Sox2基因在眼部疾病中的研究进展

刘 朱，周金蕙，母强元，刘蓓蓓，刘 捷，王大庆

0引言

Sox(sex determination region of Y chromosome related HMG-box gene，Sox)基因家族是指在进化上含有保守的高迁移率族(high mobility group，HMG)盒的基因，由20多个成员组成，分为8个组，即SoxA～H[1-3]。其中HMG结构域是由一个长为79个氨基酸的DNA结合基序组成的，位于Y染色体上的SRY(sex determination region of Y chromosome)基因上[4]，所有的Sox蛋白都通过HMG结构域识别DNA上的(A/T)(A/T)CAA(A/T)序列并与之结合[5]，已有研究表明，Sox蛋白并不是通过结合此序列发挥作用，而是不同的Sox蛋白通过识别不同结合位点激活基因的表达[6]，从而调控细胞命运、细胞分化及器官发育[4]。已有研究表明Sox2基因在肿瘤中过表达，并与肺癌、胃腺癌、乳腺癌等不同癌症的转移、复发、侵袭性等密切相关[7]；此外，Sox2的高表达与癌症患者的耐药性和生存不良呈正相关，因此有研究者认为Sox2可能是抗癌治疗的一个靶点[8]。同时Sox2基因也是视网膜发育的关键转录因子，当其发生突变或表达水平改变时会导致视网膜发育不良[9]，并且对眼睛的发育及眼部疾病的发生发展也有一定的作用。

1 Sox2基因的结构和功能

Sox2属于B1亚族[4]，位于染色体3q26.3-27区段，其编码的Sox2蛋白包含317个氨基酸[10]，由N端的HMG结构域、中间的二聚化(dimerization，DIM)结构域和C末端的反式激活(transactivation，TAD)结构域组成[8]，其中Sox2最重要的结构域是HMG结构域，该结构域在物种间高度保守，除了与特定的DNA共有序列结合外，还包含核定位和核输出信号[11]。Sox2基因C末端反式激活结构域的功能是识别和结合目标基因的启动子，从而激活或抑制基因表达[11]。研究表明Sox2是维持胚胎干细胞自我更新能力和多能性所必需的转录因子[12]，它在维持胚胎和神经干细胞功能方面发挥关键作用[13]，常作为干细胞标记物[14]。但是Sox2是无法单独行使转录调节作用的，常与其他蛋白如p63、Pax6等结合后发挥作用。p63和Pax6的点突变可导致眼部畸形，p63可调节角膜发育和角膜上皮细胞的再生[15]，Pax6在晶状体形成前在头部外胚层中广泛表达，与Sox2共同作用调节晶状体的早期发育[16]。

2 Sox2基因在眼部疾病中的研究

2.1Sox2基因与翼状胬肉翼状胬肉是常见的眼表疾病，其特征是异常结膜向角膜浸润性生长，导致睑球黏连、复视、散光或失明[17]，一项荟萃分析结果发现2013/2018期间翼状胬肉在全球患病率为12%[18]。现有研究认为翼状胬肉的发生、发展可能与紫外线暴露、细胞凋亡、氧化应激、遗传不稳定、表观遗传重建以及干细胞功能障碍有关[19]。还有研究认为角膜缘上皮干细胞的改变在翼状胬肉的发展中至关重要[20]，角膜缘干细胞(limbal stem cells，LSCs)具有自我更新、增殖和分化的特性[21]，防止结膜上皮细胞向角膜上皮迁移[22]。Shirzadeh等[21]利用RT-PCR检测了多功能标志物Sox2、OCT4在翼状胬肉和正常结膜组织中的mRNA表达水平，其中OCT4是一个含有POU同源结构域的转录因子，在眼睛胚胎发育过程中维持干细胞的多功能性；研究发现相对于正常结膜组织，两者在翼状胬肉组织中含量均较低，且两者的表达水平之间呈正相关。推测在OCT4和Sox2表达量下调后，LSCs的增殖能力下降，结膜上皮细胞向角膜侵袭，从而导致了翼状胬肉的发生。但此研究目前仅在转录水平进行了初步研究，还需进行免疫组织化学及细胞实验进一步验证，并发掘可能与此途径相关的下游转录因子。

2.2Sox2基因与角膜疾病McGowan等[14]发现Sox2在受损的角膜内皮细胞(corneal endothelial cells，CECs)中表达，并且Chang等[23]利用CRISPR/dCas9技术激活Sox2，使Sox2在人角膜内皮细胞(human corneal endothelial cells，hCECs)中过表达，体外实验发现Sox2在CECs中可抑制Wnt/β-catenin通路、激活GSK3β、AKT/FKHRL1信号通路，从而增加线粒体功能和能量的产生，促进CECs细胞增殖、迁移与再生。后又在体内实验验证Sox2的活化可促进伤口愈合，恢复CECs的功能和形态，从而减轻角膜水肿，使角膜变得透明。Hwang等[24]通过转染Sox2 siRNA至hCECs中，反向证明Sox2/Wnt/线粒体途径在hCECs中的调控作用，进一步说明Sox2可能通过Wnt/β-catenin信号通路调节CECs的增殖、维持hCECs干性。未来可以深入探究线粒体受Sox2调节后对细胞内环境的影响，并通过动物实验进一步验证。

Bhattacharya等[15]发现Sox2和p63在体外未分化的人角膜缘上皮干细胞和祖细胞中共表达，可能调控角膜上皮再生。Sox2可调控p63并促进细胞增殖，抑制细胞分化。敲除Sox2基因可显著抑制原代角膜缘干细胞和祖细胞长期集落形成的能力，细胞增殖明显减弱。但有趣的是，Sox2敲除且p63过表达组与基因敲除空载对照组的集落形成能力和细胞凋亡率无显著差异，说明Sox2的调节作用部分是通过p63实现的。研究中还发现miR-450b是Sox2的直接抑制因子，可直接靶向Sox2部分调控p63，从而抑制细胞集落形成能力和增殖能力，并诱导角膜上皮细胞分化。miR-450b对Sox2的调节可能为研究角膜疾病的发病机制提供了一个新的研究方向。

2.3Sox2基因与白内障白内障是指各种原因导致晶状体混浊的一种疾病[25]，是世界上最常见的致盲原因[26]，其发病机制较为复杂，现有研究表明白内障的发生可能与Sox2基因有关。Kamachi等[27]已经证明Sox2和Pax6协同作用，结合至本身具有晶状体特异性增强子活性的DC5片段上，形成高迁移率的三元复合物，从而促进晶状体的发育。当Sox2基因发生突变时则可能导致白内障[28]。

2.4Sox2基因与无眼症和小眼症先天性眼睛缺陷是影响全球约2100万儿童的一大类疾病，无眼症和小眼症是相对常见的先天性缺陷，约20%的患者是由Sox2基因突变引起的[29]。Sox2是目前被确定为单基因突变导致无眼症和小眼症的主要致病基因[30]，其突变方式包括全基因缺失和基因内缺失、无义和移码改变及影响DNA结合或反式激活结构域的错义突变等[31]。但其调控机制尚未得到充分了解，尤其是在转录后水平。Dash等[32]发现保守的RNA结合基序蛋白(RNA-binding motif protein 24，Rbm24)能通过与Sox2 mRNA 3’UTR中富含AU的元件(ARs)结合正向调控Sox2 mRNA的稳定性，表明Rbm24是影响眼发育时期Sox2蛋白正常表达的重要因子；反之，对小鼠和鱼类的研究发现，Rbm24缺乏可使Sox2表达下调，并导致无眼症和小眼症，而Rbm24基因敲除的小鼠在发育过程中，其眼组织细胞凋亡增加，眼发育调节因子和标志物如LHX2、Pax6、JAG1、E-cadherin和γ-Crystallin表达异常，表明Rbm24可介导Sox2的转录后调控，从而影响眼睛的发育。Brastrom等[29]在斑马鱼中发现Rbm24同源基因Rbm24a的敲除水平对其眼球形态发育的影响呈剂量依赖关系，小剂量敲除Rbm24a可引起轻微的小眼球病变，大剂量敲除Rbm24a的胚胎表现为更突出的小眼球病变并合并心包积液。他们向Rbm24a敲除的胚胎中注射不含3’UTR端的外源性Sox2 RNA可以部分抑制眼球形态异常并恢复一定的视觉功能，进一步表明Rbm24a和Sox2转录后修饰在眼部组织发育过程中具有关键作用。另有研究发现，在缺乏Sox2的小鼠中，当Sox2的表达量是正常水平的40%时，会因为神经前体细胞分化异常及对Notch信号通路的激活使视网膜前体细胞增殖减少，从而导致不同程度的小眼症[33]。

2.5Sox2基因与高度近视近视是最常见的眼部疾病之一，在年轻人中的患病率高达90%，伴随而来的高度近视在年轻人中的患病率为10%～20%[34]。Li等[35]对83例160眼正视人群和117例211眼高度近视患者进行病例对照研究，发现在中国人群中，Sox2基因可能与高度近视的遗传易感性有关，其等位基因可能是高度近视的易感基因。但此研究存在一定的局限性，尚需进一步扩大样本量在不同的人群中进行验证并进行更深入的遗传分析，以进一步阐明Sox2基因变异在高度近视风险中的作用。

2.6Sox2基因与视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤(retinoblastoma，Rb)是一种常见的影响儿童的原发性眼内恶性肿瘤。Rb可对眼睛和视力造成严重损害，后期因颅内和全身转移而导致患儿死亡[36]。Tong等[37]发现Sox2在Rb患儿癌组织及其外周血中的表达水平与Rb的临床病理特征密切相关。与高分化Rb患者的癌组织及外周血相比，Sox2在低分化Rb患者癌组织及外周血中表达水平显著增高。因此Sox2可能成为诊断Rb的一项新的肿瘤标志物。

3小结

Sox2基因是维持胚胎干细胞多能性和自我更新特性的关键转录因子之一，常作为干细胞标记物。Sox2参与多种生物学过程，如调节细胞增殖、凋亡、分化，参与肿瘤的形成和发展等，并且在眼部常见疾病的发生发展中起一定作用。当其发生突变时，可导致白内障、无眼症和小眼症等相关疾病，但其现存研究较少且不够深入，还有待进一步研究Sox2基因在眼部疾病发生发展中的作用机制，以期能为疾病的诊断与治疗提供新的思路。