家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變致病基因的研究進展

江華維，張利偉

0引言

家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變(familial exudative vitreoretinopathy, FEVR)是一種以視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)發(fā)育異常為特征的先天性遺傳疾病。1969年Criswick等[1]第一次報道此病。其臨床表型多種多樣，視網(wǎng)膜皺褶是FEVR主要而且典型的特征[2]。不同患者、不同家系以及同一患者雙眼之間的嚴重程度都可不一樣，其臨床異質性較高。另外，Li等[3]研究發(fā)現(xiàn)FEVR患者的雙基因突變會比單基因突變更為嚴重。Poulter等[4]也報道了嚴重FEVR患者可能攜帶兩個突變等位基因，這表明突變的劑量會影響FEVR的表型。在FEVR患者中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)突變基因是參與Wnt信號通路中的FZD4、LRP5和TSPAN12以及Norrin-β-catenin信號通路中的NDP基因。有報道稱[5]LRP5、FZD4、ZNF408、TSPAN12、NDP或KIF11基因突變是38.7%中國FEVR患者的病因。FEVR病變可終生不斷進展，患者需要終生隨訪監(jiān)測，而且這也是青少年視網(wǎng)膜脫離的最常見因素之一[6-7]。熒光素眼底血管造影(fluorescein fundus angiography, FFA)和基因篩查為FEVR的檢測和診斷提供重要依據(jù)[8-10]。全部FEVR患者中有一半患者不是上述基因突變導致的，說明還有未知的突變基因仍有待篩查鑒定。本文就目前發(fā)現(xiàn)的FEVR致病基因及其信號通路等方面進行綜述，以期待能夠深入了解FEVR的發(fā)病機制及其相關信號通路，為后續(xù)FEVR的診斷、治療等提供一些新思路。

1 FEVR的發(fā)病機制和致病基因

1.1FZD4基因FZD4位于人染色體11q14.2，含有7 383個堿基。FZD4是Frizzled家族成員之一，其家族是由10個Frizzled受體組成。Frizzled家族成員屬于G蛋白偶聯(lián)受體，編碼細胞信號轉導、細胞增殖和細胞凋亡的相關蛋白。Frizzled受體家族成員在腫瘤、心肌肥大、視網(wǎng)膜發(fā)育和精神分裂癥的發(fā)生中具有關鍵作用，此外在胚胎發(fā)育過程中也有重要作用。

FZD4基因所編碼的卷曲蛋白是由537個氨基酸構成，是位于質膜上的7次跨膜受體。在視網(wǎng)膜中，該蛋白與Norrin配體有特異性結合功能，Norrin配體與Frizzled4結合以激活正常血管形成過程中的Wnt信號通路，且Frizzled4富含半胱氨酸的結構域(cysteine-rich domain, CRD)在Norrin-Frizzled4結合中起關鍵作用。Wnt配體和受體是眼睛發(fā)育和眼部血管生成的關鍵調節(jié)因子，Wnt信號參與調節(jié)眼睛的多個血管床，包括玻璃體血管的消退和視網(wǎng)膜血管結構層的發(fā)育[11]；Wnt信號通路的功能缺失改變會引起人類罕見的遺傳性眼病如Norrie病、眼部血管缺陷的FEVR等。

Han等[12]在6個FEVR家族中發(fā)現(xiàn)，NDP和FZD4突變患者與正常家系成員相比，其NDP和FZD4活性至少降低了50%，最終，免疫沉淀表明FZD4突變可在不同程度上降低Norrin配體和Frizzled4的結合作用。FEVR的基因型-表型相關性復雜，F(xiàn)ZD4中的突變也許會導致多樣化和不對稱的表型[13]。Seemab等[14]認為FZD4通過基因復制、序列分歧和蛋白構象重塑的復雜模式獲得了新的功能或上位性，尤其是Frizzled4蛋白羧基末端區(qū)域的495～537位氨基酸可能對其正常功能和(或)病理生理學至關重要。Frizzled4蛋白的這一關鍵區(qū)域可能為人類視網(wǎng)膜血管疾病開發(fā)新型治療方法提供機會。

1.2LRP5基因LRP5基因位于染色體11q13.4，編碼Wnt共受體-低密度脂蛋白受體相關蛋白5(LRP5)，LRP5基因突變導致Wnt信號通路的破壞，會發(fā)生骨質疏松以及視網(wǎng)膜血管缺陷疾病FEVR。Chen等[15]在研究Lrp5(-/-)小鼠視網(wǎng)膜中參與細胞間黏附、血管形態(tài)改變以及膜轉運相關基因的表達情況時，發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，緊密連接蛋白claudin5和氨基酸轉運蛋白slc38a5在Lrp5(-/-)小鼠視網(wǎng)膜中均高度下調，同樣包括Wnt7b在內的幾種Wnt配體表達水平也下降。這表明LRP5調節(jié)并影響視網(wǎng)膜血管生成的多組基因。此外，LRP5和FZD4蛋白形成共受體復合物，一同參與并活化Wnt信號通路。Tian等[16]認為單側周邊視網(wǎng)膜異常的鑒別應包括對FEVR的考慮，一般更常見于LRP5基因突變。Ubels等[17]在實驗中敲除大鼠LRP5基因，發(fā)現(xiàn)大鼠模型可發(fā)生低骨量、骨密度降低和骨大小減小等狀況。此外，LRP5缺陷大鼠視網(wǎng)膜淺層血管稀疏、排列紊亂，有廣泛的滲出，血管化面積、血管長度減少，證明Wnt信號通路在骨和視網(wǎng)膜發(fā)育中的重要作用。

1.3NDP基因NDP基因位于X染色體11.4。其編碼的Norrin是一種分泌信號因子，具有自分泌和/或旁分泌作用生長因子的結構和功能特征。NDP基因參與視網(wǎng)膜血管的形成和神經分化。

與NDP基因相關的FEVR病變是一組X染色體隱性連鎖疾病，其特征是視網(wǎng)膜的退行性和增生性改變，偶爾伴有不同程度的智力低下和感覺神經性聽力喪失。NDP基因突變導致視網(wǎng)膜淺層的毛細血管生長受損和視網(wǎng)膜內層血管的發(fā)育異常。除視網(wǎng)膜血管生長缺陷外，NDP基因敲除小鼠的內耳還存在血管發(fā)育缺陷，與Norrie患者一樣，聽力喪失。但是Sudha等[18]研究發(fā)現(xiàn)完整NDP基因缺失的患者在其生命的前十年沒有表現(xiàn)出任何明顯的智力低下或感覺神經性聽力喪失。NDP突變還可引起色素失禁癥(incontinentia pigmenti, IP)，IP患者的眼部改變與FEVR患者的視網(wǎng)膜脫離極其相似[19]。此外，El-Sehemy等[20]報道Norrin通過Notch和Wnt信號通路介導膠質母細胞瘤的促進和抑制作用，確定了Norrin在人類腦癌進展中的重要作用。

Norrin與跨膜FZD4高親和力結合，與LRP5和TSPAN12輔助受體形成Norrin/FZD4復合物，激活Norrin-β-catenin信號通路。有研究表明RCBTB1基因也參與Norrin/FZD4復合物形成的過程，并推測RCBTB1是玻璃體視網(wǎng)膜病變致病基因[21]。另外，NDP、FZD4和LRP5這三個致病基因均參與Wnt信號通路，是其配體復合物，當配體復合物與Wnt受體結合后，抑制β-catenin降解的信號通路被激活，β-catenin得以沉積在細胞質內，隨后進入細胞核與相關細胞因子作用，最后使目的基因能正常表達。Wnt和Norrin-β-catenin信號通路很相似，均對正常的視網(wǎng)膜血管生成至關重要。

1.4TSPAN12基因TSPAN12基因位于人染色體7q31.31上，其編碼的四跨膜蛋白12是由305個氨基酸構成，是四分子交聯(lián)體超家族。在視網(wǎng)膜中，四跨膜蛋白12和Norrin配體介導血管生成。Lai等[22]發(fā)現(xiàn)TSPAN12是一種Norrin共受體，并且通過其胞外循環(huán)與Frizzled4和Norrin作用，可放大Frizzled4配體的選擇性和信號轉導。Savarese等[23]研究發(fā)現(xiàn)與TSPAN12突變相關的FEVR被認為是常染色體顯性和隱性遺傳。Seo等[24]確定TSPAN12大片段缺失突變的患者比TSPAN12堿基置換突變的患者更常見，所以在FEVR的篩查和診斷中以及FEVR患者的常規(guī)基因檢查中，應考慮TSPAN12大片段缺失和重復。Yang等[25]研究表明與TSPAN12突變相關的FEVR表型在一個家族內的不同個體之間以及同一個體的雙眼之間均有很大的差異。Xu等[26]也報道TSPAN12基因突變導致的同一家族成員的疾病嚴重程度存在較大差異，TSPAN12基因突變引起的家族內臨床異質性強調了該基因突變表型-基因型相關性的復雜，此外在胚胎發(fā)育過程中還存在參與眼部血管化的其他遺傳和環(huán)境因素[27]。

1.5ZNF408基因ZNF408基因位于染色體11p11.2，編碼的鋅指蛋白408由720個氨基酸組成。Collin等[28]通過嗎啡啉誘導的斑馬魚ZNF408基因下調模型，揭示了視網(wǎng)膜和軀干脈管系統(tǒng)發(fā)育中的缺陷，ZNF408突變會導致人類異常的視網(wǎng)膜血管生成，并與FEVR相關。目前人們對ZNF408的分子作用以及其突變如何導致FEVR的臨床特征知之甚少。

此外，Habibi等[29]使用外顯子組測序證實ZNF408突變還是導致家族性視網(wǎng)膜色素變性的病因。Musada等[30]通過基因篩查顯示110例印度FEVR患者中FZD4(8.0%)、TSPAN12(5.4%)和ZNF408(2.7%)基因的突變頻率不同，表明它們在疾病發(fā)病機制中的潛在作用不同，觀察到的突變與疾病表型分離，并顯示出不同的表現(xiàn)型。Karjosukarso等[31]制成2個截短ZNF408的純合突變斑馬魚模型，1個模擬人H455Y的雜合突變模型以及1個純合錯義突變ZNF408模型，這幾個ZNF408突變的斑馬魚模型都表現(xiàn)出進行性視網(wǎng)膜血管病理，最初的特征是受精5d后玻璃體血管發(fā)育缺陷，視網(wǎng)膜血管功能不全，其數(shù)據(jù)也證明了ZNF408在視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的發(fā)育和維持過程中起重要作用。

1.6KIF11基因KIF11基因位于人染色體10q24.1，其編碼的EG5蛋白是驅動蛋白家族成員之一，在增殖細胞中可見該蛋白的高表達。KIF11定位于有絲分裂期的紡錘體微管,在雙極紡錘體的形成和分離過程中起重要作用。

Ostergaard等[32]在2012年確定了小頭畸形、淋巴水腫、脈絡膜視網(wǎng)膜發(fā)育異常個體中的KIF11突變，對上述患者的KIF11突變鑒定表明EG5參與視網(wǎng)膜和淋巴結構的發(fā)育和維持過程。2a后，Robitaille等[33]研究表明FEVR與KIF11突變引起的小頭畸形，淋巴水腫和脈絡膜視網(wǎng)膜發(fā)育異常疾病的表型重疊，并指出KIF11基因在視網(wǎng)膜血管發(fā)育中起作用，且可能與FEVR的發(fā)生有關。Li等[34]也發(fā)現(xiàn)KIF11基因突變引起一種少見的常染色體顯性遺傳病，即小頭畸形伴有或不伴有脈絡膜視網(wǎng)膜病變、淋巴水腫或智力發(fā)育遲滯(microcephaly with or without chorioretinopathy, lymphoedema, or mental retardation, MCLMR)，而且并進一步證實了先前的結論，即KIF11以常染色體顯性遺傳引起FEVR，同時還建議在未來的實踐中對FEVR患者進行MCLMR特征的檢查，如小頭畸形、淋巴水腫等。

Chen等[35]在研究KIF11突變的9例FEVR患者的突變類型以及基因型與表型的相關性時，發(fā)現(xiàn)55.6%(5/9)患者致病突變?yōu)橐拼a突變，44.4%(4/9)患者突變?yōu)樾滦屯蛔儭?8.9%(8/9)患者KIF11突變有典型的FEVR表現(xiàn)。66.7%(6/9)先證者被檢測到有小頭畸形。另外，Birtel等[36]發(fā)現(xiàn)KIF11相關性視網(wǎng)膜疾病在個體間的表型上存在很大差異；進行性視網(wǎng)膜變性也進一步表明KIF11不僅在眼部發(fā)育中起作用，而且在維持視網(wǎng)膜的形態(tài)和功能過程中也有著重要作用。

1.7CTNNB1基因CTNNB1基因位于染色體3p21上，編碼β-連環(huán)蛋白，是一種黏附的連接蛋白，支持上皮組織各層之間的完整性并介導細胞間信號轉導。β-連環(huán)蛋白是經典Wnt信號中基因轉錄的最終介質，其既參與細胞間的黏附連接，還影響很多種重要基因，這表明了該信號通路在調節(jié)細胞增殖中所起的重要作用。此外，CTNNB1也與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關，在肝癌等其他腫瘤組織中都見到該蛋白的高表達。

先前的研究大多報道CTNNB1雜合突變是綜合征型智力障礙(intellectual disability, ID)和自閉癥障礙的病因。2016年Dixon等[37]首次報道了CTNNB1突變與FEVR表型相關的案例。在Panagiotou等[38]的研究中，發(fā)現(xiàn)CTNNB1突變可引起FEVR，并且FEVR可以是綜合征型智力障礙表型的一部分，這進一步確定了β-Catenin信號在視網(wǎng)膜血管發(fā)育中所起的作用。有研究表明CTNNB1中的截短突變以常染色體顯性遺傳方式導致FEVR或Norrie疾??；CTNNB1、KIF11或NDP突變的患者可能具有相似或重疊的表型，但這一現(xiàn)象還需要進一步研究[39]。Coussa等[40]報道了1例小頭畸形、輕度運動發(fā)育遲緩且伴有FEVR的患兒，從臨床和遺傳學發(fā)現(xiàn)，CTNNB1突變是FEVR伴小頭畸形的罕見原因。

1.8JAG1基因JAG1基因位于20號染色體短臂上，JAG1是細胞表面的一種配體，在高度保守的Notch信號通路中起作用。Notch信號通路在細胞生長發(fā)育過程中有著至關重要的作用，此外，在許多器官系統(tǒng)中也都很常見。經典的JAG1-Notch相互作用導致蛋白水解的級聯(lián)反應，從而將Notch胞內結構域轉運到細胞核中，在細胞核中它起激活靶基因下游轉錄的作用[41]。JAG1突變與多種疾病有關，包括多系統(tǒng)疾病，如累及肝臟、心臟、骨骼、眼睛、面部、腎臟和脈管系統(tǒng)的Alagille綜合征[42](alagille syndrome)。此外，也發(fā)現(xiàn)JAG1的突變與多種類型的癌癥有關，如乳腺癌和結腸癌等。

Zhang等[43]報道了FEVR患者JAG1的3個雜合突變-c.413C>Tp.(A138V)、c.1415G>Ap.(R472H)和c.2884A>Gp.(T962A)，后續(xù)的檢測發(fā)現(xiàn)突變的JAG1蛋白JAG1-A138V和JAG1-T962A幾乎失去了所有活性，JAG1-R472H失去了大約50%的活性，并證明小鼠JAG1的缺失導致血管生成前沿的尖端細胞減少，血管生長受阻,從而導致視網(wǎng)膜血管生成缺陷。先前報告的FEVR案例多由Wnt和Norrin-β-catenin信號轉導途徑的4個核心基因NDP、FZD4、LRP5以及TSPAN12的突變引起。此研究表明，JAG1是Notch信號通路的重要配體，是一種新的FEVR候選基因，并指出了治療干預的潛在靶標。Zeng等[44]研究表明癌細胞中JAG1的過表達促進了小鼠新生血管形成和移植瘤的生長,也說明JAG1可能與血管生成過程中的促血管生成活性有關。或許在疾病條件下抑制JAG1的表達可能抑制血管生長，這在腫瘤和新生血管疾病(如年齡相關性黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變和FEVR等)的治療中很重要。研究JAG1-Notch信號通路在FEVR發(fā)病機制中的作用對了解視網(wǎng)膜血管生成的潛在機制很有價值。

1.9CTNNA1基因CTNNA1基因定位于人染色體5q31上，編碼的α-連環(huán)蛋白在正常組織內普遍表達，但是在很多腫瘤組織內卻表達下調，和腫瘤的進展及預后聯(lián)系緊密。CTNNA1基因是一個腫瘤抑制基因，有抑制細胞增殖和促進細胞凋亡的作用，受表觀遺傳機制的調節(jié)。Zhu等[45]在2021年研究發(fā)現(xiàn)CTNNA1突變通過過度激活β-catenin通路和破壞細胞間黏附連接而引起FEVR。且通過外顯子測序確定了CTNNA1的3個雜合突變(p.F72S、p.R376Cfs×27和p.P893L)，并進一步證明了是由于鈣黏素-連環(huán)蛋白復合物內蛋白相互作用受損導致Norrin-β-catenin信號的過度激活，所以精確調節(jié)、激活β-catenin信號通路對視網(wǎng)膜血管發(fā)育至關重要，并且此研究為FEVR的發(fā)病機制提出了新的見解。

2總結與展望

綜上所述，F(xiàn)EVR對視功能的危害極大，我們得加以重視，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療。近年來新發(fā)現(xiàn)數(shù)個致病基因，迄今為止共發(fā)現(xiàn)FZD4、LRP5、NDP、CTNNA1、TSPAN12、ZNF408、KIF11、CTNNB1、JAG1九個致病基因，對這些基因的功能以及所參與的信號通路均有一定的研究和了解。但依然有很大部分患者的致病基因不明確，其發(fā)生機制還不甚了解。然而好消息是目前可以使用產前遺傳學分析與超聲結合以及基因檢測等技術，可大大提高FEVR的診出率，預測高危嬰兒的出生預后。目前基因檢測以及治療等技術在快速發(fā)展，這將進一步認識以上基因在FEVR中的作用，以及發(fā)現(xiàn)更多相關致病基因，也將進一步推進對FEVR的認識，為該疾病的治療和預防帶來可能。