卵圆孔未闭与隐源性卒中的相关研究进展

郑威龙，陈建英

（广东医科大学，广东 湛江 524001）

当前缺血性卒中在全球的发病率和死亡率居高不下。部分病例的主要临床病因被归因于肺血管疾病、心脏瓣膜栓塞综合征和各种小动脉血管疾病等。在隐源性缺血性心脏卒中综合征(cryptogenic ischemic stroke，CIS) 中，因存在来自右心房的微血栓不完全经过心肺血管而进入体循环，下肢静脉血栓形成和房间隔动脉瘤所形成的血栓可通过从右向左分流的(RLS) 异常血管通道而引起大脑基底动脉丛闭塞症等，此现象被称为反常性栓塞(paradoxical embolism，PE)，多见于中青年缺血性卒中。卵圆孔为胎儿在心房原发性隔和继发性隔中间生长而成的隧道样构造，是构成心房隔膜之间的生理性通路。随着新生儿肺循环系统机能的健全完善，左心房压力也逐步增加，原发隔和继发隔紧密贴合至关闭，若婴儿3 岁之后仍未闭合，则称其为卵圆孔未闭（patent foramen ovale，PFO）。该病在隐源性卒中（cryptogenic stroke，CS）患者中的发生率在60%以上。心脏血管畸形发育中与其紧密相关的某些基因片段如TBX5、TBX20、NKX-2、GATA4 等也均可能存在着表达异常，且可能共同作用导致高危型PFO 的发生。因此，PFO 与基因表达异常关系的研究具有现实意义。本文拟对PFO 与CS 发病的流行病学、致病原因、基因学等方面的相关研究进展进行概述。

1 卵圆孔的结构与CS 存在相关性

通过对患有PFO 的CS 患者进行调查发现，有症状的患者更易出现较大的PFO 和严重的RLS。在使用经食道超声心动图(TEE) 准确评估PFO 中发现，与没有CS 的患者相比，CS 患者出现较大PFO、长隧道PFO、房间隔动脉瘤(atial septal aneurysm，ASA)、超活动性房间隔(IAS) 和突出的咽鼓管瓣膜或Chiari网的概率更高。有研究指出，PFO 大小和IAS 活动度是严重RLS 的独立预测因子。在患有严重RLS 的CS患者中，脑部多发性缺血性病变更常见[1]。一项关于年轻隐源性缺血性卒中患者PFO 大小与急性缺血性病灶体积关系的研究发现，大脑病变体积与第一房间隔和第二房间隔之间的最大间距存在显著的统计学相关性(P=0.047)。PFO 长度与大脑损伤体积之间的负相关关系可以证实长隧道对较大栓子的“滤器样”作用，作用强度与隧道本身的长度和形态密切相关。较短和较大的PFO 似乎提供了较高的栓塞风险。这种PFO可能在某种程度上被血液动力学同化为房间隔缺损。反常栓塞同样是主要的假设血栓形成机制，但卵圆孔通道本身也被怀疑是原位血栓形成的部位。目前没有确切的临床证据支持这一机制。高分辨率光学相干断层扫描(OCT) 是一种评估血管微观结构的优秀成像技术，有研究中使用OCT 检测11 名卒中患者( 平均年龄30.5[SD,10.1] 岁；63.6% 为女性) 和7 名未患卒中患者( 平均年龄30.9[SD,7.1] 岁；女性占57.1% ；包括6 名无症状患者和1 名偏头痛患者)PFO 内的原位血栓，最终结果显示：所有患有卒中的患者和1 名患有偏头痛但未患卒中患者的PFO 内发现了多处血栓，卒中患者的平均血栓数为12.6( 标准差为11.0 ；范围2 ～35)，平均总血栓长度为0.04 mm(标准偏差为0.04 mm ；范围0.01 ～0.14 mm)。此外，9 名患者(81.8%)的心内膜表面不规则( 在3 名患者的不规则心内膜表面检测到原位血栓)[2]。

2 PFO 与高同型半胱氨酸血症的相关性

高同型半胱氨酸血症(tHcy) 也可能是引起卒中的危险因素之一。先天性同型半胱氨酸的代谢途径错误可能导致其水平高于正常的范围且与动脉粥样硬化、心肌梗死、动脉病变和血栓有关。在没有病理突变的情况下，tHcy 升高是脑血管疾病的一个独立风险因素。有研究发现，血清素(5-HT) 是一种具有血管活性的促血栓形成物质[3]，可诱导心脏氧化应激，是由肺调节和灭活的神经递质，其在PFO 经皮闭合后降低，这支持了慢性右向血栓的假设[4]。左分流可能使有害的血管活性介质逃脱肺血管系统的失活作用，引发促炎、促凝状态。脑血管系统直接暴露于各种血管活性介质中会增加脑血管损伤的风险。另外有研究[5]表明：PFO 分流与Hcy 升高相关(β 0.115 ；95% CI 0.047 ～0.183 ；P=0.001)。左心房的Hcy 降低比右心房更显著(P＜0.001)。此外研究中还监测了PFO 闭合的长期影响，并与单独的药物治疗进行了比较(n=61)。结果显示，PFO 完全闭合导致外周血Hcy降低，而单独的药物治疗没有效果(β-0.208 ；95%CI -0.375 ～-0.058 ；P=0.007)。残余分流与Hcy 持续升高独立相关(β 0.184 ；95% CI 0.051 ～0.316 ；P=0.007)。由此得出结论：PFO 分流可能导致循环血液中的tHcy 升高。PFO 不仅是血栓形成的“大门”，其本身也可能会促进凝块形成，并损伤神经血管系统。Hcy 等生物标志物可作为测量PFO 卒中残余分流和神经血管风险的指标[6]。一项经皮PFO 闭合后动态心电图监测的心房颤动（atrial fibrillation，AF）筛查的结果显示，在2018 年2 月至2019 年3 月期间，62例患者接受了PFO 闭合术，其中男性40 例(64.5%)，平均年龄为（48±9.5）岁。在这些患者中观察到房间隔动脉瘤，57 名患者(91.9%) 接受了Amplatzer Occluder 装 置(Abbott Vascular) 的 植 入，5 名 患 者(8.1%) 接受了Occlutech 装置(Occlutech) 的植入。平均随访（7.7±2.8）个月后，3 名患者(4.8%) 发生新发AF，2 名AF 患者(3.2%)需要长期口服抗凝剂治疗。没有突出显示AF 的预测因素。共有16 名患者(25.8%)在AECG 上报告了没有AF 的心悸。结论：在高度选择的患者中，PFO 闭合后6 个月内用3 次系统性24小时AECG 评估的AF 发生率很低( ＜5%)。多数阵发性AF 发生在手术后的第1 个月内，且与不良结果无关。

3 PFO 的特点

PFO 的原位血栓是由在左、右心房之间压力差变小时，卵圆孔处血液滞留形成“逃脱现象”所致。PFO 相关的CS 患者多存在房性心律失常。Berthet 研究指出，房间隔区解剖形状及构造等的发育变异易诱发和造成心室电生理学状态改变，造成心肌病理变化，导致阵发性心律失常，从而诱发与PFO 相关的CS。PFO 患者多存在反常性栓塞，静脉微栓子可堵塞患者大脑中基底动脉的主干部分(直径约3 mm)和其他的大部分皮质分支动脉(直径约1 mm)。随年龄增长，PFO长度可增加，动脉栓塞相关疾病的潜在风险也随之显著增加。PFO 患者的CS 高危因素包括：较大的PFO及合并房间隔动脉瘤、中到大量右向左分流、长隧道PFO、腔隙静脉瓣或静脉网突出、Valsalva 期间转向分流及低角度血流，上述因素均证实与CS 存在明显的相关性。房间隔动脉瘤指房间隔平面向左房或右房偏移＞10 mm,或左右偏移总和＞15 mm[7]。房间隔动脉瘤在正常人群中的发病率很低( 为0.2% ～10.2%)，而在缺血性脑卒中患者群体中的发病率较高( 为12% ～24%)，约60% 的房间隔动脉瘤患者存在PFO。有研究显示，与非房间隔动脉瘤组比较，房间隔动脉瘤组患者常合并较大分流的PFO。在应用阿司匹林治疗的隐源性脑卒中患者中，PFO 合并房间隔动脉瘤患者的4 年缺血性卒中复发率(15.2%) 明显高于未合并房间隔动脉瘤的PFO 患者(2.3%)。当PFO 合并房间隔动脉瘤时，瘤周袋内更易产生涡流，导致血小板细胞激活、血液淤滞。房间隔动脉瘤会导致左房排空不全，凝血蛋白级联反应激发，使局部产生栓子。CLOSE 试验表明，PFO 合并ASA 会增加卒中复发的风险[8]。ASA 可使PFO 通道开放频率增加，为栓子及血管活性物质的通过提供更多机会。深静脉血栓(deep venous thrombosis，DVT) 形成后，栓子可以通过PFO-RLS 进入动脉系统造成脑栓塞。有研究指出，DVT 形成时，约产生5 ～300×105/h 个栓子，可增加反常栓塞的风险。血液出现高凝状态可促进血栓形成。凝血酶原的G20210A 基因突变和Ⅴ因子介导下的Leiden 基因突变可共同导致外周静脉血栓形成。其他的突变如蛋白C/S 突变或缺乏也会促进末梢静脉血流的高凝状态。致病因素( 如抗磷脂抗体异常或高同型半胱氨酸血症) 也具有双向诱导因素作用，这些双诱导的因素能间接诱导并促进外周深浅静脉栓子的形成。有研究指出，PFO-RLS 分流量会影响PFO 隐源性脑卒中患者的致病性。在做Valsalval 动作时，胸腔血管系统内血液的相对压力迅速升高，使心脏容量负荷降低、静脉回心血量相应大幅减少，导致左房压力急剧减小。当左右心房压力差增加时，房间隔突然摆动可造成右心房PFO-RLS 分流量骤然增大，增加缺血性脑卒中的发生风险。

4 PFO 相关的心脏相关基因、发育的调控通路、组织学

动物研究表明，Notch 通路和其他心脏转录因子(GATA4、TBX20、NKX2-5) 会参与卵圆孔闭合。形成房间隔是一个漫长而复杂的过程。在人类妊娠的第4 周，一个间充质结构(原发性中隔)从心房顶部出现，形成一个逐渐闭合的原发性孔。在第5 周初级隔穿孔合并形成次级孔。第12 周右房顶向下折叠，逐渐成为第二隔。出生后肺阻力降低和左心房压力增加迫使主隔膜与次隔膜对抗闭合卵圆孔。胎儿期右向左的分流必须与渐进性间隔过程相平衡。高度保守的Notch 信号通路与心脏发育有关，在卵圆孔闭合中有明显作用。相关基因(GATA4、TBX20、NKX2-5、ZIC3) 中的其他潜在基因最初被认为是房间隔缺损(ASD) 的致病基因。TBX20 和NKX2-5 的相关协同作用已在一项动物研究中得到证实，在有相关缺陷的小鼠中，PFO 的发生率较高。TBX20 主要表达存在于心肌、心房内膜垫上的血管内皮细胞、心脏瓣膜上的血管细胞和房室间隔中。目前已知，TBX20 可在心内膜中表达。TBX20是早期心室垫形成和心内膜内皮间质转化(EMT) 的必需基因[9]。TBX20、GATA 家族可调节细胞外基质表达以及促进心内膜垫的间充质瓣膜前体结构中细胞增殖，BMP2 可同时诱导TBX20 和TBX2 在心脏胚胎和早期心管中的表达。TBX20 可抑制SMAD1/5 活性，将TBX2 表达限制在具有最高BMP 信号传导水平的发育中的AVC/OFT 上，防止腔室形成并促进垫发育[10]。TBX20 可以调节Wnt/β-catenin 通路的关键转录介质，促进心内膜垫成熟和瓣膜伸长。Boogerd等人证明了TBX20 在分隔期间心内膜谱系中Vcan 表达的直接作用，证实了TBX20 在心内膜介导的心源性事件中的作用。TBX20 全局突变表现为心肌细胞的增殖性减小和心肌发育出现停滞期，可导致心脏组织发育不全。增殖细胞缺陷可归因于TBX2 基因在整个突变株心脏细胞核中的异位表达, 抑制了心肌细胞增殖。TBX20 和TBX2 的综合损失不能挽救发育不全的心脏表型，表明TBX20 可通过调节额外的途径来控制心肌细胞增殖。但目前缺乏对胎儿心肌细胞TBX20直接下游靶点的了解。为深入了解TBX20 介导的心肌细胞周期调控机制, 有研究对心肌细胞周期进行了分析。经DNA 含量的荧光激活细胞分选表明，较高百分比的TBX20 cKO( 条件性敲除突变体) 心肌细胞处于G1 期，而对照组较低百分比的TBX20 cKO 心肌细胞处于S 期，表明TBX20 中G1 到S 期进展有缺陷突变心肌细胞。这些数据表明，TBX20 是心肌细胞周期进程中所必需的。细胞周期中下调基因类型主要包括CDC6 基因( 细胞分裂周期6) 基因、CDT1 基因( 染色质许可基因和DNA 复制因子1 基因) 和CCNA2( 细胞周期蛋白 A2)。CDC6 和CDT1 则分别参与促进DNA 细胞的正常分裂复制过程。CDC6 和CCNA2 结合可以直接激活CDK2 受体( 细胞周期蛋白依赖性激酶2)。TBX20 cKO 中CDC6、CDT1 和CCNA2 的下调心肌细胞与我们观察的结果一致，即突变心肌细胞显示G1 到S 转换减少并为TBX20 促进妊娠中期心肌细胞周期进展的假设提供支持。上调人类基因组序列中发现的胚胎器官发育有着至关重要意义基因的相关基因主要包括TBX2、Isl1(LIM/同源域转录因子Islet1)、Fgf10( 成纤维细胞生长因子10)、Hopx、Bmp2( 骨形态发生蛋白2) 和Bmp10，表明TBX20 是必不可少的、用于调节编码转录因子的基因和对心脏形态发生极重要的信号通路。有研究指出，TBX20 突变与房间隔缺损有关。可通过调节细胞外基质蛋白多糖来影响房间隔和室间隔发育[11]。TBX20 似乎需要在多个细胞谱系中作用于心脏分隔。TBX20 全局突变表现为心肌细胞增殖减少和发育停滞，常伴有严重的心脏发育不全[12-13]。有研究发现，消融发育的心肌细胞中的TBX20 可导致心腔扩张失败和间隔缺损，这与TBX20 cKO 心肌细胞增殖减少有关。这些结果首次证明了TBX20在胚胎心肌细胞增殖中的细胞自主需求。TBX20 基因及其表达调控通路与卵圆孔发育的关系需要在未来的研究中进一步证实。

5 PFO 封堵术预防再次发生CS 现已成为一线治疗方式

当前心脏介入技术得到飞速发展，经导管PFO封堵术也已成为安全、高效的PFO 治疗方法[14]。目前相关指南均推荐将经导管PFO 封堵术作为中等至大量右向左分流、有缺血性卒中病史的成年PFO 患者的一线治疗方法。相比于抗血小板、抗凝等药物保守治疗，经导管PFO 封堵术的长期预后获益评价更高[15]。

6 总结与展望

PFO 相关性卒中的发病机制与反常栓塞有关。美国神经病学会提出，原位栓塞与PFO 相关性卒中密切相关，尤其是对于一些高危PFO 而言，复杂结构的更容易导致原位栓塞形成，并且PFO 形成的复杂结构是否与相关基因及其通路调控等有关未能明确。对这些相关基因、有害物质的研究使临床上对PFO 相关性卒中的发病机制有了进一步的了解，对今后临床指导PFO 相关性卒中的诊断、治疗及预后预测具有重要意义。未来仍需探寻CS 合并PFO 下是否存在心脏发育基因等明显表达差异，进一步为筛选适合行PFO 封堵术的人群提供新的更确切的依据。