏡度≤-6.00 D。根據(jù)發(fā)病年齡，高度近視分為發(fā)生在學齡后的遲發(fā)性高度近視(late-onset high myopia，loHM)和發(fā)生在學齡前(<7歲)的早發(fā)性高度近視(early-onset high myopia，eoHM)。eoHM可分為僅表現(xiàn)為高度近視的單純型(非綜合征型)，以及合并眼部其他疾病或全身其他系統(tǒng)異常的綜合征型。高度近視相關的脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV)和黃斑變性等并發(fā)癥，可導致永久性視力損害，甚至盲，可造成終身的經濟負擔和社會負擔，其已成為30歲以上中青年人群的主要致盲原因之一。因此，預防和控制高度近視的發(fā)生和發(fā)展是眼科醫(yī)師面臨的一個極大挑戰(zhàn)，已成為重要國際公共衛(wèi)生問題。近年來，隨著青少年近視防控成為熱點問題，eoHM逐漸引起眼科和遺傳領域研究者的高度關注。

為了探明近視的發(fā)病機制，國內外研究者已進行了大量的實驗研究，提出了各種假說和推測，雖然尚沒有一個理論能完整地闡明近視的病因，但基本確定近視是環(huán)境因素和遺傳因素共同作用的結果。近年來，關于孟德爾性狀eoHM和復雜性狀loHM的一系列研究證實了遺傳因素在高度近視發(fā)病中的作用。eoHM患者由于發(fā)病年齡在學齡前，受到的環(huán)境壓力影響最小，其癥狀主要是由遺傳因素決定，因此可為尋找高度近視相關基因提供寶貴資料。隨著基因檢測技術的快速發(fā)展，我們對eoHM遺傳因素有了更深的理解和認識。不同于loHM，eoHM主要以孟德爾方式遺傳，由單一的高外顯率的致病基因突變所致，幾乎不受環(huán)境的影響。eoHM與一些非綜合征型遺傳性眼病(genetic eye disease，GED)及合并全身其他系統(tǒng)異常的綜合征型GED密切相關。研究表明，在大約四分之一的eoHM患者中發(fā)現(xiàn)了導致遺傳性視網膜疾病(inherited retinal degeneration，IRD)的致病基因突變。這些疾病早期僅僅表現(xiàn)為單純高度近視不伴有其他眼部異常，容易導致漏診和誤診，為其早期診斷帶來了很大的困擾和挑戰(zhàn)，而基因檢測技術的應用有助于eoHM患者的早期篩查和診斷。

1 充分認識兒童高度近視與眼部和全身性疾病的關聯(lián)

兒童高度近視是一種與眼部和全身性疾病密切關聯(lián)的疾病。一項回顧性病例系列研究發(fā)現(xiàn),高度近視兒童中約54%伴有全身疾病，38%存在與高度近視相關的眼部異常，僅有約8%為單純高度近視，不伴任何眼部或全身異常。

1.1

兒童高度近視與眼部異常

高度近視兒童中發(fā)現(xiàn)的眼部異常包括：屈光參差(雙眼屈光度差值>2 D)、屈光參差性弱視、斜視、眼球震顫、先天發(fā)育異常(無虹膜、球形晶狀體、后圓錐形晶體、眼缺損)、青光眼、晶狀體半脫位、早產兒視網膜病變、視網膜脫離、IRD(視網膜色素變性、視錐細胞營養(yǎng)不良、先天性靜止性夜盲、眼白化病、Stargardt病等)。其中屈光參差性弱視、眼球震顫、先天發(fā)育異常、晶狀體異常、IRD的發(fā)生率分別為32%、12%、10.8%、9.0%和8.1%。

1.2

兒童高度近視與全身疾病

高度近視兒童合并全身疾病的發(fā)生率較高。兒童高度近視與全身疾病關聯(lián)模式和發(fā)病率的研究發(fā)現(xiàn)，約54%高度近視兒童存在全身其他系統(tǒng)和器官的異常，如嚴重的發(fā)育遲緩、極度早產、巨腦癥、先天性弓形體病、腦積水、嬰兒腦膜炎后遺癥、子宮內丙戊酸鈉暴露、Stickler綜合征、唐氏綜合征、Ehlers-Danlos綜合征、Gordon綜合癥、WAGR綜合征、Noonan綜合征、Smith Magenis綜合征、Crouzon綜合征、Adams Oliver綜合征、眼皮膚白化病。這些全身疾病合并或不合并除高度近視外的其他眼部異常。其中綜合征型GED的發(fā)生率為26.9%，最常見為Stickler綜合征，占8%，其次為唐氏綜合征和馬凡綜合征，均占5%，Crouzon綜合征和眼皮膚白化病分別占0.9%。其他類型的全身疾病發(fā)生率為27.1%，其中常見的為嚴重的發(fā)育遲緩，占11.6%，其次為極度早產，占9.8%。

1.3

eoHM與GED

近年來，單基因GED的研究發(fā)現(xiàn)，一些單純型及綜合征型GED往往合并eoHM，如全色盲(achromatopsia)、X-連鎖遺傳視網膜色素變性(X-linked retinitis pigmentosa，XLRP)、家族性滲出性玻璃體視網膜病變(familial exudative vitreoretinopathy，F(xiàn)EVR)、先天性靜止性夜盲(congenital stationary nightblindness，CSNB)、回旋狀脈絡膜視網膜萎縮(gyrate atrophy of the choroid and retina，GA)、Stickler綜合征及DBS綜合征(Donnai-Barrow syndrome)等。而且eoHM是患者首診的主要原因及最先引起臨床醫(yī)生注意的臨床特征。由于眼科醫(yī)生對這一類GED的認識與重視程度不夠，易導致這一類眼病的誤診或漏診。

1.1

eoHM與全色盲 全色盲是一種視錐細胞營養(yǎng)不良性疾病。其臨床特征包括近視、畏光、眼球震顫、色覺喪失、視網膜電圖(electroretinogram，ERG)檢查顯示視錐細胞反應呈現(xiàn)熄滅型而視桿細胞反應基本正常。全色盲多伴有eoHM，眼底檢查正常，有些患者畏光、眼球震顫不明顯。如對該病認識不足，未進一步做色覺及ERG等相關檢查容易誤診為單純性高度近視及屈光不正性弱視。

1.2

eoHM與XLRP 視網膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)主要以視錐細胞和視桿細胞的變性、凋亡為特征的遺傳性疾病。RP常伴有近視及散光，發(fā)生率可高達75%。其遺傳方式主要有常染色體顯性(autosomal dominant，AD)遺傳、常染色體隱性(autosomal recessive，AR)遺傳、XLRP。XLRP約占所有RP的15%。一些研究發(fā)現(xiàn)

RPGR

基因突變攜帶者在男性中表現(xiàn)為典型的RP合并中高度近視，在女性中最具特征性的臨床表現(xiàn)為高度近視。如果不仔細詢問患者家族史及進行基因檢測，女性

RPGR

基因突變攜帶者常誤診為單純性高度近視。

1.3

eoHM與FEVR FEVR是一種以視網膜血管發(fā)育異常為特征的遺傳性眼底病，占兒童致盲眼病的13%～16%。FEVR兒童多合并高度近視。由于FEVR病變多位于視網膜周邊，常規(guī)眼底檢查難以發(fā)現(xiàn)，僅在熒光素眼底血管造影(fluorescein fundus angiography，F(xiàn)FA)檢查時發(fā)現(xiàn)周邊視網膜血管的異常。由于兒童周邊眼底檢查較難實施，而且輕度FEVR因缺少FFA檢查而經常被忽略，導致其早期臨床診斷時容易漏診，且常誤診為單純性高度近視、屈光不正性弱視及屈光參差性弱視。

1.4

eoHM與CSNB CSNB是一種具有遺傳性、非進展性的視網膜病變。根據(jù)視桿細胞受損情況可進一步分為2個亞型，即視桿系統(tǒng)無功能的完全型CSNB和視桿系統(tǒng)保留有一定功能的不完全型CSNB。完全型CSNB患者多伴有中度到高度近視。這2種類型的CSNB患者眼底基本正常。CSNB具有診斷價值的特征性改變是暗適應曲線和全視野ERG的異常。由于大部分CSNB患者早期初診主訴視物模糊，僅少數(shù)患者主訴夜盲，眼科醫(yī)師容易忽視對患者的ERG檢查，因此常誤診為單純性高度近視及屈光不正性弱視。

1.5

eoHM與GA GA是AR遺傳脈絡膜視網膜萎縮性疾病。臨床表現(xiàn)為高度近視、夜盲及周圍視野的喪失。最典型的特征為眼底回旋狀病變和高鳥氨酸血癥。90%的GA患者伴有-6.00～-10.00 D高度近視和2.00 D以上的散光。大部分GA患者10歲左右出現(xiàn)夜盲。由于現(xiàn)代人工照明的范圍越來越大，早期患者很難察覺夜視力差，最先引起患者及臨床醫(yī)生注意的往往是eoHM或高度散光。由于患者早期矯正視力正常且眼底后極部多表現(xiàn)正常，因此GA早期易誤診為高度近視及屈光不正性弱視。

1.6

eoHM與Stickler綜合征 Stickler綜合征是AD性膠原結締組織疾病。以眼部、口面部、關節(jié)及聽覺損傷為特征性病變。其中，眼部病變尤為突出，亦最嚴重，部分患者僅有眼部表型。Stickler綜合征患者中近視的發(fā)生率大于75%，通常是eoHM，多于6歲之前出現(xiàn),近視度數(shù)穩(wěn)定。在臨床上很難識別以眼部異常為主的Stickler綜合征，易誤診為單純性高度近視及屈光不正性弱視，需進一步做基因檢測進行確診。

1.7

eoHM與DBS綜合征 眼部異常是DBS綜合征的主要特征，包括高度近視、視網膜脫離、眼距過寬、眼球突出、虹膜發(fā)育不全。有些患兒僅有非常輕微的全身其他器官的異常，但普遍存在先天性超高度近視。

以上研究結果表明eoHM可能是這些疾病的第一個征象，是兒童最早就診的原因及臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)潛在眼部疾病的重要線索。因此，應對eoHM患兒進行詳細的眼部結構和功能檢查，以及必要的全身檢查。

2 充分認識遺傳因素在eoHM發(fā)病機制中的作用

國內外大量的研究已證實遺傳因素在高度近視的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。大多數(shù)高度近視是受遺傳和環(huán)境控制的復雜癥狀，但eoHM是符合孟德爾遺傳規(guī)律的單基因遺傳病，遺傳方式包括AD、AR和XL。eoHM發(fā)生在學齡前，受環(huán)境影響最小，且具有不同的臨床特征，是高度近視單基因研究的理想模型及鑒定高度近視相關基因的獨特資源。

2.1

eoHM相關基因運用全基因組關聯(lián)研究(genome wide association study，GWAS)已經確定

PRSS56

、

BMP3

、

KCNQ5

、

LAMA2

、

TOX

、

TJP2

、

RDH5

、

ZIC2

、

RASGRF1

、

GJD2

、

RBFOX1

和

SHISA6

等12個基因與高度近視的發(fā)生密切相關。但eoHM與這12個基因的變異沒有顯著的相關性。運用候選基因分析在高度近視患者中發(fā)現(xiàn)7個相關基因

SCO2

、

ZNF644

、

LRPAP1

、

SLC39A5

、

LEPREL1

、

CTSH

和

P4HA2

。在一些eoHM的家系中也鑒定出這些已知基因的突變。在過去的十年中，隨著測序技術有了快速發(fā)展，新一代高通量測序(next generation sequencing，NGS)技術出現(xiàn)，致病基因突變分析開始得到廣泛運用。全外顯子組測序(whole exome sequencing，WES)技術已成為鑒定孟德爾遺傳眼病相關基因突變的主要方法。通過連鎖分析結合WES(或僅采用WES)技術，已鑒定出17個與eoHM相關的基因，包括AD遺傳基因(

ZNF644

、

SCO2

、

SLC39A5

、

CCDC111

、

P4HA2

、

BSG

、

CPSF1

、

NDUFAF7

、

TNFRSF21

、

XYLT1

和

DZIP1

)、AR遺傳基因(

LRPAP1

、

CTSH

和

Leprel

)和XL基因(

LOXL3

、

ARR3

、

OPN1LW

、

DZIP1

和

XYLT1

)

2.2

eoHM與

ARR3

基因Myopia-26是一種罕見的單基因疾病，其特征是高度近視開始于女性兒童早期，并可能在中年進展為盲。該類型eoHM是迄今所發(fā)現(xiàn)的第一種與

ARR3

基因突變相關的人類疾病。盡管在X染色體上發(fā)現(xiàn)

ARR3

基因突變，但矛盾的是該基因突變只影響女性表型，男性攜帶者表現(xiàn)為無癥狀。對4個eoHM大家系進行遺傳研究，發(fā)現(xiàn)一種特殊的遺傳模式，4個家系中共有40名女性成員表現(xiàn)為eoHM，而男性成員均表現(xiàn)正常；基于全基因組連鎖掃描和WES，在

ARR3

基因(OMIM 301770)上檢測到4個不同的致病突變，該突變在4個家系中與表型共分離，所有攜帶ARR3雜合突變的女性成員均表現(xiàn)為eoHM，而所有攜帶ARR3半合子突變的男性成員均未受累；

ARR3

基因突變和eoHM在4個家系中的傳遞顯示了X連鎖僅限于女性發(fā)病的不同尋常的遺傳模式，這種模式與標準的X連鎖隱性遺傳相反。

2.3

eoHM與RetNet基因利用高通量測序技術，eoHM也被確認為由一系列已知基因突變引起的各種形式的單純型IRD及綜合征型GED的表型之一，包括

RP2

和

RPGR

基因與RP，

NYX

、

CACNA1F

、

GRM6

、

GNAT1

、

LRIT3

、

TRPM1

基因與CSNB，

TSPAN12

和

FZD4

基因與FEVR，

PDE6C

和

PDE6B

基因與全色盲，

PRPH2

基因與Leber先天性黑矇(Leber congenital amaurosis，LCA)，

GUCY2D

和

OPN1LW

基因與錐桿細胞營養(yǎng)不良(cone-rod retinal dystrophy，CORD)，

OAT

基因與GA，

OPA1

基因與常染色體顯性遺傳視神經萎縮(autosomal dominant optic atrophy，ADOA)，

PAX2

基因與腎-視神經乳頭缺損綜合征(renal-coloboma syndrome，RCS)，

COL2A1

、

COL11A1

、

COL9A1

和

COL9A2

基因與Stickler綜合征，

FBN1

基因與馬凡綜合征，

COL18A1

基因與Knobloch綜合征，

LRP2

基因與DBS綜合征。RetNet是IRD基因目錄數(shù)據(jù)庫(https://sph.uth.edu/retnet/)，該數(shù)據(jù)庫收錄IRD相關基因和位點以及與Stickler綜合征、馬凡綜合征和Knobloch綜合征相關的3個基因

COL9A2

、

FBN1

和

COL18A1

(以下簡稱RetNet基因)。2項eoHM的隊列研究采用WES測序分析234個RetNet基因，23.8%的eoHM先證者在34個RetNet基因(34/234)上檢測到致病性突變位點；其中74.6%為AD基因雜合突變，8.5%為AR基因復合雜合突變，19.7%為XL基因半合子或雜合突變；在這34個RetNet基因中，有11個是已知的可以導致高度近視表型的基因。在23.8%的eoHM先證者中檢測到RetNet基因突變，包括

COL2A1

、

COL11A1

、

PRPH2

、

FBN1

、

GNAT1

、

PAX2

、

GUCY2D

、

TSPAN12

、

CACNA1F

、

RPGR

、

CRX

、

OPA1

、

RHO

、

JAG1

、

TRPM1

、

FZD4

、

RGR

、

PDE6C

、

USH2A

、

AHI1

、

RIMS1

、

OPA3

、

ROM1

等34個基因。其中在56.6%～62.0%的eoHM先證者中檢測到具有高度近視表型的RetNet基因突變，包括

COL2A1

、

COL11A1

、

PRPH2

、

FBN1

、

GNAT1

、

OPA1

、

PAX2

、

GUCY2D

、

TSPAN12

、

CACNA1F

和

RPGR

等11個基因。這些基因是導致Stickler綜合征、RP、馬凡綜合征、FEVR、ADOA、CSNB等GED的致病基因。而在loHM中，僅有7.2%先證者檢測到RetNet基因突變；14.3%先證者檢測到具有高度近視表型的RetNet基因突變。上述結果表明，相當一部分eoHM與RetNet基因突變有關。這些研究結果提供了初步的遺傳學證據(jù)，表明eoHM不同于loHM。因此，其他導致IRD以及高度近視相關綜合征的基因可能是篩查eoHM患者突變的候選基因。對這些突變的功能研究以及對突變攜帶者及其家庭成員相關表型更廣泛的研究可能為探索高度近視的發(fā)病機制提供有價值的信息。

3 重視eoHM的遺傳學診斷

以往，眼底疾病的診斷主要依據(jù)眼科影像學和視覺電生理2大類技術。但是這2類診斷技術的共同特點都是針對疾病的表型改變建立診斷標準，而表型的改變常常在疾病的中晚期才出現(xiàn)，在很多情況下也不夠特異。因此如果僅憑臨床表現(xiàn)進行診斷，準確性較低，且不能從致病原因上做出明確診斷。隨著人類基因組計劃的完成和NGS技術的普遍應用，基因診斷技術正在不斷發(fā)展。遺傳病的基因診斷，是通過在基因水平上對核苷酸堿基序列變異的檢測，從遺傳物質的分子水平上揭示疾病發(fā)生的原因和分子機制?；驒z測技術的建立使GED的診斷技術更為完善和精準。

一項在eoHM患者中篩查IRD相關基因突變的隊列研究表明，所有納入的eoHM患者均無IRD癥狀或明顯的眼底改變。因此，高度近視可能是這些基因突變導致的眼底改變的早期特征。由于眼科醫(yī)生對這一類GED的認識與重視程度不夠，易導致誤診或漏診。因此對eoHM患者除了進行詳細的眼部結構和功能檢查外，應充分利用最先進的基因檢測技術，從基因水平對患者進行致病基因的檢測，明確攜帶的致病基因，才能加強輔助臨床隨診和干預，讓醫(yī)生的診治更精準。如

COL2A1

和

COL11A1

基因突變是Stickler綜合征的2個常見致病基因。而高度近視是Stickler綜合征常見的臨床特征。

COL2A1

基因的一些突變只導致眼型Stickler綜合征(ocular-only Stickler syndrome，眼型-STL)，表現(xiàn)為高度近視及相關并發(fā)癥，如視網膜脫離、玻璃體變性和白內障，但無除眼部以外的其他器官的異常。在臨床上，常常難以辨別單純性高度近視與以眼部異常為主的Stickler綜合征。因此，研究eoHM患者中

COL2A1

和

COL11A1

的突變變得非常重要，特別是對于Stickler綜合征的早期診斷和早期干預，因為對該類患者進行診斷并及早預防性冷凍治療可以降低視網膜脫離的風險。

關于eoHM的遺傳學研究表明，在大約四分之一的eoHM先證者中發(fā)現(xiàn)了RetNet基因突變。這些患者RetNet基因突變頻率高，可為基因篩查和進一步開展相關的特異性臨床檢查提供線索，促進某些疾病的長期隨訪評估和及時治療。同時提示我們其他導致視網膜營養(yǎng)不良以及高度近視相關綜合征的基因可能是篩查eoHM患者致病突變的候選基因。

4 重視eoHM基因篩查策略選擇

目前常用的基因檢測方法包括目標序列捕獲測序(靶向測序集合，panel)、WES、全基因組測序(whole genome sequencing，WGS)和Sanger測序。如何選擇高效、精準、經濟實用的檢測方法，是臨床醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)。盡管NGS的出現(xiàn)讓測序成本一降再降，但有時候整個基因組的測序并不是必需的，甚至會適得其反。相反，對其中一小部分基因進行測序更為明智。目前，通過靶向富集策略，可以減少某些項目的測序量，加快檢測進度并降低成本，同時減輕數(shù)據(jù)分析的負擔。以外顯子組為例，它僅占基因組的1%～2%，但卻包含有85%的已知致病突變。因此，與WGS相比，WES測序相當于減少了98%的測序工作。顯而易見，靶向測序集合也可以大大減輕檢測負擔。臨床工作中，對收集的eoHM患者進行基因檢測時，應綜合考慮各種因素，合理選擇檢測方法：

1)臨床表現(xiàn)典型、疑似某種遺傳病的患者：①擬診斷疾病有多個相關致病基因，可采用包含多個相關基因外顯子靶向捕獲及二代測序進行檢測；②擬診斷疾病僅有1個致病基因時，可采用一代測序(Sanger測序)對候選基因進行檢測。如果檢測結果陰性，為提高檢出率、明確診斷，可采用WES進行擴展性檢測。

2)對應疾病模糊的患者 應首先采用WES測序技術。如果WES檢測結果陰性，采用WGS進行擴展性檢測，同時要考慮是否為拷貝數(shù)變異或動態(tài)突變等。

3)靶向測序套餐的選擇 對于具有典型臨床表型的GED患者，可以選擇單病種已知相關致病基因的靶向測序套餐。如全色盲的致病基因有

CNGA3

、

CNGB3

、

PDE6C

、

NAT2

、

PDE6H

和

ATF6

，可選擇包括這6個已知基因的單病種靶向測序套餐；目前與RP相關的已知致病基因有100多個，其中有一部分基因可導致COD、CORD、LCA和遺傳性黃斑營養(yǎng)不良等疾病，因此可設計成包括有已知致病基因的單病種靶向測序套餐，也可設計成包含所有IRD的靶向測序套餐。目前，除WES外，其余芯片在費用、時間及數(shù)據(jù)分析方面均相似，考慮到疾病表型的相互重疊和非典型性，推薦使用包含全部GED的大容量芯片。

4)共分離分析方法的選擇 對二代測序檢測到的候選基因突變，一定要進行共分離驗證。過去大多數(shù)的NGS(二代測序)檢查是“單人再驗證”模式，即只檢測一個患者，再從眾多變異中挑選一兩個可疑致病的突變位點進行父母的一代測序，來驗證是否符合共分離。近年來，研究者開始采取家系(Trios)模式進行檢測。Trios模式就是對全家系成員做檢測，至少要對家系核心成員患兒及其生物學父母3個人(Trios，標準家系)同時做二代測序，然后對這3個人的測序數(shù)據(jù)進行平行比對，借助遺傳學共分離原則篩選致病突變。雖然家系模式檢測成本高，但會對診斷陽性率和準確性的提高帶來非常大的幫助。Trios模式一方面可以借助共分離分析提高診斷陽性率，另一方面可以借助共分離分析過濾掉非致病基因變異。

5 結語

大量的遺傳學研究表明eoHM與loHM有較大差異。eoHM主要以孟德爾方式遺傳，表現(xiàn)為單一的高外顯率的致病基因突變，幾乎不受環(huán)境因素的影響。eoHM具有不同的臨床特征，是鑒定高度近視相關基因的獨特資源。eoHM是一些基因突變導致的GED的早期特征，可能是患兒早期就診的原因及臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)潛在眼部疾病的重要線索。因此對eoHM患者除了進行詳細的眼部結構和功能檢查外，還應高度重視eoHM的基因診斷，利用最先進的基因檢測技術，從基因水平對eoHM進行致病基因的檢測，明確攜帶的致病基因，加強eoHM臨床隨診和干預，提升eoHM診治的精準性。隨著遺傳學研究的進展和基因檢測技術的進步，新的eoHM診療理念將會被構建，以不斷提升eoHM精準診治和預防水平。

利益沖突

作者聲明不存在任何利益沖突