糖尿病视网膜病变易感性与相关基因多态性研究进展

包 敏，蔺晓慧

0引言

糖尿病视网膜病变(DR)是一种复杂的、多因素介导的病理生理性疾病。1990/2010年，DR被列为第五位可以预防的疾病，也是中度至重度视力障碍常见的原因。2015年，估计全球2.85亿糖尿病患者中，超过1/3患者合并DR，其中1/3患有视力功能障碍，包括非增殖期DR(NPDR)、增殖期DR(PDR)或糖尿病性黄斑水肿(DME)患者[1]。糖尿病持续时间、高血糖和高血压均是DR进一步发展并导致视力丧失的最重要的临床风险因素，所以控制血糖和血压可有效预防DR引起的视力丧失。既往根据覆盖区域和种族差异等因素，大量研究已得出DR的患病率和危险因素，DR在糖尿病人群中的患病率为30%～60%，且糖尿病患者中DR的发生率和严重程度存在异质性[2]。在已知的DR危险因素中，最显著的是糖尿病病程和血糖控制情况，但部分患者即使血糖控制良好，糖尿病病程持续时间短，也可能患有DR。相比之下，部分患者血糖控制较差，糖尿病病程持续时间较长，但也可能不会发展为DR，表明DR的发生发展存在异质性[3]，所以关于DR遗传易感性的研究具有重要意义。在过去的数十年里，对DR相关基因的研究已迅速开展。基于遗传基因的研究表明，DR易感性具有遗传性，在患有1型糖尿病和2型糖尿病的双胞胎中，DR严重程度高度一致。糖尿病患者的兄弟姐妹和亲属患糖尿病的风险是无糖尿病患者的2～3倍，提示DR与遗传因素有关[4]。目前已确定潜在的DR易感基因包括DR发病的危险因素相关基因、预防DR发生的相关基因。

1 DR发病的危险因素相关基因

1.1血管内皮生长因子基因血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)被认为是目前DR发生的主要因素。缺氧和高血糖均是VEGF蛋白表达增强的主要刺激因素。人类VEGF基因是由7个内含子和8个外显子组成，位于人类染色体6p21.3，其具有高度多态性，是目前DR候选基因中被发现单核苷酸多态性(SNPs)最多的基因，VEGF基因的5’非翻译区(UTR)和启动子区域的单核苷酸多态性是影响VEGF蛋白表达的主要因素。研究发现，2型NPDR患者VEGF基因启动子区域的VEGF-460 C/T基因呈高表达，但该基因与PDR相关性不大，所以2型NPDR与VEGF基因具有相关性[5]。VEGF基因多态性与DR的关系已成为近年研究的热点。已有报道指出VEGF基因多态性与各种疾病之间均存在的可能联系，其中影响血管生成作用可能在疾病的发展中起关键作用。但VEGF基因多态性与DR的发生和严重程度之间的关联尚不确定，在相同或不同人群中，结果总是呈现相似或相互冲突的情况，如启动子区域VEGF-rs699947的单核苷酸多态性，在韩国和中国人群中其与DR密切相关，然而在日本和印度人群中却与DR有微弱的关联，在高加索人群中与DR没有关联，分析上述研究结果的差异可能受研究对象的种族影响[6-7]。一般来说，易感等位基因的频率在不同的人群中是不同的。因此，相互矛盾的研究结果也可能是由于不同人群之间等位基因频率的差异所致。

1.2晚期糖基化终产物受体基因晚期糖基化终产物(RAGE)受体基因位于人类染色体6p21.3的主要组织相容性复合体位点Ⅲ区，编码免疫球蛋白家族受体的多配体成员[8]。在糖尿病患者中，高血糖可导致非酶蛋白的糖基化和晚期糖基化终末产物(AGE)形成。研究表明，AGE的积累可以通过激活RAGE而导致糖尿病并发症[9]。AGE与RAGE的相互作用导致正反馈循环，增强视网膜中RAGE的表达，然后激活某些转录因子、黏附分子和组织因子，从而诱导氧化应激、黏附分子的表达和细胞因子的产生[10]，所有这些效应都可以促进视网膜微血管的高凝和缺氧状态，并可刺激PDR新生血管的生成。这暗示RAGE中的基因多态性可能与DR的病理生理过程有关。有研究分析了DR与RAGE基因中的3个单核苷酸多态性[RAGE基因启动子区域中的RAGE-374T/A(rs1800624)、RAGE-429T / C(rs1800625)、RAGE Gly82Ser(rs2070600)]的关联性，在隐性模式下，RAGE-Gly82Ser与DR易感性具有显著相关性，Yuan等[11]和Kang等[12]研究证实RAGE-374T/A多态性与2型糖尿病患者视网膜病变之间存在危险性关联。在显性模式下，RAGE-374T/A与DR显著相关，但当1型糖尿病患者被排除在分析之外时，这种关联则消失[13]，分析可能是由于研究方法之间的差异所致。但RAGE-Gly82Ser多态性目前已被认为是亚洲人群发生DR的重大风险因素。

1.3醛糖还原酶基因多元醇途径在DR的发生发展过程中发挥重要作用。多元醇途径是高血糖与糖尿病损害之间的重要代谢环节。醛糖还原酶(ALR2)是该途径中必不可少的酶，ALR2在NADPH依赖的反应中将葡萄糖转化为山梨醇，故在高血糖条件下，山梨醇在细胞内积累，可导致渗透性应激及细胞损伤。在动物模型中，上述过程可以导致视网膜细胞破坏、微动脉瘤、基底膜增厚和周细胞丢失，这些也是人类DR的典型症状[14]。ALR2基因位于人类染色体7q35，全长约18kb，含有10个外显子和9个内含子, 其存在多个多态性位点。已有研究发现两种ALR2基因与DR关联，即启动子区域单核苷酸多态性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基因多态性与DR存在相关性，其在1型DR中具有保护作用[15]，2型DR与rs759853基因多态性之间无统计学意义的关联，但其与NPDR和PDR存在临界关联性。关于ALR2-(CA)n等位基因对2型DR的分析中总结出了3种最常见的ALR2-(CA)n基因突变体，即ALR2-(CA)n-Z、ALR2-(CA)n-Z+2、ALR2-(CA)n-Z-2。在白种人中，Z-2基因的表达增加了DR的发病风险，相反Z+2和Z基因的表达对DR有保护作用[16]。多元醇途径中山梨醇脱氢酶(SDH)在NAD+依赖的反应中可以将山梨醇转化为果糖。研究发现，SDH的过度表达增强了视网膜周细胞的细胞毒性，从而加速周细胞的凋亡，这也是DR的典型特征[17]。对波兰、日本和高加索巴西人群进行多态性基因SDH-rs2055858和SDH-rs3759890研究发现，其可能会影响启动子活性SDH基因表达，从而对DR发病产生一定的影响。

1.4白细胞介素基因糖尿病往往伴随着各种细胞因子水平的变化和多种细胞因子介导的炎症反应。DR患者房水中白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-17、IL-18、IL-37等炎性因子表达水平均明显升高。研究发现，IL-10是一种具有抗炎特性的细胞因子，其由非特异性免疫系统产生，多数细胞均可表达，包括树突状细胞、白细胞和巨噬细胞等[18]。IL-10的转录起始位点位于上游约1.3kb处的启动子区域，其具有多种正负调控序列。启动子区有3种单核苷酸多态性，即IL-10-1082(G/A)、IL-10-819(C/T)和IL-10-592(C/A)[19]。研究发现，IL-10基因启动子IL-10-592(C/A)位点多态性与糖尿病相关，且IL-10-592(C/A)基因型频率在DR大鼠中显著增高，提示IL-10基因单核苷酸多态性可能是DR易感性的危险因素[18]。另有研究发现，中国北方人群中IL-8-251(T/A)和IL-10-1596(C/T)单核苷酸多态性与2型DR也具有相关性[19]，且IL-8-251(T/A)的单核苷酸多态性与DR易感性及高危PDR进展密切相关[20]。IL-8不仅是与DR相关的生物标志物，也是介导和推动DR进展的关键因素[20]，所以抗IL-8可能成为DR新的治疗方法，是一种潜在的安全有效的治疗方法。

1.5维生素D受体基因维生素D在钙代谢、抗血管内皮因子生成方面起着重要作用。维生素D受体(VDR)是一种配体依赖性的转录因子，在视网膜血管内皮细胞中广泛表达。VDR基因位于染色体12q13～12q14，具有4个常见的单核苷酸多态性，即VDR-FokⅠ G/A(rs2228570)、VDR-TaqⅠ T/C(rs731236)、VDR-BsmⅠ A/G(rs1544410)、VDR-Apai G/T(rs7975232)[21]。VDR-FokⅠ多态性一般位于起始密码子，而BsmⅠ、Apai和TaqⅠ多态性位于3’端UTR区域[22]。研究发现，功能性维生素D受体基因(FokⅠ)多态性与1型糖尿病患者发生DR存在关联[23]。另一项研究表明，VDR基因的FokⅠ多态性并不会增加波兰人群中2型DR的风险[24]。但由于目前研究的局限性，仍需要更大样本量的前瞻性研究来进一步证实上述结论。

1.6一氧化氮合酶基因一氧化氮合酶(eNOS)是一种由血管内皮细胞表达所产生的酶，分子量为135 kDa。eNOS基因位于染色体7q35～7q36，由26个外显子组成，全长21kb[25]。已报道eNOS基因具有多种单核苷酸多态性，eNOS-G894T就是其中之一，该基因多态性与多种疾病结局相关，包括原发性高血压、冠心病、缺血性心脏病、DR和终末期肾病[26]。DR与一氧化氮(NO)代谢紊乱有关，主要是由于NO介导的血管舒张功能受损、氧化应激增加、eNOS功能失调和NO解偶联等[27]。这表明eNOS参与了DR发病机制中的炎症和缺血过程，故有研究指出，eNOS基因可能是2型DR危险因素的候选基因。

1.7亚甲基四氢叶酸还原酶基因甲基四氢叶酸还原酶基因(MTHFR)位于人类染色体1p36.3，是催化同型半胱氨酸甲基化形成蛋氨酸的重要酶[28]，被认为是糖尿病的遗传候选基因。研究表明，MTHFR-677C/T(氨基酸222Ala/Val)的单核苷酸多态性可破坏此酶活性，从而引起高同型半胱氨酸血症(HHcy)。已有研究指出，高HHcy是糖尿病微血管病变的重要危险因素[29]，故推测MTHFR-677C/T的多态性可能与DR的发生有关，目前已有流行病学研究评估MTHFR-677C/T多态性与DR的关系，但结果仍不确定。有研究发现，中国、日本和土耳其人群中MTHFR-677C/T变异显著增加了DR的风险[29]，但该研究中并未明确分析其是1型糖尿病还是2型糖尿病发生DR的候选基因。

2预防DR发生的相关基因

2.1 KLOTHO基因KLOTHO基因是一种抗衰老基因，过度表达时可以延长寿命，被干扰时会加速衰老[30]。其以跨膜蛋白的形式表达，主要分布在大脑和肾脏，且在人类血管组织中也有表达。KLOTHO也以可溶性蛋白质的形式存在，在血液、尿液和脑脊液中均可检测到。研究表明，KLOTHO蛋白是一种β-葡萄糖醛酸酶，其作为成纤维细胞生长因子23(FGF23)的共同受体，共同诱导信号转导途径。KLOTHO对细胞系统的激活/抑制及与炎症状态相关的慢性和退行性疾病的发病机制有关。KLOTHO可以抑制NF-κB因子的活化和促炎基因的转录[31]。KLOTHO是1型糖尿病的候选基因，因为它在胰岛素信号转导和炎症中起着重要作用。有研究表明，KLOTHO基因的KL-VS变体可以预防1型糖尿病患者视网膜病变的发生[32]。

2.2肾素-血管紧张素转换酶基因肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)是参与调节血压及体液平衡的内分泌系统。血管紧张素转换酶(ACE)通过血管紧张素受体将血管紧张素Ⅰ(ATⅠ)转化为血管紧张素Ⅱ(ATⅡ)，介导其血流动力学效应[14]，眼内的ATⅡ可以调节毛细血管生长、细胞增殖、眼内血流和眼压的调节，增强血管通透性及氧化应激反应。而在DR患者中可表现出RAAS系统的失调，ACEⅠ和Ⅱ及血管紧张素受体在PDR发生过程中可不依赖于血压而调节。研究表明，ACE I/D多态性(在第16位内含子插入/缺失287bp的Alu序列)可能与1型糖尿病患者发生PDR相关[33]，ACEⅠ可预防新生血管的生成，抑制1型DR的发生和进展。但Qiao等[34]在中国1491例2型糖尿病患者中发现DR与糖尿病肾病(DN)患者ACE I/D及ACEAGT基因多态性无显著相关性，但该结论仍需更多的调查研究进一步证明。

2.3补体基因补体系统是非特异性免疫系统的重要组成部分，由膜结合蛋白组成，参与多种免疫反应和炎症反应的调节。补体系统平衡调节的破坏可导致炎症反应，进而促进DR发生。DR患者部分补体因子表达增加，主要包括C1因子抑制剂(C1INH)、C5因子、因子H(CFH)和因子B (CFB)[35]。有研究指出，CFH和CFB参与补体激活的调节。CFH-rs800292(p.I62V)多态性可以影响其与C3b蛋白结合的亲和力，进而影响补体替代途径的激活，并被确认为是DR的易感基因[36]。同时有研究表明，C5-rs17611多态性是2型糖尿病患者DR的易感性位点，尤其容易发生具有临床意义的PDR[37]。这些研究从分子水平上阐明DR发病机制中存在各补体通路的参与。

3其他DR相关基因

糖尿病是多基因共同作用的疾病。研究表明，DR遗传易感性还与氧磷脂酶基因、β-肾上腺素能受体基因、载脂蛋白E基因、血小板整合素基因、转化生长因子基因、葡萄糖转运蛋白1基因、色素上皮衍生因子基因、细胞黏附因子基因等的多态性均密切相关[36]。但由于研究数量有限及研究人群差异，导致结果经常是相互矛盾的。

4总结与展望

DR可以被认为是人类复杂疾病的经典案例，可归因于遗传、环境因素以及它们之间的相互作用。基因多态性不仅与DR的发生发展密切相关，也是DR发生发展的危险因素[37]。遗传学对DR发生发展的研究已被广泛认可，但特定基因和遗传变异的参与机制尚未明确。考虑到研究结果存在相互矛盾和不确定性，通过遗传学研究识别DR的遗传易感基因位点迄今仍未取得成功，面临着诸多挑战。此外，多数关于DR新的治疗方法的研究忽略了患者的遗传背景，这可能是导致治疗失败的原因之一。基于基因组学，特别是药物遗传学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多种组学的相互联系，可能出现新的测序方法和途径给未来关于DR的研究带来新的突破性进展。总之，要完全掌握DR这种具有复杂遗传易感性疾病的相关基因还有很长的路要探索。