颅内动脉瘤相关致病基因研究现状

魏平波，陈浩，游潮

(1.四川大学华西医院神经外科，成都 610041； 2.绵竹市人民医院神经外科，四川 绵竹 618200)

颅内动脉瘤(intracranial aneurysm，IA)是严重威胁人类安全的重大疾病，也是导致自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)的重要疾病，我国SAH的年发病率约为9.1/10万[1]，且致死率、致残率极高。IA的形成和破裂机制复杂，由先天性因素与后天获得性因素共同作用导致。而IA先天性因素的防治更重要，Zhou等[2]研究发现，家系IA患者SAH发生风险是IA散发人群的4～7倍。对健康人群进行基因筛查可实现IA破裂前的早发现、早诊断、早治疗，避免不良后果的发生。IA严重危害人类健康，环境因素、多基因易感因素等均影响IA的发病[3-4]。通过研究IA的发生发展过程积极寻找其遗传危险因素及新的致病基因等，有望为IA的诊断及治疗提供研究方向。近年来，IA的遗传学研究逐渐受到关注，探索IA相关致病基因对指导现阶段IA临床治疗以及进一步实施基因治疗都具有重要意义。现从分子水平对IA与血管紧张素转换酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)、弹力蛋白、内皮糖蛋白、Ⅲ型胶原蛋白(type Ⅲ collagen，COL3)、基质金属蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)、内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)、白细胞介素(interleukin，IL)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、载脂蛋白(apolipoprotein，Apo)、PRDM(PR domain containing genes，with zinc fingers)、 ANRIL(antisense non-coding RNA in the INK4 locus)、亚甲基四氢叶酸还原酶(methylene tetrahydrofolate reductase，MTHFR)基因的关系进行综述，以期为IA的临床诊断和治疗提供新的思路。

1 ACE基因

ACE是肾素-血管紧张素系统中的关键酶，能将血管紧张素Ⅰ转换为具有缩血管活性的血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ是一种强烈的血管收缩剂，能使动脉血管收缩，引起机体发生高血压，并能抑制缓激肽(血管扩张剂)活性。ACE基因位于第17号常染色体长臂，包括26个外显子，第16个内含子内的一段长度为287 bp的插入序列形成了该基因插入/缺失多态性。

ACE基因位于17q23，与生长激素基因位点17q22～24相邻，故其与生长激素同步变化的可能性增加。生长激素在身体生长发育时分泌旺盛，继而内皮细胞和血管平滑肌细胞生长的速率增大，ACE水平增加，活性增强，促进了动脉瘤的发生和发展。ACE基因插入/缺失多态性与IA的发生机制关系密切。ACE基因呈多态性表达，体现为插入纯合子型(Ⅱ型)、杂合子型(ID型)、缺失纯合子型(DD型)3种基因型。研究显示，ACE基因I/D多态性与IA的发生相关，ACE基因型在动脉瘤性SAH组(Ⅱ型52.2%，ID 15.6%，DD 32.2%)和对照组(Ⅱ型23.4%，ID 50.8%，DD 25.8%)中分布有显著差异；Logistic回归分析表明，ACE 基因Ⅱ型对动脉瘤性SAH的发生是一种独立的危险因素[5]。另有研究发现，脑动脉瘤组中的缺失纯合子D/D基因型明显低于健康对照组，可能与I等位基因缺失影响ACE活性有关[6]。因此，ACE基因可能通过影响ACE活性导致血压变化，进而影响IA的发生发展过程，但ACE基因多态性影响IA形成的机制仍不清楚。

2 弹力蛋白基因

弹性蛋白基因定位于常染色体7q11，主要编码血管壁的弹力蛋白，弹力蛋白是血管弹力层的重要组成部分，也是血管壁细胞收缩延伸的关键性蛋白质。弹力蛋白基因的表达水平通过影响弹力蛋白酶活性破坏血管壁结构，导致动脉瘤形成和破裂。

弹力蛋白基因可能是IA的易感基因之一。犬颈动脉分叉模型顶端经弹力蛋白酶处理后导致动脉壁退化引起颈动脉分叉处的新发动脉瘤，且血浆弹力蛋白酶水平与IA发生存在相关性，可能是由于高水平弹力蛋白酶加速了脑动脉分叉处的弹力蛋白水解，破坏了血管壁的弹力层[7]。Logistic回归分析发现，IA破裂与弹力蛋白水平呈正相关[8]。弹力蛋白基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)分析显示，弹力蛋白基因内含子20、内含子23的单体型多态性结构与IA的形成密切相关，弹力蛋白生成的结合子会催动IA的发生，增加其危险性，可能是日本人发生IA的易感基因[9]。中国人群IA患者弹性蛋白基因SNP位点rs2071307、rs2856728和rs2071307与IA发病密切相关[10]。

3 内皮糖蛋白基因

内皮糖蛋白基因位于常染色体9q34.11，可编码同型二聚体跨膜蛋白，能与生长因子-β受体结合并进行转换，此时内皮细胞因缺乏内皮糖蛋白基因而导致血管异常现象形成。目前内皮糖蛋白基因与IA形成的相关性仍存在争议。研究发现，日本人群散发IA的内皮糖蛋白外显子7无突变，但内皮糖蛋白内含子7发生突变(插入了6个碱基)，内皮糖蛋白内含子7插入的基因型频率显著高于纯合子正常对照组，故认为内皮糖蛋白基因可能是IA的易感基因，进一步的对比分析显示，内皮糖蛋白基因的第7外显子3′端26 bp处的6 bp(GGGGGA)的插入/缺失多态性和4个SNP之间存在相互联系，但基因位点与IA之间没有联系[11]。一项探索IA与8个可能易感基因及13种多态性表达关系的Meta分析显示，内皮糖蛋白基因与IA形成无相关性[12]。

4 COL3A1基因

COL3A1基因定位于常染色体2q31，COL3分子是构成动脉壁的重要成分，具有生物活性，主要由3条 α1链前体缠绕形成。血管壁的动脉瘤样扩大由COL3的细胞外基质蛋白合成和降解的失衡导致，COL3A1合成障碍是IA形成的原因[13]。对中国人群IA进行研究发现，苏氨酸(Ala698Thr)由氨基酸698位丙氨酸转变而来[14]。对德国人群IA患者进行基因芯片技术的研究显示，Ⅰ型胶原蛋白A2基因、COL3A1基因、Ⅴ型胶原蛋白A2基因的表达均与IA形成有关[15]。对家系IA患者的早期研究认为，家族性IA的发生可能与COL3A1基因表达的缺陷存在一定关系，COL3表达水平降低可能导致蛋白修饰改变以及胶原蛋白表达功能障碍，但并未发现COL3A1基因突变[16]。因此，COL3A1基因是否可作为IA的易感基因仍有争议。

5 MMP基因

MMP作为一种锌依赖性的肽链内切酶，其调节作用主要通过降解细胞外基质成分降低血管重构。MMP活性受MMP基因调控，MMP-9蛋白在动脉瘤发病过程中起重要作用。鲁晓花和王洪生[17]的研究发现，IA患者载瘤动脉血管壁MMP-9基因的表达明显高于正常血管壁，且IA患者血清MMP-9水平显著升高；进一步比较分析IA导致的SAH与其他原因SAH患者血清MMP-9蛋白水平发现，IA组MMP-9蛋白水平明显高于其他组。

MMP基因与IA形成的关系目前仍有争议。有研究发现，细胞外基质蛋白CCN3缺失引起的血管慢性炎症可导致血管壁结构破坏，促进血管紧张素Ⅱ诱导的腹主动脉瘤发生[18]。MMP-9基因高表达可能导致血清MMP-9水平升高，引起血管壁破坏，最终导致IA形成，进一步研究发现，IA患者的血管组织中MMP-2基因和核因子κB基因信使RNA表达高于正常血管，可能对IA形成起促进作用[19-20]。此外，MMP-9酶还与动脉瘤性SAH后脑血管痉挛密切相关，且血清MMP-9表达水平与临床脑血管痉挛严重程度呈正相关[21]，并影响患者预后。

6 eNOS基因

eNOS基因在常染色体7q36上表达，决定eNOS的活性，可催化相关物质生成一氧化氮[22]。而一氧化氮可能通过参与调节动脉血流影响血管内皮细胞和平滑肌细胞的增殖。分析eNOS多态性及其他危险因素与动脉瘤性SAH相关性的研究认为，eNOS基因的多态性表达是动脉瘤性SAH的危险因素，其中TT型G894T多态性在脑血管痉挛中发生率最高，对破裂和未破裂IA的8个基因及13个基因多态性进行荟萃分析认为，eNOS基因多个SNP位点的改变均会增加IA的患病风险[23]。应用聚合酶链反应对日本破裂和未破裂IA患者eNOS的SNP T786C的研究显示，IA破裂组与IA未破裂组的3种eNOS多态性基因分型(bb/ab/aa型)以及变异等位基因分布比较差异无统计学意义，且IA组与健康对照组相应基因型频率和单倍型比较差异无统计学意义，故认为eNOS的SNP表达与IA破裂无相关性[24]。另有研究证实，欧洲人群IA破裂与eNOS基因型无相关性[25]。由此可见，不同种族、不同地区人群eNOS基因与发生IA的关系尚不明确，eNOS基因可能与IA破裂以及IA破裂后脑血管痉挛存在一定联系。

7 IL基因与TNF-α基因

IL是重要的炎症介质，参与体内多种免疫应答反应，受IL基因调节，与IA发生相关的炎症介质基因包括IL-1、IL-6、TNF-α基因。对照研究发现，IL-1α基因多态性与IA发生相关，IL-1α-889C/T的基因多态性表达，IA组CT/TT基因型的频率显著高于正常对照组，故认为IL-1α-889C/T基因多态性与IA的发病有关，-889T等位基因可能是IA的遗传易感基因，且IL-1α-889C/T基因多态性与动脉瘤性SAH无关[26]。对IA患者IL-1β-511C/T进行基因多态性分析认为，IL-1β-511C/T基因多态性与IA的发病相关，其TT基因型增加了中国人群IA的发病风险，推测IL-1β-511T等位基因频率高表达，使血清IL-1β免疫因子增加，从而加重IA患者血管壁的炎症及免疫反应，导致血管壁的血管内皮损伤、血管壁的胶原蛋白流失、血管壁的弹性降低，进而使IA的发生率升高[27]。IL-6基因定位于常染色体7p21，认为IL-6等位基因572C位点突变使外周血IL水平升高，从而增加动脉瘤性SAH的发病风险[28]，此外，等位基因174C突变使血浆IL-6表达水平降低，从而降低IA的发生率[29]，IA的发病与IL-6(-174G/C)G等位基因的频率增高有关，推测其机制可能由于IL-6(-174G/C)G等位基因作用于IL-6因子并使其表达量增加，进而促进了血管壁的炎症因子释放和免疫应答，造成血管壁损伤，加速了IA的形成和破裂[29]。另有学者发现，IL-6等位基因572C位点突变所致IL-6-572G/C多态性与IA的发生也存在相关性，认为IL-6-572GG基因型与中国人群IA风险增高相关[30]。

TNF-α表达水平升高，血管炎症反应加重，引起继发性免疫细胞凋亡，破坏动脉壁结构，导致IA的形成和破裂[31]。对意大利人群中IA患者的研究显示，TNF-α-308是位于G等位基因上的一个基因位点，TNF-α-308表达频率升高，使纯合子G等位基因与动脉瘤性SAH之间呈现正相关上升趋势[32]。在广东人群中，A等位基因携带者IA的患病风险是正常对照者的2.36倍，推测G/A基因型可能是广东汉族人IA的易感基因[33]。总之，IL和TNF-α是参加机体炎症反应的重要介质，其在IA形成和破裂中起重要作用，可能是IA的易感基因。

8 Apo基因

Apo是构成血浆脂蛋白的蛋白质组分，主要分ApoA、ApoB、ApoC、ApoD、ApoE五类，分别受相应的基因调控；其中ApoA基因和ApoE基因被认为主要与IA的发生存在关联。ApoE是一种糖弹白，其作用主要通过结合一些特殊受体对细胞进行调节，并摄取脂质复合体。ApoE基因有ε2/ε2、ε2/ε3、ε3/ε3、ε3/ε4、ε2/ε4和ε4/ε4 6种基因型。除了受ApoA基因位点的等位基因影响，血清脂蛋白(A)水平几乎不受其他因素影响[32]。对IA破裂出血的危险因素进行相关性分析显示，IA破裂出血与ApoB及弹力蛋白水平呈正相关，与ApoA1水平呈负相关，证实ApoA基因水平可能影响动脉瘤破裂[8]。采用聚合酶链反应结合非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测30例IA患者的ApoA5′基因与健康人群进行对照分析发现，IA组ApoA五核苷酸重复序列-5′基因检出率明显高于健康人群，故认为ApoA五核苷酸重复序列-5′基因与IA发生呈正相关，而ApoA基因两个多态性位点上发现K4/PN基因型频率与健康人群无差异，表明K4/PN基因型的表达量与IA的发生率无显著相关性[34]。对于ApoE基因的研究发现，ε4携带者发生动脉瘤性SAH的危险度是其他基因型的1.7倍，ε4等位基因与抑制神经系统的修复有关，推测其是脑出血和缺血性脑卒中的高危基因[35]。近年鲜有ApoE基因与IA的相关研究报道，载脂蛋白基因与IA形成及破裂的关系仍需进一步研究。

9 PRDM基因

PRDM是一组包含PR结构域和锌指结构的基因，PRDM家族成员PRDM1、4、6、8、12、13、14、16等均作为关键因子参与神经系统的发育过程，除PRDM11外，其余PRDM成员均具有PR结构域以及锌指结构。

动物模型实验显示，在小鼠中枢神经系统发育过程中，PRDM家族成员PRDM6、8、12、13、16基因均存在不同的特异性表达，同时PRDM与Notch-Hes信号通路相互作用，参与神经系统结构控制、调节神经细胞的增殖和分化，认为PRDM6基因在转录过程中促进血管平滑肌细胞增殖并抑制其分化，而过度的细胞增殖可以导致高血压诱发血管壁损伤[36]；而敲除实验小鼠PRDM6基因后，其心血管管壁畸形和膨大，可能导致动脉瘤的形成[37]。目前缺乏PRDM家族基因直接参与IA形成的研究报道，PRDM系列基因参与了神经系统和血管发育过程的生理调控，可能与IA形成有关。

10 ANRIL基因

ANRIL基因又称CDKN2BAS基因，主要定位于细胞核，由19个外显子组成，属于长链非编码RNA，位于常染色体9p21.3。ANRIL基因多态性与IA之间存在一定关系，可能是IA的易感基因之一，敲低ANRIL基因表达可在一定程度上调控颅内动脉疾病的发生和发展。研究认为，ANRIL剪接子(EU741058和NR003529)的高表达可能与动脉粥样硬化程度相关[38]。对常染色体9p21.3区域RNA序列多样性表达的研究认为，ANRIL基因与心肌梗死、腹主动脉瘤、IA等的发生密切相关[39]。全基因组关联研究发现，ANRIL基因rs6475606SNP位点以及SOX17基因rs1072737SNP位点与IA的发生密切相关，其可能是IA的易患位点[40]。研究发现，敲除CDK N2B-AS1基因3′端小鼠的大动脉血管平滑肌出现过度增殖破坏，导致血管壁受损及动脉瘤形成[41]。

11 MTHFR基因

MTHFR是血浆同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)代谢过程中再甲基化的关键酶，通过催化NDAPH发生介导反应，将5,10-亚甲基四氢叶酸还原为5-甲基四氢叶酸，在MTHFR发生催化反应的过程中，其表达量的变化将导致5-甲基四氢叶酸转化量减少，使Hcy发生代谢障碍并在血液中堆积[42]。

MTHFR基因位于染色体1p36.3，Hcy可直接或间接损伤血管内皮细胞，造成内皮细胞慢性炎症，加速血管内皮细胞凋亡，导致血管破裂和出血性脑卒中的发生[43]。探讨中国人群MTHFR基因C667位点多态性与缺血性脑卒中的关系时发现，C677位点核苷酸C→T点突变可降低MTHFR活性，提高血清Hcy水平，与最常见的CC基因型相比，TT纯合基因型个体具有30%的MTHFR活性，杂合子CT基因型具有65%的MTHFR活性[44]。MTHFR基因存在多种突变，677C→T、1793G→A、1298A→C突变均影响酶的活性和Hcy浓度，导致血管壁破坏[45]。采用聚合酶链反应技术分析IA患者(IA组)及健康人群(对照组)MTHFR基因多态性发现，IA组MTHFR C677T-CT基因型频率明显高于对照组，IA组的IA患病风险是对照组的2.57倍，C677T-CT型可能是IA的易感基因型，而C677位点核苷酸的点突变引起MTHFR活性下降或缺陷，从而导致Hcy升高是发病的主要原因[46]。另有研究认为，MTHFR 677C→T单基因突变导致的基因多态性表达与脑血管病的发生无明显相关性[47]。

MTHFR基因多态性表达引起MTHFR活性下降导致高Hcy血症对血管壁的破坏，这可能是颅内出血的一个因素，但是MTHFR基因多态性表达与IA的发生的相关性仍存在争议，其诱发SAH的机制目前仍不清楚。

12 IA致病基因研究的意义与展望

IA是自发性SAH的重要病因，一旦发生破裂将严重威胁人类健康；目前临床缺乏疾病的早期筛查指标，IA形成和发展的具体机制尚不清楚。探索和发现IA的相关基因有望为IA的筛查、预测、临床诊断及治疗甚至预后判断提供新的思路。通过筛查IA易感基因评估IA的破裂风险，可为临床早期干预提供依据，这对患者和社会都具有积极的现实意义。

IA的形成和破裂的病理机制非常复杂，可能是多个易感基因共同作用的结果，此外还有血流动力学因素、后天获得性因素等非遗传因素的共同参与，目前对IA形成与破裂的各个易感基因的研究仍不完善，需要从遗传学角度、病理机制方面探索各个易感基因与IA形成的相关性。随着生物遗传工程、基因工程技术的不断发展和完善，未来IA的致病基因将得到进一步完善和明确，以从根本上治疗IA。