近视分子生物学研究机制进展

郭振峰,肖博文（天津市北辰医院,天津 300400）

《自然》杂志的一篇文章预测，到本世纪末，世界人口的三分之一，约25亿人将受到近视的影响，其中9.5%是高度近视[1]。Holden[2]等人担心，到2050年，世界上一半的人口可能会近视。他进一步估计，到2050年，大约1亿中国人可能会出现不可逆转的视力损伤，并因高度近视而失明。近视会随着中国的城市化程度而提高，这些数字还将增加。但近视眼的发生和发展机制尚不完全明确，因此研究近视的发生机制尤为重要。随着近视基础研究的不断深入，本文对近视相关的分子生物学机制进行汇总，以期为未来近视的研究及近视防控提供理论依据。

1 多巴胺（Dopamine，DA）与近视

Kearney[3]等人报道，近视患者早晨的血清褪黑激素水平升高，多巴胺与褪黑素的相互作用是昼夜节律和昼夜通路的一个组成部分，多巴胺释放在控制眼睛生长中起主要作用。在动物实验中，多巴胺释放的变化可能导致时钟基因表达的变化，同样时钟基因的突变也可能导致多巴胺的合成和释放紊乱。在近视动物模型中检测基因表达的研究已经证实了与时钟基因相关的mRNA表达的变化[4]，因此目前有很多研究把多巴胺作为防控近视的靶点。

在一项近视代谢组学的研究中发现了与多巴胺受体D2相关的代谢途径，类固醇生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、亚油酸代谢、亚麻酸代谢和鞘脂代谢，但其抗近视的分子机制仍不清楚。

多巴胺是一种重要的神经递质，通过与受体结合而发挥作用。多巴胺受体有5种，其中最典型的是多巴胺1（D1）受体和多巴胺2（D2）受体。前者与Gs蛋白结合，通过激活腺苷酸环化酶（AC）启动转录，增加环腺苷（cAMP）的转录，而后者则起反作用。有文献总结在形觉剥夺性近视（FDM）动物模型如鸡、树鼩、豚鼠和恒河猴中多巴胺下降[5]，因此也有研究用多巴胺治疗近视。临床上，多巴胺激动剂通常用于治疗近视。Thomson[6]等人的最新研究发现，左旋多巴通过多巴胺D2受体对晶状体源性近视存在抑制作用。Yan[7]等人在单眼FDM小鼠中，每天注射多巴胺激动剂阿波吗啡（Apomorphine，APO），可减轻近视的发展。然而，目前尚不清楚APO注射是否通过不同的DA受体亚型对FDM有不同的影响。而另有研究[8]在小鼠中发现，APO对近视发展的保护作用依赖于D1受体的存在，而不是D2受体，并且表明APO对FDM的药理抑制作用具有D1受体特异性。

然而，一些研究并不支持多巴胺与近视存在相关性[9]的观点，因为很难确定光调节的多巴胺释放的变化或更广泛的昼夜节律通路的扰动是否在导致眼轴过度轴向伸长中起主要作用[10]。

由此可见，多巴胺与近视的关系，以及多巴胺抑制近视的作用究竟作用于D1R还是D2R是存在争议的，二者是否存在相关性有待今后更多的研究证实。

2 异维甲酸（RA）与近视

RA可以治疗痤疮。有报道[11]认为RA参与了近视的发病，该研究中痤疮患者使用RA治疗前、治疗3个月和6个月测量屈光不正、眼轴长度和前后段参数。在治疗的第三个月，这些参数没有观察到显著的变化，6个月后近视和眼轴长度的增加有统计学意义。口服RA导致近视的原理在于其可通过虹膜-晶状体隔前移和脉络膜积液的机制诱发急性近视。

RA及其相关分子存在于视网膜和脉络膜中，有报道称视网膜色素上皮（Retinal Pigment Epithelium，RPE）细胞的结构和功能受到RA的调控[12]。RPE和巩膜成纤维细胞在视网膜RA信号中发挥重要作用[13]。最近的一项研究报道，近视患者视网膜RA增加可能导致RPE中转化生长因子（transforming growth factor-β2，TGF-β2）升高，这在近视发展过程中导致巩膜软骨变化[14]。同样，在目前的研究中，RA的使用被发现与眼轴长度的增加和近视的进展有关。

另有研究报道：RA是一种调节巩膜蛋白多糖合成的生长因子，是巩膜[12,15]的主要结构成分之一。巩膜是定义眼睛大小和形状的结缔组织，产生近视的视觉刺激会减少胶原蛋白的合成，增加降解巩膜细胞外基质的酶的合成，导致巩膜变薄，改变其生物力学特性，从而使其更容易被拉伸和增加眼轴伸长[15]。然而，在一些动物研究中，RA被报道可减少眼部伸长和近视[16]，因此RA在近视发病机制中的作用是有争议的，其具体的机制有待于今后更多的研究证实。

3 炎症与近视

许多研究结果表明，炎症因子对近视有促进作用。Wei[17]等人利用动物模型，提出了一种涉及肿瘤坏死因子（TNF）-α和白细胞介素（IL）增加的潜在分子机制。也有报道RPE细胞合成和分泌许多细胞因子与近视的进展有关，TGF-β2影响胶原蛋白的产生和巩膜成纤维细胞的增殖，从而控制近视的发展[13]。在近视动物模型中，人们发现近视相关的炎症因子如c-Fos、IL-6、TNF-α上调，炎症因子可在免疫抑制剂环孢素A（CSA）作用下下调，在脂多糖（LPs）或肽聚糖（PGN）作用下上调，从而影响近视进展[18]。近视和炎症，如葡萄膜炎[18]、过敏性结膜炎、变应性鼻炎、特应性皮炎和哮喘相关[17]。最近的一份报告也将近视增加与川崎病相关联[19]，其中结膜炎作为其核心诊断标准之一。这些关联提出了眼部过敏反应和近视的发展之间联系的可能性。

眼部炎症和近视之间的联系不能解释东亚和东南亚近视的流行，因为儿童近视的国际分布与儿童过敏性鼻结膜炎的国际分布之间没有相似之处[10]，因此过敏与近视的联系有待进一步研究证实。该研究认为应该考虑患有这些疾病的儿童往往户外活动时间较少，可能与近视有关。因此过敏可能增加近视的发生率和进展，而不是近视发病的主要决定因素。另一个可能的因素是用于控制过敏的药物，尽管目前还没有证据证明这一点。

4 氧化应激与近视

氧化应激是近视发展过程中已知和被证实的因素[20]。有研究报道[21]氧化应激可能有助于解释近视眼中调节通路的改变，该报道揭示了在同一组近视患者中，氧化应激与血管内皮生长因子（VEGF）和肝细胞生长因子（HGF）之间有显著相关性。

一项采用同位素编码蛋白标记进行蛋白质组学的研究，检测近视雏鸡视网膜中的差异调控蛋白，推测眼轴过度伸长的可能发病机制，得出近视与代谢相关，并伴随着视网膜蛋白水平的能量生成和氧化应激的改变[22]。

另有研究报道[23]低度近视和高度近视受试者的角膜可能有不同的蛋白质组学特征，铁蛋白轻链和铁蛋白重链的表达与近视的发生发展呈负相关，而血清转铁蛋白的表达与近视的发生呈正相关。最终证明了近视患者中存在铁代谢紊乱和角膜氧化应激。铁代谢蛋白可作为近视发病机制中重要的调节因子。

一项研究揭示了近视的代谢组学机制，发现有5种路径与氧化应激有关[5]：赖氨酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、花生四烯酸代谢、亚油酸代谢和鞘脂代谢，且精氨酸和脯氨酸代谢是6条路径中最重要的代谢组学路径。

精氨酸（Arg）是一种在细胞中具有多种功能的碱性氨基酸，在体内由谷氨酸和脯氨酸合成。精氨酸主要通过精氨酸/尿素和精氨酸/一氧化氮路径代谢，调节氮平衡、免疫系统、神经递质和心血管功能。一氧化氮（NO）是视网膜中重要的神经递质或调节因子，它不仅会影响眼睛的发育，还会调节视觉信号的传递。NO是第一个被发现参与细胞信号传递的气体信号分子，如氧化应激。在体内，NO主要是通过一氧化氮合酶借助亚硝酸盐合成的，NO激活可溶性鸟苷酸环化酶，产生二级信息分子环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）。NO-cGMP信号通路的失调可能导致多种疾病。Wu[24]等人发现，FDM豚鼠视网膜中NO被激活，同时视网膜、脉络膜和巩膜中cGMP的表达相应增加。精氨酸作为NO的前体，其浓度是Arg/NO通路的关键因素。研究[5]中指出氧化应激中精氨酸可能下调，这可能促进了近视的发展。在这项研究中还发现近视患者花生四烯酸代谢的下调，但其潜在的机制和路径的关键点仍有待发现。花生四烯酸（AA）是一种不饱和脂肪酸，受环氧合酶、脂氧合酶和细胞色素P450调控。这些关键酶及其代谢物与炎症的发生、发展和衰退密切相关。前列腺素e2作为花生四烯酸通过环氧合酶的氧化产物，参与了几乎所有的炎症过程，如调节细胞分化或上调炎症诱导因子的一种炎症前因子。因此考虑花生四烯酸参与近视的机制可能与上述机制有关。

近视的发展是一个复杂的过程，涉及许多因素。进一步研究近视中氧化应激对了解近视的发展至关重要。

5 遗传机制

与近视风险相关的基因编码的蛋白质参与了眼睛的每个解剖成分的发育。已经涉及的生物途径包括神经传递（GJD2和GRIA4）、离子转运（KCNQ5）、维甲酸代谢（RDH5）、细胞外基质重塑（LAMA2和BMP2）和眼睛发育（SIX6和PRSS56）[25]。最新的全基因组关联分析（GWAS）还发现了近视易感性与特定的视网膜或角膜营养不良、晶状体异常、昼夜节律和色素沉着特征以及与Wnt信号通路之间的意外联系[26]。

6 巩膜缺氧机制

在动物模型中，近视眼的巩膜变薄导致巩膜强度下降，并伴有眼轴伸长。单细胞RNA测序表明，在近视模型中，缺氧诱导因子1α信号通路可以通过肌成纤维细胞转分化和随后的胶原含量降低[27]来促进近视。因此，缺氧被认为是近视发展过程中巩膜细胞外基质（extracellular matrix，ECM）重构的关键调节因素。巩膜缺氧是由于脉络膜内的血液灌注减少所致。在两只豚鼠近视模型中，脉络膜厚度和脉络膜血灌注均显著降低[28]。据推测，视网膜感知的视觉信号输入通过调节细胞信号通路级联来传导，如控制脉络膜血液灌注和巩膜氧合微环境的多巴胺信号。因此，氧合下降可能触发其他下游事件，调节巩膜和ECM的完整性，导致巩膜变薄和近视发生。在人类中，高度近视患者的眼睛脉络膜厚度变薄和脉络膜血灌注显著减少，这可能导致巩膜缺氧、ECM重塑和近视的发展，并提示了巩膜缺氧是人类近视发展过程的一部分，但视觉刺激及其信号通路从光感受器到巩膜以及脉络膜血流的作用还需要进一步的研究。

7 饮食因素

Cordain[29]等认为饮食变化可能导致近视患病率的增加。这个观点中提到慢性高胰岛素血症，增加循环促生长因子（IGF-1），减少循环生长激素，减少视黄酸受体信号从而促进巩膜生长。然而，身高、体重、体重指数和肥胖与近视之间的预期关联尚未得到一致的结论。

8 维生素D

研究表明，患有近视的儿童或青少年的维生素D水平往往较低[30]，因此认为维生素D水平较低与近视有因果关系。有研究发现维生素D可以抑制黑色素细胞中MMP-1和MMP-2的表达，从而调控细胞外基质重塑[31]，MMP-2与近视眼及巩膜重塑有关[32]。因此，维生素D或许可以通过抑制MMP-2表达进而抑制巩膜重塑，起到延缓近视眼发展的作用。此外，维生素D还可与视黄酸共同发挥作用。视黄酸是维生素A在体内的代谢产物，负责调节细胞增殖、分化、凋亡等，并且可以诱导巩膜重塑[33]。有研究表明在维生素D参与下，VDR与视黄酸可以形成异二聚体，参与视网膜-巩膜近视眼通路的调控，从而对近视眼产生影响[34]。

综上所述，近视发病机制是多因素、多途径的，以上各种因素是否存在关联有待于今后更多的研究报道证实。近视分子生物学的研究有助于为防控近视提供理论基础及防控靶点。