血管异常类疾病的遗传学研究

      人体血管的发育形成受各种血个管生长因子严格而精准的调控。从最初的胚治期细胞分化和血管发生（valogenesis)到成熟血管的修饰，生长因子家族及各自受体互相协作，有序而精准地调控着每步。出生后，生长因子能刺激循环多能造血干细胞分化为新生血管。编码这些生长调控因子的基因的先天或后天缺陷都会导致一系列的血管异常(vascularanomalies),造成新生儿死亡或在随后的生长中慢性发作。血管异常的发生与遗传、环境、激素以及外界作用力等多种因素有关。近年来，随着分子遗传学研究手段的不断进步，科学家们发现了一系列与血管异常相关的遗传与分子决定性因素，这些研究发现帮助我们更加深人地了解血管发生与血管生成的分子机制，为基因检测的临床运用提供了可能，也为血管异常相关疾病的治疗提供了新的策略。
一、血管异常
      血管异常可分为两类：血管肿瘤(vascular tumor）与血管畸形(vascular malformation)。血管肿瘤包括婴幼儿期血管瘤、簇状血管瘤、卡波西样血管内皮瘤(Kaposiform hemangioendothelioma,KHE)、婴儿血管内皮细胞瘤、梭形细胞血管内皮瘤等。血管瘤是婴幼儿期常见的肿瘤，发生在1.1%-2.6%的新生儿身上，1岁幼儿患病率高达10%-12%，通常在婴儿出生后1-4周内出现并迅速增殖生长，然后在1岁半以后逐渐自行消退。血管畸形包括毛细血管畸形、静脉畸形、动脉畸形、淋巴管畸形、毛细血管扩张症以及合并或混合型血管畸形等。血管畸形通常出生时即存在，与患者生长发育同步，没有明显的增生期，且鲜少出现自行消退。有关血管瘤的遗传学研究较少，仅报道了一个位于染色体5q31-35区域的位点。此外，还发现了两个体细胞突变:位于血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)的P1147S与位于血管内皮生长因子受体3(VEGFR3)的P954S,但这两个突变与血管瘤疾病间的关系以及作用机制仍未知。相反，分子遗传学研究报道了一系列血管畸形的致病基因。 
二、脑海绵状血管畸形的遗传学研究进展
      脑海绵状血管畸形( cerebral cavernous malformation, CCM )( OMIM 116860 )是一种中枢神经系统先天性血管疾病。临床表现为癫痫、出血性休克和局部神经功能障碍等症状，也有部分病人无症状。临床上CCM表现为散发性( 33%~ 50% )与家族遗传性( 50%~ 67% )两种发病形式，后者以常染色体不完全显性的方式遗传。目前已克隆出3个与遗传性CCM相关的致病基因，分别是位于染色体7q21.2的CCM1( MIM604214 )，位于染色体7p13的CCM2(MIM607929 )和位于染色体3q26.1的CCM3 ( MIM609118 )。CCM1家系和CCM3家系中存在不完全显性的现象，外显率分别为88%和63%，CCM2家系则完全外显。
（一）CCM1
      CCM1基因是第一个发现的CCM致病基因。1995年，Dubovsky等应用微卫星标记技术对一个西班牙裔CCM家系进行连锁分析，将致病基因定位到染色体7q11-q22，随后Gunel等进一步将区段缩小到7q11.2-q21。经过数年努力，研究者们在该区域成功克隆CCM1。
      CCM1基因编码KRIT1 ( krev interaction trapped 1 )蛋白，因此CCM1也称为KRIT1基因。目前报道的KRIT1基因突变类型包括错义突变、无义突变、移码突变以及剪接错误等，其中移码突变和无义突变为主要类型。功能缺失性突变造成KRIT1蛋白重要结构域和功能的丢失，影响KRIT1蛋白与Krev-1/Rap1a相互作用，导致血管壁内皮细胞发育异常;突变还可能通过影响KRIT1蛋白与整合素β1对ICAP1的竞争性结合，导致依赖于整合素β1的血管内皮正常生长发育出现障碍，最终引起脑海绵状血管畸形。约40%的CCM家系属CCM1遗传。
(二) CCM2与CCM3
      研究者们对不同人群的CCM家系进行分析，发现除了CCM1外还存在其他一些基因座位与CCM的发病有关，提示家族性CCM的发病存在遗传异质性。1998年， Craig等对20个非西班牙裔的高加索CCM家族进行连锁分析，定位了两个新的CCM致病基因座位:位于染色体7p13-p15的CCM2和位于染色体3q25.2-q27的CCM3。2003 年与2004年，Liquori 与DenierC等发现MGC4607基因的突变引起CCM2。随后不久，Bergametti 等的研究证实PDCD10 (programmed cell death 10，细胞程序性死亡10 )为CCM3的致病基因。约20%的CCM家系属于CCM2遗传，而40%为CCM3遗传。
      MGC4607基因的编码产物为Malcavernin蛋白，参与渗透压感应。PDCD10基因最早被称为TFAR15 ( TF-1cell apoptosis related gene 15 )，是一个凋亡相关基因，在缺乏生长因子的TF-1早幼粒细胞系以及诱导凋亡的成纤维细胞系中，PDCD10 基因的表达上调。
      目前报道的MGC4607和PDCD10的基因突变类型包括错义突变、无义突变、缺失、插入等。2008年，Liquori 等发现一个意大利CCM3患者杂合性缺失了整个PDCD10基因。最近研究表明，KRIT1、malcavermin、PDCD10可能共同构成了一个三元信号复合物，参与调节p38丝裂原活化蛋白激酶和整合素β1细胞传导通路，在血管内皮细胞发育和维持血管稳定过程中起到不可小觑的作用。Liquori等在2006年的一-项研究中指出，可能还存在第四个CCM致病基因(CCM4)，并预测在染色体3q26.3-q27.2内或附近。
三、静脉畸形的遗传学研究进展
      静脉畸形是常见的血管畸形疾病，多为散发。现已鉴定出两个与静脉畸形相关的基因：与皮肤和黏膜多发静脉血管畸形( venous malformations, multiple cutaneous andmucosal, VMCM )( MIM 600195 )相关的TIE2基因，以及与球形细胞静脉畸形(glomuvenousmalformations, GVM )( MIM 138000)相关的Glomulin基因。
（一）皮肤和黏膜多发静脉血管畸形
      VMCM多为散发，偶有家系报道，呈常染色体显性遗传。TIE2是血管生成因子血管生成素1 ( Ang1 )和血管生成素2(Ang2)的受体，在血管内皮细胞和造血干细胞中特异性表达。通过与血管生成素协同作用，TIE2在机体的血管发生发育、血管重塑和维持血管稳定性等过程中发挥重要调节作用。研究发现，TIE2基因发生R849W (氨基酸序列第849位的色氨酸被精氨酸替代)点突变后获得激酶活性，启动下游信号传导途径，从而影响血管的发育、构建与稳定，是VMCM发生的重要原因。非R849W突变和非TIE2基因突变的VMCM病例也有报道，这提示VMCM发病具有遗传异质性。
（二）球细胞静脉畸形
      GVM是--种特殊类型的低血流量静脉畸形，呈常染色体显性遗传。GVM患者的血管平滑肌细胞( vascular smooth muscle cell，VSMC )出现异常的表型，这提示GLMN可能在VSMC的分化和血管生成，特别是静脉血管生成中发挥了重要的作用。GVM可能是由GLMN基因的功能缺失性突变引起的。
四、伴皮层下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病
      伴皮层下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病( cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoence-phalopathy, CADASIL )( MIM 125310 )是一种常染色体显性遗传性脑血管疾病，患者常表现出多发性皮质下梗死、脑卒中、进行性血管性痴呆、认知功能障碍、偏头痛以及精神异常等临床特征。CADASIL主要累及患者小动脉中层，平滑肌细胞表面会出现电子致密颗粒(electron dense granules )累积，且通过MRI检测会发现广泛的脑白质损伤以及皮质下梗死。
      1993年，Touriner-Lasserve 等将CADASIL的致病基因定位到染色体19p，同年，Sabbadini等确定CADASIL的发生与位于染色体19p13.12的Notch3 ( MIM 600276 )基因突变有关。Notch3基因编码高度保守的跨膜蛋白受体，其细胞外配体结构域含有34个表皮生长因子样( epidermal-growth factor like, EGF-like)重复序列，胞内有6个锚蛋白重复序列，前者与配体结合，后者介导细胞内信号转导。Notch3在血管平滑肌细胞中特异性表达，且在功能性动脉生成过程中起到调控动脉分化和VSMC成熟的作用。
      目前，Notch3突变引起CADASIL的机制尚不清楚，现主要有3种假说:①突变造成的不成对的半胱氨酸部分与其他蛋白形成异常的二硫化物，堆积在血管平滑肌细胞表面，造成平滑肌细胞损伤，进而引起脑血管自我调节功能障碍和血脑屏障的破坏，出现腔隙性脑梗死和大脑白质的缺血性脱髓鞘；②突变导致蛋白质构象变化，干扰了受体-配体间相互作用；③突变造成了Notch 信号转导通路异常，该通路与线粒体呼吸链的电子传递有关，突变影响了线粒体的结构和功他。具体机制还需进一步研究。
四、毛细血管畸形的遗传学研究进展
      毛细血管畸形(capillary malformation, CM )或葡尚酒色斑( port. wine stains ) ( MIM 16300 )是一种常见的先天性毛细血管畸形，在新生儿中发病率约为0.3%。CM多发手面颈、四肢等裸露部位，并随年龄增长颜色加深，皮肤增厚，出现结节，给患者的容貌、正常生活与心理带来严重影响。CM通常散发，但也不乏外显不全的家系报道。流行病学研究指出，7% ~ 22%的CM病人的家系成员患有皮肤血管斑痣，这提示CM具有遗传易感位点。目前，已定位出一个与CM相关的易感基因座，位于染色体5q13-15( CMCI )；除此之外，还报道了1个与CMAVM相关的基因突变，以及与CM相关的体细胞突变。  
五、遗传性出血性毛细血管扩张症的遗传学研究
    遗传性出血性毛细血管扩张症(hereditary hemorrhagic telangiectasia, HHT ) ( MIM187300)于1864年由Sutton首次报道，是一种常染色体显性遗传性血管发育异常疾病。根据致病基因不同，HHT可分为4型( HHT1-4 )。HHT主要临床表现为皮肤与黏膜毛细血管扩张、内脏(肺、肝与脑)动静脉畸形以及复发性鼻衄和出血等，其中鼻出血和消化道出血是HHT的常见并发症，外显率随年龄增加而增高。Shovlin 等于2000年提出了HHT的诊断标准：①毛细血管扩张；②鼻出血；③内脏动静脉畸形；④具一定家族史。符合其中三项或以上则可确诊为HHT。    
      目前，已克隆出3个HHT致病基因：位于染色体9q34.11的ENG ( endoglin )( MIM131195)引起HHT1；位于染色体12q13.13的ALK1 ( activin receptor-like kinase 1 ) ( MIM601284)引起HHT2；位于染色体18q21.2的MADH4( MIM 600993 )引起JP-HHT。除此之外，还定位了2个与HHT相关的基因座：与HHT3有关的染色体5q31.3-q32(MIM601101)；与HHT4有关的7p14(MIM610655)。其中HHT1和HHT2更常见。
六、先天性静脉畸形骨肥大综合征的遗传学研究进展
    先天性静脉畸形骨肥大综合征( Klippel-Trenaunay syndrome, KTS ) (MIM 149000)是一种先天性血管疾病。KTS主要有三种临床特征：①毛细血管畸形，也称为葡萄酒色斑，是KTS中最常见的皮肤血管畸形，在KTS患者中发病率达98%；②静脉畸形或静脉曲张： 72%的KTS患者患有静脉曲张，常见于下肢，症状会随年龄增长而加重；③骨骼与软组织增生:67%的KTS患者出现骨骼与软组织增生的症状。以上3个特征构成KTS的临床诊断标准，符合2个或以上即可判断为KTS。除此之外，有11%的KTS综合征患者发生淋巴管畸形，其中的10%会进-步发展为淋巴水肿。KTS病例绝大多数为散发，鲜有家系报道，学术界对KTS发病是否具有遗传基础一直存在争论。但KTS为先天性血管发育畸形，发病部位多呈镶嵌型，且部分症状呈现出家族聚集性，这些都提示有内在遗传因素在KTS发病机制中发挥了作用。
      Happle提出了近显性遗传(paradominantinheritance )的概念来解释KTS以及其他散发的、发病部位呈镶嵌性表征的综合征的遗传基础。该遗传假说认为，KTS的发生经历了两次突变。第一次是生殖细胞的突变，形成了携带KTS致病突变的杂合子，但该杂合子表型是正常的，且KTS致病突变可通过这种杂合状态隐藏在细胞中一直在世代中传递下去。当携带KtS致病突变的杂合子在胚胎发育早期发生体细胞的二次突变时，会导致体细胞杂合性的丢失，形成致病的纯合性体细胞，引起了KTS的发生与发展。而这些表型正常的杂合性体细胞与致病的纯合性体细胞的共同存在造成了KTS患者发病部位性状的镶嵌性。目前，研究者们在KTS患者身上发现了3种染色体畸变。