脑动静脉畸形发病机制相关信号通路研究进展

曙 君，白 杰

（1.内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特 010059；2.首都医科大学宣武医院神经外科）

脑动静脉畸形是一种异常血管团，容易破裂，导致危及生命的颅内出血（ICH）[1]。正常人中bAVM患病率大约为0.05%[2]。bAVM患者可能无症状或出现癫痫发作、局灶性神经功能缺损或脑出血，这些并发症的出现也是治疗的主要原因。总体而言，bAVM占50岁以下成人出血性中风的25%[3]，高达40%的bAVM患者在脑出血后一年内死亡或功能受损[4]。尽管不同医院的死亡率不同，但现有的每种治疗方式都有与手术相关的并发症，且发生率不低[5-7]。近年来随着影像学技术的进步，越来越多的无症状bAVM患者被诊断出来。而无症状患者的治疗越来越有争议，因为一项关于未破裂bAVM（ARUBA）的随机试验结果表明，随机接受保守治疗的未破裂bAVM患者的中风和死亡率低于接受任何介入治疗的患者[5，6，8～11]。揭示bAVM的发病机制对于寻找特异性治疗方法，以减少对侵入性手术的需求至关重要。

尽管bAVM的发病机制与许多途径和修饰基因有关，但本综述中主要介绍了RAS-MAPK-ERK、TGFβ、血小板源性生长因子b（Pdgfb）途径和非编码RNA在bAVM研究中的最新发现。

1 RAS-MAPK-ERK信号转导通路

95%以上的bAVM是无明确家族史的散发病例。散发性bAVM的致病基因尚不清楚。最近的研究通过对从患者AVM病变中分离的DNA进行下一代测序[12，13]，确定了散发性bAVM和外周AVM中RAS-MAPK途径基因的体细胞突变。RAS通路包括不同的信号级联，如RAF-MEK-MAPK/ERK。这条通路调节一些关键的细胞功能，包括增值、生长、存活和衰老[14]。有研究者[15]在72例患者中的45例bAVM病变中发现了体细胞激活KRAS突变，而在21例配对血样中没有发现。突变包括KRAS p.Gly12Val和KRAS p.Gly12Asp突变。进一步研究下游信号通路，发现在人bAVM的内皮细胞培养中，MAPK-ERK和PI3K-AKT通路被KRAS激活突变激活。与正常脑血管内皮细胞相比，bAVM内皮细胞ERK1/2磷酸化水平升高。他们发现突变增加了与血管生成和Notch信号相关的基因的表达。将KRAS p.Gly12Val导入培养的内皮细胞，能增强其迁移行为。有趣的是，抑制了MAPK-ERK通路则逆转了内皮细胞中的VEGF基因信号[12]。随后的研究表明，在bAVM和脊髓AVM中KARS/BRAF突变的患病率分别为81%和100%[16]。这些均表明KRAS的体细胞突变可能参与了bAVM的发病机制。

2 TGFβ信号转导通路

大约5%的bAVM与一种遗传性疾病HHT有关，HHT是一种常染色体显性遗传性血管疾病，全世界约有1/5000的人受到影响[17～19]。HHT的主要临床特征是AVM在多个器官（包括大脑）出血[20]。三个基因已经被鉴定出导致HHT：ENG[21]、ALK或ACVRL1[22]和SMAD4[23]。HHT根据致病基因突变分为HHT1、HHT2和JP（青少年息肉病）-HHT。HHT1（ENG突变）和HHT2（ALK1突变）占所有HHT病例的90%以上[24]。虽然HHT1和HHT2之间的临床表现无法区分，但基因型-表型相关研究表明，HHT1在脑和肺中的AVM患病率较高，而HHT2在肝脏和胃肠道的AVM患病率较高[18，25]。10.4%的HHT患者存在脑动静脉畸形。HHT1患者的bAVM患病率（13.4%）明显高于HHT2患者（2.4%）。大多数与HHT相关的bAVM较小（小于3cm），Spetzler-Martin等级为2或更低，而在散发bAVM人群中，bAVM病灶的平均大小约为3cm，Spetzler-Martin评分中位数为3。虽然约20%的这些HHT相关bAVM伴有破裂，但近50%的bAVM无症状。

所有与HHT相关的基因都是TGF-β家族成员信号转导的组成部分。因此，HHT被认为是由TGF-β家族成员的信号转导缺陷引起的疾病。然而，关于与AVM发育相关的ENG-ALK1信号的配体、Ⅱ型受体和下游效应基因的特性大多不清楚。

3 Pdgfb/pdgf受体β（pdgfrβ）信号通路

血管壁的结构缺陷和不成熟提示bAVM血管发育不良。在小鼠模型的bAVM血管中也发现了异常的血管壁结构。与正常脑血管生成灶相比，bAVM小鼠模型病变血管直径大于15μm，缺乏平滑肌。

血管由内皮细胞和壁细胞组成，包括血管平滑肌细胞和周细胞。周细胞包裹毛细血管和小静脉的内皮细胞。它们对血管的稳定性起着至关重要的作用。血管周细胞减少会损害血管完整性。最近的研究表明，与正常脑血管相比，人和小鼠的bAVM血管壁细胞覆盖率都减低，这表明bAVM血管重构异常。血管平滑肌细胞和周细胞覆盖率降低与血管通透性增加和bAVM出血有关。

PDGF-B和PDGFR-β在血管生成过程中参与周细胞和血管平滑肌细胞的募集。敲除小鼠Pdgfb或pdgfrβ，导致微血管周细胞的丢失。周细胞的缺失也导致内皮增生和内皮管腔膜过度折叠。在啮齿类动物模型和患者的bAVM中，PDGF-B和PDGFR-β的异常表达已被描述。pdgfβ在Alk1缺陷小鼠bAVM病变中表达降低，这与平滑肌细胞和周细胞覆盖率的降低有关，这表明Alk1和PDGF-B和PDGFR-β信号通路之间可能存在联系。然而，目前尚不清楚bAVM中PDGFR-β表达的降低是周细胞减少的原因还是结果。有趣的是，有Alk1缺陷型bAVM中PDGF-β的过度表达增加了bAVM血管上的周细胞覆盖率并减少了bAVM出血。提示PDGF-B和PDGFR-β信号通路在bAVM血管完整性中起重要作用。

4 非编码RNA

近年来的研究表明，非编码RNA也可能在bAVM的发病机制中发挥作用。Li等人发现4个长的非编码RNA在AVM病灶中异常表达。可能与bAVM患者的癫痫发作有关。通过对bAVM患者血液中小RNA的深度测序，Chen等发现了新的调控失调的miRNA，其中一个靶向VEGF通路。已经观察到miRNA-137和miRNA-196*抑制培养的AVM平滑肌细胞的异常生物学特性。此外，最近的一项研究表明，Drosha的失活突变导致了与小鼠HHT相似的血管异常。Drosha变异体（P100L和R279L）已在缺乏已知致病性突变的HHT患者中检测到。这些表明microRNA处理可能在AVM的发病机制中起作用。

脑动静脉畸形是一种非静止性先天性疾病。目前还没有针对bAVM的药物治疗。贝伐单抗、丝裂原活化蛋白激酶（MEK）抑制剂、雷帕霉素和沙利度胺等都曾用于非中枢神经系统AVM患者，其疗效不同。bAVM的治疗理念应该是稳定血管组织，从而降低自发性脑出血的风险。因此，除了确定参与AVM发生的途径外，了解AVM血管重构、维持血管完整性和破裂的机制和因素，对于制定稳定AVM血管壁和防止AVM破裂的策略至关重要。