家族性渗出性玻璃体视网膜病变致病基因的研究进展

江华维，张利伟

0引言

家族性渗出性玻璃体视网膜病变(familial exudative vitreoretinopathy, FEVR)是一种以视网膜血管系统发育异常为特征的先天性遗传疾病。1969年Criswick等[1]第一次报道此病。其临床表型多种多样，视网膜皱褶是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双眼之间的严重程度都可不一样，其临床异质性较高。另外，Li等[3]研究发现FEVR患者的双基因突变会比单基因突变更为严重。Poulter等[4]也报道了严重FEVR患者可能携带两个突变等位基因，这表明突变的剂量会影响FEVR的表型。在FEVR患者中发现的大多数突变基因是参与Wnt信号通路中的FZD4、LRP5和TSPAN12以及Norrin-β-catenin信号通路中的NDP基因。有报道称[5]LRP5、FZD4、ZNF408、TSPAN12、NDP或KIF11基因突变是38.7%中国FEVR患者的病因。FEVR病变可终生不断进展，患者需要终生随访监测，而且这也是青少年视网膜脱离的最常见因素之一[6-7]。荧光素眼底血管造影(fluorescein fundus angiography, FFA)和基因筛查为FEVR的检测和诊断提供重要依据[8-10]。全部FEVR患者中有一半患者不是上述基因突变导致的，说明还有未知的突变基因仍有待筛查鉴定。本文就目前发现的FEVR致病基因及其信号通路等方面进行综述，以期待能够深入了解FEVR的发病机制及其相关信号通路，为后续FEVR的诊断、治疗等提供一些新思路。

1 FEVR的发病机制和致病基因

1.1FZD4基因FZD4位于人染色体11q14.2，含有7 383个碱基。FZD4是Frizzled家族成员之一，其家族是由10个Frizzled受体组成。Frizzled家族成员属于G蛋白偶联受体，编码细胞信号转导、细胞增殖和细胞凋亡的相关蛋白。Frizzled受体家族成员在肿瘤、心肌肥大、视网膜发育和精神分裂症的发生中具有关键作用，此外在胚胎发育过程中也有重要作用。

FZD4基因所编码的卷曲蛋白是由537个氨基酸构成，是位于质膜上的7次跨膜受体。在视网膜中，该蛋白与Norrin配体有特异性结合功能，Norrin配体与Frizzled4结合以激活正常血管形成过程中的Wnt信号通路，且Frizzled4富含半胱氨酸的结构域(cysteine-rich domain, CRD)在Norrin-Frizzled4结合中起关键作用。Wnt配体和受体是眼睛发育和眼部血管生成的关键调节因子，Wnt信号参与调节眼睛的多个血管床，包括玻璃体血管的消退和视网膜血管结构层的发育[11]；Wnt信号通路的功能缺失改变会引起人类罕见的遗传性眼病如Norrie病、眼部血管缺陷的FEVR等。

Han等[12]在6个FEVR家族中发现，NDP和FZD4突变患者与正常家系成员相比，其NDP和FZD4活性至少降低了50%，最终，免疫沉淀表明FZD4突变可在不同程度上降低Norrin配体和Frizzled4的结合作用。FEVR的基因型-表型相关性复杂，FZD4中的突变也许会导致多样化和不对称的表型[13]。Seemab等[14]认为FZD4通过基因复制、序列分歧和蛋白构象重塑的复杂模式获得了新的功能或上位性，尤其是Frizzled4蛋白羧基末端区域的495～537位氨基酸可能对其正常功能和(或)病理生理学至关重要。Frizzled4蛋白的这一关键区域可能为人类视网膜血管疾病开发新型治疗方法提供机会。

1.2LRP5基因LRP5基因位于染色体11q13.4，编码Wnt共受体-低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP5)，LRP5基因突变导致Wnt信号通路的破坏，会发生骨质疏松以及视网膜血管缺陷疾病FEVR。Chen等[15]在研究Lrp5(-/-)小鼠视网膜中参与细胞间黏附、血管形态改变以及膜转运相关基因的表达情况时，发现与野生型小鼠相比，紧密连接蛋白claudin5和氨基酸转运蛋白slc38a5在Lrp5(-/-)小鼠视网膜中均高度下调，同样包括Wnt7b在内的几种Wnt配体表达水平也下降。这表明LRP5调节并影响视网膜血管生成的多组基因。此外，LRP5和FZD4蛋白形成共受体复合物，一同参与并活化Wnt信号通路。Tian等[16]认为单侧周边视网膜异常的鉴别应包括对FEVR的考虑，一般更常见于LRP5基因突变。Ubels等[17]在实验中敲除大鼠LRP5基因，发现大鼠模型可发生低骨量、骨密度降低和骨大小减小等状况。此外，LRP5缺陷大鼠视网膜浅层血管稀疏、排列紊乱，有广泛的渗出，血管化面积、血管长度减少，证明Wnt信号通路在骨和视网膜发育中的重要作用。

1.3NDP基因NDP基因位于X染色体11.4。其编码的Norrin是一种分泌信号因子，具有自分泌和/或旁分泌作用生长因子的结构和功能特征。NDP基因参与视网膜血管的形成和神经分化。

与NDP基因相关的FEVR病变是一组X染色体隐性连锁疾病，其特征是视网膜的退行性和增生性改变，偶尔伴有不同程度的智力低下和感觉神经性听力丧失。NDP基因突变导致视网膜浅层的毛细血管生长受损和视网膜内层血管的发育异常。除视网膜血管生长缺陷外，NDP基因敲除小鼠的内耳还存在血管发育缺陷，与Norrie患者一样，听力丧失。但是Sudha等[18]研究发现完整NDP基因缺失的患者在其生命的前十年没有表现出任何明显的智力低下或感觉神经性听力丧失。NDP突变还可引起色素失禁症(incontinentia pigmenti, IP)，IP患者的眼部改变与FEVR患者的视网膜脱离极其相似[19]。此外，El-Sehemy等[20]报道Norrin通过Notch和Wnt信号通路介导胶质母细胞瘤的促进和抑制作用，确定了Norrin在人类脑癌进展中的重要作用。

Norrin与跨膜FZD4高亲和力结合，与LRP5和TSPAN12辅助受体形成Norrin/FZD4复合物，激活Norrin-β-catenin信号通路。有研究表明RCBTB1基因也参与Norrin/FZD4复合物形成的过程，并推测RCBTB1是玻璃体视网膜病变致病基因[21]。另外，NDP、FZD4和LRP5这三个致病基因均参与Wnt信号通路，是其配体复合物，当配体复合物与Wnt受体结合后，抑制β-catenin降解的信号通路被激活，β-catenin得以沉积在细胞质内，随后进入细胞核与相关细胞因子作用，最后使目的基因能正常表达。Wnt和Norrin-β-catenin信号通路很相似，均对正常的视网膜血管生成至关重要。

1.4TSPAN12基因TSPAN12基因位于人染色体7q31.31上，其编码的四跨膜蛋白12是由305个氨基酸构成，是四分子交联体超家族。在视网膜中，四跨膜蛋白12和Norrin配体介导血管生成。Lai等[22]发现TSPAN12是一种Norrin共受体，并且通过其胞外循环与Frizzled4和Norrin作用，可放大Frizzled4配体的选择性和信号转导。Savarese等[23]研究发现与TSPAN12突变相关的FEVR被认为是常染色体显性和隐性遗传。Seo等[24]确定TSPAN12大片段缺失突变的患者比TSPAN12碱基置换突变的患者更常见，所以在FEVR的筛查和诊断中以及FEVR患者的常规基因检查中，应考虑TSPAN12大片段缺失和重复。Yang等[25]研究表明与TSPAN12突变相关的FEVR表型在一个家族内的不同个体之间以及同一个体的双眼之间均有很大的差异。Xu等[26]也报道TSPAN12基因突变导致的同一家族成员的疾病严重程度存在较大差异，TSPAN12基因突变引起的家族内临床异质性强调了该基因突变表型-基因型相关性的复杂，此外在胚胎发育过程中还存在参与眼部血管化的其他遗传和环境因素[27]。

1.5ZNF408基因ZNF408基因位于染色体11p11.2，编码的锌指蛋白408由720个氨基酸组成。Collin等[28]通过吗啡啉诱导的斑马鱼ZNF408基因下调模型，揭示了视网膜和躯干脉管系统发育中的缺陷，ZNF408突变会导致人类异常的视网膜血管生成，并与FEVR相关。目前人们对ZNF408的分子作用以及其突变如何导致FEVR的临床特征知之甚少。

此外，Habibi等[29]使用外显子组测序证实ZNF408突变还是导致家族性视网膜色素变性的病因。Musada等[30]通过基因筛查显示110例印度FEVR患者中FZD4(8.0%)、TSPAN12(5.4%)和ZNF408(2.7%)基因的突变频率不同，表明它们在疾病发病机制中的潜在作用不同，观察到的突变与疾病表型分离，并显示出不同的表现型。Karjosukarso等[31]制成2个截短ZNF408的纯合突变斑马鱼模型，1个模拟人H455Y的杂合突变模型以及1个纯合错义突变ZNF408模型，这几个ZNF408突变的斑马鱼模型都表现出进行性视网膜血管病理，最初的特征是受精5d后玻璃体血管发育缺陷，视网膜血管功能不全，其数据也证明了ZNF408在视网膜血管系统的发育和维持过程中起重要作用。

1.6KIF11基因KIF11基因位于人染色体10q24.1，其编码的EG5蛋白是驱动蛋白家族成员之一，在增殖细胞中可见该蛋白的高表达。KIF11定位于有丝分裂期的纺锤体微管,在双极纺锤体的形成和分离过程中起重要作用。

Ostergaard等[32]在2012年确定了小头畸形、淋巴水肿、脉络膜视网膜发育异常个体中的KIF11突变，对上述患者的KIF11突变鉴定表明EG5参与视网膜和淋巴结构的发育和维持过程。2a后，Robitaille等[33]研究表明FEVR与KIF11突变引起的小头畸形，淋巴水肿和脉络膜视网膜发育异常疾病的表型重叠，并指出KIF11基因在视网膜血管发育中起作用，且可能与FEVR的发生有关。Li等[34]也发现KIF11基因突变引起一种少见的常染色体显性遗传病，即小头畸形伴有或不伴有脉络膜视网膜病变、淋巴水肿或智力发育迟滞(microcephaly with or without chorioretinopathy, lymphoedema, or mental retardation, MCLMR)，而且并进一步证实了先前的结论，即KIF11以常染色体显性遗传引起FEVR，同时还建议在未来的实践中对FEVR患者进行MCLMR特征的检查，如小头畸形、淋巴水肿等。

Chen等[35]在研究KIF11突变的9例FEVR患者的突变类型以及基因型与表型的相关性时，发现55.6%(5/9)患者致病突变为移码突变，44.4%(4/9)患者突变为新型突变。88.9%(8/9)患者KIF11突变有典型的FEVR表现。66.7%(6/9)先证者被检测到有小头畸形。另外，Birtel等[36]发现KIF11相关性视网膜疾病在个体间的表型上存在很大差异；进行性视网膜变性也进一步表明KIF11不仅在眼部发育中起作用，而且在维持视网膜的形态和功能过程中也有着重要作用。

1.7CTNNB1基因CTNNB1基因位于染色体3p21上，编码β-连环蛋白，是一种黏附的连接蛋白，支持上皮组织各层之间的完整性并介导细胞间信号转导。β-连环蛋白是经典Wnt信号中基因转录的最终介质，其既参与细胞间的黏附连接，还影响很多种重要基因，这表明了该信号通路在调节细胞增殖中所起的重要作用。此外，CTNNB1也与肿瘤的发生发展有关，在肝癌等其他肿瘤组织中都见到该蛋白的高表达。

先前的研究大多报道CTNNB1杂合突变是综合征型智力障碍(intellectual disability, ID)和自闭症障碍的病因。2016年Dixon等[37]首次报道了CTNNB1突变与FEVR表型相关的案例。在Panagiotou等[38]的研究中，发现CTNNB1突变可引起FEVR，并且FEVR可以是综合征型智力障碍表型的一部分，这进一步确定了β-Catenin信号在视网膜血管发育中所起的作用。有研究表明CTNNB1中的截短突变以常染色体显性遗传方式导致FEVR或Norrie疾病；CTNNB1、KIF11或NDP突变的患者可能具有相似或重叠的表型，但这一现象还需要进一步研究[39]。Coussa等[40]报道了1例小头畸形、轻度运动发育迟缓且伴有FEVR的患儿，从临床和遗传学发现，CTNNB1突变是FEVR伴小头畸形的罕见原因。

1.8JAG1基因JAG1基因位于20号染色体短臂上，JAG1是细胞表面的一种配体，在高度保守的Notch信号通路中起作用。Notch信号通路在细胞生长发育过程中有着至关重要的作用，此外，在许多器官系统中也都很常见。经典的JAG1-Notch相互作用导致蛋白水解的级联反应，从而将Notch胞内结构域转运到细胞核中，在细胞核中它起激活靶基因下游转录的作用[41]。JAG1突变与多种疾病有关，包括多系统疾病，如累及肝脏、心脏、骨骼、眼睛、面部、肾脏和脉管系统的Alagille综合征[42](alagille syndrome)。此外，也发现JAG1的突变与多种类型的癌症有关，如乳腺癌和结肠癌等。

Zhang等[43]报道了FEVR患者JAG1的3个杂合突变-c.413C>Tp.(A138V)、c.1415G>Ap.(R472H)和c.2884A>Gp.(T962A)，后续的检测发现突变的JAG1蛋白JAG1-A138V和JAG1-T962A几乎失去了所有活性，JAG1-R472H失去了大约50%的活性，并证明小鼠JAG1的缺失导致血管生成前沿的尖端细胞减少，血管生长受阻,从而导致视网膜血管生成缺陷。先前报告的FEVR案例多由Wnt和Norrin-β-catenin信号转导途径的4个核心基因NDP、FZD4、LRP5以及TSPAN12的突变引起。此研究表明，JAG1是Notch信号通路的重要配体，是一种新的FEVR候选基因，并指出了治疗干预的潜在靶标。Zeng等[44]研究表明癌细胞中JAG1的过表达促进了小鼠新生血管形成和移植瘤的生长,也说明JAG1可能与血管生成过程中的促血管生成活性有关。或许在疾病条件下抑制JAG1的表达可能抑制血管生长，这在肿瘤和新生血管疾病(如年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变和FEVR等)的治疗中很重要。研究JAG1-Notch信号通路在FEVR发病机制中的作用对了解视网膜血管生成的潜在机制很有价值。

1.9CTNNA1基因CTNNA1基因定位于人染色体5q31上，编码的α-连环蛋白在正常组织内普遍表达，但是在很多肿瘤组织内却表达下调，和肿瘤的进展及预后联系紧密。CTNNA1基因是一个肿瘤抑制基因，有抑制细胞增殖和促进细胞凋亡的作用，受表观遗传机制的调节。Zhu等[45]在2021年研究发现CTNNA1突变通过过度激活β-catenin通路和破坏细胞间黏附连接而引起FEVR。且通过外显子测序确定了CTNNA1的3个杂合突变(p.F72S、p.R376Cfs×27和p.P893L)，并进一步证明了是由于钙黏素-连环蛋白复合物内蛋白相互作用受损导致Norrin-β-catenin信号的过度激活，所以精确调节、激活β-catenin信号通路对视网膜血管发育至关重要，并且此研究为FEVR的发病机制提出了新的见解。

2总结与展望

综上所述，FEVR对视功能的危害极大，我们得加以重视，早发现、早诊断、早治疗。近年来新发现数个致病基因，迄今为止共发现FZD4、LRP5、NDP、CTNNA1、TSPAN12、ZNF408、KIF11、CTNNB1、JAG1九个致病基因，对这些基因的功能以及所参与的信号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确，其发生机制还不甚了解。然而好消息是目前可以使用产前遗传学分析与超声结合以及基因检测等技术，可大大提高FEVR的诊出率，预测高危婴儿的出生预后。目前基因检测以及治疗等技术在快速发展，这将进一步认识以上基因在FEVR中的作用，以及发现更多相关致病基因，也将进一步推进对FEVR的认识，为该疾病的治疗和预防带来可能。