先天性白内障致病基因筛查的研究进展

李靖岩

（沈阳医学院 生物化学与分子生物学教研室，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

先天性白内障（Congenital cataract，CC）指出生后一年内发生的晶体部分或全部浑浊，根本原因是由于胚胎早期晶体发育和代谢异常，引发晶体上皮细胞与晶体纤维细胞排列异常，引起晶体透明度下降。在我国，此病发病率约为0.03%～0.05%，是我国儿童眼病致盲的首要原因。该疾病具有高度遗传异质性，致病基因及类型多样，且有不断发现新致病基因的趋势。根本原因在于参与晶体发育的基因种类繁多，其中任何基因的突变或表达异常都可能导致白内障发生[1]。本文将对几种重要的致病基因家族研究进展作一综述。

1 编码晶状体蛋白基因

晶状体蛋白主要包括α、β、γ 三类，主要有CRYAB、CRYAA、CRYBA1-4、CRYBB1-4、CRYCC、CRYDD、CRYGA、CRYGB、CRYGC、CRYGD、CRYGS 等。晶体蛋白基因突变后可造成蛋白一级结构改变，从而影响蛋白空间构象，导致其不能紧密排列，另外可降低晶体蛋白溶解性，从而导致晶体混浊。目前已发现所有编码晶体蛋白的基因均有突变报道，如CRYAA、CRYBB2、CRYGC、CRYGD 等[2-5]。

1.1 α-晶体蛋白基因家族

α-晶体蛋白占晶体蛋白总量的40%左右，分为αA 和αB 两种，主要作用为结合晶体内的毒性蛋白,中和对晶体透明度的负性影响[6]。Santhiya 等[7]报道一印度家系存在CRYAA 基因突变。该研究发现，连同以往已报道的4 个CRYAA 基因突变中，突变位点均与精氨酸的突变相关。

1.2 β-晶体蛋白基因家族

β-晶体蛋白占晶体蛋白质总量的35%，该蛋白家族由6 个基因编码。Qi 等[8]报道-中国先天性白内障家系存在CRYBA1 基因外显子4 上的小片段缺失，造成整码缺失突变，导致第91 位甘氨酸缺失。该位置氨基酸高度保守，影响了β-A1-晶体蛋白的稳定性和可溶性，导致先天性白内障的发生。Willoughby 等[9]对一CC 家族行基因检测，发现CRYBB1（X253R）杂合突变与先天性白内障发生相关。

1.3 γ-晶体蛋白基因家族

γ-晶体蛋白占晶体蛋白表达总量的比例最少，约为25%，是维持晶体纤维细胞分化和维持晶体良好透明度的重要原因。γ-晶体蛋白基因家族至少包括7 个基因与晶体纤维细胞的分化和有序排列高度相关。Gonzalez 等[10]报道了1 个CRYGC（R168W）突变的白内障家系，为已报道突变，之前曾有报道板层白内障的发生与该位点突变相关，提示同样突变位点可在不同家系中或同一家系的不同患者中表型有所不同，反映出CC 的高度遗传异质性。Karri等[11]于2013年在一个先天性白内障家系发现的CRYGS（D26G）突变被证实为该家系的致病突变。

2 膜蛋白基因

2.1 缝隙连接通道蛋白

该蛋白是构成缝隙连接的主要成分，可帮助晶体纤维细胞通过缝隙连接从晶体上皮细胞处得到营养物质。现已发现GJA3[12]和GJA8[13]基因与先天性白内障的发生相关。

2.2 主要内源性蛋白

主要内源性蛋白存在于晶体纤维细胞，占晶体膜蛋白总表达量的50%左右。该蛋白在细胞膜内的主要工作模式是四个单体分子结合成四聚体,从而形成一个水分子通道，可转运水分子通过晶体纤维细胞膜。MIP 基因突变被证实与先天性白内障的发生有关[14]。

2.3 晶体内在膜蛋白

晶体内在膜蛋白对于维持晶体各种细胞间的离子交换和代谢平衡起重要作用。有报道证实该基因突变可导致To3 小鼠先天性白内障[15]，尚未有报道人类LIm2/MP19 基因突变与白内障发病相关。

3 转录调节因子基因

编码晶体蛋白的基因大都接受转录因子的正性调节作用，如PITX3、MAF 基因等。与白内障发生相关的转录调节因子包括MAF、HSF4、PITX3、PAX6 基因等编码的转录调节因子。

3.1 HSF4 基因

热休克蛋白HSP70、HSP90a 是重要的分子伴侣，在蛋白质的合成、折叠、转运和降解过程中起重要作用。HSF4 基因突变可影响晶体细胞中蛋白质正常表达和蛋白质不规则聚集的发生。Ke 等[16]证实HSF4 基因突变（R74H）可导致先天性核型白内障。

3.2 MAF 基因

MAF 基因为另一重要的编码转录因子的基因，其编码的MAF 蛋白具有三个基本结构区，即位于N 末端的酸性激活域、位于中部的DNA 结合域（Basic region，BR）C 末端的亮氨酸拉链。Perveen 等[17]和Vanita 等[18]报道了存在MAF 基因突变的白内障家系。目前发现的所有人类MAF 基因的突变位点均发生在DNA 结合域。荧光素酶报告基因实验证实，突变的MAF 蛋白对下游靶基因的DNA 结合能力产生影响，从而可以降低其下游靶基因的转录水平。Perveen 等[19]于2007年报道小鼠动物模型中的MAF（D90V）突变可导致小鼠先天性白内障的发生。与人类MAF 基因突变导致的后果相反，小鼠MAF（D90V）突变可激活其下游靶基因转录水平。

3.3 PITX3 基因

PITX3 为垂体同源盒家族成员之一，该基因编码的转录因子参与晶体纤维细胞表型形成、终末期分化和细胞生存。Semina 等[20-21]在一个眼前节发育不全合并白内障的患者体内发现一PITX3基因的移框突变。

4 细胞骨架蛋白基因

该组基因往往是管家基因，其编码的蛋白主要功能是提供细胞支架、主导细胞运动和保持细胞形态。细胞骨架蛋白与晶体蛋白之间通过正常的相互作用维持晶体的透明度。Jakobs 等[22]曾报道，BFSP2 基因三个碱基缺失造成的整码突变与先天性白内障的发病有关。

5 Eph-ephrin 双向信号通路蛋白

Eph-ephrin 信号通路由Eph 家族16 个基因组成，根据其结合的配体不同（Ephrin A 或B）分为两类：10 个EphA 基因和6 个EphB 基因。Eph 受体通过与其相应配体结合指导细胞间的相互作用和有序排列。近几年有报道证实位于人类染色体1p36 的EphA2 基因与人类常染色体显性遗传白内障相关[23]。

6 其他未被定位致病基因的染色质区段

目前，至少还有十余个尚未鉴定出致病突变的染色体区域与CC 连锁、包括1p32、1pter、2p12、2p24-pter、6p24、8q13.3、15q21-22、15q22.3-q23.1、17p12-13、17q24、20p12-q12 等。在这些染色体区段可能鉴定出新的致病基因与先天性白内障发生相关[24]。随着高通量DNA 测序技术的不断发展，先天性白内障致病基因谱和突变数据库会继续得到快速的丰富和扩充。

综上所述，晶体成分的改变和晶体细胞失去有效排列是发生白内障的病理学基础。检测突变基因导致的晶体蛋白成分与正常蛋白在数量上、部位上的表达差异，有利于揭示先天性白内障的分子致病机理。近几年关于晶体蛋白基因突变所导致的先天性白内障家系被不断报道，而晶体上皮细胞膜受体蛋白基因突变却鲜有研究，填补这一空白有利于丰富CC 致病基因数据库，为临床早期诊断早期治疗提供有力帮助，拥有很好的研究前景。