青光眼分子遗传学的研究进展
国外医学眼科学分册1999年第23卷第5期
白求恩医科大学第二临床学院眼科
宋跃 吴荒 综述
摘要：青光眼是一种表现较为复杂的眼部疾病，所有年龄段的人均可罹患。近几年来，关于青光眼分子遗传学方面的研究有了长足的进展。其中，与青少年型开角型青光眼（JOAG）有关的TIGR（小梁网诱导性糖皮质激素反应蛋白）基因和与原发性先天性青光眼（PCG）有关的CYPIB1（细胞色素P4501B1）基因的研究比较深入。本文将以这两个基因为主，就青光眼分子遗传学的研究进展进行综述。
青光眼是一种视神经的病变，如不给予治疗可导致全盲。从病因学角度分类可将青光眼分为原发性和继发性；根据前房形态可将其分为开角型和闭角型；根据发病的时间可分为婴儿型青少年型和成人型%26shy;[1]。不同类型的青光眼均具有一些共同的临床表现，如视乳头特异性的改变和逐步进展的特征性视野缺损。此外，还常伴有眼压增高。
新生儿和老年人均可出现青光眼的临床表现，这种发病时间的差异取决于不同个体所患疾病的类型。婴幼儿型青光眼通常发生于3岁以内；青少年型青光眼的发病年龄在3至30岁之间[2-5]；临床上最常见的迟发性青光眼多发生于40岁以后[1，6-10]。婴幼儿型和青少年型青光眼较少见，前者的发病率在1/1250[11]和1/10000[12]之间，对后者尚无确切的报道。大量的青光眼患者并无家庭史[13]，但也有相当比例的患者其系谱中表现出明显的遗传倾向[14-20]。原发性先天性青光眼主要的遗传方式是常染色体隐性遗传[11,12,21]，青少年型和成年型青光眼则多表现为外显率逐渐降低的常染色体显性遗传[21-25]。许多与青光眼相关的其它眼部疾病也常表现出常染色体显性遗传的特征[26-30]。有关不同类型原发性青光眼与其它一些相关疾病的染色体定位总结见表1。
表1 不同类型原发性青光眼及其它一些相关疾病的染色体定位
AD：常染色体显性遗传；AR：常染色体隐性遗传
目前，有两个基因与青光眼之间的关系研究得比较深入，即与青少年型原发性开角型青光眼有关的TIGR基因和与婴幼儿型原发性先天性青光眼有关的CYP1B1基因，以下，将以这两个基因为主，对青光眼分子遗传学的研究进展进行综述。
一TIGR基因与青少年型开角型青光眼
青少年型开角型青光眼（JOAG）是原发性开角型青光眼（POAG）的一个类型，原发性开角型青光眼可分为青少年型开角型青光眼和成年型慢性开角型青光眼（COAG）。两者相比，JOAG的发病时间早，临床表现更为严重。到目前为止，所有家族性青光眼患者的临床表现都非常相似，属于典型的青少年型原发性开角型青光眼。尽管确切的发病年龄不完全一致，但大多数患者都是在儿童期到成年期（平均18岁）之间确认的。他们的眼压非常高，通常在40-50mmHg之间，药物治疗在发病初期有效，但要控制青光眼的进展，还必须手术治疗。
（一）TIGR基因的定位结构及编码产物
1、TIGR基因的定位
1993年初，人们对JOAG分子遗传学的研究揭开了新的一页，Sheffield等[31]通过对一个美国大家系的研究，把该种类型青光眼的基因定位于1q21-q31区，并命名为GLC1A。后来，研究人员将GLC1A基因座定位在第1号染色体DIS3665和DIS3664之间，约3cm的区域内[32]，随后又将其范围缩小到DIS1619和DIS3664之间。有几个位于GLC1A区域内的基因曾作为青光眼的候选基因，包括LAMC1[33]，NPR1[34]，CNR2[35]，SELE[36]，SELL[37]，TSGP1[38]，APTILG1[39]和TIGR[40，41]。经过进一步连锁分析，SSCP分析和直接测序，最终将TIGR基因确定为JOAG的候选基因[42]。
2、TIGR蛋白的分布
TIGR基因最初是从含糖皮质激素培养基的小梁网原始细胞中分离得出的，这种反应蛋白被命名为TIGR（小梁网诱导性糖皮质激素反应蛋白）。后来证明定不仅存在于小梁网，而且还存在于睫状体，这两种组织参与了房水的产生和循环调节，房水对于滋养眼的各种组织和眼压的调控是必需的[43]。该种蛋白已被单独分离、克隆并从人类睫状体文库中调出[44]。这些研究者指出，在眼组织中，TIGR的转录本大量存在于虹膜和睫状体，但在角膜、晶体、视网膜色素上皮中含量很低甚至检测不出。眼外组织中，其转录本易与心肌和骨骼肌的RNA杂交，但在脑、胎盘、肺、肝、肾、胰脏中未发现它的存在。这说明，TIGR仅存在于眼和眼外的肌肉组织中[44]。
3、TIGR基因的结构
Nguyen等[45]用TIGR的cDNA对大约10000个PAC克隆进行了筛选，选出2个基因组克隆PAC-59-F4和PAC-63-B19。从HindIII消化DNAs的作图和用TIGR的cDNA探针进行的Southern印迹法分析显示的带型来看，这两个克隆十分相象。此二克隆估计有100kb长，称为P1-TIGR，其亚克隆与TIGR的cDNA杂交时有阳性反应，包括6个EcoRI克隆（命名为4A，6A，9B，10B，12B和2C），5个HindIII克隆（12C，1D，1E，9E和12E）和1个Pst-I克隆（1F）。作图的结果显示克隆12B（7kb），1F（6kb），和4A、6A、6B、9B、2C（均为5kb）相重叠；克隆9E、12E、1E（均为2kb）和10B（2.5kb）及12C（4kb）相重叠。研究人员基于这些亚克隆的作图和序列分析，建立起了TIGR基因的结构图，该结构包括了3个外显子，中间隔有两个长的内含子。还有5’和3’端的非翻译区。翻译起始位点包括2个与TATA和CAT盒相邻的胞嘧啶残基。
由于GC诱导的基因表达可位于距GRE元件较远的下游[47，48]，所以研究人员对P1-TIGR基因组克隆5kb的区域均进行了测序，明确了它的启动结构。推测TIGR基因的启动序列包括：（1）TATA盒、CAT盒和起始位点；（2）多种激素和细胞信号反应元件，包括7个GREs和3个nGREs（4个GREs和2个nGREs位于近端2.5kb启动区内），3个ERE（雄激素反应元件），1个PRE（孕酮反应元件）和1个TRE（近端甲状腺反应元件）；（3）早期和即时基因反应元件，包括1个SRE（血浆反应元件），3个AP-1位点和1个AP-2位噗，1个ICS（干扰素共同序列）；（4）与氧化损伤、DNA损伤、剪切压力和热休克蛋白反应元件（HSPRE）：包括1个NF-KB，2个PEAs,4个SSRE，剪切压力反应元件[49]，和2个HSPRE；（5）阻遏物顺序，包括PRFE（血浆抑制因子元件）；（6）以组织特异性方式进行调节的顺序：包括GC2，Prl-FR1II和Prl-FPIII(靶组织为垂体)，HNF-1（肝细胞瘤核心因子-1），VBP（黄体生成基因结合蛋白）（靶组织为肝）和KTF（靶组织为表皮）位点；（7）特殊的结构：包括1个近端（GT）13重复单元，1个近端（CA）6重复单元，1个近端MIR重复区域（位于nt-514到-319）[50]和1个末端Alu重复区域（位于nt-3942到-3823）。Alu和MIR重复区域的功能可能是能提高TIGR基因的表达。另外，TIGR基因中缺少Sp-1位点，这可能是TIGR蛋白的分布不像其它细胞外基质成分那么广泛的原因所在。
4、TIGR基因的编码产物
用抗rTIGR抗体进行免疫沉淀反应，对[35S]蛋氨酸标记的经DEX处理的TM细胞中TIGR的表达水平进行测定，结果在胞外发现了一咱66-Kda的糖蛋白和一种分子量在55Kda左右的蛋白。看来在DEX处理的TM细胞中，TIGR的胞外表达有糖基化和非糖基化两种形式，从蛋白测序和抗体反应结果来看，TIGR的cNDA编码一对55Kda的蛋白，分别由504和472个氨基酸组成，而66Kda的蛋白可能就是55Kda蛋白中某一种（或两种均是）的糖基化形式。由于TIGR基因只是一种拷贝，一种转录产物，而TIGR蛋白有多咱不同的形式，这种差别的产生只能是在TIGR基因的翻译和翻译后水平。
5、TIDR是一种亮氨酸拉链样糖蛋白与Oifactomedin同源
对TIDR的cDNA顺序的结构分析显示，其细胞外分子与Oifactomedin具有同源性[50]。TIDR的开放阅读框架（ORF）中有两个可能的起始密码（ATG），二者的位置相邻。TIDR基因编码糖蛋白和胞外连接位点，包括一N-糖基化位点，即Asn-Glu-Ser(第57-59氨基酸)[51]；7个可能的O-糖基化位点，包括整个分子中的Ser-Pro,Pro-Ser,Thr-Xaa-Xaa-Pro,Ser-Xaa-Xaa-Xaa-Pro(Xaa代表任意氨基酸)[51]。它还含有一HA连接序列Arg-Arg-Gly-Gln-Cys-Pro-Ser-Thr-Arg(位于第181-189氨基酸)，组成了公认的motifB(X7)B(其中，B代表一碱性氨基酸（basic aa）,Xaa代表任一氨基酸[52])。其cDNA中包含GAG起始位点Asp-Gln-Ser-Gly序列（位于第42-45氨基酸）和Ser-Gly-Glu-Gly序列（位于第238-241氨基酸），与proteo-glycans中公认的motif asp-Xss-Ser-Gly和Ser-Gly-Xaa-Gly序列相一致[53，54]。TIGR分子其它重要的特征还包括两簇7个亮氨酸组成的拉链和羧基端由178个氨基酸组成的与Olfac-tomedin同源的区域。CDNA序列总体的特点还包括一信号序列（第2个ATG位点后的亮氨酸丰富区），两个多腺苷酸信号序列（位于3’非翻译区）。
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