颅内海绵状血管瘤基因学研究进展

医学综述
颅内海绵状血管瘤基因学研究进展
基金项目:国家自然科学基金(81860244);右江民族医学院校级科研课题(yy2018ky014)
作者简介:吕辉,男,讲师,在读博士,研究方向:神经系统疾病的基础研究。

E⁃mail:417970676@ ▲通信作者:郭灿收。

E⁃mail:a831115@
[本文引用格式]吕辉,李保生,简崇东,等.颅内海绵状血管瘤基因学研究进展[J ].右江医学,2020,48(6):464⁃467.
吕辉1,李保生2,简崇东3,郭灿收4▲
(右江民族医学院1.护理学院,2.附属医院放射科,3.附属医院神经内科,广西百色533000;4.江汉大学附属医院神经内科,湖北武汉430000)
【关键词】　颅内海绵状血管瘤;基因学;显性遗传
中图分类号:R743.4 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1003⁃1383.2020.06.013
颅内海绵状血管瘤(cerebral cavernous malfor⁃
mation,CCM)是一种并不少见的脑血管疾病,人群发病率为0.4%~0.8%,仅次于动静脉畸形。

病理表现比较特殊,众多薄壁血管构成致密的畸形血管,呈海绵状外观。

由于海绵状血管瘤供血动脉和引流静脉管径正常,瘤内血液流速较慢,其在血管造影上并不显影,与动静脉畸形明显不同[1]。

CCM 属于常染色体不全显性遗传病,根据发作类型分为散发型和家族遗传型。

55%的CCM 有明显家族遗传史。

研究发现与CCM 发病有关的基因主要有CCM1、CCM2和CCM3。

CCM 基因突变通过多条信号通路导致CCM 发生[1~2]。

目前已鉴定出100多个不同的CCM1突变,30个CCM2突变和20个CCM3突变,大多数CCM 基因突变导致过早终止密码子或大的缺失,且是“功能丧失”突变[1]。

现将近年来相关CCM 基因研究进展作一综述。

1　CCM1基因
1995年,DUBOVSKY 等[3]将CCM1定位于
7q11.2⁃q21区域,1999年,LABERGELE COUTEULX 等[4]通过研究其定位更为精准,在MS2456⁃D7S689
之间。

CCM1基因由16个外显子组成,编码鼠抗人锚蛋白重复序列区1(KREV interaction trapped⁃1,KRIT1),该蛋白包含736个氨基酸。

KRIT1功能区包含4个锚定蛋白结构域和1个FERM 结构域[5]。

KRIT1通过其N 端与分拣微管连接蛋白17C 端的FC 作用,维持内皮的完整性,可能在微管靶向中起主要作用[6]。

脑血管发育过程异常可能与CCM1基因突变所致KRIT1蛋白结构和功能缺失、打破NPXY 结构域与β1整合素间的平衡有关[7]。

超过一半的遗传病例中患者携带CCM1突变[8]。

近年来,国内人群的相关报道不断增多。

CHANG 等[9]在研究台湾地区6名CCM 患者后发现CCM1第18号外显子一个缺失突变(c.
1846delA;
p.Glu617LysfsTer44)和CCM2第4号外显子一个插入变体(c.401_402insGCCC;p.Ile136AlafsTer4)共同导致KRIT1蛋白截断。

位于CCM1第8内含子起始位置新发现一个剪接位点突变c.485+1G>C,其具体临床意义尚未明确。

WANG 等[8]通过对一汉族家系进行序列分析发现新的杂合插入突变(c.1896_
1897insT;p.Pro633SerfsTer22),进一步分析表明该突变可能导致KRIT1功能性mRNA 缺乏。

对汉族CCM 患者进行研究发现[10~12],CCM1基因8号外显子704插入突变、12外显子错义突变1172C →T、1160A →C 导致KRIT1蛋白功能缺失。

徐宇伦等[13]通过研究确诊的2个家系(A 及B)和8例散发性CCM 病例发现14外显子1289C →T 无义点突变。

HUANG 等[14]发现CCM1基因删除突变(c.95delC)过早产生终止密码子,导致CCM2蛋白缺少PTB 和C 端结构域,破坏CCM2的分子功能。

CCM1基因第
17外显子杂合缺失突变(c.1919delT;p.Phe640SerfsX21)[15]、无义核苷酸突变(c.1864C>T;p.Gln622X )[16]、16号染色体(c.1780delG;
p.Ala594HisfsX67)[17]、13号染色体内含子剪切位点突变(c.1412⁃1G>A)[17]、12号染色体内4⁃bp片段的缺失[17],这些突变导致翻译过早终止,生成截短的KRIT1。

目前发现CCM基因编码产物在血管生成中发挥重要作用。

基因突变造成编码蛋白功能缺失,使内皮细胞间的连接遭到破坏,造成大范围的血管异常及血管通透性增加[18]。

KRIT1在氧化还原反应中扮演着重要的角色。

KRIT1功能丧失影响谷胱甘肽氧化还原系统,导致总谷胱甘肽水平和氧化型谷胱甘肽二硫化物明显减少,GSH/GSSG比值降低, GSH介导的抗氧化能力下降。

通过蛋白质组学分析发现,KRIT1功能丧失最终可能导致细胞功能障碍和CCM发生[19]。

过早成熟的无意义突变可以减少mRNA的稳定并增强衰变[20]。

2　CCM2基因
1998年,CRAIG等[21]将CCM2基因定位在7p13⁃15。

CCM2基因编码MGC4607蛋白。

该蛋白包括1332个碱基对,其中有10个外显子[22]。

CCM2与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)成员MEKK3、Rac1结合,通过改变渗透压,调节p38丝裂原活化蛋白激酶活化,影响脑血管的生成。

体外实验发现,CCM1与CCM2蛋白相互作用,并与MEKK3形成分子复合体[23]。

DU等[24]通过研究中国一个家族性海绵状血管瘤家系发现CCM2基因中的两个新型杂合突变:2号内含子缺失突变(c.55C>T; p.R19X,426)和非编码区的第10号外显子突变(C.18G>A)。

3　CCM3基因
CCM3基因首次由CRAIG等[21]发现,定位在3q25.2⁃27。

BERGAMETTI等[25]将其准确定位在D3S1763⁃D3S1614之间。

CCM3基因包括7个编码外显子和3个5'非编码外显子,编码PDCD10蛋白,含212个氨基酸。

DENIER等[22]证明PDCD10为CCM的第3个致病基因。

多基因连锁分析显示: CCM具有遗传多样性。

40%的家族CCM具有CCM3位点突变。

CCM3可调节紧密连接复合体的形成和血脑屏障渗透性,抑制血管生成素⁃2、UNC13B的分泌加快CCM进展。

有研究发现CCM3缺陷可减少血管生成素⁃2的生成,导致脑海绵状血管瘤的发生[26~28]。

COHEN等[29]报道1例中性粒细胞减少症和血小板减少症合并脑海绵状血管瘤患者,基因测序发现PDCD10基因7号内含子发生点突变(c.4745G>A)。

CCM1、CCM2、CCM3单独突变可以导致CCM,又有研究发现可能存在CCM1⁃CCM2⁃CCM3复合体。

完整的CCM2是CCM1⁃CCM2⁃CCM3蛋白复合体组装的关键分子[30]。

KOSKIMAKI等[31]通过手术切除的CCM病变、小鼠脑微血管内皮细胞、秀丽隐杆线虫和基因型之间差异表达基因的交叉比较,以及网络和基因本体富集分析提供了一个跨物种的CCM 疾病综合转录组文库,首次了解CCM1/KRIT1与CCM3/Pdcd10基因型的关系,提供了一种将结果用于形成假说或机制确认研究的范例。

4　其他因素在CCM基因突变致病中的作用 流体剪切应力在CCM发病中的作用之前并未被认识。

CCM基因尽管在所有内皮细胞中都有突变,但病变主要在流体剪切应力低的区域发生。

LI 等[32]通过对不同流体剪切应力下CCM1或CCM2沉默的内皮细胞转录组学分析以及剪切应力在CCM基因功能丧失相关的信号通路中的作用。

结果显示,在低流体剪切应力下1382个基因被解除调控,而在高流体剪切应力下仅29个基因被解除调控。

关键的CCM下游信号传导途径均被高度上调。

内皮细胞连接破坏、炎性反应、氧化应激增加和RhoA⁃ROCK活性升高仅在经过低FSS的CCM沉默内皮细胞的单层中。

流体剪切应力可能充当了CCM基因功能的一个重要的调节因素,并可能确定CCM病变发展的部位。

有研究表明来源于革兰氏阴性肠道微生物组中的细菌(GNB)脂多糖(LPS)通过激活Toll样受体4 (TLR4)和MEKK3信号在脑内皮细胞中的表达促使CCM发病[33]。

但尚不清楚来自肠腔的脂多糖如何到达脑血管中的TLR4受体及其在此发病过程中的控制步骤。

TANG等[34]通过使用地塞米松抑制脑内皮细胞和肠上皮细胞中的双重作用而有效地阻断了小鼠的CCM形成,在分子和细胞水平上验证了肠脑轴在CCM发病中的关键作用。

无论是临床报告还是动物模型实验,都证实CCM第二次症状发作可能不仅限于基因破坏,而且还可能与敏感的脑血管系统反复暴露于局部细胞应激有关[35]。

5　展望
5%~15%的家族性病例无法用三个已知的CCM基因来解释,可能存在其他的CCM基因座[1]。

CCM基因突变与人群和种族密切相关,CCM在人群中基因突变的研究可以为患者提供遗传咨询服务。

CCM除了传统的手术切除病灶外,有症状而病灶位于脑干不宜手术者,伽马刀治疗是安全和有效的[36]。

通过促排卵,单精子注射及胚胎胚培养技术得到足量的囊胚,在胚胎发育的第五天或第六天取外滋养层细胞进行检测,筛选出不含致病位点的胚胎孕育不含突变基因的后代,从而达到基因根治CCM的目的[37]。

CCM基因突变导致CCM复合体改变,激活大脑血管内皮细胞中的信号通路,导致病变的形成。

动物模型药理学研究证明他汀药物靶向抑制失调信号通路具有治疗效果,人体效果需要进一步研究[38]。

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(收稿日期:2020-03-05　修回日期:2020-04-01)
(编辑:王琳葵　梁明佩)。