施奈德结晶状角膜营养不良的分子基础与临床研究进展

陶俊峰，黄玉迪，张军林，苏振宏， 解举民

施奈德结晶状角膜营养不良(SCCD)是一种稀有的常染色体显性遗传病，其发病部位在眼角膜，伴有结晶状沉淀，双眼发病，家族遗传性，男女患病几率均等。临床研究揭示角膜结晶状混浊化成因是胆固醇、磷脂等脂质在角膜上皮下和基质中异常积累。SCCD的发生与UBIAD1基因突变后脂质代谢异常有关，但是致病的分子机制未知。本文综述了SCCD的发现发展历史、发病分子基础与临床研究，为SCCD的诊疗以及致病分子机制的阐明提供参考。

0 引言

施奈德结晶状角膜营养不良(Schnyder crystalline corneal dystrophy, SCCD；mendelian inheritance in man 121800，MIM 121800) 是一种稀有的常染色体显性遗传病。发病部位在眼部且多为双眼发病。该病最早由法国眼科医师van Went和Wibaut于1924年报道，他们在一个家族中发现8例患者，患者双眼均表现出角膜混浊[1]。瑞士眼科医生Schnyder于1927年、1929年与1939年先后阐明本病的临床表现与遗传特性，故此病被称为SCCD[2-3]。Gillespie和Covelli 1963年报道了1例黑人女性患者，该患者具有典型的SCCD症状，患者父亲、兄长和妹妹同时患有此病，生化检测发现他们均患有高胆固醇血症[3]。有关SCCD疾病的文献，前期主要为病例报道，以及血液生化检测指标，血脂、磷脂及胆固醇含量等。20世纪50年代后，随着分子生物学的发展，检测手段的不断更新，SCCD的临床表现被逐步阐明，该疾病的成因为角膜中脂质异常积累，具体致病分子机制尚不明确。本文系统、全面的综述了SCCD疾病的发现与发展历史，SCCD致病分子基础与临床研究。

1 SCCD的发现与发展

Riegel (1933年)，Cavara (1940年)，Verryp (1947年)，Sysi (1950年), Malbran, Paunessa 和 Vidal (1953年)，Glees (1957年)[4]，Laurent (1964年)，Bisson (1966年)，Winkelman (1968年)等分别报道了SCCD病例[5]。1968年，Bron等[6]眼科医生报道了1例新发现的SCCD患者，患者家系第二代中兄妹二人均患有该眼病，先证者为哥哥。Bron团队跟踪监测3a发现该家族中SCCD患者同时伴有高血脂蛋白症，同时对患者进行了细致的检测，发现患者尿液指标正常，但是血检发现患者的胆固醇、甘油三酯和磷脂水平明显高于正常人，在不同的时间内多次检测该家系中患者，结果一致，对SCCD患者的临床表现做了详细的记录，比如结晶状沉淀在角膜的位置、大小、形状、视力水平等，同时他们也综述了从1924年发现该病始到1972年的所有SCCD病例，并附有大部分患者的个人信息与血脂检测结果，他们推测SCCD疾病的发生与血脂异常相关[6]。Michaels[7]于1974年报道了1例SCCD患者，患者20a间眼角膜由斑点状发展成为圆环状针状结晶沉淀，但是该患者的血脂未见异常。Thiel等[8]在IIa型常染色体显性高脂蛋白血症家系中，发现了1例19岁男性患者同时患有SCCD疾病，而且从1964年～1976年间角膜逐渐混浊化。Burns等[9]运用14C标记的胆固醇示踪，发现全层角膜移植后，角膜中胆固醇含量比血清中高，证明角膜是胆固醇吸收和存储的重要活性部位。Ingraham[10]发现SCCD患者随时间延长角膜混浊化加重，纠正了之前研究SCCD在患病后不会继续发展的错误，同时综述了前人的研究结果，认为只有部分SCCD患者会伴随高血脂症与高胆固醇血症，而且这两项指标并不能用于确诊SCCD疾病。Martin 等[11]使用定量生化检测方法测得SCCD患者角膜的脂质异常积累，主要包含磷脂、游离胆固醇和胆固醇酯，较之对照角膜，患者角膜中磷脂含量为23.6mg/gvs4.05mg/g，游离胆固醇 6.99mg/gvs0.52mg/g，胆固醇酯3.16mg/gvs0.26mg/g，因此Ingraham[10]推测SCCD的发病机制为角膜中脂质代谢异常。Weiss[12]为了检测SCCD患者角膜结晶化出现比率，自1987年始共收集33例SCCD患者并对患者做了全面的眼科检查发现只有17例(51.5%)患者角膜中出现结晶状沉积，而该疾病SCCD的称法对眼科医生而言是一种错误引导，所以他们建议将该疾病重新命名为Schnyder corneal dystrophy (SCD)[12]。SCCD患者的临床表现包括角膜混浊化、角膜老年环和膝关节外翻等，Battisti等[13]报道了1例SCCD患者血脂正常，但是皮肤和体外培养的成纤维细胞中出现脂质异常积累，可能由细胞内胆固醇代谢异常导致。SCCD是一种典型的家族遗传病，遵循孟德尔遗传定律，其特点为常染色体显性遗传，推测该疾病的病因学基础为基因缺失或突变。随着分子生物学的飞速发展，很多疾病的分子基础被阐明，探寻SCCD疾病的分子基础也成为科学问题之一。

2 SCCD的分子基础

Takeuchi等[14]发现了一个新的人类cDNA分子，将其命名为B120。使用荧光原位杂交方法检测到该基因定位于1号染色体p35～36.1，将该基因片段导入表达载体后，转入Cos1，C3H/10T1/2和NIH/3T3细胞后，检测到细胞质中出现了球形小泡，使用电子显微镜和免疫组化染色的方法鉴定该小泡为脂肪液滴。该结果证明B120基因与细胞内的脂质代谢相关，在不同细胞(包括成纤维细胞)中过表达B120基因，可以导致细胞内脂质沉积，出现脂肪小泡。眼角膜主要由成纤维细胞组成，所以B120基因的过表达可能与SCCD疾病产生相关[14]，该研究与之前另一篇关于SCCD疾病发生可能是特定基因遗传紊乱造成的结论不谋而合[15]。随着分子生物学和分子遗传学的发展，新技术和方法的不断涌现，疾病发生与基因的关系被不断阐明。Auw-Hadrich等[16]利用分子遗传学的方法将眼角膜营养不良疾病与基因关联起来，他们将角膜营养不良疾病做了区分：BIGH 3基因突变可以导致角膜前膜营养不良，如Ⅰ型和Ⅱ型颗粒状角膜营养不良，Ⅰ型和ⅢA型晶格状角膜营养不良；9号染色体q34突变可以导致Ⅱ型晶格状角膜营养不良；16号染色体q22突变可以导致角膜斑点状营养不良；1号染色体p36突变可以导致 SCCD；20号染色体p11.2～q11.2突变可以导致施列丁后部多形性角膜营养不良。该文章综述了多种角膜营养不良疾病的发生与基因的关系，为SCCD疾病病因学的阐明奠定了分子基础。Riebeling等[17]报道了一个SCCD家系，该家系中66岁的母亲患有SCCD、Ⅳ型高脂蛋白血症和高胆固醇血症，她的一个儿子患有SCCD和高胆固醇血症同时伴有LDL-胆固醇含量升高。微卫星分析发现患病儿子与非患病儿子在1号染色体p34.1～p36，D1S228标签附近含有不同的等位基因。因此推测SCCD的发生与D1S228标签附近基因异常有关。早在1995年Amanda等[18]分析了马萨诸塞州中部两个瑞典-芬兰后人家系，分析了基因组中300个微卫星标记，90%以上的基因组序列被排除，推测SCCD的基座位于1号染色体p34.1～p36之间，通过单体型分析最终推测SCCD的基座位于D1S2663和D1S228两个标签之间16厘摩的间隔中。时隔8a后，同一科研团队Theendakara等[19]又收集了来自芬兰、土耳其、德国和美国的13个家系并做了精细分析，揭示SCCD基座位于D1S244和D1S3153两个标签之间1.58M碱基对内，该结果进一步缩小了SCCD基座在基因组中的定位，为筛选SCCD疾病的致病基因奠定了基础。Aldave等[20]筛选了两个家系SCCD基座区15个候选基因 (CORT,CLSTN1,CTNNBIP1,DFFA,ENO1,GPR157,H6PD,KIF1B,LOC440559,LZIC,MGC4399,PEX14,PGD,PIK3CD,SSB1)，印证了之前报道中的17个单核苷酸多态性(SNP)位点，同时也发现了一批新的SNP位点，GPR157基因[c.795 C>T (Arg 218 Leu); c.811 C>T (Ala 223 Val)]，MGC4399基因[c.1024 G>C (Leu 277 Leu)]，和H6PD基因[c.754 A>C (Asp 151 Ala)]。但是Aldave等[20]分析的15个候选基因并不是SCCD的致病基因，这已经排除了一半的候选基因，在剩余的基因中有2/3功能已知，本项工作为进一步揭示SCCD致病分子基础做了重要的指导。直至2007年，SCCD致病基因被发现，距离第一次报道该疾病已经过了80多年。 SCCD的病因是角膜局部脂质异常积累，在多数病例中发现血脂代谢紊乱。Orr等[21]在一个几代人的大家系中利用精细定位分析推测1.3Mbp间隔中候选基因UBIAD1的突变是引起SCCD的分子基础，并且在其他几个SCCD家系中发现了UBIAD1基因突变，UBIAD1是一个异戊烯转移酶，与载脂蛋白E相互作用，参与细胞内的胆固醇代谢，其具体分子机制未知。Weiss等[22]分析了6个SCCD家系中患者的DNA样本，排除了FRAP1、ANGPTL7两个基因，发现了UBIAD1基因突变与SCCD相关，在其中的5个家系中发现了第102位氨基酸由天冬氨酰突变为丝氨酸(N102S)，该结果与Orr报道的一个家系中UBIAD1突变一致，另外一个家系中第177位氨基酸由甘氨酸突变为精氨酸(G177R)。UBIAD1基因编码一个异戊烯转移酶，参与体内的胆固醇合成，SCCD的产生可能与角膜中胆固醇的异常积累有关。根据研究结果推测SCCD的发病原因为UBIAD1基因突变，异戊烯转移酶功能受损，角膜中胆固醇等脂质代谢异常，导致脂质在角膜中积累、沉淀或结晶化。SCCD的分子基础经过多位科学家多年的努力终于被阐明，这一发现为SCCD疾病治疗与药物研发提供了分子靶标与参考。

图1 患者为14岁男性，角膜上皮下局部弧状结晶。

图2 患者为28岁女性，角膜上皮下近环状结晶。

图3 患者为37岁男性，角膜中部薄雾化出现。

图4 患者为40岁男性，角膜中部圆盘状混浊化，弧状类脂沉积。

图5 患者为63岁女性，角膜上皮下结晶化，角膜呈弥散型薄雾化，有弧状类脂。

图6 患者为72岁女性，角膜混浊化严重，角膜中央外周薄雾化，弧状类脂积累多。

3 SCCD的临床表现与治疗

3.1 SCCD的临床表现 SCCD是一种稀有的常染色体显性遗传病，其特点为连续性双眼角膜混浊化，成因为胆固醇、磷脂等在角膜中的异常积累。大部分SCCD患者血脂、脂蛋白和胆固醇含量异常，但是角膜逐渐混浊化和结晶化与血脂并没有直接关系[23]。临床检测发现约有54% SCCD患者角膜中有结晶状沉淀，而另外46%的患者并不伴随角膜结晶状沉淀出现，所以国际命名委员会应Weiss等[24-26]眼科学家的要求将SCCD更名为SCD(本文为避免混淆，统一使用SCCD)。化学方法检测SCCD患者手术移除的眼角膜中胆固醇含量增加了10倍，磷脂含量增加了5倍，HDL中的载脂蛋白异常积累[27]。

SCCD的发病年龄可以划分为3个阶段：(1) 26岁及以下；(2) 26～39岁；(3) 40岁及以上。不同参考文献对年龄划分存在差异，还有一种划分方式时间节点为23和38岁，目前发现最小的SCCD患者为17月龄[22]，最大为81岁，平均发病年龄为38.8±20.4岁[23, 25]。

SCCD的临床表型为：(1)早期(≤26岁)：在角膜基质上皮下中央位置出现结晶状沉淀(图1、2)[23]。(2)中期(>26～<39岁)：结晶状沉积不断积累，并出现薄雾化(图3、4)[23]。(3)晚期(≥39岁)： 随年龄的增长，结晶化程度不断加重，导致整个角膜混浊化(图5、6)[23]。从角膜中结晶状沉淀的积累，推知该疾病随年龄增长持续性发展，导致视力逐渐缺失，最终失明。约有4%的SCCD患者中同时伴随膝外翻或叉型腿等表型[23, 28-29]。

3.2 SCCD的治疗方法 SCCD患者的视力随着年龄增长逐渐丧失，40岁之前视力可以通过矫正达正常视力水平。40岁以后角膜混浊化加重，视力丧失程度加剧。SCCD患者主要通过穿透性角膜移植(penetrating keratoplasty, PKP)和光治疗性角膜切削术(phototherapeutic keratectomy, PTK)方法来恢复视力[23, 30]，约有54%的患者会在50岁后，约有77%的患者在70岁以后借助穿透性角膜移植手术恢复视力[30]。

4 总结与展望

SCCD是一种稀有的常染色体显性遗传病，在男女中发病几率均等，随年龄增长角膜混浊化加剧最后导致视力丧失，其原因为1号染色体短臂1p36区带UBIAD1基因突变，导致角膜中胆固醇、磷脂等在角膜中异常积累[30]，目前在多个国家发现了该病病例[3, 15, 20-21, 29, 31-35]。国内眼科学者也报道过该病例，Jing等[29]报道在河南省发现了1例29岁女性SCCD患者，该患者同时伴有膝关节外翻。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院张朝然团队也报道过一个患病家系，该家系中共有5例患者，其中有1例患者在临床检查中未发现角膜中结晶状沉淀[36]。日本学者报道UBIAD1是人体内的一种4-甲基萘醌合成酶[37]，该文章拓展了UBIAD1基因的功能，为进一步揭示该基因在体内参与的生理生化过程以及导致SCCD疾病的分子机制提供了参考。截止目前，有关SCCD的研究报道不足150篇，该疾病致病基因UBIAD1的功能研究正在逐步开展，为最终阐明SCCD的发病机制夯实基础。