遺傳性血管性水腫發(fā)病機制研究進展

曹 陽，劉 爽，支玉香

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院變態(tài)反應(yīng)科，北京 100730

遺傳性血管性水腫(hereditary angioedema，HAE)是一種罕見的、威脅生命的遺傳性疾病，以急性、反復(fù)發(fā)作的皮下和/或黏膜下組織水腫為特征，具有非凹陷性、自限性、局限性等特點，常見受累部位為面部、四肢、軀干、生殖道、上呼吸道和胃腸道[1]。患者自身每次發(fā)作及患者之間表現(xiàn)出的癥狀均有較大差異，表現(xiàn)在發(fā)病年齡、頻率、部位和嚴重程度等方面，可能與環(huán)境因素及基因突變類型有關(guān)，目前相關(guān)研究較少。經(jīng)典的HAE是由于編碼補體1酯酶抑制劑(C1 esterase inhibitor，C1-INH)的基因SERPING1突變造成，導(dǎo)致患者體內(nèi)C1-INH量的減少(Ⅰ型)或者功能缺乏(Ⅱ型)，這種與C1-INH突變相關(guān)的HAE稱為HAE-C1-INH。在其他HAE患者體內(nèi)，C1-INH的量和功能均正常，這種由于其他基因突變所導(dǎo)致的HAE稱為HAE-nC1-INH。目前在所有HAE-nC1-INH患者中，有24.5%與F Ⅻ基因發(fā)生突變有關(guān)[2]，近3年又相繼發(fā)現(xiàn)纖維蛋白溶解酶原基因(plasminogen，PLG)和血管生成素1基因(angiopoietin 1，ANGPT 1)突變可能是造成HAE-nC1-INH的原因。此外尚有部分患者的發(fā)病機制不清。

HAE-C1-INH

最常見的HAE是由于C1-INH基因SERPING 1突變造成，其中約85%屬于Ⅰ型，即體內(nèi)C1-INH的量減少進而使其功能不足；另外大約有15%的患者屬于 Ⅱ 型，即C1-INH量正常甚至偏高，但功能缺乏[3]。

C1-INH基因位于11號染色體q11-q13.1，由8個外顯子和7個內(nèi)含子構(gòu)成。目前已發(fā)現(xiàn)超過450種與C1-INH-HAE發(fā)病相關(guān)的突變，所有外顯子和外顯子/內(nèi)含子交界處都有涉及，比較集中于8號、5號和6號外顯子，主要類型為錯義突變(34%)，其次為移碼突變及小片段的插入和缺失(31%)、大片段的基因重排(17%)、剪接位點的缺陷(10%)、無義突變(7%)和調(diào)節(jié)基因突變(1%)[4]。其中無義突變以及小片段的插入和缺失容易導(dǎo)致mRNA含有提前終止密碼子，從而被無義介導(dǎo)的mRNA降解途徑選擇性降解[5]。即使有了蛋白質(zhì)產(chǎn)物，產(chǎn)物也無法有效被細胞分泌并在細胞內(nèi)被快速降解。這種類型的突變往往會導(dǎo)致Ⅰ型HAE。而單個氨基酸的替換所產(chǎn)生的錯義突變，尤其是發(fā)生在8號外顯子即編碼反應(yīng)中心的位置以及反應(yīng)中心上下游兩個關(guān)鍵鉸鏈區(qū)的突變，會使C1-INH能正常分泌但功能異常，無法與蛋白酶形成正常復(fù)合物，從而導(dǎo)致Ⅱ型HAE-C1-INH[6]。

C1-INH是人體內(nèi)一種重要的絲氨酸蛋白酶抑制劑。在補體系統(tǒng)中，C1-INH的功能不足或數(shù)量缺乏會導(dǎo)致C1分子不受控制地自身活化，啟動補體經(jīng)典激活途徑，裂解并消耗大量C4和C2補體分子，導(dǎo)致患者體內(nèi)C4的水平低于正常值，這對于HAE-C1-INH的鑒別診斷具有重要意義。另一方面，C1-INH不僅是C1分子活化的抑制劑，同時也是血漿中產(chǎn)生緩激肽的級聯(lián)反應(yīng)中重要的控制蛋白，在抑制FⅫ的自發(fā)活化、抑制FⅫ激活激肽釋放酶原、抑制激肽釋放酶對高分子激肽原的活化，以及抑制激肽釋放酶對FⅫ的反饋性活化中均有重要功能。C1-INH功能不足時，會導(dǎo)致內(nèi)皮細胞表面接觸系統(tǒng)的激活，F(xiàn)Ⅻ能夠自發(fā)活化為FⅫa，后者會將激肽釋放酶原轉(zhuǎn)化為激肽釋放酶，激肽釋放酶一方面能夠?qū)崿F(xiàn)正反饋調(diào)節(jié)，促進更多的FⅫ活化，一方面將緩激肽從高分子激肽原上切割下來。緩激肽則通過結(jié)合并激活緩激肽β2受體，釋放舒血管因子，破壞內(nèi)皮細胞鈣黏蛋白，使血管通透性增加，血漿進入細胞外組織間隙，導(dǎo)致水腫形成[6- 7]。

目前發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)HAE患者為常染色體顯性遺傳，其患者多為雜合子，理論上發(fā)揮功能的C1-INH的量應(yīng)該達到正常值的50%且不會引起臨床癥狀，然而患者體內(nèi)的C1-INH水平卻達不到預(yù)測值，并且相當(dāng)一部分僅為正常值的10%～15%[8]。針對這一現(xiàn)象，目前提出3種可能：(1)C1-INH與靶向蛋白酶結(jié)合會形成不可逆的復(fù)合物，而機體內(nèi)靶向蛋白酶分子的持續(xù)激活和被抑制造成原本水平就低的功能性C1-INH進一步減少[9]；(2)體外實驗發(fā)現(xiàn)，靶蛋白酶激活，尤其是接觸系統(tǒng)中蛋白酶激活會導(dǎo)致C1-INH從具有活性的110-kD形式轉(zhuǎn)化為不具活性的94-kD形式[10]；(3)突變的C1-INH蛋白會抑制野生型C1-INH分泌，有研究發(fā)現(xiàn)7號外顯子缺失會導(dǎo)致野生型C1-INH蛋白數(shù)量減少，從預(yù)計正常值的50%下降到11%，另外在8號外顯子發(fā)生20bp重復(fù)的患者中，突變沒有影響野生型合成，而是通過增強細胞內(nèi)降解作用或減少分泌來抑制胞外含量[8]。

HAE-nC1-INH

HAE-FⅫHAE-FⅫ于2000年首次被報道[11]，這種類型患者的臨床癥狀與HAE-C1-INH相似，但體內(nèi)C1-INH蛋白水平和功能均正常，而FⅫ基因發(fā)生突變。目前已發(fā)現(xiàn)的相關(guān)突變包括：(1)9號外顯子的兩種錯義突變，分別導(dǎo)致蘇氨酸到賴氨酸(Thr328Lys)和精氨酸(Thr328Arg)的突變；(2)9號外顯子和9號內(nèi)含子交界處72bp片段(c.971_1018+24del72)的刪除，該片段包含上述錯義突變的位點；(3)上述區(qū)域內(nèi)有1段18bp的重復(fù)(c.892_909dup)，導(dǎo)致6個氨基酸重復(fù)出現(xiàn)。以上幾種突變均位于FⅫ分子的Kringle區(qū)和胰蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶(Tryp-SPc)結(jié)構(gòu)域之間富含脯氨酸的連接肽中[4]。

目前FⅫ突變和FⅫ-HAE之間的病理機制尚不十分清楚。有推測認為，這種突變使得FⅫ功能增強，從而上調(diào)了接觸系統(tǒng)的活化，導(dǎo)致緩激肽產(chǎn)生增加。緩激肽受體拮抗劑(艾替班特)對于部分患者的效用也證實了接觸系統(tǒng)調(diào)控失常以及緩激肽的釋放是這種類型HAE的主要原因[12]。2016年，de Maat等[13]發(fā)現(xiàn)纖維蛋白溶酶在FⅫ突變所導(dǎo)致HAE的過程中起到重要作用，并推測FⅫ突變改變了蛋白質(zhì)的糖基化水平并引入了新的酶切位點，在纖維蛋白溶酶、激肽釋放酶或其他某種酶的作用下，F(xiàn)Ⅻ被酶切為一種新的形式，不僅能夠躲避C1-INH的抑制作用，同時能夠?qū)е逻^量緩激肽形成。而可溶性賴氨酸類似物(如εACA)能夠抑制纖維蛋白溶酶對FⅫ的活化作用，從而阻止這一機制發(fā)生，給HAE-FⅫ的治療也提供了新的思路。

此外HAE-FⅫ與其他類型不同的一點是，女性患病率及發(fā)病嚴重程度遠高于男性。有研究者發(fā)現(xiàn)，雌激素能通過結(jié)合到FⅫ啟動子的雌激素應(yīng)答元件上，刺激FⅫ合成[14]，從而推測當(dāng)FⅫ發(fā)生突變時，其功能活性進一步增強，導(dǎo)致女性發(fā)作頻率更高，也更加嚴重。

HAE-PLG少數(shù)HAE患者SERPING1和FⅫ基因均沒有發(fā)生突變，研究者也沒有尋找到相關(guān)致病基因，一直被歸為未知突變的HAE患者(HAE with unknown gene mutations，U-HAE)。2017年，Bork等[15]發(fā)現(xiàn)部分患者PLG基因的9號外顯子發(fā)生非保守錯義突變(c.9886A>G)，導(dǎo)致蛋白Kringle 3區(qū)賴氨酸到谷氨酸的轉(zhuǎn)變[p.Lys330Glu(K330E)]。目前共有24個無關(guān)聯(lián)的家系(包含105例HAE患者)被證明與PLG突變有關(guān)，且突變位點與類型相同[16]。PLG共有5個Kringle區(qū)，它們高度相似，是其他蛋白結(jié)合的識別位點，由賴氨酸結(jié)合位點調(diào)節(jié)，允許纖維蛋白溶解酶(原)分子和其他蛋白質(zhì)配體的賴氨酸殘基結(jié)合。在進化過程中，Kringle3區(qū)該突變位點上其他物種是高度保守的谷氨酸殘基，而人類的野生型為賴氨酸，表明人類的Kringle3區(qū)缺少賴氨酰結(jié)合位點。而此突變K330E導(dǎo)致患者和其他物種一樣，所以HAE-PLG也證明了人類PLG功能的改良與進化[17]。

PLG是一種絲氨酸蛋白酶，由肝臟合成，在人體血漿中循環(huán)，當(dāng)血液凝固時，PLG大量吸附在纖維蛋白網(wǎng)上，在纖溶酶原激活物(plasminogen activator，PA)的作用下被激活為纖溶酶，促使纖維蛋白溶解。除了在纖溶系統(tǒng)中發(fā)揮作用，纖維蛋白溶解酶原/纖溶酶還在細胞遷移、細胞外基質(zhì)降解和組織重建中發(fā)揮重要功能。目前有關(guān)PLG基因突變導(dǎo)致HAE的發(fā)病機制還有待研究。有研究者認為，p.Lys330Glu突變會改變纖維蛋白溶解酶(原)的結(jié)合能力，從而產(chǎn)生與血管通透性有關(guān)的不正?；蛐碌膹?fù)合物[17]。有推測認為，這種突變會使其更容易被PA激活，導(dǎo)致纖溶系統(tǒng)活化，同時伴隨有激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)(kallikrein-kinin system，KKS)激活及緩激肽產(chǎn)生[13]。另外根據(jù)HAE-FⅫ中的推測，PLG基因突變也許會對FⅫ的切割及活化產(chǎn)生影響，導(dǎo)致FⅫ活性增強。

目前針對這種突變，氨甲環(huán)酸和緩激肽2受體拮抗劑均有一定的治療效果[11]。氨甲環(huán)酸是纖維蛋白溶酶(原)Kringle區(qū)賴氨酸結(jié)合位點的競爭性抑制劑，對于HAE-C1-INH[18]、HAE-FⅫ[19]和HAE-PLG[15]有長期預(yù)防功能，但是具體的抗纖溶功能還不是很清楚。此外緩激肽β2受體拮抗劑也被證明對患者有效，表明緩激肽也是HAE-PLG發(fā)作過程中的關(guān)鍵因子[15]。

針對HAE-PLG的致病機制研究還不夠深入。同時由于不能對患者所有親屬進行檢測，因而無法測定其外顯率。目前尚無特異性的血漿檢驗來鑒別HAE-PLG，需要通過基因分型來診斷。由于該類型患者存在患舌水腫甚至上呼吸道阻塞的高風(fēng)險，所以及時診斷非常重要，即使還未曾發(fā)病，也需要及早重視和預(yù)防，因為可能會發(fā)生在任何年齡段[15]。

HAE-ANGPT 12017年，Bafunno等[20]利用全外顯子測序?qū)ξ粗蛔兊腍AE患者進行基因檢測，在其中一個家系中發(fā)現(xiàn)了ANGPT1的一種錯義突變(c.807G>T，p.A119S)，這種突變導(dǎo)致了蛋白產(chǎn)物多聚體形式的減少以及對自然受體內(nèi)皮細胞特異性酪氨酸激酶2(Tunica interna endothelial cell kinase 2，TIE2)結(jié)合能力的減弱。ANGPT1多聚體結(jié)構(gòu)對于結(jié)合TIE2非常重要，單體或者二聚體對于內(nèi)皮細胞受體的結(jié)合能力都很弱[21]。2018年，d’Apolito等[22]進一步證明這種能力的缺失是由于單倍劑量不足造成。

ANGPT1的主要功能是促進內(nèi)皮細胞生長，減少緩激肽誘發(fā)的血漿滲漏，同時穩(wěn)定正常成熟的血管[23]。此外，ANGPT1能夠拮抗血管內(nèi)皮因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)對于血管屏障的作用，VEGF通過促進血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的內(nèi)吞提高內(nèi)皮細胞通透性，而ANGPT1能通過維持內(nèi)皮細胞之間的黏附作用，促進血管穩(wěn)定[24]。TIE2是ANGPT 1的受體，ANGPT1-TIE2形成對于穩(wěn)定血管內(nèi)皮并調(diào)節(jié)其屏障功能具有重要作用[25]。ANGPT1突變對于HAE發(fā)病原因的探索有重要意義，把研究者的注意力從緩激肽上轉(zhuǎn)移到另一種調(diào)節(jié)血管通透性的方式。由于推測ANGPT1基因突變p.A119S是通過對內(nèi)皮細胞通透性調(diào)節(jié)的改變，從而產(chǎn)生反復(fù)發(fā)作的血管性水腫，所以激活TIE2受體通路或者能夠調(diào)節(jié)并穩(wěn)定血管通透性的藥物可能對于修復(fù)血管的屏障功能、防止血管滲漏起到一定的治療作用[22]。

總結(jié)與展望

HAE的發(fā)病機制涉及到3個系統(tǒng)之間的相互作用，包括C1-INH的表達及調(diào)節(jié)、接觸系統(tǒng)的激活及緩激肽的釋放、內(nèi)皮細胞黏著連接及血管通透性的調(diào)節(jié)。不同系統(tǒng)的異常需要采用不同的藥物和治療方式，這就要求醫(yī)生在面對HAE患者時做到準確的分型診斷。然而目前除了HAE-C1-INH可以通過血漿檢測C1-INH和C4分子的量來協(xié)助診斷外，HAE-nC1-INH均需要通過基因分型來鑒定，這對于患者的及時精準治療造成一定阻礙。此外除了上述4種和發(fā)病有關(guān)的基因外，還有相當(dāng)一部分HAE患者無法找到對應(yīng)的突變基因，需要進一步探索與研究。