煙霧病遺傳學(xué)研究

周麗 王喬樹

煙霧?。∕MD）系指雙側(cè)頸內(nèi)動脈（ICA）終部和（或）大腦前動脈（ACA）起始部和（或）大腦中動脈（MCA）起始部進行性狹窄或閉塞，同時伴顱底增生的異常血管網(wǎng)，并排除動脈粥樣硬化、自身免疫性疾病、腦膜炎、中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、21三體綜合征和神經(jīng)纖維瘤等，并且強調(diào)為雙側(cè)，單側(cè)為可疑煙霧?。?]。煙霧病在全球范圍內(nèi)均有發(fā)生，而在日本、韓國和中國等東亞國家的發(fā)病率高于其他地區(qū)，其中中國發(fā)病率約0.43/10萬［2]。值得注意的是，有煙霧病家族史的人群較普通人群發(fā)病率高30～40倍，且已有煙霧病患者表現(xiàn)出常染色體顯性遺傳特點，提示遺傳因素參與煙霧病的發(fā)?。?]。煙霧病有2個發(fā)病高峰期，一為年齡5～9歲的兒童，臨床癥狀以腦缺血為主，二為45～49歲的成人，臨床主要表現(xiàn)為顱內(nèi)出血［1]。研究顯示，缺血型煙霧病主要通過軟腦膜動脈代償大腦中動脈或大腦前動脈；出血型煙霧病主要通過脈絡(luò)膜前動脈迂曲擴張或后交通動脈開放擴張代償，或頸內(nèi)動脈終部進行性狹窄或閉塞致Willis環(huán)周圍多發(fā)細小、扭曲和煙霧狀血管影代償，其中成人供血代償途徑以后者為主、兒童則以前者為主，故不同代償模式導(dǎo)致不同年齡段患者臨床表現(xiàn)不同［4]。但上述情況均可能導(dǎo)致不可逆性神經(jīng)功能缺陷和智力障礙，因此，及時診斷和適當處理對改善患者長期預(yù)后至關(guān)重要，有助于明確煙霧病相關(guān)遺傳變異，并可為存在煙霧病風險的人群制定個體化治療方案。目前關(guān)于煙霧病的病因尚未闡明，但有學(xué)者認為遺傳因素在煙霧病的發(fā)病機制中的作用較獲得性因素更為重要［1]。本文擬就煙霧病遺傳學(xué)研究進展進行綜述，以為臨床診斷、干預(yù)和基因靶向治療提供指導(dǎo)。

一、RNF213基因與煙霧病

研究顯示，定位于17q25的RNF213基因是東亞人群煙霧病易感基因之一［5]。RNF213基因可以編碼一種含5256個氨基酸序列的蛋白，該蛋白包含兩個功能區(qū)：Walker基序和Ring蛋白區(qū)域，前者具有ATP依賴解聚酶功能；后者類似環(huán)指狀結(jié)構(gòu)，含泛素化連接酶活性區(qū)域。解聚酶可以催化蛋白解聚，泛素化連接酶參與細胞生理活動，如細胞周期、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、DNA 修復(fù)和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等［6]。Miyatake等［7]發(fā)現(xiàn)，95%的家族性煙霧病（FMMD）患者和79%的散發(fā)性煙霧病患者存在RNF213c.14576G＞A基因多態(tài)性，且RNF213c.14576G＞A純合變異者較雜合變異者發(fā)病年齡早、病情嚴重，可以出現(xiàn)缺血性卒中和大腦后動脈（PCA）狹窄等。究其原因，短暫性大腦中動脈閉塞（MCAO）可以激活RNF213基因表達，而RNF213c.14576G＞A變異具有降低血管生成能力的作用，進一步加重腦缺血，而腦缺血又可以誘導(dǎo)RNF213基因表達，導(dǎo)致惡性循環(huán)。煙霧病患者臨床表現(xiàn)主要表現(xiàn)為腦缺血和腦出血，相關(guān)研究顯示，RNF213c.14576G＞A變異導(dǎo)致缺血型煙霧病，而RNF213p.A4399T變異與出血型煙霧病相關(guān)［8]。Liu等［9]對8例家族性煙霧病的家系成員進行全基因組相關(guān)性研究（GWAS）時發(fā)現(xiàn)，煙霧病與染色體17q25區(qū)域存在相關(guān)性，8例先證者全外顯子測序（WES）結(jié)果顯示，均存在RNF213p.Arg4810Lys突變，而其他編碼區(qū)無突變。為進一步探討RNF213基因多態(tài)性的潛在作用，研究者敲除斑馬魚RNF213基因，結(jié)果顯示，斑馬魚顱內(nèi)動脈管壁不規(guī)則且產(chǎn)生異常血管，提示RNF213基因可能在顱內(nèi)血管生成中涉及新的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。2015年，Kobayashi等［10]研究顯示，RNF213p.Arg4810Lys變異也可降低血管生成能力，且易誘發(fā)腦組織缺氧。盡管我們業(yè)已了解RNF213基因與異常血管生成的關(guān)系，但尚無足夠證據(jù)顯示血管生成減少如何導(dǎo)致大腦基底部異常血管網(wǎng)形成。Sonobe等［11]敲除C57BL/6小鼠RNF213基因第32外顯子，制備RNF213基因缺陷型小鼠模型，再進行育種，結(jié)果顯示，正常情況下RNF213基因缺陷型小鼠與正常小鼠的動脈解剖和管壁結(jié)構(gòu)無明顯差異，行頸總動脈結(jié)扎術(shù)后，正常小鼠出現(xiàn)頸動脈內(nèi)膜短暫性增生，但RNF213基因缺陷型小鼠未見頸動脈內(nèi)膜增生，表明RNF213基因突變不能充分誘導(dǎo)煙霧病。盡管目前尚不明確煙霧病患者RNF213c.14576G＞A變異可使機體某些功能喪失還是加強，但通過Liu等［9]敲除斑馬魚RNF213基因的試驗結(jié)果表明，該基因突變可能存在功能損傷，并可能涉及新的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，但關(guān)于煙霧病與RNF213基因之間的關(guān)系尚待進一步研究。

二、MMP基因與煙霧病

MMP基因是導(dǎo)致煙霧病進展的基因之一，由Gross和Lapiere［12]于1962年首次發(fā)現(xiàn)，主要依靠金屬離子催化活性以降解細胞外基質(zhì)（ECM），因具有特定進化序列而與其他金屬蛋白酶不同，故而命名。MMP基因為多基因家族，包括25種以上分泌酶和細胞表面酶，主要作用是降解細胞外基質(zhì)，在調(diào)節(jié)組織病理生理學(xué)重塑過程中發(fā)揮重要作用，主要針對其他蛋白酶、蛋白酶抑制劑、凝血因子和趨化因子等［13]。研究顯示，基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）在生理或病理過程如胚胎發(fā)育、傷口愈合、炎癥反應(yīng)、關(guān)節(jié)炎、心血管病、肺部疾病和腫瘤中具有重要作用［14]。Ma和 You［2]以及湯蕩等［15]對中國煙霧病患者的研究顯示，煙霧病與MMP?3基因第1171位點多態(tài)性具有相關(guān)性。MMP?3又稱基質(zhì)溶酶?1，可溶解基底膜膠原蛋白，從而誘導(dǎo)其他金屬蛋白酶合成。MMP?3基因第1171位點啟動子區(qū)插入/刪除變異體，可以表現(xiàn)為5或6個腺嘌呤殘留物，通常稱為5A或6A，其中，5A等位基因啟動子活性較強，使MMP?3基因呈高表達；6A等位基因啟動子活性較弱，MMP?3基因表達不足。Li等［16]對中國漢族煙霧病患者的研究顯示，MMP?3基因低表達是家族性和散發(fā)性煙霧病的易感因素。煙霧病的特征性病理改變?yōu)閯用}內(nèi)膜增厚、不規(guī)則粥樣硬化斑塊形成致血管進行性狹窄或閉塞，病理生理學(xué)機制為平滑肌細胞過度增殖和細胞外基質(zhì)異常生成，系基質(zhì)金屬蛋白酶和金屬蛋白酶組織抑制因子（TIMPs）對平滑肌細胞和細胞外基質(zhì)的調(diào)節(jié)作用失衡所致，這可能也是MMP?3基因低表達易導(dǎo)致煙霧病的作用機制之一，尚待進一步驗證。亦有研究顯示，基質(zhì)金屬蛋白酶家族成員MMP?2和MMP?9基因多態(tài)性也可能是煙霧病的遺傳易感因素之一［17?18]?；|(zhì)金屬蛋白酶和金屬蛋白酶組織抑制因子對維持血?腦屏障（BBB）和促進血管生成起重要作用，其中MMP?2和MMP?9可降解內(nèi)皮基底層，調(diào)節(jié)細胞之間緊密連接，從而改變血?腦屏障通透性。Park等［17]對107例煙霧病患者和243名正常對照者進行基因多態(tài)性檢測，結(jié)果顯示，與正常對照者相比，煙霧病患者血清MMP?9水平顯著升高，推測MMP?9表達上調(diào)可以使血?腦屏障結(jié)構(gòu)改變，加重出血進程。MMP?9又稱明膠酶B，其作用底物包括明膠，天然Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ型膠原，層黏連蛋白（LN）等，主要由單核巨噬細胞、血管內(nèi)皮細胞和中性粒細胞等多種細胞合成分泌。動物實驗顯示，MMP?9基因敲除小鼠頸動脈內(nèi)膜厚度顯著降低［19]，與 Park 等［17]的研究結(jié)果一致，推測MMP?9表達上調(diào)可使動脈內(nèi)膜增厚，從而導(dǎo)致血管狹窄。

三、TIMP基因與煙霧病

TIMP基因突變也可參與煙霧病的發(fā)病。金屬蛋白酶組織抑制因子是基質(zhì)金屬蛋白酶的特異性天然抑制劑，其中TIMP?1是MMP?9的特異性抑制劑。TIMP表達異常時，平滑肌細胞增殖失衡，導(dǎo)致動脈內(nèi)膜增厚，粥樣硬化斑塊形成。Park等［17]研究顯示，與正常對照者相比，煙霧病患者TIMP?2基因第418位點啟動子區(qū)G/C基因型頻率明顯增加。Kang等［20]研究顯示，TIMP?2基因多態(tài)性可能誘發(fā)家族性煙霧病。后續(xù)研究結(jié)果顯示，煙霧病患者血漿TIMP?2和TIMP?1水平降低［21]，提示TIMP?2和TIMP?1基因表達下調(diào)可能導(dǎo)致平滑肌細胞動員、遷移和增殖，促進動脈閉塞性病變的進展。張皆德［22]探討47例煙霧病患者血清MMP?9和TIMP?1表達變化及其與顱內(nèi)出血之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，煙霧病患者血清TIMP?1水平和MMP?9/TIMP?1比值均高于正常對照者；相關(guān)分析顯示，血清MMP?9與TIMP?1表達變化呈正相關(guān)，推測MMP?9和TIMP?1在煙霧病患者中呈協(xié)同表達，MMP?9表達上調(diào)可以促進TIMP?1合成和分泌。上述研究結(jié)果均支持MMP與TIMP基表達失衡是煙霧病致病機制的假說，二者表達失衡對煙霧病的進展極其重要。

四、其他基因與煙霧病

盡管目前尚無證據(jù)證實煙霧病屬于自身免疫性疾病，但有學(xué)者認為二者間存在聯(lián)系。Chen等［23]在觀察煙霧病患者自身免疫性疾病發(fā)病情況時發(fā)現(xiàn)，煙霧病患者自身免疫性疾病患病率為31%，患病率明顯升高，證實二者之間存在聯(lián)系。目前已知人類白細胞抗原（HLA）基因與自身免疫性疾病有關(guān)。Aoyagi等［24]的研究顯示，與正常對照者相比，煙霧病患者HLA?B51基因頻率增加。Kraemer等［25]對白種人煙霧病患者進行基因檢測發(fā)現(xiàn)，HLA?DR基因呈高表達，并提出HLA基因通過調(diào)節(jié)免疫環(huán)境而加速煙霧病進展。Hong等［26]對70例煙霧病患兒（54例散發(fā)性煙霧病患兒、16例家族性煙霧病患兒）進行HLA基因多態(tài)性分析，結(jié)果顯示，家族性煙霧病患兒HLA?DR等位基因頻率明顯增加。上述研究結(jié)果均支持HLA基因作為自身免疫性疾病相關(guān)基因與煙霧病的發(fā)病之間存在重要聯(lián)系，但具體機制目前尚不清楚。有研究顯示，煙霧病患者存在ACTA2基因突變［27?28]，可能引起血管平滑肌細胞異常遷移，從而導(dǎo)致煙霧病。然而，張謙等［29]對我國132例煙霧病患者進行ACTA2基因編碼區(qū)外顯子測序，并未發(fā)現(xiàn)中國煙霧病患者存在ACTA2基因編碼外顯子突變。因此，ACTA2基因與煙霧病的關(guān)系尚待進一步研究。亦有研究顯示，TG相互作用因子（TGIF）和內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）參與煙霧病的發(fā)?。?0?31]，但具體機制尚待進一步研究。

五、展望

隨著臨床醫(yī)師對煙霧病認識的逐漸提高和先進影像學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的煙霧病病例被發(fā)現(xiàn)，但是關(guān)于其確切發(fā)病機制尚未闡明。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對煙霧病的病因和發(fā)病機制開展一系列研究，越來越多的研究證實，定位于17q25的RNF213基因和MMPs基因家族與煙霧病的發(fā)病密切相關(guān)［5，16?18]。因此，如果可以對上述基因位點進行基因檢測并分析，有助于確定煙霧病致病基因。眾所周知，煙霧病屬于血管變異性疾病，有研究顯示，某些基因突變可以導(dǎo)致血管生成和結(jié)構(gòu)異常［9，18?19]，但具體機制尚不清楚，因此，針對血管生成重塑等方面的研究有望探尋到煙霧病的發(fā)病機制。隨著對煙霧病易感基因定位研究的深入，我們期待能夠早日揭示其病因和發(fā)病機制，在外科手術(shù)基礎(chǔ)上有效結(jié)合基因靶向治療，阻止疾病進展，使基因治療成為外科治療的良好補充手段。因此，深入研究并準確定位煙霧病致病基因、明確病因和發(fā)病機制以指導(dǎo)臨床預(yù)防與治療是未來研究的重點。

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