家族性顱內(nèi)動脈瘤遺傳學(xué)病因的研究進展

肖曼倩 李丙陽 廖鑫 荀佳雨 嚴俊霞

顱內(nèi)動脈瘤(intracranial aneurysm，IA)為顱內(nèi)動脈血管管壁的異常擴張膨脹，人群患病率為3.2%[1]，其破裂所致的動脈瘤性蛛網(wǎng)膜下腔出血(aneurysmal subarachnoid hemorrhage，aSAH)是卒中的重要原因[2]。IA 破裂導(dǎo)致的aSAH占自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血的85%以上[3]，相對于其他類型的卒中，aSAH發(fā)病年齡多在40～60歲，且預(yù)后較差(病死率為30%～40%，致殘率為30%)[2]。IA的形成及破裂機制復(fù)雜，除高血壓病、吸煙、性別等因素外[4-5]，遺傳因素也具有重要作用[6]。家系研究通過連鎖分析、分離分析等定位和揭示疾病潛在的易感區(qū)域及基因變異，是探索疾病遺傳易感性的有效方式[7]。隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，IA的遺傳學(xué)研究，尤其家族性IA的研究取得了顯著進展。筆者對家族性IA遺傳學(xué)病因研究設(shè)計及其進展進行綜述，為該疾病及其相關(guān)遺傳流行病學(xué)研究提供參考。

1 IA具有遺傳易感性的證據(jù)

遺傳因素在IA的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。具有2例及以上IA患者的家系中，其一級親屬的IA患病風(fēng)險明顯增高，30歲以上人群IA患病率為9.2%，是一般人群的3～5倍，發(fā)病年齡相對較早，且預(yù)后較差[8]。具IA家族史的患者，多發(fā)和對稱性IA更為常見[9]。家族性IA患病位置的一致性較高，尤其雙胎兒[10]。此外，與一般人群相比，在部分遺傳性疾病中IA的發(fā)生率可顯著增高，已知與遺傳有關(guān)的數(shù)十種結(jié)締組織病均與IA相關(guān)，如常染色體顯性遺傳多囊腎病、多發(fā)性內(nèi)分泌腫瘤Ⅰ型、Ⅳ型埃勒斯-當洛綜合征、馬方綜合征、Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病、遺傳性出血性毛細血管擴張癥、煙霧病、顱內(nèi)動靜脈畸形、鐮狀細胞貧血、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、纖維肌發(fā)育不良、主動脈縮窄等[8，11]。常染色體顯性遺傳多囊腎病是最常見的可伴發(fā)IA的遺傳性疾病，一個來自15項研究共1 490例常染色體顯性遺傳多囊腎病患者的系統(tǒng)性評價結(jié)果顯示，多囊腎病伴IA的發(fā)生率為10%，提示遺傳因素在IA的發(fā)生中有重要作用[12]。

2 家族性IA遺傳學(xué)病因的研究

家族性患者富集遺傳學(xué)負荷，是寶貴的病例資源。利用患者家系資料進行遺傳學(xué)病因研究，不僅能避免因人群分層而增加Ⅰ類錯誤的問題，還能夠通過連鎖分析、精細定位等確定易感區(qū)域，繼而通過測序、分離分析等發(fā)現(xiàn)具有較高致病效應(yīng)的低頻或罕見易感變異，比利用散發(fā)患者具有更高的研究效能[13-14]。由于IA發(fā)病年齡相對較晚，其破裂后具有較高的致死率，構(gòu)建大的IA家系研究非常困難。目前，主要采用兩種策略提高研究效率：一是在多發(fā)性IA家系中，收集病逝患者親屬(父母、同胞、子女及配偶)的血液樣品，通過遺傳分析重建病逝患者基因型信息；二是在高危家族成員中進行IA篩查，以發(fā)現(xiàn)未破裂IA，增加患者例數(shù)[15-16]。

2.1 家系資料的收集和構(gòu)建

目前，有關(guān)家族性IA的遺傳學(xué)病因研究主要集中在日本、芬蘭共和國、新西蘭、澳大利亞、法國、韓國，以及北亞美利加洲等[11]。針對家族性IA遺傳學(xué)病因研究的納入標準通常為：(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例患者的基因型能夠通過存活的家族成員(如父母、配偶、子女)進行重建；(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，并且有共同的親戚；(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過存活的家族成員進行構(gòu)建；并排除具有動靜脈畸形、常染色體顯性遺傳多囊腎病、埃勒斯-當洛綜合征、馬方綜合征、Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病等疾病家族史的患者[17]。研究對照可來自納入家系的未患病成員或未患病且無IA家族史的健康人群。在確定易感變異尤其罕見變異時，患病親屬對照比健康人群對照具有更高的統(tǒng)計效能。目前，關(guān)于IA遺傳學(xué)病因的家系研究主要包括利用患病同胞對或親屬對、具有多例患者的擴展家系及近親家系等[13]。

2.2 家系資料連鎖分析

連鎖分析是利用連鎖原理研究致病基因與參考位點(遺傳標記)的關(guān)系，將可能的易感基因定位至染色體的一定位置，從而確定其與疾病性狀有關(guān)的基因組區(qū)域。自2001—2011年，在日本、芬蘭共和國、荷蘭、新西蘭、澳大利亞以及北亞美利加洲等人群中，通過連鎖分析發(fā)現(xiàn)了多個與IA相關(guān)的遺傳位點，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等位點外，大多位點僅發(fā)現(xiàn)于同一人群中，但不同的研究結(jié)論卻不同。Onda等[18]用非參數(shù)連鎖分析發(fā)現(xiàn)，7q11位點與日本人IA發(fā)病相關(guān)。但Yamada等[16]用參數(shù)和非參數(shù)連鎖分析并未得到相同的結(jié)論。因此，遺傳異質(zhì)性及連鎖分析在復(fù)雜疾病易感基因定位中存在局限性。隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展及測序成本的降低，連鎖分析逐步被取代。

2.3 家系資料外顯子測序分析

研究表明，復(fù)雜疾病“全基因致病模型”中，細胞內(nèi)基因活動形成一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)，每個基因均可影響疾病的發(fā)生，但存在與指定性狀直接相關(guān)的“核心基因”和間接相關(guān)的“外圍基因”[19]。雖然大部分疾病的遺傳度由外圍基因的微小作用疊加而成，低頻或罕見變異只能解釋小部分的遺傳度，但具有較高致病效應(yīng)的低頻或罕見變異可能涉及疾病的核心基因，對低頻或罕見變異的研究有助于了解復(fù)雜疾病的發(fā)病機制及其治療靶點[20]。但關(guān)于低頻或罕見變異的研究，除非致病效應(yīng)很強，否則在散發(fā)病例中需大樣本量數(shù)據(jù)才可能觀察到高概率的低頻或罕見變異。家族性患者富集遺傳學(xué)負荷是研究低頻變異的寶貴資源。隨著二代測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究利用外顯子測序?qū)易逍訧A進行了遺傳學(xué)病因的探索，發(fā)現(xiàn)了多個IA相關(guān)的致病基因。

Farlow等[21]對歐美7個IA家系共計50例患者及正常對照進行外顯子測序研究，結(jié)果顯示，68個候選基因低頻變異可能與發(fā)生IA相關(guān)。其中，跨膜蛋白132B(transmembrane protein 132B，TMEM132B)基因在IA組織中過度表達，其可能在IA的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。TMEM132B基因的蛋白產(chǎn)物屬跨膜蛋白家族的一員，該家族具有一個細菌免疫球蛋白樣域，而后者通常與基質(zhì)、蛋白質(zhì)配體或蛋白質(zhì)相互作用，并與錨定結(jié)構(gòu)域結(jié)合在一起形成核心，將纖維素復(fù)合體黏合在一起，起降解纖維素的作用，以防止血管壁纖維化[22]。TMEM132B基因變異的具體功能尚不清楚，推測其可能導(dǎo)致該基因的蛋白產(chǎn)物單倍劑量不足或通過顯性遺傳負性作用等影響蛋白質(zhì)的功能，而增加IA易感性。

Yan等[23]對日本12個IA家族共計42例IA患者進行了全基因組外顯子測序研究，通過過濾分析，發(fā)現(xiàn)有78個低頻變異聚集在至少1個家族的所有患者中，進一步對功能相關(guān)的9個候選基因的10個低頻變異進行關(guān)聯(lián)研究，結(jié)果顯示，含15型血小板結(jié)合蛋白基序的去整合素樣金屬蛋白酶(ADAM metallopeptidase with thrombospondin type 1 motif 15，ADAMTS15)基因的低頻變異rs185269810與IA有關(guān)(OR=5.96，95%CI:2.40～14.82，P<0.01)；另外，細絲蛋白A相互作用蛋白1樣(filamin A interacting protein 1like，F(xiàn)ILIP1L)基因、血小板激活因子乙酰水解酶2(platelet activating factor acetylhydrolase 2，PAFAH2)基因及血栓調(diào)節(jié)蛋白(thrombomodulin，THBD)基因等罕見變異(rs150956085、rs79851686、rs41348347)與家族性或散發(fā)性IA相關(guān)(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基因蛋白產(chǎn)物在組織重塑過程中去除多聚糖，具有抗血管生成作用，維持血管壁穩(wěn)定性[24]；FILIP1L基因的蛋白產(chǎn)物可能參與細胞骨架重構(gòu)，調(diào)節(jié)細胞極性和運動，抑制細胞增殖和遷移，增加細胞凋亡，具有抗血管生成作用[25]；PAFAH2基因作為磷脂酶A2超家族的成員，能水解磷脂的sn-2位置，產(chǎn)生游離脂肪酸和溶血磷脂，通過分裂受損磷脂的氧化碎片部分，開始修復(fù)過程，成為維持體內(nèi)平衡的重要成分[26]；THBD基因的蛋白產(chǎn)物與凝血酶形成高親和力復(fù)合物，通過與內(nèi)皮蛋白C受體相互作用加速蛋白C活化，從而抑制凝血酶的進一步生成，減少血栓形成，保護血管內(nèi)皮細胞[27]。上述基因的低頻變異可能使其原有功能降低或紊亂，從而增加IA易感性。

Rachakonda等[27]對法國及加拿大的6個IA家族進行外顯子測序，結(jié)果顯示，環(huán)指蛋白213(ring finger protein 213，RNF213)基因低頻變異與IA發(fā)病有關(guān)(OR=1.75，95%CI：1.35～2.25，P<0.01)。RNF213基因具有α-2球蛋白、與多種細胞活動有關(guān)的ATP酶+ATP酶模塊及從氨基末端到羧基末端的環(huán)指結(jié)構(gòu)域，其表達產(chǎn)物在血管壁重構(gòu)中有重要作用[28]。目前有研究表明，RNF213基因與煙霧病、非煙霧病性顱內(nèi)動脈狹窄相關(guān)，提示該基因變異可能導(dǎo)致一系列血管相關(guān)性疾病[29]。RNF213 p.Arg2438Cys和p.Ala2826Thr變異可提高ATP酶的活性，使血管生成增加不平衡，最終導(dǎo)致動脈瘤樣病變[30]。

Santiago-Sim等[31]對1個含9例IA患者的大家族進行外顯子組測序，顯示血小板跨膜反應(yīng)蛋白1(thrombospondin type 1 domian containing protein 1，THSD1)基因的罕見變異p.R450X與IA有關(guān)；此外，對507例IA先證者進行目標基因靶向測序，發(fā)現(xiàn)8例患者攜帶THSD1基因突變。在動物實驗中，對比THSD1野生型及變異的功能，提示突變可使THSD1蛋白功能缺失，破壞內(nèi)皮細胞與腦動脈細胞外基質(zhì)的黏附[32]。THSD1是一種新型黏附蛋白，能促進新生局灶性黏連中局部黏著斑激酶和踝蛋白的相互作用，增加成熟黏連的數(shù)量，增強細胞對細胞外基質(zhì)的黏附，提高血管壁的穩(wěn)定性。THSD1基因變異可能使蛋白表達水平降低，降低黏連的數(shù)量，破壞血管的穩(wěn)定性，而增加IA的易感性[33]。

Bourcier等[34]對法國IA家族進行外顯子測序，該家族4例IA患者共同攜帶血管生成素樣6(angiopoietin like 6，ANGPTL6)基因的罕見變異p.Lys460Ter。在另外94例家族性IA患者中進行目標基因靶向測序，有5例患者攜帶有另外3個ANGPTL6基因罕見變異(P=0.023)。在這9例IA患者分布的6個家族中有13例IA患者，其中12例攜帶ANGPTL6變異，而41例非IA患者中有15例(36.6%)也攜帶該基因變異，提示該基因變異具有不完全外顯性，可能與其他因素存在交互作用。ANGPTL6是分泌糖蛋白ANGPTL家族的一員，為肝臟分泌的促血管生成因子，可通過其羧基末端調(diào)控血管生成，增加內(nèi)皮細胞通透性，促進內(nèi)皮細胞遷移，維持血管壁的穩(wěn)定性，其罕見變異p.Lys460Ter可能導(dǎo)致該基因的功能缺陷，從而增加IA的易感性[35]。

Lorenzo-Betancor等[36]對美國3個IA家系進行外顯子測序，其中一個家系患者攜帶中心粒周圍蛋白(pericentrin，PCNT)基因的罕見變異p.R2728C，另一家系患者攜帶同基因的另一個位點的罕見變異p.V2811L。此外，對161例先證者的Sanger測序進一步研究顯示，PCNT基因的另5個不同位點的錯義突變。PCNT基因第38號外顯子的低頻或罕見變異使PCNT蛋白缺失其功能，導(dǎo)致細胞分裂異常，從而降低血管壁穩(wěn)態(tài)性，引起IA發(fā)病及破裂[37]。

Ton等[38]對歐美國家7個IA家系的45例患者進行全外顯子測序，發(fā)現(xiàn)22型膠原α1(collagen type ⅩⅩⅡ alpha 1 chain，COL22A1)基因的低頻變異(rs142175725)與IA相關(guān)。COL22A1基因的蛋白產(chǎn)物是三螺旋纖維相關(guān)膠原家族的一員，該家族具有促進與膠原纖維黏附和相互作用的結(jié)構(gòu)域，以及與細胞外基質(zhì)其他成分相互作用的多個結(jié)構(gòu)域[39]，能調(diào)節(jié)膠原纖維的形成和大小，從而參與調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)及其膠原纖維網(wǎng)絡(luò)的完整性和穩(wěn)定性[40]。COL22A1蛋白還具有維持血管穩(wěn)態(tài)性作用，COL22A1基因的罕見變異p.E736D可能破壞了該基因的功能，使血管通透性增加，最終導(dǎo)致顱內(nèi)血管擴張和不規(guī)則的結(jié)構(gòu)變化，從而形成IA[38]。

Wu等[41]對四川省的1個家系(含5例存活的IA患者)進行外顯子組測序，發(fā)現(xiàn)賴氨酰氧化酶樣蛋白2(lysyl oxidase like protein 2，LOXL2)基因第2號外顯子上的p.H45Y突變與家族性IA有關(guān)。LOXL2基因的蛋白產(chǎn)物是賴氨酰氧化酶家族的一員，該家族能啟動膠原蛋白中賴氨酸和羥基賴氨酸的交聯(lián)及彈性蛋白中賴氨酸的交聯(lián)，所形成的交聯(lián)物能增強血管壁的拉伸強度和彈性，有助于維護血管壁的完整性和穩(wěn)定性，LOXL2基因的罕見變異可能導(dǎo)致蛋白功能異常，破壞血管壁的完整性和穩(wěn)定性，增加IA的易感性[42]。

3 總結(jié)與展望

綜上，家族性IA有多個IA相關(guān)基因，主要集中于細胞外基質(zhì)、細胞結(jié)構(gòu)、血管生成、血管成分降解等方面。今后對該類基因功能的關(guān)注和研究可能為IA的預(yù)防和治療尋找到新的突破口。同時，我們應(yīng)該看到，上述研究發(fā)現(xiàn)的易感基因在不同人群中少有重合，提示IA可能是一種高度人群遺傳異質(zhì)性的疾病，人群特異性的變異可能在IA的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。目前，我國尚缺乏高質(zhì)量的IA遺傳流行病學(xué)研究的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因此，今后應(yīng)立足于我國人群建立IA數(shù)據(jù)庫，以探討IA相關(guān)遺傳學(xué)病因并進行相關(guān)的機制研究，為IA的預(yù)防和治療提供基礎(chǔ)。