糖尿病視網膜病變易感性與相關基因多態性研究進展

包 敏，藺曉慧

0引言

糖尿病視網膜病變(DR)是一種復雜的、多因素介導的病理生理性疾病。1990/2010年，DR被列為第五位可以預防的疾病，也是中度至重度視力障礙常見的原因。2015年，估計全球2.85億糖尿病患者中，超過1/3患者合并DR，其中1/3患有視力功能障礙，包括非增殖期DR(NPDR)、增殖期DR(PDR)或糖尿病性黃斑水腫(DME)患者[1]。糖尿病持續時間、高血糖和高血壓均是DR進一步發展并導致視力喪失的最重要的臨床風險因素，所以控制血糖和血壓可有效預防DR引起的視力喪失。既往根據覆蓋區域和種族差異等因素，大量研究已得出DR的患病率和危險因素，DR在糖尿病人群中的患病率為30%～60%，且糖尿病患者中DR的發生率和嚴重程度存在異質性[2]。在已知的DR危險因素中，最顯著的是糖尿病病程和血糖控制情況，但部分患者即使血糖控制良好，糖尿病病程持續時間短，也可能患有DR。相比之下，部分患者血糖控制較差，糖尿病病程持續時間較長，但也可能不會發展為DR，表明DR的發生發展存在異質性[3]，所以關于DR遺傳易感性的研究具有重要意義。在過去的數十年里，對DR相關基因的研究已迅速開展。基于遺傳基因的研究表明，DR易感性具有遺傳性，在患有1型糖尿病和2型糖尿病的雙胞胎中，DR嚴重程度高度一致。糖尿病患者的兄弟姐妹和親屬患糖尿病的風險是無糖尿病患者的2～3倍，提示DR與遺傳因素有關[4]。目前已確定潛在的DR易感基因包括DR發病的危險因素相關基因、預防DR發生的相關基因。

1 DR發病的危險因素相關基因

1.1血管內皮生長因子基因血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)被認為是目前DR發生的主要因素。缺氧和高血糖均是VEGF蛋白表達增強的主要刺激因素。人類VEGF基因是由7個內含子和8個外顯子組成，位于人類染色體6p21.3，其具有高度多態性，是目前DR候選基因中被發現單核苷酸多態性(SNPs)最多的基因，VEGF基因的5’非翻譯區(UTR)和啟動子區域的單核苷酸多態性是影響VEGF蛋白表達的主要因素。研究發現，2型NPDR患者VEGF基因啟動子區域的VEGF-460 C/T基因呈高表達，但該基因與PDR相關性不大，所以2型NPDR與VEGF基因具有相關性[5]。VEGF基因多態性與DR的關系已成為近年研究的熱點。已有報道指出VEGF基因多態性與各種疾病之間均存在的可能聯系，其中影響血管生成作用可能在疾病的發展中起關鍵作用。但VEGF基因多態性與DR的發生和嚴重程度之間的關聯尚不確定，在相同或不同人群中，結果總是呈現相似或相互沖突的情況，如啟動子區域VEGF-rs699947的單核苷酸多態性，在韓國和中國人群中其與DR密切相關，然而在日本和印度人群中卻與DR有微弱的關聯，在高加索人群中與DR沒有關聯，分析上述研究結果的差異可能受研究對象的種族影響[6-7]。一般來說，易感等位基因的頻率在不同的人群中是不同的。因此，相互矛盾的研究結果也可能是由于不同人群之間等位基因頻率的差異所致。

1.2晚期糖基化終產物受體基因晚期糖基化終產物(RAGE)受體基因位于人類染色體6p21.3的主要組織相容性復合體位點Ⅲ區，編碼免疫球蛋白家族受體的多配體成員[8]。在糖尿病患者中，高血糖可導致非酶蛋白的糖基化和晚期糖基化終末產物(AGE)形成。研究表明，AGE的積累可以通過激活RAGE而導致糖尿病并發癥[9]。AGE與RAGE的相互作用導致正反饋循環，增強視網膜中RAGE的表達，然后激活某些轉錄因子、黏附分子和組織因子，從而誘導氧化應激、黏附分子的表達和細胞因子的產生[10]，所有這些效應都可以促進視網膜微血管的高凝和缺氧狀態，并可刺激PDR新生血管的生成。這暗示RAGE中的基因多態性可能與DR的病理生理過程有關。有研究分析了DR與RAGE基因中的3個單核苷酸多態性[RAGE基因啟動子區域中的RAGE-374T/A(rs1800624)、RAGE-429T / C(rs1800625)、RAGE Gly82Ser(rs2070600)]的關聯性，在隱性模式下，RAGE-Gly82Ser與DR易感性具有顯著相關性，Yuan等[11]和Kang等[12]研究證實RAGE-374T/A多態性與2型糖尿病患者視網膜病變之間存在危險性關聯。在顯性模式下，RAGE-374T/A與DR顯著相關，但當1型糖尿病患者被排除在分析之外時，這種關聯則消失[13]，分析可能是由于研究方法之間的差異所致。但RAGE-Gly82Ser多態性目前已被認為是亞洲人群發生DR的重大風險因素。

1.3醛糖還原酶基因多元醇途徑在DR的發生發展過程中發揮重要作用。多元醇途徑是高血糖與糖尿病損害之間的重要代謝環節。醛糖還原酶(ALR2)是該途徑中必不可少的酶，ALR2在NADPH依賴的反應中將葡萄糖轉化為山梨醇，故在高血糖條件下，山梨醇在細胞內積累，可導致滲透性應激及細胞損傷。在動物模型中，上述過程可以導致視網膜細胞破壞、微動脈瘤、基底膜增厚和周細胞丟失，這些也是人類DR的典型癥狀[14]。ALR2基因位于人類染色體7q35，全長約18kb，含有10個外顯子和9個內含子, 其存在多個多態性位點。已有研究發現兩種ALR2基因與DR關聯，即啟動子區域單核苷酸多態性rs759853等位基因和位于ALR2基因5’端的(CA)n等位基因。研究表明rs759853基因多態性與DR存在相關性，其在1型DR中具有保護作用[15]，2型DR與rs759853基因多態性之間無統計學意義的關聯，但其與NPDR和PDR存在臨界關聯性。關于ALR2-(CA)n等位基因對2型DR的分析中總結出了3種最常見的ALR2-(CA)n基因突變體，即ALR2-(CA)n-Z、ALR2-(CA)n-Z+2、ALR2-(CA)n-Z-2。在白種人中，Z-2基因的表達增加了DR的發病風險，相反Z+2和Z基因的表達對DR有保護作用[16]。多元醇途徑中山梨醇脫氫酶(SDH)在NAD+依賴的反應中可以將山梨醇轉化為果糖。研究發現，SDH的過度表達增強了視網膜周細胞的細胞毒性，從而加速周細胞的凋亡，這也是DR的典型特征[17]。對波蘭、日本和高加索巴西人群進行多態性基因SDH-rs2055858和SDH-rs3759890研究發現，其可能會影響啟動子活性SDH基因表達，從而對DR發病產生一定的影響。

1.4白細胞介素基因糖尿病往往伴隨著各種細胞因子水平的變化和多種細胞因子介導的炎癥反應。DR患者房水中白細胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-17、IL-18、IL-37等炎性因子表達水平均明顯升高。研究發現，IL-10是一種具有抗炎特性的細胞因子，其由非特異性免疫系統產生，多數細胞均可表達，包括樹突狀細胞、白細胞和巨噬細胞等[18]。IL-10的轉錄起始位點位于上游約1.3kb處的啟動子區域，其具有多種正負調控序列。啟動子區有3種單核苷酸多態性，即IL-10-1082(G/A)、IL-10-819(C/T)和IL-10-592(C/A)[19]。研究發現，IL-10基因啟動子IL-10-592(C/A)位點多態性與糖尿病相關，且IL-10-592(C/A)基因型頻率在DR大鼠中顯著增高，提示IL-10基因單核苷酸多態性可能是DR易感性的危險因素[18]。另有研究發現，中國北方人群中IL-8-251(T/A)和IL-10-1596(C/T)單核苷酸多態性與2型DR也具有相關性[19]，且IL-8-251(T/A)的單核苷酸多態性與DR易感性及高危PDR進展密切相關[20]。IL-8不僅是與DR相關的生物標志物，也是介導和推動DR進展的關鍵因素[20]，所以抗IL-8可能成為DR新的治療方法，是一種潛在的安全有效的治療方法。

1.5維生素D受體基因維生素D在鈣代謝、抗血管內皮因子生成方面起著重要作用。維生素D受體(VDR)是一種配體依賴性的轉錄因子，在視網膜血管內皮細胞中廣泛表達。VDR基因位于染色體12q13～12q14，具有4個常見的單核苷酸多態性，即VDR-FokⅠ G/A(rs2228570)、VDR-TaqⅠ T/C(rs731236)、VDR-BsmⅠ A/G(rs1544410)、VDR-Apai G/T(rs7975232)[21]。VDR-FokⅠ多態性一般位于起始密碼子，而BsmⅠ、Apai和TaqⅠ多態性位于3’端UTR區域[22]。研究發現，功能性維生素D受體基因(FokⅠ)多態性與1型糖尿病患者發生DR存在關聯[23]。另一項研究表明，VDR基因的FokⅠ多態性并不會增加波蘭人群中2型DR的風險[24]。但由于目前研究的局限性，仍需要更大樣本量的前瞻性研究來進一步證實上述結論。

1.6一氧化氮合酶基因一氧化氮合酶(eNOS)是一種由血管內皮細胞表達所產生的酶，分子量為135 kDa。eNOS基因位于染色體7q35～7q36，由26個外顯子組成，全長21kb[25]。已報道eNOS基因具有多種單核苷酸多態性，eNOS-G894T就是其中之一，該基因多態性與多種疾病結局相關，包括原發性高血壓、冠心病、缺血性心臟病、DR和終末期腎病[26]。DR與一氧化氮(NO)代謝紊亂有關，主要是由于NO介導的血管舒張功能受損、氧化應激增加、eNOS功能失調和NO解偶聯等[27]。這表明eNOS參與了DR發病機制中的炎癥和缺血過程，故有研究指出，eNOS基因可能是2型DR危險因素的候選基因。

1.7亞甲基四氫葉酸還原酶基因甲基四氫葉酸還原酶基因(MTHFR)位于人類染色體1p36.3，是催化同型半胱氨酸甲基化形成蛋氨酸的重要酶[28]，被認為是糖尿病的遺傳候選基因。研究表明，MTHFR-677C/T(氨基酸222Ala/Val)的單核苷酸多態性可破壞此酶活性，從而引起高同型半胱氨酸血癥(HHcy)。已有研究指出，高HHcy是糖尿病微血管病變的重要危險因素[29]，故推測MTHFR-677C/T的多態性可能與DR的發生有關，目前已有流行病學研究評估MTHFR-677C/T多態性與DR的關系，但結果仍不確定。有研究發現，中國、日本和土耳其人群中MTHFR-677C/T變異顯著增加了DR的風險[29]，但該研究中并未明確分析其是1型糖尿病還是2型糖尿病發生DR的候選基因。

2預防DR發生的相關基因

2.1 KLOTHO基因KLOTHO基因是一種抗衰老基因，過度表達時可以延長壽命，被干擾時會加速衰老[30]。其以跨膜蛋白的形式表達，主要分布在大腦和腎臟，且在人類血管組織中也有表達。KLOTHO也以可溶性蛋白質的形式存在，在血液、尿液和腦脊液中均可檢測到。研究表明，KLOTHO蛋白是一種β-葡萄糖醛酸酶，其作為成纖維細胞生長因子23(FGF23)的共同受體，共同誘導信號轉導途徑。KLOTHO對細胞系統的激活/抑制及與炎癥狀態相關的慢性和退行性疾病的發病機制有關。KLOTHO可以抑制NF-κB因子的活化和促炎基因的轉錄[31]。KLOTHO是1型糖尿病的候選基因，因為它在胰島素信號轉導和炎癥中起著重要作用。有研究表明，KLOTHO基因的KL-VS變體可以預防1型糖尿病患者視網膜病變的發生[32]。

2.2腎素-血管緊張素轉換酶基因腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RAAS)是參與調節血壓及體液平衡的內分泌系統。血管緊張素轉換酶(ACE)通過血管緊張素受體將血管緊張素Ⅰ(ATⅠ)轉化為血管緊張素Ⅱ(ATⅡ)，介導其血流動力學效應[14]，眼內的ATⅡ可以調節毛細血管生長、細胞增殖、眼內血流和眼壓的調節，增強血管通透性及氧化應激反應。而在DR患者中可表現出RAAS系統的失調，ACEⅠ和Ⅱ及血管緊張素受體在PDR發生過程中可不依賴于血壓而調節。研究表明，ACE I/D多態性(在第16位內含子插入/缺失287bp的Alu序列)可能與1型糖尿病患者發生PDR相關[33]，ACEⅠ可預防新生血管的生成，抑制1型DR的發生和進展。但Qiao等[34]在中國1491例2型糖尿病患者中發現DR與糖尿病腎病(DN)患者ACE I/D及ACEAGT基因多態性無顯著相關性，但該結論仍需更多的調查研究進一步證明。

2.3補體基因補體系統是非特異性免疫系統的重要組成部分，由膜結合蛋白組成，參與多種免疫反應和炎癥反應的調節。補體系統平衡調節的破壞可導致炎癥反應，進而促進DR發生。DR患者部分補體因子表達增加，主要包括C1因子抑制劑(C1INH)、C5因子、因子H(CFH)和因子B (CFB)[35]。有研究指出，CFH和CFB參與補體激活的調節。CFH-rs800292(p.I62V)多態性可以影響其與C3b蛋白結合的親和力，進而影響補體替代途徑的激活，并被確認為是DR的易感基因[36]。同時有研究表明，C5-rs17611多態性是2型糖尿病患者DR的易感性位點，尤其容易發生具有臨床意義的PDR[37]。這些研究從分子水平上闡明DR發病機制中存在各補體通路的參與。

3其他DR相關基因

糖尿病是多基因共同作用的疾病。研究表明，DR遺傳易感性還與氧磷脂酶基因、β-腎上腺素能受體基因、載脂蛋白E基因、血小板整合素基因、轉化生長因子基因、葡萄糖轉運蛋白1基因、色素上皮衍生因子基因、細胞黏附因子基因等的多態性均密切相關[36]。但由于研究數量有限及研究人群差異，導致結果經常是相互矛盾的。

4總結與展望

DR可以被認為是人類復雜疾病的經典案例，可歸因于遺傳、環境因素以及它們之間的相互作用。基因多態性不僅與DR的發生發展密切相關，也是DR發生發展的危險因素[37]。遺傳學對DR發生發展的研究已被廣泛認可，但特定基因和遺傳變異的參與機制尚未明確。考慮到研究結果存在相互矛盾和不確定性，通過遺傳學研究識別DR的遺傳易感基因位點迄今仍未取得成功，面臨著諸多挑戰。此外，多數關于DR新的治療方法的研究忽略了患者的遺傳背景，這可能是導致治療失敗的原因之一。基于基因組學，特別是藥物遺傳學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等多種組學的相互聯系，可能出現新的測序方法和途徑給未來關于DR的研究帶來新的突破性進展。總之，要完全掌握DR這種具有復雜遺傳易感性疾病的相關基因還有很長的路要探索。