病理性近视和层粘连蛋白相关性研究进展

陶 俊，张丰菊

(首都医科大学 附属北京同仁医院 北京同仁眼科中心 北京市眼科学与视觉科学重点实验室，北京100730)

近视是指来自远处的平行光线成像于视网膜前，患者表现为能看清近处的物体而看不清远处的物体，往往需要借助凹透镜校正。近视在东亚发病率较世界其他地方高，在过去的几十年中这个比例越来越高，已成为东亚地区的一个主要的健康问题［1］。病理性近视指伴有眼轴增长、眼底病变和眼部其他并发症的高度近视，是目前最常见的难治性致盲眼病之一，严重威胁着人类的身体健康和生活质量，所以国内外研究者对病理性近视日益关注。层粘连蛋白是一种大分子非胶原糖蛋白，广泛存在于各组织的基底膜，层粘连蛋白能够维持巩膜的弹性，具有连接巩膜层内及各层间微纤维和胶原纤维的作用，对巩膜的组织结构和功能有重要的作用。病理性近视的发生发展与眼球巩膜中层粘连蛋白的关系越来越受到重视，本文就目前病理性近视和层粘连蛋白的研究进展及二者之间的相关性研究进行综述。

1 病理性近视概述

1.1 病理性近视的特点

病理性近视又称高度近视、变性近视或恶性近视，它是指屈光度在-6.00D 以上，并且呈进行性加深、眼轴不断增长、眼内容和视网膜、脉络膜组织进行性损害引起视功能障碍为特征的一种眼病，其患病率约为1% ～2%［2］。其临床症状主要表现为视功能严重障碍，飞蚊症，视疲劳;体征有进行性眼轴延长，巩膜变薄，后巩膜葡萄肿，眼底可表现为视网膜变性裂孔和脱离、黄斑出血，可发生各种并发症(视网膜脱离、青光眼、白内障等)及明显视功能损害，占近视人群的27% ～33%。

1.2 病理性近视的影响因素及相关基因

病理性近视的影响因素大概归纳以下几点:(1)环境因素如长时间阅读和细微的目力工作是单纯性近视重要的发病病因之一，亦可使病理性近视屈光度加深。孕期合并毒血症、麻疹、风疹和酒精中毒的孕妇增加新生儿近视的发病率。早产和低体重儿亦是新生儿近视的重要因素［3］。此外有报道居住高原地区人群、每天接受高压氧治疗者或长期于海底下工作者均能引起近视度的增加［4］。(2)神经递质作用机制包括血管活性肠肽(VIP)、多巴胺等参与了视觉诱导的眼轴长调节，内源性的乙酰胆碱在正常眼生长及轴性近视发展中起作用。Nickla［5］证实违背昼作夜息或在室内单一光线下长期工作或在弱光下用眼的人，体内的多巴胺和褪黑素会增加，这些神经递质通过视网膜血管会触发巩膜细胞外基质的合成变化，从而减低巩膜的韧性，导致近视的发展。(3)最主要的病因是遗传因素，遗传方式有常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传、X 性连锁隐性遗传等多种遗传方式，其中以常染色体隐性遗传最常见，目前，病理性近视的致病基因的研究已成为广泛关注的热点［6］。

迄今为止，国内外已报道了10 个与病理性近视相关的基因位点，分别是Xq28(MYP1)，18p11.31(MYP2)，12q21 - q23(MYP3)，7q36(MYP4)，17q 21 -q22(MYP5)，4q22 -q27(MYP11)，2q37.1，Xq 23 -q25，15q12 -13 和5p15.33 -p15.2［7］。病理性近视遗传方式有很强的异质性，寻找其致病基因相当困难［8-9］。Lam 等［10］发现中国人病理性近视家系的致病基因主要位于MYP2(18p11. 31)的LAMA1 基因，这一发现使LAMA1 基因成为目前研究的热门基因。Zhao 等［11］通过实验研究也进一步证实中国人病理性近视在MYP2(18p11. 31)的LAMA1 基因上的易感性。其基因定位于18p11，位于高度近视基因位点MYP2(18p11.31)的区域内，全长9 530 bp，可在全身大多数组织中表达，编码层粘连蛋白ɑ1 链。故若LAMA1 基因发生突变或表达异常都将对层粘连蛋白的合成、分布、结构和功能有着重要的影响。

目前国内外对可能和病理性近视相关的基因和编码的蛋白研究很多，如小间隙粘蛋白家系成员Decorin、lumican 和硫酸软骨素粘蛋白-3、全反式视黄醇脱氢酶、基质金属蛋白酶2、金属蛋白酶2 和金属蛋白酶3 组织抑制因子以及维甲酸受体B 等，但目前尚未能证明以上基因与病理性近视具有相关性［12-14］。同时，新的病理性近视相关基因或可疑区域不断被发现，如opticin、硫酸皮肤素蛋白聚糖3、BMP2 诱导激酶以及代谢型谷氨酸受体-6 等，但具体作用机制尚不明确［15-18］。

2 层粘连蛋白概述

2.1 层粘连蛋白的结构特点

层粘连蛋白是一种大分子非胶原糖蛋白，广泛存在于各组织的基底膜，主要由内皮细胞、上皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞及贮脂细胞产生［19］。层粘连蛋白分子是由α、β 和γ 借3 个 交联而成的异源三聚体，三链聚集形成不对称的十字型结构，由1 条长臂和3 条相似的短臂构成。3 条短臂各由3条肽链的N 端序列构成，这4 个臂均有棒状节段和球状的末端域。β 和γ 短臂上有2 个球形结构域，α链上的短臂有3 个球形结构域，其中有一个结构域与Ⅳ型胶原结合，第二个结构域与肝素结合，还有与细胞表面受体结合的结构域［20］。正是这些独立的结合位点使层粘连蛋白作为一个桥梁分子，介导细胞与基膜结合。

2.2 层粘连蛋白的功能

层粘连蛋白是胚胎发生时期产生最早的蛋白分子之一，主要由上皮细胞，内皮细胞等多种细胞合成和分泌，是一种重要的细胞外基质，在基质各成分之间及细胞之间起到连接作用，广泛存在于全身各组织中，在眼巩膜起到将巩膜层内及各层间胶原纤维和微纤维连结起来的作用，对维持巩膜的组织结构和功能起到重要作用。

层粘连蛋白主要存在于基底膜的透明层，与Ⅳ型胶原和肝素一起共同维持基膜的网状结构和支架功能，对细胞的粘附和运动、增殖、分化起重要的调节作用。基膜是由多种纤维蛋白交织构成的结构复杂的膜状结构，对组织细胞起支持连接、渗透性屏障、调节分子及细胞活动的功能。层粘连蛋白作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用，其主要功能就是通过介导上皮细胞及内皮细胞糖粘附，在形成网络结构并将细胞固定在基膜上。层粘连蛋白还有许多其他的作用，如在细胞发育过程中刺激细胞粘着、细胞运动。层粘连蛋白还能够刺激胚胎中神经轴的生长，在成年动物的神经损伤后，层粘连蛋白还能促进其重生长和再生。如同纤粘连蛋白，细胞外的层粘连蛋白能够影响细胞的生长、迁移和分化。Edwards 等［21］证实层粘连蛋白α1 链不仅在维持正常生理功能中具有重要作用，而且在促进肿瘤血管新生和肿瘤生长方面具有同样的作用。与此同时，在眼球巩膜中，层粘连蛋白能够维持巩膜的弹性，具有连接巩膜层内及各层间微纤维和胶原纤维的作用，对巩膜的组织结构和功能有重要的作用。近年来研究者证明病理性近视特别是中国人的病理性近视与LAMA1 基因有关，LAMA1 基因编码层粘连蛋白的α1 链，LAMB1，LAMC1 分别编码层粘连蛋白的β、γ 链，层粘连蛋白的ɑ1 链在维系层粘连蛋白结构和功能上起主要作用，而层粘连蛋白与病理性近视机制密切相关［22］。

3 病理性近视与层粘连蛋白的相关性

研究者在动物和人的关于病理性近视和层粘连蛋白的相关性研究中发现，病理性近视的形成与层粘连蛋白在眼球巩膜中的含量降低有关。实验性近视动物模型研究表明，高度近视动物眼巩膜中层粘连蛋白减少，Edwards 等［21］证实LAMA1 基因缺失的小鼠，眼球巩膜中层粘连蛋白减少，表现为眼轴的增长，视力丧失，以及视网膜、玻璃体血管持续性迂曲，从而证实层粘连蛋白在维持正常眼球生理功能中具有重要作用。张丰菊等［23］通过实验证实病理性近视候选基因的LAMA1 基因，在单纯性高度近视眼的前部巩膜组织中其转录水平较非病理性近视对照组显著降低，进而导致层粘连蛋白合成减少，巩膜结构及韧性改变，眼轴增长、巩膜壁变薄等。巩膜作为病理性近视的靶器官，巩膜组织中层粘连蛋白合成减少、降解增加或在巩膜组织中的分布异常均可导致巩膜结构及韧性改变，在眼内压的作用下导致眼轴增长、巩膜壁变薄，这些共同参与病理性近视的形成过程。

由此可见，病理性近视的形成与层粘连蛋白的相关性表现在:LAMA1 基因发生突变或表达异常导致层粘连蛋白的合成、分布、结构和功能异常，导致眼球巩膜生物力学的改变，最终导致眼轴变长及其相关的并发症。

4 小结与展望

病理性近视的发病存在种族和地域差异，且具有高度遗传异质性，给相关研究带来了一定困难。关于层粘连蛋白的研究，国外有一些定性的治疗报道，如Patricia Simon -Assmann 等［24］研究者利用层粘连蛋白的功能，研制出的仿生支架，通过小鼠实验，成功地用于受损血管包括视网膜血管的恢复。吕雅平等［25］采用核黄素为光敏剂对豚鼠赤道部巩膜面进行紫外线照射，进行胶原交联，发现层粘连蛋白增多，巩膜的生物力学性能显著提高，说明通过此方法能提高眼球巩膜中层粘连蛋白的含量，有望成为一种治疗近视的新方法。樊郑军［26］采用核黄素为光敏剂对圆锥角膜患者眼球进行紫外线照射，进行角膜胶原交联，是否是通过增加巩膜组织中层粘连蛋白含量达到减少了病理性近视屈光度，还有待进一步研究。尽管如此，在这一领域仍然有许多需要解决的问题，例如:(1)对层粘连蛋白与病理性近视相关性的研究多是小样本，区域性的研究，缺乏大样本，多中心的对照比较，故研究结果数据有待进一步整理分析，或扩大样本范围进行研究。(2)上述研究多是定性的研究，对于层粘连蛋白的含量减少到怎样的具体数据或比例时会导致巩膜变薄、眼轴进行性加长，什么时候进行干预治疗效果最佳，尚且缺乏定量标准。(3)巩膜组织是病理性近视的靶组织，但目前对于病理性近视巩膜组织的研究大多集中在动物模型上，如观察基因敲除动物巩膜结构变化以及实验诱导性近视动物巩膜中的基因表达水平等方面，但由于种属差异，可能与在人体中的情况有比较大的差异，这些都是在今后的工作中面临和需要克服的难题。

总之，由于病理性近视中LAMA1 基因在眼球中的转录水平降低，其编码ɑ1 链层粘连蛋白的含量降低，导致眼球巩膜结构及韧性改变，巩膜壁变薄，眼轴加长。故通过采用某种方法增加巩膜外基质中层粘连蛋白含量，增强眼球巩膜结构及韧性，达到抑制病理性近视的发展是今后研究的一个方向，为有效地预防和治疗病理性近视探索新的途径。

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