CCM3基因与血管相关疾病的研究进展

李晨薇，黄 坤，周兴业，张小康，高艳芳

（赣南医学院公共卫生与健康管理学院，江西 赣州 341000）

CCM3（Cerebral caverrnous malformation 3，CCM3）是脑海绵状血管瘤（Cerebral cavernous malformation，CCMs）的第3 个致病基因，对血管生成发育和维持血管完整性有重要作用。另外，CCM3也被称为程序性细胞死亡分子10（Programmed cell death 10，PDCD10），最初发现是由撤除粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子诱导凋亡的人红白血病细胞系TF-1 中克隆得到的1 个凋亡相关基因［1］，对细胞增殖及凋亡发挥调控作用，可影响多种血管相关疾病的形成与发展。

1 CCM3基因与血管生成发育相关

1.1 CCM3 的结构和功能约40%的CCMs 家族系致病基因位于CCM3，CCM3基因定位于D3S1763与D3S1614 之间970 kb 大小的区域内；含有7 个编码外显子和3 个5'非编码外显子，起始密码子ATG定位于第4个外显子［2］，编码含有212个氨基酸的蛋白质［3］，CCM3 蛋白有N 端二聚结构域和C 端局部黏附组成的蛋白逻辑域（FAT-H）［4］，可通过其2个独特的结构域与各种信号蛋白质相互作用，发挥不同生物学功能。

1.2 CCM3 对血管生成发育进行调控血管发生始于祖细胞增殖分化形成的原始血管网络，而血管生成则是预先存在的血管结构延伸的过程［5］。二者均存在内皮细胞相互黏附并组装成新的血管结构这一过程。多潜能间充质细胞的分化、前内皮细胞的增殖与迁移以及细胞间的连接是血管生成重要的后续步骤［6-7］。随后，由细胞索和假定的血管腔组成的血管结构经过血管生成重构转化为血管，进而形成血管系统［8-9］。

CCM3编码一种锚蛋白，可以结合不同的靶蛋白参与多种细胞内信号传导通路，如与CCM2 组成CCM 信号复合物［10］，与细胞黏附分子［11］、生发中心激酶Ⅲ（Germinal center kinase Ⅲ，GCKⅢ）家族蛋白激酶［12］和血管表皮生长因子受体2［13］相互作用，影响血管内皮细胞增殖、凋亡、紧密连接和炎症反应［14］。血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、血管生成素及其受体等多种因素参与了血管发育不同步骤的分子调控。CCM3在血管发育过程中促进VEGFR2 信号通路，且CCM3的羧基端结构域是稳定VEGFR2 的必要因素。VEGF 刺激促进了CCM3与VEGFR2 的相互作用，这种相互作用阻止了VEGF 诱导的VEGFR2 内化和降解［15］。此外，不同研究验证了CCM3基因参与血管内皮细胞从生长发育到凋亡各阶段不同的调控机制。

1.3 CCM3 引起血管相关疾病脑海绵状血管瘤（CCMs）又称海绵状血管瘤或血管瘤，是大脑或脊髓内的一组薄壁、正弦血管通道，由内皮细胞排列的渗漏毛细血管群组成，表现为异常的血管结构［16］。CCM3作为脑海绵状血管瘤的第3 个致病基因，与CCM1和CCM2相比，CCM3突变携带者通常表现出更早的发病年龄和更高的出血风险［17］。在心肌细胞中，CCM3的表达是发生缺血再灌注损伤诱导细胞死亡的必要因素［18］。提示CCM3基因对血管生成发育、维持管状结构稳态以及血管壁通透性方面有重要的研究价值，通过该基因治疗血管相关疾病存在挖掘潜力。此外，CCM3首先在人类凋亡髓细胞中被发现，进一步研究发现了其与肿瘤进展相关的功能［19］，对胶质细胞瘤、胃癌、大肠癌等肿瘤的发生发展有一定作用［20-21］。

2 CCM3基因引起血管相关疾病的机制

2.1 CCM3 对内皮细胞增殖与迁移的影响对CCM3调控内皮细胞增殖与迁移研究发现，野生型和突变型CCM3基因都可促进细胞增殖与迁移。CCM3 与GCKⅢ激酶形成异源二聚体对诱发内皮细胞增殖与迁移有重要意义［12］。GCKⅢ激酶主要包括MST3/STK24、MST4/MASK 和STK25/SOK1/YSK1。通过将野生型CCM3和MST4 转染HeLa 细胞，并进行ATP 细胞活力测定和MTT 分析，发现CCM3和MST4 转染后，在ATP 细胞活力测定中增殖率增加了4倍［22］。研究发现，CCM3基因短期敲除小鼠细胞以增殖为特征，这有助于大脑脊髓的发育和神经元的分化［23］。有研究观察到CCM3基因缺失的人脐静脉内皮细胞中Caspase-3的活性显著降低，衰老相关的β 牛乳糖活性减少；而野生型人脐静脉内皮细胞在长期培养后表现出复制性衰老和生长停滞的迹象［17］。另外，通过测定基因序列发现细胞周期促进基因在突变CCM3基因中上调［24］。推测CCM3基因可限定细胞有丝分裂频次，促进细胞在稳定的分裂次数后凋亡，因此，CCM3基因可调节细胞正常的增殖与凋亡进程，抑制细胞癌变。

CCM3沉默的CCMs，其病变手术分离的内皮细胞（CCM-ECS）通过Transwell 迁移试验检测发现细胞迁移率显著增加［24］，提示CCM3基因可抑制细胞迁移。野生型CCM3和MST4 共转染对细胞的迁移作用比单独转染MST4的促迁移作用增强了3倍，提示CCM3和MST4相互作用，协同促进了细胞增殖与迁移［25］。在正常CCM3基因与CCM3基因敲除细胞模型中，均出现细胞增殖与迁移增强的现象［17，23-25］，而CCM3缺失促进血管内皮细胞增殖和迁移更加明显，进而促进形成血管瘤。

2.2 CCM3 对细胞力学变化的作用CCM3基因敲除的血管内皮细胞形状、细胞力学和细胞骨架组织发生了明显变化，细胞形成圆形和界限清楚的椭球体的能力明显受损，细胞面积和弹性模量增加，细胞刚度更高。造成这种变化的主要原因是CCM3基因敲除的内皮细胞中肌动蛋白应力纤维束增加，加固内皮细胞骨架，导致细胞形状的改变和细胞硬度的增加［17］。CCM3短期敲除和长期失活模型的对比结果表明，肌动蛋白骨架的重组和细胞力学的变化是CCM3失活的急性反应，而内皮细胞形状变化是长期的影响，可提高血管通透性引起血管相关疾病。

2.3 CCM3影响内皮细胞的紧密连接脑内皮屏障完整性损伤是颅内海绵样畸形（CCMs）病情发生发展的关键，CCM3基因对血管内皮细胞紧密连接存在影响。研究发现，CCM3 参与合成一种高度保守的信号复合物——STRIPAK 复合物，可通过Hippo途径整合多种细胞信号以调节细胞增殖和存活［26］，也可与CDC42 结合形成CSC 复合物［27］。CCM3 参与形成的复合物可与PP2A磷酸酶和GCKⅢ家族20样丝氨酸/苏氨酸激酶（MST4、STK24和STK25）相互作用［28］，从而激活RhoA 抑制剂Moesin，抑制RhoA-Rho激酶活性，进一步促进贴壁连接和紧密连接［29］。STAMATOVIC S M 等［30］利用CCM3敲除模型研究该基因对紧密连接的影响机制，发现大脑内皮细胞中CCM3基因表达减少后，改变了跨膜蛋白-支架蛋白和支架蛋白-肌动蛋白细胞骨架相互作用，从而影响紧密连接的复杂结构，其中对肌动蛋白结合蛋白（Cortactin）的影响最为深远。CCM3突变后激活ERK1/2，导致Cortactin 磷酸化，进而损害皮层肌动蛋白环的组织与紧密连接的稳定性，影响了血管屏障的完整性，并使支架蛋白和肌动蛋白解离，重新分配到胞质中并降解。在细胞层面CCM3的缺失导致肌动蛋白应力纤维束增加，短期增加细胞硬度，最终导致长期的细胞形态改变，从而影响紧密连接的稳定性。以上研究表明，CCM3有稳定内皮细胞紧密连接的作用。

2.4 CCM3 参与炎症反应的调节KOSKIMÄKI J等［22］发现在CCM3基因敲除小鼠模型中AP-1 转录因子的亚单位Jun、Fos 和Jund 高表达，对调节细胞因子的产生、免疫和应激具有重要作用。另外，CCM3 蛋白功能的丧失增强了细胞内活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和氧化应激［31］，从而导致炎性转录因子包括NF-κB、AP-1 和PPAR-1 上调，进而诱导细胞因子和趋化因子的产生和释放。在肿瘤细胞中，炎症因子也会影响CCM3的表达，致癌信号通路（Jak3、Notch1 和NF-κB）受抑制后，对组成型CCM3 的表达产生部分抑制效果，而Jak3 和NF-κB 的激活因子——白细胞介素-2 则增强了CCM3的表达［32］。

MAPK 通路与炎症和免疫反应有关［33］，研究发现，CCM3可调控MAPK 通路中的信号分子。CCM3敲除后Mapk1 表达下调，而应激性Mapk12 表达上调，另外编码核糖体S6 激酶p90rsk 表达上调［34］，从而促进转录因子NF-κB、c-Fos 和CREB 表达调控局部炎症反应［22］。提示CCM3基因缺失可增强炎症反应，而正常CCM3基因可抑制细胞因子的释放，从而发挥抑制炎症反应的功能，CCM3在炎症反应中的调节作用也影响着细胞癌变的发生。

2.5 CCM3 调节肿瘤细胞增殖和凋亡CCM3在癌症中表达模式和作用机制十分复杂，并且严格依赖于环境。一方面表现为促进细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增生。CCM3缺失的内皮细胞与恶性胶质瘤细胞共培养，能够增强恶性胶质瘤细胞增殖、迁移和侵染［32］。CCM3 过表达激活胱天蛋白酶3（Caspase-3），从而诱导肿瘤细胞凋亡［35］，抑制胰腺癌细胞增殖、迁移和迁徙过程［25］，而CCM3表达下调则可加速肿瘤细胞的生长［36］。

另一方面，CCM3还是重要的凋亡应答抑制基因。CCM3在乳腺癌和皮肤T 细胞淋巴瘤的恶性T细胞中也被证明可以诱导细胞增殖和抑制细胞凋亡［37］。此外，研究发现，在胰腺腺癌［38-39］、喉鳞状细胞癌［40］、膀胱癌［41］和非小细胞肺癌［42］中CCM3 表达水平明显上调。CCM3抑制肿瘤细胞凋亡，可通过激活磷酸酶和张力蛋白同源物等基因（Phosphatase and tensin homolog，PTEN）后，负调控三磷酸磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3）的表达［35］。CCM3的多方面作用暗示了不同癌症类型通过micro（mi）RNAs发挥特有的调节机制。这些miRNAs 是转录后调控基因表达的小的非编码RNA，因此可以在许多生物过程中发挥重要作用，如细胞代谢和增殖、应激反应和凋亡［43］。

综上所述，CCM3在血管发育和形态稳定的功能与调节肿瘤发展有重要作用，具体的致病机制主要表现在CCM3可通过血管内皮细胞增殖、迁移、细胞力学变化、紧密连接等影响血管的生成发育，还通过炎症反应及细胞增殖凋亡来调控肿瘤的发生发展。