腦動靜脈畸形發病機制相關信號通路研究進展

曙 君，白 杰

（1.內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010059；2.首都醫科大學宣武醫院神經外科）

腦動靜脈畸形是一種異常血管團，容易破裂，導致危及生命的顱內出血（ICH）[1]。正常人中bAVM患病率大約為0.05%[2]。bAVM患者可能無癥狀或出現癲癇發作、局灶性神經功能缺損或腦出血，這些并發癥的出現也是治療的主要原因。總體而言，bAVM占50歲以下成人出血性中風的25%[3]，高達40%的bAVM患者在腦出血后一年內死亡或功能受損[4]。盡管不同醫院的死亡率不同，但現有的每種治療方式都有與手術相關的并發癥，且發生率不低[5-7]。近年來隨著影像學技術的進步，越來越多的無癥狀bAVM患者被診斷出來。而無癥狀患者的治療越來越有爭議，因為一項關于未破裂bAVM（ARUBA）的隨機試驗結果表明，隨機接受保守治療的未破裂bAVM患者的中風和死亡率低于接受任何介入治療的患者[5，6，8～11]。揭示bAVM的發病機制對于尋找特異性治療方法，以減少對侵入性手術的需求至關重要。

盡管bAVM的發病機制與許多途徑和修飾基因有關，但本綜述中主要介紹了RAS-MAPK-ERK、TGFβ、血小板源性生長因子b（Pdgfb）途徑和非編碼RNA在bAVM研究中的最新發現。

1 RAS-MAPK-ERK信號轉導通路

95%以上的bAVM是無明確家族史的散發病例。散發性bAVM的致病基因尚不清楚。最近的研究通過對從患者AVM病變中分離的DNA進行下一代測序[12，13]，確定了散發性bAVM和外周AVM中RAS-MAPK途徑基因的體細胞突變。RAS通路包括不同的信號級聯，如RAF-MEK-MAPK/ERK。這條通路調節一些關鍵的細胞功能，包括增值、生長、存活和衰老[14]。有研究者[15]在72例患者中的45例bAVM病變中發現了體細胞激活KRAS突變，而在21例配對血樣中沒有發現。突變包括KRAS p.Gly12Val和KRAS p.Gly12Asp突變。進一步研究下游信號通路，發現在人bAVM的內皮細胞培養中，MAPK-ERK和PI3K-AKT通路被KRAS激活突變激活。與正常腦血管內皮細胞相比，bAVM內皮細胞ERK1/2磷酸化水平升高。他們發現突變增加了與血管生成和Notch信號相關的基因的表達。將KRAS p.Gly12Val導入培養的內皮細胞，能增強其遷移行為。有趣的是，抑制了MAPK-ERK通路則逆轉了內皮細胞中的VEGF基因信號[12]。隨后的研究表明，在bAVM和脊髓AVM中KARS/BRAF突變的患病率分別為81%和100%[16]。這些均表明KRAS的體細胞突變可能參與了bAVM的發病機制。

2 TGFβ信號轉導通路

大約5%的bAVM與一種遺傳性疾病HHT有關，HHT是一種常染色體顯性遺傳性血管疾病，全世界約有1/5000的人受到影響[17～19]。HHT的主要臨床特征是AVM在多個器官（包括大腦）出血[20]。三個基因已經被鑒定出導致HHT：ENG[21]、ALK或ACVRL1[22]和SMAD4[23]。HHT根據致病基因突變分為HHT1、HHT2和JP（青少年息肉病）-HHT。HHT1（ENG突變）和HHT2（ALK1突變）占所有HHT病例的90%以上[24]。雖然HHT1和HHT2之間的臨床表現無法區分，但基因型-表型相關研究表明，HHT1在腦和肺中的AVM患病率較高，而HHT2在肝臟和胃腸道的AVM患病率較高[18，25]。10.4%的HHT患者存在腦動靜脈畸形。HHT1患者的bAVM患病率（13.4%）明顯高于HHT2患者（2.4%）。大多數與HHT相關的bAVM較小（小于3cm），Spetzler-Martin等級為2或更低，而在散發bAVM人群中，bAVM病灶的平均大小約為3cm，Spetzler-Martin評分中位數為3。雖然約20%的這些HHT相關bAVM伴有破裂，但近50%的bAVM無癥狀。

所有與HHT相關的基因都是TGF-β家族成員信號轉導的組成部分。因此，HHT被認為是由TGF-β家族成員的信號轉導缺陷引起的疾病。然而，關于與AVM發育相關的ENG-ALK1信號的配體、Ⅱ型受體和下游效應基因的特性大多不清楚。

3 Pdgfb/pdgf受體β（pdgfrβ）信號通路

血管壁的結構缺陷和不成熟提示bAVM血管發育不良。在小鼠模型的bAVM血管中也發現了異常的血管壁結構。與正常腦血管生成灶相比，bAVM小鼠模型病變血管直徑大于15μm，缺乏平滑肌。

血管由內皮細胞和壁細胞組成，包括血管平滑肌細胞和周細胞。周細胞包裹毛細血管和小靜脈的內皮細胞。它們對血管的穩定性起著至關重要的作用。血管周細胞減少會損害血管完整性。最近的研究表明，與正常腦血管相比，人和小鼠的bAVM血管壁細胞覆蓋率都減低，這表明bAVM血管重構異常。血管平滑肌細胞和周細胞覆蓋率降低與血管通透性增加和bAVM出血有關。

PDGF-B和PDGFR-β在血管生成過程中參與周細胞和血管平滑肌細胞的募集。敲除小鼠Pdgfb或pdgfrβ，導致微血管周細胞的丟失。周細胞的缺失也導致內皮增生和內皮管腔膜過度折疊。在嚙齒類動物模型和患者的bAVM中，PDGF-B和PDGFR-β的異常表達已被描述。pdgfβ在Alk1缺陷小鼠bAVM病變中表達降低，這與平滑肌細胞和周細胞覆蓋率的降低有關，這表明Alk1和PDGF-B和PDGFR-β信號通路之間可能存在聯系。然而，目前尚不清楚bAVM中PDGFR-β表達的降低是周細胞減少的原因還是結果。有趣的是，有Alk1缺陷型bAVM中PDGF-β的過度表達增加了bAVM血管上的周細胞覆蓋率并減少了bAVM出血。提示PDGF-B和PDGFR-β信號通路在bAVM血管完整性中起重要作用。

4 非編碼RNA

近年來的研究表明，非編碼RNA也可能在bAVM的發病機制中發揮作用。Li等人發現4個長的非編碼RNA在AVM病灶中異常表達。可能與bAVM患者的癲癇發作有關。通過對bAVM患者血液中小RNA的深度測序，Chen等發現了新的調控失調的miRNA，其中一個靶向VEGF通路。已經觀察到miRNA-137和miRNA-196*抑制培養的AVM平滑肌細胞的異常生物學特性。此外，最近的一項研究表明，Drosha的失活突變導致了與小鼠HHT相似的血管異常。Drosha變異體（P100L和R279L）已在缺乏已知致病性突變的HHT患者中檢測到。這些表明microRNA處理可能在AVM的發病機制中起作用。

腦動靜脈畸形是一種非靜止性先天性疾病。目前還沒有針對bAVM的藥物治療。貝伐單抗、絲裂原活化蛋白激酶（MEK）抑制劑、雷帕霉素和沙利度胺等都曾用于非中樞神經系統AVM患者，其療效不同。bAVM的治療理念應該是穩定血管組織，從而降低自發性腦出血的風險。因此，除了確定參與AVM發生的途徑外，了解AVM血管重構、維持血管完整性和破裂的機制和因素，對于制定穩定AVM血管壁和防止AVM破裂的策略至關重要。