眼眶静脉畸形发病机制研究进展

杨依迪 李甬芸 贾仁兵

静脉畸形(venous malformation, VM)是最常见的血管发育畸形，发病率约为1%[1]。静脉畸形可发生在全身任何部位，其中40%发生于头颈部[2]。病变通常在出生时就存在，随身体成比例增长，或因体内激素的变化而膨胀，无法自行消退[3]。

一、眼眶静脉畸形定义和分类

眼眶静脉畸形(orbital venous malformation, OVM)是成人最常见的眼部脉管畸形。根据血液动力学特点，国际眼眶病学会(International Orbital Association)将血管畸形分为高流量(动静脉)畸形和低流量(静脉、淋巴管、静脉淋巴管混合)畸形[4]。进一步根据病变与全身静脉系统的交通情况，将眼眶静脉畸形分为扩张型静脉畸形(distensible VM)和非扩张型静脉畸形(indistensible VM)[5]。在低头试验或Valsava运动中，若病变体积增大或眼球突出，在压力缓解后症状消退，则为扩张型静脉畸形，反之为非扩张型。血管瘤和脉管畸形的诊断及治疗指南(2019版)中将静脉畸形分为散发型静脉畸形(sporadic venous malformations，SVM)、家族性皮肤黏膜静脉畸形(inherited cutaneomucosal venous malformations, VMCM)、蓝色橡皮乳头样痣综合征(blue rubber bleb nevus syndrome，BRBNS)中的静脉畸形、球形静脉畸形(glomuvenous malformations, GVM)、脑海绵状血管畸形(cerebral vascular malformations, CCM)、家族性骨内血管畸形(familial intraosseous vascular malformation, VMOS)、疣状静脉畸形(verrucous venous malformation, VVM)及其他静脉畸形，其中散发型静脉畸形占静脉异常性疾病的94%，VMCM占1%[6]。此外，根据病变部位，还可以将眼眶静脉畸形分为浅表型、深部型和结合型。浅表型病变位于眼球赤道部前，深部型病变位于眼球赤道部后。

二、OVM临床表现

静脉畸形临床表现不一，可以仅发生在皮肤，也可累及多组织器官，产生严重的影响。临床上表现为蓝紫色、质地柔软、压之可褪色的局限病灶[7]，根据病变部位的不同，可引起外观损害、疼痛、血管内凝血障碍等多种症状[8]。VMCM为一种少见的多部位静脉血管畸形，常同时累及皮肤和消化道，表现为多个直径小于5 cm的蓝紫色病灶，不能自行萎缩，累及消化道可导致出血和继发性贫血[9]。

OVM特有的临床表现包括局部皮肤肿胀、上睑下垂、疼痛、复视、出血、视力下降甚至失明[10]。浅表型OVM表现为深紫色不规则团块，好发于眼睑和眶周；深部型OVM在外观上不可见，通常表现为眼球突出和运动受限；结合型具有上述两者的特征。随着病情的进展，病灶内可能会出现静脉石或形成血栓，患者表现为局部疼痛，严重者甚至出现局限性或弥漫性凝血性疾病。随着病灶的扩大，OVM可引起面部、唇、舌等部位畸形，可以压迫视神经导致患者视力下降或直接累及眼外肌，影响患者的眼球运动，严重影响患者的外观和生活。

三、OVM发病机制

正常静脉血管壁分为内膜、中膜、外膜三层结构，管壁外周包绕着平滑肌细胞(smooth muscle cell, SMC)和多种细胞外基质(extracellular matrix，ECM)蛋白。血管内皮细胞(endothelial cells，ECs)是内膜的主要成分，不仅在血液和血管壁之间起到屏障作用，还可以在多种因子的刺激下分泌血管活性物质，参与血管形成、凝血、炎症等多种生理病理过程，在血管形成的过程中必不可少[11]。ECs的正常增殖、迁移、分化是维持血管稳态和完整性的根本因素[12]。血管壁外周的ECM参与细胞黏附，与平滑肌细胞功能密切相关，是保持静脉管壁结构的重要因素。ECM与ECs表面整合素相互黏连，为ECs形成血管组织提供良好的外部支架，在血管的形成中至关重要[13]。

多种疾病的发生与ECs和 ECM结构功能异常有关，研究表明，ECs的异常激活[14，15]、ECM合成减少和异常降解破坏静脉管壁结构[16]，是静脉畸形发生的重要原因。因此，任何导致ECs和ECM结构功能异常的因素均有可能导致静脉畸形的发生。目前，国内外已有多项研究表明，基因突变和信号传导通路的异常与静脉畸形的发生密切相关。

(一)TIE2突变

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种特异性作用于血管内皮细胞的细胞因子，具有促进内皮细胞增殖和血管生成、增加血管通透性等多种功能[17]。酪氨酸激酶内皮特异性受体(tyrosine kinase endothelial specific receptor, TEK)基因编码的TIE2蛋白主要表达于血管内皮细胞胞膜，定位于9p21，通过与配体血管生成素1或2(angiopoietin-1/2, ANG1/ANG2)结合，调控磷酸化和信号通络，在血管的形成、重构、成熟以及血管完整性中起到重要作用[18]。ANG1主要表达于血管周围细胞和壁细胞，是TIE2最主要的激动剂，与TIE2结合后起到血管新生和维持血管完整和稳定性的作用[19]。ANG2是ANG1的拮抗剂，当VEGF表达较高时，ANG2与TIE2结合后竞争性抑制ANG1的生物学效应，周细胞不能正常募集至血管内皮细胞周围，血管稳定性降低，在生长因子的作用下，血管通透性提高，内皮细胞产生的整合素及各种蛋白酶外渗，基底膜溶解、内皮细胞、平滑肌细胞迁移，形成新生血管[7，20]。当VEGF表达较低时，ANG2与TIE2结合后使内皮细胞凋亡。研究表明，在敲除TIE2基因的小鼠中，内皮细胞数目正常，但形成的脉管不成熟，缺乏周细胞支持[21]，而TIE2 纯合子突变的小鼠由于血管发育障碍死于胚胎期，说明ANG-TIE2通路对保持血管稳态至关重要。任何原因引起的该基因突变均可导致TIE2磷酸化水平提高，增强TIE2生物效应，影响下游STAT、AKT、ERK2等信号分子，激活PI3K/ART/mTOR途径和MAPK/ERK途径，促进内皮细胞增殖，降低PDGF-B的分泌，抑制血管壁细胞和血管平滑肌细胞的招募，导致血管畸形的发生[14，22，23]。

研究表明，VMCM和50%散发型VM存在体细胞编码TIE2的TEK基因突变[24]，其中VMCM的突变类型主要为R849W。Vikkula等25]通过研究两个无关的VMCM，发现患者TIE2基因第2545个碱基都存在一个C-T突变(C2545T)，其编码的氨基酸序列第849位的色氨酸被精氨酸替代(R849W)，从而使突变受体TIE2磷酸化的效应增强6～10倍，导致血管内皮细胞与管周平滑肌细胞数失调。此外，77%散发型静脉畸形患者血管内皮细胞TIE2受体基因第914密码子发生CTT→TTT突变(L914F)[25，26]。

(二)PI3KCA突变

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是细胞内重要的信号传导分子，它具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶的活性，且同时具有磷脂酰肌醇激酶的活性，在调节细胞增殖、凋亡与分化等生理过程起重要作用。

在血管生成过程中，PI3K/AKT/mTOR信号通路发挥重要功能。PI3K是异源二聚体，由一个调节亚基p85和一个催化亚基p110组成[27]。VEGF与TIE2结合，PI3K的p85调节亚基被募集到接近质膜的部位，p110亚基与p85亚基结合，将底物磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)磷酸化为磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)。PIP3与细胞内磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(PDK1)和信号蛋白分子AKT(也称为蛋白激酶B)结合，PDK1磷酸化AKT蛋白的Ser308，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)磷酸化Ser473，使AKT完全活化[28]，进而作用于下游靶蛋白。研究表明，mTOR可以调节内皮细胞的增殖，影响细胞的存活从而影响血管的生成。

PIK3CA基因于位于3q26.3，是编码PI3K催化亚单位p110α的基因，其突变热点位于c.1624G>A,c.1633G>A和c.3140A>G(p.Glu542Lys, p.Glu545Lys, p.His1047Arg)[15]。血管内皮细胞中PIK3CA突变可以导致静脉畸形的产生[29]。研究发现，在未发生TEK基因突变的散发型静脉畸形患者中，54%与PIK3CA基因突变相关。Limaye等[15]发现，PIK3CA突变可以直接激活AKT，使PI3K表达增强，促进内皮细胞下游信号转导和增殖，影响胚胎发育过程中正常血管的生成。此外，Uebelhoer等[14]发现，PIK3CA突变可以引起AKT慢性激活，使PDGF-B等血管生成因子表达缺失，引起血管壁细胞缺失、血管平滑肌细胞(SMC)减少和不规则分布。Castillo等[30]在体外构建了PI3KCA突变小鼠静脉畸形模型，发现PIK3CAH1047R突变使小鼠内皮细胞(EC)过度增殖，周细胞覆盖血管减少，动静脉特定标记表达减少，通过抑制PI3K的活性，可以有效抑制静脉畸形的发展。Blasio等[28]在对PIK3CAH1047R突变小鼠行BEZ235(mTOR/PI3K双抑制剂)治疗后发现，小鼠内皮细胞增殖恢复正常，抑制了由血管内皮生长因子A(VEGF-A)刺激导致的细胞增殖，进一步证明了PI3KCA在静脉畸形发病中的作用以及潜在的治疗价值。

(三)TGF-β/CCN2/BMP9

转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)是由两个结构相同或相近的亚基组成的二聚体细胞因子，属于TGF-β超家族的一员[31]。TGF-β超家族主要分为2大类：TGF-β/activin家族和骨形成蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)家族。TGF-β/BMP信号通路在胚胎发育和维持组织稳态中发挥着重要的作用[32，33]。

在TGF-β/BMP信号通路中，TGF-β通过与细胞膜上的酶联受体结合，将信号传导到细胞内，这些受体的胞内段都含有丝氨酸/苏氨酸激酶结构域，活化的TGF-β受体和BMP受体磷酸化下游的基因调节蛋白Smad家族，形成Smad复合物，在细胞核内对基因蛋白进行调控，从而调控特定的基因表达。因此，TGF-β信号的缺失会导致细胞的异常增殖。

研究发现，结缔组织生长因子(CCN)家族具有多种调控功能[34]，在细胞生长、黏附、迁移、血管生成和细胞外基质(ECM)调节中起重要作用[35]。CCN2和CCN3主要在胚胎和成人血管中表达，尤其人皮肤组织上层真皮的成纤维样细胞、内皮细胞或血管周围[36]。Riser等[37]发现，CCN2在TGF-β下游发挥作用，促进细胞外基质(ECM)积聚和纤维化。Ren等[38]通过比较正常人皮肤组织和静脉畸形患者皮肤组织中TGF-β和CCN2的表达发现，静脉畸形患者TGF-β和CCN2的表达均下调，且CCN2表达下调与TGF-β表达下调密切相关。在体外培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中，外源性的TGF-β和CCN2可以促进细胞外基质表达水平提高。在博来霉素治疗的静脉畸形病例中也检测到了TGF-β和CCN2表达水平的提高，且血管周围α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和细胞覆盖率增加。

BMP是一组高度保守的功能蛋白，通过刺激DNA合成和细胞的复制，促进细胞分化。其中，BMP9在血管的发育、重构和稳态维持上起重要作用[39]。李等[40]发现，与正常人相比，眼眶静脉畸形和外周静脉畸形患者血清BMP9水平明显降低。研究中发现，BMP9能够抑制HUVECs的迁徙并促进内皮细胞增殖，通过重组人激活素受体样激酶1(ALK1)促进HUVECs成管活性。此外，BMP9激活TGF-β/SMAD信号通路增强DNA结合蛋白抑制剂的表达，降低HUVECs中TIE2及AKT的磷酸化，因此，BMP9可能可以通过增强血管壁结构和维持内皮静止抑制静脉畸形的发生。

四、其他

Couto等[41]通过对疣状静脉畸形(VVM)患者的研究发现，6名患者中的3名表现出了促分裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶3(mitogenactivated protein kinase kinase kinase 3，MAP3K3的错义突变(c.1323C>G)。MAP3K3是丝氨酸/苏氨酸磷酸化酶MAP3K家族的成员之一，敲除MAP3K3基因的小鼠，由于血管发育异常在胚胎发育的第10.5 d死亡，由此可显示MAP3K3在血管形成中的作用。

柴等[42]研究发现血浆表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)和瘦蛋白(leptin)在眼眶静脉畸形患者血清中显著升高，为眼眶静脉畸形的发病机制提供了新的认识，有助于早期诊断。李等[43]针对包括眼眶静脉畸形在内的静脉畸形患者的研究发现，甘油磷酸肌醇锚定附着蛋白1(glycosylphosphatidylinositol anchor attachment protein 1, GPAA1)存在一个新的变异(c.968A>G)，使GPAA1蛋白在ECs中表达降低。变异的GPAA1蛋白使细胞过度增殖和迁徙，静止状态消失。通过体外斑马鱼模型，证明GPAA1在血管生成和重塑上具有重要的作用，与家族性血管畸形，包括眼眶静脉畸形的形成密切相关。此外，研究者也在散发型静脉畸形患者血清中发现KRIT1 (c.535C>T, c.1919delT)和GNAQ(c.548G>A)等基因突变[44-46]。

五、总结与展望

眼眶静脉畸形的发生是由多种因素导致的，目前关于静脉畸形的发病机制尚未完全清楚。既往研究表明，血管生成过程中相关基因的突变以及信号通路的异常激活使ECs和ECM结构异常和合成减少，与静脉畸形的发生密切相关，但其作用过程仍存在很多需要进一步研究厘清的问题。深度测序、单细胞组学、高级蛋白结构解析等技术的出现，为深入揭示眼眶和其他部位静脉畸形的发病机制，寻找新的治疗靶点提供了条件。