| 先天性白内障约占儿童致盲眼病的1/ 10[1 ] ，其中约1/ 3 与遗传有关，且主要是常染色体显性遗传，遗传异质性很强。目前已发现十余个疾病相关位点及候选基因，包括晶状体蛋白基因、缝隙连接蛋白基因、主要内源性蛋白基因、细胞骨架蛋白基因和热休克蛋白基因等[2]。这些基因的单核苷酸突变是致病的主要原因[3] 。
1 缝隙连接
细胞之间动作电位或兴奋的传导称为胞间传导，可兴奋细胞间的电耦联是通过一种特殊的胞间结构而实现，这种结构即是缝隙连接(gap junction ,GJ ) 。它分布于全身各个组织器官，基本单位为位于细胞膜上的连接子。相邻两个细胞的细胞膜上的连接子(connexon) 对接组成一个缝隙连接，每个连接子由六个连接蛋白构成。缝隙连接的亲水孔道约1. 5nm ,允许分子量小于1 200D的物质如cAMP、Ca2+、IP3通过[4 ] 。
缝隙连接的主要功能为：1、协调细胞间活动的一致性；2、参与信息的传递及神经冲动的传导；3、参与细胞的分化、生长与发育。
2 连接蛋白
连接蛋白是一种构造许多细胞膜上的离子通道的膜蛋白，每个连接蛋白都具有4 个高度保守的α螺旋形成的跨膜结构域(M1M4)、一个胞内环(CL)和两个胞外环(E1E 2)，N 末端和C 末端位于细胞质内。其中，M 3 具有双极性，因此，通道孔的内壁主要由M 3 和少量M 1 组成；M 2 与M 1 相邻，M 4 与M 3 相邻，并与脂质双分子层相连接；两个胞外环为反向平行的折叠构成，含有亲水性氨基酸残基，包含3 个高度保守的半胱氨酸残基序列(Cx31除外): E1环(CX6CX3C), E2 环(CX5CX5C)。不同连接蛋白胞外环和C 末端的氨基酸序列变化较大，这些区域的差异决定了连接蛋白在功能上的差异 [5] 。相邻细胞间的连接子相互对接形成GJ 通道时，胞外环上的半胱氨酸残基则随之形成二硫键以维持通道的稳定性。
连接蛋白由多基因家族编码，每个连接蛋白基因都有一个共同的结构：即一个位于5'- 非翻译区(5'-UTR)的内含子，将上游的一个小的未编码的外显子和一个较大的、含有完整编码序列的外显子分开。连接蛋白基因结构的差别决定着不同连接子的功能。人类含有21 种连接蛋白[6]，其中19 种在人类和小鼠中均有表达，有很高的同源性。这些基因的突变将导致遗传性耳聋[7，8]、肝癌[9]、先天性心脏病、先天性白内障等。
3 缝隙连接蛋白Cx50
目前在脊椎动物体内发现的表达连接蛋白的基因已有20 多种[6 ] 。其中存在于晶状体缝隙连接中的连接蛋白有三种：α1 连接蛋白(Cx43) 、α3 连接蛋白(Cx46) 和α8 连接蛋白(Cx50) 。Cx50又名CAE、CZP1 、CAE1、MP70、GJA8。 GJA1 只在上皮细胞和分化早期的纤维细胞中表达,在分化后的纤维细胞中为GJA3 和GJA8 所取代。 其中α1 连接蛋白表达于晶状体上皮细胞；在新分化的晶状体纤维中测不到α1 连接蛋白,但可测到α3连接蛋白和α8 连接蛋白的表达；在成熟的晶状体纤维中测到的α3 连接蛋白和α8 连接蛋白被磷酸化 ,其N-末端和C-末端被裂解 。
Church 等分离了编码人缝隙连接蛋白Cx50 的GJA8 基因克隆,并使用体细胞杂交方法确定该基因位于第1 号染色体上。后将其定位于1 号染色体短臂1q21.1 区, GJA8基因含16121bp , 包含两个外显子, 其cDNA 编码433个氨基酸组成A8 连接蛋白Cx50。
4 突变造成白内障的分子基础
到目前为止，人类发现许多不同表现型的遗传性白内障是由GJA8突变引起的，同时在小鼠中GJA8基因突变导致白内障已经被识别。目前GJA8基因突变导致的表现型主要为板层粉尘状和核性，同时还伴有小眼球等症状。Cx50 基因突变主要是改变了细胞通道的活性，使内部细胞不能从表面细胞吸收房水代谢营养物质，破坏了细胞间精确的离子环境所致。
4.1 P88Q和P88S突变
由于带状粉尘状白内障(CAM) 已定位于第1 号染色体短臂,故Shiels等[10 ]对英国具有带状粉尘状白内障表型的家系的分支进行研究时,注重了解其GJA8基因的情况。果然发现其GJA8 基因有一个C>T 的转换,结果由于不保守丝氨酸替代了保守的脯氨酸,而产生了一新的Mn Ⅱ限制性酶切位点。随之，A Arora[11] 等又在另一个板层粉尘状白内障家系中发现位于1q 的Cx50 基因第2 个外显子中88 位密码子发生了C> A 转换，使脯氨酸转变为非极性的谷氨酰胺(P88Q )。该突变发生在缝隙连接蛋白50 的第2 个跨膜结构域，两个具有相同表型的不同种族患者在相同位点发生突变却产生了不同的突变。这正体现了遗传性白内障的高度异质性，即相同的白内障表型可以由不同的基因突变引起, 反之, 不同的白内障表型也可以由相同的基因突变导致[ 12]。例如CRYBB2 基因同样的无义突变出现了coppock-like和蓝点白内障两种表型。
研究发现，第87、88或89位的脯氨酸是跨膜结构域M2上一个高度保守的氨基酸，若发生突变会影响晶体的发育和功能。体外构建Cx26第87位密码子的突变体（Pro->Leu）,导致Cx26构成的缝隙连接的电压依赖性发生变化，从而改变通道的性质。
Graw等认为在CRYGD 上一个频繁出现的突变Pro23Thr可能是和序列有关。非常有趣的是，野生型GJA8和CRYGD基因在突变位点处的序列相似，为CCAACCCC。在hCx50P88Q序列突变为CCAACCCA，而在hCx50P88S突变为CCAACCCT。但与CRYGD突变不同的是只有一个C发生了突变，因此它不大可能是DNA 复制时滑脱的结果。而且这个位点也不是突变的热点因为两种突变是变成了不同的核苷酸。然而这里可能有功能的因素起作用，也就是在蛋白质中这里的突变更容易导致白内障。
A Arora将hCx50P88Q转染到Hela 细胞和爪蟾蛙的卵母细胞内，发现hCx50P88Q 并没有降低细胞的传导率，也没有非常显著地降低细胞缝隙连接活性。在转染的细胞中，有免疫活性的hCx50P88Q 局限在细胞质当中并表现对温度敏感的特性。而其功能的缺失最有可能是与蛋白的错误折叠有关。
4.2 R23T突变
Willoughby 等[13]报告了一个进行性核性先天性白内障伊朗家系的GJA8 基因的第68 位的碱基由G 杂合突变为C, 使编码的第23 位不带电荷的极性氨基酸精氨酸转变为带电荷的极性氨基酸苏氨酸(R23T)。同样这种转变也位于第一个细胞内结构域。这种白内障在出生时即有表现，进行性发展，直到二三十岁的时候表现为严重的视力损害，需要做白内障手术。
4.3 V64G突变
该突变发生在中国北方一核性白内障家系，GJA8基因第2 外显子有一个杂合性突变导致编码的第64 个氨基酸的改变, 使64 位缬氨酸突变为甘氨酸, 由不带电荷的极性氨基酸突变为非极性氨基酸。突变位于第一个细胞外环区域，虽然能与细胞膜结合并形成完整的GJ , 但却不能与邻近细胞的半GJ 接合形成完整的GJ , 从而使相邻细胞间缝隙连接的数量减少。该新生突变位于Cx50 的第一信号区, 参与调控细胞间电阻高低以利于小离子物质在细胞间的通透, 可能还参与通道开放状态, 对传递细胞间的生物信息至关重要。 该区域发生蛋白质空间结构的改变和蛋白质表面局部极性的改变将影响细胞间的物质交换导致晶状体蛋白的代谢紊乱, 晶状体纤维细胞无法获得正常的生物信息, 大量代谢物质堆积形成了肉眼可见的白内障。这种改变发生在晶状体胚胎发育过程中, 导致了先天性白内障的形成。
4.4 V79L突变
Vanita 等人[14]在印度的白内障家系，表现为“满月”型同时伴有Y字缝性混浊。经过连锁分析，发现为第2个外显子中第79位密码子发生了G>C 转换，使第2 个跨膜结构域的缬氨酸转变为亮氨酸。这两种氨基酸均为不带电的非极性氨基酸，使得这一位点是保守性突变。同时，鼠、兔及Cx43、Cx46等不同物种的Cx50和人的其他缝隙连接蛋白在V79位置都有高度保守性。
4.5 其他
Berry 等[15 ]也发现一个呈板层及核性粉尘状白内障的巴基斯坦家系的Cx50 基因142 位核苷酸发生G> A突变, 使第48 位的谷氨酸转变为赖氨酸(E48K) , 该突变发生在Cx50 结构N -末端的第一个细胞外结构域。Polyakov 等[16 ]发现一个板层粉尘状先天性白内障苏联家系的Cx50 第247位的亮氨酸转变为蛋氨酸( I247M )。该突变发生于Cx50 蛋白结构的C-末端的细胞质区域。Ramachandran Ramya Devi等[17]在一个同时伴有小角膜的白内障家系也发现了Cx50的突变V44E，突变位置在第一个跨膜结构域。
5 Cx50小鼠模型
Cx50在人类和小鼠之间同源性很高。小鼠与人的眼睛在结构上有显著地相似性，病理改变同样也具有相似性。那么，具有一定遗传性眼病的小鼠模型的建立有助于快速的遗传学分析、病理生理学鉴定以及眼睛疾病发展过程的了解[18]。Cx50缺失模型的小鼠发生了晶状体、眼球发育迟缓和带状粉样核性白内障。小鼠的小眼球最可能是晶状体的发育迟缓造成的。White.TW等人构建的Cx50（-/-）小鼠中除了核型白内障阳性改变外，尚伴有眼发育不全，Cx50（-/-）小鼠眼的重量比Cx50（+/+）对照组轻32%，晶体重量轻46%。可见，Cx50除了维持晶体的透明性外，对眼的正常发育是必需的。
一个常染色体半显性遗传的G22R突变可以导致鼠lens opacity 10（Lop 10）发生白内障。[19]其氨基酸突变的位置与人类R23T突变的位置很相近，该突变不仅导致不能形成正常的缝隙连接，同时也改变了内源性野生型Cx46的功能（显性失活突变）。但在表现型上，鼠有无浑浊，雪花样浑浊、致密的胎儿核浑浊等。
No2鼠[20]是D47A突变由天冬氨酸转变为丙氨酸造成的白内障鼠。在爪蟾蛙卵母细胞的体外研究显示，D47A是一个功能缺失突变。
Chun-hong Xia[21]等人制造了具有白内障的L1鼠模型，该鼠在GJA8基因的第一个细胞外环发生了S50P突变，由脯氨酸替换了丝氨酸，并在组织学研究中发现杂和性的 8S50P/+胚胎晶体中，晶体纤维细胞不能延长，而在 8S50P/S50P, 8-/- 和 3-/- 8-/-的纯和鼠的胚胎晶体中不发生此现象。它第一次在活体中验证表明，在晶体的发育过程中，不同的缝隙连接蛋白是通过不同的机制来调节纤维细胞的生长。
6、展望
在胚胎发育的早期,细胞缝隙连接蛋白就开始表达,且这种表达受时空调节,一种缝隙连接蛋白表达的同时,另一种缝隙连接蛋白的表达可能正在关闭,这种现象在胚胎发育过程中很常见。出生后,每种组织或细胞表达的缝隙连接蛋白的种类和量基本稳定不变,细胞缝隙连接蛋白在细胞新陈代谢、生长、分化以及细胞内环境稳定中起重要的调节作用[22] 。体外、体内试验证明,许多促癌剂下调缝隙连接蛋白表达,激活的癌基因vas、v-mos、neu、src ,同样也降低缝隙连接蛋白在细胞中的表达,乳腺癌、肾癌、胃癌和恶性肉瘤组织均有缝隙连接蛋白表达下调或缺失,缝隙连接蛋白与肿瘤的发生密切相关,因此,缝隙连接蛋白基因被称为第二类抑瘤基因[23] 。
缝隙连接蛋白与遗传性白内障的关系是近年来才发现的，无论是动物实验还是人类家系研究，都表明连接蛋白对维持晶状体的正常功能是不可缺少的。进一步深入研究连接蛋白的基因定位及其突变体的性质，将为遗传性白内障的病因研究、基因诊断和基因治疗提供新的途径。
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