近視分子生物學研究機制進展

郭振峰,肖博文（天津市北辰醫(yī)院,天津 300400）

《自然》雜志的一篇文章預測，到本世紀末，世界人口的三分之一，約25億人將受到近視的影響，其中9.5%是高度近視[1]。Holden[2]等人擔心，到2050年，世界上一半的人口可能會近視。他進一步估計，到2050年，大約1億中國人可能會出現(xiàn)不可逆轉的視力損傷，并因高度近視而失明。近視會隨著中國的城市化程度而提高，這些數(shù)字還將增加。但近視眼的發(fā)生和發(fā)展機制尚不完全明確，因此研究近視的發(fā)生機制尤為重要。隨著近視基礎研究的不斷深入，本文對近視相關的分子生物學機制進行匯總，以期為未來近視的研究及近視防控提供理論依據(jù)。

1 多巴胺（Dopamine，DA）與近視

Kearney[3]等人報道，近視患者早晨的血清褪黑激素水平升高，多巴胺與褪黑素的相互作用是晝夜節(jié)律和晝夜通路的一個組成部分，多巴胺釋放在控制眼睛生長中起主要作用。在動物實驗中，多巴胺釋放的變化可能導致時鐘基因表達的變化，同樣時鐘基因的突變也可能導致多巴胺的合成和釋放紊亂。在近視動物模型中檢測基因表達的研究已經(jīng)證實了與時鐘基因相關的mRNA表達的變化[4]，因此目前有很多研究把多巴胺作為防控近視的靶點。

在一項近視代謝組學的研究中發(fā)現(xiàn)了與多巴胺受體D2相關的代謝途徑，類固醇生物合成、精氨酸和脯氨酸代謝、亞油酸代謝、亞麻酸代謝和鞘脂代謝，但其抗近視的分子機制仍不清楚。

多巴胺是一種重要的神經(jīng)遞質，通過與受體結合而發(fā)揮作用。多巴胺受體有5種，其中最典型的是多巴胺1（D1）受體和多巴胺2（D2）受體。前者與Gs蛋白結合，通過激活腺苷酸環(huán)化酶（AC）啟動轉錄，增加環(huán)腺苷（cAMP）的轉錄，而后者則起反作用。有文獻總結在形覺剝奪性近視（FDM）動物模型如雞、樹鼩、豚鼠和恒河猴中多巴胺下降[5]，因此也有研究用多巴胺治療近視。臨床上，多巴胺激動劑通常用于治療近視。Thomson[6]等人的最新研究發(fā)現(xiàn)，左旋多巴通過多巴胺D2受體對晶狀體源性近視存在抑制作用。Yan[7]等人在單眼FDM小鼠中，每天注射多巴胺激動劑阿波嗎啡（Apomorphine，APO），可減輕近視的發(fā)展。然而，目前尚不清楚APO注射是否通過不同的DA受體亞型對FDM有不同的影響。而另有研究[8]在小鼠中發(fā)現(xiàn)，APO對近視發(fā)展的保護作用依賴于D1受體的存在，而不是D2受體，并且表明APO對FDM的藥理抑制作用具有D1受體特異性。

然而，一些研究并不支持多巴胺與近視存在相關性[9]的觀點，因為很難確定光調節(jié)的多巴胺釋放的變化或更廣泛的晝夜節(jié)律通路的擾動是否在導致眼軸過度軸向伸長中起主要作用[10]。

由此可見，多巴胺與近視的關系，以及多巴胺抑制近視的作用究竟作用于D1R還是D2R是存在爭議的，二者是否存在相關性有待今后更多的研究證實。

2 異維甲酸（RA）與近視

RA可以治療痤瘡。有報道[11]認為RA參與了近視的發(fā)病，該研究中痤瘡患者使用RA治療前、治療3個月和6個月測量屈光不正、眼軸長度和前后段參數(shù)。在治療的第三個月，這些參數(shù)沒有觀察到顯著的變化，6個月后近視和眼軸長度的增加有統(tǒng)計學意義?？诜A導致近視的原理在于其可通過虹膜-晶狀體隔前移和脈絡膜積液的機制誘發(fā)急性近視。

RA及其相關分子存在于視網(wǎng)膜和脈絡膜中，有報道稱視網(wǎng)膜色素上皮（Retinal Pigment Epithelium，RPE）細胞的結構和功能受到RA的調控[12]。RPE和鞏膜成纖維細胞在視網(wǎng)膜RA信號中發(fā)揮重要作用[13]。最近的一項研究報道，近視患者視網(wǎng)膜RA增加可能導致RPE中轉化生長因子（transforming growth factor-β2，TGF-β2）升高，這在近視發(fā)展過程中導致鞏膜軟骨變化[14]。同樣，在目前的研究中，RA的使用被發(fā)現(xiàn)與眼軸長度的增加和近視的進展有關。

另有研究報道：RA是一種調節(jié)鞏膜蛋白多糖合成的生長因子，是鞏膜[12,15]的主要結構成分之一。鞏膜是定義眼睛大小和形狀的結締組織，產生近視的視覺刺激會減少膠原蛋白的合成，增加降解鞏膜細胞外基質的酶的合成，導致鞏膜變薄，改變其生物力學特性，從而使其更容易被拉伸和增加眼軸伸長[15]。然而，在一些動物研究中，RA被報道可減少眼部伸長和近視[16]，因此RA在近視發(fā)病機制中的作用是有爭議的，其具體的機制有待于今后更多的研究證實。

3 炎癥與近視

許多研究結果表明，炎癥因子對近視有促進作用。Wei[17]等人利用動物模型，提出了一種涉及腫瘤壞死因子（TNF）-α和白細胞介素（IL）增加的潛在分子機制。也有報道RPE細胞合成和分泌許多細胞因子與近視的進展有關，TGF-β2影響膠原蛋白的產生和鞏膜成纖維細胞的增殖，從而控制近視的發(fā)展[13]。在近視動物模型中，人們發(fā)現(xiàn)近視相關的炎癥因子如c-Fos、IL-6、TNF-α上調，炎癥因子可在免疫抑制劑環(huán)孢素A（CSA）作用下下調，在脂多糖（LPs）或肽聚糖（PGN）作用下上調，從而影響近視進展[18]。近視和炎癥，如葡萄膜炎[18]、過敏性結膜炎、變應性鼻炎、特應性皮炎和哮喘相關[17]。最近的一份報告也將近視增加與川崎病相關聯(lián)[19]，其中結膜炎作為其核心診斷標準之一。這些關聯(lián)提出了眼部過敏反應和近視的發(fā)展之間聯(lián)系的可能性。

眼部炎癥和近視之間的聯(lián)系不能解釋東亞和東南亞近視的流行，因為兒童近視的國際分布與兒童過敏性鼻結膜炎的國際分布之間沒有相似之處[10]，因此過敏與近視的聯(lián)系有待進一步研究證實。該研究認為應該考慮患有這些疾病的兒童往往戶外活動時間較少，可能與近視有關。因此過敏可能增加近視的發(fā)生率和進展，而不是近視發(fā)病的主要決定因素。另一個可能的因素是用于控制過敏的藥物，盡管目前還沒有證據(jù)證明這一點。

4 氧化應激與近視

氧化應激是近視發(fā)展過程中已知和被證實的因素[20]。有研究報道[21]氧化應激可能有助于解釋近視眼中調節(jié)通路的改變，該報道揭示了在同一組近視患者中，氧化應激與血管內皮生長因子（VEGF）和肝細胞生長因子（HGF）之間有顯著相關性。

一項采用同位素編碼蛋白標記進行蛋白質組學的研究，檢測近視雛雞視網(wǎng)膜中的差異調控蛋白，推測眼軸過度伸長的可能發(fā)病機制，得出近視與代謝相關，并伴隨著視網(wǎng)膜蛋白水平的能量生成和氧化應激的改變[22]。

另有研究報道[23]低度近視和高度近視受試者的角膜可能有不同的蛋白質組學特征，鐵蛋白輕鏈和鐵蛋白重鏈的表達與近視的發(fā)生發(fā)展呈負相關，而血清轉鐵蛋白的表達與近視的發(fā)生呈正相關。最終證明了近視患者中存在鐵代謝紊亂和角膜氧化應激。鐵代謝蛋白可作為近視發(fā)病機制中重要的調節(jié)因子。

一項研究揭示了近視的代謝組學機制，發(fā)現(xiàn)有5種路徑與氧化應激有關[5]：賴氨酸降解、精氨酸和脯氨酸代謝、花生四烯酸代謝、亞油酸代謝和鞘脂代謝，且精氨酸和脯氨酸代謝是6條路徑中最重要的代謝組學路徑。

精氨酸（Arg）是一種在細胞中具有多種功能的堿性氨基酸，在體內由谷氨酸和脯氨酸合成。精氨酸主要通過精氨酸/尿素和精氨酸/一氧化氮路徑代謝，調節(jié)氮平衡、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)遞質和心血管功能。一氧化氮（NO）是視網(wǎng)膜中重要的神經(jīng)遞質或調節(jié)因子，它不僅會影響眼睛的發(fā)育，還會調節(jié)視覺信號的傳遞。NO是第一個被發(fā)現(xiàn)參與細胞信號傳遞的氣體信號分子，如氧化應激。在體內，NO主要是通過一氧化氮合酶借助亞硝酸鹽合成的，NO激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶，產生二級信息分子環(huán)磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）。NO-cGMP信號通路的失調可能導致多種疾病。Wu[24]等人發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DM豚鼠視網(wǎng)膜中NO被激活，同時視網(wǎng)膜、脈絡膜和鞏膜中cGMP的表達相應增加。精氨酸作為NO的前體，其濃度是Arg/NO通路的關鍵因素。研究[5]中指出氧化應激中精氨酸可能下調，這可能促進了近視的發(fā)展。在這項研究中還發(fā)現(xiàn)近視患者花生四烯酸代謝的下調，但其潛在的機制和路徑的關鍵點仍有待發(fā)現(xiàn)。花生四烯酸（AA）是一種不飽和脂肪酸，受環(huán)氧合酶、脂氧合酶和細胞色素P450調控。這些關鍵酶及其代謝物與炎癥的發(fā)生、發(fā)展和衰退密切相關。前列腺素e2作為花生四烯酸通過環(huán)氧合酶的氧化產物，參與了幾乎所有的炎癥過程，如調節(jié)細胞分化或上調炎癥誘導因子的一種炎癥前因子。因此考慮花生四烯酸參與近視的機制可能與上述機制有關。

近視的發(fā)展是一個復雜的過程，涉及許多因素。進一步研究近視中氧化應激對了解近視的發(fā)展至關重要。

5 遺傳機制

與近視風險相關的基因編碼的蛋白質參與了眼睛的每個解剖成分的發(fā)育。已經(jīng)涉及的生物途徑包括神經(jīng)傳遞（GJD2和GRIA4）、離子轉運（KCNQ5）、維甲酸代謝（RDH5）、細胞外基質重塑（LAMA2和BMP2）和眼睛發(fā)育（SIX6和PRSS56）[25]。最新的全基因組關聯(lián)分析（GWAS）還發(fā)現(xiàn)了近視易感性與特定的視網(wǎng)膜或角膜營養(yǎng)不良、晶狀體異常、晝夜節(jié)律和色素沉著特征以及與Wnt信號通路之間的意外聯(lián)系[26]。

6 鞏膜缺氧機制

在動物模型中，近視眼的鞏膜變薄導致鞏膜強度下降，并伴有眼軸伸長。單細胞RNA測序表明，在近視模型中，缺氧誘導因子1α信號通路可以通過肌成纖維細胞轉分化和隨后的膠原含量降低[27]來促進近視。因此，缺氧被認為是近視發(fā)展過程中鞏膜細胞外基質（extracellular matrix，ECM）重構的關鍵調節(jié)因素。鞏膜缺氧是由于脈絡膜內的血液灌注減少所致。在兩只豚鼠近視模型中，脈絡膜厚度和脈絡膜血灌注均顯著降低[28]。據(jù)推測，視網(wǎng)膜感知的視覺信號輸入通過調節(jié)細胞信號通路級聯(lián)來傳導，如控制脈絡膜血液灌注和鞏膜氧合微環(huán)境的多巴胺信號。因此，氧合下降可能觸發(fā)其他下游事件，調節(jié)鞏膜和ECM的完整性，導致鞏膜變薄和近視發(fā)生。在人類中，高度近視患者的眼睛脈絡膜厚度變薄和脈絡膜血灌注顯著減少，這可能導致鞏膜缺氧、ECM重塑和近視的發(fā)展，并提示了鞏膜缺氧是人類近視發(fā)展過程的一部分，但視覺刺激及其信號通路從光感受器到鞏膜以及脈絡膜血流的作用還需要進一步的研究。

7 飲食因素

Cordain[29]等認為飲食變化可能導致近視患病率的增加。這個觀點中提到慢性高胰島素血癥，增加循環(huán)促生長因子（IGF-1），減少循環(huán)生長激素，減少視黃酸受體信號從而促進鞏膜生長。然而，身高、體重、體重指數(shù)和肥胖與近視之間的預期關聯(lián)尚未得到一致的結論。

8 維生素D

研究表明，患有近視的兒童或青少年的維生素D水平往往較低[30]，因此認為維生素D水平較低與近視有因果關系。有研究發(fā)現(xiàn)維生素D可以抑制黑色素細胞中MMP-1和MMP-2的表達，從而調控細胞外基質重塑[31]，MMP-2與近視眼及鞏膜重塑有關[32]。因此，維生素D或許可以通過抑制MMP-2表達進而抑制鞏膜重塑，起到延緩近視眼發(fā)展的作用。此外，維生素D還可與視黃酸共同發(fā)揮作用。視黃酸是維生素A在體內的代謝產物，負責調節(jié)細胞增殖、分化、凋亡等，并且可以誘導鞏膜重塑[33]。有研究表明在維生素D參與下，VDR與視黃酸可以形成異二聚體，參與視網(wǎng)膜-鞏膜近視眼通路的調控，從而對近視眼產生影響[34]。

綜上所述，近視發(fā)病機制是多因素、多途徑的，以上各種因素是否存在關聯(lián)有待于今后更多的研究報道證實。近視分子生物學的研究有助于為防控近視提供理論基礎及防控靶點。