激光视力矫正术后出现的视轴扩张（ectasia）与圆锥角膜（keratoconus）的分子特征共有部分，但在CADPS、CPT1B、CIITA和TBC1D4基因上存在关键差异

《Frontiers in Molecular Biosciences》：Shared molecular profiles of post-laser vision correction ectasia and keratoconus with key differences in CADPS, CPT1B, CIITA, and TBC1D4

本研究通过多组学分析比较了术后激光视力矫正角膜扩张症（post-LVC ectasia）、圆锥角膜（KTCN）及对照组角膜上皮的分子特征，发现CADPS、CPT1B、CIITA和TBC1D4等基因及蛋白在特定区域存在差异表达，且干扰素信号通路下调，为风险预测提供新指标。

　　### 研究背景与意义

在现代医学中，激光视力矫正手术（LVC）已成为一种广泛使用的治疗近视、散光等屈光不正的手段。然而，这种手术并非完全没有风险，其中一种较为严重的并发症是术后角膜扩张（post-LVC ectasia）。据文献记载，术后角膜扩张的发生率介于0.033%至0.66%之间，且其临床表现通常包括角膜逐渐变薄、变陡以及视力的下降。这些变化可能导致严重的视觉障碍，甚至需要进行角膜移植等更为侵入性的治疗手段。值得注意的是，术后角膜扩张与原发性角膜锥形变（KTCN）具有一定的相似性，尽管其发生机制可能有所不同，但两者在某些病理特征上表现出重叠。KTCN是一种以角膜锥形变、组织变薄以及视觉功能受损为特点的疾病，同样被归类为“角膜扩张性疾病”。因此，研究术后角膜扩张的分子机制和潜在生物标志物，对于改进术前评估、降低术后并发症风险具有重要意义。

本研究首次采用多组学方法，对术后角膜扩张患者的角膜上皮（CE）进行了转录组和蛋白质组的全面分析，并将其与KTCN患者及健康对照组进行了对比。研究团队收集了11例术后角膜扩张患者、8例轻度近视的健康对照组以及28例KTCN患者的角膜上皮样本，分别来自不同的区域（中央、中间和周边），共计159个实验样本。这些样本通过高通量测序和质谱技术进行了分子层面的分析，并通过RT-qPCR、免疫荧光染色和共聚焦显微镜等方法对结果进行了验证。研究旨在揭示术后角膜扩张和KTCN在角膜上皮中的分子相似性，以期为临床提供更精确的风险评估工具。

### 研究方法与技术流程

本研究采用了多组学技术，结合临床数据与分子生物学分析，以探索术后角膜扩张的潜在分子特征。首先，研究人员对所有参与者的角膜进行了详细的临床检查，包括角膜地形图、角膜厚度测量以及相关手术记录。通过这些检查，研究团队筛选出符合纳入标准的患者，排除了那些有角膜扩张病史、家族中有KTCN病史或术前角膜形态异常的个体。最终，研究组包括11例术后角膜扩张患者、8例轻度近视的健康对照组和28例KTCN患者。

在样本收集过程中，研究团队使用了特定的设备（如Pentacam和MS-39）对角膜上皮的区域进行了划分，并根据这些区域的厚度差异确定了CE的三个部分：中央、中间和周边。这些样本随后被用于RNA和蛋白质的提取，以进行转录组和蛋白质组的分析。RNA的提取采用了标准的RNA/DNA/蛋白纯化技术，确保了高质量的RNA样本用于后续的转录组测序。蛋白质的提取则通过MALDI-TOF/TOF MS/MS技术进行，以分析角膜上皮中的蛋白质变化。所有样本均经过严格的质量控制，确保数据的可靠性和可重复性。

在数据分析阶段，研究人员使用了多种生物信息学工具进行处理，包括BBDuk2进行序列修剪、Kallisto进行转录本表达估计、limma包进行差异表达分析等。为了提高数据的准确性，研究团队还进行了批次效应的校正，确保不同实验批次之间的数据一致性。此外，研究者还采用了UMAP嵌入和主成分分析（PCA）等方法，对数据进行了可视化处理，以便更直观地理解不同组别之间的分子差异。

### 研究结果与分子特征分析

研究结果显示，术后角膜扩张的临床特征与KTCN存在一定的相似性，尤其是在角膜上皮的厚度分布上。术后角膜扩张患者的角膜上皮呈现出一种类似“甜甜圈”（doughnut）的模式，即中央区域变薄，而周围区域则变厚。这种现象在KTCN患者中也已被观察到，表明两者在角膜结构变化方面存在一定的共性。此外，研究团队发现，术后角膜扩张与KTCN在某些分子特征上也表现出相似性，例如在角膜上皮的中央和中间区域，干扰素α和干扰素γ的反应特征被发现是下调的。这些结果表明，尽管两种疾病的发病机制不同，但它们在某些分子层面的反应可能存在共同点。

在蛋白质组分析中，研究团队识别出多个可能作为术后角膜扩张特异性生物标志物的蛋白质片段，如TBC1D4、ACTB和CIITA。其中，TBC1D4在术后角膜扩张患者的角膜上皮中显著上调，而CIITA则在中央和中间区域被发现是下调的。这些蛋白质的表达模式与KTCN患者之间也存在一定的重叠，表明它们可能在两种疾病的病理过程中发挥相似的作用。此外，研究团队还通过免疫荧光染色验证了这些蛋白质的定位，发现它们主要定位于角膜上皮的细胞质中，这一发现为理解其功能提供了新的视角。

在转录组分析中，研究团队发现了多个差异表达的基因，包括CADPS、CPT1B、S100A14、KLK5、LDHA、RLP4和UBC。其中，CADPS和CPT1B的表达在所有三个区域均被发现是下调的，而这些基因的表达水平与术后角膜扩张的发生风险密切相关。CADPS基因编码的蛋白在神经和内分泌系统中高度表达，参与神经递质和神经肽的囊泡释放。CPT1B则与线粒体对长链脂肪酸（LCFAs）的氧化作用有关，其表达水平的变化可能反映了角膜在代谢过程中的异常。这些发现为术后角膜扩张的机制研究提供了新的线索，并可能为未来的治疗策略提供分子靶点。

### 术后角膜扩张与KTCN的分子相似性

尽管术后角膜扩张和KTCN在发病机制上有所不同，但研究发现它们在某些分子层面存在相似性。例如，干扰素α和干扰素γ的反应特征在术后角膜扩张患者的角膜上皮中被发现是下调的，而这些干扰素通常与炎症反应相关。这表明，术后角膜扩张可能在某些方面与KTCN的炎症过程相似，尽管其主要病因可能是手术相关的机械损伤或组织修复过程中的异常。此外，研究团队还发现，KTCN患者中的一些非蛋白编码转录本，如miRNA（MIR3132）、lncRNA（AC120498.2）和snRNA（RNU1-142P），在术后角膜扩张患者的角膜上皮中也表现出类似的表达模式，进一步支持了两者在分子层面的关联。

值得注意的是，尽管术后角膜扩张和KTCN在某些分子特征上相似，但它们在其他方面也存在显著差异。例如，KTCN患者的角膜上皮在某些区域表现出更严重的组织重塑和基底膜异常，而术后角膜扩张的角膜上皮则在某些区域显示出更明显的增生现象。此外，KTCN患者中的一些基因变异，如IL1RN基因的特定变异（c.214 + 242C>T），可能与其免疫系统功能有关，而这些变异在术后角膜扩张患者中并未被发现。这表明，尽管两者在某些分子层面有相似之处，但它们的遗传背景和免疫机制可能存在差异。

### 术后角膜扩张的临床与分子风险因素

研究还发现，术后角膜扩张的发生与多个临床和分子因素相关。例如，术前角膜厚度较薄（<500 μm）、残留角膜基质床较薄（<300 μm）以及过度的角膜组织切除（>100 μm）均是术后角膜扩张的高风险因素。此外，研究团队发现，这些风险因素与术后角膜扩张的分子特征之间存在一定的关联。例如，残留角膜基质床较薄可能与角膜上皮的细胞骨架形成和组织修复过程中的异常有关，而过度的角膜组织切除可能影响角膜的稳定性，从而增加扩张的风险。

在分子层面，研究团队发现CADPS和CPT1B的表达水平是术后角膜扩张的关键预测指标。CADPS的下调可能与角膜上皮的细胞迁移和组织重塑有关，而CPT1B的表达变化则可能反映了角膜代谢过程的异常。这些分子特征不仅有助于理解术后角膜扩张的发病机制，还可能为未来的临床干预提供新的方向。例如，通过调控这些基因的表达，可能有助于预防或延缓术后角膜扩张的发生。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了关于术后角膜扩张和KTCN分子特征的重要信息，但研究仍存在一定的局限性。首先，由于无法获取无屈光不正的健康个体的角膜上皮样本，研究团队不得不采用轻度近视的个体作为对照组。尽管这些对照组在术前和术后均接受了详细的临床检查，但它们可能无法完全反映正常角膜上皮的分子特征。其次，研究样本量相对较小，这可能影响结果的统计显著性，尤其是在比较不同手术类型（如SMILE和LASIK）的术后角膜扩张发生率时。此外，由于样本量的限制，研究团队未能深入探讨术后角膜扩张的亚型差异，例如不同手术类型导致的角膜扩张模式是否有所不同。

为了弥补这些局限性，研究团队建议未来的研究可以采用更大的样本量，并结合更广泛的临床和分子数据，以进一步验证和扩展当前的研究发现。此外，研究还指出，术后角膜扩张的某些分子特征可能在临床表现出现之前就已经存在，因此，通过检测这些分子特征，可能有助于早期识别高风险个体。例如，通过分析术后角膜扩张患者的同侧健康角膜（如使用印象细胞学技术），可以更全面地评估其分子状态，从而为术前风险评估提供更准确的依据。

### 研究的意义与临床应用

本研究的发现不仅加深了我们对术后角膜扩张和KTCN之间分子相似性的理解，还为临床提供了新的风险评估工具。通过识别CADPS、CPT1B、CIITA和TBC1D4等基因的表达模式，研究人员可能能够开发出更精确的术前筛查方法，以预测哪些患者在进行激光视力矫正手术后更容易出现角膜扩张。此外，这些分子标志物还可能为未来的治疗策略提供靶点，例如通过调控这些基因的表达，或开发针对这些蛋白质的药物，以增强角膜的稳定性并减少术后并发症的发生。

研究还强调了术后角膜扩张与KTCN在病理特征上的重叠，这为两种疾病的诊断和治疗提供了新的思路。例如，某些分子标志物可能在两种疾病的角膜上皮中均表现出异常，这可能意味着它们在病理过程中扮演着相似的角色。因此，未来的研究可以进一步探讨这些分子标志物在不同疾病中的功能，以及它们是否可以作为通用的生物标志物用于角膜扩张的早期检测。

总之，本研究通过多组学方法，揭示了术后角膜扩张的分子特征，并将其与KTCN进行了比较。这些发现不仅有助于理解术后角膜扩张的发病机制，还为临床提供了新的风险评估工具和潜在的治疗靶点。未来的研究可以进一步扩展这些发现，以探索更广泛的分子机制，并为角膜扩张的预防和治疗提供更深入的见解。