唐靜 鄧應(yīng)平 王瓊 陳曉明

原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma,POAG)是一種以視神經(jīng)損傷和視野缺損為主要表現(xiàn)的不可逆致盲性眼病，本質(zhì)是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cell,RGC)損傷，治療中最常干預(yù)眼壓。2013年全球POAG發(fā)病人數(shù)達6000萬，預(yù)計2040年將超過1億。主要臨床表現(xiàn)為：相對升高的眼壓、典型的青光眼視盤改變、視神經(jīng)纖維束缺失及特異性視野缺損[1-3]。

迄今為止，POAG的發(fā)病機制尚未被完全闡釋。既往認為其發(fā)生發(fā)展與房水的產(chǎn)生和外流有關(guān)，衍生了機械學(xué)說和血管學(xué)說，長期指導(dǎo)POAG的診斷和治療。近年來，我國學(xué)者提出跨篩板壓力學(xué)說，為該疾病的機制研究提供了新的線索。過去的幾十年里，不斷有致病基因被發(fā)現(xiàn)，且近年來基因治療備受關(guān)注，多基因遺傳理論已成為POAG的研究熱點。持續(xù)發(fā)展的還有免疫機制的基礎(chǔ)研究，為該疾病的未來診療提供了新思路。

1 傳統(tǒng)的發(fā)病機制學(xué)說

機械學(xué)說于1858年由Müller等提出，認為眼壓升高超過了視神經(jīng)的可承受限度，改變了視神經(jīng)篩板的結(jié)構(gòu)，造成神經(jīng)纖維的機械性損傷。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，視神經(jīng)軸漿運輸在篩板區(qū)受阻，軸突膜不能利用線粒體產(chǎn)生ATP酶，軸突因代謝問題導(dǎo)致蛋白生成和移動減少，細胞功能受損而自發(fā)性凋亡[4]。線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP并調(diào)節(jié)RGC凋亡，其中線粒體融合相關(guān)蛋白視神經(jīng)萎縮蛋白1(optic atrophy 1,OPA-1)的突變對RGC的變性產(chǎn)生了促進作用[5-6]。因此，許多研究通過眼內(nèi)注射藥物、升高眼壓誘導(dǎo)篩板損傷來制作POAG動物模型。

在長期臨床觀察中，部分POAG患者即使眼壓控制良好，病情仍持續(xù)發(fā)展。血管學(xué)說認為，血管痙攣導(dǎo)致灌注不足是POAG發(fā)病的主要原因。最近研究顯示，POAG患者不僅存在血管痙攣因素，還有血液流變學(xué)改變。Rokicki等[7]認為青光眼是一種以過氧化氫酶上調(diào)為主要表現(xiàn)的氧化障礙，脂質(zhì)過氧化主要影響紅細胞膜，導(dǎo)致紅細胞表面變化。即使這些微小的改變也會引起RGC的形態(tài)學(xué)和功能異常，因此，這些改變可能參與了青光眼的缺血機制。Ruiz-Pesini等[2]認為POAG的發(fā)生原因主要是視盤的灌注異常造成視神經(jīng)缺血，不僅損害視神經(jīng)節(jié)細胞的功能，還可能激活周圍膠質(zhì)細胞。也有研究通過血細胞的聚集、血紅蛋白濃度與POAG患者視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層厚度的關(guān)系，證實POAG患者紅細胞的聚集率較高，由此推測，高的紅細胞聚集和變形能力可能通過影響視神經(jīng)盤和視網(wǎng)膜微灌注參與POAG的發(fā)生途徑[8]。

從兩個理論的解釋上，機械學(xué)說與血管學(xué)說并沒有完全割裂開，眼壓和RGC死亡一直伴隨著疾病的發(fā)展過程。隨著研究的深入，不再局限于宏觀的組織損傷，而是在細胞和通路上尋找POAG發(fā)生的規(guī)律。有研究表明，一些髓樣細胞，如常駐的小膠質(zhì)細胞、因局部炎癥因子激活導(dǎo)致的單核/巨噬細胞募集等，可能與POAG的發(fā)病機制相關(guān)[9]。與阿爾茨海默病研究相似的結(jié)果也在POAG的研究中得到驗證，如大腦內(nèi)處于穩(wěn)態(tài)與激活二相平衡的小膠質(zhì)細胞，在POAG中其吞噬作用可促進RGC的死亡[10]。因此，若能抑制小膠質(zhì)細胞的激活，如載脂蛋白的通路[11]，可能是保存POAG患者神經(jīng)功能的一個有利方向。由此，有關(guān)全血和血清中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、熱休克蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)和載脂蛋白(apolipoprotein E,ApoE)的表達水平研究結(jié)果顯示，POAG患者血清ApoE表達高于對照組[12]，這和阿爾茨海默病患者大腦內(nèi)ApoE表達升高具有一致性。也有研究認為，神經(jīng)營養(yǎng)因子是RGC賴以生存的必要因素，但青光眼不太可能是影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原發(fā)性神經(jīng)退行性變，而更可能是伴有中樞神經(jīng)系統(tǒng)不良反應(yīng)的視神經(jīng)病變[13]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元損傷會影響視網(wǎng)膜軸突，因此認為視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層厚度下降要綜合尋找原因，以免POAG的誤診和不必要的抗青光眼藥物使用，以及避免顱內(nèi)疾病的延遲診斷[14]。一項前瞻性研究通過MRI量化腦白質(zhì)強度、血管的空間擴展高頻率和動力學(xué)異常，說明腦部小血管病變的MRI證據(jù)與POAG視野異常密切相關(guān)[15]。因此，在POAG的研究中，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的聯(lián)系是很好的切入口。

2 跨篩板壓力學(xué)說

我國王寧利教授提出跨篩板壓升高是引起青光眼發(fā)展的原因，通過動物實驗和人口調(diào)查，證實視神經(jīng)篩板前和顱內(nèi)壓之間的壓力差增大是引起POAG發(fā)病的重要原因，發(fā)現(xiàn)在正常眼壓性青光眼(normal tension glaucoma,NTG)患者人群中顱內(nèi)壓偏低，高眼壓(high tension glaucoma,HTG)患者顱內(nèi)壓偏高，通過三維MRI重建視神經(jīng)眶內(nèi)段和視交叉的垂直截面積，經(jīng)活體影像學(xué)證實青光眼視神經(jīng)的萎縮，評估視覺中樞的損害[16-18]。此系列研究結(jié)果在國內(nèi)外首創(chuàng)建立了青光眼視神經(jīng)損害學(xué)說，刷新了該項研究的空白，說明了青光眼視神經(jīng)損害機制，由此也回答了長久以來青光眼是否需要視神經(jīng)治療的爭論。

3 遺傳機制

POAG的遺傳學(xué)研究顯示，一級親屬患病率為22.0%，相比對照組的2.3%增加了9倍，提示POAG是由遺傳缺陷造成的[19]。第1個基因myocilin(MYOC)被定位和識別，證實了家族發(fā)病的POAG遵循孟德爾遺傳定律，認為單一基因的改變就足以導(dǎo)致疾病發(fā)生。之后又在MYOC、OPTN和CYP1B1中發(fā)現(xiàn)了一些具有孟德爾遺傳的高外顯率的突變，以及TBK1的拷貝數(shù)變異，并認為MYOC和CYP1B1中的突變是高眼壓型POAG發(fā)生的原因，OPTN突變和TBK1的拷貝數(shù)變化是NTG發(fā)生的原因[20]。Micheal等[21]對一個多家系的全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)TP53BP2是POAG新的候選基因。Qiu等[22]研究認為COL4A4、COL3A1、COL1A2、ITGB5、COL5A2、COL5A1 6個基因通過與ECM受體的相互作用影響了POAG的發(fā)生。Seet等[23]通過定位于虹膜上的基因表達，對比發(fā)現(xiàn)POAG患者COL1A1、VEGFB、VEGFC和VEGFR2的 mRNA表達明顯高于閉角型青光眼患者。Siwak等[24]的研究提示了HDAC6、CXCR3、SIRT1基因表達水平與POAG進展有關(guān)。Springelkamp等[25]的Meta分析中總結(jié)了與視神經(jīng)杯盤比例相關(guān)的基因位點和與眼壓相關(guān)的位點，因而發(fā)現(xiàn)CDKN1A變異在POAG發(fā)病中的作用。

盡管取得了這些成功，但迄今為止發(fā)現(xiàn)的孟德爾基因中高度外顯的突變只占POAG病例的一小部分,POAG的遺傳異質(zhì)性也很重要。比如在一項對青少年發(fā)育性青光眼的基因研究中，劃分了POAG、早發(fā)型青光眼和原發(fā)性先天性青光眼3種亞類，并分析其在MYOC和CYP1B1兩個基因上共享的表型，結(jié)果顯示3個亞類無共享的MYOC表型，但在CYP1B1上有5個共享的致病變異。由此說明了早發(fā)型的POAG不遵循簡單的孟德爾模式[26]。然而，在對其他基因的篩查中，仍不斷發(fā)現(xiàn)MYOC的突變位點，如GLC1A基因的分析中，不僅發(fā)現(xiàn)了B4GALT3 這個新的突變，也發(fā)現(xiàn)了MYOC上3號外顯子的c.C1456T突變[27]。在公共的基因變異數(shù)據(jù)庫研究中，始終顯示了MYOC豐富的變異，反映了該位點仍是POAG最大的單基因原因[20]。由此可見，人類遺傳學(xué)領(lǐng)域的進展使人們對不同基因引起的不同類型青光眼有了很高的辨識力。

全基因組測序可以進一步認識青光眼的發(fā)病原因。目前研究涉及到越來越多的青光眼相關(guān)基因及其豐富的突變類型。全外顯子基因組測序提示POAG患者的眼球發(fā)育、蛋白表達及細胞膜穩(wěn)態(tài)，通過分析具有潛在破壞性的遺傳變異，鑒定與POAG及其亞型相關(guān)的生物學(xué)過程，如HTG可能是由于蛋白質(zhì)折疊異常引起的，而蛋白質(zhì)折疊異?？赡苁欠肿影閭H治療的結(jié)果。研究表明， NTG與受損的細胞膜穩(wěn)態(tài)有關(guān)，增加了細胞凋亡的敏感性[28]。Danford等[29]通過生物信息學(xué)工具，編譯了542個與POAG及其相關(guān)表型有關(guān)的基因，并進行功能注釋和分析，結(jié)果顯示沒有一個單一的分子途徑可以包含POAG的病理生理學(xué)改變，衰老和炎癥可能是在RGC變性中持續(xù)起關(guān)鍵作用的原因，而轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)是重要的影響因素。這使得基因研究與POAG機制的聯(lián)系更廣泛。

全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)是在POAG基礎(chǔ)研究中備受關(guān)注的研究方法，單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphism,SNPs)的研究常常能確定潛在的疾病易感性通路，提出預(yù)防和治療的新靶點。全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了許多POAG的遺傳危險基因，包括CAV1/CAV2、CDKN2B-AS1、TMCO1、ATOH7、SIX1/SIX6、GAS7、ABCA1、 AFAP1、GMDS、PMM2、FNDC3B、TFGBR3、TXNRD2、ATXN2和FOXC1I。雖然這些變異可見于健康人，但在青光眼患者中顯著升高[30]。一項多中心結(jié)果的Meta分析中發(fā)現(xiàn)了3個新的位點：TXNRD2內(nèi)的rs35934224、ATXN2的rs7137828以及FOXC1上游的rs22745572[31]。 Vishal等[32]通過GWAS的研究，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-7作為新的POAG候選基因，在小梁網(wǎng)中表達下調(diào)，影響了房水的動力學(xué)機制。而MMP-9基因rs2274755 SNP與NTG顯著相關(guān)，支持了MMP-9基因在NTG發(fā)病中的可能作用[33]。POAG與氧化應(yīng)激的關(guān)系在rs4656461-TMCO1、rs4236601-CAV1/CAV2、rs2157719-CDKN2B-AS1和rs3088440-CDKN2A 4個位點被證實[34]。Cuellar-Partida等[35]通過GWAS的研究繪制了幾個位點圖譜，發(fā)現(xiàn)了僅有ABCA1唯一基因與老年性黃斑病變關(guān)聯(lián)聯(lián)系起來。SNPs rs10483727和rs33912345與POAG，尤其與40歲以上患者的NTG顯著相關(guān)[36]。

同時，非編碼miRNA在青光眼的發(fā)病機制中起重要作用。SNP導(dǎo)致miRNA與靶基因的結(jié)合調(diào)控異常從而調(diào)控靶基因表達，該miRNA和靶基因可能成為未來研究的候選分子，用來確定二者在POAG病理生理學(xué)中的作用和治療青光眼的潛力。Ghanbari等[37]列出了POAG的表型和關(guān)聯(lián)的SNP位點，為POAG提供了可供參考的治療位點。Liu等[38]通過miRNA-182表達水平的增高確認了rs76481776 SNP與POAG的關(guān)系。WDR36基因與青光眼的關(guān)系在文獻中一直存在爭議，Liu等[39]通過5個位點的SNP分析，確實沒有獲得有與POAG關(guān)聯(lián)的陽性結(jié)果。

4 免疫學(xué)機制

免疫學(xué)機制研究是近年來青光眼基礎(chǔ)研究的重要方向，提出青光眼損害機制是由于壓力引起的局部缺血、視盤缺氧，以及谷氨酰胺誘導(dǎo)的毒性產(chǎn)物增加、炎性介質(zhì)水平的升高和營養(yǎng)因子流量的改變而導(dǎo)致的RGC死亡，其間伴隨的軸突順行和逆行運輸受阻，并伴有軸索斷裂，最終失明。因此眼壓的損傷、缺血、代謝毒素的影響等多種機制均可引起RGC死亡，最終導(dǎo)致青光眼[40]。POAG的RGC和軸突進行性變性，臨床上表現(xiàn)為眼壓控制穩(wěn)定后仍持續(xù)的神經(jīng)元丟失和視野缺損，表明POAG的發(fā)病機制已超出壓力介導(dǎo)的神經(jīng)退行性變。另有研究通過研究大鼠模型中慢性高眼壓與海馬的關(guān)系[41]，使用行為測試評估學(xué)習(xí)和記憶能力，檢測蛋白表達和相關(guān)信號通路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)慢性高眼壓大鼠學(xué)習(xí)記憶能力受損，同時在海馬區(qū)tau蛋白表達(GSK-3β、BACE1)和堿性磷酸酶(PP2A)蛋白的表達增加。研究認為POAG的MRI表現(xiàn)與海馬功能的改變有關(guān)，由此支持POAG是內(nèi)分泌免疫損傷性疾病的假說。Chou 等[42]通過研究大樣本數(shù)據(jù)庫，結(jié)果顯示POAG與腎病的進展有關(guān)，提出腎病進展中的免疫因子改變和炎性因子釋放是聯(lián)系兩種疾病的紐帶。在一項口腔常駐菌和眼部的關(guān)系研究中，發(fā)現(xiàn)細菌性腦膜炎致病菌與POAG可能存在關(guān)聯(lián)，并推測細菌產(chǎn)物可能通過該區(qū)域的常駐小膠質(zhì)細胞接觸而引發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致軸索神經(jīng)變性[19]。Chen等[43]提出并驗證了由升高的眼壓-完整的共生菌群-活化的T細胞反應(yīng)在青光眼發(fā)病機制中的因果關(guān)系，觸發(fā)適應(yīng)性免疫或自身免疫反應(yīng)，在最初的損傷消失后，繼續(xù)引起青光眼性RGC的丟失和軸突損傷；同時在缺乏T細胞的小鼠上表現(xiàn)出RGC和軸突損傷減弱，指出控制眼壓后的視網(wǎng)膜損傷持續(xù)是由T細胞介導(dǎo)的。HSP60被證實在POAG中表達升高，與之相關(guān)的Th1和Th2促炎-抗炎失衡，是導(dǎo)致POAG進展的重要原因[44]。也有臨床研究顯示，分析細胞因子可以了解POAG嚴重程度，POAG患者玻璃體中的IL-2、IL-5、單核細胞趨化蛋白-1、腫瘤壞死因子-α和γ-干擾素誘生蛋白-10會明顯升高[45]。Toll樣受體4(toll-like receptor 4,TLR4)是一種常見的先天免疫分子，在POAG的小梁網(wǎng)和RGC中均有表達。Poyomtip[46]研究證明了TLR4的激活調(diào)節(jié)了纖維化和細胞死亡，抑制TLR4可降低TGF-β2誘導(dǎo)的小梁網(wǎng)細胞纖維化，提高視神經(jīng)損傷和缺血模型中RGC的細胞存活率。明確POAG發(fā)病機制中各種通路的相關(guān)調(diào)節(jié)因子功能，對促進疾病的神經(jīng)修復(fù)具有重要作用。

5 線粒體相關(guān)機制

青光眼的特征與神經(jīng)退行性疾病有很多相似之處，除了發(fā)病率與年齡呈正相關(guān)、單個神經(jīng)元細胞群的選擇性喪失、神經(jīng)元細胞死亡機制的相似性等，還有對ATP的高需求量。將培養(yǎng)的RGC暴露在高靜水壓下3 d，可誘導(dǎo)線粒體分裂，并伴有ATP產(chǎn)生的損傷，引起細胞凋亡。POAG患者外周血中線粒體DNA突變增加，線粒體呼吸功能下降20%[47]。Collins等[48]對非裔美國人的V83I單基因多態(tài)性研究中發(fā)現(xiàn)，線粒體細胞色素C氧化酶相關(guān)基因與男性POAG密切相關(guān)，兩個位點的錯義突變將影響視神經(jīng)的杯盤比增大，由于破壞了β-淀粉樣蛋白肽與神經(jīng)保護蛋白UBQLN1的相互作用，可能是引起RGC凋亡的重要原因。而Singh等[49]則采用外周血全線粒體DNA測序發(fā)現(xiàn)，線粒體DNA編碼的MT-ND2基因可能抑制POAG的發(fā)生。RGC長期被作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的標(biāo)準模型,其線粒體密集分布于視盤周圍，線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP和通過凋亡調(diào)節(jié)細胞死亡。但POAG患者視網(wǎng)膜和視神經(jīng)是否也存在類似的線粒體功能障礙，還期待更多的證據(jù)說明[50]。

6 危險因素

POAG發(fā)病的最主要危險因素是眼壓升高，也有越來越多的影響因素被發(fā)現(xiàn)。

6.1 眼壓和角膜厚度眼壓是POAG治療中唯一可控的因素，但藥物和手術(shù)也不一定能達到理想效果。同時，角膜厚度可以影響眼壓的測量值。Aschard等[51]從基因的相關(guān)性上證實了眼壓與POAG的關(guān)系。Cui等[52]研究發(fā)現(xiàn)GMDS基因的rs950301和PTGFR基因中rs3766355位點的突變可能與POAG患者對拉坦前列素的眼壓反應(yīng)有關(guān)。

6.2 激素妊娠期間會出現(xiàn)眼壓降低，但在生產(chǎn)后3個月便會恢復(fù)至基線眼壓水平。黃體酮可能通過降低房水的流出阻力而起到主要作用。對比之下，絕經(jīng)則會引起眼壓升高，有研究提出自然絕經(jīng)史與POAG的發(fā)病具有相關(guān)性[53]，而Bailey等[54]則提出了雌激素的影響和睪酮的代謝通路可能與HTG有一致性。

6.3 人種POAG的發(fā)病率在不同人種有明顯差異，非裔美國人患病率很高，有研究者提出其與血管因素有關(guān)[55]，也有FMNL2、PDE7B、TMTC2、IKZF2、CADM2、DGKG、ANKH、EXOC2和LMX1B等基因突變發(fā)現(xiàn)[56]，且以錯義突變?yōu)橹?。線粒體DNA單倍體L1c2是POAG的危險因素，這個種族中大約1/4的人攜帶這種mtDNA，也許就是該人群POAG發(fā)病率高的原因[57]。而CAV1/CAV2基因上rs4236601位點與白人POAG有關(guān)[58]。Bonnemaijer等[59]發(fā)現(xiàn)了新的候選位點rs141186647上的EXOC4與西非黑人的POAG發(fā)病相關(guān)。SNP rs4236601和SNP rs3801994與亞洲東南部地區(qū)人群POAG相關(guān)[60]，GSTM1基因型缺失使希臘人群中POAG發(fā)病風(fēng)險增加[61]，TLR4在墨西哥人POAG病理生理中起重要作用[62]。因此，基因研究在種族發(fā)病率差異中發(fā)揮了重要的解釋作用。

6.4 全身系統(tǒng)性疾病全身血壓的任何變化都可能影響眼壓。收縮壓波動是POAG發(fā)生的主要全身危險因素，收縮壓升高10 mmHg(1 kPa=7.5 mmHg)，可生理性地伴隨眼壓升高1 mmHg[63]。2型糖尿病患者青光眼患病率可達27.4%，主要原因是糖尿病性視網(wǎng)膜病變和視神經(jīng)微血管損傷不僅損害血管的自調(diào)節(jié)功能[64],也會影響視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞的新陳代謝,尤其是引起RGC死亡[65]。POAG被認為與呼吸暫停綜合征相關(guān),二者繼發(fā)疾病的比例在1%左右[66]。也有研究顯示青光眼患者血清褪黑激素水平顯著升高，尤其是患有睡眠障礙、焦慮和抑郁等精神疾病的患者[67]。還有研究認為維生素D缺乏[68]、吸煙[69]、偏頭痛[70]等會影響POAG的發(fā)病率。

7 結(jié)語

POAG作為不可逆致盲性眼病，目前對其發(fā)病機制的研究還在積極探索中。隨著基因組技術(shù)的迅速發(fā)展，利用全基因組關(guān)聯(lián)研究對POAG相關(guān)遺傳因素的鑒定工作也得到了迅速的發(fā)展，在過去若干年，全球豐富的基因數(shù)據(jù)資源極大促進了GWAS的研究，疾病及其內(nèi)表型相關(guān)遺傳因素的識別為研究青光眼的細胞和分子機制提供了新的機會。同時越來越多的結(jié)果揭示了個體來源和環(huán)境來源的危險因素影響著POAG發(fā)病過程。目前被基礎(chǔ)實驗和臨床觀察印證的學(xué)說，從不同層面解釋了各種類型POAG的病理生理過程，指導(dǎo)了青光眼的疾病診療。POAG作為多因素疾病，患病率逐年上升，源于檢查方法和設(shè)備的完善，對其發(fā)病機制的研究越來越多與神經(jīng)系統(tǒng)疾病聯(lián)系，診斷方法上也不斷拓展到外周循環(huán)系統(tǒng)的炎性標(biāo)志物探索。由于受全身性疾病的影響，對該疾病是原發(fā)還是繼發(fā)也曾出現(xiàn)過討論。這些對青光眼發(fā)生發(fā)展的新認識，將為患者帶來更多有效的預(yù)防、診斷和治療選擇。