近视发生机制的研究进展

　　作者：谢芳,陈跃国　　作者单位：1. 北京大学眼科中心实验室，北京 100083;2. 北京大学眼科中心近视激光治疗中心，北京 100083

　    【摘要】近视的发生与多种因素相关，本文对近视发生机制发生的遗传和环境两方面因素进行综述，重点讨论了遗传学和生化技术对近视发生发展的基因水平、细胞水平和分子水平机制的研究进展。

　　【关键词】 近视;遗传;环境;调节;视网膜机制

　　[Abstract] It seems certain that many influences combine to determine an individual’s refractive state. We summarize genetic and environmental factors involved in the development of myopia. Animal models established by goggles or by lens provide us excellent experimental objects. Due to the advancement in experimental methods including genic and biochemical technology， the mechanisms of the genesis and development of myopia have been widely studied. In this paper we focus on the genetic， cellular and molecular mechanisms in the development of myopia.

　　[key word] myopia; genes; environment; accommodation; retinal mechanism

　　近视是一种发生率很高的眼睛病理状态。包括人在内的哺乳动物，近视眼最突出的形态变化是玻璃体腔的增长，巩膜变薄，特别在后极部，巩膜主动、过度延伸，最终导致眼轴延长，产生轴性近视。这一改变的超微结构基础是胶原蛋白和蛋白多糖含量的降低，胶原纤维直径变小，胶原纤维束结构改变，巩膜总DNA减少。

　　近视的发生与多种因素相关。少部分近视是家族性的，这种近视常早发于幼年期且近视度数高，常导致病理性近视，一般具有确定的染色体定位。但是相当一部分近视在学龄期才发生发展，近视度数相对较低，近视发展慢，多为单纯性近视，这种学龄期近视主要是由环境因素引起，比如教育程度、城市化等[1]。因此，对近视发生机制的研究可分为对遗传因素和对环境因素的研究两方面。

　　1 遗传因素中的基因水平研究

　　运用连锁分析等遗传学技术对人病理性近视家系分析研究发现，这种近视主要是由遗传所决定，属于单基因遗传，最常见的遗传方式为常染色体隐性遗传。已定位的突变位点有 MYP1(Xq28),MYP2(18p11.31)，MYP3(12q22)，7q36，17q21-22,2q[2~4]。MYP1是性染色体隐性遗传，其他都是常染色体显性遗传。

　　在单纯性近视患者的MYP1，MYP2，MYP3等位点未发现异常，提示与病理性近视是两种不同疾病[5，6]。单纯性近视为多基因遗传，基因定位难度高。近年来认为单纯性近视与遗传和环境均有关系，学龄期近视主要与环境因素相关[7]。

　　近视眼动物模型的建立为人类近视眼发病机制研究提供了一条新途径，而基因工程、芯片等技术的应用又为近视基因和分子水平上的研究提供了一种有效的方法和平台。

　　通过近视动物模型研究发现，近视是一种发育性疾病，控制眼发育的基因和调控眼球生长的因子的表达发生了改变。这些基因的表达或基因表达的改变参与了近视的发生。已发现有表达改变的基因有：

　　①Lumican和Fibromodulin 位于或接近于MYP基因区， Lumincan在细胞外基质中通过协调各类胶原原纤维的合理排布，来调节组织结构的形态发生和细胞分化。小鼠Lumincan基因被敲除后，其角膜基质变薄，纤维排列紊乱[8]，如果同时将小鼠的Lumican和Fibromodulin基因敲除，则发现眼球轴长度比正常对照组小鼠长，巩膜明显变薄，层数减少[9]。

　　②视网膜组织中转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、成骨蛋白-2(bone morphogenetic protein-2,BMP-2)、神经内分泌特异蛋白(neuroendocrine specific protein,NSP)-A和-C、δ-晶状体蛋白和sonic hedgehog 基因表达有显著改变[10]。这些参与了眼球生长分化和发育的调节转录因子或生长因子很可能与近视的产生有关。

　　③Fujikura等[11]的研究发现，机械拉伸力作用于体外培养的鸡纤维巩膜，其胶原酶活性明显升高。他推测，在生理条件下，睫状肌张力等对后巩膜的拉伸力可能与近视眼的巩膜重塑机制有关。随后，Cui等[12]对人巩膜成纤维细胞施加机械作用力后，发现308种基因表达有明显改变，其中与细胞分化和组织重塑直接相关的有几十种，如成骨蛋白 (BMP)、Tenascin-C、Jun-B等。这些基因表达产物对巩膜重塑的潜在作用还有待进一步分析。

　　这些研究结果说明了基因多态性对眼球大小和屈光不正存在基础作用，但作用的大小以及基因和环境因素在近视发病机制中所占的比重还有待进一步确定。

　　2 环境因素的研究

　　出生后眼球发育受到外界视觉环境信息的影响，如工作距离、用眼时间、照明度、视物清晰度等。对环境因素影响的研究主要集中于动物模型。

　　目前已建立了两类近视动物模型：形觉剥夺型近视(form-deprivation myopia,FDM)和镜片诱导型近视(lens-induced myopia, LIM)[13]。FDM 与LIM 是本质上完全不同的两类近视。它们在与中枢调控的关系、对光照、发生时间、昼夜节律改变和视物离焦的反应等都有明显差异。人类很少出现形觉剥夺型近视，因此镜片诱导型应该和人类近视更接近。

　　动物实验结果证实了环境因素在近视发生中起作用，发现了很多影响近视发生发展的生化物质。从目前结果来看，近视的发生与发展，受中枢和外周机制的调节，中枢和调节作用在形觉剥夺性近视发生中作用不大，而在离焦性近视中起到重要作用。虽然不可否认有中枢机制作用的存在，但局部视网膜的调节作用在实验性近视的发生中起最主要作用。

　　2.1 调节因素 很早就发现近视与近距离工作有关，在以往的近视机制研究中发现，在手术阻断调节反射通路后，仍可诱导动物发生近视，从而否定了调节在近视发生中的作用。但许多临床研究对调节与近视的关系结果报道并不一致，目前多数临床研究支持眼的屈光不正的发展主要与眼调节功能和眼调节滞后量有显著相关[14]，调节滞后产生一个类似于远视性离焦的模型，从而诱发近视。近视眼的调节滞后量比正视眼明显增加的可能原因是近视眼球的像差比正视眼大，或者像差各阶成分存在差异，更大的像差使得眼球焦深增加，降低了对离焦图像的敏感度，进而减弱了调节。另一个原因可能是近视眼内的感觉系统对调节刺激信号比较不敏感[15]。此外，在动物实验中发现，调节在双视觉平面引起的屈光变化中起到必需作用，提供了调节与近视关系的直接证据。

　　调节功能不良引发近视进展的可能机制为：①可能存在一种眼的正视化机制，控制眼在视近时使用调节，导致近视眼普遍存在调节滞后现象，而调节滞后又产生相当于负离焦的效果，眼轴为抵消视网膜的离焦而变长，则可导致近视程度加重[16]。但Mutti等[17]根据对人群近视的回顾性调查结果，认为调节滞后是近视发生后的一个结果而不是原因。②当正视眼近距离阅读时，通过调节使黄斑获得清晰的视觉影像，而周边视网膜却得不到清晰的影像，这相当于遮盖周边视野，使周边视野发生相对形觉剥夺而诱发近视。③也有学者认为视近调节时，睫状肌紧张从而对后巩膜产生一定的机械作用力，与近视眼的后极部基因表达和组织变化有关。

　　2.1 局部视网膜机制 研究表明，眼轴生长受视网膜上的图像质量所调节。对近视的视网膜机制已有共识：不同的视觉信息可能通过影响生物递质的生成和传递，控制玻璃体腔的扩大和巩膜的伸展，从而改变人眼的解剖特点。

　　Diether等[18]发现眼球对近视性离焦镜片的代偿，需要视物有中、高度空间频率和对比度，低频的视物不管离焦的方向如何都引发近视。Stone等[19]的实验证明导致不同视网膜图像质量的镜片会产生鸡的不同的屈光状态和眼球形状改变。Park等[20]通过鸡离焦性近视实验认为眼识别的是近视或远视的离焦状态信号，而不是因戴离焦镜片所致的视近物时模糊程度的改变。同时戴正镜和负镜时，鸡眼出现远视，且依赖于高空间对比度和调节功能的存在[19]。Zhu等[21]的实验还发现鸡眼脉络膜和玻璃体腔能在戴离焦镜后很短时间内出现对离焦信号的相应变化。

　　究竟视网膜识别的是何种异常的视觉信号：对比敏感度、空间频率、眼的离焦状态还是调节的幅度，是否与模糊的程度呈正相关，都还有待进一步研究。

　　2.3 与近视相关的介质 近视眼研究的关键是对其生化机制的认识，即视网膜的视觉信息是如何转变为调节巩膜生长信号。推测视网膜-色素上皮-脉络膜机制可能是通过多种多级神经递质的相互作用而完成的,如阿托品、多巴胺、血管活性肠肽、视黄醛、一氧化氮、褪黑素、胰高血糖等一级信使，碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子和基质金属蛋白酶等二级信使，最终作用于巩膜。

　　①阿托品 阿托品类是M 受体拮抗剂，能明显抑制小鸡形觉剥夺和负镜诱导性近视眼[22]。多数学者认为阿托品是通过作用于视网膜外组织(脉络膜、视网膜色素上皮、巩膜等)的M受体抑制眼球生长，而不是通过调节途径抑制实验性近视的。阿托品的作用可能是通过视网膜外受体或通过非胆碱能系统抑制眼球生长。

　　②多巴胺 形觉的剥夺降低了视网膜多巴胺的合成，而频率为10 Hz的闪烁光可恢复多巴胺的合成。用免疫组织化学的方法标记了细胞后发现，c-fos—一个公认为酪氨酸羟化酶基因转录水平的调节者，在多巴胺能的无长突细胞中被10 Hz的闪烁光诱导产生。

　　③五羟色胺 五羟色胺能改变视网膜无长突细胞的信号传递，增加眼压，收缩眼内血管，而且还是一种有丝分裂原，在眼内视网膜内核层无长突细胞中的亚群表达。最近一项实验结果提示五羟色胺对透镜诱导性近视有诱发作用，而对形觉剥夺性近视无显著作用[23]，但具体的传递机制未明。

　　④褪黑素(melatonin)、血清素(serotonin)系统 已知昼夜节律的变化对正常眼发育具有重要作用。实验发现褪黑素的三种受体都在鸡视网膜和视网膜外眼内组织中表达，并且有昼夜变化节律。外源性褪黑素通过作用于相应的受体，显著改变视觉剥夺眼和对照眼前房深度、玻璃体腔容积以及脉络膜厚度，提示褪黑素参与眼球生长的昼夜节律[24]

　　⑤胰高血糖素 外源性胰高血糖素可以抑制鸡视觉剥夺性近视，主要是抑制了玻璃体腔的扩大。内源性胰高血糖素及其受体在视网膜都无长突细胞表达[25]，一种胰高血糖素受体拮抗剂能抑制鸡正镜诱导性近视的眼轴改变[26]。提示胰高血糖素样多肽及其受体可能是参与近视形成的内源性调节因子。

　　⑥视黄酸(retinoid acid,RA) RA通过与核受体结合可调节300个以上不同目标基因的转录，敲除小鼠视黄酸受体(retinoid acid receptor-β, RAR-β)发现，该鼠眼小，视网膜、脉络膜、巩膜均发育不良。鸡和豚鼠的实验性近视模型中，RA及受体RAR-β含量在FDM与LIM的视网膜和脉络膜中有不同水平和方向的改变，而静脉内注射RA的合成抑制剂双硫仑对实验诱导性近视有抑制作用[27]。若把RA加到食物中来喂养豚鼠，也可导致其眼轴迅速延长，但屈光状态无明显改变。

　　⑦碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)和转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β) 与人眼近视密切相关的视网膜色素上皮细胞、脉络膜黑色素细胞、成纤维细胞三种细胞上均有bFGF和TGF-β的受体存在。近年的研究发现，实验性近视发生发展过程中视网膜及巩膜的bFGF(或其受体) 和TGF-β含量发生改变。外源性的bFGF和TGF-β也可影响近视的形成，bFGF和TGF-β可能分别作为“停止”和“生长”信号来调控眼轴延长。目前对于bFGF 和TGF-β是否和某些近视相关物质存在相互作用尚不清楚。

　　⑧基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2，MMP-2)及其组织抑制剂1(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 1，TIMP-1) MMP-2对胶原纤维有降解作用， TIMP-1可调节MMP-2的活性。在正常情况下，巩膜内的MMP-2和 TIMP-1达成动态平衡，在近视诱导条件下，平衡关系被破坏，继而引起巩膜病理和生物力学属性的改变[28，29]。研究表明，引起MMP-2和TIMP-1基因表达改变的上级信使可能有：bFGF、 TGF-β、bEGF、白细胞介素(IL-1、IL-10)、RA、血管活性肠肽、哌仑西平等。

　　以上介绍了目前近视形成机制中的不同观点，从最初的调节学说到现代的生化研究，将近视眼的研究从宏观拓展到微观。虽然仍无肯定的结论，但在很多方面得到共识:它可能为我们指出一条控制和防治近视眼的路径。

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