生物信息學是隨著生命科學和信息學發展而產生的交叉學科，其主要研究的是基因和蛋白質的表達及其潛在關系。近年來眼科領域的學者們與時俱進，借助基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等平臺，將生物信息學的研究方法引入眼底疾病研究中，包括遺傳易感基因的篩查、診斷標志物的甄別以及發病機制的探索在內的諸多方面，取得了一系列喜人的研究成果。基因組學具有高效準確的特點，在視網膜母細胞瘤和視網膜色素變性研究中用于檢測新的突變位點，有助于進一步完善視網膜遺傳性疾病的發病機制。轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學具有高通量的特點，用于分析眼內液或離體細胞在疾病狀態下RNA、蛋白質和代謝物表達譜的變化，可用于篩選生物標志物和進一步闡明發病機制。隨著技術的進步，生物信息學方法將為眼底疾病的研究提供全新的思路。
引用本文： 張慧, 東莉潔, 王瓊, 洪亞茹, 李筱榮. 生物信息學方法在眼底疾病中的應用研究現狀. 中華眼底病雜志, 2020, 36(7): 570-575. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20181203-00412 復制
隨著“人類基因組計劃”的推進，生物芯片和生物信息學等高通量信息分析手段和技術已經應用在生命科學研究的各個領域，如基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等。在眼科研究中，房水、玻璃體和視網膜等富含大量的生物信息，是理想的生物信息學研究對象。以往研究對房水和玻璃體液的蛋白質組學分析揭示了青光眼和糖尿病視網膜病變的玻璃體蛋白質變化，代謝組學側重分析與眼部疾病相關的代謝物變化水平，有助于新藥篩選和開發[1-5]。另一方面，基因組學和轉錄組學可以深度揭示基因轉錄調控規律，被廣泛應用于眼底疾病發病機制的探索[6-10]。現就生物信息學在眼底疾病中的應用作一綜述。
1 生物信息學方法概述
生物信息學以現代分子生物學數據作為主要研究對象，發展理論模型和計算方法，揭示生長、發育、遺傳、進化等生命現象的根本規律。中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯過程，是所有具有細胞結構的生物所遵循的法則。生物信息學可以應用在中心法則任一階段的信息傳遞過程中，包括DNA序列中基因的組織與控制、確定DNA中的轉錄單位、通過序列預測蛋白結構以及分子功能分析。其主要應用在基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學。
1.1 基因組學
1924年基因組概念面世，基因組學的目的是描述和分析生物的全部基因和染色體組成。1986年美國科學家Thomas Roderick將基因組學定義為對所有基因進行核苷酸序列分析、基因組作圖、基因定位和基因功能分析。1990年，人類基因組計劃實施。2003年，人類基因組計劃的測序工作完成。基因連鎖分析、關聯分析以及近幾年興起的第二代測序技術（NGS）的發展使得DNA測序和基因篩查變得更加高效準確。同時，基于病毒載體和非病毒載體的基因轉導技術更是為基因治療提供了有效的技術手段。
1.2 轉錄組學
轉錄組是特定細胞或組織在特定時間或狀態下轉錄出來的所有RNA的集合。通過對轉錄組的研究可以揭示生物體的基因表達、研究結構變異及發現新基因等。隨著高通量測序技術的完善，轉錄組分析的研究方法、研究平臺及生物信息學分析的內容也在逐漸完善。RNA-Seq又稱轉錄組測序，是把mRNA、小RNA和非編碼RNA全部或者部分用高通量測序方法進行測序分析的技術[11]。RNA-Seq的研究已改變了科學家對真核轉錄組復雜程度的看法[12]。以往研究采取的芯片分析法局限于測定已知的RNA轉錄本的相對豐度；而RNA-Seq技術能以單個堿基的分辨率全面測定基因的表達水平，提供更精確的數字化信號、更高的檢測通量以及更廣泛的檢測范圍，是一種綜合性的轉錄組學研究方法，廣泛應用于識別特定基因的轉錄結果、比較藥物治療后的分子生物變化以及確定早期診斷標志物等[13]。
1.3 蛋白質組學
蛋白質組學是從整體的角度研究蛋白質之間相互作用的學科，通過分析動態變化的蛋白質組成、表達水平和修飾狀態，進一步分析蛋白質功能與細胞生命活動規律。蛋白質組學常用技術為蛋白質分離技術和基于質譜的定量研究技術。蛋白質組學及其相關技術的發展為在蛋白質水平上研究疾病的病理生理機制提供了廣闊的平臺。用比較蛋白質組學對患病組和健康人群組進行研究，可以更加精準地闡明疾病的病理生理機制，如疾病的發生、發展或預后的內在分子機制，是臨床診療的有力工具。
1.4 代謝組學
細胞內許多生命活動現象是發生在代謝物層面的，如細胞信號釋放、細胞間通信、能量傳遞等。代謝組學研究內容是對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系。其研究對象為相對分子質量1000以內的小分子物質。代謝組學常用的研究技術包括質譜法和核磁共振技術，常見的統計分析方法包括非監督分析方法和監督法。基因和蛋白質的表達緊密相連，而代謝物更多地反映了細胞所處的環境。由于機體代謝物產生消耗變化較大，許多因素可直接引起代謝物水平的波動，可以更好地反映機體的真實情況。
2 生物信息學方法在眼底疾病中的應用
2.1 視網膜母細胞瘤（RB）
遺傳性眼科疾病發病率高，種類較多，嚴重者常致盲，是近幾年眼科研究的熱點。RB是較早發現的由于基因改變導致腫瘤發生的疾病。早期研究認為RB是由一種較為罕見的抑癌基因RB1突變或者失活而引發的疾病[14]。近年研究發現并不是所有的RB患者都發生了RB1基因突變，伴或不伴有RB1基因突變的RB患者中可能存在高MYCN擴增，提示MYCN基因的擴增導致RB發生[15]。MYCN基因位于染色體2p上，其編碼的蛋白作為轉錄因子來控制與細胞周期相關基因的表達，從而促進細胞增生。Ewens等[8]用免疫組織化學方法分析了245例單側RB患者中RB1基因、MYCN拷貝數變異以及5個腫瘤亞組中pRb的磷酸化狀態，發現pRb磷酸化可能是造成MYCN擴增成瘤體中Rb通路失活的機制。同時，Wu等[16]通過構建Rb/MYCN小鼠模型證明Rb失活與MYCN過表達密切相關，并導致小鼠RB的發生。在Rb失活的背景下，人MYCN的過表達增加了MYC和E2F相關基因和核糖體相關基因集合的表達，促進了過度增生，并導致RB發生再生障礙，進一步完善了RB的發病機制。基因組學技術還可用于尋找RB生物診斷標志物。腫瘤來源的細胞外DNA（cfDNA）具有生物標志物潛力[17]。Berry等[18]通過分析RB患者的房水RNA、DNA、miRNA、cfDNA等得出結論，當RB腫瘤組織不可用時，房水中的cfDNA可以代替腫瘤活檢。
2.2 糖尿病視網膜病變（DR）
DR是糖尿病患者常見的眼部并發癥，晚期常致盲。近幾年隨著分子生物學的發展，關于DR的發病機制、治療方法的研究有一些新的進展。以RNA-Seq等技術為代表的轉錄組學研究，將基因與發病機制聯系起來，進一步明確DR的發病機制。Liang等[19]應用RNA-Seq和熒光定量逆轉錄PCR技術分析糖尿病伴DR與不伴DR患者的血清miRNA差異，結果顯示3個miRNA（hsa-let-7a-5p、hsa-miR-novel-chr5_15976和hsa-miR-28-3p）聯合鑒別兩者具有較高靈敏度。與之類似，Pan等[20]使用RNA-Seq檢測了增生型DR（PDR）與非PDR患者血液樣本的全基因轉錄組，對篩選出的6個差異表達基因進行交叉驗證得出較高靈敏度和特異性，其可以作為早期DR生物檢測標志物。
針對DR的蛋白質組學研究已經確定了疾病發展過程中蛋白質組的變化[21]。近幾年研究熱點為通過對DR患者生物樣本的蛋白質組學分析尋找DR早期診斷標志物[22]。Li等[4]使用定量蛋白質組學分析PDR患者與特發性黃斑裂孔（IMH）患者的玻璃體蛋白質表達，發現在610種蛋白質中，64種蛋白質是PDR患者獨有的，而212種蛋白質只能在IMH玻璃體中識別出來；進一步分析表明，PDR和IMH的蛋白質表達存在差異，PDR的進展可能與免疫和運輸相關蛋白有關。淚液相對玻璃體液更容易獲得，近年來許多研究致力于尋找淚液中的DR早期診斷標記物。已有研究表明，神經生長因子、載脂蛋白A1、乳轉鐵蛋白、溶菌酶等在DR患者淚水中的含量顯著增多[23]。除此之外，Tsybikov等[24]還觀察到PDR患者淚液中熱休克蛋白27水平降低，微球蛋白和內皮素特異性增加。雖然目前尚不清楚DR疾病進展與淚液分泌過程和淚液成分之間是否存在直接的因果關系，但是通過蛋白質組學研究發現的淚液蛋白質組分的變化，證實了PDR進展和淚液蛋白質譜變化存在相關性。一些蛋白質在DR患者眼內液中表達水平顯著升高，有助于DR的早期診斷。Grigsby等[25]指出，炎癥反應參與了DR的病理過程，而其機制之一是RGC活化。隨后，Vujosevic等[26]用蛋白質組學方法證實，與正常對照組相比，DR患者房水中RGC相關炎性因子的表達上調。蛋白質組學在篩選DR生物標志物和尋找新的發病機制中存在極大的應用潛力。
2.3 老年性黃斑變性（AMD）
AMD是以光感受器細胞進行性損傷為特征的視網膜退行性病變，我國近幾年AMD發病率有逐漸升高的趨勢[27]。VEGF抑制劑已成功用于抑制晚期AMD脈絡膜新生血管形成。然而，早期AMD的發病機制仍然很大程度上未知，因此臨床上無法對該病進行早期干預。近幾年有學者認為，基因因素在AMD發病機制中起非常重要的作用[28]。Whitmore等[29]和Ashikawa等[30]比較了早期AMD患者和健康供體RPE-脈絡膜組織中的基因表達，發現脂肪酸去飽和酶（FADS）1、FADS2和乙酰輔酶A乙酰轉移酶2在早期AMD患者黃斑部的表達增加。另一方面，有證據表明脈絡膜毛細血管（CEC）是首先在AMD中缺失的血管[31-33]。Songstad等[34]在猴CEC系RF/6A細胞中應用RNA-Seq技術結合統計篩選發現，結締組織生長因子和TNF可促進誘導多功能干細胞向CEC分化，形成毛細血管網絡并表達內皮細胞特異性標志物CD31、細胞間黏附分子-1、質膜小泡相關蛋白、血管性血友病因子和CEC限制性標志物CA4，這一結論有望促進細胞替代療法的開發。
萎縮型AMD患者眼底特征之一為玻璃膜疣多發，玻璃膜疣是由細胞外物質沉積定位于RPE-脈絡膜界面形成，其融合擴大預示著萎縮型AMD向滲出型AMD轉化。Crabb等[35]和Yuan等[36]通過對比AMD患眼和正常眼的玻璃膜疣蛋白質組成分，發現MMP抑制劑3、人載脂蛋白J等在正常眼玻璃膜疣中更常見，而晶狀體蛋白、補體因子等在AMD患者玻璃膜疣中更為常見。Kim等[37]分析了滲出型AMD患者和單純白內障患者的房水，發現在基于蛋白質組學鑒定的154種蛋白質中，10種房水蛋白是新的標志物，提示新的標記蛋白可以用于早期AMD診斷。Koss等[38]分析AMD患者與單純玻璃體混濁患者的玻璃體液蛋白質表達差異發現，在AMD患者的玻璃體液中有19種蛋白上調，大多數蛋白質來源于血漿，參與生物（離子）運輸、急性期炎癥反應和凝血。Nobl等[39]也進行了類似的試驗，在AMD患者玻璃體液中發現了凝聚素、色素上皮衍生因子和前列腺素H2-D異構酶的上調，AMD蛋白質組變化可能反映了免疫反應和補體活性的上調。Yuan等[36]對AMD 患者Bruch膜-脈絡膜蛋白質組學研究發現，與損傷相關的分子模式蛋白高表達，如S100蛋白和晶體蛋白，同時有C3、C5、C7、B因子等多種補體因子表達上調，表明免疫炎癥反應可能是滲出型AMD發病的重要機制。
眼科領域的代謝組學研究主要側重于確定視網膜疾病特征代謝物的濃度。質譜和核磁共振光譜學的研究表明，與正常對照個體相比，患有視網膜疾病的個體具有明顯不同的代謝特征，提示代謝物可以用作特定條件下易識別的生物標志物[40]。AMD患者與正常人眼內代謝物的成分存在差異。有報道顯示低密度脂蛋白是AMD的生物標志物之一[41]。這提示AMD患者視網膜脂質代謝可能存在異常。而在AMD患者代謝物中丙二醛、多不飽和脂肪酸、NO等氧化產物的水平增加[42]，又從代謝水平證實氧化應激是AMD的發病機制之一。代謝組學在治療中的優勢在于所有組織都依賴于代謝過程的正常功能。例如有多達140個基因突變可引起視網膜變性[43]。但研究表明，只有少數代謝途徑是這些突變基因產生影響的基礎[5, 43]。代謝通路的不同可以解釋遺傳性視網膜疾病的多樣性，因此，了解導致視網膜變性的代謝通路可以輔助非基因特異性療法的研發。
2.4 視網膜色素變性（RP）
RP是一組遺傳異質性疾病，有明顯的家族遺傳傾向；在大約60%～80%的RP患者中，可以使用全外顯子組測序進行遺傳診斷[44]。Pomares等[45]設計了包含40個RP基因SNP位點的芯片，通過測定一個大家系的基因組，確定了致病基因PRPF31。Simpson等[46]和Srilekha等[47]對RP患者家族相關致病基因進行高通量測序，均通過分析測序的數據確定了候選基因。Wang等[48]通過PCR和Sanger測序在RP家族成員中發現了CYP4V2基因的復合雜合突變，該位點被鑒定為新的RP致病突變。Huang等[49]設計了一個靶向基因捕獲面板來捕獲283個遺傳性眼病基因的外顯子，包括RP致病基因，并在99例RP患者隊列中成功鑒定出了大量的突變，該方法具有較好的準確性。在過去十年中高通量測序技術迅速發展，為遺傳性眼底疾病的早期診斷帶來了便捷，使得更多的先天性疾病的發生可以被合理避免。視網膜疾病背景下的NGS技術有助于發現新的發病機制和開發藥物靶點[50]。Carrigan等[51]使用NGS技術觀察到新的與RP相關的SLC24A1等基因突變。NGS技術的優點為價格低廉、覆蓋全面以及可以深入分析基因組的各項數據。可以預見，高通量測序將在眼科基礎研究中得到更加廣泛的應用。
高通量測序技術和RNA-Seq技術的廣泛應用進一步揭示了RP的發病機制。Uren等[52]對視網膜變性小鼠模型進行轉錄組學分析，發現視桿細胞存在特異性轉錄本缺失，同時Müller細胞特異性轉錄本表達增加，結果表明反應性膠質細胞增生和先天免疫激活途徑與RP發生相關。Chen等[53]通過轉錄組學分析發現，旨在減輕突變蛋白影響的候選藥物可以使與RP發病相關的蛋白轉錄本發生上調或下降。因此，轉錄組譜可以提供關于候選藥物在病理條件下恢復正常基因表達的基本信息，為藥物篩選和預后預測提供全新的思路。
3 展望
高通量組學方法的應用產生了大量的基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組等組學數據。組學數據的整合為全面了解生物學系統和疾病機制提供了前提條件。當前，單純研究某一層次生物分子（基因組、轉錄組、蛋白質和代謝組等）變化，如通過基因注釋法分析基因功能及相互作用網絡，或通過R語言等大數據處理工具分析小分子代謝產物的相互關系并尋找生物標志物等，已經很難滿足系統生物學越來越高的研究期望。因此，從多分子層次出發來系統研究基因、mRNA、蛋白質和小分子間相互作用和系統機制可以幫助我們更全面的了解生命科學的奧秘。相信隨著生物信息學技術與分子生物學技術的不斷整合和不斷發展，越來越多的眼底疾病可以實現精確診斷、精準治療，從而為眼底病患者帶來福音。
隨著“人類基因組計劃”的推進，生物芯片和生物信息學等高通量信息分析手段和技術已經應用在生命科學研究的各個領域，如基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等。在眼科研究中，房水、玻璃體和視網膜等富含大量的生物信息，是理想的生物信息學研究對象。以往研究對房水和玻璃體液的蛋白質組學分析揭示了青光眼和糖尿病視網膜病變的玻璃體蛋白質變化，代謝組學側重分析與眼部疾病相關的代謝物變化水平，有助于新藥篩選和開發[1-5]。另一方面，基因組學和轉錄組學可以深度揭示基因轉錄調控規律，被廣泛應用于眼底疾病發病機制的探索[6-10]。現就生物信息學在眼底疾病中的應用作一綜述。
1 生物信息學方法概述
生物信息學以現代分子生物學數據作為主要研究對象，發展理論模型和計算方法，揭示生長、發育、遺傳、進化等生命現象的根本規律。中心法則是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯過程，是所有具有細胞結構的生物所遵循的法則。生物信息學可以應用在中心法則任一階段的信息傳遞過程中，包括DNA序列中基因的組織與控制、確定DNA中的轉錄單位、通過序列預測蛋白結構以及分子功能分析。其主要應用在基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學。
1.1 基因組學
1924年基因組概念面世，基因組學的目的是描述和分析生物的全部基因和染色體組成。1986年美國科學家Thomas Roderick將基因組學定義為對所有基因進行核苷酸序列分析、基因組作圖、基因定位和基因功能分析。1990年，人類基因組計劃實施。2003年，人類基因組計劃的測序工作完成。基因連鎖分析、關聯分析以及近幾年興起的第二代測序技術（NGS）的發展使得DNA測序和基因篩查變得更加高效準確。同時，基于病毒載體和非病毒載體的基因轉導技術更是為基因治療提供了有效的技術手段。
1.2 轉錄組學
轉錄組是特定細胞或組織在特定時間或狀態下轉錄出來的所有RNA的集合。通過對轉錄組的研究可以揭示生物體的基因表達、研究結構變異及發現新基因等。隨著高通量測序技術的完善，轉錄組分析的研究方法、研究平臺及生物信息學分析的內容也在逐漸完善。RNA-Seq又稱轉錄組測序，是把mRNA、小RNA和非編碼RNA全部或者部分用高通量測序方法進行測序分析的技術[11]。RNA-Seq的研究已改變了科學家對真核轉錄組復雜程度的看法[12]。以往研究采取的芯片分析法局限于測定已知的RNA轉錄本的相對豐度；而RNA-Seq技術能以單個堿基的分辨率全面測定基因的表達水平，提供更精確的數字化信號、更高的檢測通量以及更廣泛的檢測范圍，是一種綜合性的轉錄組學研究方法，廣泛應用于識別特定基因的轉錄結果、比較藥物治療后的分子生物變化以及確定早期診斷標志物等[13]。
1.3 蛋白質組學
蛋白質組學是從整體的角度研究蛋白質之間相互作用的學科，通過分析動態變化的蛋白質組成、表達水平和修飾狀態，進一步分析蛋白質功能與細胞生命活動規律。蛋白質組學常用技術為蛋白質分離技術和基于質譜的定量研究技術。蛋白質組學及其相關技術的發展為在蛋白質水平上研究疾病的病理生理機制提供了廣闊的平臺。用比較蛋白質組學對患病組和健康人群組進行研究，可以更加精準地闡明疾病的病理生理機制，如疾病的發生、發展或預后的內在分子機制，是臨床診療的有力工具。
1.4 代謝組學
細胞內許多生命活動現象是發生在代謝物層面的，如細胞信號釋放、細胞間通信、能量傳遞等。代謝組學研究內容是對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系。其研究對象為相對分子質量1000以內的小分子物質。代謝組學常用的研究技術包括質譜法和核磁共振技術，常見的統計分析方法包括非監督分析方法和監督法。基因和蛋白質的表達緊密相連，而代謝物更多地反映了細胞所處的環境。由于機體代謝物產生消耗變化較大，許多因素可直接引起代謝物水平的波動，可以更好地反映機體的真實情況。
2 生物信息學方法在眼底疾病中的應用
2.1 視網膜母細胞瘤（RB）
遺傳性眼科疾病發病率高，種類較多，嚴重者常致盲，是近幾年眼科研究的熱點。RB是較早發現的由于基因改變導致腫瘤發生的疾病。早期研究認為RB是由一種較為罕見的抑癌基因RB1突變或者失活而引發的疾病[14]。近年研究發現并不是所有的RB患者都發生了RB1基因突變，伴或不伴有RB1基因突變的RB患者中可能存在高MYCN擴增，提示MYCN基因的擴增導致RB發生[15]。MYCN基因位于染色體2p上，其編碼的蛋白作為轉錄因子來控制與細胞周期相關基因的表達，從而促進細胞增生。Ewens等[8]用免疫組織化學方法分析了245例單側RB患者中RB1基因、MYCN拷貝數變異以及5個腫瘤亞組中pRb的磷酸化狀態，發現pRb磷酸化可能是造成MYCN擴增成瘤體中Rb通路失活的機制。同時，Wu等[16]通過構建Rb/MYCN小鼠模型證明Rb失活與MYCN過表達密切相關，并導致小鼠RB的發生。在Rb失活的背景下，人MYCN的過表達增加了MYC和E2F相關基因和核糖體相關基因集合的表達，促進了過度增生，并導致RB發生再生障礙，進一步完善了RB的發病機制。基因組學技術還可用于尋找RB生物診斷標志物。腫瘤來源的細胞外DNA（cfDNA）具有生物標志物潛力[17]。Berry等[18]通過分析RB患者的房水RNA、DNA、miRNA、cfDNA等得出結論，當RB腫瘤組織不可用時，房水中的cfDNA可以代替腫瘤活檢。
2.2 糖尿病視網膜病變（DR）
DR是糖尿病患者常見的眼部并發癥，晚期常致盲。近幾年隨著分子生物學的發展，關于DR的發病機制、治療方法的研究有一些新的進展。以RNA-Seq等技術為代表的轉錄組學研究，將基因與發病機制聯系起來，進一步明確DR的發病機制。Liang等[19]應用RNA-Seq和熒光定量逆轉錄PCR技術分析糖尿病伴DR與不伴DR患者的血清miRNA差異，結果顯示3個miRNA（hsa-let-7a-5p、hsa-miR-novel-chr5_15976和hsa-miR-28-3p）聯合鑒別兩者具有較高靈敏度。與之類似，Pan等[20]使用RNA-Seq檢測了增生型DR（PDR）與非PDR患者血液樣本的全基因轉錄組，對篩選出的6個差異表達基因進行交叉驗證得出較高靈敏度和特異性，其可以作為早期DR生物檢測標志物。
針對DR的蛋白質組學研究已經確定了疾病發展過程中蛋白質組的變化[21]。近幾年研究熱點為通過對DR患者生物樣本的蛋白質組學分析尋找DR早期診斷標志物[22]。Li等[4]使用定量蛋白質組學分析PDR患者與特發性黃斑裂孔（IMH）患者的玻璃體蛋白質表達，發現在610種蛋白質中，64種蛋白質是PDR患者獨有的，而212種蛋白質只能在IMH玻璃體中識別出來；進一步分析表明，PDR和IMH的蛋白質表達存在差異，PDR的進展可能與免疫和運輸相關蛋白有關。淚液相對玻璃體液更容易獲得，近年來許多研究致力于尋找淚液中的DR早期診斷標記物。已有研究表明，神經生長因子、載脂蛋白A1、乳轉鐵蛋白、溶菌酶等在DR患者淚水中的含量顯著增多[23]。除此之外，Tsybikov等[24]還觀察到PDR患者淚液中熱休克蛋白27水平降低，微球蛋白和內皮素特異性增加。雖然目前尚不清楚DR疾病進展與淚液分泌過程和淚液成分之間是否存在直接的因果關系，但是通過蛋白質組學研究發現的淚液蛋白質組分的變化，證實了PDR進展和淚液蛋白質譜變化存在相關性。一些蛋白質在DR患者眼內液中表達水平顯著升高，有助于DR的早期診斷。Grigsby等[25]指出，炎癥反應參與了DR的病理過程，而其機制之一是RGC活化。隨后，Vujosevic等[26]用蛋白質組學方法證實，與正常對照組相比，DR患者房水中RGC相關炎性因子的表達上調。蛋白質組學在篩選DR生物標志物和尋找新的發病機制中存在極大的應用潛力。
2.3 老年性黃斑變性（AMD）
AMD是以光感受器細胞進行性損傷為特征的視網膜退行性病變，我國近幾年AMD發病率有逐漸升高的趨勢[27]。VEGF抑制劑已成功用于抑制晚期AMD脈絡膜新生血管形成。然而，早期AMD的發病機制仍然很大程度上未知，因此臨床上無法對該病進行早期干預。近幾年有學者認為，基因因素在AMD發病機制中起非常重要的作用[28]。Whitmore等[29]和Ashikawa等[30]比較了早期AMD患者和健康供體RPE-脈絡膜組織中的基因表達，發現脂肪酸去飽和酶（FADS）1、FADS2和乙酰輔酶A乙酰轉移酶2在早期AMD患者黃斑部的表達增加。另一方面，有證據表明脈絡膜毛細血管（CEC）是首先在AMD中缺失的血管[31-33]。Songstad等[34]在猴CEC系RF/6A細胞中應用RNA-Seq技術結合統計篩選發現，結締組織生長因子和TNF可促進誘導多功能干細胞向CEC分化，形成毛細血管網絡并表達內皮細胞特異性標志物CD31、細胞間黏附分子-1、質膜小泡相關蛋白、血管性血友病因子和CEC限制性標志物CA4，這一結論有望促進細胞替代療法的開發。
萎縮型AMD患者眼底特征之一為玻璃膜疣多發，玻璃膜疣是由細胞外物質沉積定位于RPE-脈絡膜界面形成，其融合擴大預示著萎縮型AMD向滲出型AMD轉化。Crabb等[35]和Yuan等[36]通過對比AMD患眼和正常眼的玻璃膜疣蛋白質組成分，發現MMP抑制劑3、人載脂蛋白J等在正常眼玻璃膜疣中更常見，而晶狀體蛋白、補體因子等在AMD患者玻璃膜疣中更為常見。Kim等[37]分析了滲出型AMD患者和單純白內障患者的房水，發現在基于蛋白質組學鑒定的154種蛋白質中，10種房水蛋白是新的標志物，提示新的標記蛋白可以用于早期AMD診斷。Koss等[38]分析AMD患者與單純玻璃體混濁患者的玻璃體液蛋白質表達差異發現，在AMD患者的玻璃體液中有19種蛋白上調，大多數蛋白質來源于血漿，參與生物（離子）運輸、急性期炎癥反應和凝血。Nobl等[39]也進行了類似的試驗，在AMD患者玻璃體液中發現了凝聚素、色素上皮衍生因子和前列腺素H2-D異構酶的上調，AMD蛋白質組變化可能反映了免疫反應和補體活性的上調。Yuan等[36]對AMD 患者Bruch膜-脈絡膜蛋白質組學研究發現，與損傷相關的分子模式蛋白高表達，如S100蛋白和晶體蛋白，同時有C3、C5、C7、B因子等多種補體因子表達上調，表明免疫炎癥反應可能是滲出型AMD發病的重要機制。
眼科領域的代謝組學研究主要側重于確定視網膜疾病特征代謝物的濃度。質譜和核磁共振光譜學的研究表明，與正常對照個體相比，患有視網膜疾病的個體具有明顯不同的代謝特征，提示代謝物可以用作特定條件下易識別的生物標志物[40]。AMD患者與正常人眼內代謝物的成分存在差異。有報道顯示低密度脂蛋白是AMD的生物標志物之一[41]。這提示AMD患者視網膜脂質代謝可能存在異常。而在AMD患者代謝物中丙二醛、多不飽和脂肪酸、NO等氧化產物的水平增加[42]，又從代謝水平證實氧化應激是AMD的發病機制之一。代謝組學在治療中的優勢在于所有組織都依賴于代謝過程的正常功能。例如有多達140個基因突變可引起視網膜變性[43]。但研究表明，只有少數代謝途徑是這些突變基因產生影響的基礎[5, 43]。代謝通路的不同可以解釋遺傳性視網膜疾病的多樣性，因此，了解導致視網膜變性的代謝通路可以輔助非基因特異性療法的研發。
2.4 視網膜色素變性（RP）
RP是一組遺傳異質性疾病，有明顯的家族遺傳傾向；在大約60%～80%的RP患者中，可以使用全外顯子組測序進行遺傳診斷[44]。Pomares等[45]設計了包含40個RP基因SNP位點的芯片，通過測定一個大家系的基因組，確定了致病基因PRPF31。Simpson等[46]和Srilekha等[47]對RP患者家族相關致病基因進行高通量測序，均通過分析測序的數據確定了候選基因。Wang等[48]通過PCR和Sanger測序在RP家族成員中發現了CYP4V2基因的復合雜合突變，該位點被鑒定為新的RP致病突變。Huang等[49]設計了一個靶向基因捕獲面板來捕獲283個遺傳性眼病基因的外顯子，包括RP致病基因，并在99例RP患者隊列中成功鑒定出了大量的突變，該方法具有較好的準確性。在過去十年中高通量測序技術迅速發展，為遺傳性眼底疾病的早期診斷帶來了便捷，使得更多的先天性疾病的發生可以被合理避免。視網膜疾病背景下的NGS技術有助于發現新的發病機制和開發藥物靶點[50]。Carrigan等[51]使用NGS技術觀察到新的與RP相關的SLC24A1等基因突變。NGS技術的優點為價格低廉、覆蓋全面以及可以深入分析基因組的各項數據。可以預見，高通量測序將在眼科基礎研究中得到更加廣泛的應用。
高通量測序技術和RNA-Seq技術的廣泛應用進一步揭示了RP的發病機制。Uren等[52]對視網膜變性小鼠模型進行轉錄組學分析，發現視桿細胞存在特異性轉錄本缺失，同時Müller細胞特異性轉錄本表達增加，結果表明反應性膠質細胞增生和先天免疫激活途徑與RP發生相關。Chen等[53]通過轉錄組學分析發現，旨在減輕突變蛋白影響的候選藥物可以使與RP發病相關的蛋白轉錄本發生上調或下降。因此，轉錄組譜可以提供關于候選藥物在病理條件下恢復正常基因表達的基本信息，為藥物篩選和預后預測提供全新的思路。
3 展望
高通量組學方法的應用產生了大量的基因組、轉錄組、蛋白質組、代謝組等組學數據。組學數據的整合為全面了解生物學系統和疾病機制提供了前提條件。當前，單純研究某一層次生物分子（基因組、轉錄組、蛋白質和代謝組等）變化，如通過基因注釋法分析基因功能及相互作用網絡，或通過R語言等大數據處理工具分析小分子代謝產物的相互關系并尋找生物標志物等，已經很難滿足系統生物學越來越高的研究期望。因此，從多分子層次出發來系統研究基因、mRNA、蛋白質和小分子間相互作用和系統機制可以幫助我們更全面的了解生命科學的奧秘。相信隨著生物信息學技術與分子生物學技術的不斷整合和不斷發展，越來越多的眼底疾病可以實現精確診斷、精準治療，從而為眼底病患者帶來福音。