Moyamoya病的遺傳學研究進展

劉 超 胡國華 (吉林大學第二醫(yī)院神經(jīng)外科，吉林 長春 3004)

Moyamoya病又稱腦底異常血管網(wǎng)病，或煙霧病，是以雙側顱內(nèi)頸內(nèi)動脈末端及大腦前、中動脈起始部狹窄或閉塞和顱底軟腦膜、穿通動脈等小血管代償增生為主要病理特點的慢性進展性疾病，一旦發(fā)生癥狀，以血管閉塞腦血流下降導致的腦梗死或者脆弱的代償血管破裂導致腦出血為主要臨床表現(xiàn)，致殘率及致死率極高。遺憾的是，Moyamoya病的病因迄今未明，也頗多爭議。顯著的地區(qū)高發(fā)病率和家族性聚集發(fā)病的流行病學特點，使遺傳作用在發(fā)病機制的研究中得到了關注，很多的研究報道了與發(fā)病相關的基因位點或者疾病易感基因，但因為研究樣本數(shù)量和疾病屬于多因子疾病等原因的限制，許多結論未能得到公認或者重復。本文對Moyamoya病近年來的遺傳學研究結果做如下綜述。

1 臨床特點

隨著顱內(nèi)動脈狹窄閉塞及異常血管增生的發(fā)展，病人表現(xiàn)出與年齡相關的不同的臨床特點。Moyamoya病的第一個發(fā)病高峰年齡為5～10歲，病人因腦灌注不足及腦梗死嚴重程度的不同，主要表現(xiàn)為智能發(fā)育遲滯、短暫性腦缺血發(fā)作、癲癇發(fā)作等，多數(shù)患兒因缺乏足夠的交流表達能力，早期癥狀容易被家長及缺乏經(jīng)驗的醫(yī)生所忽視，隨著腦灌注不足的加重，病人的神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙進一步加重，最終導致不可逆的腦梗死的發(fā)生。第二個發(fā)病高峰年齡是30～40歲，隨著代償血管的增生，脆弱的新生血管及微小動脈瘤在血流沖擊作用下發(fā)生破裂，病人表現(xiàn)為顱內(nèi)出血，以腦室內(nèi)出血及蛛網(wǎng)膜下腔出血為主，通常病人在發(fā)病時已經(jīng)陷入昏迷或者危重狀態(tài)，顱內(nèi)出血也是Moyamoya病死亡率及致殘率極高的主要原因。兒童患者和成年人患者均有表現(xiàn)為缺血或者出血可能，雖然發(fā)病類型存在年齡特征〔1，2〕，但Moyamoya病是慢性進展性疾病，雙側頸內(nèi)動脈均受累，臨床過程隱匿，常在確診前已經(jīng)帶來災難性神經(jīng)功能障礙。因此針對疾病的早期診斷，具有非常重大的臨床意義，這也是對Moyamoya病進行遺傳學研究的價值所在。

2 流行病學特點

東亞人群，尤其在日本、韓國及中國，Moyamoya病的發(fā)病率明顯高于西方人種，而且疾病的癥狀也更加嚴重。家族性高發(fā)病特點在Moyamoya病的流行病學調(diào)查中得到廣泛的關注。明顯的地區(qū)高發(fā)病率及家族聚集發(fā)病的特點，均強有力的提示遺傳因素在Moyamoya病發(fā)病中有重要的作用，而多數(shù)病人為青少年人群，更加強化了先天遺傳因素在發(fā)病中的重要作用。目前認為Moyamoya病女性與男性患病比率為1.8∶1，女性略高于男性，但并沒有足夠的證據(jù)表明有性染色體遺傳規(guī)律〔2～5〕。隨著人類的遷移及婚配等活動度的增加，目前Moyamoya病在西方社會的發(fā)病率也較前有明顯增高;同時，新的流行病學調(diào)查也發(fā)現(xiàn)疾病的發(fā)病年齡出現(xiàn)了與之前報道不同的改變。但Moyamoya病依然是危害東亞人群，尤其青少年神經(jīng)系統(tǒng)功能的主要的先天性腦血管性疾病。

3 病理學特點

Moyamoya病最主要的兩個病理學特點就是血管狹窄和煙霧樣側支循環(huán)網(wǎng)的建立。與動脈硬化導致的顱內(nèi)血管狹窄不同，Moyamoya病的病變血管內(nèi)膜平滑肌增生，血管中層萎縮，并伴隨不規(guī)則的彈力纖維細胞增生〔6〕。代償增生的血管網(wǎng)被認為是由新形成和已經(jīng)存在的血管共同組成，血管網(wǎng)的動脈通常異常擴張，增生的代償血管顯示出與血流增加相關的跡象，包括斷裂的彈力膜，變薄的血管中層，以及微小動脈瘤的形成〔7，8〕。這些發(fā)現(xiàn)有助于解釋一些病人為什么會以顱內(nèi)出血為臨床表現(xiàn)。顱內(nèi)出血的兩個主要原因是脆弱的擴張的增生血管破裂，或者新形成的微小動脈瘤破裂。血管內(nèi)膜以一種細胞增生的異常形態(tài)增厚，新生的血管被認為是在特殊的血管生成因子的調(diào)節(jié)下形成，這些病理研究發(fā)現(xiàn)讓研究者更加關注那些調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)形成和血管形成的因子在發(fā)病中的作用，包括肝細胞生長因子(HGF)、堿性成纖維生長因子(bFGF)、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等。針對致病因子的基因水平研究，對解釋Moyamoya病的發(fā)生提供了大量的信息〔9〕。

4 治療方法

對已經(jīng)出現(xiàn)腦梗死的病人，普遍認為重新建立腦血流會明顯增加腦灌注，改善神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。主要的方法有通過外科手術進行顱內(nèi)-顱內(nèi)血管重建，或者顳淺動脈-大腦中動脈搭橋手術〔10，11〕。缺血型Moyamoya病患者在血管重建或者搭橋手術后，會得到更好的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的改善〔12，13〕。有一些學者報道了搭橋手術對治療出血性Moyamoya病的效果，通過術后隨訪，發(fā)現(xiàn)再出血的發(fā)生率有明顯降低，但這些研究卻未能得到公認和重復。遺憾的是，目前沒有明確的統(tǒng)計學資料證實藥物治療對疾病的幫助。隨著遺傳學在病因研究中的重大貢獻，在分子水平進行基因治療會成為今后治療的方向。

5 遺傳學研究

自從1957年首次被報道后，Moyamoya病嚴重的后果引起了人們的廣泛關注，疾病的病因?qū)W研究得到了科學家們的重視。曾有學者認為該病是環(huán)境因素改變導致的獲得性疾病，如頭頸部的感染及頭部的放射線暴露等與疾病的發(fā)生有相關性，但報道缺乏足夠的說服力。流行病學展示出Moyamoya病明顯的家族聚集發(fā)病趨勢及東亞人群的高發(fā)病率，越來越多的證據(jù)表示遺傳在疾病發(fā)生、發(fā)展中起到了重要的作用。同卵雙胞胎共患病的概率可以高達80%〔14〕。家系調(diào)查中并沒有發(fā)現(xiàn)符合孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)病模式，而且家族發(fā)病率大約僅占疾病發(fā)病率的15%，其他大多數(shù)為散發(fā)性發(fā)病，高度提示該病是一種多基因多病因遺傳病〔3〕。根據(jù)現(xiàn)代遺傳學觀點，致病基因都是罕見基因，以不完全遺傳方式從親代向子代傳遞，并隨著人類遷徙和婚配等活動度的增加，散布在全世界各地，這也是疾病在歐美地區(qū)發(fā)病率升高的原因。與其他類型的血管狹窄或者閉塞導致的缺血性腦血管病相比較，只有Moyamoya病才會出現(xiàn)如煙霧般網(wǎng)狀側支循環(huán)，因此一定存在與疾病密切相關的有顯著異常的分子基礎。隨著現(xiàn)代基因組學及實驗室技術的發(fā)展，遺傳學研究的發(fā)現(xiàn)逐漸提高了人類對Moyamoya病的認識水平。多個與疾病密切相關的基因位點或者基因多態(tài)性被實驗室研究證實，其中大多數(shù)是針對在日本、韓國及中國等Moyamoya病發(fā)病率高的人群，但也有來自針對西方社會高加索人種的研究，關于疾病遺傳規(guī)律、疾病過程等重大的發(fā)現(xiàn)，為疾病提供了分子水平的解釋。相信隨著實驗室技術及統(tǒng)計學工具的發(fā)展，大宗病例的多中心合作的遺傳基因?qū)W研究一定會得到更多的結論。

首先報道Moyamoya病遺傳學研究發(fā)現(xiàn)的是日本科學家Inoue。在前期關于人白細胞抗原(HLA)和Moyamoya發(fā)病相關的結論基礎上，1997年他們希望通過遺傳學連鎖分析的方法進一步驗證兩者之間的相關性。通過對71個Moyamoya病人和525個健康對照組志愿者外周血中編碼HLA的染色體位點6p21.3的等位基因進行測序，他們報告了DQB1*0502等位基因在疾病人群中具有統(tǒng)計學意義的顯著差異。他們應用的是寡聚核苷酸探針，這是全世界第一次在基因水平認識到Moyamoya病。在隨后的研究中，Inoue應用15個微衛(wèi)星標記對編碼HLA的第6號染色體做了進一步的測序，這次他們針對家族性病人進行基因連鎖分析，并報道了6p25的基因位點D6S441與疾病明確的連鎖關系，在研究的19個疾病家族中，16個家族(82%)的疾病病人存在這種基因多態(tài)性〔14〕。韓國學者Han等〔15〕在2003年發(fā)表了他們針對HLA基因位點與Moyamoya病相關性的遺傳學研究結果。他們對韓國28個Moyamoya病人和198個健康對照者重復了Inoue的研究，對編碼HLA的染色體位點6p21.3的等位基因進行測序，經(jīng)統(tǒng)計學分析，HLA-B35等位基因在疾病組存在顯著的高頻率，但卻沒有得到與Inoue相同的關于DQB1*0502與疾病相關性的結論。這可能與日本人群和韓國人群種族不同有關，但也可能與疾病組數(shù)量有關。Hong對韓國家族性及散發(fā)性Moyamoya病病人和健康對照人群的HLA等位基因進行全基因組測序分析，統(tǒng)計學分析結果發(fā)現(xiàn)家族性Moyamoya病病人的等位基因DRB1*1302與健康對照組相比較有顯著性差異，而家族性病人的等位基因DQB1*0609與健康人群及散發(fā)性疾病病人均有顯著性差異〔16〕。在1999年，日本學者Ikeda調(diào)查了16個家族性Moyamoya病家系，并對家系成員進行全基因組測序〔17〕。在實驗室中應用分散在22個常染色體的371個多態(tài)性微衛(wèi)星標記作為標記位點，發(fā)現(xiàn)了染色體位點3p24.2-p26區(qū)間內(nèi)有統(tǒng)計學意義的顯著性差異，而在這段染色體片段內(nèi)的基因與馬凡綜合征、von Hippel-Lindau綜合癥等血管性疾病密切相關。神經(jīng)纖維瘤病1型(NF1)經(jīng)常表現(xiàn)出與Moyamoya病相似的血管性病變，而神經(jīng)纖維瘤病1型的致病基因位于染色體位點17q11.2已得到證實。Yamauchi假設NF1的致病基因與Moyamoya病的血管病變相關，對家族性病例的外周血DNA做了針對目標染色體位點的連鎖分析，雖然假設沒有得到證實，但在17q.25附近卻發(fā)現(xiàn)了多個與Moyamoya病連鎖的基因〔18〕。通過對日本家族性Moyamoya病進一步重復Yamauchi的實驗，Mineharu發(fā)現(xiàn)了疾病的常染色體顯性遺傳模式，并闡述該傳遞模式是不完全顯性的〔19〕。他們得出了17號染色體與疾病的連鎖關系，并發(fā)現(xiàn)了TNFRSF13B基因與疾病的顯著相關性。在他們2008年的研究中，17q25.3位點被發(fā)現(xiàn)高度懷疑與疾病相關。雖然這次研究并沒有進一步發(fā)現(xiàn)有明確致病作用的基因，但染色體位點17q25依然是眾多學者研究的目標〔20〕。金屬蛋白酶組織抑制物(TIMP)2和4在組織修復中有重要作用，在病理學研究中發(fā)現(xiàn)與Moyamoya病相關，TIMP2和TIMP4的編碼基因分別位于17q25和3p24.2-p26，這2個位點也被認為與疾病發(fā)生相關〔17，18〕。Kang 等〔19〕對韓國家族性 Moyamoya 病家系成員的這2個位點的序列進行分析，與健康人群進行對照，發(fā)現(xiàn)TIMP2啟動子序列中的SNP位點rs8179090(G/C)存在有統(tǒng)計學意義的顯著性差異〔21〕。但是 17q25位點的rs8179090多態(tài)性差異在Mineharu的研究中沒有得到證實。2004年Sakurai調(diào)查了12個日本家族性Moyamoya病家系，并對核心家庭成員進行全基因組掃描，這次研究應用了428個微衛(wèi)星位點，發(fā)現(xiàn)了染色體位點8q23與疾病連鎖的顯著性證據(jù)，染色體位點12p12與疾病的連鎖關系也在實驗結果中被高度提示〔14〕。TGF-β1誘導早期生長反應蛋白(TIEG)的編碼基因位于8q23.3，而TIEG在TGF-β1的表達中有非常積極的生物學作用，后者在Moyamoya病血管內(nèi)膜病變和煙霧樣側支循環(huán)形成中起到至關重要的作用，并在病人的腦脊液及血管壁中都有陽性表達，因此8q23.3被認為是非常可能的致病基因。由于Moyamoya病在高加索人種的發(fā)病率逐漸升高，西方學者對此病的關注也逐漸增加。Roder在2010年發(fā)表了針對歐洲人群的散發(fā)Moyamoya病遺傳學研究結果。他們分析了4個目標基因的13個單核苷酸多態(tài)性，這4個目標基因的編碼產(chǎn)物通過病理學證實與Moyamoya病相關〔22〕。研究的結論顯示出病人基因組中TGF-β1外顯子1的SNP標記rs1800471(C/G)和血小板源性生長因子受體β(PDGFRβ)啟動子序列SNP標記rs382861(A/C)與健康對照組顯著的統(tǒng)計學差異。這是目前針對歐洲人群最大的一組研究。因為染色體17q25.3位點被發(fā)現(xiàn)與Moyamoya發(fā)病高度連鎖的遺傳學發(fā)現(xiàn)，科學家們對這個基因位點的研究越來越深入。環(huán)指蛋白基因213(RNF213)就是在深入研究17q25.3過程中被發(fā)現(xiàn)的一個基因位點。2011年Liu發(fā)表了他們激動人心的發(fā)現(xiàn)，通過嚴謹?shù)膶嶒炘O計，對8個來自韓國、日本、中國及德國的家族性Moyamoya病人展開研究，進一步將探究的焦點關注在RNF213的SNP，通過基因序列分析、基因多態(tài)性比較、基因表達分析、基因敲除生物模型等復雜精準的實驗室技術，發(fā)現(xiàn)RNF213在疾病人群中的顯著性意義，第一次提供了RNF213是Moyamoya致病基因的充分證據(jù)，并闡述了RNF213基因在血管發(fā)生中的生物學作用〔23〕。此項研究證實了Moyamoya病是遺傳性疾病，并且預示了疾病早期基因診斷的可能性。幾乎同時，Kamada也發(fā)表了類似的結論，并確定了RNF213作為建立者突變基因(founder mutant)對日本家族性Moyamoya病的致病作用〔24〕。

現(xiàn)在已經(jīng)有多個染色體位點、單核苷酸多態(tài)性、獨立基因被證實與Moyamoya發(fā)病相關，但因為多數(shù)研究對象是家族性病例，受樣本數(shù)量、人種差異等限制，有些結論不能得到普遍認可或者重復。但這些結論幫助我們對Moyamoya病更深入的認識。隨著大宗病例搜集、多中心合作以及實驗室技術的發(fā)展，科學家一定會完善Moyamoya病的遺傳學機制及發(fā)病分子水平的解釋，為疾病的早期診斷及治療，提供科學依據(jù)。

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