角膜营养不良相关基因研究进展

　　作者：曹文萍,刘平　　作者单位：中国黑龙江省哈尔滨市，哈尔滨医科大学附属第一医院眼科三病房

　　【摘要】 　　角膜营养不良是一组临床表现多样的遗传性疾病。随着分子遗传学研究技术的发展，越来越多类型的角膜营养不良的致病基因及相关突变已经被确定。本文将从基因功能、突变位点、可能的致病原因等方面对各类型角膜营养不良及其相关基因的研究进展作一综述。

　　【关键词】 角膜营养不良,分子遗传学,基因突变

　　Abstract　　　Corneal dystrophy is a kind of hereditary disease with various phenotypes. With the development of molecular genetics, more and more virulence genes and mutations that account for corneal dystrophies have been ascertained. We reviewed the recent advances in corneal dystrophy genes from gene function, mutant sites and the possible causes.

　　　KEYWORDS: corneal dystrophy; molecular genetics; gene mutation

　　0引言

　　角膜营养不良是一组原发性、遗传性眼病,是由于正常角膜组织中的细胞在某种基因异常的作用下,使其结构或功能受到进行性损害所致。其病理组织学特征为双眼角膜有异常的物质沉积[14]。在过去的十年里角膜营养不良的分子遗传学研究取得了飞跃性的进展。目前已确定与角膜营养不良相关的染色体有：1，4，5，9，10，12，16，17，20，21和X染色体，相关基因有：CHST6，COL8A2，GSN，KRT3，KRT12，M1S1和TGFBI等[5]。本文将对临床上各种常见的角膜营养不良及其相关基因的研究进展作一综述。

　　1 TGFBI(BIGH3)基因及其相关的角膜营养不良

　　TGFBI基因，亦称为BIGH3基因，是1992年Skonier等[6]由经过TGFβ诱导的人肺腺癌细胞(A549)中分离得到的，随后将此基因定位到人染色体5q31。TGFBI基因所表达的产物被称为KE(即角膜上皮蛋白)，由683个氨基酸组成, 包含一个氨基端的分泌前导信号序列和一个位于密码子622～624 间的羧基端RGD 序列，包含有4 个140 个氨基酸的内部重复区[6]。其RGD序列能与各种整合素相互作用，参与细胞间通迅和信号传递。其4个区能折叠成一个双价四聚体, 在表达相应配体的细胞间起桥梁作用从而影响细胞间粘附。1997年Munier等[7]首次确定了TGFBI为导致角膜营养不良的致病基因，并发现四种不同类型的基因突变。目前已确定由TGFBI基因突变所导致的角膜营养不良类型有：颗粒状角膜营养不良，Avellino角膜营养不良，ReisBücklers和ThielBehnke角膜营养不良，格子状角膜营养不良[7]。

　　1.1颗粒状角膜营养不良 颗粒状角膜营养不良(GCD)属常染色体显性遗传。裂隙灯检查可发现前弹力层下有细小白点状混浊,边缘清晰,呈面包屑样,点状混浊间及角膜周边部保持清亮。随着病情进展，混浊物增多并相互融合，逐渐侵及基质深层，视力下降明显。病理组织学证明角膜颗粒为玻璃样物质, Masson三重染色呈鲜红。目前已报道的TGFBI基因突变位点有: R555W, R124H, R124L, R124S[8].

　　1.2 Avellino角膜营养不良 Avellino角膜营养不良(ACD) ,亦称为混合性格子颗粒状角膜营养不良，属常染色体显性遗传。裂隙灯检查基质内环状、盘状、星形、雪花状的混浊,另外还发现有线形混浊,但与LCD相比不典型。病理检查发现:角膜基质中有圆点状结晶体聚集,并有淀粉样物质存在。TGFBI基因突变类型为R124H突变，且严重程度与突变的杂合状态或纯合状态有关[7]。

　　1.3 ReisBücklers和ThielBehnke角膜营养不良 ReisBücklers 角膜营养不良(CDRB)，又称地图状角膜营养不良，属常染色体显性遗传，其特征为Bowman层由骨质样纤维瘢痕组织取代, 致角膜表面不规则和知觉减退，也可出现上皮复发性糜烂, 从而影响视力。ThielBehnke 角膜营养不良(CDTB) ,又称蜂窝状角膜营养不良，亦属常染色体显性遗传。其临床表现与ReisBücklers 角膜营养不良极为相似，也形成Bowman层的纤维瘢痕组织及反复的上皮糜烂，视力下降较之稍晚。Küchle等[8]根据电镜下的差异将其命名为CDB I型和CDB II型。今天，分子遗传学的发展给了我们更加准确而简便的区分方法。CDRB与CDTB均连锁到TGFBI基因，目前发现的突变位点有: R124L，R555Q和G623D[7, 9]。

　　1.4格子状角膜营养不良 格子状角膜营养不良(LCD),是基质部角膜营养不良中最常见的类型。病变早期主要位于角膜中央,为分枝条状混浊,主要位于角膜实质浅层,可为交叉的格状或网状,裂隙灯下可见半透明折光线条状混浊,不累及角膜周边部。病理检查发现,基质内有淀粉样物质沉积。角膜沉积物刚果红染色呈桔红色,偏振光显微镜检查可见双折光现象。

　　TGFBI基因突变导致的LCD类型有：LCDⅠ、Ⅲ、ⅢA型及Ⅳ型。其中LCDⅢ型为常染色体隐性遗传，淀粉样沉积物种类和致病基因目前尚未确定。其余皆为常染色体显性遗传。目前已报道的与LCDⅠ型和ⅢA型相关的TGFBI基因突变有：R124C, P501T, L518P, L518R, L527R, T538R, F540S, N544S, A546D, A546T, A622H, P551Q, P501T, N622H, G623D, H626A, H626R, H626P, S538C, V505D, V627S, H572R, T538P[1013] 。

　　2 GSN基因与格子状角膜营养不良Ⅱ型

　　LCDⅡ型又称Meretoja综合征，是伴发于家族性淀粉样变性的一种角膜营养不良。临床表现为双眼发病,裂隙灯检查发现基质内有不规则分布的短细线样、玻璃样混浊,伴发的全身表现包括颅神经和周围神经的麻痹,以面部神经受累最常见。组织病理学检查发现在角膜及眼部其他部分、心脏、肾脏、皮肤、神经及其它组织有淀粉样物质沉积。GSN基因突变是导致包含LCDⅡ型家族性淀粉样变性在内等疾病发病的根本病因。目前, 所发现的GSN基因的突变有: D187N，D187Y,D654Y[14,15]。为了研究家族性淀粉样变性的发病机制, Kazmirski 等[16]用核磁共振检查对比了野生型和D187N突变型凝溶胶蛋白的结构和动力学改变,认为突变使gelsolin2区的C末端不稳定,致使分裂区域暴露更多,导致了淀粉样物质产生的第一步,即蛋白水解。

　　3 M1S1基因与胶滴状角膜营养不良

　　胶滴状角膜营养不良(GDCD),属常染色体隐性遗传病。裂隙灯检查可发现病变区角膜表面粗糙不平,伴有密集的胶样滴状半球形隆起物,形态呈桑葚样。组织病理证实角膜病变区的前弹力膜和上皮有明显的淀粉样物质沉积。1998年, Tsujikawa等[17]首次将GDCD致病基因定位在1号染色体短臂上。1999年进一步确定了肿瘤相关性抗体表面标志物1(M1S1) 基因为候选基因。已报道的突变类型包括：Q118X, S170X, Q207X, L186P [18]。M1S1基因所编码的产物为含有323个氨基酸、35.7kDa的蛋白质，M1S1分子的羧基端含有PIP2结合区域,它对其他细胞质分子和浆膜起调节作用,它的丝氨酸残端为激酶C所磷酸化。目前,M1S1基因突变引起胶样滴状角膜营养不良的机制还不十分清楚,但有学者认为M1S1基因突变可引起PIP2结合区的丢失和病变角膜组织中淀粉样物质的沉积[10] 。

　　4 CHST6基因与斑状角膜营养不良

　　斑状角膜营养不良(MCD)，是一种罕见的角膜基质营养不良,属常染色体隐性遗传。裂隙灯检查可发现角膜基质为弥漫性雾状,间以局灶性斑块或结节状白色混浊,境界不清,始位于中央前基质层,后向周边及深层发展。组织病理学证实MCD基质内沉着物为粘多糖,胶性铁和阿辛蓝染色阳性。MCD是由CHST6基因突变所导致。CHST6基因编码角膜N乙酰葡糖胺6磺基转移酶，是一种由395个氨基酸组成的蛋白质[19]。研究表明其对硫酸化KS的产生起重要作用,这说明CHST6在角膜组织中的表达缺乏,导致了未硫酸化KS的出现,从而引起细胞内外异常物质的沉积,最终引起角膜混浊。Klintworth等[20]对迄今为止所报道过的所有的MCD的基因突变类型进行了详细总结，目前已超过一百种。

　　5 KRT3、KRT12基因与Meesmann角膜营养不良

　　Meesmann角膜营养不良,是一种常染色体显性遗传性疾病。裂隙灯检查可见：角膜上皮层内散在无数细小的圆形透明囊泡。组织学检查可见角膜上皮不规则增厚,基底膜上有大量空泡细胞,上皮内有囊泡形成,其内聚集PAS阳性物质。KRT3和KRT12基因均编码角蛋白—组不溶于水的蛋白质，这种角蛋白对维持上皮组织完整性以及角膜上皮功能都起着重要作用。KRT3和KRT12基因的各种突变被认为影响了角蛋白丝的聚集，从而导致角蛋白的结构异常。目前共发现KRT3基因的突变位点有：E509K和R503P[21]。KRT12基因的突变位点有：M129T,Q130P,R135T,R135G,R135I,L140R,V143L,I426V,Y429C,Y429D,R430P,N133K,R135S,A137P,I426S [2125]。

　　6 COL8A2基因与Fuchs角膜内皮营养不良

　　Fuch角膜内皮营养不良(FECD),临床特征为早期角膜中央后弹力层山现角膜小滴, 推压内皮突出于前房。逐渐发展为内皮细胞失代偿, 出现眼疼及刺激症状。晚期发展为大泡性角膜病变及角膜上皮下纤维化而使视力严重受损。50%的FECD患者被发现有父母、手足或子女患相同疾病[26]。支持其为常染色体显性遗传，但也可见散发病例。遗传性FECD最初被定位在染色体1p34.3p32上的COL8A2基因，突变类型有：Q455K, R155Q, R434H, R304Q[26]。COL8A2基因编码Ⅷ型胶原蛋白的α2链，Ⅷ型胶原蛋白是Descemet膜及内皮基底膜的组成部分[27]。Sundin等[28]曾报道将迟发型遗传性FECD连锁到染色体13pTel13q12.13。随后他们又确定了迟发型遗传性FECD的另一位点，染色体18q21.2q21.32[29]。关于FECD的相关基因和基因突变类型的确定，需要进一步的分子遗传学研究来阐明。

　　7结语

　　随着越来越多类型的角膜营养不良的致病基因及其相关基因突变的确定，表现型与基因型相对应的谱系已经日趋完整，更多学者们正尝试着用分子生物学的方法从病因及发病机制的角度对角膜营养不良进行分类和诊断。这种更为精确的基因诊断将帮助临床医师对许多过去不为人知及相互混淆的角膜营养不良进行鉴别[11]。同时，角膜营养不良是一种遗传病，通过基因诊断我们能判断患者及其后代的基因型，以便在症状出现之前，采取针对性治疗措施，延缓病情发展。

　　此外，通过对基因缺陷以及突变蛋白特性的研究，可以从分子遗传学本质上了解此类疾病的发病机制和病理生理学过程[30]。从而为我们的最终目的—基因治疗打下基础。

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