季亞男，張娟美，趙友財(cái)，趙 軍，姜 濤，張 丹，田春柳，張琳琳

0引言

先天性白內(nèi)障是指出生時(shí)或出生后早期發(fā)生的晶狀體部分或完全混濁，是導(dǎo)致嬰幼兒弱視或失明的常見眼病。由于嬰幼兒眼球結(jié)構(gòu)和發(fā)育與成人不同，且處于快速變化時(shí)期，因此手術(shù)時(shí)機(jī)、手術(shù)方式的選擇均異于成人。如果不能早期診斷、早期治療，將會導(dǎo)致形覺剝奪性弱視的發(fā)生，嚴(yán)重情況下可能失明，給患者及其家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)。因此明確先天性白內(nèi)障的發(fā)病原因?qū)τ谠缙诘脑\斷和干預(yù)治療至關(guān)重要。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)40多種基因與先天性白內(nèi)障有關(guān)，其中包括晶狀體蛋白基因(CRYAA、CRYAB、CRYBB1、CRYBB2、CRYBB3、CRYBA1/A3、CRYBA2、CRYBA4、CRYGC、CRYGD和CRYGS)、膜蛋白基因(GJA3、GJA8、MIP、LIM2)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子基因(HSF4、MAF、PITX3)和其他基因等。本文將分別從這些基因入手，對先天性白內(nèi)障的基因突變進(jìn)行綜述。

1晶狀體蛋白基因

晶狀體蛋白是哺乳動(dòng)物主要的晶狀體結(jié)構(gòu)蛋白，占晶狀體水溶性蛋白的比例高達(dá)90%[1]。在晶狀體蛋白家族中，有α-晶狀體蛋白、β-晶狀體蛋白和γ-晶狀體蛋白三種成員，分別占總量的40%、35%、25%。三種晶狀體蛋白按照合適的比例聚集成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在晶狀體的正常發(fā)育和透明性的維持等方面發(fā)揮重要的作用[2]。晶狀體蛋白基因的突變會影響晶狀體蛋白的穩(wěn)定性，致使蛋白質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致不穩(wěn)定蛋白質(zhì)的聚集和沉淀，最終導(dǎo)致晶狀體發(fā)生混濁形成白內(nèi)障[3]。

1.1 α-晶狀體蛋白α-晶狀體蛋白屬于小分子熱休克蛋白(small heat shock protein，sHSP)家族，具有分子伴侶樣作用，能夠防止蛋白質(zhì)在應(yīng)激時(shí)的變性、聚集、沉淀和程序性死亡。此外，α-晶狀體蛋白能促進(jìn)β、γ-晶狀體蛋白的正確折疊，對維持晶狀體的透明性具有一定的作用[4]。α-晶狀體蛋白可以進(jìn)一步分為由CRYAA和CRYAB基因編碼的αA-和αB-晶狀體蛋白。αA-晶狀體蛋白主要在晶狀體中表達(dá)，在其他組織中僅發(fā)現(xiàn)微量，可以說αA-晶狀體蛋白是晶狀體的特異性蛋白。αB-晶狀體蛋白存在于晶狀體之外的多種組織，尤其是在大腦、心臟和肌肉中[5]。劉嫻等[6]報(bào)道CRYAB基因1號外顯子的一處錯(cuò)義突變c.59C>T，致使翻譯的脯氨酸被精氨酸替代。此突變使氨基酸疏水性增大，降低了蛋白質(zhì)的溶解性，引起蛋白質(zhì)聚集，導(dǎo)致白內(nèi)障的發(fā)生。研究顯示基因編輯技術(shù)敲除家兔CRYAA基因，使3～52bp缺失突變，新生家兔可表現(xiàn)為先天性白內(nèi)障、小眼球畸形、晶狀體過早萎縮等特征[7]。這為進(jìn)一步研究CRYAA基因與人類先天性白內(nèi)障的關(guān)系提供了線索。

1.2 β-晶狀體蛋白β和γ-晶狀體蛋白均含有4個(gè)高度保守的“Greek Key”基序，每一個(gè)基序又由4個(gè)β折疊構(gòu)成。這些特殊的結(jié)構(gòu)和獨(dú)立的空間排列對維持晶狀體的透光度至關(guān)重要[8]。β-晶狀體蛋白由7個(gè)亞基組成，分為酸性蛋白與堿性蛋白。其中酸性蛋白包括βA1/A3、βA2、βA4，堿性蛋白包括βB1、βB2、βB3。Wu等[9]報(bào)道了致病基因CRYBA3/A1內(nèi)含子1-外顯子2連接區(qū)的一處剪接突變c.30-2A>G。該突變產(chǎn)生截短的mRNA，導(dǎo)致不穩(wěn)定性蛋白質(zhì)的聚集和沉淀。在一個(gè)多形性先天性白內(nèi)障家系中，CRYBB2基因的無義突變c.463C>T(p.Q155X)可導(dǎo)致翻譯提前終止，影響了編碼蛋白質(zhì)C-端的長度，造成晶狀體蛋白結(jié)構(gòu)異常，從而導(dǎo)致晶狀體發(fā)生混濁[10]。CRYB基因的突變可因家系不同表現(xiàn)為核性、粉塵狀、全白、皮質(zhì)性、藍(lán)色點(diǎn)狀白內(nèi)障等[11]。

1.3 γ-晶狀體蛋白γ-晶狀體蛋白是晶狀體蛋白家族中最小和最簡單的成員。它是由173～174個(gè)氨基酸殘基組成的分子量約為21kDa的單體。人類晶狀體有三種主要的γ-晶狀體蛋白——γC、γD和γS。γC和γD是在胚胎發(fā)育過程中合成，其基因定位于人染色體2q33-q35，而γS是在出生后合成，其基因定位于人染色體3q27。γ-晶狀體蛋白不僅是晶狀體的結(jié)構(gòu)蛋白，還參與晶狀體細(xì)胞的發(fā)育、分化及維持其透明度。Zhang等[12]在CRYGS基因第199個(gè)堿基位點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)T→A堿基替換c.199T>A。該突變所導(dǎo)致的γS-晶狀體蛋白三級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變是晶狀體透明度喪失的基礎(chǔ)。γ-晶狀體蛋白基因突變可引起核性、板層狀、粉塵狀、珊瑚狀等多種類型白內(nèi)障[13]。

2膜蛋白基因

晶狀體作為一種無血管的組織，完全依賴于晶狀體上皮來維持細(xì)胞外正常離子狀態(tài)和氧化還原狀態(tài)。晶狀體細(xì)胞表面的膜蛋白在維持細(xì)胞代謝和離子交換等方面起著重要作用，以確保細(xì)胞間信號分子的正常傳輸和維持晶狀體的透明性。

2.1縫隙連接通道蛋白縫隙連接是連接相鄰細(xì)胞的通道，它允許離子和小分子物質(zhì)在細(xì)胞之間進(jìn)行交換，是無血管的晶狀體細(xì)胞間通訊及物質(zhì)循環(huán)的重要通道，對晶狀體的穩(wěn)態(tài)和透明性至關(guān)重要。目前發(fā)現(xiàn)連接蛋白(connexin，Cx)家族的三種同工型——Cx43、Cx46和Cx50，分別由基因GJA1、GJA3、GJA8編碼。Cx43在晶狀體分化后期被Cx46和Cx50取代。在中國人群先天性白內(nèi)障突變譜中，GJA3、GJA8突變頻率均在10%以上[14]。且這兩種基因突變主要導(dǎo)致常染色體顯性遺傳核性粉塵狀白內(nèi)障的發(fā)生。Cx的突變可以導(dǎo)致通道功能的失活或降低、蛋白的錯(cuò)誤折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)障礙、細(xì)胞的發(fā)育及分化受影響等，進(jìn)而引起晶狀體的混濁[15]。

2.2主要內(nèi)源性蛋白主要內(nèi)源性蛋白(major intrinsic protein，MIP)基因定位于12q13.3，也稱為MIP26或AQP0。它是一種內(nèi)在膜蛋白，占晶狀體纖維細(xì)胞總膜蛋白的80%。MIP單體在細(xì)胞膜內(nèi)結(jié)合成四聚體，形成水通道，選擇性地將水分子運(yùn)輸通過細(xì)胞膜。它主要通過減少晶狀體纖維細(xì)胞間的空隙維持晶狀體透明[16]。MIP基因的移碼突變c.682_683delAA，致使MIP的C-末端結(jié)構(gòu)丟失，從而影響MIP的穩(wěn)定性和親水性，導(dǎo)致晶狀體發(fā)生混濁[17]。

2.3內(nèi)在膜蛋白19內(nèi)在膜蛋白19(membrane protein 19，MP19)是由定位于人染色體19q13.4上的LIM2基因編碼。MP19是脊椎動(dòng)物眼睛晶狀體纖維細(xì)胞中第二豐富的整合膜蛋白，僅次于MIP。它對于維持晶狀體纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞間離子交換與代謝平衡、參與晶狀體折光系數(shù)的形成具有不可或缺的作用。Irum等[18]報(bào)道了LIM2基因第233位堿基的一處錯(cuò)義突變c.233G>A(p.G78D)，突變破壞了MP19跨膜區(qū)的二級結(jié)構(gòu)。有研究顯示，轉(zhuǎn)基因小鼠的LIM2基因突變也與先天性白內(nèi)障相關(guān)[19]。

3轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

大多數(shù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的突變發(fā)生在DNA結(jié)合區(qū)，這可影響其與靶基因的結(jié)合，導(dǎo)致晶狀體發(fā)育過程中蛋白質(zhì)異常表達(dá)，進(jìn)而使晶狀體發(fā)育不良，引起晶狀體混濁。

3.1熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子4基因熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子4(HSF4)基因定位于16q21，它能調(diào)控?zé)嵝菘说鞍?HSP)的表達(dá)，包括HSP70、HSP90a、HSP27。HSP作為分子伴侶，在蛋白質(zhì)的合成、組裝、轉(zhuǎn)移、折疊、修復(fù)以及變性的過程中發(fā)揮重要作用[16]。Bu等[20]在先天性白內(nèi)障家系中首次發(fā)現(xiàn)HSF4基因的突變，突變位于DNA結(jié)合域，影響晶狀體正常發(fā)育。

3.2MAF基因MAF基因定位于16號染色體，編碼的MAF轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子由373個(gè)氨基酸組成。MAF基因在晶狀體纖維細(xì)胞發(fā)育和分化過程中調(diào)節(jié)眼晶狀體蛋白的表達(dá)。有文獻(xiàn)證明純合的MAF突變會使小鼠晶狀體纖維細(xì)胞分化產(chǎn)生缺陷[21]。

3.3垂體同源盒基因3垂體同源盒基因3(PITX3)定位于人染色體10q25，是RIEG/PITX同源盒家族的一個(gè)成員。其編碼的蛋白質(zhì)在眼睛發(fā)育過程中參與晶狀體的發(fā)育。PITX3第543位堿基鳥嘌呤的缺失543delG，導(dǎo)致一個(gè)包含127個(gè)多余氨基酸殘基異常蛋白的產(chǎn)生[22]。

4其他基因

4.1細(xì)胞骨架蛋白基因細(xì)胞骨架蛋白是由多種絲狀物質(zhì)組成的胞漿蛋白，對于維持細(xì)胞形態(tài)和參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)具有重要作用。它與晶狀體蛋白之間的相互作用是維持晶狀體透明度的基礎(chǔ)。念珠狀纖維蛋白(BFSP)是一種晶狀體特異性細(xì)胞骨架蛋白，它包含BFSP1和BFSP2的兩種核心成分，這兩種蛋白在α-晶狀體蛋白的存在下結(jié)合形成合適的珠狀結(jié)構(gòu)，參與晶狀體的正常發(fā)育。編碼BFSP2的基因位于人類染色體3q21上[23]。

4.2鐵蛋白輕鏈基因Gasparini等[24]于1997年運(yùn)用原位雜交技術(shù)將鐵蛋白輕鏈基因(FLT)定位于人染色體19q13.3。該基因由4個(gè)外顯子組成，編碼鐵蛋白的亞基。鐵蛋白是一種含有175個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，由24個(gè)不同亞型重鏈鐵蛋白和輕鏈鐵蛋白組成。研究表明，鐵蛋白輕鏈基因突變造成白內(nèi)障可能有兩個(gè)原因：(1)鐵蛋白輕鏈和重鏈比例失調(diào)使得游離鐵離子和活性氧含量增加，影響晶狀體正常功能。(2)細(xì)胞鐵蛋白水平的增加使晶狀體蛋白聚集，導(dǎo)致晶狀體發(fā)生混濁[23]。

4.3酪氨酸激酶受體基因酪氨酸激酶受體基因(EPHA2)定位于1p36.1，編碼的跨膜酪氨酸激酶受體分子量約為130kD。有研究顯示EPHA2基因的突變占澳大利亞東南部先天性白內(nèi)障的4.7%[25]。另外對于動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，EPHA2功能喪失可以使小鼠表現(xiàn)為小角膜和雙眼白內(nèi)障[26]。

此外還有很多引起先天性白內(nèi)障綜合征的基因突變，表現(xiàn)為眼-腦-腎綜合征的OCRL基因突變[27]。定位于人染色體Xp11.3上的NDP基因突變，可表現(xiàn)為先天性白內(nèi)障、視網(wǎng)膜出血、智力障礙、神經(jīng)性耳聾[28]，以及引起白內(nèi)障、牙齒異常、顱面異常的NHS基因[29]等。

5小結(jié)

先天性白內(nèi)障仍然是全世界失明的主要原因，及早的手術(shù)治療、術(shù)后長期弱視訓(xùn)練及視覺重建是目前治療該病的主要手段，因此早期明確診斷顯得尤為重要。在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代，隨著PCR技術(shù)、Sanger測序、高通量測序、基因編輯等技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的與先天性白內(nèi)障相關(guān)的致病基因被發(fā)現(xiàn)，對于白內(nèi)障的發(fā)病機(jī)制也日漸明確，這也為基因水平上治療先天性白內(nèi)障提供了重要依據(jù)。對于有先天性白內(nèi)障家族史的家系，應(yīng)進(jìn)行基因的產(chǎn)前篩查，及早進(jìn)行治療，提高我國人口出生質(zhì)量。