新生血管性年龄相关性黄斑变性的分子组学研究进展
阅读量：3830
DOI：10.12419/24110302
发布日期：2025-02-28
作者：
庄雪楠 ,桂弥 ,文峰
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关键词
年龄相关性黄斑变性
新生血管性
分子组学
疾病机制
生物标志物
摘要
年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration, AMD)是老年人视力丧失的主要原因之一，其中新生血管性AMD (neovascular AMD, nAMD)以其进展迅速、严重损伤视力的特点，成为全球眼科研究的焦点。随着人口老龄化加剧，nAMD的疾病负担日益沉重，对其发病机制的深入研究和有效治疗策略的探 索迫在眉睫。近年来，高通量组学技术的蓬勃发展为解析nAMD复杂的分子病理机制提供了前所未有的机遇。基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学以及多组学整合分析，不仅有助于深入挖掘疾病相关的关键分子、通路和网络，也为发现新的生物标志物和潜在治疗靶点提供了新的视角。文章系统综述了近年来分子组学技术在nAMD研究中的最新进展，重点关注不同组学方法在各类生物样本研究中 的发现，分析多组学整合在揭示疾病机制和筛选生物标志物方面的优势，以期为该领域的未来研究提供参考。
全文
文章亮点
1. 关键发现
• 本综述系统总结了新生血管性AMD (neovascular AMD, nAMD)分子组学研究进展，归纳了多组学技术在血液、房水、玻璃体等样本中发现的关键差异分子（包 括基因多态性、ncRNAs、蛋白质和代谢物等），为深入理解疾病机制提供新视角。2. 已知与发现
• 梳理了从单一组学到多组学整合的研究演进过程，深入分析了基因、转录、蛋白和代谢等多层次分子网络的研究现状， 揭示了 nAMD 发病机制研究的新方向。3. 意义与改变
• 通过系统总结多组学研究进展，为未来 nAMD 的精准医疗研究提供了理论依据，对生物标志物的筛选和个体化治疗方 案的制定具有重要的指导意义。年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration, AMD)是全球范围内老年人视力丧失的主要原因之 一，其患病率随着人口老龄化而不断攀升，给社会带 来沉重的医疗负担。据统计，2020年全球AMD患者约1.96亿，预计到2040年将增至2.88亿[1]。在中国，AMD 的患病率也呈上升趋势，从2010年的5.16%上升至2015 年的5.24%，预计2050年将达到7.64%，患者人数将达到约5 519万人[2-3] 。AMD主要分为非新生血管性AMD 与新生血管性AMD(neovascular AMD, nAMD) ，nAMD 虽然仅占AMD总病例的15%～20%，但由于其进展迅速，可在短期内导致严重的视力损害，已成为眼科领域的重大挑战，并显著影响患者的日常生活能力和心 理健康，严重降低生活质量[4] 。nAMD的发生、发展是一个复杂的多因素过程，涉及视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelium, RPE)和感光细胞代谢异常、 氧化应激反应、慢性炎症以及异常血管生成等多个 环节的相互作用[5-7]。在低氧微环境下，缺氧诱导因子1-α(hypoxia-inducible factor 1-α, HIF-1 α)上调血管内 皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的表达，激活下游信号通路，促进新生血管的形成[8]。同时，代谢产物的异常累积会导致活性氧(reactive oxygen species, ROS)的过度产生，引发炎症反应，并通过补体系统的激活形成恶性循环，进一步加剧疾病进展[9]。
尽管既往研究已初步揭示nAMD的部分关键病理环节，但其复杂的分子网络和调控机制仍有待深入探索。近年来，以基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学为代表的组学技术蓬勃发展，为nAMD的研究提供了新的契机，极大地拓展了研究的深度和广度[10-13] 。这些组学技术的应用，特别是对遗传变异的分析(基因组学)，对非编码RNA表达谱的分析(转录组学)，对蛋白质表达、修饰和相互作用的分析(蛋白质组学)以及对生物化学反应产物的分析(代谢组学)， 不仅有助于发现新的生物标志物，也为探索潜在的治 疗靶点提供了新的思路[12, 14-15] 。而分子多组学整合分 析能够从系统生物学的角度，更全面地揭示疾病发生 发展的分子网络，为个体化精准治疗方案的制定提供科学依据。本文将系统综述近年来分子组学技术在 nAMD研究中的最新进展，重点关注不同组学方法在 不同生物样本中的研究结果，分析多组学整合在揭示疾病机制和寻找生物标志物方面的优势，以期为未来的研究方向提供参考。
1 基因组学研究进展
基因组学研究在nAMD领域取得了显著进展，揭示了该病显著的遗传异质性，为风险评估和个体化医疗策略的发展奠定了重要基础。遗传因素在AMD的发生发展中贡献度高达46%～71%，其中包含复杂的基因-基因和基因-环境相互作用[16] 。目前已知的AMD相关基因包括补体因子H(complement factor H, CFH)、年龄相关性黄斑变性易感性2/丝氨酸蛋白酶A1(age-related maculopathy susceptibility 2/high-temperature requirement factor A1, ARMS2/HTRA1)、肝脂肪酶(hepatic lipase, LIPC)、胆固醇酯转运蛋白(cholesterylester transfer protein, CETP) 、ATP结合盒转运体A1(ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1)、基质金属蛋白酶组织抑制剂 3(tissue inhibitor of metalloproteinases 3, TIMP3)、X型胶原蛋白α1链(collagen type X alpha 1 chain, COL10A1)、VIII型 胶原蛋白α1链(collagen type VIII alpha 1 chain, COL8A1)、 血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A, VEGFA)和转化生长因子β受体1(transforming growth factor beta receptor 1, TGFBR1)等，这些基因参与了补体 系统、脂质代谢、细胞外基质重塑和血管生成等多个关键生物学过程[17-25]。现有研究已鉴定出34个与AMD 相关的易感基因位点，共同构成了nAMD的遗传风险图谱。其中， CFH和ARMS2基因是nAMD遗传易感性 的两大“基石”，贡献率高达20%[16] 。CFH基因的变异，尤其是Y402H多态性，可导致补体系统过度激活，引发慢性炎症和RPE损伤。ARMS2基因的多态性则可能通过影响血管生成、细胞外基质矿化和TGF-β 信号通路等过程，增加nAMD的风险。除了常见变异外，罕见变异，例如CFH基因中的R1210C突变，也与 AMD的早期发病和疾病进展显著相关[26]。尽管罕见变 异频率较低，但其高外显子变异频率对疾病风险的影响不容忽视，未来研究中需要加强对其关注。Cascella 等[27] 的研究不仅发现了CFH 、ARMS2和IL-8等基因的 多态性与nAMD风险显著相关，还揭示了一些基因-基因和基因-表型之间的相互作用，例如VEGFA基因与1 型脉络膜新生血管(choroidal neovascularization,CNV)之间的关联，提示不同人群的遗传背景和环境因素可能存 在差异。罕见变异，例如CFH基因中的R1210C突变， 对AMD的早期发病和疾病进展具有重要影响，是未来 研究的重点方向[26]。这些基因组学研究结果与其他组学，例如蛋白组学和代谢组学的研究结果相互印证，共同揭示了nAMD复杂的病理机制。不同种族人群的遗传背景差异，可能导致nAMD的易感性和临床表型也存在差异，因此需要针对不同人群制定相应的预防和治疗策略[27]。2 转录组学研究进展
转录组学研究通过高通量测序技术揭示了nAMD 发病过程中复杂的基因表达调控网络。芬兰湿性AMD患者血清中发现多个与氧化应激和炎症相关的mRNA 显著上调，包括氧化低密度脂蛋白受体1 (oxidized low density lipoprotein receptor 1, OLR1)、盐诱导激酶 1(salt-inducible kinase 1, SIK1)和凝血因子III(coagulation factor III, F3)等[28] 。在对RPE/脉络膜复合体的深入研究中， COL10A1则被鉴定为另一个重要的CNV发展因子。该基因在CNV模型中显著上调，实验证实抑制COL10A1可有效降低内皮细胞的增殖和管形成能 力，并导致其下游基因Snail家族转录抑制因子1(Snail family transcriptional repressor 1, SNAIL1)和血管生成素 2(angiopoietin-2, ANGPT2)在缺氧条件下表达降低[29] 。 进一步研究发现，流星素(meteorin，MTRN)在CNV发展过程中也扮演关键角色，其通过调控血管生成、 氧化应激和神经保护相关的通路发挥作用[30]。另一项研究在nAMD患者视网膜脉络膜组织中发现，表皮 生长因子样原纤维蛋白样细胞外基质蛋白1(epidermal growth factor-containing fibrillin-like extracellular matrix protein 1, EFEMP1)表达水平升高，功能研究表明其可通过调 节VEGF的表达来促进血管内皮细胞的血管形成和增殖[31]。而单细胞转录组测序为我们提供了更高分辨率 的视角，揭示了CNV发生过程中的细胞异质性和复杂 的细胞间相互作用网络。研究显示内皮细胞、成纤 维细胞和巨噬细胞等多种细胞亚群共同参与CNV的形成[32]。其中， CD11c+ 巨噬细胞表现出显著的促血管 生成特征，可通过VEGF信号通路、内皮细胞出芽、 细胞因子信号和纤维化等多个途径推动CNV的发 展[33] 。而在炎症信号网络中，分泌磷蛋白1(secreted phosphoprotein 1, SPP1)通路的激活与巨噬细胞的促炎症表型和吞噬活性密切相关，这一通路在晚期干性 和湿性AMD患者的黄斑神经视网膜中呈现显著的高 表达[34]。非编码RNA研究则为nAMD的分子机制探索提供 了新的视角。研究发现多个微RNA(microRNA, miRNA) 在nAMD患者血液和眼部组织中存在差异表达，如 miR-199a-3p 、miR-195-5p和miR-185-5p在泪液中上调表达，而miR-200b-3p则下调表达。这些miRNA可能作为潜在的生物标志物用于nAMD的早期诊断和治疗反应监测[35] 。miR-126在nAMD患者外周血和血清中表达显著升高，可能通过调控VEGF信号通路中的Sprouty 相关含EVH1结构域蛋白1(sprouty related EVH1 domain containing 1, SPRED1)和磷脂酰肌醇3-激酶调节亚基 2(phosphoinositide-3-kinase regulatory subunit 2, PIK3R2)等负调节因子，促进血管生成[36-38] 。miR-146a可能通过干扰白细胞介素1受体相关激酶1(interleukin 1 receptor associated kinase 1, IRAK1)和肿瘤坏死因子受体相关因子 6(TNF receptor associated factor 6, TRAF-6)的表达，调节 炎症反应和补体系统的活化[39-41]。此外，转运RNA-谷 氨酸-CTC片段(transfer RNA fragment-glutamic acid-CTC, tRF-Glu-CTC)作为一种新型转移RNA衍生的小RNA分子，可通过抑制vasohibin 1 触发内皮细胞管形成、迁移和炎症因子分泌[42] 。长链非编码RNA方面，ZNF503-AS1和LINC00167可以抑制视网膜色素上皮细胞的应激去分化，而PWRN2的过表达则加重了氧化应激诱导的RPE细胞凋亡和线粒体功能障碍[43]。然而，由于ncRNA表达的组织特异性，以及不同研究间样本来源 和检测方法的差异，目前的研究结果仍存在一定的不一致性，未来需要更多高质量的研究来进一步验证和完善[44-46]。
3 蛋白质组学研究进展
nAMD的蛋白质组学研究涵盖了血液、房水、玻璃体、泪液以及Bruch膜/脉络膜复合体等多种生物样本，为我们从不同角度理解疾病的分子机制提供了重要信息。尽管样本来源各异，但不同研究间的结果呈现出一定的交叉和联系，提示nAMD的病理过程不仅 局限于眼部局部，还涉及全身性的改变。例如，氧化应激和炎症反应这两个在nAMD发病机制中扮演关键 角色的生物学过程，在几乎所有样本类型的蛋白质组 学研究中都有所体现。血清和Bruch膜/脉络膜复合体中均发现了与氧化应激相关的蛋白质表达上调[47-48]； 炎症相关蛋白的上调则在房水、玻璃体和泪液中得到了证实[49-51]。这表明氧化应激和炎症反应贯穿于nAMD的始终，并在局部和全身水平发挥作用。这种系统性 的病理改变也体现在脂质代谢紊乱上。血清和房水蛋白质组学研究均发现了脂质代谢相关蛋白的表达异 常，提示脂质代谢紊乱可能是nAMD发生、发展的关键因素，并可能与氧化应激和炎症反应存在复杂的相互作用[47, 49]。此外，细胞转运异常在血清和泪液中也有 所发现，提示细胞功能障碍在nAMD的发生发展中也起着重要作用[47, 51]。当然，现有蛋白质组学研究结果之间也存在一些差异，如某些蛋白质在不同研究中的表达变化方向不一致，这可能是由于样本类型、疾病阶段、治疗情况以及研究方法等多种因素造成的。例如， Coronado 等[49]发现载脂蛋白A-I和A-IV在对抗VEGF治疗反应不 良的nAMD患者房水中表达上调，而Kim等[52]则发现载 脂蛋白A-Ⅳ在地理性萎缩(geographic atrophy, GA)患者血 浆中表达下调。这种差异可能反映了nAMD不同亚型 或疾病阶段之间存在不同的脂质代谢模式。对于这些差异，需要进行深入的分析和探讨，并结合临床表型和影像学特征，才能更全面地理解nAMD的复杂分子机制，而不能简单地将某个蛋白的表达变化与nAMD的发生、发展直接关联。更重要的是，我们需要关注不同蛋白质之间、不同通路之间的相互作用。蛋白质组学研究也为寻找nAMD的生物标志物和治疗靶点提 供了重要线索。一些在多项研究中均发现差异表达的蛋白质，例如凝聚素、视蛋白、 PEDF 、RBP4、醛缩酶C、组织蛋白酶D、细胞角蛋白8、α-防御素和半乳凝素-3等，有望成为nAMD的生物标志物，用于疾病的早期诊断、风险评估、疾病分型以及治疗反应监 测[47-48, 50, 53-55] 。一些参与关键生物学通路的蛋白质，例如Hsp90、膜联蛋白A1、α-烯醇化酶、炎症诱导因子 1(allograft inflammatory factor 1, AIF-1)和ATP结合盒转运体 B1(ATP-binding cassette subfamily B member 1, ABCB1)等， 则可能成为nAMD治疗的潜在靶点[51, 56]。当然，要将这些潜在的生物标志物和治疗靶点真正应用于临床，还需要进行更大规模、更严格设计的临床研究来验证其有效性和安全性。
4 代谢组学研究进展
代谢组学通过对生物化学反应中间及终末产物的分析，为了解nAMD的代谢异常提供了直接的证据[57]。目前的研究主要集中在血浆、血清、房水和粪便样本，研究结果显示nAMD患者的代谢紊乱涉及脂质代谢、能量代谢、氨基酸代谢和嘌呤代谢等多个层面。其中，脂质代谢紊乱尤为突出。Zhao等[58]通过对 nAMD患者血浆样本的代谢组学分析，构建了nAMD的全局代谢网络，并强调了甘油磷脂和鞘脂代谢通路的关键作用。他们发现，磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine, PC)、神经酰胺(ceramide, Cer)、鞘磷脂(sphingomyelin, SM)和甘油三酯(triglyceride, TG)等脂质在nAMD患者血浆中存在显著差异表达，并利用机器学习方法构建了一个包含16种代谢物和脂质的判别生物标志物组，其中排名前三位的生物标志物均为脂质，进一步凸显了 脂质代谢通路在nAMD诊断中的潜力[58] 。Wei等[59]则关注于房水代谢组学的变化，发现心磷脂(cardiolipin, CL)、甘油二酯(diacylglycerol, DG)和TG等脂质在湿性 AMD患者的房水中表达上调，而Cer、单半乳糖基甘油二酯(monogalactosyldiacylglycerol, MGDG)和鞘氨醇 (sphingosine, SPH)等则表达下调，提示房水代谢组学也蕴藏着丰富的nAMD生物标志物信息。这些研究结果与Coronado等[49]在房水蛋白质组学中的发现相互呼应，其研究也发现了与脂质代谢相关的蛋白表达异常，提示nAMD相关的脂质代谢紊乱可能不仅体现在 代谢物水平，也体现在蛋白质调控层面。Yuan等[60]对 粪便和血清样本的代谢组学分析则提供了另一个视角，发现nAMD患者粪便中神经保护性代谢物(如棕榈酰乙醇酰胺)水平降低，而血清中不饱和脂肪酸(如肾上腺酸)和嘌呤代谢产物水平升高，提示肠道菌群失调 介导的代谢紊乱可能参与了nAMD的发生、发展。这 种系统性的代谢改变也体现在能量代谢的紊乱上。多项研究发现了与糖酵解和三羧酸循环相关的代谢物水 平发生改变，提示nAMD患者的能量代谢可能存在异常[60]。此外，Shen等[61] 的研究关注了血清代谢组与抗VEGF治疗反应之间的关系，发现LPC 18 ∶ 0可能是预测康柏西普治疗效果的潜在生物标志物。这为基于代谢组学的个体化治疗提供了新的思路，也提示我们未来可以进一步探索其他抗VEGF药物与代谢组学之间的 关联。nAMD的代谢异常是一个涉及多通路、多器官的复杂过程，其中脂质代谢紊乱尤为突出，并可能与 氧化应激、炎症反应、细胞功能障碍以及肠道菌群失 调等多种因素存在复杂的相互作用。5 多组学整合分析
nAMD的分子机制复杂，单一组学技术难以完整 描绘其全貌。多组学整合分析，通过结合不同组学的数据，例如基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等，能够更全面地解析nAMD的分子网络，并有望发现新的生物标志物和治疗靶点。我们一项近期开展的研究，尝试将纵向三维病灶分析、蛋白质组学和代谢组学相结合，研究抗VEGF治疗对nAMD的分子响应，并取得了一些初步的成果[62]。该研究鉴定了房水中受抗VEGF治疗影响的蛋白质和代谢物，并分析了这些分子变化与nAMD病灶改变之间的相关性。其中， 我们发现纤维蛋白原α链(fibrinogen alpha chain, FGA)、 转醛醇酶1(transaldolase 1, TALDO1)和天门冬氨酸β-羟化酶(aspartate beta-hydroxylase, ASPH)的减少与病灶消退相关，而YIPF3的减少却与病灶消退不良相关[62]。该研 究尝试从更全面的角度去理解nAMD抗VEGF治疗的分子机制，并为解释治疗反应的个体差异提供了一些新的线索[62]。因此，整合多组学数据，或结合临床影像 学数据，能够为我们提供更深入、更精细的nAMD病理生理学信息。6 小结与展望
随着组学技术的快速发展，nAMD的研究已经进入了一个新的时代。分子组学技术的应用，为我们深入理解nAMD的分子机制、寻找新的生物标志物和治疗靶点提供了强大的工具。多组学整合分析通过整合不同层面的生物学信息，能够更全面地解析nAMD的 分子网络，并有望揭示疾病发生、发展的关键节点。 展望未来，nAMD的研究将更加注重通过大规模的纵向队列研究，收集不同疾病阶段、不同治疗方案下患者的多组学数据，并结合临床表型和影像学特征进行深入分析，以揭示nAMD进展的动态分子机制；利用人工智能和机器学习等先进技术，分析海量的组学数据，构建更精准的疾病预测模型和个体化治疗方案； 基于多组学研究成果，鉴定新的治疗靶点，并开发更 有效、更安全的nAMD治疗药物；以及基于患者的基因型、分子表型和临床特征，制定个体化的精准医疗方案，以最大限度地提高治疗效果，并减少不良反应。总之，多组学整合分析，将有助于我们更深入地 理解nAMD的复杂病理过程，并最终为个体化治疗和 新药研发提供更坚实的科学依据。利益冲突
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