CYP1B1 基因与青光眼相关性研究进展

李冉 张天资

青光眼是一种进行性视功能损伤疾病，疾病的进展与病理性眼压升高有关，属于一种视神经变异性疾病[1]。视神经损害发病机制主要是机械学说和缺血学说，考虑该疾病与视神经细胞凋亡及轴突变性有关，其原因可能是兴奋性谷氨酸、自由基及氧化氮增加，生长因子损耗或自身免疫性攻击等继发性损害因素。疾病主要由环境及遗传因素导致，环境因素为病毒、寄生虫及药物等对胎儿造成的影响，占90%以上[2，3]；遗传因素约占10%，与同系家族及近亲结婚有关，表现为常染色体隐性遗传特点[4]。青光眼的发病机制尚不明确，早期患者出现视野缺陷及视力水平下降，视神经萎缩目前尚无有效的治疗方式[5]。为改善患者的视力水平，使其终生保持有效视力，尽早诊断、尽早治疗十分重要。对青光眼的致病机理进行研究，可从源头上对其进行防治，提高治疗效果。近几年，研究者从分子遗传学方面进行研究，发现CYP1B1 基因与青光眼的发病存在关联[6]，现对两者相关性研究进行综述，以期为临床研究青光眼疾病的致病机理提供参考。

1 CYP1B1 基因结构

CYP1B1 位于2p21-22，由三个外显子及两个内含子组成，外显子分别为371bp、1044bp 及3707bp，内含子分别为390bp 及3032bp，编码区为1629bp，转录子长度为5.1kb，编码区从第二外显子开始，其蛋白质共由543 个氨基酸残基组成，为一种膜结合蛋白，是细胞色素P450 中的唯一成员，蛋白C 端半侧具有细胞色素保守序列，N 端含有疏水氨基酸残端的跨膜区域，与其紧邻的为铰链区域，富含脯氨酸，该结构具有保护跨膜区及胞质区曲折柔韧性的能力[7]。细胞色素保守序列包含4 个螺旋束（D、I、L 及E 螺旋），J、K 螺旋，β片层1 及2，血红素结合域及与该区域相邻的区域，临床认为其具有参与血红素结合的功能[8]。

2 CYP1B1 生物学功能

CYP1B1 基因在人体心、肺、肾及生殖系统中均可表达，而在眼部表达于角膜、睫状体、虹膜及视网膜，其主要表达位置在睫状上皮的非色素细胞[9]。此种基因在胎儿中的表达较成年人更高，在胎儿时期均可发现，可见其参与眼部组织的发育过程。CYP1B1 蛋白是一种酶，其参与眼前节发育，保证促进眼睛发育的信号正常运作，使得角膜透明性得到调节，促进房水分泌。视黄酸可反映维甲酸信号情况，其对眼球等器官胚胎的形成起到调节作用，人体视黄酸分解及合成与CYP1B1 蛋白酶存在较大关联，如CYP1B1 基因发生突变，维甲酸的平衡遭到破坏，不利于眼球发育，推断发育型青光眼的致病基因与此有关[10,11]。褪黑激素也是CYP1B1 蛋白酶的底物，具有调节眼压、促进眼睛发育的作用，其表达与房水分泌及眼压调节有关，如CYP1B1 基因发生突变，褪黑激素会不断减少，使得代谢物堆积在前房，眼压不断升高，形成青光眼[12]。

3 CYP1B1 遗传学分析

组织病理学研究认为，青光眼与胚胎时期眼球发育不良有关，是由前房角和小梁网发育不良导致房水排出通道受阻，患者眼压持续升高，进而使眼球不断扩大引发的一种眼部疾病，为一种进行性的视功能损伤疾病，青少年型青光眼患者年龄为3～30岁。婴幼儿型青光眼患者是由其他眼部先天性疾病发展而来，出生时患儿可出现畏光、流泪的症状，角膜混浊、角膜扩大、角膜后弹力层破裂及视乳头凹陷扩大[13]。青少年型青光眼早期无显著症状，发病隐匿，疾病呈进行性发展，病情严重，且眼压呈进行性增高。如果青少年视力水平在短时间内迅速下降，应怀疑青光眼的存在，需要临床提高警惕。

目前，通过家族连锁分析发现单纯的先天性青光眼具有常染色体隐性遗传特点，共找出与其相关的四个基因位点，即GLC3A、GLC3B、GLC3C 及GLC3D，也可能存在其他基因位点，已发现首位青光眼的致病基因，即CYP1B1 为GLC3A 位点上的致病基因，但GLC3B、GLC3C 及GLC3D 三个位点上目前尚未找到致病基因[14]。Lee 等[15]采用微阵列技术对基因组杂交技术进行分析比较，研究对象为20 例韩国青光眼患者，并获取其父母的全基因组外显子，结果发现25 个拷贝数发生变化，20 个出现明显增加，5 个则减少，此25 个发生变化的拷贝数均不存在于以上临床已研究出的四个基因位点上，也未发现任何与青光眼相关的目的基因，可见青光眼存在遗传机制。原发性婴幼儿青光眼的发生机制较为复杂，与CYP1B1 基因的错义、移码有关，使得编码的蛋白功能降低，甚至逐渐丧失，导致机体无法正常代谢。CYP1B1 基因集中在前部葡萄膜组织，主要位于睫状上皮的非色素细胞，在小梁细胞中不存在，是临床首个被鉴定出的有科学依据的原发性先天性青光眼致病基因[16]。

Sarfarazi 等[17]采用基因连锁分析，从17 个土耳其家系中获得一个青光眼的基因位点，即GLC3A，将其定位于2p21，其中11 个家系符合该位点，婴儿均为双眼发病，6 个月内首诊，未见其他先天异常疾病，均有患病的同胞，多数父母近亲结婚。

4 CYP1B1 基因突变

CYP1B1 基因是青光眼的相关致病基因，研究发现，CYP1B1 基因突变与原发性开角型青光眼的形成有关[18～20]。人类基因突变数据库中关于CYP1B1 基因突变位点超过150 个，其中33 个位点突变均与原发性开角型青光眼有关，所有的原发性婴幼儿青光眼也可见以上突变位点，且发现早于原发性开角型青光眼患者。有研究发现80%的家族性青光眼及33%的散发青光眼病例均由CYP1B1 基因引起[19]。有报道在20 个患有青光眼的近亲婚配中发现，约一半家庭CYP1B1 基因突变与疾病表型共分离[20]。CYP1B1 基因突变主要发生在外显子2、3 区，其他区的突变较少，CYP1B1 基因突变使酶活性降低，下降到某个阈值会激发青光眼，增加原发性开角型青光眼的易感性。不同突变由于位置不同，产生效应也不尽相同，CYP1B1 突变多位于富含脯氨酸的铰链区，进而影响分子折叠，使得复合物形成后的稳定性受到影响，并使其对底物的作用造成不利影响[17]。

4.1 Y81NSuri 等[21]研究表明,携带一个CYP1B等位基因突变位点Y81N 可能会产生无义突变,发展为原发性开角型青光眼。Y81N 突变位于螺旋束A，其与铰链区域相邻，该区域富含脯氨酸，而Y81N突变会导致相邻组织遭到破坏，使得CYP1B1 蛋白酶活性降低，削弱其对底物的催化能力。CYP1B1蛋白酶催化内源性底物能产生或消除代谢物，该种代谢物与机体生长发育有关。内源性底物由视黄醇类物质、花生四烯酸及类固醇组成，其代谢路径产生的信号与青光眼致病机制存在一致性。

4.2 A443G有关报道称，非洲人群原发性开角型青光眼患者常见A443G 突变位点，突变率为7%[22]，法国人更为频繁，突变率为10%[23]，西班牙的高眼压症患者也出现A443G 突变情况，但患者用药后眼压得以控制，如未得到有效控制，A189P 及A330S 的突变可导致原发性开角型青光眼疾病，A443G 为致病基因，其发生突变与患者的种族有一定关系，但环境因素对原发性开角型青光眼的影响也不容忽视[24]。

4.3 E229KE229K 的位置与酶作用底物结合区域相近，在SRS2 活性部位的外周，受E229K 突变影响，蛋白结构发生改变后导致E229K 黏结在SRS2活性部位，使其对底物无法发挥正常作用，底物本身甚至直接影响蛋白的活性，这是E229K 突变使得CYP1B1 蛋白酶稳定性发生改变进而导致原发性开角型青光眼发生的原因。

目前对于青光眼的病因病机尚无明确定论，疾病的发生需要考虑多方面因素。常饮咖啡、练瑜伽、演奏高亢乐器、打紧领带及举重等群体的眼压普遍高于正常人[25～29]；同时，营养因素方面摄入过量高脂肪也是疾病的相关影响因素[30]；绝经后使用雌激素也可能对青光眼的发病产生影响[31]。从遗传学角度分析，表观遗传效应对基因表达调节的前提是DNA 序列未发生改变，进而可知，青光眼患者基因突变为始动因素，受外界环境因素的影响，表观遗传发生改变，进而对基因表达起到调控作用。因此，可通过基因途径寻找青光眼致病基因，选择疾病治疗方式。CYP1B1 基因与青光眼的发生发展有关，是青光眼的相关致病基因，研究CYP1B1 基因及突变后的蛋白酶作用，可为临床研究青光眼的发病机制提供参考，并为治疗青光眼提供新的思路。