圆锥角膜 1； KTCN1
有证据表明圆锥角膜-1（KTCN1） 是由染色体 20p11 上的 VSX1 基因（605020） 杂合突变引起的。
▼ 描述
圆锥角膜是最常见的角膜营养不良，是一种双侧非炎症性进行性角膜扩张。临床上，角膜逐渐变薄并呈圆锥形，导致近视、不规则散光和角膜疤痕。这种疾病通常在青少年时期出现，最终在三四十岁时稳定下来。在一般人群中，圆锥角膜的发病率为二千分之一；它的发生没有种族或性别优势，并导致年轻人严重视力障碍。当隐形眼镜无法再矫正视力时，除了通过手术（角膜移植）替换角膜组织外，不存在具体的治疗方法（Dash 等人总结，2006 年）。
Ihalainen（1986） 回顾了有时与圆锥角膜相关的各种病症。Leber（204000） 的先天性黑蒙病例中常见圆锥角膜。
圆锥角膜的遗传异质性
另请参见 KTCN2（608932），对应到 16q22.3-q23.1；KTCN3（608586），映射至 3p14-q13；KTCN4（609271），对应到 2p24；KTCN5（614622），映射至 5q14.1-q21.3；KTCN6（614623），映射至 9q34；KTCN7（614629），映射至 13q32；KTCN8（614628），对应到 14q24；和 KTCN9（617928），由 2q21 上的 TUBA3D 基因（617878） 突变引起。
▼ 临床特征
Ihalainen（1986） 在芬兰对大量圆锥角膜患者进行的一项研究中发现，症状通常始于年轻人。在某些情况下，怀孕似乎会引发圆锥角膜。
尼尔森等人（2003） 使用基因微阵列研究有和没有圆锥角膜样本的角膜上皮中基因表达的差异。圆锥角膜上皮的特征似乎是细胞骨架的巨大变化、细胞外基质重塑减少、跨膜信号传导改变以及细胞与细胞和细胞与基质相互作用的改变。通过 dChip 分析和实时 PCR 验证基因表达，表明基因芯片是研究单个解剖角膜样本上皮的有效技术。
多格鲁等人（2003）回顾了圆锥角膜的眼表疾病。圆锥角膜患者表现出泪液质量紊乱、泪膜破裂时间（BUT）缩短、角膜上皮鳞状化生和杯状细胞丢失，所有这些似乎都与圆锥角膜进展的程度有关。
李等人（2004） 检查了 778 名圆锥角膜患者，发现 116 名（14.9%） 在基线时患有临床单侧圆锥角膜。这 116 名患者接受了为期 6 个月至 8 年的随访。大约 50% 临床正常的对侧眼在 16 年内发展为圆锥角膜。最大的风险是在最初的 6 年。李等人（2004） 还描述了可能预测这一进展的定量指标和定性模式。
圆锥角膜患者不适合接受 LASIK（激光辅助原位角膜磨镶术）矫正近视和/或散光。贾布尔等人（2001） 描述了一名疑似圆锥角膜患者接受双侧同步 LASIK 手术的临床病程和组织病理学。由于 LASIK 术后角膜扩张导致视力逐渐恶化，她需要进行穿透性角膜移植术。
传统上，角膜同种异体移植排斥被认为是 Th1 介导的现象。然而，在心脏和肾脏移植系统中已有 Th2 介导的同种异体移植排斥反应的报道。哈格雷夫等人（2003） 回顾了连续 84 名因圆锥角膜接受穿透性角膜移植术的患者的记录。由于圆锥角膜与特应性疾病之间的关联已在文献中记录，并且自 1937 年以来就被认为具有重要意义，因此本研究中特别关注特应性的临床病史（147050）。特应性患者已被证明具有“Th2 免疫偏好”。在 7 名拒绝同种异体角膜移植的患者中，4 名患者再次进行了穿透性角膜移植术。在这 4 例重复同种异体角膜移植物中，与对照（非圆锥角化、非特应性）患者的排斥移植物相比，3 例显示嗜酸性粒细胞增多。与先前不存在 Th2 偏好的患者相比，特应性圆锥角膜患者在被排斥的角膜组织标本中存在混合炎症细胞浸润，且嗜酸性粒细胞密度显着更高。组织病理学与作者在 Th2 小鼠中建立的排斥反应鼠模型相当，其特征是与在排斥的角膜移植床中主要有单核细胞浸润的野生型（Th1） 小鼠相比，其特征是主要是嗜酸性粒细胞浸润。
富恩特斯等人（2015） 指出，急性角膜积水是一种以后弹力层破裂后明显角膜水肿为特征的疾病，通常影响患有进行性疾病的年轻人，约 3% 的圆锥角膜患者发生这种情况。在至少 24 个月的随访期间从 191 名晚期圆锥角膜患者收集的数据中，作者发现上皮增厚增加、圆锥角膜基质变薄、鲍曼层水平前部反射亢进以及基质疤痕的缺失与角膜积水的高风险相关。该系列中所有 11 例角膜积水病例（5.8%） 均发生在年轻男性中。
▼ 遗传
汉密尔顿（Hamilton，1938）声称，他在塔斯马尼亚的某些血统强烈支持常染色体隐性遗传。
Falls 和 Allen（1969） 观察了受影响的姨妈和侄女，提出了不规则常染色体显性遗传。这位母亲可能遗传了这一特征，她有散光和其他特征，作者将其解释为圆锥角膜的截头。他们列举了多个多代参与的例子，包括 Staehli 家族（1925 年），其传承已达 3 代。
Hallermann 和 Wilson（1977） 通过对大系列的研究，倾向于多因素遗传，但不能排除显性或隐性遗传的孤立实例。
Ihalainen（1986）在芬兰北部研究的 101 个家庭中发现了 19 个家庭中存在多发病例，在芬兰南部研究的 58 个家庭中发现了 5 个家庭中存在多发病例。北部地区平均家庭规模为 4.9 人，而南部地区为 3.5 人。28 个多重家族中有 24 个家族的遗传模式为常染色体显性遗传。15 例该疾病遗传自母亲，9 例遗传自父亲。显示不完全外显。来自芬兰奥卢大学中心医院服务地区的 144 名患者中，有 65 名患者接受了角膜移植手术。212 名患者中，63% 为男性。
肯尼迪等人（1986） 发现受影响先证者的亲属中不到 6% 患有圆锥角膜。
王等人（2000） 进行了一项家庭研究来调查遗传对圆锥角膜发展的影响。一级亲属中的估计患病率为3.34%（41/1,226），是一般人群（0.23-0.05%）的15至67倍。同胞和亲子对（分别为 r = 0.30 和 0.22）的相关性显着大于婚姻对（r = 0.14）的相关性，而后者与零没有显着差异。95个家庭的分离分析没有拒绝主要基因模型；最简约的模型是常染色体隐性遗传。
▼
Heon 等人在圆锥角膜-1（KTCN1） 患者中进行测绘（2002） 鉴定了 VSX1 基因（605020） 中的突变，该基因对应到染色体 20p11.2。
关联待确认
Hamilton（1938） 在塔斯马尼亚州进行了遗传性眼病研究，在塔斯马尼亚州的沿海小镇伯尼，圆锥角膜的发病率增加了 5 倍。基于来自该镇的圆锥角膜患者可能通过创始人效应相关的假设，Fullerton 等人（2002） 对 6 名遗传关系不明的患者和 1 名受影响的同胞对进行了 10 cM 间隔基因组扫描，以确定共同共享的染色体片段，以阐明候选基因位点。等位基因共享分析显示，3 条染色体上有 4 个标记，其中所有 8 个个体在至少 1 条染色体上共享一个共同的等位基因，还有 13 个标记，其中除 1 名患者外的所有患者都共享共同的等位基因。在 21 号染色体上测试的任何标记中均未观察到过多的等位基因共享，圆锥角膜的候选染色体，因为圆锥角膜的发生率在唐氏综合症中增加了 150 倍（Shapiro 和 France，1985；van Allen 等，1999）。对阳性位点的进一步分析揭示了 20q12 的提示性关联，其中观察到等位基因 D20S119 的频率存在显着偏差。附近的候选基因基质金属蛋白酶-9（MMP9；120361）位于20q11.2-q13.1，被排除。
▼ 发病机制
Lema 和 Duran（2005） 测定了圆锥角膜患者眼泪中一组炎症分子和基质金属蛋白酶的水平。圆锥角膜患者的 IL6（147620）、TNFA（191160） 和 MMP9（120361） 水平显着高于对照组。增加的程度与圆锥角膜的严重程度相关。Lema 和 Duran（2005） 认为圆锥角膜的发病机制可能涉及慢性炎症事件。
阿蒂拉诺等人（2005） 发现，与对照角膜相比，受圆锥角膜影响的角膜表现出 mtDNA 与 nDNA 比率较低的趋势，角膜变薄区域的细胞色素 c 氧化酶亚基 I（MTCO1; 516030） 减少，并且与对照角膜相比，mtDNA 缺失数量显着增加。阿蒂拉诺等人（2005） 表明氧化应激的增加和 mtDNA 完整性的改变可能相互关联，导致圆锥角膜的发病机制。
肯尼等人（2005） 发现圆锥角膜的过氧化氢酶（115500） mRNA 增加了 2.20 倍，酶活性增加了 1.8 倍；组织 V/L2（603308） mRNA 增加 1.5 倍，蛋白质分布异常；与正常（生理）角膜相比，TIMP1（305370） mRNA 减少 1.8 倍，蛋白质减少 2.8 倍。肯尼等人（2005） 得出结论，圆锥角膜的组织蛋白酶 V/L2、B（116810） 和 G（116830） 水平升高，这可以刺激过氧化氢的产生，进而可以上调过氧化氢酶（一种抗氧化酶）。此外，TIMP1 减少和组织蛋白酶 V/L2 水平增加可能在基质降解中发挥作用，基质降解是圆锥角膜的标志。
由于基质降解酶可能会影响圆锥角膜的进展，Matthews 等人（2007） 研究了 TIMP1 和 TIMP3（188826） 对基质细胞活力的影响。TIMP3 的过度表达诱导角膜基质细胞培养物凋亡。上调 TIMP1 的产生或添加外源 TIMP1 蛋白可防止基质细胞过度生长，改变基质细胞形态，并减少 TIMP3 诱导的细胞凋亡的程度。因此，TIMP1/TIMP3 的局部相对浓度可以确定细胞是否保持活力或凋亡。马修斯等人。
谢蒂等人（2015） 研究了一大群圆锥角膜患者（90 只眼）与接受屈光性角膜切除术的非圆锥角膜患者（52 只眼）中与角膜结构相关的选定基因的表达。谢蒂等人（2015） 观察到 KTCN 角膜上皮细胞中的赖氨酰氧化酶（LOX; 153455） 转录物水平显着降低，并且 KCTN 眼泪中的 LOX 活性与疾病严重程度相关。KCTN 中胶原蛋白转录水平（COL1A1，120150；COL4A1，120130）也降低，而 MMP9（120361）转录水平上调并与疾病严重程度相关。KCTN 患者中 IL6（147620） 转录水平中度升高。免疫组织化学显示，与健康供体角膜（15 只眼）相比，KCTN 患者（27 只眼）上皮中 LOX 和基底膜中 COL4A1 的蛋白表达水平降低。谢蒂等人（2015） 得出结论，KCTN 角膜的结构畸形可能取决于胶原蛋白和 LOX 表达的减少，以及随之而来的 MMP9 表达的增加。
▼ 分子遗传学
Heon 等人（2002） 分析了 63 名圆锥角膜患者的 VSX1 基因（参见 KTCN1, 148300），并鉴定了 2 个先证者的错义突变（R166W, 605020.0001 和 L159M, 605020.0003）。他们还在 22 名后部多形性角膜营养不良（PPCD；参见 122000） 患者中筛查了 VSX1，并在 4 名同胞中发现了不同的错义突变（G160D；605020.0002）。其中 2 个变体 G160D 和 L159M 的致病性后来受到质疑。
比谢利亚等人（2005） 在一系列 80 名受圆锥角膜影响的意大利受试者中评估了 VSX1 基因的作用。他们在 80 名无关患者中的 7 名（8.7%） 中发现了 3 个先前描述的错义变化（参见，例如 605020.0002）和新突变（605020.0005）；他们还发现了 2 个先前未描述的内含子多态性。作者得出结论，VSX1 基因在相当大比例的圆锥角膜患者中发挥着重要作用，作为常染色体显性遗传，具有可变的表达性和不完全外显率。
在由 77 名散发性圆锥角膜患者和 71 名对照者组成的病例对照小组以及涉及来自 75 个家庭的 444 名个体的圆锥角膜家庭小组中，Tang 等人（2008） 筛选了 3 种圆锥角膜相关的 VSX1 突变：L159M、R166W 和 H244R。在病例对照组中未发现 R166W 和 H244R 变体，在 1 个对照中检测到杂合性 L159M。家族面板中没有找到R166W；在 5 名个体中检测到 L159M，其中 3 名受影响者和 2 名未受影响者，在 3 名个体中检测到 H244R，其中 2 名受影响者和 1 名未受影响者。唐等人（2008） 的结论是，他们的结果不支持 VSX1 基因变异在圆锥角膜发病机制中的作用。
达什等人（2010） 分析了 66 名无关圆锥角膜患者（包括 27 名家族病例和 39 名散发病例）的 VSX1 基因的整个编码区、内含子-外显子连接以及 5-和 3-UTR。先前在后部多形性角膜营养不良（PPCD1; 122000） 家族和圆锥角膜家族中检测到的 G160D 变化（605020.0002） 在 2 名散发性圆锥角膜患者中被发现，而在 100 名对照者中未发现；然而，发现的其他变异并未与疾病分离和/或未表现出致病性。达什等人（2010） 得出结论，VSX1 在圆锥角膜发病机制中起次要作用。
Stabuc-Silih 等人（2010） 分析了 113 名无关的斯洛文尼亚圆锥角膜患者 VSX1 基因的编码区和内含子-外显子连接，但没有发现致病突变；他们得出的结论是，其他遗传因素也参与了圆锥角膜的发展。
德博尼斯等人（2011） 分析了 222 名不相关的意大利圆锥角膜先证者的 VSX1 基因，并回顾了之前发表的结果。德博尼斯等人（2011） 在 6 名圆锥角膜患者中发现了 1 个新的 VSX1 错义变异和 3 个先前发现的 VSX1 错义变异（参见例如 605020.0002 和 605020.0005），而在对照中没有发现这些变异。他们得出的结论是，VSX1 在圆锥角膜中可能具有致病作用，尽管只在少数患者中发生。
关联待确认
Udar 等人在 15 名患有圆锥角膜的无关先证者中（2006）分析了候选基因SOD1（147450），在2个先证者中发现了杂合剪接位点变异（IVS2+50del7）。7-bp 缺失在 1 个家庭中与疾病分离，存在于受影响的父亲和女儿中，而在 3 个未受影响的家庭成员中不存在；无法从其他先证者的家庭成员那里获得 DNA。在 312 条对照染色体或 ALS（参见 105400）数据库中均未发现该变体作为突变或多态性。对女儿 RNA 的分析显示，除了野生型外，还表达了另外 2 个 SOD1 转录本：1 个缺乏所有外显子 2，1 个缺乏所有外显子 2 和 3。
Stabuc-Silih 等人（2010） 分析了 113 名无关的斯洛文尼亚圆锥角膜患者的 SOD1、COL4A3（120070） 和 COL4A4（120131） 基因的编码区和内含子-外显子连接处，但没有发现任何基因中的致病突变。然而，COL4A3 中的 1 个多态性显示与圆锥角膜显着相关（D326Y；优势比，976G 等位基因为 14.703），COL4A4、M1327V（对于 3979A，OR 为 0.3969）和 F1644F（对于 4932C，OR，为 1.751）有 2 个多态性。Stabuc-Silih 等人（2010） 得出的结论是，圆锥角膜的发生也涉及其他遗传因素。
德博尼斯等人（2011） 分析了 302 名不相关的意大利圆锥角膜先证者的 SOD1 和 SPARC（182120） 基因，其中 Bisceglia 等人之前研究过其中 80 名先证者（2005）。Udar 等人之前在圆锥角膜患者中发现了内含子 2 中的 7-bp 缺失（2006），在 2 名散发患者中发现，但在 200 名对照者中未发现。分别在 1 例家族性病例和 5 例散发性病例中检测到 SPARC 基因中的 6 个错义变异；在 200 名对照者中未发现任何变异，但家族病例中的变异并未与家族中的疾病分离，并且没有散发患者的亲属可用于研究。德博尼斯等人（2011） 的结论是 SOD1 和 SPARC 在圆锥角膜中所起的作用尚未明确阐明。
阿尔-穆阿迈尔等人（2015） 对 55 名临床确诊的沙特圆锥角膜患者的整个编码区、外显子-内含子边界和内含子 2 进行了测序，其中包括先前报道的 SOD1 基因 7-bp 缺失，并没有发现致病突变。
莱希纳等人（2014） 分析了 112 名患有圆锥角膜的欧洲先证者和 96 名未受影响且无关的欧洲个体的 ZNF469 基因（612078），发现与对照组相比，圆锥角膜患者中潜在致病性 ZNF469 等位基因显着富集（p = 0.00102；比值比，13.6；相对风险，12.0）。作者指出，等位基因频率差异表明，罕见的 ZNF469 等位基因与已知的与角膜厚度（但不是圆锥角膜）密切相关的常见变异不存在连锁不平衡，该变异位于距 ZNF46 5 素端 117 kb 的 53 kb 连锁不平衡块内。莱希纳等人（2014） 指出，罕见的潜在致病性 ZNF469 等位基因在 12 个中富集。
排除研究
德博尼斯等人（2011） 分析了 302 名不相关的意大利圆锥角膜先证者的 LOX（153455） 和 TIMP3（188826） 基因，其中 Bisceglia 等人之前研究过其中 80 名先证者（2005），并且没有发现任何致病变异。
▼ 动物模型
立花等人（2002） 建立了角膜受圆锥角膜影响的自发突变小鼠（SKC 小鼠）的近交系。SKC小鼠角膜与患有圆锥角膜的人眼角膜相似：两个角膜都是圆锥形的，并显示出相似的变化，包括角膜细胞凋亡和Fos蛋白表达增加（164810）。SKC 小鼠表型以常染色体隐性方式遗传，但几乎只在雄性中观察到。雌性小鼠在注射睾酮后表现出该表型，而雄性小鼠在被阉割后，该表型的发生率急剧下降。连锁分析将易感位点定位于小鼠 17 号染色体上的主要组织相容性复合体（MHC） 区域，该区域包含编码“性别限制蛋白”或 Slp 的基因。
