鮮紅斑痣相關(guān)基因及激酶的研究進展

迪麗努爾·吾甫爾，丁媛，康曉靜

(新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院新疆皮膚病研究重點實驗室，烏魯木齊 830001)

鮮紅斑痣也稱葡萄酒色斑、微靜脈畸形，主要表現(xiàn)為人體皮膚先天性毛細血管畸形。鮮紅斑痣在新生兒中的發(fā)病率為3‰～5‰，好發(fā)于頭面部，出生時皮損表現(xiàn)為數(shù)個淡紅、暗紅或紫紅色斑片，隨著年齡的增長，皮損顏色加深變紅、變紫，70%的患者皮損可發(fā)展成結(jié)節(jié)、化膿性肉芽腫等[1]。鮮紅斑痣可伴發(fā)多種綜合征，包括Sturge-Weber綜合征(Sturge-Weber syndrome，SWS)、Klippel-Trénaunay綜合征、Parkes-Weber綜合征以及毛細血管畸形-動靜脈畸形綜合征(capillary malformation-arteriovenous malformation syndrome，CM-AVM)、巨唇癥等，嚴重影響患者的身心健康，甚至可危及生命[2]。鮮紅斑痣的發(fā)病機制仍不清楚，但與很多因素密切相關(guān)，如體細胞基因突變、血管組成異常、血管生長相關(guān)因子異常、組織中蛋白激酶異?；罨?、血管神經(jīng)比例變化等。大量研究證明，鮮紅斑痣與其相關(guān)綜合征的發(fā)病與鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白q多肽(guanine nucleotide-binding protein q subunit alpha，GNAQ)、RAS p21蛋白激活因子1(RAS p21 protein activator 1，RASA1)基因以及磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等激酶密切相關(guān)[3-6]。以上基因及激酶在鮮紅斑痣發(fā)生、發(fā)展的分子機制中扮演重要角色。目前鮮紅斑痣的治療方式多為激光、光動力等光電治療手段，但明確其分子水平的發(fā)病機制可為今后的治療提供新思路?，F(xiàn)就鮮紅斑痣相關(guān)GNAQ基因、RASA1基因以及MAPK、PI3K等激酶在鮮紅斑痣發(fā)病機制中的作用予以綜述。

1 GNAQ基因

G蛋白根據(jù)其α亞單位分為4個家族，包括Gi、Gs、G12/13和Gq，Gq家族包含4個成員：Gq、G11、G14和G15/16[7]。GNAQ基因編碼異源三聚體G蛋白的α亞基，異源三聚體G蛋白屬于膜結(jié)合型鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)酶家族[8-9]，與G蛋白偶聯(lián)受體相關(guān)。當(dāng)配體與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合時受體激活，導(dǎo)致G蛋白變性，并在α亞基中將鳥苷二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)镚TP導(dǎo)致α亞基從β和γ亞基中解離，從而激活下游信號通路，包括MAPK[9]。這種功能突變將持續(xù)激活下游信號通路，導(dǎo)致毛細血管畸形[8]。據(jù)相關(guān)文獻報道，GNAQ基因(c.548G>A；p.Arg183Gln)的體細胞突變與鮮紅斑痣和SWS等相關(guān)[10]，在色素性毛細血管擴張癥中也發(fā)現(xiàn)了該基因的體細胞突變[11]。同時，GNAQ中的p.Q209L體細胞突變也被發(fā)現(xiàn)與葡萄膜黑色素瘤、先天性血管瘤相關(guān)[12]。上述研究表明多種皮膚病存在GNAQ基因的突變。

1.1GNAQ基因與鮮紅斑痣/SWS 2013年，Shirley等[5]首次在92%(12/13)鮮紅斑痣患者以及88%(23/26)SWS患者中發(fā)現(xiàn)了GNAQ基因(c.548G>A；p.Arg183Gln)的體細胞突變，提示這種突變可能導(dǎo)致鮮紅斑痣和SWS。Tan等[13]使用激光顯微切割技術(shù)從10例鮮紅斑痣患者的皮損中分離出血管、表皮、毛囊/腺體和結(jié)締組織，利用巢式聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)檢測出GNAQ(R183Q)基因突變，表明GNAQ基因的體細胞突變在鮮紅斑痣中引起了多系分化。然而，鮮紅斑痣血管中GNAQ(R183Q)基因的平均突變率為7%～8%[13-14]，與從整個皮損組織中獲得的GNAQ(R183Q)突變頻率相比顯著增加[5]。這一結(jié)果提示GNAQ(R183Q)基因主要存在于血管。GNAQ(R183Q)基因在SWS腦血管內(nèi)皮細胞中的平均突變頻率為18%～27%[8,14]，提示其在SWS腦血管畸形的發(fā)病中可能起主要作用。Couto等[14]對13例鮮紅斑痣患者的皮損進行微滴式數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)和下一代測序發(fā)現(xiàn)，在鮮紅斑痣的血管內(nèi)皮細胞中發(fā)現(xiàn)GNAQ(R183G)基因突變，突變等位基因頻率為2%～11%，同時提出疾病嚴重程度與血管內(nèi)皮細胞突變等位基因之間存在聯(lián)系，認為病情嚴重者突變等位基因頻率較高。

以往均是在西方人群鮮紅斑痣患者中發(fā)現(xiàn)GNAQ(R183G)基因突變。近年Cai等[15]在東亞地區(qū)鮮紅斑痣患者中發(fā)現(xiàn)了GNAQ(R183G)基因突變，提示GNAQ(R183G)基因突變參與不同種族人群鮮紅斑痣的發(fā)生。有學(xué)者推測GNAQ(R183G)基因突變率可能與鮮紅斑痣的臨床表現(xiàn)有關(guān)。Lee等[16]通過對70例患者(63例鮮紅斑痣患者、7例SWS患者，共91個組織標本)和14例健康人的組織標本進行研究，采用數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)對GNAQ(R183G)基因突變的細胞豐度進行定量分析，結(jié)果顯示，71.4%(50/70)的患者發(fā)生了GNAQ(R183G)基因突變，上面部區(qū)域(包括前額、眉毛和上眼瞼)發(fā)生病變者GNAQ(R183G)基因陽性突變率明顯高于皮損在其他區(qū)域的患者；鮮紅斑痣累及上、中(下眼瞼、外眥區(qū)、鼻側(cè)壁和鼻翼、臉頰、上唇和人中)、下(下唇、下巴和耳前區(qū))面部區(qū)域者GNAQ(R183G)基因的陽性突變率明顯高于累及一個或兩個區(qū)域的患者；粉紅、紫紅型鮮紅斑痣患者GNAQ(R183G)基因的陽性突變率高于增厚結(jié)節(jié)型。以上數(shù)據(jù)為研究SWS與累及上面部鮮紅斑痣之間的關(guān)系提供了遺傳學(xué)線索，可能有助于更具體地研究鮮紅斑痣的基因型-表型關(guān)聯(lián)。

迄今為止，GNAQ(R183G)基因突變是唯一的在大多數(shù)鮮紅斑痣/SWS患者中一致報告的體細胞突變，但這種突變與其在內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)化中的潛能聯(lián)系仍需要進一步研究。

1.2GNAQ基因與巨唇癥 巨唇癥是指鮮紅斑痣伴有軟組織和嘴唇肥大，是先天性進行性毛細血管畸形的一種特殊類型，其病因尚未完全闡明。除皮膚和黏膜組織受累外，常伴有中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常及大腦或小腦畸形[17]。巨唇癥的治療一直是學(xué)者們最關(guān)注的問題，因為激光穿透深度有限，所以更多的患者需要行唇成形術(shù)，但在臨床治療中發(fā)現(xiàn)，即使以前做過手術(shù)，由于基因突變的存在，肥厚也是進展性的，最終導(dǎo)致巨唇復(fù)發(fā)。如果能在早期預(yù)測巨唇癥的發(fā)生，早期行激光干預(yù)治療，可延緩黏膜肥厚增生改變。Ma等[18]的研究分析了20例巨唇癥患者80個不同受累組織(包括皮膚、黏膜、腺體和肌肉)中GNAQ基因的突變頻率，發(fā)現(xiàn)在腺體樣本中無GNAQ基因突變，但在皮膚、黏膜和肌肉樣本中GNAQ基因突變率分別為90%、95%和95%，從而推測GNAQ基因突變存在于唇黏膜。因而無論是否存在鮮紅斑痣皮膚改變，GNAQ基因突變均可作為早期巨唇癥的預(yù)測因子，在肥厚出現(xiàn)前進行激光治療可增加紅斑的清除率。生化數(shù)據(jù)顯示，GNAQ(R183Q)基因突變位于GTP結(jié)合區(qū)，只可誘導(dǎo)少量的胞外信號調(diào)節(jié)激酶激活[5]。在蛋白質(zhì)相互作用模型中，R183G突變會導(dǎo)致α亞基和鳥苷二磷酸中的2個氫鍵斷裂，從而使它們的結(jié)合不穩(wěn)定[19]，推測GNAQ(R183Q)基因突變可能是激活α亞基的一個重要因素，但并不是唯一因素。GNAQ(R183Q)基因和其他基因及激酶(如RASA1、MAPK、PI3K)的改變可能共同促進鮮紅斑痣的進展。

2 RASA1基因

雖然大多數(shù)鮮紅斑痣患者發(fā)生了GNAQ(R183Q)基因突變，但其他位點的突變也參與鮮紅斑痣的發(fā)病。RASA1基因編碼p120-RasGTP酶激活蛋白，p120-RasGTP酶激活蛋白是一種負調(diào)控因子[20]，通過其C端催化結(jié)構(gòu)域促進GTP水解，將Ras轉(zhuǎn)化為鳥苷二磷酸結(jié)合形式[21]。RASA1基因的結(jié)構(gòu)域參與蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)等蛋白質(zhì)間的相互作用，調(diào)節(jié)多種細胞的增殖、遷移和存活，包括血管內(nèi)皮細胞[22]。RASA1基因參與的突變通常是閱讀框中的缺失或催化結(jié)構(gòu)域的突變，導(dǎo)致RASA1翻譯的移位或過早終止，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)截斷，并使RasGTP酶激活蛋白結(jié)構(gòu)域失活[23]。近些年，學(xué)者們在血管畸形(包括AVM、SWS、Klippel-Trénaunay綜合征、Parker-Weber綜合征)患者中發(fā)現(xiàn)了RASA1基因突變(體細胞二次突變)[24-25]，而這種種系突變提示先天性血管畸形具有遺傳易感性?；蜩b定有助于深入了解家族遺傳性和散發(fā)性毛細血管畸形以及鮮紅斑痣相關(guān)綜合征的發(fā)病機制。

2.1RASA1基因與鮮紅斑痣 RASA1基因突變與鮮紅斑痣發(fā)病的關(guān)系仍不明確。Eerola等[26]對13個家族性鮮紅斑痣進行了全基因組連鎖分析，采集了60例鮮紅斑痣患者和51例非鮮紅斑痣患者的血液或口腔拭子樣本發(fā)現(xiàn)，突變基因位于5q14～21；進一步研究發(fā)現(xiàn)，此突變基因為RASA1，位于5q13.1～14.3[27]。Maruani等[28]對113例(2～12歲)下肢鮮紅斑痣兒童的研究發(fā)現(xiàn)，在有RASA1基因突變的兒童中，鮮紅斑痣多為雙側(cè)和多灶性；在無CM-AVM綜合征的散發(fā)性下肢毛細血管畸形患兒中，RASA1基因突變很少見。以上研究證實鮮紅斑痣具有異質(zhì)性，但并未證實RASA1基因突變與鮮紅斑痣發(fā)病相關(guān)。Troilius Rubin等[27]在65例有陽性家族史且僅有鮮紅斑痣和175例陰性家族史且僅有鮮紅斑痣的患者血樣中未發(fā)現(xiàn)RASA1基因的突變。目前RASA1基因與無伴發(fā)綜合征的鮮紅斑痣的發(fā)病是否相關(guān)，仍有待探究。

2.2RASA1基因與CM-AVM CM-AVM是一種常染色體顯性遺傳病，與RASA1基因的遺傳失活突變有關(guān)，尤其是當(dāng)患者表現(xiàn)出一個或多個局灶性皮膚鮮紅斑痣，或與動靜脈畸形、動靜脈瘺或淋巴管畸形共同發(fā)生時[29]。RASA1的體細胞“二次突變”是CM-AVM發(fā)展的必要條件，RASA1可能在血管生成過程中參與調(diào)節(jié)細胞的增殖和分化[30]。Lapinski等[31]檢測4例CM-AVM患者RASA1的體細胞突變情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4例患者均顯示出雜合子RASA1基因突變，并在其中1例患者的病變組織中發(fā)現(xiàn)了體細胞失活RASA1基因突變(c.1534C>T，p.Arg512*)。在以上4例患者的內(nèi)皮細胞內(nèi)特異性檢測到體細胞RASA1基因突變，且與生殖系RASA1基因突變呈反式，據(jù)此推測內(nèi)皮細胞體細胞RASA1基因突變可能參與CM-AVM的發(fā)展。Lapinski等[31]的研究為CM-AVM發(fā)病機制的“二次突變學(xué)說”提供了明確的證據(jù)。Revencu等[22]在研究68個CM-AVM家系RASA1基因突變及相關(guān)表型時發(fā)現(xiàn)，RASA1基因突變導(dǎo)致CM-AVM發(fā)生，并鑒定出43個新的RASA1基因突變位點，其中大多數(shù)表達功能喪失，但在鮮紅斑痣或SWS或CM-AVM患者中未發(fā)現(xiàn)RASA1基因突變。目前可明確的是RASA1基因與CM-AVM的發(fā)病有關(guān)，但RASA1基因與不伴并發(fā)癥的鮮紅斑痣的發(fā)病是否相關(guān)仍存在爭論。

3 鮮紅斑痣血管中MAPK和PI3K的異常激活

在鮮紅斑痣/SWS皮損中發(fā)現(xiàn)的GNAQ(R183Q)的體細胞突變支持基因突變理論[6]。體細胞的基因突變可能導(dǎo)致人類胚胎發(fā)育過程中血管中MAPK和(或)PI3K信號通路失調(diào)，從而導(dǎo)致鮮紅斑痣/SWS的發(fā)病和進展[1]。GNAQ、RASA1、肝配蛋白B受體(ephrin type-B receptor,EphB)4、內(nèi)皮細胞特異性酪氨酸激酶受體-2等基因的突變以及EphB1/EfnB2(Ephrin-B2)的共表達導(dǎo)致MAPK激活，PI3K催化亞基α多肽(PI3K catalytic α polypeptide，PIK3CA)基因的體細胞突變(G1049N)激活A(yù)kt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路，如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)A和VEGF受體2在鮮紅斑痣中被發(fā)現(xiàn)表達上調(diào)，進而激活MAPK[32]。總之，以上因素導(dǎo)致MAPK和PI3K信號通路異常激活，從而導(dǎo)致細胞增殖、遷移、存活、細胞骨架重排以及血管通透性增加，最終導(dǎo)致鮮紅斑痣/SWS發(fā)生[6]。MAPK和PI3K在血管系統(tǒng)的發(fā)育中均起著重要作用，PI3K參與的通路可誘導(dǎo)血管生成和血管通透性增加，而MAPK參與的通路主要誘導(dǎo)血管生成[33]。

3.1MAPK MAPK是一個絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，控制細胞的多種生物學(xué)過程，如增殖、分化、遷移、凋亡等。在哺乳動物中，MAPK包括3個主要家族：c-Jun氨基端激酶、胞外信號調(diào)節(jié)激酶和p38 MAPK[30]。有研究在先天性血管瘤中發(fā)現(xiàn)了MAPK相關(guān)基因的體細胞突變，如MAPK激酶、MAPK激酶激酶、EphB4和促血管生成素受體[34-37]，但其具體作用機制還需進一步研究。近年Al-Olabi等[38]研究發(fā)現(xiàn)，36.0%(9/25)的高流速血管畸形患者和7.4%(10/135)低流速血管畸形患者(包括鮮紅斑痣)存在許多與MAPK通路相關(guān)的基因突變，如Kirsten大鼠肉瘤病毒致癌基因同源物突變、神經(jīng)母細胞瘤RAS病毒致癌基因同源物突變、鼠類肉瘤濾過性毒菌致癌性同源體B1突變。MAP2K1(K57N)、MAP2K1(Q58del)和BRAF(V600E)的特異性突變在胞外信號調(diào)節(jié)激酶上表現(xiàn)出強烈的激活作用，這可能是MAPK通路在無家族史血管畸形病例中顯著激活的原因。此外，BRAF抑制劑維拉非尼可以恢復(fù)AVM-鼠類肉瘤濾過性毒菌致癌性同源體B1突變斑馬魚模型的血流量[38]。鮮紅斑痣中，MAPK激活的主要依據(jù)有：①鮮紅斑痣中VEGF-A和VEGF受體2上調(diào)可導(dǎo)致VEGF受體2激活并隨后激活MAPK；②環(huán)境應(yīng)力，如基質(zhì)成分中膠原纖維的增生和紊亂，以及擴張的鮮紅斑痣血管中血流剪切力的變化；③EphB1 和EfnB2信號通路的改變，EphB1正向和EfnB2反向信號均能激活MAPK通路，推測MAPK通路的上調(diào)是由于EphB1和EfnB2在鮮紅斑痣內(nèi)皮細胞中的共同表達；④遺傳性體細胞突變，如RASA1和GNAQ基因[32]。

3.2PI3K PI3K是調(diào)節(jié)細胞增殖、代謝、蛋白質(zhì)合成和存活的激酶家族[4]，是由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成的異源二聚體[39]。PI3K激活后在質(zhì)膜上可產(chǎn)生第二信使三磷酸磷脂酰肌醇，后者可與細胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域的信號蛋白Akt和丙酮酸脫氫酶激酶同工酶1結(jié)合，促使丙酮酸脫氫酶激酶同工酶1磷酸化Akt蛋白的Ser308位點，導(dǎo)致Akt活化?；罨腁kt通過磷酸化多種酶、激酶和轉(zhuǎn)錄因子等的下游分子，進而調(diào)節(jié)細胞的功能[40]。Akt是PI3K下游主要的效應(yīng)物。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因編碼的磷酸酶與PI3K的作用相反，其可降低活化的Akt水平[34]。Akt磷酸化結(jié)節(jié)性硬化癥1/2，可阻止其對小G蛋白Rheb(Ras homology enriched in brain)的負調(diào)控，進而使Rheb富集，并可以使對雷帕霉素敏感的mTOR復(fù)合體活化，后通過PI3K/Akt/mTOR途徑誘導(dǎo)血管生成和增加血管通透性，從而參與鮮紅斑痣的發(fā)展過程[30]。Lian等[6]報道了1例70歲老年男性單側(cè)面部增厚結(jié)節(jié)型鮮紅斑痣病例，并對患者皮損及其周圍正常皮膚行下一代測序，結(jié)果在皮損中發(fā)現(xiàn)了PIK3CA基因的體細胞突變(G1049N)。

不同激酶參與鮮紅斑痣不同階段的發(fā)生發(fā)展，c-Jun氨基端激酶和胞外信號調(diào)節(jié)激酶在鮮紅斑痣組織中首先被激活，Akt和PI3K隨后被激活，參與鮮紅斑痣血管的肥厚性發(fā)展，磷酸肌醇磷脂酶C-γ最晚被激活，可能參與結(jié)節(jié)形成[3]。在鮮紅斑痣結(jié)節(jié)形成過程中，這些激酶的異常激活從單層內(nèi)皮細胞擴展到整個血管基質(zhì)和成纖維細胞[4]。PIK3CA(G1049N)基因可引起內(nèi)皮細胞過度增殖，從而導(dǎo)致鮮紅斑痣肥大和結(jié)節(jié)形成[1]。Tan等[3]對11例鮮紅斑痣患者(9例成人、2例兒童)的19個皮膚活檢標本進行免疫組織化學(xué)檢測后發(fā)現(xiàn)，兒童和成人鮮紅斑痣血管中c-Jun氨基端激酶、胞外信號調(diào)節(jié)激酶和p70核糖體s6激酶連續(xù)激活。Akt和PI3K在許多成人肥厚性鮮紅斑痣血管中被激活，但在嬰兒中未發(fā)現(xiàn)激活，且磷酸肌醇磷脂酶C-γ可在結(jié)節(jié)型鮮紅斑痣血管中有較強的活化[4]。除PIK3CA基因的體細胞突變外，鮮紅斑痣中還發(fā)現(xiàn)了許多新的體細胞突變，如肌動蛋白依賴的染色質(zhì)調(diào)控因子超家族A成員4突變、促紅細胞生成素產(chǎn)生干細胞A型受體突變、血小板衍生生長因子受體β突變等[6]。

4 小 結(jié)

鮮紅斑痣的發(fā)病機制尚未完全清楚，目前主要有兩種理論：一是血管缺少神經(jīng)支配導(dǎo)致鮮紅斑痣發(fā)生，另一個是體細胞突變導(dǎo)致血管發(fā)育紊亂。鮮紅斑痣病變的嚴重程度和累及范圍取決于突變發(fā)生時的發(fā)育階段。GNAQ等體細胞突變是鮮紅斑痣發(fā)病的主要原因，且鮮紅斑痣患者血管中GNAQ基因突變以及MAPK和PI3K的異常激活均能在鮮紅斑痣的不同時期產(chǎn)生不同的作用。盡管分子水平的研究取得了一定進展，但進一步研究具有血管畸形表型的動物模型將會為明確鮮紅斑痣的發(fā)病機制提供更好的證據(jù)。此外，不能排除非MAPK/PI3K信號通路參與鮮紅斑痣發(fā)病機制的可能性。未來可以對這些突變基因及相關(guān)分子進行深入的功能學(xué)研究，以進一步揭示鮮紅斑痣的發(fā)生機制，為開發(fā)更有效的治療方法提供新思路。