胸主動(dòng)脈瘤及夾層的基因?qū)W研究進(jìn)展

張 薇 綜述， 王利新 ，2*， 符偉國(guó) ，2 審校

（1．復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院血管外科 復(fù)旦大學(xué)附屬血管外科研究所，上海 200032；2.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院廈門(mén)分院血管外科，廈門(mén) 361015）

主動(dòng)脈瘤及夾層 （aortic aneurysm and dissection,AAD）是主動(dòng)脈最常見(jiàn)的疾病，可導(dǎo)致主動(dòng)脈破裂和其他嚴(yán)重并發(fā)癥，危及生命。因起源于不同的胚層，胸主動(dòng)脈疾病和腹主動(dòng)脈疾病的流行病學(xué)和發(fā)病機(jī)制差異較大。胸主動(dòng)脈瘤及夾層（thoracic aneurysm and dissection,TAAD）平均發(fā)病年齡為65歲，升主動(dòng)脈部位發(fā)病則更早，且多為常染色體顯性遺傳的單基因致病[1]。腹主動(dòng)脈瘤平均發(fā)病年齡在75歲以上，多與動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等環(huán)境因素相關(guān)。在急性主動(dòng)脈疾病中，孤立性腹主動(dòng)脈夾層多為散發(fā)，其發(fā)生率＜2%，手術(shù)預(yù)后通常較好[2-3]。

部分TAAD病人家族史陽(yáng)性并伴其他疾病癥狀，表現(xiàn)為遺傳綜合征，如 Marfan綜合征（Marfan syndrome,MFS）、Loeys-Dietz綜合征 （Loeys-Dietz syndrome,LDS）和血管性Ehlers-Danlos綜合征 （vascular Ehlers-Danlos syndrome,VEDS）等，稱(chēng)為綜合征TAAD。大部分TAAD病人僅表現(xiàn)為主動(dòng)脈疾病，為無(wú)綜合征TAAD。這類(lèi)病人發(fā)病前通常無(wú)任何征兆，死亡率可高達(dá)80%[4-5]。TAAD可分為常染色體顯性遺傳的家族性 TAAD （familial TAAD，F(xiàn)TAAD）和散發(fā)性TAAD（sporadic TAAD，STAAD）。最新研究顯示，約有 30%的無(wú)綜合征病人為FTAAD，表現(xiàn)為常染色體顯性的不完全外顯遺傳，男性居多（3/4）[6]。目前已發(fā)現(xiàn)多個(gè)與FTAAD相關(guān)的致病基因。這些基因主要參與平滑肌收縮，細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix,ECM）形成以及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor beta，TGF-β）通路。 隨著 TAAD 基因?qū)W研究的深入，在STAAD病人中也發(fā)現(xiàn)了意義未明的突變位點(diǎn)（variants uncertain significance,VUS），其中部分 VUS 位于與FTAAD相同的致病基因中，且VUS數(shù)量與疾病嚴(yán)重程度呈數(shù)量正相關(guān)。因此，STAAD也與基因突變有關(guān)[7-10]?；谒l(fā)現(xiàn)的TAAD相關(guān)基因突變，基因編輯技術(shù)可通過(guò)定點(diǎn)編輯基因，建立動(dòng)物模型，研究 TAAD的發(fā)病機(jī)制，尋找有效的治療靶點(diǎn)，對(duì)降低TAAD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)并改善手術(shù)治療預(yù)后具有重要意義[11]。

TAAD的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及干預(yù)時(shí)機(jī)

胸主動(dòng)脈夾層發(fā)生時(shí)多伴主動(dòng)脈擴(kuò)張。流行病學(xué)研究建議其直徑達(dá)到5.5～6.0 cm時(shí)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，以避免發(fā)生主動(dòng)脈破裂和其他嚴(yán)重并發(fā)癥[12]。但60%以上的急性A型夾層發(fā)生時(shí)主動(dòng)脈直徑＜5.5 cm，甚至無(wú)主動(dòng)脈擴(kuò)張[13]。因此，僅以主動(dòng)脈直徑作為臨床干預(yù)指標(biāo)，可能錯(cuò)失某些高風(fēng)險(xiǎn)病人的最佳干預(yù)時(shí)機(jī)。臨床發(fā)現(xiàn)某些突變基因與TAAD高風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，可作為評(píng)估TAAD風(fēng)險(xiǎn)和干預(yù)時(shí)機(jī)的參考因素之一。

FTAAD病人常為單基因突變所致。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，不同致病基因突變的病人發(fā)病年齡和風(fēng)險(xiǎn)、疾病的嚴(yán)重程度具有明顯差異，且同一致病基因的不同突變形式，其臨床表現(xiàn)也不同[14]。因此，將基因檢測(cè)作為T(mén)AAD風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因素時(shí)，應(yīng)從不同的突變基因進(jìn)一步細(xì)分到不同的突變形式，建立更準(zhǔn)確的評(píng)估系統(tǒng)。此外，STAAD病人雖受高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化等環(huán)境因素影響較多，無(wú)明顯的遺傳模式，但基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)STAAD病人也存在VUS。其中約30%的VUS定位于FTAAD相關(guān)的致病基因[10]。且VUS的數(shù)量與疾病嚴(yán)重程度呈數(shù)量正相關(guān)，即VUS越多，TAAD癥狀越嚴(yán)重，無(wú)事件生存期越短[7-10]。因此，基因檢測(cè)對(duì)STAAD的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也具有參考價(jià)值。但其受環(huán)境因素影響較大，還應(yīng)結(jié)合環(huán)境因素來(lái)指導(dǎo)臨床干預(yù)。

FTAAD

目前已發(fā)現(xiàn)與FTAAD密切相關(guān)且具有較高外顯率的致病基因，包括 ACTA2、COL3A1、FBN1、LOX、MYH11、MYLK、PRKG1、SMAD3、TGFB2、TGFBR1 和 TGFBR2。 其中 ACTA2所占比例最高，可達(dá)12%～21%[15-18]。但仍有80%的FTAAD病人致病基因尚未明確。FTAAD病人可表現(xiàn)為MFS、LDS和VEDS等遺傳綜合征，還可合并主動(dòng)脈瓣二瓣化、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉、腹主動(dòng)脈瘤、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤和外周小動(dòng)脈瘤等其他心血管異常。FTAAD病人具有較高的TAAD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。同時(shí)建議其一級(jí)、二級(jí)親屬也進(jìn)行基因檢測(cè)，評(píng)估TAAD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[6]。

臨床流行病學(xué)顯示，不同基因突變的病人具有特定的TAAD臨床表現(xiàn)，可用于指導(dǎo)臨床干預(yù)時(shí)機(jī)和評(píng)估其他心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。例如FBN1突變的MFS病人很少合并其他心血管疾病，且主動(dòng)脈直徑＞5.5 cm時(shí)，其夾層發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)仍較低[19]。TGFBR1和TGFBR2突變的病人在主動(dòng)脈直徑＜5.0 cm時(shí)，夾層發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)就較高，并常伴其他動(dòng)脈瘤和夾層[20]。美國(guó)心臟病學(xué)基金會(huì)／美國(guó)心臟協(xié)會(huì) （ACCF/AHA）治療指南推薦，LDS病人（TGF-β信號(hào)通路基因突變）在主動(dòng)脈直徑達(dá)到4.2 cm時(shí)即進(jìn)行修復(fù)[12]。許多歐洲國(guó)家將主動(dòng)脈直徑達(dá)到5.0 cm作為MFS和LDS病人的干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)。與將4.2 cm作為干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)相比，5.0 cm病人夾層發(fā)生率的差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[21]。ACTA2突變時(shí)則更易形成急性主動(dòng)脈夾層，且1/3的夾層發(fā)生時(shí)主動(dòng)脈直徑＜5.0 cm。因此，建議ACTA2突變的病人主動(dòng)脈直徑達(dá)到4.5cm時(shí)即進(jìn)行修復(fù)[15,22]。

此外，同一基因的突變位點(diǎn)和形式不同時(shí)，也會(huì)有特定的臨床流行病學(xué)表現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)ACTA2的p.R179以及p.R258位點(diǎn)突變時(shí)，發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)明顯高于p.R185Q和p.R118Q位點(diǎn)突變，且單倍劑量不足的ACTA2突變無(wú)TAAD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[15]。又如MYH11錯(cuò)義突變的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)高于無(wú)義突變；位點(diǎn)16p13.1重復(fù)突變時(shí)的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加10倍，而缺失突變則無(wú)發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[23]。臨床研究還顯示同一致病基因突變的病人存在早發(fā)型亞群，可能也與不同突變形式相關(guān)。同時(shí)提示應(yīng)將年齡作為疾病干預(yù)指標(biāo)之一[14-15]。

STAAD

STAAD病人約占無(wú)綜合征病人的70%，無(wú)明顯的孟德?tīng)栠z傳定律。但利用二代測(cè)序技術(shù)（next-generation sequencing,NGS）和全基因組關(guān)聯(lián)分析 （genome-wide association study,GWAS）對(duì)急性STAAD病人測(cè)序時(shí)發(fā)現(xiàn)VUS。其中約30%的VUS位于FTAAD相同的致病基因中。進(jìn)一步分析顯示，F(xiàn)BN1的突變概率最高，發(fā)病年齡較早，病變程度更嚴(yán)重[6-1 0]。急性主動(dòng)脈夾層國(guó)際注冊(cè)研究（IRAD）對(duì)復(fù)發(fā)性?shī)A層相關(guān)因素的分析顯示，MFS病人更易復(fù)發(fā)夾層。由此推測(cè)FBN1突變?cè)赟TAAD病人中更普遍，往往與預(yù)后不良相關(guān)[2 4]。同時(shí)VUS攜帶的數(shù)量與TAAD嚴(yán)重程度具有數(shù)量相關(guān)性[1 0]。因此，基因檢測(cè)與流行病學(xué)發(fā)病結(jié)合可對(duì)TAAD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更全面的評(píng)估。尋找潛在的TAAD病人，進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，以進(jìn)一步提高TAAD的干預(yù)率。但應(yīng)注意，檢測(cè)結(jié)果中的大量VUS并非全部具有致病作用。因此，Kwartler等[25]提出結(jié)合流行病學(xué)和基礎(chǔ)研究，對(duì)基因檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)的基因突變進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定，建立完善的基因檢測(cè)評(píng)估體系，進(jìn)行更高效的臨床指導(dǎo)。

TAAD的分子發(fā)病機(jī)制及治療靶點(diǎn)

NGS和GWAS等技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了快速、高通量的全基因組分析，為疾病的基因?qū)W研究帶來(lái)極大便利。但基因檢測(cè)技術(shù)僅展示與疾病的相關(guān)性，無(wú)法確定與疾病發(fā)生的因果關(guān)系?；蚓庉嫾夹g(shù)，通過(guò)對(duì)基因進(jìn)行定點(diǎn)修飾，建立特定基因突變的動(dòng)物模型，驗(yàn)證基因突變與疾病之間的關(guān)系，進(jìn)而研究發(fā)病機(jī)制。從最初過(guò)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)到基因敲除的胚胎干細(xì)胞打靶技術(shù)，以及近年來(lái)實(shí)現(xiàn)基因定點(diǎn)修飾的CRISPR技術(shù)，大大提高了基因編輯的效率，推動(dòng)了疾病遺傳學(xué)和分子發(fā)病機(jī)制研究[26-27]。目前TAAD仍以手術(shù)治療為主，包括開(kāi)放手術(shù)和腔內(nèi)治療。但手術(shù)并不能阻止主動(dòng)脈病變的進(jìn)一步發(fā)展。手術(shù)后病人10年生存率僅為30%～60%[28-31]。TAAD致病基因和發(fā)病機(jī)制的研究有助于尋找治療靶點(diǎn)。通過(guò)藥物預(yù)防TAAD形成，輔助手術(shù)治療遏制主動(dòng)脈進(jìn)一步病變，極大地改善病人預(yù)后。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的TAAD致病基因主要分為3類(lèi)。①與平滑肌收縮功能相關(guān)的基因突變：有參與合成粗、細(xì)肌絲的MYH11和ACTA2，促進(jìn)收縮的蛋白輕鏈激酶MYLK和抑制收縮的蛋白激酶PRKG1，參與細(xì)胞骨架構(gòu)成的細(xì)絲蛋白FLAN等。②編碼合成ECM成分的基因：包括原纖蛋白FBN1，膠原蛋白 COL3A1、COL5A1、COL1A2 等，以及催化彈性蛋白和膠原蛋白交聯(lián)的賴(lài)氨酰氧化酶LOX等。③TGF-β信號(hào)通路分子：有 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3 和 SMAD3等。這些基因發(fā)生突變時(shí)會(huì)影響平滑肌的正常收縮功能，破壞平滑肌和ECM之間的正常連接，導(dǎo)致壓力傳導(dǎo)障礙。TGF-β信號(hào)通路異常，影響細(xì)胞生長(zhǎng)、分化等過(guò)程。目前對(duì)TAAD發(fā)病機(jī)制的研究主要集中在平滑肌收縮性和TGF-β信號(hào)通路異常兩方面。其他相關(guān)通路異常也逐漸被發(fā)現(xiàn)。

平滑肌收縮性

當(dāng)前研究認(rèn)為，TAAD發(fā)生主要是血流動(dòng)力負(fù)荷增加，破壞病變主動(dòng)脈壁所導(dǎo)致，而TFG-β信號(hào)通路異常激活，可能是平滑肌-ECM收縮單元功能障礙后的補(bǔ)償機(jī)制[32-34]。現(xiàn)已確定的致病基因 ACTA2、MYH11、MYLK、PRKG1 突變后會(huì)影響平滑肌的收縮性。編碼ECM成分的基因突變后，也會(huì)使ECM和平滑肌之間的連接異常，平滑肌收縮障礙，不能正常傳導(dǎo)壓力。TGF-β信號(hào)通路中的分子表達(dá)異常時(shí)，還會(huì)影響早期平滑肌的正常分化，使主動(dòng)脈壁功能異常。有學(xué)者對(duì)STAAD病人的VUS進(jìn)行通路功能分析，發(fā)現(xiàn)大部分VUS位于平滑肌收縮功能的基因中[35]。

臨床研究也顯示，影響平滑肌收縮功能的降壓藥會(huì)增加TAAD的風(fēng)險(xiǎn)和手術(shù)干預(yù)率。Doyle等[36]通過(guò)回顧性分析發(fā)現(xiàn)，鈣離子通道阻滯劑促進(jìn)TAAD的發(fā)生，增加擇期手術(shù)率。MFS和藥物建立的夾層動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，影響平滑肌收縮功能的降壓藥物肼屈嗪和鈣離子等，會(huì)加速TAAD進(jìn)展[36-37]。β受體阻滯劑主要通過(guò)降低心率和心排出量來(lái)降低血壓，對(duì)TAAD病人具有保護(hù)作用。還有研究顯示，增強(qiáng)平滑肌收縮的藥物可降低夾層的發(fā)生率[38]。因此，平滑肌收縮性異常與TAAD形成具有密切關(guān)系。筆者單位通過(guò)夾層的代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)，磷酸鞘氨醇的受體在調(diào)節(jié)血壓和平滑肌收縮性方面具有重要作用，可能成為治療TAAD潛在的靶點(diǎn)[39]。

TGF-β信號(hào)通路

目前研究較多的是TGF-β信號(hào)通路，其對(duì)TAAD發(fā)病有重要作用。當(dāng) TGF-β信號(hào)通路中的 TGFBR1、TGFBR2、TGFB2、TGFB3和SMAD3等基因發(fā)生突變時(shí)，可導(dǎo)致LDS，出現(xiàn)MFS的某些癥狀，具有極高的TAAD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。在FBN1缺失突變的MFS小鼠模型中，敲除TGFBR1或抑制幼年小鼠的TGF-β信號(hào)通路，會(huì)促進(jìn)TAAD的發(fā)生[40-41]。在許多TAAD小鼠模型，如FBN1突變（包括敲除、單倍劑量不足、錯(cuò)義突變）、TGFBR1或TGFBR2敲除、FBLN4敲除等，發(fā)現(xiàn)TGF-β信號(hào)通路異常激活，其多克隆抗體可減緩MFS小鼠的主動(dòng)脈根部擴(kuò)張和中膜病理變化[42]。因此，對(duì)于TGF-β信號(hào)通路在TAAD發(fā)病中的作用存在較大爭(zhēng)議。

進(jìn)一步分析TGF-β下游分子發(fā)現(xiàn)，TAAD主要與非經(jīng)典通路ERK1/2異常激活相關(guān)，而經(jīng)典通路SMAD則在早期具有促進(jìn)平滑肌分化和收縮性蛋白質(zhì)表達(dá)的重要作用[43]。研究還發(fā)現(xiàn)，血管緊張素AngⅡ的1型受體AT1R通路在幼年MFS小鼠上調(diào)，在敲除ACTA2的TAAD小鼠模型中亦上調(diào)，并促進(jìn)ERK1/2磷酸化[15]。給予這些小鼠模型AT1R阻滯劑洛沙坦后，明顯改善主動(dòng)脈擴(kuò)張和夾層發(fā)生率。因此，AT1R通路在TAAD形成早期可能異常激活，進(jìn)而TGF-β非經(jīng)典信號(hào)通路異常激活，促進(jìn)TAAD的形成。據(jù)此，有學(xué)者提出早期應(yīng)用洛沙坦聯(lián)合晚期加用β受體阻滯劑，以降低MFS病人的TAAD發(fā)生率[11]。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，洛沙坦對(duì)20%fibrillin-1（FBN1編碼）缺失的MFS小鼠模型并無(wú)TAAD抑制作用，提示可能還存在TAAD的其他發(fā)病機(jī)制[44]。

另一方面，多項(xiàng)臨床試驗(yàn)對(duì)洛沙坦治療MFS的效果進(jìn)行研究。前瞻性臨床試驗(yàn)Dutch COMPARE顯示，與β受體阻滯劑等常規(guī)治療相比，洛沙坦可顯著減少主動(dòng)脈根部擴(kuò)張[45]。進(jìn)一步分析顯示，年輕MFS病人呈FBN1單倍劑量不足突變的獲益最大[46]。但另一項(xiàng)針對(duì)年輕 MFS病人（6個(gè)月～25歲）的大型臨床藥物試驗(yàn)顯示，洛沙坦和β受體阻滯劑對(duì)減緩主動(dòng)脈根部擴(kuò)張的效果差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[47-48]。因此，對(duì)于洛沙坦的作用，有待更多基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)證實(shí)，確定其是否具有抑制TAAD形成的作用以及適用的病人亞群。

除了TGF-β信號(hào)通路，研究還發(fā)現(xiàn)平滑肌ROS信號(hào)通路激活、平滑肌凋亡、基質(zhì)金屬蛋白酶分泌增多等，也可能促進(jìn)TAAD的形成。因此，TAAD發(fā)病機(jī)制還需深入研究，尋找有效的治療靶點(diǎn)，預(yù)防TAAD并改善預(yù)后[15,49-51]。

結(jié) 論

TAAD的基因?qū)W研究不僅有助于評(píng)估發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和干預(yù)時(shí)機(jī)，而且促進(jìn)TAAD發(fā)病機(jī)制的研究，尋找藥物治療靶點(diǎn)。高通量基因組測(cè)序技術(shù)和基因編輯技術(shù)的發(fā)展為可疑致病基因突變的篩查、突變與疾病關(guān)系的驗(yàn)證以及發(fā)病機(jī)制的研究提供了極大的便利。面對(duì)基因測(cè)序中發(fā)現(xiàn)的大量意義未明的突變位點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合流行病學(xué)和基礎(chǔ)研究分析其致病效能，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而建立有效的評(píng)估體系。