家族性颅内动脉瘤遗传学病因的研究进展

肖曼倩 李丙阳 廖鑫 荀佳雨 严俊霞

颅内动脉瘤(intracranial aneurysm，IA)为颅内动脉血管管壁的异常扩张膨胀，人群患病率为3.2%[1]，其破裂所致的动脉瘤性蛛网膜下腔出血(aneurysmal subarachnoid hemorrhage，aSAH)是卒中的重要原因[2]。IA 破裂导致的aSAH占自发性蛛网膜下腔出血的85%以上[3]，相对于其他类型的卒中，aSAH发病年龄多在40～60岁，且预后较差(病死率为30%～40%，致残率为30%)[2]。IA的形成及破裂机制复杂，除高血压病、吸烟、性别等因素外[4-5]，遗传因素也具有重要作用[6]。家系研究通过连锁分析、分离分析等定位和揭示疾病潜在的易感区域及基因变异，是探索疾病遗传易感性的有效方式[7]。随着高通量测序技术的发展，IA的遗传学研究，尤其家族性IA的研究取得了显著进展。笔者对家族性IA遗传学病因研究设计及其进展进行综述，为该疾病及其相关遗传流行病学研究提供参考。

1 IA具有遗传易感性的证据

遗传因素在IA的发生发展中起重要作用。具有2例及以上IA患者的家系中，其一级亲属的IA患病风险明显增高，30岁以上人群IA患病率为9.2%，是一般人群的3～5倍，发病年龄相对较早，且预后较差[8]。具IA家族史的患者，多发和对称性IA更为常见[9]。家族性IA患病位置的一致性较高，尤其双胎儿[10]。此外，与一般人群相比，在部分遗传性疾病中IA的发生率可显著增高，已知与遗传有关的数十种结缔组织病均与IA相关，如常染色体显性遗传多囊肾病、多发性内分泌肿瘤Ⅰ型、Ⅳ型埃勒斯-当洛综合征、马方综合征、Ⅰ型神经纤维瘤病、遗传性出血性毛细血管扩张症、烟雾病、颅内动静脉畸形、镰状细胞贫血、系统性红斑狼疮、纤维肌发育不良、主动脉缩窄等[8，11]。常染色体显性遗传多囊肾病是最常见的可伴发IA的遗传性疾病，一个来自15项研究共1 490例常染色体显性遗传多囊肾病患者的系统性评价结果显示，多囊肾病伴IA的发生率为10%，提示遗传因素在IA的发生中有重要作用[12]。

2 家族性IA遗传学病因的研究

家族性患者富集遗传学负荷，是宝贵的病例资源。利用患者家系资料进行遗传学病因研究，不仅能避免因人群分层而增加Ⅰ类错误的问题，还能够通过连锁分析、精细定位等确定易感区域，继而通过测序、分离分析等发现具有较高致病效应的低频或罕见易感变异，比利用散发患者具有更高的研究效能[13-14]。由于IA发病年龄相对较晚，其破裂后具有较高的致死率，构建大的IA家系研究非常困难。目前，主要采用两种策略提高研究效率：一是在多发性IA家系中，收集病逝患者亲属(父母、同胞、子女及配偶)的血液样品，通过遗传分析重建病逝患者基因型信息；二是在高危家族成员中进行IA筛查，以发现未破裂IA，增加患者例数[15-16]。

2.1 家系资料的收集和构建

目前，有关家族性IA的遗传学病因研究主要集中在日本、芬兰共和国、新西兰、澳大利亚、法国、韩国，以及北亚美利加洲等[11]。针对家族性IA遗传学病因研究的纳入标准通常为：(1)家族中至少有2例存活的患病同胞；(2)家族中至少有2例患病同胞，其中1例存活，另1例患者的基因型能够通过存活的家族成员(如父母、配偶、子女)进行重建；(3)家族中有3例及以上IA患者，包括堂(表)兄弟姐妹、叔伯、舅舅、姑(姨)等，其中2例存活，并且有共同的亲戚；(4)家族中有3例及以上IA患者，其中1例存活，另外至少有1例患者的基因型可通过存活的家族成员进行构建；并排除具有动静脉畸形、常染色体显性遗传多囊肾病、埃勒斯-当洛综合征、马方综合征、Ⅰ型神经纤维瘤病等疾病家族史的患者[17]。研究对照可来自纳入家系的未患病成员或未患病且无IA家族史的健康人群。在确定易感变异尤其罕见变异时，患病亲属对照比健康人群对照具有更高的统计效能。目前，关于IA遗传学病因的家系研究主要包括利用患病同胞对或亲属对、具有多例患者的扩展家系及近亲家系等[13]。

2.2 家系资料连锁分析

连锁分析是利用连锁原理研究致病基因与参考位点(遗传标记)的关系，将可能的易感基因定位至染色体的一定位置，从而确定其与疾病性状有关的基因组区域。自2001—2011年，在日本、芬兰共和国、荷兰、新西兰、澳大利亚以及北亚美利加洲等人群中，通过连锁分析发现了多个与IA相关的遗传位点，如1p34.3-p36.13、4q32.2-32.3、5p15.2-14.3、5q22-31、6p23、7p36.3、7q11、8p22.2、8q12.1、9p23、11q24-25、12q21.33、12p12.3、13q14.12-21.1、14q23-31、17cen、18p11、19q13及Xp22等[11]。但除7q11、11q24-25、19q13和Xp22等位点外，大多位点仅发现于同一人群中，但不同的研究结论却不同。Onda等[18]用非参数连锁分析发现，7q11位点与日本人IA发病相关。但Yamada等[16]用参数和非参数连锁分析并未得到相同的结论。因此，遗传异质性及连锁分析在复杂疾病易感基因定位中存在局限性。随着高通量测序技术的发展及测序成本的降低，连锁分析逐步被取代。

2.3 家系资料外显子测序分析

研究表明，复杂疾病“全基因致病模型”中，细胞内基因活动形成一个广泛的网络，每个基因均可影响疾病的发生，但存在与指定性状直接相关的“核心基因”和间接相关的“外围基因”[19]。虽然大部分疾病的遗传度由外围基因的微小作用叠加而成，低频或罕见变异只能解释小部分的遗传度，但具有较高致病效应的低频或罕见变异可能涉及疾病的核心基因，对低频或罕见变异的研究有助于了解复杂疾病的发病机制及其治疗靶点[20]。但关于低频或罕见变异的研究，除非致病效应很强，否则在散发病例中需大样本量数据才可能观察到高概率的低频或罕见变异。家族性患者富集遗传学负荷是研究低频变异的宝贵资源。随着二代测序技术的发展，越来越多的研究利用外显子测序对家族性IA进行了遗传学病因的探索，发现了多个IA相关的致病基因。

Farlow等[21]对欧美7个IA家系共计50例患者及正常对照进行外显子测序研究，结果显示，68个候选基因低频变异可能与发生IA相关。其中，跨膜蛋白132B(transmembrane protein 132B，TMEM132B)基因在IA组织中过度表达，其可能在IA的发生发展中起重要作用。TMEM132B基因的蛋白产物属跨膜蛋白家族的一员，该家族具有一个细菌免疫球蛋白样域，而后者通常与基质、蛋白质配体或蛋白质相互作用，并与锚定结构域结合在一起形成核心，将纤维素复合体黏合在一起，起降解纤维素的作用，以防止血管壁纤维化[22]。TMEM132B基因变异的具体功能尚不清楚，推测其可能导致该基因的蛋白产物单倍剂量不足或通过显性遗传负性作用等影响蛋白质的功能，而增加IA易感性。

Yan等[23]对日本12个IA家族共计42例IA患者进行了全基因组外显子测序研究，通过过滤分析，发现有78个低频变异聚集在至少1个家族的所有患者中，进一步对功能相关的9个候选基因的10个低频变异进行关联研究，结果显示，含15型血小板结合蛋白基序的去整合素样金属蛋白酶(ADAM metallopeptidase with thrombospondin type 1 motif 15，ADAMTS15)基因的低频变异rs185269810与IA有关(OR=5.96，95%CI:2.40～14.82，P<0.01)；另外，细丝蛋白A相互作用蛋白1样(filamin A interacting protein 1like，FILIP1L)基因、血小板激活因子乙酰水解酶2(platelet activating factor acetylhydrolase 2，PAFAH2)基因及血栓调节蛋白(thrombomodulin，THBD)基因等罕见变异(rs150956085、rs79851686、rs41348347)与家族性或散发性IA相关(OR=24.21，95%CI：3.85～152.25，P=0.0007；OR=3.37，95%CI：1.37～8.32，P=0.0058；OR=2.07，95%CI：1.00～4.31，P=0.05)。研究表明，ADAMTS15基因蛋白产物在组织重塑过程中去除多聚糖，具有抗血管生成作用，维持血管壁稳定性[24]；FILIP1L基因的蛋白产物可能参与细胞骨架重构，调节细胞极性和运动，抑制细胞增殖和迁移，增加细胞凋亡，具有抗血管生成作用[25]；PAFAH2基因作为磷脂酶A2超家族的成员，能水解磷脂的sn-2位置，产生游离脂肪酸和溶血磷脂，通过分裂受损磷脂的氧化碎片部分，开始修复过程，成为维持体内平衡的重要成分[26]；THBD基因的蛋白产物与凝血酶形成高亲和力复合物，通过与内皮蛋白C受体相互作用加速蛋白C活化，从而抑制凝血酶的进一步生成，减少血栓形成，保护血管内皮细胞[27]。上述基因的低频变异可能使其原有功能降低或紊乱，从而增加IA易感性。

Rachakonda等[27]对法国及加拿大的6个IA家族进行外显子测序，结果显示，环指蛋白213(ring finger protein 213，RNF213)基因低频变异与IA发病有关(OR=1.75，95%CI：1.35～2.25，P<0.01)。RNF213基因具有α-2球蛋白、与多种细胞活动有关的ATP酶+ATP酶模块及从氨基末端到羧基末端的环指结构域，其表达产物在血管壁重构中有重要作用[28]。目前有研究表明，RNF213基因与烟雾病、非烟雾病性颅内动脉狭窄相关，提示该基因变异可能导致一系列血管相关性疾病[29]。RNF213 p.Arg2438Cys和p.Ala2826Thr变异可提高ATP酶的活性，使血管生成增加不平衡，最终导致动脉瘤样病变[30]。

Santiago-Sim等[31]对1个含9例IA患者的大家族进行外显子组测序，显示血小板跨膜反应蛋白1(thrombospondin type 1 domian containing protein 1，THSD1)基因的罕见变异p.R450X与IA有关；此外，对507例IA先证者进行目标基因靶向测序，发现8例患者携带THSD1基因突变。在动物实验中，对比THSD1野生型及变异的功能，提示突变可使THSD1蛋白功能缺失，破坏内皮细胞与脑动脉细胞外基质的黏附[32]。THSD1是一种新型黏附蛋白，能促进新生局灶性黏连中局部黏着斑激酶和踝蛋白的相互作用，增加成熟黏连的数量，增强细胞对细胞外基质的黏附，提高血管壁的稳定性。THSD1基因变异可能使蛋白表达水平降低，降低黏连的数量，破坏血管的稳定性，而增加IA的易感性[33]。

Bourcier等[34]对法国IA家族进行外显子测序，该家族4例IA患者共同携带血管生成素样6(angiopoietin like 6，ANGPTL6)基因的罕见变异p.Lys460Ter。在另外94例家族性IA患者中进行目标基因靶向测序，有5例患者携带有另外3个ANGPTL6基因罕见变异(P=0.023)。在这9例IA患者分布的6个家族中有13例IA患者，其中12例携带ANGPTL6变异，而41例非IA患者中有15例(36.6%)也携带该基因变异，提示该基因变异具有不完全外显性，可能与其他因素存在交互作用。ANGPTL6是分泌糖蛋白ANGPTL家族的一员，为肝脏分泌的促血管生成因子，可通过其羧基末端调控血管生成，增加内皮细胞通透性，促进内皮细胞迁移，维持血管壁的稳定性，其罕见变异p.Lys460Ter可能导致该基因的功能缺陷，从而增加IA的易感性[35]。

Lorenzo-Betancor等[36]对美国3个IA家系进行外显子测序，其中一个家系患者携带中心粒周围蛋白(pericentrin，PCNT)基因的罕见变异p.R2728C，另一家系患者携带同基因的另一个位点的罕见变异p.V2811L。此外，对161例先证者的Sanger测序进一步研究显示，PCNT基因的另5个不同位点的错义突变。PCNT基因第38号外显子的低频或罕见变异使PCNT蛋白缺失其功能，导致细胞分裂异常，从而降低血管壁稳态性，引起IA发病及破裂[37]。

Ton等[38]对欧美国家7个IA家系的45例患者进行全外显子测序，发现22型胶原α1(collagen type ⅩⅩⅡ alpha 1 chain，COL22A1)基因的低频变异(rs142175725)与IA相关。COL22A1基因的蛋白产物是三螺旋纤维相关胶原家族的一员，该家族具有促进与胶原纤维黏附和相互作用的结构域，以及与细胞外基质其他成分相互作用的多个结构域[39]，能调节胶原纤维的形成和大小，从而参与调节细胞外基质及其胶原纤维网络的完整性和稳定性[40]。COL22A1蛋白还具有维持血管稳态性作用，COL22A1基因的罕见变异p.E736D可能破坏了该基因的功能，使血管通透性增加，最终导致颅内血管扩张和不规则的结构变化，从而形成IA[38]。

Wu等[41]对四川省的1个家系(含5例存活的IA患者)进行外显子组测序，发现赖氨酰氧化酶样蛋白2(lysyl oxidase like protein 2，LOXL2)基因第2号外显子上的p.H45Y突变与家族性IA有关。LOXL2基因的蛋白产物是赖氨酰氧化酶家族的一员，该家族能启动胶原蛋白中赖氨酸和羟基赖氨酸的交联及弹性蛋白中赖氨酸的交联，所形成的交联物能增强血管壁的拉伸强度和弹性，有助于维护血管壁的完整性和稳定性，LOXL2基因的罕见变异可能导致蛋白功能异常，破坏血管壁的完整性和稳定性，增加IA的易感性[42]。

3 总结与展望

综上，家族性IA有多个IA相关基因，主要集中于细胞外基质、细胞结构、血管生成、血管成分降解等方面。今后对该类基因功能的关注和研究可能为IA的预防和治疗寻找到新的突破口。同时，我们应该看到，上述研究发现的易感基因在不同人群中少有重合，提示IA可能是一种高度人群遗传异质性的疾病，人群特异性的变异可能在IA的发生发展中起重要作用。目前，我国尚缺乏高质量的IA遗传流行病学研究的系统数据，因此，今后应立足于我国人群建立IA数据库，以探讨IA相关遗传学病因并进行相关的机制研究，为IA的预防和治疗提供基础。