胸主动脉瘤及夹层的基因学研究进展

张 薇 综述， 王利新 ，2*， 符伟国 ，2 审校

（1．复旦大学附属中山医院血管外科 复旦大学附属血管外科研究所，上海 200032；2.复旦大学附属中山医院厦门分院血管外科，厦门 361015）

主动脉瘤及夹层 （aortic aneurysm and dissection,AAD）是主动脉最常见的疾病，可导致主动脉破裂和其他严重并发症，危及生命。因起源于不同的胚层，胸主动脉疾病和腹主动脉疾病的流行病学和发病机制差异较大。胸主动脉瘤及夹层（thoracic aneurysm and dissection,TAAD）平均发病年龄为65岁，升主动脉部位发病则更早，且多为常染色体显性遗传的单基因致病[1]。腹主动脉瘤平均发病年龄在75岁以上，多与动脉粥样硬化、高血压等环境因素相关。在急性主动脉疾病中，孤立性腹主动脉夹层多为散发，其发生率＜2%，手术预后通常较好[2-3]。

部分TAAD病人家族史阳性并伴其他疾病症状，表现为遗传综合征，如 Marfan综合征（Marfan syndrome,MFS）、Loeys-Dietz综合征 （Loeys-Dietz syndrome,LDS）和血管性Ehlers-Danlos综合征 （vascular Ehlers-Danlos syndrome,VEDS）等，称为综合征TAAD。大部分TAAD病人仅表现为主动脉疾病，为无综合征TAAD。这类病人发病前通常无任何征兆，死亡率可高达80%[4-5]。TAAD可分为常染色体显性遗传的家族性 TAAD （familial TAAD，FTAAD）和散发性TAAD（sporadic TAAD，STAAD）。最新研究显示，约有 30%的无综合征病人为FTAAD，表现为常染色体显性的不完全外显遗传，男性居多（3/4）[6]。目前已发现多个与FTAAD相关的致病基因。这些基因主要参与平滑肌收缩，细胞外基质（extracellular matrix,ECM）形成以及转化生长因子（transforming growth factor beta，TGF-β）通路。 随着 TAAD 基因学研究的深入，在STAAD病人中也发现了意义未明的突变位点（variants uncertain significance,VUS），其中部分 VUS 位于与FTAAD相同的致病基因中，且VUS数量与疾病严重程度呈数量正相关。因此，STAAD也与基因突变有关[7-10]。基于所发现的TAAD相关基因突变，基因编辑技术可通过定点编辑基因，建立动物模型，研究 TAAD的发病机制，寻找有效的治疗靶点，对降低TAAD的发病风险并改善手术治疗预后具有重要意义[11]。

TAAD的风险评估及干预时机

胸主动脉夹层发生时多伴主动脉扩张。流行病学研究建议其直径达到5.5～6.0 cm时对其进行修复，以避免发生主动脉破裂和其他严重并发症[12]。但60%以上的急性A型夹层发生时主动脉直径＜5.5 cm，甚至无主动脉扩张[13]。因此，仅以主动脉直径作为临床干预指标，可能错失某些高风险病人的最佳干预时机。临床发现某些突变基因与TAAD高风险密切相关，可作为评估TAAD风险和干预时机的参考因素之一。

FTAAD病人常为单基因突变所致。流行病学研究发现，不同致病基因突变的病人发病年龄和风险、疾病的严重程度具有明显差异，且同一致病基因的不同突变形式，其临床表现也不同[14]。因此，将基因检测作为TAAD风险评估因素时，应从不同的突变基因进一步细分到不同的突变形式，建立更准确的评估系统。此外，STAAD病人虽受高血压、动脉粥样硬化等环境因素影响较多，无明显的遗传模式，但基因组测序发现STAAD病人也存在VUS。其中约30%的VUS定位于FTAAD相关的致病基因[10]。且VUS的数量与疾病严重程度呈数量正相关，即VUS越多，TAAD症状越严重，无事件生存期越短[7-10]。因此，基因检测对STAAD的风险评估也具有参考价值。但其受环境因素影响较大，还应结合环境因素来指导临床干预。

FTAAD

目前已发现与FTAAD密切相关且具有较高外显率的致病基因，包括 ACTA2、COL3A1、FBN1、LOX、MYH11、MYLK、PRKG1、SMAD3、TGFB2、TGFBR1 和 TGFBR2。 其中 ACTA2所占比例最高，可达12%～21%[15-18]。但仍有80%的FTAAD病人致病基因尚未明确。FTAAD病人可表现为MFS、LDS和VEDS等遗传综合征，还可合并主动脉瓣二瓣化、动脉导管未闭、腹主动脉瘤、颅内动脉瘤和外周小动脉瘤等其他心血管异常。FTAAD病人具有较高的TAAD发病风险，需进行严密监测。同时建议其一级、二级亲属也进行基因检测，评估TAAD发病风险[6]。

临床流行病学显示，不同基因突变的病人具有特定的TAAD临床表现，可用于指导临床干预时机和评估其他心血管疾病的风险。例如FBN1突变的MFS病人很少合并其他心血管疾病，且主动脉直径＞5.5 cm时，其夹层发生风险仍较低[19]。TGFBR1和TGFBR2突变的病人在主动脉直径＜5.0 cm时，夹层发病风险就较高，并常伴其他动脉瘤和夹层[20]。美国心脏病学基金会／美国心脏协会 （ACCF/AHA）治疗指南推荐，LDS病人（TGF-β信号通路基因突变）在主动脉直径达到4.2 cm时即进行修复[12]。许多欧洲国家将主动脉直径达到5.0 cm作为MFS和LDS病人的干预标准。与将4.2 cm作为干预标准相比，5.0 cm病人夹层发生率的差异并无统计学意义[21]。ACTA2突变时则更易形成急性主动脉夹层，且1/3的夹层发生时主动脉直径＜5.0 cm。因此，建议ACTA2突变的病人主动脉直径达到4.5cm时即进行修复[15,22]。

此外，同一基因的突变位点和形式不同时，也会有特定的临床流行病学表现。研究发现ACTA2的p.R179以及p.R258位点突变时，发病风险明显高于p.R185Q和p.R118Q位点突变，且单倍剂量不足的ACTA2突变无TAAD发病风险[15]。又如MYH11错义突变的发病风险高于无义突变；位点16p13.1重复突变时的发病风险增加10倍，而缺失突变则无发病风险[23]。临床研究还显示同一致病基因突变的病人存在早发型亚群，可能也与不同突变形式相关。同时提示应将年龄作为疾病干预指标之一[14-15]。

STAAD

STAAD病人约占无综合征病人的70%，无明显的孟德尔遗传定律。但利用二代测序技术（next-generation sequencing,NGS）和全基因组关联分析 （genome-wide association study,GWAS）对急性STAAD病人测序时发现VUS。其中约30%的VUS位于FTAAD相同的致病基因中。进一步分析显示，FBN1的突变概率最高，发病年龄较早，病变程度更严重[6-1 0]。急性主动脉夹层国际注册研究（IRAD）对复发性夹层相关因素的分析显示，MFS病人更易复发夹层。由此推测FBN1突变在STAAD病人中更普遍，往往与预后不良相关[2 4]。同时VUS携带的数量与TAAD严重程度具有数量相关性[1 0]。因此，基因检测与流行病学发病结合可对TAAD发病风险进行更全面的评估。寻找潜在的TAAD病人，进行严密监测，以进一步提高TAAD的干预率。但应注意，检测结果中的大量VUS并非全部具有致病作用。因此，Kwartler等[25]提出结合流行病学和基础研究，对基因检测所发现的基因突变进行危险等级评定，建立完善的基因检测评估体系，进行更高效的临床指导。

TAAD的分子发病机制及治疗靶点

NGS和GWAS等技术的发展实现了快速、高通量的全基因组分析，为疾病的基因学研究带来极大便利。但基因检测技术仅展示与疾病的相关性，无法确定与疾病发生的因果关系。基因编辑技术，通过对基因进行定点修饰，建立特定基因突变的动物模型，验证基因突变与疾病之间的关系，进而研究发病机制。从最初过表达的转基因技术到基因敲除的胚胎干细胞打靶技术，以及近年来实现基因定点修饰的CRISPR技术，大大提高了基因编辑的效率，推动了疾病遗传学和分子发病机制研究[26-27]。目前TAAD仍以手术治疗为主，包括开放手术和腔内治疗。但手术并不能阻止主动脉病变的进一步发展。手术后病人10年生存率仅为30%～60%[28-31]。TAAD致病基因和发病机制的研究有助于寻找治疗靶点。通过药物预防TAAD形成，辅助手术治疗遏制主动脉进一步病变，极大地改善病人预后。

现已发现的TAAD致病基因主要分为3类。①与平滑肌收缩功能相关的基因突变：有参与合成粗、细肌丝的MYH11和ACTA2，促进收缩的蛋白轻链激酶MYLK和抑制收缩的蛋白激酶PRKG1，参与细胞骨架构成的细丝蛋白FLAN等。②编码合成ECM成分的基因：包括原纤蛋白FBN1，胶原蛋白 COL3A1、COL5A1、COL1A2 等，以及催化弹性蛋白和胶原蛋白交联的赖氨酰氧化酶LOX等。③TGF-β信号通路分子：有 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3 和 SMAD3等。这些基因发生突变时会影响平滑肌的正常收缩功能，破坏平滑肌和ECM之间的正常连接，导致压力传导障碍。TGF-β信号通路异常，影响细胞生长、分化等过程。目前对TAAD发病机制的研究主要集中在平滑肌收缩性和TGF-β信号通路异常两方面。其他相关通路异常也逐渐被发现。

平滑肌收缩性

当前研究认为，TAAD发生主要是血流动力负荷增加，破坏病变主动脉壁所导致，而TFG-β信号通路异常激活，可能是平滑肌-ECM收缩单元功能障碍后的补偿机制[32-34]。现已确定的致病基因 ACTA2、MYH11、MYLK、PRKG1 突变后会影响平滑肌的收缩性。编码ECM成分的基因突变后，也会使ECM和平滑肌之间的连接异常，平滑肌收缩障碍，不能正常传导压力。TGF-β信号通路中的分子表达异常时，还会影响早期平滑肌的正常分化，使主动脉壁功能异常。有学者对STAAD病人的VUS进行通路功能分析，发现大部分VUS位于平滑肌收缩功能的基因中[35]。

临床研究也显示，影响平滑肌收缩功能的降压药会增加TAAD的风险和手术干预率。Doyle等[36]通过回顾性分析发现，钙离子通道阻滞剂促进TAAD的发生，增加择期手术率。MFS和药物建立的夹层动物实验也表明，影响平滑肌收缩功能的降压药物肼屈嗪和钙离子等，会加速TAAD进展[36-37]。β受体阻滞剂主要通过降低心率和心排出量来降低血压，对TAAD病人具有保护作用。还有研究显示，增强平滑肌收缩的药物可降低夹层的发生率[38]。因此，平滑肌收缩性异常与TAAD形成具有密切关系。笔者单位通过夹层的代谢组学发现，磷酸鞘氨醇的受体在调节血压和平滑肌收缩性方面具有重要作用，可能成为治疗TAAD潜在的靶点[39]。

TGF-β信号通路

目前研究较多的是TGF-β信号通路，其对TAAD发病有重要作用。当 TGF-β信号通路中的 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3和SMAD3等基因发生突变时，可导致LDS，出现MFS的某些症状，具有极高的TAAD发病风险。在FBN1缺失突变的MFS小鼠模型中，敲除TGFBR1或抑制幼年小鼠的TGF-β信号通路，会促进TAAD的发生[40-41]。在许多TAAD小鼠模型，如FBN1突变（包括敲除、单倍剂量不足、错义突变）、TGFBR1或TGFBR2敲除、FBLN4敲除等，发现TGF-β信号通路异常激活，其多克隆抗体可减缓MFS小鼠的主动脉根部扩张和中膜病理变化[42]。因此，对于TGF-β信号通路在TAAD发病中的作用存在较大争议。

进一步分析TGF-β下游分子发现，TAAD主要与非经典通路ERK1/2异常激活相关，而经典通路SMAD则在早期具有促进平滑肌分化和收缩性蛋白质表达的重要作用[43]。研究还发现，血管紧张素AngⅡ的1型受体AT1R通路在幼年MFS小鼠上调，在敲除ACTA2的TAAD小鼠模型中亦上调，并促进ERK1/2磷酸化[15]。给予这些小鼠模型AT1R阻滞剂洛沙坦后，明显改善主动脉扩张和夹层发生率。因此，AT1R通路在TAAD形成早期可能异常激活，进而TGF-β非经典信号通路异常激活，促进TAAD的形成。据此，有学者提出早期应用洛沙坦联合晚期加用β受体阻滞剂，以降低MFS病人的TAAD发生率[11]。但动物实验显示，洛沙坦对20%fibrillin-1（FBN1编码）缺失的MFS小鼠模型并无TAAD抑制作用，提示可能还存在TAAD的其他发病机制[44]。

另一方面，多项临床试验对洛沙坦治疗MFS的效果进行研究。前瞻性临床试验Dutch COMPARE显示，与β受体阻滞剂等常规治疗相比，洛沙坦可显著减少主动脉根部扩张[45]。进一步分析显示，年轻MFS病人呈FBN1单倍剂量不足突变的获益最大[46]。但另一项针对年轻 MFS病人（6个月～25岁）的大型临床药物试验显示，洛沙坦和β受体阻滞剂对减缓主动脉根部扩张的效果差异无统计学意义[47-48]。因此，对于洛沙坦的作用，有待更多基础研究和临床试验证实，确定其是否具有抑制TAAD形成的作用以及适用的病人亚群。

除了TGF-β信号通路，研究还发现平滑肌ROS信号通路激活、平滑肌凋亡、基质金属蛋白酶分泌增多等，也可能促进TAAD的形成。因此，TAAD发病机制还需深入研究，寻找有效的治疗靶点，预防TAAD并改善预后[15,49-51]。

结 论

TAAD的基因学研究不仅有助于评估发病风险和干预时机，而且促进TAAD发病机制的研究，寻找药物治疗靶点。高通量基因组测序技术和基因编辑技术的发展为可疑致病基因突变的筛查、突变与疾病关系的验证以及发病机制的研究提供了极大的便利。面对基因测序中发现的大量意义未明的突变位点，应结合流行病学和基础研究分析其致病效能，划分风险等级，从而建立有效的评估体系。