除早产以及环境因素以外,遗传因素在早产儿视网膜病变(ROP)的发生发展中亦伴有重要角色。大规模基因扫描和检测确定了一些与ROP相关的基因多态性或基因突变,包括Wnt信号通路相关的Norrie病蛋白、卷曲蛋白4、低密度脂蛋白受体相关蛋白5和四旋蛋白12基因的突变,以及血管内皮生长因子基因、胰岛素样生长因子1基因和其他相关生长因子基因的多态性。尽管这些发现为基因因素在ROP发病机制中的作用提供了很多证据和支持,但仍需要来自不同地区大样本量的比较和分析才能得出有意义的结论。此外,还需要借助生物信息学技术和蛋白组学技术进一步明确ROP的发病机制。ROP可能是累及多个基因的疾病,而非仅仅累及单一基因;每个基因可能贡献较小,但累积到一定量后可能就导致最终的临床表型出现。随着遗传学技术的不断进步,再整合生物信息学和蛋白组学技术,相信将来能够为ROP的治疗提供更好的方案。
引用本文： 许宇, 赵培泉. 早产儿视网膜病变遗传易感性. 中华眼底病杂志, 2014, 30(1): 97-100. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2014.01.028 复制
早产儿视网膜病变(ROP)发病机制尚不十分清楚。其发生固然与早产、孕周小、过早暴露于高氧环境中等环境因素有一定关系[1]，但同样环境因素却常常有不同的ROP临床表现。在已经发生ROP的患儿中，部分患儿的病变可发生自发性退化，但也有部分患儿即使经过及时的激光光凝治疗，病情仍进展迅速，甚至发生视网膜脱离(RD)。这些不同的临床表现及发生发展过程仅用环境因素这一原因很难解释；不排除还有其他因素也有影响。目前已有研究提示，遗传因素在ROP的发生发展中扮演了一定的角色[2-6]。在ROP患者中，Wnt信号通路相关的Norrie病蛋白(NDP)、卷曲蛋白4(FZD4)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP5)和四旋蛋白12(TSPAN12)基因的突变，血管内皮生长因子(VEGF)基因、胰岛素样生长因子1(IGF-1)基因和其他相关生长因子基因的多态性均有报道[2, 4, 7-20]。为此，现将ROP遗传易感性综述如下。
1 临床表现及病理过程
根据ROP国际分类法(ICROP)[21]，ROP的分类分期有3个基本概念：按区域定位，按时钟钟点位记录病变范围，按疾病的严重程度分为1~5期。根据病变所在部位将视网膜分为3区。通常，ROP发生在1区者最严重，3区是ROP最高发的区域。此外，ICROP在2005年对原有的ROP分类进行了补充和修订[22]，提出了急进性后部型ROP(AP-ROP)这一概念。这是一种特殊类型的ROP，多发生于极低体重的高危早产儿。病变多局限于1区或后部2区，新生血管行径平直。此种类型的病变发展迅速，如果未能在3～4 d内诊断及治疗，常在短时间内 快速进展至5期病变，预后极差。鉴于目前4、5期ROP以及AP-ROP的治疗效果有限，患儿远期预后不理想[23, 24]，找到预测重度ROP发生发展的生物学标记物显得尤为重要。因此，目前对于ROP遗传易感性的研究主要集中针对患有重度ROP的患者。
ROP的发生经历2个阶段：血管阻塞阶段和血管增生阶段[23]。正常视网膜内层血管的发育是在子宫这个相对缺氧的环境中进行的，此时眼内存在一定生理浓度的VEGF来维持视网膜血管化这个过程。VEGF的分泌依赖于氧浓度的变化。当发生早产时，即使未进行吸氧治疗患儿也是进入了一个相对高氧的环境。氧分压的改变使得缺氧状态下趋化的一些促血管生成因子下调。因此，VEGF下调抑制小胶质细胞前体细胞迁移停止，血管生长发育停滞于视网膜有血管区和无血管区的交界处。此期在临床上相对应的矫正胎龄为22~30周。第二阶段是血管增生期，此期在临床上相对的矫正胎龄大概在31~42周以后。由于周边视网膜内层没有相应的血管形成，使得周边视网膜无血管区处于低氧状态从而刺激新生血管形成。由于VEGF含量激增，而内层视网膜正常血管形成已经终止，取而代之的则是在视网膜有血管区和无血管区交界处产生新生血管，类似于传统ROP的3期病变，或者在视网膜后极部产生新生血管，如AP-ROP。
2 Wnt信号通路及其相关基因
与ROP临床表现极为相似的遗传性眼病，家族性渗出性玻璃体视网膜病变(FEVR)，它的致病基因首先成为ROP遗传易感性研究的热点基因。FEVR一般发生于足月儿，多累及双眼[25]。分子遗传学研究结果表明，NDP、FZD4、LRP5和TSPAN12基因是FEVR的致病基因[26]。Sharsty等[7]最早开展了NDP基因突变与ROP相关性的研究。他们在4例低出生体重的早产儿中发现了2个位于NDP基因第3个外显子的错义突变：R121W和L108P。随后又有大量的研究显示NDP基因突变与重度ROP相关[2, 8-10]。最新的一项研究运用直接测序法对日本53例重度早产儿的4个FEVR致病基因突变进行了检测，结果显示，在FZD4和LRP5基因的编码区有6种不同的非同义突变[4]。到目前为止，仅有TSPAN12基因尚未在重度ROP患者中发现存在突变。
基因突变导致ROP患儿视网膜未血管化的确切机制尚不清楚。但是NDP、FZD4和LRP5基因突变在ROP患者中发现，这提示我们ROP和FEVR可能有相似的发病机制。Wnt信号通路在许多物种中都是高度保守的，它在胚胎发育过程中起至关重要的作用，包括细胞生存、纤维化、细胞迁移、调节血管发生等[27, 28]。FEVR的4个致病基因均参与了β连环素(β-catenin)介导的Wnt信号通路，而该信号通路主要调控视网膜血管的发育[27-29]。其中，NDP基因控制norrin蛋白的表达量，而FZD4、LRP5和TSPAN12共同组成了细胞膜上的Wnt配体复合物。只有当Wnt蛋白或norrin蛋白与Wnt配体复合物结合后，生物学信号才能通过Wnt信号通路传导至细胞核内，通过转录因子的作用从而开启靶基因并由此调控视网膜血管化[30]。Junge等[29]发现，TSPAN12与norrin-FZD4-LRP5一起组成信号复合物，可有效提高β-catenin的信号水平。TSPAN12蛋白是四旋蛋白超家族成员之一，它有助于多分子膜复合物的形成。一系列的研究显示FZD4多聚体形成过程需要TSPAN12的参与[28, 29]。转录因子sox17能够被norrin-FZD4-LRP5信号所上调[31]。而此因子在视网膜血管化过程中扮演着重要的角色。因此NDP、FZD4、LRP5和TSPAN12基因中的任何一个发生突变，都会导致norrin-FZD4-LRP5-TSPAN12信号通路缺陷或者功能异常，相应的生物学信息无法传输至细胞核内，进而导致血管发育异常出现视网膜未血管化[27]。而视网膜无血管区是ROP和FEVR的显著临床表现。鉴于目前已在ROP患者中找到了NDP、FZD4和LRP5基因突变，与其相关的Wnt信号通路有何种反应，将是我们今后的研究方向。进一步理解和认识此信号通路在眼部的作用有助于为临床治疗或预防ROP提供新思路和新方法，相信在不久的将来Wnt信号通路可能成为ROP的治疗靶点[32]。
然而，尽管研究结果表明重度ROP患者存在基因突变，但存在基因突变的患者占重度ROP患者比例仅为3%~11%[2-4]，即NDP、FZD4和LRP5基因并不是导致大部分ROP患者发生病变的主要致病基因。这提示，可能还有其他基因的突变涉及视网膜血管发育和新生血管形成。
3 其他相关基因的多态性
3.1 VEGF
ROP致盲的主要原因是发生视网膜新生血管，如果未及时治疗病变迅速进展至RD。而血管增生阶段主要的细胞因子就是VEGF[33]。临床上抗VEGF制剂在治疗视网膜新生血管性疾病方面有较好的疗效，VEGF及其相关信号通路的研究成为临床关注的热点。
VEGF基因存在较高的多态性，目前已经注册的多态性位点大于70个，GenBank基因登录号分别为AF095785和AF437895。但这些位点多是无功能的。目前对于VEGF基因多态性与ROP相关性的研究热点主要集中在VEGF基因上游的5′非转录区和外显子编码区的部分单核苷酸多态性(SNPs)位点。这些VEGF的SNPs位点在其他血管性疾病中已经发现可能通过诱导VEGF蛋白的合成对疾病产生影响[11, 12]。Cooke等[13]在病例对照研究中发现，VEGF基因的5′非转录区-634G等位基因是阈值期ROP的独立危险因素，纯合子G等位基因的患儿病变进展至阈值期ROP的风险是其他基因型患儿的2倍。Vannay等[14]则发现，与未接受治疗的早产儿相比，VEGF+450C等位基因在阈值期病变的早产儿中更加普遍；在校正性别、氧疗和孕周等危险因素后，仍然显示VEGF -460TT/+405CC单倍体与重度ROP的发生有显著相关性。这些研究结果均提示VEGF基因型可能与重度ROP的发生相关。遗憾的是，其他研究者并未在以上位点重复出这些研究结果[15, 16]，这可能与种族差异以及样本量有限有关。Liu等[17]对近年来VEGF多态性与ROP的相关性进行了meta分析，结果显示重度ROP的发生与VEGF基因-460T/C多态性有关，但与-634G/C、-2578C/A和936C/T未发现相关性。
3.2 IGF-1
IGF-1是新生儿出生后调控视网膜血管发育的重要因子，IGF-1基因敲除小鼠的视网膜血管呈异常生长[18]。与VEGF不同的是，IGF-1的分泌不依赖于氧浓度的变化，在IGF-1缺乏的状态下，VEGF无法起到促血管生成的作用[33]。一项前瞻性研究结果表明，血清IGF-1含量下降是发生ROP的危险因素[19]。Bonafè等[20]的研究结果显示，与对照组相比，IGF-1受体G3174A携带者其血浆IGF-1浓度较低。因此有学者提出假设，IGF-1受体的SNPs可能与ROP的发生发展有关，但他们的研究结果未能显示IGF-1受体G3714A多态性与ROP的发生有显著相关性[34, 35]。
3.3 其他相关细胞因子
此外，还有其他一些相关细胞因子的基因在不同的人种中发现有多态性的改变。内皮型一氧化氮(eNO)是一种血管扩张剂，它具有放松平滑肌、防止血小板聚积的功能，在新生血管的发生过程中起到重要的作用[36]。eNO的合成受内皮型一氧化氮合酶(eNOS)基因的控制[36]。有研究结果表明，eNOS的SNPs与重度ROP的发生发展相关。Yanamandra等[37]在高加索人群中发现eNOS 的-786C和894T等位基因突变是ROP发生发展的重要危险因素。Shastry[38]对15例重度ROP患者与32例正常对照进行特定等位基因的聚合酶链反应检测，发现启动子区域T-786C多态性与重度ROP发生有显著关联，但与功能性的eNOS 27个碱基对的重复序列多态性以及G894T的多态性无相关性。
血管紧张素转化酶(ACE)是肾素-血管紧张素系统的一部分，它可以水解血管紧张素Ⅰ生成血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ是ROP发病过程中重要的病理生理因子[39]。Haider等[40]对科威特的早产儿人群进行研究，发现ACE基因多态性与ROP有关。但其他研究结果并不支持此观点[41, 42]。
转化生长因子β1(TGF-β1)参与细胞周期的调控、血管及胚胎的形成等过程，而血清肿瘤坏死因子α(TNF-α)是机体主要的炎性因子之一。研究结果表明，血清TGF-β1和TNF-α水平升高与ROP的进展有关[43, 44]。Cooke等[13]发现孕周低于32周且出生体重低于1500 g的早产儿中TGF-β1(C-509T)与TNF-α(G-308A)存在基因多态性，但其多态性与ROP进展无显著相关性。
Mohamed等[45]采用候选基因法发现3个SNPs与ROP的发生有关。其中1个SNPs位于编码缺氧诱导因子2蛋白的EPAS1基因中，另外2个SNPs位于补体因子H基因中。但他们尚未找到这些基因功能的改变直接作用于ROP发生发展的证据。
由此可见，大量的研究结果为基因因素在ROP发病机制中的作用提供了证据，但仍需要来自不同地区不同人种的大样本量的分析结果来验证这些基因的作用。明确基因多态性或基因突变仅仅是个开始，ROP很可能是累及多个基因的疾病，尽管每个基因贡献较小，但累积到一定量后就可能导致最终的临床表型出现。因此，随着遗传学技术的不断进步，再整合生物信息学和蛋白组学技术，相信将来能够为ROP的治疗提供更好的方案。
早产儿视网膜病变(ROP)发病机制尚不十分清楚。其发生固然与早产、孕周小、过早暴露于高氧环境中等环境因素有一定关系[1]，但同样环境因素却常常有不同的ROP临床表现。在已经发生ROP的患儿中，部分患儿的病变可发生自发性退化，但也有部分患儿即使经过及时的激光光凝治疗，病情仍进展迅速，甚至发生视网膜脱离(RD)。这些不同的临床表现及发生发展过程仅用环境因素这一原因很难解释；不排除还有其他因素也有影响。目前已有研究提示，遗传因素在ROP的发生发展中扮演了一定的角色[2-6]。在ROP患者中，Wnt信号通路相关的Norrie病蛋白(NDP)、卷曲蛋白4(FZD4)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP5)和四旋蛋白12(TSPAN12)基因的突变，血管内皮生长因子(VEGF)基因、胰岛素样生长因子1(IGF-1)基因和其他相关生长因子基因的多态性均有报道[2, 4, 7-20]。为此，现将ROP遗传易感性综述如下。
1 临床表现及病理过程
根据ROP国际分类法(ICROP)[21]，ROP的分类分期有3个基本概念：按区域定位，按时钟钟点位记录病变范围，按疾病的严重程度分为1~5期。根据病变所在部位将视网膜分为3区。通常，ROP发生在1区者最严重，3区是ROP最高发的区域。此外，ICROP在2005年对原有的ROP分类进行了补充和修订[22]，提出了急进性后部型ROP(AP-ROP)这一概念。这是一种特殊类型的ROP，多发生于极低体重的高危早产儿。病变多局限于1区或后部2区，新生血管行径平直。此种类型的病变发展迅速，如果未能在3～4 d内诊断及治疗，常在短时间内 快速进展至5期病变，预后极差。鉴于目前4、5期ROP以及AP-ROP的治疗效果有限，患儿远期预后不理想[23, 24]，找到预测重度ROP发生发展的生物学标记物显得尤为重要。因此，目前对于ROP遗传易感性的研究主要集中针对患有重度ROP的患者。
ROP的发生经历2个阶段：血管阻塞阶段和血管增生阶段[23]。正常视网膜内层血管的发育是在子宫这个相对缺氧的环境中进行的，此时眼内存在一定生理浓度的VEGF来维持视网膜血管化这个过程。VEGF的分泌依赖于氧浓度的变化。当发生早产时，即使未进行吸氧治疗患儿也是进入了一个相对高氧的环境。氧分压的改变使得缺氧状态下趋化的一些促血管生成因子下调。因此，VEGF下调抑制小胶质细胞前体细胞迁移停止，血管生长发育停滞于视网膜有血管区和无血管区的交界处。此期在临床上相对应的矫正胎龄为22~30周。第二阶段是血管增生期，此期在临床上相对的矫正胎龄大概在31~42周以后。由于周边视网膜内层没有相应的血管形成，使得周边视网膜无血管区处于低氧状态从而刺激新生血管形成。由于VEGF含量激增，而内层视网膜正常血管形成已经终止，取而代之的则是在视网膜有血管区和无血管区交界处产生新生血管，类似于传统ROP的3期病变，或者在视网膜后极部产生新生血管，如AP-ROP。
2 Wnt信号通路及其相关基因
与ROP临床表现极为相似的遗传性眼病，家族性渗出性玻璃体视网膜病变(FEVR)，它的致病基因首先成为ROP遗传易感性研究的热点基因。FEVR一般发生于足月儿，多累及双眼[25]。分子遗传学研究结果表明，NDP、FZD4、LRP5和TSPAN12基因是FEVR的致病基因[26]。Sharsty等[7]最早开展了NDP基因突变与ROP相关性的研究。他们在4例低出生体重的早产儿中发现了2个位于NDP基因第3个外显子的错义突变：R121W和L108P。随后又有大量的研究显示NDP基因突变与重度ROP相关[2, 8-10]。最新的一项研究运用直接测序法对日本53例重度早产儿的4个FEVR致病基因突变进行了检测，结果显示，在FZD4和LRP5基因的编码区有6种不同的非同义突变[4]。到目前为止，仅有TSPAN12基因尚未在重度ROP患者中发现存在突变。
基因突变导致ROP患儿视网膜未血管化的确切机制尚不清楚。但是NDP、FZD4和LRP5基因突变在ROP患者中发现，这提示我们ROP和FEVR可能有相似的发病机制。Wnt信号通路在许多物种中都是高度保守的，它在胚胎发育过程中起至关重要的作用，包括细胞生存、纤维化、细胞迁移、调节血管发生等[27, 28]。FEVR的4个致病基因均参与了β连环素(β-catenin)介导的Wnt信号通路，而该信号通路主要调控视网膜血管的发育[27-29]。其中，NDP基因控制norrin蛋白的表达量，而FZD4、LRP5和TSPAN12共同组成了细胞膜上的Wnt配体复合物。只有当Wnt蛋白或norrin蛋白与Wnt配体复合物结合后，生物学信号才能通过Wnt信号通路传导至细胞核内，通过转录因子的作用从而开启靶基因并由此调控视网膜血管化[30]。Junge等[29]发现，TSPAN12与norrin-FZD4-LRP5一起组成信号复合物，可有效提高β-catenin的信号水平。TSPAN12蛋白是四旋蛋白超家族成员之一，它有助于多分子膜复合物的形成。一系列的研究显示FZD4多聚体形成过程需要TSPAN12的参与[28, 29]。转录因子sox17能够被norrin-FZD4-LRP5信号所上调[31]。而此因子在视网膜血管化过程中扮演着重要的角色。因此NDP、FZD4、LRP5和TSPAN12基因中的任何一个发生突变，都会导致norrin-FZD4-LRP5-TSPAN12信号通路缺陷或者功能异常，相应的生物学信息无法传输至细胞核内，进而导致血管发育异常出现视网膜未血管化[27]。而视网膜无血管区是ROP和FEVR的显著临床表现。鉴于目前已在ROP患者中找到了NDP、FZD4和LRP5基因突变，与其相关的Wnt信号通路有何种反应，将是我们今后的研究方向。进一步理解和认识此信号通路在眼部的作用有助于为临床治疗或预防ROP提供新思路和新方法，相信在不久的将来Wnt信号通路可能成为ROP的治疗靶点[32]。
然而，尽管研究结果表明重度ROP患者存在基因突变，但存在基因突变的患者占重度ROP患者比例仅为3%~11%[2-4]，即NDP、FZD4和LRP5基因并不是导致大部分ROP患者发生病变的主要致病基因。这提示，可能还有其他基因的突变涉及视网膜血管发育和新生血管形成。
3 其他相关基因的多态性
3.1 VEGF
ROP致盲的主要原因是发生视网膜新生血管，如果未及时治疗病变迅速进展至RD。而血管增生阶段主要的细胞因子就是VEGF[33]。临床上抗VEGF制剂在治疗视网膜新生血管性疾病方面有较好的疗效，VEGF及其相关信号通路的研究成为临床关注的热点。
VEGF基因存在较高的多态性，目前已经注册的多态性位点大于70个，GenBank基因登录号分别为AF095785和AF437895。但这些位点多是无功能的。目前对于VEGF基因多态性与ROP相关性的研究热点主要集中在VEGF基因上游的5′非转录区和外显子编码区的部分单核苷酸多态性(SNPs)位点。这些VEGF的SNPs位点在其他血管性疾病中已经发现可能通过诱导VEGF蛋白的合成对疾病产生影响[11, 12]。Cooke等[13]在病例对照研究中发现，VEGF基因的5′非转录区-634G等位基因是阈值期ROP的独立危险因素，纯合子G等位基因的患儿病变进展至阈值期ROP的风险是其他基因型患儿的2倍。Vannay等[14]则发现，与未接受治疗的早产儿相比，VEGF+450C等位基因在阈值期病变的早产儿中更加普遍；在校正性别、氧疗和孕周等危险因素后，仍然显示VEGF -460TT/+405CC单倍体与重度ROP的发生有显著相关性。这些研究结果均提示VEGF基因型可能与重度ROP的发生相关。遗憾的是，其他研究者并未在以上位点重复出这些研究结果[15, 16]，这可能与种族差异以及样本量有限有关。Liu等[17]对近年来VEGF多态性与ROP的相关性进行了meta分析，结果显示重度ROP的发生与VEGF基因-460T/C多态性有关，但与-634G/C、-2578C/A和936C/T未发现相关性。
3.2 IGF-1
IGF-1是新生儿出生后调控视网膜血管发育的重要因子，IGF-1基因敲除小鼠的视网膜血管呈异常生长[18]。与VEGF不同的是，IGF-1的分泌不依赖于氧浓度的变化，在IGF-1缺乏的状态下，VEGF无法起到促血管生成的作用[33]。一项前瞻性研究结果表明，血清IGF-1含量下降是发生ROP的危险因素[19]。Bonafè等[20]的研究结果显示，与对照组相比，IGF-1受体G3174A携带者其血浆IGF-1浓度较低。因此有学者提出假设，IGF-1受体的SNPs可能与ROP的发生发展有关，但他们的研究结果未能显示IGF-1受体G3714A多态性与ROP的发生有显著相关性[34, 35]。
3.3 其他相关细胞因子
此外，还有其他一些相关细胞因子的基因在不同的人种中发现有多态性的改变。内皮型一氧化氮(eNO)是一种血管扩张剂，它具有放松平滑肌、防止血小板聚积的功能，在新生血管的发生过程中起到重要的作用[36]。eNO的合成受内皮型一氧化氮合酶(eNOS)基因的控制[36]。有研究结果表明，eNOS的SNPs与重度ROP的发生发展相关。Yanamandra等[37]在高加索人群中发现eNOS 的-786C和894T等位基因突变是ROP发生发展的重要危险因素。Shastry[38]对15例重度ROP患者与32例正常对照进行特定等位基因的聚合酶链反应检测，发现启动子区域T-786C多态性与重度ROP发生有显著关联，但与功能性的eNOS 27个碱基对的重复序列多态性以及G894T的多态性无相关性。
血管紧张素转化酶(ACE)是肾素-血管紧张素系统的一部分，它可以水解血管紧张素Ⅰ生成血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ是ROP发病过程中重要的病理生理因子[39]。Haider等[40]对科威特的早产儿人群进行研究，发现ACE基因多态性与ROP有关。但其他研究结果并不支持此观点[41, 42]。
转化生长因子β1(TGF-β1)参与细胞周期的调控、血管及胚胎的形成等过程，而血清肿瘤坏死因子α(TNF-α)是机体主要的炎性因子之一。研究结果表明，血清TGF-β1和TNF-α水平升高与ROP的进展有关[43, 44]。Cooke等[13]发现孕周低于32周且出生体重低于1500 g的早产儿中TGF-β1(C-509T)与TNF-α(G-308A)存在基因多态性，但其多态性与ROP进展无显著相关性。
Mohamed等[45]采用候选基因法发现3个SNPs与ROP的发生有关。其中1个SNPs位于编码缺氧诱导因子2蛋白的EPAS1基因中，另外2个SNPs位于补体因子H基因中。但他们尚未找到这些基因功能的改变直接作用于ROP发生发展的证据。
由此可见，大量的研究结果为基因因素在ROP发病机制中的作用提供了证据，但仍需要来自不同地区不同人种的大样本量的分析结果来验证这些基因的作用。明确基因多态性或基因突变仅仅是个开始，ROP很可能是累及多个基因的疾病，尽管每个基因贡献较小，但累积到一定量后就可能导致最终的临床表型出现。因此，随着遗传学技术的不断进步，再整合生物信息学和蛋白组学技术，相信将来能够为ROP的治疗提供更好的方案。