郭洋辰，桑愛民*

（南通大學(xué)附屬醫(yī)院眼科，南通 226001）

1 Lumican 簡(jiǎn)介

正常眼球的細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)眼球的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)和功能至關(guān)重要[1]。富含亮氨酸重復(fù)序列的小分子蛋白聚糖（small leucine rich repeat proteoglycans,SLRPs）家族是細(xì)胞外基質(zhì)的重要組成成分。SLPRs 在細(xì)胞增殖、遷移以及調(diào)節(jié)生長(zhǎng)因子的活性等方面發(fā)揮著重要作用[2]。屬于SLRPs 相關(guān)家族成員之一的lumican，是一種主要富含硫酸角質(zhì)素的聚膜蛋白[3]。Lumican 基因定位在染色體12q21.3-q22 上。它是由4 個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，即：（1）1 個(gè)信號(hào)肽；（2）1 個(gè)帶負(fù)電荷的N-末端結(jié)構(gòu)域；（3）串聯(lián)富含亮氨酸的重復(fù)序列；（4）1 個(gè)羧基末端長(zhǎng)度為50 個(gè)氨基酸殘基，其中1 個(gè)二硫鍵連接的半胱氨酸殘基相隔32 個(gè)殘基[4]。Lumican 最初是在角膜基質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)，并因其有助于角膜透明而被命名為光蛋白聚糖。接著，越來越多的研究[2]表明，在其他組織包括主動(dòng)脈、關(guān)節(jié)軟骨、肌肉、腸道、腎和肺中，lumican 都發(fā)揮著重要的作用。研究[5]表明，在眼睛中，lumican 在角膜、鞏膜、小梁網(wǎng)、虹膜、晶狀體、人類神經(jīng)感覺視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜血細(xì)胞、Bruch 膜、脈絡(luò)膜和鞏膜中都有不同程度的表達(dá)。在不同的地方，lumican 的作用大不相同。

2 Lumican 與炎癥性眼病

Lumican 已被證明與調(diào)節(jié)Toll 樣受體4（Tolllike receptor 4,TLR4）信號(hào)有關(guān)[6]。Lumican 與脂多糖（lipopolysaccharides,LPS）和TLR4 結(jié)合，并與CD14共沉淀，從而進(jìn)一步促進(jìn)NF-κB 的表達(dá)，因而最終產(chǎn)生一系列的炎癥反應(yīng)[3]。此外，lumican 通過促進(jìn)Fas-Fas 配體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡來抑制細(xì)胞增殖，在從固有免疫系統(tǒng)（即中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）募集細(xì)胞方面發(fā)揮作用，并且與趨化因子和LPS 結(jié)合[7]。因此，可以從lumican 這一基因?qū)用娑糁粕舷掠蔚难装Y通路，從而有效地靶向控制早期眼內(nèi)炎癥，遏制其后期的進(jìn)展。

2.1 Lumican 與角膜炎 在角膜中，lumican 通過調(diào)節(jié)膠原纖維生成、促進(jìn)角膜上皮傷口愈合、調(diào)節(jié)基因表達(dá)和維持角膜穩(wěn)態(tài)來維持角膜透明度。研究[8]表明，NF-κB 通路參與IL-1β 誘導(dǎo)的角膜細(xì)胞表型變化，從而顯著下調(diào)角質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物（keratocan、lumican、Aldh3a1 和CD34）的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)水平，在體外誘導(dǎo)角質(zhì)細(xì)胞表型變化。此外，X.Y.YUAN 等[9]在研究實(shí)驗(yàn)性真菌性角膜炎中富含亮氨酸的小蛋白多糖的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，真菌性角膜炎發(fā)作時(shí)，lumican、纖維調(diào)節(jié)蛋白、骨調(diào)節(jié)蛋白、角質(zhì)素、骨甘氨酸、雙糖鏈蛋白聚糖、阿斯孢菌素和軟骨黏連蛋白的基因顯著下調(diào)（P<0.01）。這表明在白色念珠菌角膜炎的初始階段，角蛋白聚糖和其他蛋白聚糖的轉(zhuǎn)錄水平降低，提示lumican 的改變可能導(dǎo)致角膜感染的急性炎癥反應(yīng)。先前的研究[3]已經(jīng)證實(shí)lumican 可以募集多核中性粒細(xì)胞（polymorphonuclear neutrophils,PMNs）。Y.HAYASHI 等[10]探討了lumican 在清創(chuàng)后角膜上皮愈合的早期炎癥階段中PMN 外滲過程中的作用，他們使用了Lum-／-小鼠和一種新型轉(zhuǎn)基因小鼠Lum-／-，Kera-Lum。這種新型轉(zhuǎn)基因小鼠僅在角膜基質(zhì)中表達(dá)lumican，可以很好地評(píng)估lumican 在PMN 外滲到受傷角膜中的作用。該研究結(jié)果表明，PMN 不容易侵入Lum-／-小鼠受損的角膜，而lumican 在Lum-／-，Kera-Lum 小鼠角膜中的表達(dá)可以挽救這種缺陷。此外，在酪蛋白誘導(dǎo)的炎癥中，原位lumican 的存在有助于PMN 浸潤(rùn)到腹膜腔中，這證明了lumican 有助于角膜損傷和炎癥后的中性粒細(xì)胞募集和侵襲。鑒于PMN 募集在角膜炎癥反應(yīng)中至關(guān)重要，lumican可能在感染性和非感染性角膜炎的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮積極作用。E.C.CARLSON 等[11]在LPS 誘導(dǎo)的角膜炎小鼠模型中，與野生型小鼠相比，Lum-／-小鼠在LPS刺激下角膜厚度增加的幅度更小。與Kera-／-和野生型相比，Lum-／-小鼠的角膜霧狀混濁也增加。在注射LPS 6 h 和24 h 后，與其他組別小鼠相比，Lum-／-小鼠的中性粒細(xì)胞遷移缺陷最嚴(yán)重。他們?cè)诹硪豁?xiàng)研究[12]中發(fā)現(xiàn)，CXCL1 趨化因子在角膜炎癥過程中與lumican 和keratocan 結(jié)合，這可能在產(chǎn)生趨化因子梯度中發(fā)揮作用，對(duì)細(xì)胞從血管系統(tǒng)遷移到組織損傷部位至關(guān)重要。

2.2 Lumican 與葡萄膜炎 研究[4]表明lumican 存在于虹膜中，提示lumican 可能在前葡萄膜中招募炎癥細(xì)胞和促進(jìn)TLR 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)中有類似的作用。在幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎相關(guān)葡萄膜炎血管生成相關(guān)參數(shù)[13]的評(píng)估中，lumican 與血管生成相關(guān)，并且在蛋白質(zhì)印跡分析中表達(dá)增加。因此，在臨床上與常用的皮質(zhì)類固醇相比，開發(fā)阻斷l(xiāng)umican 與TLR 受體結(jié)合的藥物可能是減少葡萄膜炎的更有針對(duì)性的方法。

3 Lumican 與創(chuàng)傷愈合

Lumican 參與炎癥細(xì)胞的外滲和血管生成，這些對(duì)基質(zhì)傷口的愈合至關(guān)重要[14]。T.F.GESTEIRA等[15]發(fā)現(xiàn)一種由lumican 的13 個(gè)C 末端氨基酸（LumC13）設(shè)計(jì)的肽與ALK5／TGFBR1 結(jié)合以促進(jìn)傷口愈合，他們進(jìn)一步評(píng)估了這種合成C 末端的兩親肽（LumC13）與ALK5 結(jié)合的機(jī)制。將LumC13 衍生物在體外和體內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試，分別評(píng)估它們促進(jìn)角膜上皮細(xì)胞遷移和角膜傷口愈合的能力，結(jié)果驗(yàn)證了LumC13 對(duì)角膜上皮清創(chuàng)愈合的促進(jìn)作用。E.C.CARLSON 等[16]發(fā)現(xiàn)lumican缺失小鼠表現(xiàn)出膠原纖維組織的改變和角膜透明度的喪失。N.VIJ 等[7]發(fā)現(xiàn)，Lum-／--小鼠損傷的角膜中caspase-3／7 活性（細(xì)胞凋亡）顯著降低，并且表現(xiàn)出傷口的愈合延遲，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞募集減少，髓過氧化物酶水平降低，且沒有誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子TNF-α 和IL-1β 的表達(dá)。與Lum+／+小鼠損傷的角膜相比，Lum-／-小鼠損傷前后的Fas 蛋白水平顯著降低，表明lumican 在介導(dǎo)Fas-Fas 配體相互作用，且在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。在新生血管的生成中，lumican 也同樣起到至關(guān)重要的作用。M.BARBARIGA 等[1]在研究細(xì)胞外基質(zhì)在小鼠和人角膜新生血管（corneal neovascularization,CNV）中的作用時(shí)，他們鑒定和定量了2 315 個(gè)小鼠蛋白和691 個(gè)人蛋白，驗(yàn)證了5 個(gè)在小鼠和人血管化標(biāo)本中差異表達(dá)的蛋白，最終發(fā)現(xiàn)Tenascin-C 和Fibronectin-1 在CNV 樣本中表達(dá)上調(diào)，而decorin、lumican 和collagen-Ⅵ在CNV 樣本中表達(dá)下調(diào)，這表明lumican 的增高促進(jìn)了CNV 的產(chǎn)生，但在CNV 中的具體作用和機(jī)制還需進(jìn)一步深入研究。

目前臨床治療角膜嚴(yán)重?fù)p傷，除了角膜移植外均缺少有效且徹底的方法。然而，角膜移植又由于供體的缺乏大大限制了其應(yīng)用。已有研究[17]表明，將人類角膜基質(zhì)干細(xì)胞與精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸表面耦合圖案絲膜相結(jié)合，可以培養(yǎng)出富含lumican 這種角膜特異性細(xì)胞外基質(zhì)成分，成功開發(fā)了高度有序的基于膠原原纖維的角膜再生和角膜基質(zhì)組織修復(fù)結(jié)構(gòu)。還有研究[18]發(fā)現(xiàn)，牙周韌帶可以分化成含有豐富lumican 的角膜基質(zhì)角膜細(xì)胞樣細(xì)胞。以上研究都證明了lumican 在為開發(fā)用于角膜再生和角膜基質(zhì)組織修復(fù)的高度有序的基于膠原原纖維的構(gòu)建體提供了強(qiáng)大的依據(jù)，所以lumican 可能為角膜基質(zhì)的再生和修復(fù)提供一個(gè)廣闊的前景。

4 Lumican 與白內(nèi)障

Lumican 與白內(nèi)障的形成及其手術(shù)并發(fā)癥有關(guān)。在先天性單側(cè)白內(nèi)障伴前玻璃體晶狀體界面發(fā)育不全患兒的后囊膜斑塊的蛋白質(zhì)組學(xué)中發(fā)現(xiàn)，在間充質(zhì)組織中含有大量的lumican 蛋白[19]。眾所周知，白內(nèi)障摘除引起的晶狀體上皮細(xì)胞損傷，從而導(dǎo)致后囊膜渾濁（posterior capsule opacity,PCO）。臨床上，PCO 是白內(nèi)障術(shù)后視力喪失的常見原因。上述研究表明了lumican 在PCO 和前囊下白內(nèi)障中聚集。在損傷誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，lumican 在細(xì)胞分化中起著重要作用，這可能是PCO 發(fā)生的機(jī)制之一。此外，TGF-β 在PCO 的發(fā)展中起很重要的作用。Smad3 是傳遞TGF-β 信號(hào)所需的磷酸化受體激活的Smad。F.L.MENG 等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，Smad3-KO 小鼠的晶狀體上皮中l(wèi)umican表達(dá)水平較低。在白內(nèi)障術(shù)后，lumican 可能是通過Smad3 信號(hào)通路，誘導(dǎo)晶狀體上皮的間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致PCO 的形成。因此，阻斷l(xiāng)umican 可以為降低白內(nèi)障術(shù)后患者發(fā)生PCO 的風(fēng)險(xiǎn)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在臨床上值得考慮將lumican 作為減少現(xiàn)代白內(nèi)障術(shù)后并發(fā)癥的一個(gè)重要藥物預(yù)防和治療靶點(diǎn)。

5 Lumican 與青光眼

免疫組織化學(xué)分析[21]顯示，人小梁網(wǎng)（trabecular meshwork,TM）中l(wèi)umican 呈弱陽性染色。S.DISKIN等[22]研究顯示，原發(fā)性開角型青光眼（primary open angle glaucoma,POAG）患者和正常人的TM 具有不同的基因表達(dá)譜，在陣列上的2 001 個(gè)基因中，19 個(gè)基因在POAG 中的差異表達(dá)超過1.4 倍。與正常眼相比，POAG 的TM 中，lumican 的表達(dá)是正常眼的2倍以上。與正?；颊叩难鍢颖緦?duì)比，POAG 患者血清樣本中l(wèi)umican 的基因表達(dá)升高，且與血管的生成也有一定的關(guān)系[13]。因此，在臨床上可以通過血清樣本檢測(cè)lumican，從而對(duì)POAG 患者進(jìn)行早期確診。盡管lumican 影響房水流出[4]的機(jī)制目前尚未明確，但有理由推測(cè)lumican 與房水流出阻力的維持和調(diào)節(jié)有關(guān)。

6 Lumican 與視網(wǎng)膜疾病

在新生小鼠視網(wǎng)膜中，隨著光刺激的增加，lumican 的表達(dá)量隨之增加。在光照射后的3 d 內(nèi)，其水平增加了150 倍以上，主要位于小鼠視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)從狀層、內(nèi)核層和外從狀層[23]。并且，lumican 的積累與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞損失有一定的相關(guān)性。然而，目前尚不清楚lumican 是否作為調(diào)節(jié)因子導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的異?；騺G失。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[24]發(fā)現(xiàn)，中波紫外線（ultraviolet B-rays,UVB）照射大鼠視網(wǎng)膜后lumican 的表達(dá)明顯降低，這提示lumican 的表達(dá)減少與光間受體基質(zhì)（interphotoreceptor matrix,IPM）的結(jié)構(gòu)完整性和功能受損有關(guān)。因此，lumican 也被鑒定為與IPM 破壞相關(guān)的紫外線光毒性生物標(biāo)志物。Lumican 基因敲除小鼠雙眼容易出現(xiàn)視網(wǎng)膜脫離，這可能是由于眼軸長(zhǎng)度增加所致。Lumican 還是一種潛在的水性生物標(biāo)志物，可用于預(yù)測(cè)特發(fā)性視網(wǎng)膜前膜的發(fā)展并監(jiān)測(cè)其進(jìn)展[25]。以上的臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都表明了lumican 對(duì)視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能的維持具有重要作用。在臨床上，對(duì)于特定的視網(wǎng)膜疾?。ɡ缣匕l(fā)性視網(wǎng)膜前膜）有早期的診斷和監(jiān)測(cè)進(jìn)展的作用。

7 Lumican 與病理性近視

目前，我國(guó)近視人數(shù)逐年提升，且近視人員逐漸低齡化，因此，探索預(yù)防和治療近視的新方法尤為重要。而人類基因多態(tài)性的遺傳學(xué)研究支持了lumican在近視中的重要作用。Lumican 是鞏膜的關(guān)鍵成分，Lum 基因缺失會(huì)影響鞏膜的結(jié)構(gòu)完整性。Lumican基因調(diào)控區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism,SNP）與人類病理性近視相關(guān)。G.F.WANG 等[26]調(diào)查了華南人群Lum 基因與高度近視的相關(guān)性，該研究鑒定出Lum 基因的3 個(gè)SNP：Lum c.32（rs577456426）、Lum c.507（rs17853500）和Lum c.849（rs181915277）。3 個(gè)SNP 中，rs17853500的基因型和等位基因頻率在患者和對(duì)照組之間差異有統(tǒng) 計(jì)學(xué)意義（P<0.05），但兩組間rs181915277 和rs577456426 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。因此得出Lum c.507 多態(tài)性可能是華南人群高度近視發(fā)病的危險(xiǎn)因素這一結(jié)論。Z.J.DENG 等[27]對(duì)中國(guó)人群lumican 啟動(dòng)子多態(tài)性與高度近視的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了Meta 分析，結(jié)果表明中國(guó)lumican rs3759223 C 等位基因攜帶者與T 等位基因攜帶者相比，高度近視的風(fēng)險(xiǎn)降低（優(yōu)勢(shì)比：0.531，95%CI：0.304～0.925，P=0.025）；對(duì)照者平均眼軸長(zhǎng)度減弱rs3759223 對(duì)高度近視的影響（斜率：-0.914，95%CI：-1.490～0.337，P=0.002）。因此，在中國(guó)人中l(wèi)umican rs3759223 C 等位基因攜帶者可能降低高度近視的風(fēng)險(xiǎn)。另一項(xiàng)Meta 分析[28]表明，lumican-1554T／C 多態(tài)性可能與高度近視易感性中度相關(guān)。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，M.Y.LIN 等[29]研究出一種新的近視眼造模方法。主要是針對(duì)斑馬魚lumican基因的藥物嗎啉代，注射到單細(xì)胞斑馬魚胚胎中，導(dǎo)致鞏膜過度擴(kuò)張，最終形成近視。

Lumican 基因在近視的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮重要的作用。呂曉彤等[30]研究發(fā)現(xiàn)，lumican 突變（c.596T＞C）增加了人鞏膜成纖維細(xì)胞中堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor,bFGF）和TGF-β2的表達(dá)，說明lumican 突變（c.596T＞C）可能通過調(diào)節(jié)bFGF 和TGF-β2 參與近視過程中的鞏膜重構(gòu)，并改變了鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)的代謝。Lumican 在維持鞏膜生物力學(xué)特性方面發(fā)揮著重要作用。J.S.WU 等[31]發(fā)現(xiàn)，lumican 通過調(diào)節(jié)組織金屬蛋白酶抑制劑2、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）-2 和MMP-14 的過表達(dá)，從而促進(jìn)鞏膜成纖維細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致近視。還有研究[32]表明，lumican 也可能與纖維調(diào)蛋白密切相關(guān)。同時(shí)敲除lumican 和纖維調(diào)節(jié)蛋白的小鼠（Lum-／-Fmod-／-），其眼睛顯示出高度近視的某些特征：眼軸長(zhǎng)度增加、鞏膜變薄和視網(wǎng)膜脫離。對(duì)于有高度近視風(fēng)險(xiǎn)的患者，應(yīng)用柔性合成lumican 可以恢復(fù)角膜瘢痕，甚至可以限制近視的進(jìn)展。因此，了解lumican 在病理性近視中所扮演的角色，在臨床上有助于探索預(yù)防和治療近視的新方法。

8 Lumican 的總結(jié)和展望

Lumican 在角膜、鞏膜、虹膜、晶狀體、小梁網(wǎng)、人類神經(jīng)感覺視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜血細(xì)胞、Bruch 膜、脈絡(luò)膜中均有表達(dá)[3,33]。目前臨床上對(duì)與lumican 的研究主要體現(xiàn)在：lumican 可以維持角膜清晰度；lumican 促進(jìn)角膜基質(zhì)的再生和修復(fù)，可以作為一種新型的植入材料，很好地彌補(bǔ)角膜移植供體不足的缺陷；在炎癥性眼病中，對(duì)炎癥的進(jìn)展發(fā)揮重要作用；對(duì)于原發(fā)性開角型青光眼，可以血清檢測(cè)lumican進(jìn)行疾病的早期診斷；通過調(diào)節(jié)房水的流出，從而可以控制青光眼的進(jìn)展；白內(nèi)障術(shù)后控制lumican 的表達(dá)，還可以降低術(shù)后并發(fā)癥；lumican 對(duì)鞏膜的結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要，因此它與視網(wǎng)膜脫離和人類高度近視高度相關(guān)。此外在細(xì)胞層面，lumican 可以作為多種細(xì)胞過程的調(diào)節(jié)分子，包括細(xì)胞增殖和遷移。但目前對(duì)于lumican 的研究主要還是局限在眼前節(jié)，對(duì)眼后段疾病方面的作用機(jī)制還有待深入研究。在其他疾病方面lumican 也發(fā)揮重要的作用，例如，lumican 在人骨骼健康[34]、腫瘤[35-37]、婦產(chǎn)科[38]等領(lǐng)域有一定的研究?；つ覂?nèi)注射lumican 可以有效地控制骨性炎癥的進(jìn)展[34]；在腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面，lumican 對(duì)不同的腫瘤組織中新生血管生成和抑制[36]有一定的治療作用；lumican 還是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的預(yù)后標(biāo)志物[37]等。但其在眼科中的關(guān)于一些新生血管類疾?。ɡ缃悄?、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜等新生血管相關(guān)性疾?。┻€有待進(jìn)一步的探索和研究。鑒于lumican在各種不同的眼科疾病中不同作用和機(jī)制，因此對(duì)其進(jìn)一步研究在臨床上可能為不同的眼科疾病提供新的診斷指標(biāo)和藥物治療靶點(diǎn)。