烟雾病是一种慢性进行性、闭塞性脑血管病,其病因和发病机制目前尚未阐明。近年来 国内外大量研究 证实其存在遗传易感性,且遗传性因素在发病机制中的作用较获得性因素更加重要。 本文就近年来烟雾病遗传学研究进展进行综述,以为早期诊断和有效精准治疗提供指导。

概述

烟 雾 病( M M D )系 指 双 侧 颈 内 动 脉( I C A )终 部 和 (或)大脑前动脉(ACA)起始部和(或)大脑中动脉 (MCA)起始部进行性狭窄或闭塞,同时伴颅底增生的异常血管网,并排除动脉粥样硬化、自身免疫性 疾病、脑膜炎、中枢神经系统肿瘤、21 三体综合征和 神经纤维瘤等,并且强调为双侧,单侧为可疑烟雾 病[1]。

烟雾病在全球范围内均有发生,而在日本、韩 国和中国等东亚国家的发病率高于其他地区,其中 中国发病率约0.43/10万[2]。值得注意的是,有烟雾病家族史的人群较普通人群发病率高 30 ~ 40 倍,且已有烟雾病患者表现出常染色体显性遗传特点,提示遗传因素参与烟雾病的发病[3]。

烟雾病有 2 个发 病高峰期,一为年龄 5 ~ 9 岁的儿童,临床症状以脑缺血为主,二为 45 ~ 49 岁的成人,临床主要表现为颅内出血[1]。

研究显示,缺血型烟雾病主要通过软 脑膜动脉代偿大脑中动脉或大脑前动脉;出血型烟 雾病主要通过脉络膜前动脉迂曲扩张或后交通动脉开放扩张代偿,或颈内动脉终部进行性狭窄或闭塞致 Willis 环周围多发细小、扭曲和烟雾状血管影 代偿,其中成人供血代偿途径以后者为主、儿童则 以前者为主,故不同代偿模式导致不同年龄段患者临床表现不同[4]。

但上述情况均可能导致不可逆性神经功能缺陷和智力障碍,因此,及时诊断和适当 处理对改善患者长期预后至关重要,有助于明确烟雾病相关遗传变异,并可为存在烟雾病风险的人群 制定个体化治疗方案。目前关于烟雾病的病因尚 未阐明,但有学者认为遗传因素在烟雾病的发病机 制中的作用较获得性因素更为重要[1]。本文拟就烟 雾病遗传学研究进展进行综述,以为临床诊断、干 预和基因靶向治疗提供指导。

一、RNF213 基因与烟雾病

研究显示,定位于 17q25 的RNF213 基因是东亚人群烟雾病易感基因之一[5]。RNF213 基因可以编 码一种含 5256 个氨基酸序列的蛋白,该蛋白包含两 个功能区:Walker 基序和 Ring 蛋白区域,前者具有 ATP 依赖解聚酶功能;后者类似环指状结构,含泛素 化连接酶活性区域。解聚酶可以催化蛋白解聚,泛 素化连接酶参与细胞生理活动,如细胞周期、信号 转导、DNA 修复和转录调节等[6]。

Miyatake 等[7]发 现,95%的家族性烟雾病(FMMD)患者和 79%的散 发性烟雾病患者存在 RNF213 c.14576G > A 基因多 态性,且 RNF213 c.14576G > A 纯合变异者较杂合变 异者发病年龄早、病情严重,可以出现缺血性卒中 和大脑后动脉(PCA)狭窄等。

究其原因,短暂性大 脑中动脉闭塞(MCAO)可以激活RNF213基因表达, 而 RNF213 c.14576G > A 变异具有降低血管生成能 力的作用,进一步加重脑缺血,而脑缺血又可以诱 导 RNF213 基因表达,导致恶性循环。

烟雾病患者 临床表现主要表现为脑缺血和脑出血,相关研究显 示,RNF213 c.14576G > A 变异导致缺血型烟雾病, 而RNF213 p.A4399T变异与出血型烟雾病相关[8]。

Liu 等[9]对 8 例家族性烟雾病的家系成员进行全基 因组相关性研究(GWAS)时发现,烟雾病与染色体17q25 区域存在相关性,8 例先证者全外显子测序(WES)结果显示,均存在RNF213 p.Arg4810Lys突 变,而其他编码区无突变。

为进一步探讨 RNF213基因多态性的潜在作用,研究者敲除斑马鱼RNF213 基因,结果显示,斑马鱼颅内动脉管壁不规 则且产生异常血管,提示 RNF213 基因可能在颅内 血管生成中涉及新的信号转导通路。

2015 年 ,Kobayashi 等 [10] 研 究 显 示 ,RNF213 p. Arg4810Lys 变异也可降低血管生成能力,且易诱发 脑组织缺氧。

尽管我们业已了解 RNF213 基因与异 常血管生成的关系,但尚无足够证据显示血管生成 减少如何导致大脑基底部异常血管网形成。Sonobe等[11]敲除 C57BL/6 小鼠 RNF213 基因第 32 外显子, 制备RNF213基因缺陷型小鼠模型,再进行育种,结 果显示,正常情况下 RNF213 基因缺陷型小鼠与正 常小鼠的动脉解剖和管壁结构无明显差异,行颈总 动脉结扎术后,正常小鼠出现颈动脉内膜短暂性增 生,但 RNF213 基因缺陷型小鼠未见颈动脉内膜增 生,表明 RNF213 基因突变不能充分诱导烟雾病。

尽管目前尚不明确烟雾病患者 RNF213 c.14576G > A 变异可使机体某些功能丧失还是加强,但通过 Liu等[9]敲除斑马鱼 RNF213 基因的试验结果表明,该 基因突变可能存在功能损伤,并可能涉及新的信号 转导通路,但关于烟雾病与 RNF213 基因之间的关 系尚待进一步研究。

二、MMP 基因与烟雾病

MMP 基因是导致烟雾病进展的基因之一,由Gross 和 Lapiere[12]于 1962 年首次发现,主要依靠金 属离子催化活性以降解细胞外基质(ECM),因具有 特定进化序列而与其他金属蛋白酶不同,故而命 名。

MMP 基因为多基因家族,包括 25 种以上分泌 酶和细胞表面酶,主要作用是降解细胞外基质,在 调节组织病理生理学重塑过程中发挥重要作用,主 要针对其他蛋白酶、蛋白酶抑制剂、凝血因子和趋 化因子等[13]。

研究显示,基质金属蛋白酶(MMPs) 在生理或病理过程如胚胎发育、伤口愈合、炎症反 应、关节炎、心血管病、肺部疾病和肿瘤中具有重要 作用[14]。Ma和You[2]以及汤荡等[15]对中国烟雾病 患者的研究显示,烟雾病与 MMP⁃3 基因第 1171 位 点多态性具有相关性。MMP⁃3 又称基质溶酶⁃1,可 溶解基底膜胶原蛋白,从而诱导其他金属蛋白酶合 成。MMP⁃3 基因第 1171 位点启动子区插入/删除变 异体,可以表现为 5 或 6 个腺嘌呤残留物,通常称为5A 或 6A,其中,5A 等位基因启动子活性较强,使MMP⁃3 基因呈高表达;6A 等位基因启动子活性较 弱,MMP⁃3基因表达不足。

Li等[16]对中国汉族烟雾 病患者的研究显示,MMP⁃3 基因低表达是家族性和 散发性烟雾病的易感因素。烟雾病的特征性病理 改变为动脉内膜增厚、不规则粥样硬化斑块形成致 血管进行性狭窄或闭塞,病理生理学机制为平滑肌 细胞过度增殖和细胞外基质异常生成,系基质金属 蛋白酶和金属蛋白酶组织抑制因子(TIMPs)对平滑 肌细胞和细胞外基质的调节作用失衡所致,这可能 也是 MMP⁃3 基因低表达易导致烟雾病的作用机制 之一,尚待进一步验证。

亦有研究显示,基质金属 蛋白酶家族成员 MMP⁃2 和 MMP⁃9 基因多态性也可 能是烟雾病的遗传易感因素之一[17⁃18]。基质金属蛋 白酶和金属蛋白酶组织抑制因子对维持血⁃脑屏障(BBB)和促进血管生成起重要作用,其中 MMP⁃2 和MMP⁃9 可降解内皮基底层,调节细胞之间紧密连 接,从而改变血⁃脑屏障通透性。

Park 等[17]对 107 例 烟雾病患者和 243 名正常对照者进行基因多态性检 测,结果显示,与正常对照者相比,烟雾病患者血清MMP⁃9 水平显著升高,推测 MMP⁃9 表达上调可以使 血⁃脑屏障结构改变,加重出血进程。MMP⁃9 又称明 胶酶 B,其作用底物包括明胶,天然IV、V和VI型胶 原 ,层 黏 连 蛋 白( L N )等 ,主 要 由 单 核 巨 噬 细 胞 、血 管 内皮细胞和中性粒细胞等多种细胞合成分泌。动 物实验显示,MMP⁃9基因敲除小鼠颈动脉内膜厚度 显著降低[19],与 Park 等[17]的研究结果一致,推测MMP⁃9 表达上调可使动脉内膜增厚,从而导致血管 狭窄。

三、TIMP 基因与烟雾病

TIMP 基因突变也可参与烟雾病的发病。金属 蛋白酶组织抑制因子是基质金属蛋白酶的特异性 天然抑制剂,其中 TIMP⁃1 是 MMP⁃9 的特异性抑制 剂。TIMP表达异常时,平滑肌细胞增殖失衡,导致 动脉内膜增厚,粥样硬化斑块形成。

Park 等[17]研究 显示,与正常对照者相比,烟雾病患者 TIMP⁃2 基因 第 418 位点启动子区 G/C 基因型频率明显增加。Kang 等[20]研究显示,TIMP⁃2 基因多态性可能诱发 家族性烟雾病。

后续研究结果显示,烟雾病患者血 浆 TIMP⁃2 和 TIMP⁃1 水平降低[21],提示 TIMP⁃2 和TIMP⁃1 基因表达下调可能导致平滑肌细胞动员、迁 移和增殖,促进动脉闭塞性病变的进展。

张皆德[22]探讨 47 例烟雾病患者血清 MMP⁃9 和 TIMP⁃1 表达变 化及其与颅内出血之间的关系,结果显示,烟雾病 患者血清 TIMP⁃1 水平和MMP⁃9/TIMP⁃1 比值均高于 正常对照者;相关分析显示,血清 MMP⁃9 与 TIMP⁃1表达变化呈正相关,推测 MMP⁃9 和 TIMP⁃1 在烟雾 病患者中呈协同表达,MMP⁃9 表达上调可以促进TIMP⁃1 合成和分泌。 上述研究结果均支持 MMP 与TIMP 基表达失衡是烟雾病致病机制的假说,二者表 达失衡对烟雾病的进展极其重要。

四、其他基因与烟雾病

尽管目前尚无证据证实烟雾病属于自身免疫 性疾病,但有学者认为二者间存在联系。Chen 等[23]在观察烟雾病患者自身免疫性疾病发病情况时发 现,烟雾病患者自身免疫性疾病患病率为 31%,患 病率明显升高,证实二者之间存在联系。

目前已知 人类白细胞抗原(HLA)基因与自身免疫性疾病有 关。Aoyagi 等[24]的研究显示,与正常对照者相比, 烟雾病患者 HLA⁃B51 基因频率增加。Kraemer 等[25]对白种人烟雾病患者进行基因检测发现,HLA⁃DR基因呈高表达,并提出 HLA 基因通过调节免疫环境 而加速烟雾病进展。Hong 等[26]对 70 例烟雾病患儿(54 例散发性烟雾病患儿、16 例家族性烟雾病患儿) 进行 HLA 基因多态性分析,结果显示,家族性烟雾 病患儿 HLA⁃DR 等位基因频率明显增加。

上述研究 结果均支持 HLA 基因作为自身免疫性疾病相关基 因与烟雾病的发病之间存在重要联系,但具体机制 目前尚不清楚。有研究显示,烟雾病患者存在ACTA2 基因突变[27⁃28],可能引起血管平滑肌细胞异 常迁移,从而导致烟雾病。然而,张谦等[29]对我国132 例烟雾病患者进行 ACTA2 基因编码区外显子测 序,并未发现中国烟雾病患者存在 ACTA2 基因编码 外显子突变。因此,ACTA2 基因与烟雾病的关系尚 待进一步研究。亦有研究显示,TG 相互作用因子(TGIF)和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)参与烟雾病 的发病[30⁃31],但具体机制尚待进一步研究。

五、展望

随着临床医师对烟雾病认识的逐渐提高和先 进影像学技术的广泛应用,越来越多的烟雾病病例 被发现,但是关于其确切发病机制尚未阐明。

近年 来,国内外学者针对烟雾病的病因和发病机制开展 一系列研究,越来越多的研究证实, 定位于 17q25 的RNF213 基因和 MMPs 基因家族与烟雾病的发病密 切相关[5,16⁃18]。

因此,如果可以对上述基因位点进行 基因检测并分析,有助于确定烟雾病致病基因。

众 所周知,烟雾病属于血管变异性疾病,有研究显示, 某些基因突变可以导致血管生成和结构异常[9,18⁃19], 但具体机制尚不清楚,因此,针对血管生成重塑等 方面的研究有望探寻到烟雾病的发病机制。

随着 对烟雾病易感基因定位研究的深入,我们期待能够 早日揭示其病因和发病机制,在外科手术基础上有 效结合基因靶向治疗,阻止疾病进展, 使基因治疗成为外科治疗的良好补充手段。因此,深入研究并 准确定位烟雾病致病基因、明确病因和发病机制以 指导临床预防与治疗是未来研究的重点。

来源：神外前沿 

作者：周丽 王乔树