顱內動脈瘤相關致病基因研究現狀

魏平波，陳浩，游潮

(1.四川大學華西醫院神經外科，成都 610041； 2.綿竹市人民醫院神經外科，四川 綿竹 618200)

顱內動脈瘤(intracranial aneurysm，IA)是嚴重威脅人類安全的重大疾病，也是導致自發性蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)的重要疾病，我國SAH的年發病率約為9.1/10萬[1]，且致死率、致殘率極高。IA的形成和破裂機制復雜，由先天性因素與后天獲得性因素共同作用導致。而IA先天性因素的防治更重要，Zhou等[2]研究發現，家系IA患者SAH發生風險是IA散發人群的4～7倍。對健康人群進行基因篩查可實現IA破裂前的早發現、早診斷、早治療，避免不良后果的發生。IA嚴重危害人類健康，環境因素、多基因易感因素等均影響IA的發病[3-4]。通過研究IA的發生發展過程積極尋找其遺傳危險因素及新的致病基因等，有望為IA的診斷及治療提供研究方向。近年來，IA的遺傳學研究逐漸受到關注，探索IA相關致病基因對指導現階段IA臨床治療以及進一步實施基因治療都具有重要意義。現從分子水平對IA與血管緊張素轉換酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)、彈力蛋白、內皮糖蛋白、Ⅲ型膠原蛋白(type Ⅲ collagen，COL3)、基質金屬蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)、內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)、白細胞介素(interleukin，IL)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、載脂蛋白(apolipoprotein，Apo)、PRDM(PR domain containing genes，with zinc fingers)、 ANRIL(antisense non-coding RNA in the INK4 locus)、亞甲基四氫葉酸還原酶(methylene tetrahydrofolate reductase，MTHFR)基因的關系進行綜述，以期為IA的臨床診斷和治療提供新的思路。

1 ACE基因

ACE是腎素-血管緊張素系統中的關鍵酶，能將血管緊張素Ⅰ轉換為具有縮血管活性的血管緊張素Ⅱ，血管緊張素Ⅱ是一種強烈的血管收縮劑，能使動脈血管收縮，引起機體發生高血壓，并能抑制緩激肽(血管擴張劑)活性。ACE基因位于第17號常染色體長臂，包括26個外顯子，第16個內含子內的一段長度為287 bp的插入序列形成了該基因插入/缺失多態性。

ACE基因位于17q23，與生長激素基因位點17q22～24相鄰，故其與生長激素同步變化的可能性增加。生長激素在身體生長發育時分泌旺盛，繼而內皮細胞和血管平滑肌細胞生長的速率增大，ACE水平增加，活性增強，促進了動脈瘤的發生和發展。ACE基因插入/缺失多態性與IA的發生機制關系密切。ACE基因呈多態性表達，體現為插入純合子型(Ⅱ型)、雜合子型(ID型)、缺失純合子型(DD型)3種基因型。研究顯示，ACE基因I/D多態性與IA的發生相關，ACE基因型在動脈瘤性SAH組(Ⅱ型52.2%，ID 15.6%，DD 32.2%)和對照組(Ⅱ型23.4%，ID 50.8%，DD 25.8%)中分布有顯著差異；Logistic回歸分析表明，ACE 基因Ⅱ型對動脈瘤性SAH的發生是一種獨立的危險因素[5]。另有研究發現，腦動脈瘤組中的缺失純合子D/D基因型明顯低于健康對照組，可能與I等位基因缺失影響ACE活性有關[6]。因此，ACE基因可能通過影響ACE活性導致血壓變化，進而影響IA的發生發展過程，但ACE基因多態性影響IA形成的機制仍不清楚。

2 彈力蛋白基因

彈性蛋白基因定位于常染色體7q11，主要編碼血管壁的彈力蛋白，彈力蛋白是血管彈力層的重要組成部分，也是血管壁細胞收縮延伸的關鍵性蛋白質。彈力蛋白基因的表達水平通過影響彈力蛋白酶活性破壞血管壁結構，導致動脈瘤形成和破裂。

彈力蛋白基因可能是IA的易感基因之一。犬頸動脈分叉模型頂端經彈力蛋白酶處理后導致動脈壁退化引起頸動脈分叉處的新發動脈瘤，且血漿彈力蛋白酶水平與IA發生存在相關性，可能是由于高水平彈力蛋白酶加速了腦動脈分叉處的彈力蛋白水解，破壞了血管壁的彈力層[7]。Logistic回歸分析發現，IA破裂與彈力蛋白水平呈正相關[8]。彈力蛋白基因的單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)分析顯示，彈力蛋白基因內含子20、內含子23的單體型多態性結構與IA的形成密切相關，彈力蛋白生成的結合子會催動IA的發生，增加其危險性，可能是日本人發生IA的易感基因[9]。中國人群IA患者彈性蛋白基因SNP位點rs2071307、rs2856728和rs2071307與IA發病密切相關[10]。

3 內皮糖蛋白基因

內皮糖蛋白基因位于常染色體9q34.11，可編碼同型二聚體跨膜蛋白，能與生長因子-β受體結合并進行轉換，此時內皮細胞因缺乏內皮糖蛋白基因而導致血管異常現象形成。目前內皮糖蛋白基因與IA形成的相關性仍存在爭議。研究發現，日本人群散發IA的內皮糖蛋白外顯子7無突變，但內皮糖蛋白內含子7發生突變(插入了6個堿基)，內皮糖蛋白內含子7插入的基因型頻率顯著高于純合子正常對照組，故認為內皮糖蛋白基因可能是IA的易感基因，進一步的對比分析顯示，內皮糖蛋白基因的第7外顯子3′端26 bp處的6 bp(GGGGGA)的插入/缺失多態性和4個SNP之間存在相互聯系，但基因位點與IA之間沒有聯系[11]。一項探索IA與8個可能易感基因及13種多態性表達關系的Meta分析顯示，內皮糖蛋白基因與IA形成無相關性[12]。

4 COL3A1基因

COL3A1基因定位于常染色體2q31，COL3分子是構成動脈壁的重要成分，具有生物活性，主要由3條 α1鏈前體纏繞形成。血管壁的動脈瘤樣擴大由COL3的細胞外基質蛋白合成和降解的失衡導致，COL3A1合成障礙是IA形成的原因[13]。對中國人群IA進行研究發現，蘇氨酸(Ala698Thr)由氨基酸698位丙氨酸轉變而來[14]。對德國人群IA患者進行基因芯片技術的研究顯示，Ⅰ型膠原蛋白A2基因、COL3A1基因、Ⅴ型膠原蛋白A2基因的表達均與IA形成有關[15]。對家系IA患者的早期研究認為，家族性IA的發生可能與COL3A1基因表達的缺陷存在一定關系，COL3表達水平降低可能導致蛋白修飾改變以及膠原蛋白表達功能障礙，但并未發現COL3A1基因突變[16]。因此，COL3A1基因是否可作為IA的易感基因仍有爭議。

5 MMP基因

MMP作為一種鋅依賴性的肽鏈內切酶，其調節作用主要通過降解細胞外基質成分降低血管重構。MMP活性受MMP基因調控，MMP-9蛋白在動脈瘤發病過程中起重要作用。魯曉花和王洪生[17]的研究發現，IA患者載瘤動脈血管壁MMP-9基因的表達明顯高于正常血管壁，且IA患者血清MMP-9水平顯著升高；進一步比較分析IA導致的SAH與其他原因SAH患者血清MMP-9蛋白水平發現，IA組MMP-9蛋白水平明顯高于其他組。

MMP基因與IA形成的關系目前仍有爭議。有研究發現，細胞外基質蛋白CCN3缺失引起的血管慢性炎癥可導致血管壁結構破壞，促進血管緊張素Ⅱ誘導的腹主動脈瘤發生[18]。MMP-9基因高表達可能導致血清MMP-9水平升高，引起血管壁破壞，最終導致IA形成，進一步研究發現，IA患者的血管組織中MMP-2基因和核因子κB基因信使RNA表達高于正常血管，可能對IA形成起促進作用[19-20]。此外，MMP-9酶還與動脈瘤性SAH后腦血管痙攣密切相關，且血清MMP-9表達水平與臨床腦血管痙攣嚴重程度呈正相關[21]，并影響患者預后。

6 eNOS基因

eNOS基因在常染色體7q36上表達，決定eNOS的活性，可催化相關物質生成一氧化氮[22]。而一氧化氮可能通過參與調節動脈血流影響血管內皮細胞和平滑肌細胞的增殖。分析eNOS多態性及其他危險因素與動脈瘤性SAH相關性的研究認為，eNOS基因的多態性表達是動脈瘤性SAH的危險因素，其中TT型G894T多態性在腦血管痙攣中發生率最高，對破裂和未破裂IA的8個基因及13個基因多態性進行薈萃分析認為，eNOS基因多個SNP位點的改變均會增加IA的患病風險[23]。應用聚合酶鏈反應對日本破裂和未破裂IA患者eNOS的SNP T786C的研究顯示，IA破裂組與IA未破裂組的3種eNOS多態性基因分型(bb/ab/aa型)以及變異等位基因分布比較差異無統計學意義，且IA組與健康對照組相應基因型頻率和單倍型比較差異無統計學意義，故認為eNOS的SNP表達與IA破裂無相關性[24]。另有研究證實，歐洲人群IA破裂與eNOS基因型無相關性[25]。由此可見，不同種族、不同地區人群eNOS基因與發生IA的關系尚不明確，eNOS基因可能與IA破裂以及IA破裂后腦血管痙攣存在一定聯系。

7 IL基因與TNF-α基因

IL是重要的炎癥介質，參與體內多種免疫應答反應，受IL基因調節，與IA發生相關的炎癥介質基因包括IL-1、IL-6、TNF-α基因。對照研究發現，IL-1α基因多態性與IA發生相關，IL-1α-889C/T的基因多態性表達，IA組CT/TT基因型的頻率顯著高于正常對照組，故認為IL-1α-889C/T基因多態性與IA的發病有關，-889T等位基因可能是IA的遺傳易感基因，且IL-1α-889C/T基因多態性與動脈瘤性SAH無關[26]。對IA患者IL-1β-511C/T進行基因多態性分析認為，IL-1β-511C/T基因多態性與IA的發病相關，其TT基因型增加了中國人群IA的發病風險，推測IL-1β-511T等位基因頻率高表達，使血清IL-1β免疫因子增加，從而加重IA患者血管壁的炎癥及免疫反應，導致血管壁的血管內皮損傷、血管壁的膠原蛋白流失、血管壁的彈性降低，進而使IA的發生率升高[27]。IL-6基因定位于常染色體7p21，認為IL-6等位基因572C位點突變使外周血IL水平升高，從而增加動脈瘤性SAH的發病風險[28]，此外，等位基因174C突變使血漿IL-6表達水平降低，從而降低IA的發生率[29]，IA的發病與IL-6(-174G/C)G等位基因的頻率增高有關，推測其機制可能由于IL-6(-174G/C)G等位基因作用于IL-6因子并使其表達量增加，進而促進了血管壁的炎癥因子釋放和免疫應答，造成血管壁損傷，加速了IA的形成和破裂[29]。另有學者發現，IL-6等位基因572C位點突變所致IL-6-572G/C多態性與IA的發生也存在相關性，認為IL-6-572GG基因型與中國人群IA風險增高相關[30]。

TNF-α表達水平升高，血管炎癥反應加重，引起繼發性免疫細胞凋亡，破壞動脈壁結構，導致IA的形成和破裂[31]。對意大利人群中IA患者的研究顯示，TNF-α-308是位于G等位基因上的一個基因位點，TNF-α-308表達頻率升高，使純合子G等位基因與動脈瘤性SAH之間呈現正相關上升趨勢[32]。在廣東人群中，A等位基因攜帶者IA的患病風險是正常對照者的2.36倍，推測G/A基因型可能是廣東漢族人IA的易感基因[33]。總之，IL和TNF-α是參加機體炎癥反應的重要介質，其在IA形成和破裂中起重要作用，可能是IA的易感基因。

8 Apo基因

Apo是構成血漿脂蛋白的蛋白質組分，主要分ApoA、ApoB、ApoC、ApoD、ApoE五類，分別受相應的基因調控；其中ApoA基因和ApoE基因被認為主要與IA的發生存在關聯。ApoE是一種糖彈白，其作用主要通過結合一些特殊受體對細胞進行調節，并攝取脂質復合體。ApoE基因有ε2/ε2、ε2/ε3、ε3/ε3、ε3/ε4、ε2/ε4和ε4/ε4 6種基因型。除了受ApoA基因位點的等位基因影響，血清脂蛋白(A)水平幾乎不受其他因素影響[32]。對IA破裂出血的危險因素進行相關性分析顯示，IA破裂出血與ApoB及彈力蛋白水平呈正相關，與ApoA1水平呈負相關，證實ApoA基因水平可能影響動脈瘤破裂[8]。采用聚合酶鏈反應結合非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測30例IA患者的ApoA5′基因與健康人群進行對照分析發現，IA組ApoA五核苷酸重復序列-5′基因檢出率明顯高于健康人群，故認為ApoA五核苷酸重復序列-5′基因與IA發生呈正相關，而ApoA基因兩個多態性位點上發現K4/PN基因型頻率與健康人群無差異，表明K4/PN基因型的表達量與IA的發生率無顯著相關性[34]。對于ApoE基因的研究發現，ε4攜帶者發生動脈瘤性SAH的危險度是其他基因型的1.7倍，ε4等位基因與抑制神經系統的修復有關，推測其是腦出血和缺血性腦卒中的高危基因[35]。近年鮮有ApoE基因與IA的相關研究報道，載脂蛋白基因與IA形成及破裂的關系仍需進一步研究。

9 PRDM基因

PRDM是一組包含PR結構域和鋅指結構的基因，PRDM家族成員PRDM1、4、6、8、12、13、14、16等均作為關鍵因子參與神經系統的發育過程，除PRDM11外，其余PRDM成員均具有PR結構域以及鋅指結構。

動物模型實驗顯示，在小鼠中樞神經系統發育過程中，PRDM家族成員PRDM6、8、12、13、16基因均存在不同的特異性表達，同時PRDM與Notch-Hes信號通路相互作用，參與神經系統結構控制、調節神經細胞的增殖和分化，認為PRDM6基因在轉錄過程中促進血管平滑肌細胞增殖并抑制其分化，而過度的細胞增殖可以導致高血壓誘發血管壁損傷[36]；而敲除實驗小鼠PRDM6基因后，其心血管管壁畸形和膨大，可能導致動脈瘤的形成[37]。目前缺乏PRDM家族基因直接參與IA形成的研究報道，PRDM系列基因參與了神經系統和血管發育過程的生理調控，可能與IA形成有關。

10 ANRIL基因

ANRIL基因又稱CDKN2BAS基因，主要定位于細胞核，由19個外顯子組成，屬于長鏈非編碼RNA，位于常染色體9p21.3。ANRIL基因多態性與IA之間存在一定關系，可能是IA的易感基因之一，敲低ANRIL基因表達可在一定程度上調控顱內動脈疾病的發生和發展。研究認為，ANRIL剪接子(EU741058和NR003529)的高表達可能與動脈粥樣硬化程度相關[38]。對常染色體9p21.3區域RNA序列多樣性表達的研究認為，ANRIL基因與心肌梗死、腹主動脈瘤、IA等的發生密切相關[39]。全基因組關聯研究發現，ANRIL基因rs6475606SNP位點以及SOX17基因rs1072737SNP位點與IA的發生密切相關，其可能是IA的易患位點[40]。研究發現，敲除CDK N2B-AS1基因3′端小鼠的大動脈血管平滑肌出現過度增殖破壞，導致血管壁受損及動脈瘤形成[41]。

11 MTHFR基因

MTHFR是血漿同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)代謝過程中再甲基化的關鍵酶，通過催化NDAPH發生介導反應，將5,10-亞甲基四氫葉酸還原為5-甲基四氫葉酸，在MTHFR發生催化反應的過程中，其表達量的變化將導致5-甲基四氫葉酸轉化量減少，使Hcy發生代謝障礙并在血液中堆積[42]。

MTHFR基因位于染色體1p36.3，Hcy可直接或間接損傷血管內皮細胞，造成內皮細胞慢性炎癥，加速血管內皮細胞凋亡，導致血管破裂和出血性腦卒中的發生[43]。探討中國人群MTHFR基因C667位點多態性與缺血性腦卒中的關系時發現，C677位點核苷酸C→T點突變可降低MTHFR活性，提高血清Hcy水平，與最常見的CC基因型相比，TT純合基因型個體具有30%的MTHFR活性，雜合子CT基因型具有65%的MTHFR活性[44]。MTHFR基因存在多種突變，677C→T、1793G→A、1298A→C突變均影響酶的活性和Hcy濃度，導致血管壁破壞[45]。采用聚合酶鏈反應技術分析IA患者(IA組)及健康人群(對照組)MTHFR基因多態性發現，IA組MTHFR C677T-CT基因型頻率明顯高于對照組，IA組的IA患病風險是對照組的2.57倍，C677T-CT型可能是IA的易感基因型，而C677位點核苷酸的點突變引起MTHFR活性下降或缺陷，從而導致Hcy升高是發病的主要原因[46]。另有研究認為，MTHFR 677C→T單基因突變導致的基因多態性表達與腦血管病的發生無明顯相關性[47]。

MTHFR基因多態性表達引起MTHFR活性下降導致高Hcy血癥對血管壁的破壞，這可能是顱內出血的一個因素，但是MTHFR基因多態性表達與IA的發生的相關性仍存在爭議，其誘發SAH的機制目前仍不清楚。

12 IA致病基因研究的意義與展望

IA是自發性SAH的重要病因，一旦發生破裂將嚴重威脅人類健康；目前臨床缺乏疾病的早期篩查指標，IA形成和發展的具體機制尚不清楚。探索和發現IA的相關基因有望為IA的篩查、預測、臨床診斷及治療甚至預后判斷提供新的思路。通過篩查IA易感基因評估IA的破裂風險，可為臨床早期干預提供依據，這對患者和社會都具有積極的現實意義。

IA的形成和破裂的病理機制非常復雜，可能是多個易感基因共同作用的結果，此外還有血流動力學因素、后天獲得性因素等非遺傳因素的共同參與，目前對IA形成與破裂的各個易感基因的研究仍不完善，需要從遺傳學角度、病理機制方面探索各個易感基因與IA形成的相關性。隨著生物遺傳工程、基因工程技術的不斷發展和完善，未來IA的致病基因將得到進一步完善和明確，以從根本上治療IA。