识别导致近视儿童眼轴过度延长的致病变异

《PLOS One》：Identification of pathogenic variants for the development of ultra-long axial length in myopic children

轴向延长是儿童近视进展的关键因素，但其遗传机制尚未完全阐明。本研究纳入56名轴长异常儿童，通过全外显子组测序（WES）发现5个新致病性变异（BBS2 c.700C＞T/c.534+1G＞T复合杂合、P4HA2 c.1382C＞G、FBN1 c.7130T＞C、LOXL3 c.1580delC、FZD4 c.1315G＞A），其中BBS2复合杂合突变和P4HA2变异呈现与既往研究不同的表型。该研究扩展了近视的遗传谱系，为精准筛查和干预提供了新靶点。

　　本研究聚焦于儿童高度近视的遗传基础，通过对56名具有异常眼轴长度的儿童进行全外显子组测序（WES），发现了一些可能与近视进展相关的新型基因变异。这些发现不仅扩展了我们对近视遗传机制的理解，也为近视的早期筛查和干预提供了新的方向。近视是一种全球范围内的公共健康问题，其患病率逐年上升，尤其在儿童群体中表现得更为明显。在中国，6至8岁儿童的近视率在2020年前后已从10%-15%增长至20%-25%，尽管在2021年后有所稳定，但其对视力健康的长期影响不容忽视。眼轴长度的异常延长是近视进展的主要原因，然而其背后的遗传机制尚未完全阐明。

近视的发生通常与遗传和环境因素共同作用，其中遗传因素在某些病例中表现出显著的主导作用。例如，一些研究发现，眼轴长度的异常与多个基因的变异有关，包括影响巩膜重塑、胶原蛋白代谢、视网膜信号传导以及晶状体或玻璃体发育的基因。这些基因的变异可能通过影响眼球的结构和生长，间接导致眼轴长度的异常延长。尽管已有部分基因与近视相关，但它们仅能解释一部分病例，许多基因与表型之间的关系仍然未知，特别是在儿童群体中，早期近视可能反映出更强的遗传影响。

为了深入探讨这一问题，本研究采用了全外显子组测序技术，对56名6至12岁儿童的口腔黏膜样本进行基因分析。这些儿童的眼轴长度均超出其年龄组的正常范围，且排除了其他可能影响屈光状态的眼部疾病。研究过程中，除了进行基因测序外，还结合了一系列眼科检查，包括视力、眼轴长度、屈光度、视网膜摄影、视神经纤维层厚度、视诱发电位（VEP）和视网膜光学相干断层扫描（OCT）等。通过这些检查，研究人员能够更全面地评估患者的近视程度和视网膜变化，从而更好地理解基因变异与临床表现之间的关系。

在所有56名儿童中，共有15名携带了可能与近视相关的基因变异。这些变异涉及BBS2、OPN1LW、P4HA2、FBN1、LOXL3、FZD4、USH2A、COL2A1和BFSP2等基因。其中，有五个变异是首次被报道，包括BBS2（c.700C?>?T）、P4HA2（c.1382C?>?G）、FBN1（c.7130T?>?C）、LOXL3（c.1580delC）和FZD4（c.1315G?>?A）。这些变异的类型包括错义变异、无义变异、移码变异等，表明不同的基因变异可能通过不同的机制影响眼轴长度的异常增长。

在BBS2基因中，研究人员发现了一种罕见的复合杂合变异（c.700C?>?T/c.534?+?1G?>?T），该变异出现在一名非综合征性儿童中。该儿童的眼轴长度和近视程度均高于正常范围，但未表现出Bardet-Biedl综合征（BBS）的其他典型症状。这一发现提示，BBS2基因可能在某些情况下不仅与BBS相关，还可能在非综合征性近视中发挥作用，或者这些儿童可能处于BBS的早期前驱阶段。这为BBS2基因的功能研究提供了新的视角。

此外，研究还发现P4HA2基因的一个新变异（c.1382C?>?G，p.A461G），该变异尚未在现有数据库中被报道。P4HA2基因编码的是一种关键的脯氨酸4-羟化酶，这种酶在胶原蛋白的羟化过程中起着重要作用，而胶原蛋白的稳定性对于维持巩膜结构至关重要。该变异位于P4HA2基因的二氧酶结构域内，与已知的两个致病性变异（c.1327A?>?G和c.1349_1350delGT）在氨基酸序列上仅相距10-18个残基。这种变异的聚集性表明，该区域在酶功能中具有重要作用。考虑到邻近变异的严重功能丧失效应，这一新变异可能同样影响胶原蛋白的羟化过程，从而降低巩膜的张力，促进眼轴的异常延长。

LOXL3基因中的一个新变异（c.1580delC，p.Thr527fs）也被发现，该变异属于移码变异，由单个核苷酸的缺失引起。LOXL3基因编码的是一种与胶原蛋白和弹性蛋白交联相关的酶，其功能异常可能影响巩膜的稳定性，进而导致眼轴的异常增长。该变异与显著的眼轴延长相伴随，支持了之前关于LOXL3基因与非综合征性早期高度近视之间关联的研究结论。

在FZD4基因中，研究人员发现了一个新变异（c.1315G?>?A，p.Val439Met），该变异属于错义变异，导致缬氨酸被甲硫氨酸取代。FZD4基因是Wnt信号通路中的一个重要受体，该通路在视网膜血管发育中起着关键作用。此前的研究表明，Norrin/FZD4信号轴通过激活Wnt/β-连环蛋白通路，调控视网膜内皮细胞的增殖和迁移，从而维持血管生成。因此，FZD4基因变异可能通过影响这一信号通路，进而干扰视网膜血管发育，最终影响巩膜重塑和眼轴长度。

研究还发现，FBN1基因的一个新变异（c.7130T?>?C，p.Ile2380Thr）与眼轴异常延长相关。FBN1基因编码的是一种与马凡综合征（MFS）和结缔组织弹性相关的蛋白。虽然FBN1基因的变异通常与马凡综合征的系统性表现相关，但在本研究中，该变异仅导致眼轴长度的显著延长，而没有出现典型的系统性症状，如心血管异常。这支持了Flitcroft DI等人的观点，即某些FBN1变异可能在系统性表现之前就表现出眼部特征。因此，对于携带FBN1变异的个体，除了关注眼部健康外，还需要进行系统的监测，以确认是否会在成年后出现马凡综合征的其他症状。

值得注意的是，P4HA2基因的变异（c.419A?>?G，p.Q140R）已被证实与非综合征性高度近视相关，但其在本研究中的表现却有所不同。在F#5家族中，患者及其母亲均携带该变异，但仅表现出轻度至中度近视，而非之前报道的严重近视（屈光度小于-10.0D，眼轴长度超过26mm）。这种表型的差异提示，基因变异的影响可能受到多种因素的调节，包括遗传修饰因子、环境暴露（如长时间近距离用眼或户外活动减少）以及可能的表观遗传机制。这也表明，某些基因变异可能具有不完全外显性，即并非所有携带该变异的个体都会表现出相同的临床症状。

本研究还发现了一些具有独特临床表现的基因变异，例如在F#2家族中，OPN1LW基因的一个变异（LVAVA）与眼轴长度异常和高度近视相关。该变异导致视网膜出现类似豹斑的改变，这与之前的研究结果一致。然而，患者的父母并未表现出相同的表型，这可能意味着该变异在不同个体中表现出不同的效应，或者其影响受到其他遗传或环境因素的调节。

综上所述，本研究通过全外显子组测序技术，识别了与儿童高度近视相关的五个新型基因变异，并发现其中两个病例的临床表现与之前的研究结果不同。这些发现不仅揭示了高度近视的遗传异质性，还为未来的基因筛查和干预提供了新的靶点。然而，由于样本量较小（n=56）以及部分个体缺乏完整的表型数据和家族共显性分析，这些变异的具体作用机制仍需进一步研究。未来的研究应扩大样本规模，并结合更全面的家族数据，以更深入地理解这些基因变异如何影响眼轴长度和近视进展。此外，探索基因与环境因素之间的相互作用，将有助于揭示近视的多因素病因，并为精准医学的发展提供支持。