胸主動脈瘤及夾層的基因學研究進展

張 薇 綜述， 王利新 ，2*， 符偉國 ，2 審校

（1．復旦大學附屬中山醫院血管外科 復旦大學附屬血管外科研究所，上海 200032；2.復旦大學附屬中山醫院廈門分院血管外科，廈門 361015）

主動脈瘤及夾層 （aortic aneurysm and dissection,AAD）是主動脈最常見的疾病，可導致主動脈破裂和其他嚴重并發癥，危及生命。因起源于不同的胚層，胸主動脈疾病和腹主動脈疾病的流行病學和發病機制差異較大。胸主動脈瘤及夾層（thoracic aneurysm and dissection,TAAD）平均發病年齡為65歲，升主動脈部位發病則更早，且多為常染色體顯性遺傳的單基因致病[1]。腹主動脈瘤平均發病年齡在75歲以上，多與動脈粥樣硬化、高血壓等環境因素相關。在急性主動脈疾病中，孤立性腹主動脈夾層多為散發，其發生率＜2%，手術預后通常較好[2-3]。

部分TAAD病人家族史陽性并伴其他疾病癥狀，表現為遺傳綜合征，如 Marfan綜合征（Marfan syndrome,MFS）、Loeys-Dietz綜合征 （Loeys-Dietz syndrome,LDS）和血管性Ehlers-Danlos綜合征 （vascular Ehlers-Danlos syndrome,VEDS）等，稱為綜合征TAAD。大部分TAAD病人僅表現為主動脈疾病，為無綜合征TAAD。這類病人發病前通常無任何征兆，死亡率可高達80%[4-5]。TAAD可分為常染色體顯性遺傳的家族性 TAAD （familial TAAD，FTAAD）和散發性TAAD（sporadic TAAD，STAAD）。最新研究顯示，約有 30%的無綜合征病人為FTAAD，表現為常染色體顯性的不完全外顯遺傳，男性居多（3/4）[6]。目前已發現多個與FTAAD相關的致病基因。這些基因主要參與平滑肌收縮，細胞外基質（extracellular matrix,ECM）形成以及轉化生長因子（transforming growth factor beta，TGF-β）通路。 隨著 TAAD 基因學研究的深入，在STAAD病人中也發現了意義未明的突變位點（variants uncertain significance,VUS），其中部分 VUS 位于與FTAAD相同的致病基因中，且VUS數量與疾病嚴重程度呈數量正相關。因此，STAAD也與基因突變有關[7-10]。基于所發現的TAAD相關基因突變，基因編輯技術可通過定點編輯基因，建立動物模型，研究 TAAD的發病機制，尋找有效的治療靶點，對降低TAAD的發病風險并改善手術治療預后具有重要意義[11]。

TAAD的風險評估及干預時機

胸主動脈夾層發生時多伴主動脈擴張。流行病學研究建議其直徑達到5.5～6.0 cm時對其進行修復，以避免發生主動脈破裂和其他嚴重并發癥[12]。但60%以上的急性A型夾層發生時主動脈直徑＜5.5 cm，甚至無主動脈擴張[13]。因此，僅以主動脈直徑作為臨床干預指標，可能錯失某些高風險病人的最佳干預時機。臨床發現某些突變基因與TAAD高風險密切相關，可作為評估TAAD風險和干預時機的參考因素之一。

FTAAD病人常為單基因突變所致。流行病學研究發現，不同致病基因突變的病人發病年齡和風險、疾病的嚴重程度具有明顯差異，且同一致病基因的不同突變形式，其臨床表現也不同[14]。因此，將基因檢測作為TAAD風險評估因素時，應從不同的突變基因進一步細分到不同的突變形式，建立更準確的評估系統。此外，STAAD病人雖受高血壓、動脈粥樣硬化等環境因素影響較多，無明顯的遺傳模式，但基因組測序發現STAAD病人也存在VUS。其中約30%的VUS定位于FTAAD相關的致病基因[10]。且VUS的數量與疾病嚴重程度呈數量正相關，即VUS越多，TAAD癥狀越嚴重，無事件生存期越短[7-10]。因此，基因檢測對STAAD的風險評估也具有參考價值。但其受環境因素影響較大，還應結合環境因素來指導臨床干預。

FTAAD

目前已發現與FTAAD密切相關且具有較高外顯率的致病基因，包括 ACTA2、COL3A1、FBN1、LOX、MYH11、MYLK、PRKG1、SMAD3、TGFB2、TGFBR1 和 TGFBR2。 其中 ACTA2所占比例最高，可達12%～21%[15-18]。但仍有80%的FTAAD病人致病基因尚未明確。FTAAD病人可表現為MFS、LDS和VEDS等遺傳綜合征，還可合并主動脈瓣二瓣化、動脈導管未閉、腹主動脈瘤、顱內動脈瘤和外周小動脈瘤等其他心血管異常。FTAAD病人具有較高的TAAD發病風險，需進行嚴密監測。同時建議其一級、二級親屬也進行基因檢測，評估TAAD發病風險[6]。

臨床流行病學顯示，不同基因突變的病人具有特定的TAAD臨床表現，可用于指導臨床干預時機和評估其他心血管疾病的風險。例如FBN1突變的MFS病人很少合并其他心血管疾病，且主動脈直徑＞5.5 cm時，其夾層發生風險仍較低[19]。TGFBR1和TGFBR2突變的病人在主動脈直徑＜5.0 cm時，夾層發病風險就較高，并常伴其他動脈瘤和夾層[20]。美國心臟病學基金會／美國心臟協會 （ACCF/AHA）治療指南推薦，LDS病人（TGF-β信號通路基因突變）在主動脈直徑達到4.2 cm時即進行修復[12]。許多歐洲國家將主動脈直徑達到5.0 cm作為MFS和LDS病人的干預標準。與將4.2 cm作為干預標準相比，5.0 cm病人夾層發生率的差異并無統計學意義[21]。ACTA2突變時則更易形成急性主動脈夾層，且1/3的夾層發生時主動脈直徑＜5.0 cm。因此，建議ACTA2突變的病人主動脈直徑達到4.5cm時即進行修復[15,22]。

此外，同一基因的突變位點和形式不同時，也會有特定的臨床流行病學表現。研究發現ACTA2的p.R179以及p.R258位點突變時，發病風險明顯高于p.R185Q和p.R118Q位點突變，且單倍劑量不足的ACTA2突變無TAAD發病風險[15]。又如MYH11錯義突變的發病風險高于無義突變；位點16p13.1重復突變時的發病風險增加10倍，而缺失突變則無發病風險[23]。臨床研究還顯示同一致病基因突變的病人存在早發型亞群，可能也與不同突變形式相關。同時提示應將年齡作為疾病干預指標之一[14-15]。

STAAD

STAAD病人約占無綜合征病人的70%，無明顯的孟德爾遺傳定律。但利用二代測序技術（next-generation sequencing,NGS）和全基因組關聯分析 （genome-wide association study,GWAS）對急性STAAD病人測序時發現VUS。其中約30%的VUS位于FTAAD相同的致病基因中。進一步分析顯示，FBN1的突變概率最高，發病年齡較早，病變程度更嚴重[6-1 0]。急性主動脈夾層國際注冊研究（IRAD）對復發性夾層相關因素的分析顯示，MFS病人更易復發夾層。由此推測FBN1突變在STAAD病人中更普遍，往往與預后不良相關[2 4]。同時VUS攜帶的數量與TAAD嚴重程度具有數量相關性[1 0]。因此，基因檢測與流行病學發病結合可對TAAD發病風險進行更全面的評估。尋找潛在的TAAD病人，進行嚴密監測，以進一步提高TAAD的干預率。但應注意，檢測結果中的大量VUS并非全部具有致病作用。因此，Kwartler等[25]提出結合流行病學和基礎研究，對基因檢測所發現的基因突變進行危險等級評定，建立完善的基因檢測評估體系，進行更高效的臨床指導。

TAAD的分子發病機制及治療靶點

NGS和GWAS等技術的發展實現了快速、高通量的全基因組分析，為疾病的基因學研究帶來極大便利。但基因檢測技術僅展示與疾病的相關性，無法確定與疾病發生的因果關系。基因編輯技術，通過對基因進行定點修飾，建立特定基因突變的動物模型，驗證基因突變與疾病之間的關系，進而研究發病機制。從最初過表達的轉基因技術到基因敲除的胚胎干細胞打靶技術，以及近年來實現基因定點修飾的CRISPR技術，大大提高了基因編輯的效率，推動了疾病遺傳學和分子發病機制研究[26-27]。目前TAAD仍以手術治療為主，包括開放手術和腔內治療。但手術并不能阻止主動脈病變的進一步發展。手術后病人10年生存率僅為30%～60%[28-31]。TAAD致病基因和發病機制的研究有助于尋找治療靶點。通過藥物預防TAAD形成，輔助手術治療遏制主動脈進一步病變，極大地改善病人預后。

現已發現的TAAD致病基因主要分為3類。①與平滑肌收縮功能相關的基因突變：有參與合成粗、細肌絲的MYH11和ACTA2，促進收縮的蛋白輕鏈激酶MYLK和抑制收縮的蛋白激酶PRKG1，參與細胞骨架構成的細絲蛋白FLAN等。②編碼合成ECM成分的基因：包括原纖蛋白FBN1，膠原蛋白 COL3A1、COL5A1、COL1A2 等，以及催化彈性蛋白和膠原蛋白交聯的賴氨酰氧化酶LOX等。③TGF-β信號通路分子：有 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3 和 SMAD3等。這些基因發生突變時會影響平滑肌的正常收縮功能，破壞平滑肌和ECM之間的正常連接，導致壓力傳導障礙。TGF-β信號通路異常，影響細胞生長、分化等過程。目前對TAAD發病機制的研究主要集中在平滑肌收縮性和TGF-β信號通路異常兩方面。其他相關通路異常也逐漸被發現。

平滑肌收縮性

當前研究認為，TAAD發生主要是血流動力負荷增加，破壞病變主動脈壁所導致，而TFG-β信號通路異常激活，可能是平滑肌-ECM收縮單元功能障礙后的補償機制[32-34]。現已確定的致病基因 ACTA2、MYH11、MYLK、PRKG1 突變后會影響平滑肌的收縮性。編碼ECM成分的基因突變后，也會使ECM和平滑肌之間的連接異常，平滑肌收縮障礙，不能正常傳導壓力。TGF-β信號通路中的分子表達異常時，還會影響早期平滑肌的正常分化，使主動脈壁功能異常。有學者對STAAD病人的VUS進行通路功能分析，發現大部分VUS位于平滑肌收縮功能的基因中[35]。

臨床研究也顯示，影響平滑肌收縮功能的降壓藥會增加TAAD的風險和手術干預率。Doyle等[36]通過回顧性分析發現，鈣離子通道阻滯劑促進TAAD的發生，增加擇期手術率。MFS和藥物建立的夾層動物實驗也表明，影響平滑肌收縮功能的降壓藥物肼屈嗪和鈣離子等，會加速TAAD進展[36-37]。β受體阻滯劑主要通過降低心率和心排出量來降低血壓，對TAAD病人具有保護作用。還有研究顯示，增強平滑肌收縮的藥物可降低夾層的發生率[38]。因此，平滑肌收縮性異常與TAAD形成具有密切關系。筆者單位通過夾層的代謝組學發現，磷酸鞘氨醇的受體在調節血壓和平滑肌收縮性方面具有重要作用，可能成為治療TAAD潛在的靶點[39]。

TGF-β信號通路

目前研究較多的是TGF-β信號通路，其對TAAD發病有重要作用。當 TGF-β信號通路中的 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3和SMAD3等基因發生突變時，可導致LDS，出現MFS的某些癥狀，具有極高的TAAD發病風險。在FBN1缺失突變的MFS小鼠模型中，敲除TGFBR1或抑制幼年小鼠的TGF-β信號通路，會促進TAAD的發生[40-41]。在許多TAAD小鼠模型，如FBN1突變（包括敲除、單倍劑量不足、錯義突變）、TGFBR1或TGFBR2敲除、FBLN4敲除等，發現TGF-β信號通路異常激活，其多克隆抗體可減緩MFS小鼠的主動脈根部擴張和中膜病理變化[42]。因此，對于TGF-β信號通路在TAAD發病中的作用存在較大爭議。

進一步分析TGF-β下游分子發現，TAAD主要與非經典通路ERK1/2異常激活相關，而經典通路SMAD則在早期具有促進平滑肌分化和收縮性蛋白質表達的重要作用[43]。研究還發現，血管緊張素AngⅡ的1型受體AT1R通路在幼年MFS小鼠上調，在敲除ACTA2的TAAD小鼠模型中亦上調，并促進ERK1/2磷酸化[15]。給予這些小鼠模型AT1R阻滯劑洛沙坦后，明顯改善主動脈擴張和夾層發生率。因此，AT1R通路在TAAD形成早期可能異常激活，進而TGF-β非經典信號通路異常激活，促進TAAD的形成。據此，有學者提出早期應用洛沙坦聯合晚期加用β受體阻滯劑，以降低MFS病人的TAAD發生率[11]。但動物實驗顯示，洛沙坦對20%fibrillin-1（FBN1編碼）缺失的MFS小鼠模型并無TAAD抑制作用，提示可能還存在TAAD的其他發病機制[44]。

另一方面，多項臨床試驗對洛沙坦治療MFS的效果進行研究。前瞻性臨床試驗Dutch COMPARE顯示，與β受體阻滯劑等常規治療相比，洛沙坦可顯著減少主動脈根部擴張[45]。進一步分析顯示，年輕MFS病人呈FBN1單倍劑量不足突變的獲益最大[46]。但另一項針對年輕 MFS病人（6個月～25歲）的大型臨床藥物試驗顯示，洛沙坦和β受體阻滯劑對減緩主動脈根部擴張的效果差異無統計學意義[47-48]。因此，對于洛沙坦的作用，有待更多基礎研究和臨床試驗證實，確定其是否具有抑制TAAD形成的作用以及適用的病人亞群。

除了TGF-β信號通路，研究還發現平滑肌ROS信號通路激活、平滑肌凋亡、基質金屬蛋白酶分泌增多等，也可能促進TAAD的形成。因此，TAAD發病機制還需深入研究，尋找有效的治療靶點，預防TAAD并改善預后[15,49-51]。

結 論

TAAD的基因學研究不僅有助于評估發病風險和干預時機，而且促進TAAD發病機制的研究，尋找藥物治療靶點。高通量基因組測序技術和基因編輯技術的發展為可疑致病基因突變的篩查、突變與疾病關系的驗證以及發病機制的研究提供了極大的便利。面對基因測序中發現的大量意義未明的突變位點，應結合流行病學和基礎研究分析其致病效能，劃分風險等級，從而建立有效的評估體系。