高度近视并发性白内障相关机制研究进展△

隗菱 卢奕 竺向佳

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031)

高度近视并发性白内障(highly myopic cataract, HMC)是一种高致盲风险的复杂白内障。高度近视是指眼轴>26 mm或度数在-6.00 D以上的近视性疾病，是我国45～59岁人群视力损伤的首要原因[1]。近年的研究[2-3]表明，高度近视会导致白内障早发，且疾病进展更为快速。由于许多临床特征的不同，相较于年龄相关性白内障(age-related cataract, ARC)而言，HMC逐渐被认为是一个相对独立的白内障表型，然而对其相关的机制研究目前缺乏系统分析总结。本文主要围绕HMC的流行病学、发病机制的研究进展做一综述。

1 HMC相关流行病学

相较于美国、欧洲等高加索人种而言，高度近视在亚洲的患病率较高[4]。高度近视在亚裔人群的患病率为6.8%～21.6%，而在非亚裔人群中只有2.0%～2.3%[5]。国内近期2项研究提示高度近视在中国15～25岁学生群体患病率很高[6-7]，呈现年轻化的趋势。另一方面，有研究[8]预测从2000～2050年，高度近视的全球患病率可能提升3～4倍(2.7%～9.8%)。

许多研究提示高度近视与白内障的发病密切相关，且不同的白内障表型与高度近视的相关程度不同。一项基于340例患者的临床观察显示，白内障早发的危险因素之一便是高度近视(12.4%)，其中，相较于其他危险因素(如糖尿病、高特应性、类固醇的使用等)，高度近视更易发生核性白内障[9]。伊朗2项基于不同屈光不正患病率及不同表型白内障的研究[10-11]提示，高度近视在中东患病率高，且核性白内障是其最主要的白内障表型。而美国的比佛丹眼科研究(The Beaver Dam Eye Study, BDES)和2项澳大利亚的蓝山眼科研究(The Blue Mountains Eye Study, BMES)则提示了高度近视与后囊下型白内障和核性白内障的发生均密切相关[12-14]。一项基于7个横断面研究和1个病例-对照研究的meta分析结果显示，近视与核性及后囊下型白内障的发生关系密切，而与皮质性白内障相关性不大[15]。可见，高度近视多并发核性白内障。

2 HMC相关发病机制研究

2.1 蛋白组学

2.1.1 晶状体蛋白表达下调 有研究利用双向凝胶电泳比较了HMC晶状体和正常晶状体之间蛋白质谱的变化，发现前者αA、αB-晶状体蛋白含量明显减少[16]。另一项研究也证实，在HMC组和ARC组的晶状体上皮细胞(lens epithelial cells，LECs)中均可观察到可溶性αA、αB-晶状体蛋白表达下降及其mRNA含量下降[17]。α-晶状体蛋白是一种ATP依赖的小型热休克蛋白，它除了具有分子伴侣活性外，还能保护细胞免受应激诱导的细胞凋亡、调节细胞生长和增强基因组的稳定性，在保持晶状体透明度和折射性能方面有重要作用[18-19]，其表达的下降可能是HMC的发病基础。此外，有学者还观察到高度近视患者前房β、γ-晶状体蛋白含量降低，可能也与白内障的发生相关[20]，但其具体机制还尚不明确。

2.1.2 内质网未折叠蛋白反应的激活 α-晶状体蛋白的功能之一是与受损的、未折叠的或错误折叠的蛋白质相整合[21]，一旦α-晶状体蛋白的表达下降，那么随之这些未折叠完全的蛋白质将会在内质网积累，从而导致未折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)信号通路的激活。有研究[17]发现，在HMC组可观察到UPR反应重要的分子伴侣GRP78表达的上调，并且观察到其下游p-IRE1α/XBP-1通路、PERK/eIF2α/ATF4通路和ATF6通路的激活，说明晶状体上皮细胞内质网发生的UPR反应在HMC的发生机制中起到重要作用。

2.1.3 氨基酸外消旋作用 有研究关注α-晶状体蛋白中的氨基酸结构与HMC的关系。正常的α-晶状体蛋白的L-天冬酰胺(L-Asp)残基可通过琥珀酰亚胺中间体自发转化为L-isoAsp、D-Asp和D-isoAsp异构体，从而在蛋白质中同时存在所有4种异构体[22]。研究[23]发现，在ARC的晶状体中，α-晶状体蛋白的L-Asp58外消旋作用转化为D-isoAsp58的转化率最高(31.89%)，而在HMC 的晶状体中，L-Asp58外消旋作用转化为D-Asp 58 异构体的转化率最高(35.44%)，导致HMC晶体中D-Asp58含量升高，这一机制可能是促进HMC早期发生的原因。

2.2 氧化应激学说 有学者[24]将老年晶体提取物与还原剂培养之后，发现甘油醛3-磷酸脱氢酶的活性得以恢复，提示氧化损伤可能是晶状体中酶活性部分丧失的原因，特别是对于那些具有必需巯基的酶。另一研究[25]发现，与ARC相比，晶状体蛋白巯基水平的下降趋势在糖尿病和近视并发性白内障患者的晶状体中更为显著，且在近视并发性白内障患者中观察到巯基水平显著下降的年龄段(60 ～ 70岁)早于ARC患者(70 ～ 80岁)，说明了蛋白巯基水平的下降与近视导致核性白内障早发的关系。2项研究提示，氧化应激损伤的增加可以导致含有巯基的酶类活性丧失，从而导致近视并发性核性白内障早发。

此外，有学者[26]发现在白内障的晶状体中还原型谷胱甘肽(GSH)含量较低，而氧化型谷胱甘肽(GSSG)较高，且GSH的消耗在近视并发性白内障中更为显著。另一研究发现，40岁患者的晶状体外层与80岁的相比，乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase， LDH)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase， GR)的活性并无差异，提示随着年龄的增加，晶状体合成这2种酶能力并无减少。但晶状体的核心处，2种酶的活性却随年龄增加而减少，这一趋势可能与化学变性和热变性相关[27]，此发现可能说明了HMC为何多为核性白内障表型。

一种可能的解释是，氧化应激损伤的增加可能与玻璃体的状态密切相关。在正常人的眼球中，完整的玻璃体将晶状体的后表面与视网膜的内表面分隔开来，可以维持晶状体周围的低氧环境[28]。既往研究显示玻璃体切除术可能导致晶状体代谢的改变，从而导致术后并发核性白内障[29]，其病理生理机制主要与术后氧化应激损伤的增加有关[30]。临床研究发现，高度近视患者并发玻璃体后脱离或玻璃体内腔隙形成的发生率较高，且高度近视患者早期即出现玻璃体液化(高度近视患者发生部分性玻璃体后脱离的年龄段比对照组早约12年[31])，且随年龄的增加和眼轴的延长而进一步进展[32]，因此高度近视患者的晶状体长期暴露于高于正常眼睛的含氧环境，氧化应激进一步累积，从而使LECs更易受到氧化损伤[33]。而晶状体核区LDH、GR等酶的活性相较于晶状体外周而言，更易随着年龄增加而降低[27]，提示核区更易受到氧化应激等化学损伤，从而导致高度近视患者多并发核性白内障。

2.3 表观遗传学 α-晶状体蛋白由2个亚单位αA和αB组成，分别由CRYAA和CRYAB基因编码。本中心既往研究发现，在同一白内障分级(Lens Opacity Classification System Ⅲ， LOCS Ⅲ)评分下的ARC组和HMC组相比，后者晶状体上皮CRYAA启动子中CpG岛的甲基化程度最高，且后者CRYAA基因的mRNA水平和蛋白质表达明显低于前者。因此可以认为，通过CpG岛的甲基化作用对CRYAA基因的启动子进行下调，从而导致α-晶状体蛋白表达降低，可能是HMC的发病基础之一[34]。

由于αA-晶状体蛋白有抗氧化应激损伤的作用，除了CRYAA基因之外，本中心还关注其他6种抗氧化基因(GSTP1,TXNRD2,NRF2,OGG1,TXN和TXNRD1)在HMC患者的表达情况。其中，HMC患者晶状体上皮DNA甲基转移酶1(DNMT1)的表达程度和GSTP1和TXNRD2两种抗氧化基因的启动子中的CpG岛甲基化程度明显高于ARC患者，而GSTP1和TXNRD2基因的表达水平低于ARC组。提示DNA甲基化水平介导的抗氧化基因的下调可能是HMC早发的原因[35]。

高度近视患者的氧化应激损伤增加，而抗氧化基因的表达下调，从而形成一个恶性循环。针对抗氧化基因的表观遗传学的研究理论是目前对HMC发病机制的最新进展。

2.4 遗传学 外显子组测序技术的出现，使得研究人员在临床高度近视的遗传家系病例里找到了更多有可能与其发病机制相关的基因。2项分别来自以色列和中国的研究，通过对2个有着常染色体隐性遗传系谱图的高度近视及并发早发性白内障家族进行外显子组测序，结果都提示LEPREL1基因的纯合突变可能与在高度近视和白内障早发中起到重要作用[36-37]。LEPREL1编码一种脯氨酸羟化酶(prolyl 3-hydroxylase 2，P3H2)，它是参与多种胶原纤维(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ)转录后修饰的重要酶类[38]，但其具体如何参与高度近视和相关并发症形成的机制尚待后续研究。由于基因突变率较低，遗传学临床病例较少，检测到的突变基因较为局限，因此这一部分的研究成果较少。

2.5 眼内炎症微环境

2.5.1 高度近视眼前房的炎症微环境 有学者[39]发现，前房的MMP-2、TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3的含量随着眼轴的延长而增加。在高度近视患者的前房中MMP-2含量显著增加[40]。此外，有研究[41]分析ARC和HMC 2组术后患者前房微环境中的细胞因子，发现HMC组中前房的IL-1ra的表达明显降低，MCP-1的表达明显增加。在HMC中，IL-1ra的低表达可能导致对IL-1信号通路的抑制减少。MMP-2、IL-1和MCP-1都是炎症和疼痛相关的细胞因子，其表达的增加说明HMC的前房处于前炎症状态。经过白内障手术，血-眼屏障被破坏，前房的前炎症状态被激活，从而可能导致一些炎症相关术后并发症的发生率增加，如囊袋收缩综合征(capsule contraction syndrome， CCS)。

CCS以囊袋赤道部直径缩小为特征，主要临床表现为眩光、 复视、屈光不正、视功能障碍等[42]，是白内障术后一种少见的并发症，但有报道称其在高度近视[43]中高发，在高度近视患者中还可见术后双眼CCS发病迅速的报道[44]。在针对HMC患者术后出现CCS的患者研究中，组织病理学分析显示，高度近视患者术后收缩的前囊膜上有TGF-β2阳性的成纤维细胞样的晶状体上皮细胞增殖，且前房中TGF-β的表达较高[45]。另一研究发现，与同级别LOCS Ⅲ评分的ARC组相比，HMC组前房中TGF-β2的含量明显增加，而LECs上其受体TGF-βRII的表达也明显增加[46]。在既往的研究中，TGF-β2被认为是介导上皮细胞向成纤维细胞分化的重要炎症因子[47]，在手术中由于需要将前囊膜撕裂打开囊袋，前房过表达的TGF-β2得以与LECs上的TGF-βRII受体结合，激活炎症反应，使LECs分化，从而导致的上皮纤维化，可能是HMC患者更易并发CCS的原因。研究CCS高发病率的病理生理机制，有助于对高度近视前房炎症微环境发病机制的理解和启发。

2.5.2 高度近视眼玻璃体的炎症微环境 有研究关注高度近视患者玻璃体中炎症因子的表达，发现TGF-β含量与对照组相比并无显著差别，但MMP-2的表达水平和活性水平均增加。该研究还发现玻璃体中MMP-2的水平与TGF-β的水平呈显著正相关[48]，提示TGF-β通过转录上调MMP-2的表达这一通路可能在玻璃体微环境中激活。既往研究[49]显示，在晶状体囊袋处生长的LECs在应激状态下能分泌MMPs，尤其以MMP-2、MMP-9为主。在人晶状体上皮细胞系FHL-124中发现，激活的TGF-β2能上调MMP-2的基因及蛋白水平，从而诱导细胞外基质收缩。使用 MMP-2中和抗体处理的人囊袋可减少TGF-β2诱导的皱缩形成[50]。因此，高度近视患者玻璃体中TGF-β2介导的MMP-2的上调，可能导致细胞外基质增多及后囊袋收缩，从而导致CCS或后囊膜浑浊等术后并发症更易发生。

3 总结与展望

本文对高度近视并发性白内障的流行病学、发病机制的研究进展进行了回顾及总结。大量文献表明高度近视并发性白内障常具备3个特征，即早发、进展迅速和多为核性白内障。虽然对HMC发病机制研究还处于初级阶段，其理论体系尚不完善，但近10年来，随着对该疾病的关注度愈来愈高，其发病机制的研究取得了许多新进展，包括晶状体蛋白的表达及氨基酸结构的改变、氧化应激损伤的增加及酶活性的改变、表观遗传学中抗氧化基因甲基化的程度、遗传基因的突变和眼内炎症微环境在术后被激活这5个部分。这些病理生理机制的最新研究进展都为高度近视并发性白内障的防治提供思路，使得在分子水平筛选和研究治疗性药物成为可能。