遗传性血管性水肿发病机制研究进展

曹 阳，刘 爽，支玉香

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院变态反应科，北京 100730

遗传性血管性水肿(hereditary angioedema，HAE)是一种罕见的、威胁生命的遗传性疾病，以急性、反复发作的皮下和/或黏膜下组织水肿为特征，具有非凹陷性、自限性、局限性等特点，常见受累部位为面部、四肢、躯干、生殖道、上呼吸道和胃肠道[1]。患者自身每次发作及患者之间表现出的症状均有较大差异，表现在发病年龄、频率、部位和严重程度等方面，可能与环境因素及基因突变类型有关，目前相关研究较少。经典的HAE是由于编码补体1酯酶抑制剂(C1 esterase inhibitor，C1-INH)的基因SERPING1突变造成，导致患者体内C1-INH量的减少(Ⅰ型)或者功能缺乏(Ⅱ型)，这种与C1-INH突变相关的HAE称为HAE-C1-INH。在其他HAE患者体内，C1-INH的量和功能均正常，这种由于其他基因突变所导致的HAE称为HAE-nC1-INH。目前在所有HAE-nC1-INH患者中，有24.5%与F Ⅻ基因发生突变有关[2]，近3年又相继发现纤维蛋白溶解酶原基因(plasminogen，PLG)和血管生成素1基因(angiopoietin 1，ANGPT 1)突变可能是造成HAE-nC1-INH的原因。此外尚有部分患者的发病机制不清。

HAE-C1-INH

最常见的HAE是由于C1-INH基因SERPING 1突变造成，其中约85%属于Ⅰ型，即体内C1-INH的量减少进而使其功能不足；另外大约有15%的患者属于 Ⅱ 型，即C1-INH量正常甚至偏高，但功能缺乏[3]。

C1-INH基因位于11号染色体q11-q13.1，由8个外显子和7个内含子构成。目前已发现超过450种与C1-INH-HAE发病相关的突变，所有外显子和外显子/内含子交界处都有涉及，比较集中于8号、5号和6号外显子，主要类型为错义突变(34%)，其次为移码突变及小片段的插入和缺失(31%)、大片段的基因重排(17%)、剪接位点的缺陷(10%)、无义突变(7%)和调节基因突变(1%)[4]。其中无义突变以及小片段的插入和缺失容易导致mRNA含有提前终止密码子，从而被无义介导的mRNA降解途径选择性降解[5]。即使有了蛋白质产物，产物也无法有效被细胞分泌并在细胞内被快速降解。这种类型的突变往往会导致Ⅰ型HAE。而单个氨基酸的替换所产生的错义突变，尤其是发生在8号外显子即编码反应中心的位置以及反应中心上下游两个关键铰链区的突变，会使C1-INH能正常分泌但功能异常，无法与蛋白酶形成正常复合物，从而导致Ⅱ型HAE-C1-INH[6]。

C1-INH是人体内一种重要的丝氨酸蛋白酶抑制剂。在补体系统中，C1-INH的功能不足或数量缺乏会导致C1分子不受控制地自身活化，启动补体经典激活途径，裂解并消耗大量C4和C2补体分子，导致患者体内C4的水平低于正常值，这对于HAE-C1-INH的鉴别诊断具有重要意义。另一方面，C1-INH不仅是C1分子活化的抑制剂，同时也是血浆中产生缓激肽的级联反应中重要的控制蛋白，在抑制FⅫ的自发活化、抑制FⅫ激活激肽释放酶原、抑制激肽释放酶对高分子激肽原的活化，以及抑制激肽释放酶对FⅫ的反馈性活化中均有重要功能。C1-INH功能不足时，会导致内皮细胞表面接触系统的激活，FⅫ能够自发活化为FⅫa，后者会将激肽释放酶原转化为激肽释放酶，激肽释放酶一方面能够实现正反馈调节，促进更多的FⅫ活化，一方面将缓激肽从高分子激肽原上切割下来。缓激肽则通过结合并激活缓激肽β2受体，释放舒血管因子，破坏内皮细胞钙黏蛋白，使血管通透性增加，血浆进入细胞外组织间隙，导致水肿形成[6- 7]。

目前发现的绝大多数HAE患者为常染色体显性遗传，其患者多为杂合子，理论上发挥功能的C1-INH的量应该达到正常值的50%且不会引起临床症状，然而患者体内的C1-INH水平却达不到预测值，并且相当一部分仅为正常值的10%～15%[8]。针对这一现象，目前提出3种可能：(1)C1-INH与靶向蛋白酶结合会形成不可逆的复合物，而机体内靶向蛋白酶分子的持续激活和被抑制造成原本水平就低的功能性C1-INH进一步减少[9]；(2)体外实验发现，靶蛋白酶激活，尤其是接触系统中蛋白酶激活会导致C1-INH从具有活性的110-kD形式转化为不具活性的94-kD形式[10]；(3)突变的C1-INH蛋白会抑制野生型C1-INH分泌，有研究发现7号外显子缺失会导致野生型C1-INH蛋白数量减少，从预计正常值的50%下降到11%，另外在8号外显子发生20bp重复的患者中，突变没有影响野生型合成，而是通过增强细胞内降解作用或减少分泌来抑制胞外含量[8]。

HAE-nC1-INH

HAE-FⅫHAE-FⅫ于2000年首次被报道[11]，这种类型患者的临床症状与HAE-C1-INH相似，但体内C1-INH蛋白水平和功能均正常，而FⅫ基因发生突变。目前已发现的相关突变包括：(1)9号外显子的两种错义突变，分别导致苏氨酸到赖氨酸(Thr328Lys)和精氨酸(Thr328Arg)的突变；(2)9号外显子和9号内含子交界处72bp片段(c.971_1018+24del72)的删除，该片段包含上述错义突变的位点；(3)上述区域内有1段18bp的重复(c.892_909dup)，导致6个氨基酸重复出现。以上几种突变均位于FⅫ分子的Kringle区和胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶(Tryp-SPc)结构域之间富含脯氨酸的连接肽中[4]。

目前FⅫ突变和FⅫ-HAE之间的病理机制尚不十分清楚。有推测认为，这种突变使得FⅫ功能增强，从而上调了接触系统的活化，导致缓激肽产生增加。缓激肽受体拮抗剂(艾替班特)对于部分患者的效用也证实了接触系统调控失常以及缓激肽的释放是这种类型HAE的主要原因[12]。2016年，de Maat等[13]发现纤维蛋白溶酶在FⅫ突变所导致HAE的过程中起到重要作用，并推测FⅫ突变改变了蛋白质的糖基化水平并引入了新的酶切位点，在纤维蛋白溶酶、激肽释放酶或其他某种酶的作用下，FⅫ被酶切为一种新的形式，不仅能够躲避C1-INH的抑制作用，同时能够导致过量缓激肽形成。而可溶性赖氨酸类似物(如εACA)能够抑制纤维蛋白溶酶对FⅫ的活化作用，从而阻止这一机制发生，给HAE-FⅫ的治疗也提供了新的思路。

此外HAE-FⅫ与其他类型不同的一点是，女性患病率及发病严重程度远高于男性。有研究者发现，雌激素能通过结合到FⅫ启动子的雌激素应答元件上，刺激FⅫ合成[14]，从而推测当FⅫ发生突变时，其功能活性进一步增强，导致女性发作频率更高，也更加严重。

HAE-PLG少数HAE患者SERPING1和FⅫ基因均没有发生突变，研究者也没有寻找到相关致病基因，一直被归为未知突变的HAE患者(HAE with unknown gene mutations，U-HAE)。2017年，Bork等[15]发现部分患者PLG基因的9号外显子发生非保守错义突变(c.9886A>G)，导致蛋白Kringle 3区赖氨酸到谷氨酸的转变[p.Lys330Glu(K330E)]。目前共有24个无关联的家系(包含105例HAE患者)被证明与PLG突变有关，且突变位点与类型相同[16]。PLG共有5个Kringle区，它们高度相似，是其他蛋白结合的识别位点，由赖氨酸结合位点调节，允许纤维蛋白溶解酶(原)分子和其他蛋白质配体的赖氨酸残基结合。在进化过程中，Kringle3区该突变位点上其他物种是高度保守的谷氨酸残基，而人类的野生型为赖氨酸，表明人类的Kringle3区缺少赖氨酰结合位点。而此突变K330E导致患者和其他物种一样，所以HAE-PLG也证明了人类PLG功能的改良与进化[17]。

PLG是一种丝氨酸蛋白酶，由肝脏合成，在人体血浆中循环，当血液凝固时，PLG大量吸附在纤维蛋白网上，在纤溶酶原激活物(plasminogen activator，PA)的作用下被激活为纤溶酶，促使纤维蛋白溶解。除了在纤溶系统中发挥作用，纤维蛋白溶解酶原/纤溶酶还在细胞迁移、细胞外基质降解和组织重建中发挥重要功能。目前有关PLG基因突变导致HAE的发病机制还有待研究。有研究者认为，p.Lys330Glu突变会改变纤维蛋白溶解酶(原)的结合能力，从而产生与血管通透性有关的不正常或新的复合物[17]。有推测认为，这种突变会使其更容易被PA激活，导致纤溶系统活化，同时伴随有激肽释放酶-激肽系统(kallikrein-kinin system，KKS)激活及缓激肽产生[13]。另外根据HAE-FⅫ中的推测，PLG基因突变也许会对FⅫ的切割及活化产生影响，导致FⅫ活性增强。

目前针对这种突变，氨甲环酸和缓激肽2受体拮抗剂均有一定的治疗效果[11]。氨甲环酸是纤维蛋白溶酶(原)Kringle区赖氨酸结合位点的竞争性抑制剂，对于HAE-C1-INH[18]、HAE-FⅫ[19]和HAE-PLG[15]有长期预防功能，但是具体的抗纤溶功能还不是很清楚。此外缓激肽β2受体拮抗剂也被证明对患者有效，表明缓激肽也是HAE-PLG发作过程中的关键因子[15]。

针对HAE-PLG的致病机制研究还不够深入。同时由于不能对患者所有亲属进行检测，因而无法测定其外显率。目前尚无特异性的血浆检验来鉴别HAE-PLG，需要通过基因分型来诊断。由于该类型患者存在患舌水肿甚至上呼吸道阻塞的高风险，所以及时诊断非常重要，即使还未曾发病，也需要及早重视和预防，因为可能会发生在任何年龄段[15]。

HAE-ANGPT 12017年，Bafunno等[20]利用全外显子测序对未知突变的HAE患者进行基因检测，在其中一个家系中发现了ANGPT1的一种错义突变(c.807G>T，p.A119S)，这种突变导致了蛋白产物多聚体形式的减少以及对自然受体内皮细胞特异性酪氨酸激酶2(Tunica interna endothelial cell kinase 2，TIE2)结合能力的减弱。ANGPT1多聚体结构对于结合TIE2非常重要，单体或者二聚体对于内皮细胞受体的结合能力都很弱[21]。2018年，d’Apolito等[22]进一步证明这种能力的缺失是由于单倍剂量不足造成。

ANGPT1的主要功能是促进内皮细胞生长，减少缓激肽诱发的血浆渗漏，同时稳定正常成熟的血管[23]。此外，ANGPT1能够拮抗血管内皮因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)对于血管屏障的作用，VEGF通过促进血管内皮钙黏蛋白的内吞提高内皮细胞通透性，而ANGPT1能通过维持内皮细胞之间的黏附作用，促进血管稳定[24]。TIE2是ANGPT 1的受体，ANGPT1-TIE2形成对于稳定血管内皮并调节其屏障功能具有重要作用[25]。ANGPT1突变对于HAE发病原因的探索有重要意义，把研究者的注意力从缓激肽上转移到另一种调节血管通透性的方式。由于推测ANGPT1基因突变p.A119S是通过对内皮细胞通透性调节的改变，从而产生反复发作的血管性水肿，所以激活TIE2受体通路或者能够调节并稳定血管通透性的药物可能对于修复血管的屏障功能、防止血管渗漏起到一定的治疗作用[22]。

总结与展望

HAE的发病机制涉及到3个系统之间的相互作用，包括C1-INH的表达及调节、接触系统的激活及缓激肽的释放、内皮细胞黏着连接及血管通透性的调节。不同系统的异常需要采用不同的药物和治疗方式，这就要求医生在面对HAE患者时做到准确的分型诊断。然而目前除了HAE-C1-INH可以通过血浆检测C1-INH和C4分子的量来协助诊断外，HAE-nC1-INH均需要通过基因分型来鉴定，这对于患者的及时精准治疗造成一定阻碍。此外除了上述4种和发病有关的基因外，还有相当一部分HAE患者无法找到对应的突变基因，需要进一步探索与研究。