眼眶靜脈畸形發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

楊依迪 李甬蕓 賈仁兵

靜脈畸形(venous malformation, VM)是最常見(jiàn)的血管發(fā)育畸形，發(fā)病率約為1%[1]。靜脈畸形可發(fā)生在全身任何部位，其中40%發(fā)生于頭頸部[2]。病變通常在出生時(shí)就存在，隨身體成比例增長(zhǎng)，或因體內(nèi)激素的變化而膨脹，無(wú)法自行消退[3]。

一、眼眶靜脈畸形定義和分類

眼眶靜脈畸形(orbital venous malformation, OVM)是成人最常見(jiàn)的眼部脈管畸形。根據(jù)血液動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，國(guó)際眼眶病學(xué)會(huì)(International Orbital Association)將血管畸形分為高流量(動(dòng)靜脈)畸形和低流量(靜脈、淋巴管、靜脈淋巴管混合)畸形[4]。進(jìn)一步根據(jù)病變與全身靜脈系統(tǒng)的交通情況，將眼眶靜脈畸形分為擴(kuò)張型靜脈畸形(distensible VM)和非擴(kuò)張型靜脈畸形(indistensible VM)[5]。在低頭試驗(yàn)或Valsava運(yùn)動(dòng)中，若病變體積增大或眼球突出，在壓力緩解后癥狀消退，則為擴(kuò)張型靜脈畸形，反之為非擴(kuò)張型。血管瘤和脈管畸形的診斷及治療指南(2019版)中將靜脈畸形分為散發(fā)型靜脈畸形(sporadic venous malformations，SVM)、家族性皮膚黏膜靜脈畸形(inherited cutaneomucosal venous malformations, VMCM)、藍(lán)色橡皮乳頭樣痣綜合征(blue rubber bleb nevus syndrome，BRBNS)中的靜脈畸形、球形靜脈畸形(glomuvenous malformations, GVM)、腦海綿狀血管畸形(cerebral vascular malformations, CCM)、家族性骨內(nèi)血管畸形(familial intraosseous vascular malformation, VMOS)、疣狀靜脈畸形(verrucous venous malformation, VVM)及其他靜脈畸形，其中散發(fā)型靜脈畸形占靜脈異常性疾病的94%，VMCM占1%[6]。此外，根據(jù)病變部位，還可以將眼眶靜脈畸形分為淺表型、深部型和結(jié)合型。淺表型病變位于眼球赤道部前，深部型病變位于眼球赤道部后。

二、OVM臨床表現(xiàn)

靜脈畸形臨床表現(xiàn)不一，可以僅發(fā)生在皮膚，也可累及多組織器官，產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。臨床上表現(xiàn)為藍(lán)紫色、質(zhì)地柔軟、壓之可褪色的局限病灶[7]，根據(jù)病變部位的不同，可引起外觀損害、疼痛、血管內(nèi)凝血障礙等多種癥狀[8]。VMCM為一種少見(jiàn)的多部位靜脈血管畸形，常同時(shí)累及皮膚和消化道，表現(xiàn)為多個(gè)直徑小于5 cm的藍(lán)紫色病灶，不能自行萎縮，累及消化道可導(dǎo)致出血和繼發(fā)性貧血[9]。

OVM特有的臨床表現(xiàn)包括局部皮膚腫脹、上瞼下垂、疼痛、復(fù)視、出血、視力下降甚至失明[10]。淺表型OVM表現(xiàn)為深紫色不規(guī)則團(tuán)塊，好發(fā)于眼瞼和眶周；深部型OVM在外觀上不可見(jiàn)，通常表現(xiàn)為眼球突出和運(yùn)動(dòng)受限；結(jié)合型具有上述兩者的特征。隨著病情的進(jìn)展，病灶內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)靜脈石或形成血栓，患者表現(xiàn)為局部疼痛，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)局限性或彌漫性凝血性疾病。隨著病灶的擴(kuò)大，OVM可引起面部、唇、舌等部位畸形，可以壓迫視神經(jīng)導(dǎo)致患者視力下降或直接累及眼外肌，影響患者的眼球運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重影響患者的外觀和生活。

三、OVM發(fā)病機(jī)制

正常靜脈血管壁分為內(nèi)膜、中膜、外膜三層結(jié)構(gòu)，管壁外周包繞著平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cell, SMC)和多種細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)蛋白。血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells，ECs)是內(nèi)膜的主要成分，不僅在血液和血管壁之間起到屏障作用，還可以在多種因子的刺激下分泌血管活性物質(zhì)，參與血管形成、凝血、炎癥等多種生理病理過(guò)程，在血管形成的過(guò)程中必不可少[11]。ECs的正常增殖、遷移、分化是維持血管穩(wěn)態(tài)和完整性的根本因素[12]。血管壁外周的ECM參與細(xì)胞黏附，與平滑肌細(xì)胞功能密切相關(guān)，是保持靜脈管壁結(jié)構(gòu)的重要因素。ECM與ECs表面整合素相互黏連，為ECs形成血管組織提供良好的外部支架，在血管的形成中至關(guān)重要[13]。

多種疾病的發(fā)生與ECs和 ECM結(jié)構(gòu)功能異常有關(guān)，研究表明，ECs的異常激活[14，15]、ECM合成減少和異常降解破壞靜脈管壁結(jié)構(gòu)[16]，是靜脈畸形發(fā)生的重要原因。因此，任何導(dǎo)致ECs和ECM結(jié)構(gòu)功能異常的因素均有可能導(dǎo)致靜脈畸形的發(fā)生。目前，國(guó)內(nèi)外已有多項(xiàng)研究表明，基因突變和信號(hào)傳導(dǎo)通路的異常與靜脈畸形的發(fā)生密切相關(guān)。

(一)TIE2突變

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一種特異性作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞因子，具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管生成、增加血管通透性等多種功能[17]。酪氨酸激酶內(nèi)皮特異性受體(tyrosine kinase endothelial specific receptor, TEK)基因編碼的TIE2蛋白主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞胞膜，定位于9p21，通過(guò)與配體血管生成素1或2(angiopoietin-1/2, ANG1/ANG2)結(jié)合，調(diào)控磷酸化和信號(hào)通絡(luò)，在血管的形成、重構(gòu)、成熟以及血管完整性中起到重要作用[18]。ANG1主要表達(dá)于血管周圍細(xì)胞和壁細(xì)胞，是TIE2最主要的激動(dòng)劑，與TIE2結(jié)合后起到血管新生和維持血管完整和穩(wěn)定性的作用[19]。ANG2是ANG1的拮抗劑，當(dāng)VEGF表達(dá)較高時(shí)，ANG2與TIE2結(jié)合后競(jìng)爭(zhēng)性抑制ANG1的生物學(xué)效應(yīng)，周細(xì)胞不能正常募集至血管內(nèi)皮細(xì)胞周圍，血管穩(wěn)定性降低，在生長(zhǎng)因子的作用下，血管通透性提高，內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的整合素及各種蛋白酶外滲，基底膜溶解、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞遷移，形成新生血管[7，20]。當(dāng)VEGF表達(dá)較低時(shí)，ANG2與TIE2結(jié)合后使內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。研究表明，在敲除TIE2基因的小鼠中，內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目正常，但形成的脈管不成熟，缺乏周細(xì)胞支持[21]，而TIE2 純合子突變的小鼠由于血管發(fā)育障礙死于胚胎期，說(shuō)明ANG-TIE2通路對(duì)保持血管穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。任何原因引起的該基因突變均可導(dǎo)致TIE2磷酸化水平提高，增強(qiáng)TIE2生物效應(yīng)，影響下游STAT、AKT、ERK2等信號(hào)分子，激活PI3K/ART/mTOR途徑和MAPK/ERK途徑，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，降低PDGF-B的分泌，抑制血管壁細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的招募，導(dǎo)致血管畸形的發(fā)生[14，22，23]。

研究表明，VMCM和50%散發(fā)型VM存在體細(xì)胞編碼TIE2的TEK基因突變[24]，其中VMCM的突變類型主要為R849W。Vikkula等25]通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)無(wú)關(guān)的VMCM，發(fā)現(xiàn)患者TIE2基因第2545個(gè)堿基都存在一個(gè)C-T突變(C2545T)，其編碼的氨基酸序列第849位的色氨酸被精氨酸替代(R849W)，從而使突變受體TIE2磷酸化的效應(yīng)增強(qiáng)6～10倍，導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞與管周平滑肌細(xì)胞數(shù)失調(diào)。此外，77%散發(fā)型靜脈畸形患者血管內(nèi)皮細(xì)胞TIE2受體基因第914密碼子發(fā)生CTT→TTT突變(L914F)[25，26]。

(二)PI3KCA突變

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)分子，它具有絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶的活性，且同時(shí)具有磷脂酰肌醇激酶的活性，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡與分化等生理過(guò)程起重要作用。

在血管生成過(guò)程中，PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路發(fā)揮重要功能。PI3K是異源二聚體，由一個(gè)調(diào)節(jié)亞基p85和一個(gè)催化亞基p110組成[27]。VEGF與TIE2結(jié)合，PI3K的p85調(diào)節(jié)亞基被募集到接近質(zhì)膜的部位，p110亞基與p85亞基結(jié)合，將底物磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)磷酸化為磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)。PIP3與細(xì)胞內(nèi)磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDK1)和信號(hào)蛋白分子AKT(也稱為蛋白激酶B)結(jié)合，PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)磷酸化Ser473，使AKT完全活化[28]，進(jìn)而作用于下游靶蛋白。研究表明，mTOR可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，影響細(xì)胞的存活從而影響血管的生成。

PIK3CA基因于位于3q26.3，是編碼PI3K催化亞單位p110α的基因，其突變熱點(diǎn)位于c.1624G>A,c.1633G>A和c.3140A>G(p.Glu542Lys, p.Glu545Lys, p.His1047Arg)[15]。血管內(nèi)皮細(xì)胞中PIK3CA突變可以導(dǎo)致靜脈畸形的產(chǎn)生[29]。研究發(fā)現(xiàn)，在未發(fā)生TEK基因突變的散發(fā)型靜脈畸形患者中，54%與PIK3CA基因突變相關(guān)。Limaye等[15]發(fā)現(xiàn)，PIK3CA突變可以直接激活A(yù)KT，使PI3K表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和增殖，影響胚胎發(fā)育過(guò)程中正常血管的生成。此外，Uebelhoer等[14]發(fā)現(xiàn)，PIK3CA突變可以引起AKT慢性激活，使PDGF-B等血管生成因子表達(dá)缺失，引起血管壁細(xì)胞缺失、血管平滑肌細(xì)胞(SMC)減少和不規(guī)則分布。Castillo等[30]在體外構(gòu)建了PI3KCA突變小鼠靜脈畸形模型，發(fā)現(xiàn)PIK3CAH1047R突變使小鼠內(nèi)皮細(xì)胞(EC)過(guò)度增殖，周細(xì)胞覆蓋血管減少，動(dòng)靜脈特定標(biāo)記表達(dá)減少，通過(guò)抑制PI3K的活性，可以有效抑制靜脈畸形的發(fā)展。Blasio等[28]在對(duì)PIK3CAH1047R突變小鼠行BEZ235(mTOR/PI3K雙抑制劑)治療后發(fā)現(xiàn)，小鼠內(nèi)皮細(xì)胞增殖恢復(fù)正常，抑制了由血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(VEGF-A)刺激導(dǎo)致的細(xì)胞增殖，進(jìn)一步證明了PI3KCA在靜脈畸形發(fā)病中的作用以及潛在的治療價(jià)值。

(三)TGF-β/CCN2/BMP9

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同或相近的亞基組成的二聚體細(xì)胞因子，屬于TGF-β超家族的一員[31]。TGF-β超家族主要分為2大類：TGF-β/activin家族和骨形成蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)家族。TGF-β/BMP信號(hào)通路在胚胎發(fā)育和維持組織穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用[32，33]。

在TGF-β/BMP信號(hào)通路中，TGF-β通過(guò)與細(xì)胞膜上的酶聯(lián)受體結(jié)合，將信號(hào)傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，這些受體的胞內(nèi)段都含有絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，活化的TGF-β受體和BMP受體磷酸化下游的基因調(diào)節(jié)蛋白Smad家族，形成Smad復(fù)合物，在細(xì)胞核內(nèi)對(duì)基因蛋白進(jìn)行調(diào)控，從而調(diào)控特定的基因表達(dá)。因此，TGF-β信號(hào)的缺失會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的異常增殖。

研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CCN)家族具有多種調(diào)控功能[34]，在細(xì)胞生長(zhǎng)、黏附、遷移、血管生成和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)調(diào)節(jié)中起重要作用[35]。CCN2和CCN3主要在胚胎和成人血管中表達(dá)，尤其人皮膚組織上層真皮的成纖維樣細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞或血管周圍[36]。Riser等[37]發(fā)現(xiàn)，CCN2在TGF-β下游發(fā)揮作用，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)積聚和纖維化。Ren等[38]通過(guò)比較正常人皮膚組織和靜脈畸形患者皮膚組織中TGF-β和CCN2的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，靜脈畸形患者TGF-β和CCN2的表達(dá)均下調(diào)，且CCN2表達(dá)下調(diào)與TGF-β表達(dá)下調(diào)密切相關(guān)。在體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)中，外源性的TGF-β和CCN2可以促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)水平提高。在博來(lái)霉素治療的靜脈畸形病例中也檢測(cè)到了TGF-β和CCN2表達(dá)水平的提高，且血管周圍α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和細(xì)胞覆蓋率增加。

BMP是一組高度保守的功能蛋白，通過(guò)刺激DNA合成和細(xì)胞的復(fù)制，促進(jìn)細(xì)胞分化。其中，BMP9在血管的發(fā)育、重構(gòu)和穩(wěn)態(tài)維持上起重要作用[39]。李等[40]發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，眼眶靜脈畸形和外周靜脈畸形患者血清BMP9水平明顯降低。研究中發(fā)現(xiàn)，BMP9能夠抑制HUVECs的遷徙并促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，通過(guò)重組人激活素受體樣激酶1(ALK1)促進(jìn)HUVECs成管活性。此外，BMP9激活TGF-β/SMAD信號(hào)通路增強(qiáng)DNA結(jié)合蛋白抑制劑的表達(dá)，降低HUVECs中TIE2及AKT的磷酸化，因此，BMP9可能可以通過(guò)增強(qiáng)血管壁結(jié)構(gòu)和維持內(nèi)皮靜止抑制靜脈畸形的發(fā)生。

四、其他

Couto等[41]通過(guò)對(duì)疣狀靜脈畸形(VVM)患者的研究發(fā)現(xiàn)，6名患者中的3名表現(xiàn)出了促分裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶3(mitogenactivated protein kinase kinase kinase 3，MAP3K3的錯(cuò)義突變(c.1323C>G)。MAP3K3是絲氨酸/蘇氨酸磷酸化酶MAP3K家族的成員之一，敲除MAP3K3基因的小鼠，由于血管發(fā)育異常在胚胎發(fā)育的第10.5 d死亡，由此可顯示MAP3K3在血管形成中的作用。

柴等[42]研究發(fā)現(xiàn)血漿表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF)和瘦蛋白(leptin)在眼眶靜脈畸形患者血清中顯著升高，為眼眶靜脈畸形的發(fā)病機(jī)制提供了新的認(rèn)識(shí)，有助于早期診斷。李等[43]針對(duì)包括眼眶靜脈畸形在內(nèi)的靜脈畸形患者的研究發(fā)現(xiàn)，甘油磷酸肌醇錨定附著蛋白1(glycosylphosphatidylinositol anchor attachment protein 1, GPAA1)存在一個(gè)新的變異(c.968A>G)，使GPAA1蛋白在ECs中表達(dá)降低。變異的GPAA1蛋白使細(xì)胞過(guò)度增殖和遷徙，靜止?fàn)顟B(tài)消失。通過(guò)體外斑馬魚(yú)模型，證明GPAA1在血管生成和重塑上具有重要的作用，與家族性血管畸形，包括眼眶靜脈畸形的形成密切相關(guān)。此外，研究者也在散發(fā)型靜脈畸形患者血清中發(fā)現(xiàn)KRIT1 (c.535C>T, c.1919delT)和GNAQ(c.548G>A)等基因突變[44-46]。

五、總結(jié)與展望

眼眶靜脈畸形的發(fā)生是由多種因素導(dǎo)致的，目前關(guān)于靜脈畸形的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚。既往研究表明，血管生成過(guò)程中相關(guān)基因的突變以及信號(hào)通路的異常激活使ECs和ECM結(jié)構(gòu)異常和合成減少，與靜脈畸形的發(fā)生密切相關(guān)，但其作用過(guò)程仍存在很多需要進(jìn)一步研究厘清的問(wèn)題。深度測(cè)序、單細(xì)胞組學(xué)、高級(jí)蛋白結(jié)構(gòu)解析等技術(shù)的出現(xiàn)，為深入揭示眼眶和其他部位靜脈畸形的發(fā)病機(jī)制，尋找新的治療靶點(diǎn)提供了條件。