原发性闭角型青光眼遗传流行病学研究进展△

杨瑾 孙嘉悦 刘涛

作者单位：710021 陕西省西安市，西安医学院(杨瑾)；102200 北京市，沙河医院眼科(孙嘉悦)；723200 陕西省汉中市，3201医院眼科(刘涛)

原发性闭角型青光眼(primary angle-closure glaucoma，PACG)是在原来就存在的异常虹膜构型的基础上而发生前房角被周边虹膜组织机械性阻塞，导致房水流出受阻，造成眼压升高的一类青光眼。近期经家系研究、病例对照研究等多种研究方法证实，PACG具有明显的遗传倾向。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发病率，而且PACG患者的一级亲属较正常人有6～9倍罹患PACG的可能性，Amerasinghe等[2]在中国的研究发现，PACG患者的兄弟姐妹具有房角狭窄解剖学结构特征的可能性约为50%，从而证实PACG是多基因多因素的复杂眼病，具有高度遗传特异性。虽然遗传因素常常被认为难以改变，但国内外学者尝试用多种方法寻找PACG的易感基因，以期深入了解PACG的遗传学基础及发病机制，进一步为制订行之有效的预防措施及治疗方法提供新的思路。

近年来，随着人类遗传学研究的迅猛发展和研究技术的不断提高，关于

PACG的遗传流行病学方面的研究也与日俱增。在PACG基因组学的研究中，单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)是最常见的可遗传变异，在此基础上国内外学者主要使用全基因组关联研究(genome-wide association study，GWAS)和候选基因研究来定位和识别大量与PACG关联的基因区域及位点，现综述如下。

1 全基因组关联研究

随着人类基因组计划和国际人类基因组单体型图计划的完成，基于SNP的GWAS通过高通量的基因分型平台，以人类基因组范围内数以百万计的SNP为标记进行病例-对照关联分析，以期发现与复杂疾病相关的遗传变异[3-4]。迄今为止，在世界的不同人群中，GWAS研究结果显示，PACG的易感位点位于多条染色体上，并且在多个人群中得到验证(表1)。

Vithana等[5]在2012年纳入3771例PACG患者及18551例正常对照者，并对其进行GWAS分析，完成了人类PACG分子遗传研究中里程碑式的发现。该研究第一步对1854例来自新加坡、中国香港、印度、马来西亚和越南这5个亚洲国家或地区样本采集点的PACG患者和9608例正常对照者进行GWAS；第二步对1917例来自中国大陆、新加坡、印度、沙特阿拉伯和英国等世界各地的PACG患者和9608例正常对照者进行重复验证性试验，最终研究者确定了3个与PACG相关的基因位点：PLEKHA7基因中的rs11024102、COL11A1基因中的rs3753841以及位于8号染色体长臂上的ST18基因与PCMTD1基因之间的rs1015213。PLEKHA7基因负责编码黏合连接蛋白，参与构成血-房水屏障，防止液体渗漏，影响房水在Schlemm管内壁的流动性，据推测这一突变可能影响血-房水屏障的完整性，使PACG患者眼内流体动力学发生改变[6]。COL11A1基因负责编码Ⅺ型胶原蛋白两条α链中的一条，在小梁网细胞中有表达，可能参与调节房水的流出。ST18基因是一种抑癌基因，负责编码致癌18蛋白的抑制蛋白，其表达水平在乳腺癌细胞系中明显下调，可能与细胞凋亡和炎症反应有关。PCMTD1基因负责编码-L-异天冬氨酸-O-甲基转移酶域-含蛋白1，其功能尚不清楚，有研究表明rs1015213与浅前房有明显相关性[7]。随后，多名研究者试图验证这3个基因位点与PACG之间的相关性，发现在不同人群中其结果也不尽相同。在中国和尼泊尔人群中，PLEKHA7基因中的rs11024102与PACG的发病有明显相关性[8-9]，而在澳大利亚人群和南印度人群中无明显相关性[8，10]。在澳大利亚人群中，COL11A1基因中的rs3753841与PACG的发病有明显的相关性[11]，而在中国、南印度及尼泊尔人群中无明显相关性[8-10]。Chen等[9]对606例中国汉族PACG患者和922例正常对照者的12个多态性位点进行研究，证实了COL11A1基因中的rs1676486、rs12138977，PLEKHA7基因中的rs216489、rs11024102与PACG的发病风险有显著相关性。

表1 GWAS研究得到的PACG的易感位点

在此基础上，为进一步定位PACG的易感基因，2016年Khor等[10]多名GWAS学者在亚洲、澳大利亚、欧洲、南美洲和北美洲的24个国家和地区进行大样本研究，共采集10 503例PACG患者和29 567例正常对照者，并对其进行GWAS分析，对人类认识PACG遗传机制具有推动意义。该研究第一阶段对从东亚、南亚和欧洲的15个国家采集到的6525例PACG患者和19 929例正常对照者进行GWAS；第二阶段对来自澳大利亚洲、南美洲等14个国家3978例PACG患者和9638例正常对照者进行重复验证性试验，最终发现了与PACG显著关联的5个新的基因位点：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基因与FAM102A基因之间的rs3739821。EPDR1基因负责编码室管膜相关蛋白1，这是一种糖基化的Ⅱ型跨膜蛋白，在细胞黏附中起重要作用。CHAT基因负责编码乙酰胆碱转移酶，通过参与合成神经递质——乙酰胆碱，引起瞳孔括约肌收缩，从而缩小瞳孔，该基因突变可能会增加PACG的发病风险。GLIS3基因突变会导致新生儿糖尿病和先天性甲状腺功能减退症，推测PACG的发病可能与该基因突变所引起的某些代谢途径异常有关。FERMT2负责编码血小板白细胞C激酶底物同源性域家族C成员1，该蛋白是细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的组成部分之一，在细胞黏附中发挥作用，与PLEKHA7属于同一蛋白家族[12]。DPM2基因的突变会导致先天性糖基化障碍，从而引起严重的神经系统疾病[13]。FAM102A基因的作用尚不十分明确。该研究不仅发现了新的与PACG相关联的基因区域及位点，还强调了细胞黏附和胶原代谢在PACG发病机制中的重要性，为PACG的基因组学研究提供了新的思路。

前房深度(anterior chamber depth，ACD)是PACG发病的主要因素之一，为进一步寻找与前房深度相关联的基因及其突变对PACG发病风险的影响，Nongpiur等[14]第一阶段对5308例分别来自新加坡的印第安人、马来西亚人，以及中国北京人的ACD和眼轴长度进行测定，运用GWAS技术发现3号染色体上ABCC5基因的SNP位点rs14019999与ACD及眼轴长度有一定关联性，第二阶段对4276例PACG患者和18 801例正常对照者进行验证试验，结果显示rs14019999的突变可明显增加PACG的发病风险。ABCC5主要参与组织防御和信号传导，有研究发现ABCC5在瞳孔、睫状肌、晶状体等组织也有表达[11]。

2 候选基因关联研究

候选基因关联研究是根据某些间接线索选定一个或几个候选基因，借助于直接测序或等位基因特异性扩增等实验方法，通过在病例和对照中比较候选基因序列差异，来确定这些候选基因与患病状态或数量性状间是否存在关联，已报道的部分候选基因关联分析结果见表2。

2.1基质金属蛋白酶-9基因基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)是一种Ⅴ型胶原蛋白酶，参与细胞外基质的重塑，与调节眼轴长度的发育有关。近几年多名学者通过关联研究发现了MMP-9基因中的多个SNP与PACG 的相关性。2006年Wang等[15]发现中国台湾人群MMP-9基因中的rs2664538位点与PACG之间存在一定的相关性，而2008年Aung等[16]研究表明在新加坡华人中同样的位点却与PACG无明显相关性。Wang等[15]对中国南方地区PACG患者研究发现，MMP-9基因中的rs2250889与PACG有关联性。2011年Awadalla等[17]发现澳大利亚高加索人群MMP-9基因中的rs17576和rs3918249与PACG存在显著关联，rs17576位点在巴基斯坦人群中也得到了同样的证实，但2013年Shi等[18]在中国汉族人群中却未得到类似结论。2014年Gao等[19]在中国汉族人群中发现MMP-9基因中的rs3918254与PACG有明显相关性，而rs3918249、rs3787268、rs17577并非PACG患者的易感基因位点。这可能是由于基因在人群中的分布不同所造成的，需要进一步探讨。

2.2内皮型一氧化氮合酶基因在生理条件下，内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitricoxide synthase，eNOS)可产生少量NO，以维持正常的生理作用，NO可增加MMP-9的活性，从而间接影响眼部组织重塑。2013年，Awadalla等[20]对尼泊尔人群及澳大利亚人群235例PACG患者PACG和492名正常对照者研究发现，eNOS基因上的rs3793342与PACG有明显的相关性。2014年，Shi等[21]对中国汉族人群中232例PACG患者及306例正常对照者进行研究证明，eNOS基因上的rs11771443与ACD相关联。

2.3热休克蛋白70基因热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)的表达是机体在PACG急性发作时受高眼压刺激作出的反应。苏颖丹等[22]

表2 部分已报道的与PACG关联的候选基因

通过测定中国汉族人群PACG患者血浆HSP70水平表明，PACG患者血浆HSP70水平显著升高，且与眼压呈正相关，提示HSP70可能与PACG的发病机制存在一定相关性。2010年，Ayub等[23]对巴基斯坦人群中原发性青光眼患者进行研究发现，HSP70基因中的SNP rs1043618与PACG有明显相关性。2013年，Shi等[18]研究证明HSP70基因中的SNP rs1043618与中国汉族人群中PACG的发病有显著相关性，说明该基因位点突变会增加PACG的发病倾向。这可能与不同的地理位置、环境因素等有关，需要进一步探讨。

2.4降钙素受体样受体基因在转基因小鼠的瞳孔括约肌内过表达会引起瞳孔麻痹，眼压短暂升高，随后降钙素受体样受体(calcitonin receptor like receptor，CALCRL)在人类PACG患者的瞳孔括约肌中也被检测出。中国南方PACG患者CALCRL基因中SNP rs1157699与急性PACG有明显相关性，单倍型T(rs840617)C(rs6759535)T(rs1157699)在急性PACG组的频率明显高于对照组。但rs1157699与急性PACG之间的关联性在澳大利亚和尼泊尔人群中未得到重复验证。Awadalla等[24]在澳大利亚人群中发现单倍型CALCRL基因(AATACAGAT)与PACG存在关联性，这可能是由于基因在人群中的分布不同所造成的，还需进一步研究及论证。

2.5肝细胞生长因子肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)位于人类基因的7q21.1上，调节MMP和基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMP)通路的生物活动，影响眼球的生长发育，可能与PACG有关。Chen等[25]研究表明，HGF中的SNP rs3735520与眼轴长度有关。Veerappan等[26]研究得出，HGF 基因中的SNP位点(rs12536657和rs5745718)与远视有关联性，符合PACG具有短眼轴的眼部解剖学特征，2011年Awadalla等[27]通过对106例尼泊尔PACG患者和204例正常对照者进行研究分析，发现HGF基因中的rs12536657、rs12549393、rs5745718及rs17427817这4个SNP位点与PACG的发病存在显著关联。

2.6胰岛素样生长因子-1胰岛素样生长因子-1 (insulin like growth factor-1，IGF-1)参与调节ACD、晶状体厚度、眼轴长度和眼压，促进视网膜色素上皮细胞的有丝分裂及血管内皮生长因子的调节，还可参与调控细胞的增生、分化及凋亡。Chen等[25]通过对中国人群研究发现，IGF-1基因中的rs6214与晶状体厚度有显著相关性，由于目前的研究样本量偏小，还需要增加样本量，有待进一步探讨。

2.7转化生长因子-β转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)参与调节细胞外基质的产生，主要影响巩膜组织的重塑。2001年，Inatani等[28]通过对PACG患者患眼房水中TGF-β2水平的测定，未发现其水平与PACG有明显的相关性。但2017年，Jeoung 等[29]通过对PACG患者外周血基因表达谱分析，发现TGF-β1的水平可能与PACG的发病有关。所以二者之间的关联性还需进一步的遗传学研究。

3 其他相关基因

3.1原发性开角型青光眼相关基因与PACG由于原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)与PACG均有高眼压、进行性不可逆视神经损伤和视网膜神经节细胞变性等相同的临床表现，所以与POAG相关的候选基因也引起了研究者们的关注。MYOC基因编码分泌蛋白myocilin是目前公认的青光眼相关基因。MYOC共有3个外显子，可在小梁网、睫状体、巩膜、视网膜中表达，该基因突变大多数(85%)是错义突变，发生于第3段外显子上。MYOC基因中最常见的突变是Gln368Stop，占青光眼患者的1.6%(27/1703)。2008年，Dai等[30]通过对中国一个 PACG 家系基因研究，发现在该家系所有患者均存在MYOC基因的一个无义突变(Arg46Stop)。Jin等[31]在中国汉族人群中进行研究，发现MYOC基因中的SNP rs183532突变可增加PACG的发病风险。

3.2与PACG相关的其他候选基因除以上几种基因，Awadalla等[24]通过对PACG患者虹膜中SPARC蛋白表达量进行测定，发现SPARC蛋白表达量明显增加，提示SPARC蛋白可能参与PACG的生物学改变。此外，也有研究者发现，PRSS56的基因多态性可能与PACG的发病存在一定相关性，但其结果还需在不同人群中进行进一步探讨。

4 总结

综上所述，虽然关于PACG的遗传流行病学研究成果越来越多，但由于PACG并不是一个独立的疾病，而是由环境和多基因遗传因素共同作用导致的复杂疾病，因此PACG遗传流行病学研究仍然任重道远，主要存在以下困难：(1)PACG在不同人群、种族以及地域的分布是有差别的，得出的结果可能是不一致甚至矛盾的，因此需要开展多人群、大样本的关联研究，并进行验证，必要时进行系统分析，这样才可能发现有意义的结果；(2)探讨基因-环境交互作用。不同基因的突变可能导致相同的表型，一些携带易感基因的个体在外界因素影响下可能并没有发病等，这都会影响结局事件的发生。可见，PACG遗传流行病学研究是很复杂的。在今后的研究中，需要增大研究的样本量，并在多个人群中进行验证研究，必要时进行Meta分析，以便得出可靠的结论，使PACG的基因组学研究能为疾病的早期诊断、有效治疗及预后提供有效的帮助。