Moyamoya病的遗传学研究进展

刘 超 胡国华 (吉林大学第二医院神经外科，吉林 长春 3004)

Moyamoya病又称脑底异常血管网病，或烟雾病，是以双侧颅内颈内动脉末端及大脑前、中动脉起始部狭窄或闭塞和颅底软脑膜、穿通动脉等小血管代偿增生为主要病理特点的慢性进展性疾病，一旦发生症状，以血管闭塞脑血流下降导致的脑梗死或者脆弱的代偿血管破裂导致脑出血为主要临床表现，致残率及致死率极高。遗憾的是，Moyamoya病的病因迄今未明，也颇多争议。显著的地区高发病率和家族性聚集发病的流行病学特点，使遗传作用在发病机制的研究中得到了关注，很多的研究报道了与发病相关的基因位点或者疾病易感基因，但因为研究样本数量和疾病属于多因子疾病等原因的限制，许多结论未能得到公认或者重复。本文对Moyamoya病近年来的遗传学研究结果做如下综述。

1 临床特点

随着颅内动脉狭窄闭塞及异常血管增生的发展，病人表现出与年龄相关的不同的临床特点。Moyamoya病的第一个发病高峰年龄为5～10岁，病人因脑灌注不足及脑梗死严重程度的不同，主要表现为智能发育迟滞、短暂性脑缺血发作、癫痫发作等，多数患儿因缺乏足够的交流表达能力，早期症状容易被家长及缺乏经验的医生所忽视，随着脑灌注不足的加重，病人的神经系统功能障碍进一步加重，最终导致不可逆的脑梗死的发生。第二个发病高峰年龄是30～40岁，随着代偿血管的增生，脆弱的新生血管及微小动脉瘤在血流冲击作用下发生破裂，病人表现为颅内出血，以脑室内出血及蛛网膜下腔出血为主，通常病人在发病时已经陷入昏迷或者危重状态，颅内出血也是Moyamoya病死亡率及致残率极高的主要原因。儿童患者和成年人患者均有表现为缺血或者出血可能，虽然发病类型存在年龄特征〔1，2〕，但Moyamoya病是慢性进展性疾病，双侧颈内动脉均受累，临床过程隐匿，常在确诊前已经带来灾难性神经功能障碍。因此针对疾病的早期诊断，具有非常重大的临床意义，这也是对Moyamoya病进行遗传学研究的价值所在。

2 流行病学特点

东亚人群，尤其在日本、韩国及中国，Moyamoya病的发病率明显高于西方人种，而且疾病的症状也更加严重。家族性高发病特点在Moyamoya病的流行病学调查中得到广泛的关注。明显的地区高发病率及家族聚集发病的特点，均强有力的提示遗传因素在Moyamoya病发病中有重要的作用，而多数病人为青少年人群，更加强化了先天遗传因素在发病中的重要作用。目前认为Moyamoya病女性与男性患病比率为1.8∶1，女性略高于男性，但并没有足够的证据表明有性染色体遗传规律〔2～5〕。随着人类的迁移及婚配等活动度的增加，目前Moyamoya病在西方社会的发病率也较前有明显增高;同时，新的流行病学调查也发现疾病的发病年龄出现了与之前报道不同的改变。但Moyamoya病依然是危害东亚人群，尤其青少年神经系统功能的主要的先天性脑血管性疾病。

3 病理学特点

Moyamoya病最主要的两个病理学特点就是血管狭窄和烟雾样侧支循环网的建立。与动脉硬化导致的颅内血管狭窄不同，Moyamoya病的病变血管内膜平滑肌增生，血管中层萎缩，并伴随不规则的弹力纤维细胞增生〔6〕。代偿增生的血管网被认为是由新形成和已经存在的血管共同组成，血管网的动脉通常异常扩张，增生的代偿血管显示出与血流增加相关的迹象，包括断裂的弹力膜，变薄的血管中层，以及微小动脉瘤的形成〔7，8〕。这些发现有助于解释一些病人为什么会以颅内出血为临床表现。颅内出血的两个主要原因是脆弱的扩张的增生血管破裂，或者新形成的微小动脉瘤破裂。血管内膜以一种细胞增生的异常形态增厚，新生的血管被认为是在特殊的血管生成因子的调节下形成，这些病理研究发现让研究者更加关注那些调节细胞外基质形成和血管形成的因子在发病中的作用，包括肝细胞生长因子(HGF)、碱性成纤维生长因子(bFGF)、转化生长因子β1(TGF-β1)、血管内皮生长因子(VEGF)等。针对致病因子的基因水平研究，对解释Moyamoya病的发生提供了大量的信息〔9〕。

4 治疗方法

对已经出现脑梗死的病人，普遍认为重新建立脑血流会明显增加脑灌注，改善神经系统功能障碍。主要的方法有通过外科手术进行颅内-颅内血管重建，或者颞浅动脉-大脑中动脉搭桥手术〔10，11〕。缺血型Moyamoya病患者在血管重建或者搭桥手术后，会得到更好的神经系统症状的改善〔12，13〕。有一些学者报道了搭桥手术对治疗出血性Moyamoya病的效果，通过术后随访，发现再出血的发生率有明显降低，但这些研究却未能得到公认和重复。遗憾的是，目前没有明确的统计学资料证实药物治疗对疾病的帮助。随着遗传学在病因研究中的重大贡献，在分子水平进行基因治疗会成为今后治疗的方向。

5 遗传学研究

自从1957年首次被报道后，Moyamoya病严重的后果引起了人们的广泛关注，疾病的病因学研究得到了科学家们的重视。曾有学者认为该病是环境因素改变导致的获得性疾病，如头颈部的感染及头部的放射线暴露等与疾病的发生有相关性，但报道缺乏足够的说服力。流行病学展示出Moyamoya病明显的家族聚集发病趋势及东亚人群的高发病率，越来越多的证据表示遗传在疾病发生、发展中起到了重要的作用。同卵双胞胎共患病的概率可以高达80%〔14〕。家系调查中并没有发现符合孟德尔遗传规律的发病模式，而且家族发病率大约仅占疾病发病率的15%，其他大多数为散发性发病，高度提示该病是一种多基因多病因遗传病〔3〕。根据现代遗传学观点，致病基因都是罕见基因，以不完全遗传方式从亲代向子代传递，并随着人类迁徙和婚配等活动度的增加，散布在全世界各地，这也是疾病在欧美地区发病率升高的原因。与其他类型的血管狭窄或者闭塞导致的缺血性脑血管病相比较，只有Moyamoya病才会出现如烟雾般网状侧支循环，因此一定存在与疾病密切相关的有显著异常的分子基础。随着现代基因组学及实验室技术的发展，遗传学研究的发现逐渐提高了人类对Moyamoya病的认识水平。多个与疾病密切相关的基因位点或者基因多态性被实验室研究证实，其中大多数是针对在日本、韩国及中国等Moyamoya病发病率高的人群，但也有来自针对西方社会高加索人种的研究，关于疾病遗传规律、疾病过程等重大的发现，为疾病提供了分子水平的解释。相信随着实验室技术及统计学工具的发展，大宗病例的多中心合作的遗传基因学研究一定会得到更多的结论。

首先报道Moyamoya病遗传学研究发现的是日本科学家Inoue。在前期关于人白细胞抗原(HLA)和Moyamoya发病相关的结论基础上，1997年他们希望通过遗传学连锁分析的方法进一步验证两者之间的相关性。通过对71个Moyamoya病人和525个健康对照组志愿者外周血中编码HLA的染色体位点6p21.3的等位基因进行测序，他们报告了DQB1*0502等位基因在疾病人群中具有统计学意义的显著差异。他们应用的是寡聚核苷酸探针，这是全世界第一次在基因水平认识到Moyamoya病。在随后的研究中，Inoue应用15个微卫星标记对编码HLA的第6号染色体做了进一步的测序，这次他们针对家族性病人进行基因连锁分析，并报道了6p25的基因位点D6S441与疾病明确的连锁关系，在研究的19个疾病家族中，16个家族(82%)的疾病病人存在这种基因多态性〔14〕。韩国学者Han等〔15〕在2003年发表了他们针对HLA基因位点与Moyamoya病相关性的遗传学研究结果。他们对韩国28个Moyamoya病人和198个健康对照者重复了Inoue的研究，对编码HLA的染色体位点6p21.3的等位基因进行测序，经统计学分析，HLA-B35等位基因在疾病组存在显著的高频率，但却没有得到与Inoue相同的关于DQB1*0502与疾病相关性的结论。这可能与日本人群和韩国人群种族不同有关，但也可能与疾病组数量有关。Hong对韩国家族性及散发性Moyamoya病病人和健康对照人群的HLA等位基因进行全基因组测序分析，统计学分析结果发现家族性Moyamoya病病人的等位基因DRB1*1302与健康对照组相比较有显著性差异，而家族性病人的等位基因DQB1*0609与健康人群及散发性疾病病人均有显著性差异〔16〕。在1999年，日本学者Ikeda调查了16个家族性Moyamoya病家系，并对家系成员进行全基因组测序〔17〕。在实验室中应用分散在22个常染色体的371个多态性微卫星标记作为标记位点，发现了染色体位点3p24.2-p26区间内有统计学意义的显著性差异，而在这段染色体片段内的基因与马凡综合征、von Hippel-Lindau综合症等血管性疾病密切相关。神经纤维瘤病1型(NF1)经常表现出与Moyamoya病相似的血管性病变，而神经纤维瘤病1型的致病基因位于染色体位点17q11.2已得到证实。Yamauchi假设NF1的致病基因与Moyamoya病的血管病变相关，对家族性病例的外周血DNA做了针对目标染色体位点的连锁分析，虽然假设没有得到证实，但在17q.25附近却发现了多个与Moyamoya病连锁的基因〔18〕。通过对日本家族性Moyamoya病进一步重复Yamauchi的实验，Mineharu发现了疾病的常染色体显性遗传模式，并阐述该传递模式是不完全显性的〔19〕。他们得出了17号染色体与疾病的连锁关系，并发现了TNFRSF13B基因与疾病的显著相关性。在他们2008年的研究中，17q25.3位点被发现高度怀疑与疾病相关。虽然这次研究并没有进一步发现有明确致病作用的基因，但染色体位点17q25依然是众多学者研究的目标〔20〕。金属蛋白酶组织抑制物(TIMP)2和4在组织修复中有重要作用，在病理学研究中发现与Moyamoya病相关，TIMP2和TIMP4的编码基因分别位于17q25和3p24.2-p26，这2个位点也被认为与疾病发生相关〔17，18〕。Kang 等〔19〕对韩国家族性 Moyamoya 病家系成员的这2个位点的序列进行分析，与健康人群进行对照，发现TIMP2启动子序列中的SNP位点rs8179090(G/C)存在有统计学意义的显著性差异〔21〕。但是 17q25位点的rs8179090多态性差异在Mineharu的研究中没有得到证实。2004年Sakurai调查了12个日本家族性Moyamoya病家系，并对核心家庭成员进行全基因组扫描，这次研究应用了428个微卫星位点，发现了染色体位点8q23与疾病连锁的显著性证据，染色体位点12p12与疾病的连锁关系也在实验结果中被高度提示〔14〕。TGF-β1诱导早期生长反应蛋白(TIEG)的编码基因位于8q23.3，而TIEG在TGF-β1的表达中有非常积极的生物学作用，后者在Moyamoya病血管内膜病变和烟雾样侧支循环形成中起到至关重要的作用，并在病人的脑脊液及血管壁中都有阳性表达，因此8q23.3被认为是非常可能的致病基因。由于Moyamoya病在高加索人种的发病率逐渐升高，西方学者对此病的关注也逐渐增加。Roder在2010年发表了针对欧洲人群的散发Moyamoya病遗传学研究结果。他们分析了4个目标基因的13个单核苷酸多态性，这4个目标基因的编码产物通过病理学证实与Moyamoya病相关〔22〕。研究的结论显示出病人基因组中TGF-β1外显子1的SNP标记rs1800471(C/G)和血小板源性生长因子受体β(PDGFRβ)启动子序列SNP标记rs382861(A/C)与健康对照组显著的统计学差异。这是目前针对欧洲人群最大的一组研究。因为染色体17q25.3位点被发现与Moyamoya发病高度连锁的遗传学发现，科学家们对这个基因位点的研究越来越深入。环指蛋白基因213(RNF213)就是在深入研究17q25.3过程中被发现的一个基因位点。2011年Liu发表了他们激动人心的发现，通过严谨的实验设计，对8个来自韩国、日本、中国及德国的家族性Moyamoya病人展开研究，进一步将探究的焦点关注在RNF213的SNP，通过基因序列分析、基因多态性比较、基因表达分析、基因敲除生物模型等复杂精准的实验室技术，发现RNF213在疾病人群中的显著性意义，第一次提供了RNF213是Moyamoya致病基因的充分证据，并阐述了RNF213基因在血管发生中的生物学作用〔23〕。此项研究证实了Moyamoya病是遗传性疾病，并且预示了疾病早期基因诊断的可能性。几乎同时，Kamada也发表了类似的结论，并确定了RNF213作为建立者突变基因(founder mutant)对日本家族性Moyamoya病的致病作用〔24〕。

现在已经有多个染色体位点、单核苷酸多态性、独立基因被证实与Moyamoya发病相关，但因为多数研究对象是家族性病例，受样本数量、人种差异等限制，有些结论不能得到普遍认可或者重复。但这些结论帮助我们对Moyamoya病更深入的认识。随着大宗病例搜集、多中心合作以及实验室技术的发展，科学家一定会完善Moyamoya病的遗传学机制及发病分子水平的解释，为疾病的早期诊断及治疗，提供科学依据。

1 Smith ER，Scott RM，Moyamoya：epidemiology，presentation，and diagnosis〔J〕.Neurosurg Clin N Am，2010;21(3)：543-51.

2 Hallemeier CL，et al.Clinical features and outcome in North American adults with moyamoya phenomenon〔J〕.Stroke，2006;37(6)：1490-6.

3 Kuriyama S.Prevalence and clinicoepidemiological features of moyamoya disease in Japan：findings from a nationwide epidemiological survey〔J〕.Stroke，2008;39(1)：42-7.

4 Takekawa Y.Pathological and immunohistochemical findings of an autopsy case of adult moyamoya disease〔J〕.Neuropathology，2004;24(3)：236-42.

5 Baba TK，Houkin，and S.Kuroda，Novel epidemiological features of moyamoya disease〔J〕.Br Med J，2008;79(8)：900.

6 Takekawa Y.Pathological and immunohistochemical findings of an autopsy case of adult moyamoya disease〔J〕.Neuropathology，2004;24(3)：236-42.

7 Takagi Y.Histological features of middle cerebral arteries from patients treated for moyamoya disease〔J〕.Neurologia Medico-chirurgica，2007;47(1)：1-4.

8 Rao M.Clinical and experimental pathology of Moyamoya disease〔J〕.Chin Med J(Engl)，2003;116(12)：1845-9.

9 Weinberg DG，Arnaout OM，Rahme RJ，et al.Moyamoya disease：a review of histopathology，biochemistry，and genetics〔J〕.Neurosurg Focus，2011;30(6)：E20.

10 Sainte-Rose C.Multiple bur hole surgery for the treatment of moyamoya disease in children〔J〕.J Neurosurg，2006;105(6 Suppl)：437-43.

11 Vilela MD，Newell DW.Superficial temporal artery to middle cerebral artery bypass：past，present，and future〔J〕.Neurosurg Focus，2008;24(2)：E2.

12 Fung LW，Thompson D，Ganesan V.Revascularisation surgery for paediatric moyamoya：a review of the literature〔J〕.Childs Nerv Syst，2005;21(5)：358-64.

13 Huang AP.Clinical significance of posterior circulation changes after revascularization in patients with moyamoya disease〔J〕.Cerebrovasc Dis，2009;28(3)：247-57.

14 Sakurai K，Horiuchi Y，Ikeda H，et al.A novel susceptibility locus for moyamoya disease on chromosome 8q23〔J〕.J Hum Genet，2004;49(5)：278-81.

15 Han H，Pyo CW，Yoo DS，et al.Associations of Moyamoya patients with HLA class I and class II alleles in the Korean population〔J〕.J Korean Med Sci，2003;18(6)：876-80.

16 Hong SH，Wang KC，Kim SK，et al.Association of HLA-DR and-DQ genes with familial Moyamoya disease in Koreans〔J〕.J Korean Neurosurg Soc，2009;46(6)：558-63.

17 Ikeda H.Mapping of a familial moyamoya disease gene to chromosome 3p24.2-p26〔J〕.Am J Human Genetics，1999;64(2)：533-7.

18 Yamauchi T.Linkage of familial Moyamoya disease(spontaneous occlusion of the circle of willis)to chromosome 17q25〔J〕.Stroke，2000;31(4)：930-5.

19 Mineharu Y.Autosomal dominant moyamoya disease maps to chromosome 17q25.3〔J〕.Neurology，2008;70(24_Part_2)：2357-63.

20 Nanba R.Sequence analysis and bioinformatics analysis of chromosome 17q25 in familial moyamoya disease〔J〕.Child's Nervous System，2005;21(1)：62-8.

21 Kang HS，Kim SK，Cho BK，et al.Single nucleotide polymorphisms of tissue inhibitor of metalloproteinase genes in familial moyamoya disease〔J〕.Neurosurgery，2006;58(6)：1074-80.

22 Roder C，Peters V，Kasuya H，et al.Polymorphisms in TGF-β1and PDGFRB are associated with Moyamoya disease in European patients〔J〕.Acta Neurochir(Wien)，2010;152(12)：2153-60.

23 Liu W，Morito D，Takashima S，et al.Identification of RNF213 as a susceptibility gene for moyamoya disease and its possible role in vascular development〔J〕.PLoS One，2011;6(7)：e22542.

24 Kamada F，Aoki Y，Narisawa A，et al.Agenome-wide association study identifies RNF213 as the first Moyamoya disease gene〔J〕.J Hum Genet，2011;56(1)：34-40.