白秋菊，遲麗屹，亢愷雯，王少朋，孔韋杰，劉欣

腦小血管?。╟erebral small vessel disease，CSVD）是指顱內小血管發(fā)生病變所致的一組臨床綜合征[1]，主要臨床表現(xiàn)為卒中、認知障礙、情緒障礙、括約肌功能障礙、步態(tài)異常、假性延髓病變、日常生活能力減退等。CSVD在MRI上主要表現(xiàn)為：新近皮層下小梗死，血管源性腔隙，血管源性白質高信號，擴大的血管周圍間隙，腦微出血和腦萎縮。目前CSVD發(fā)病機制尚未完全明確，CSVD臨床診斷尚無統(tǒng)一標準，主要借助影像學檢查進行診斷。而隨著人類基因組學的發(fā)展，遺傳相關腦小血管病的基因診斷也進一步發(fā)展，其與一般性CSVD既有共性表現(xiàn)，也有其表型的特殊性，基因診斷有助于明確CSVD致病途徑和發(fā)現(xiàn)新的治療靶點。現(xiàn)就目前已發(fā)現(xiàn)的幾種常見遺傳性CSVD相關基因、突變形式、發(fā)病機制和臨床表型進行綜述。

1 HTRA1基因與腦小血管疾病

伴有皮質下梗死和白質腦病的常染色體隱性遺傳性腦動脈病（cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）是一種主要在青年發(fā)病的遺傳性腦白質病變。男性和女性患病比例為3∶1，常表現(xiàn)為卒中發(fā)作或認知障礙等進行性腦功能損害，多伴有神經系統(tǒng)外癥狀如脫發(fā)，腰背痛、腰椎間盤突出等骨性結構異常改變；MRI檢查常見腦白質廣泛病變。CARASIL診斷主要根據其早發(fā)卒中、脫發(fā)、腰背痛等癥狀，排除其他可能性疾病，行基因測序得以確診，治療主要是對癥支持治療。

CARASIL的致病基因定位于10q26染色體的HTRA1基因，編碼絲氨酸蛋白酶l（HTRA1）。HTRA1基因由9個外顯子組成，近年來發(fā)現(xiàn)的HTRA1突變位點多位于外顯子4區(qū)，2019年Ziaei等[2]新發(fā)現(xiàn)外顯子4區(qū)c805insG（pS270Lfs）突變；另有Verdura等[3]報道外顯子9區(qū)PDZ結構域c1348G＞A（p．Asp450His）突變。HTRA1存在于腦中所有神經元內，由于在顱內分布區(qū)域不同表達量亦不同，在軟腦膜動脈表達量高于腦微血管。HTRA1可抑制轉化生長因子β信號轉導系統(tǒng)；HTRA1基因突變導致HTRA1酶活性下降、功能喪失[4]，在腦小血管壁出現(xiàn)平滑肌細胞丟失中膜變薄、內彈力層斷裂、外膜的細胞外基質變薄、基質中纖維玻璃樣物質沉積，隨后小動脈管腔狹窄或擴張導致缺血或出血性病變。

Kono等[5]新近提出CSVD患者中進行HTRA1基因篩查的標準建議：①在有或無連續(xù)遺傳的家族中，中年以后出現(xiàn)脫發(fā)、腰痛和認知障礙癥狀；②脫發(fā)家族史；③MRI顯示的白質腦病和外囊病變。有研究發(fā)現(xiàn)雜合子HTRA1突變對HTRA1酶活性既有直接的有害作用，又有顯性負效應，HTRA1基因改變的氨基酸殘基位于對HTRA1功能至關重要的區(qū)域內。在Lee等[6]的報道中指出這些區(qū)域至少在人類到魚類的物種間具有進化保守性，體外蛋白功能檢測可顯示出顯性負效應，且與無顯性負效應的患者相比將出現(xiàn)更嚴重和更廣泛的白質腦??；90%的純合或復合雜合HTRA1突變患者可檢出脫發(fā)，而不到1/3的雜合HTRA1突變患者可檢出脫發(fā)。以上發(fā)現(xiàn)說明HTRA1基因突變的位點位置可能決定CARASIL的臨床表現(xiàn)。

2 NOTCH 3基因與腦小血管疾病

伴有皮質下梗死和白質腦病的常染色體顯性遺傳性腦動脈病（cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CADASIL），多見于中青年患者，通常不具有明確相關的心腦血管病高危因素，常見臨床表現(xiàn)為反復出現(xiàn)的皮質下缺血事件、認知功能障礙、精神異常及偏頭痛，少數可出現(xiàn)頭暈、癲癇等癥狀[7]。影像學可見雙側大致對稱的腦白質病變、微出血等，顯示外囊處病變、外囊與內囊同時受累出現(xiàn)“人”字征、顳極白質T2高信號（O'Sullivan征）、皮層下腔隙灶為其特征性表現(xiàn)，對疾病診斷有較高的敏感度和特異度。CADASIL患者皮膚活檢見微小動脈平滑肌表面嗜鋨顆粒沉積可與CARASIL相鑒別，CADASIL確診的“金標準”是基因檢測。

CADASIL的致病基因是位于9p12的NOTCH 3基因，該基因共包含33個外顯子，所編碼的單跨膜異二聚體受體蛋白在血管平滑肌細胞中廣泛表達，該受體蛋白與配體之間的NOTCH信號轉導通路可影響神經細胞的增殖與分化。目前已發(fā)現(xiàn)200多種NOTCH 3基因突變，絕大多數都集中于3、4、5、6、11、18外顯子區(qū)所編碼的表皮生長因子樣重復序列（epidermal growth factorlike repeats，EGFR）內[8]，導致半脫氨酸殘基數量呈奇數化改變，使受體蛋白發(fā)生錯誤折疊，從而影響胞內信號轉導，導致血管平滑肌細胞中嗜鋨蛋白堆積，引起小血管管壁纖維化增厚、管腔硬化性狹窄甚至閉塞；同時伴有血管內皮細胞損害，血管對顱內血流的調節(jié)能力下降，進一步加重腦缺血發(fā)作。Tang等[9]的研究指出突變后的NOTCH 3蛋白對于少突膠質細胞的直接作用可能是CADASIL患者出現(xiàn)脫髓鞘病變的發(fā)病機制之一，少突膠質細胞異常可能在血管病理之前就已發(fā)生。付佳鈺等[10]總結了亞洲人群中NOTCH 3基因11號外顯子R544C突變的臨床表型以腦出血相對多見。

目前CADASIL的治療主要是對癥支持治療及微出血灶≥9個時的預防腦出血治療；治療靶點主要研究方向為NOTCH 3信號轉導通路中的分子機制。Ghosh M等[11]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)異常的NOTCH 3蛋白首先聚集在周細胞周圍，已有研究表明周細胞病變可引起血腦屏障和微血管功能障礙[12]。因此，保護周細胞可能是治療CADASIL的一種潛在治療靶點。

3 COL4A1基因與腦小血管疾病

COL4A1基因編碼Ⅳ型膠原α1鏈。血管基底膜成分中約一半是Ⅳ型膠原，Ⅳ型膠原在基底膜生物力學穩(wěn)定性中起著不可或缺的作用。Ⅳ型膠原由6條不同的α鏈構成分別稱為α1～α6；相對應也存在6個編碼相應α鏈的基因，這6個基因以成對形式定位于3條染色體上，編碼α1和α2的COL4A1和COL4A2定位于13q34。COL4A1基因突變多數位于外顯子24～49區(qū)之間的錯義突變。迄今發(fā)現(xiàn)的COL4A1基因突變84．4%都是由于膠原結構域內Gly-X-Y重復序列內高度保守的甘氨酸殘基改變所致[13]；甘氨酸殘基突變后，電鏡下可觀察到血管基底膜厚度不均、密度不一致和局灶性中斷，血管壁脆性增加，在環(huán)境因素作用下易導致出血[14]。

COL4A1基因突變能引起腦小動脈疾病，臨床表型可分為先天性腦穿通畸形Ⅰ型、遺傳性的血管病腎病動脈瘤和肌肉痛性痙攣（HANAC綜合征）、出血性腦小血管病等。這些臨床表型可單獨存在或重疊出現(xiàn)。

先天性腦穿通畸形Ⅰ型：是一種特殊類型的腦積水，屬于家族性常染色體顯性遺傳性疾病。主要表現(xiàn)為顱骨局限性隆起、顱骨變薄及單側顱骨透光陽性，腦電圖可見病側明顯低電壓、癲癇樣發(fā)作等。影像學可見腦囊腔樣改變及白質高信號。多于嬰幼兒期發(fā)病，少數未發(fā)病者成年期可出現(xiàn)自發(fā)性腦出血。Gould等[15]在小鼠研究模型中發(fā)現(xiàn)并非所有突變小鼠都會出現(xiàn)先天性腦穿通畸形，同時還發(fā)現(xiàn)人類COL4A1基因突變與先天性腦穿通畸形I型患病相分離，因此作者認為人類的COL4A1突變可能與環(huán)境因素（例如出生創(chuàng)傷）共同導致疾病發(fā)生，由此提出對于高風險個體（如高危嬰兒的剖宮產），可以預先采取措施來減少對異常腦血管的壓力，從而減少神經功能缺損。

HANAC綜合征：是一種累及全身多系統(tǒng)的罕見常染色體顯性遺傳疾病，影響包括大腦、皮膚、肌肉、視網膜及腎臟在內的多個器官系統(tǒng)的血管系統(tǒng)；神經系統(tǒng)表現(xiàn)包括腔隙性梗死、腦白質病變、腦微出血等，也可出現(xiàn)動脈瘤但其破裂風險較低。目前治療主要是對癥治療，如解痙、護腎、手術治療動脈瘤等。

出血性腦小血管?。耗X出血可在上述兩種疾病表型的基礎上疊加出現(xiàn)，也可單獨存在。主要原因為血管壁脆性增大，在外加因素下（如圍產期壓力、運動、環(huán)境壓力等）易出血，也可因基底膜成分異常出現(xiàn)血腦屏障破壞促進小血管破裂出血。Jeanne等[16]在COL4A1突變小鼠模型中發(fā)現(xiàn)所有小鼠均出現(xiàn)腦出血，且COL4A1突變小鼠有發(fā)生深部腦出血（基底節(jié)區(qū)）的傾向；同時提出COL4A1基因突變可能與散發(fā)性腦出血及卒中后出血轉化相關，有待進一步研究明確其機制。一項包括181例中國漢族高血壓性腦出血和197例非高血壓性腦出血患者的病例對照研究表明，COL4A1基因中的AA單倍型可能與中國漢族人群的顱內出血風險有關[17]。

4 TREX1基因與腦小血管疾病

TREX1基因編碼包含314個氨基酸的3'-5'DNA核酸外切酶。DNA核酸酶在DNA復制、損傷、錯配修復和維護基因組DNA穩(wěn)定性中發(fā)揮著重要作用，TREX1是哺乳動物細胞中最豐富的DNA核酸外切酶。TREX1基因定位于3p21．3～21．2區(qū)域，基因組坐標GRCh38，僅包含一個外顯子。TREX1基因C末端區(qū)高度保守，該結構參與TREX1蛋白在細胞內的定位及蛋白質間的相互作用。TREX1可防止核酸介導的過度免疫激活及自身凋亡細胞DNA堆積所導致的自身免疫反應，預防自身免疫性疾病發(fā)生[18]。

TREX1基因突變主要表現(xiàn)為C端的移碼突變，發(fā)病機制主要有兩種：①一部分突變不影響TREX1酶活性，導致蛋白酶跨膜螺旋結構喪失及終止密碼子過早插入最終導致所合成的蛋白質變短，使細胞中TREX1無論是否處于氧化應激狀態(tài)都在胞質內彌漫分布，細胞核內表達明顯減少，導致視網膜血管病變伴腦白質病變（retinal vasculopathy with cerebral leukodystrophy，RVCL）；②另一部分突變涉及蛋白的酶切位點，導致外切酶酶活性障礙，而該酶活性與干擾素（interferon，IFN）信號通路相關。當核酸酶活性降低或喪失，胞漿內異常核酸堆積，使IFN相關信號通路過度活化，最終導致Ⅰ型IFN水平顯著增加[19]。Ⅰ型IFN可正反饋作用于外周血樹突狀細胞刺激其生成新的Ⅰ型IFN；同時促進自身免疫活化及B細胞分化成漿細胞，漿細胞釋放自身抗體，引發(fā)系統(tǒng)性自身免疫性疾病，導致Aicardi Goutieres綜合征1型（Aicardi-Goutieres syndrome Ⅰ，AGS Ⅰ）。同種突變的兩種機制導致不同表型的原因尚未闡明。

視網膜血管病變伴腎病、腦白質病變：2007年，Richards等[20]將腦視網膜血管病、遺傳性血管視網膜病、遺傳性內皮病伴視網膜病、腎病和卒中統(tǒng)稱為RVCL。RVCL主要臨床病變通常從視網膜開始，中年期出現(xiàn)進行性腦功能障礙，最終導致過早死亡[21]。神經系統(tǒng)表現(xiàn)常見偏癱、失語、偏頭痛及癲癇，一些少見的癥狀有精神疾病、高血壓、輕中度貧血和雷諾現(xiàn)象等全身血管受累表現(xiàn)。MRI檢查可見不規(guī)則的深部腦白質病變，并可逐漸進展為多病灶，可有特征性“假瘤征”出現(xiàn)。目前診斷主要依靠基因測序確診，治療上視網膜血管病變可采用激光治療，其余病變主要對癥處理。Boer等[22]曾提出RVCL個體的后代遺傳TREX1致病性變異風險為50%，若已知該家族中存在致病性變異，可在妊娠期進行RVCL風險的基因檢測。Pelzer等[21]對3個RVCL家系的臨床表型進行研究發(fā)現(xiàn)，TREX1基因突變患者40歲之后可出現(xiàn)亞臨床甲狀腺功能減退，并建議將其與貧血、胃腸道出血一并納入RVCL的支持性診斷標準，但其具體致病機制及相關性有待明確。

Aicardi-Goutieres綜合征Ⅰ型：AGS Ⅰ是一組罕見的以神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及皮膚受累為主的早發(fā)性遺傳性疾病，其典型臨床特征為神經發(fā)育異常、凍瘡樣皮膚改變，伴腦脊液慢性淋巴細胞增多。隨著對該疾病的認識，發(fā)現(xiàn)AGS臨床異質性顯著。最常見的顱腦影像學表現(xiàn)為顱內鈣化、腦白質病變和腦萎縮。AGS Ⅰ主要與6種基因相關，其中TREX1基因突變導致約23%的AGS[23]。AGS主要見于嬰兒及兒童，根據起病時間分為新生兒型及晚發(fā)型，其中TREX1基因缺陷主要表現(xiàn)為新生兒型[24]。AGS的診斷需結合臨床表現(xiàn)、神經影像學和基因診斷共同確診。AGS治療在對癥支持治療基礎上，以丙種球蛋白和糖皮質激素作為其常用藥物。目前推測抗α-IFN單克隆抗體、逆轉錄酶抑制劑、基因治療可能是AGS未來可行的治療手段，但尚需進一步研究。

5 ApoE基因與腦小血管疾病

ApoE基因編碼由299個氨基酸殘基組成的載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）。人類ApoE主要在肝臟和腦組織內合成，腦內主要是星形膠質細胞，ApoE在腦內的作用可能是使細胞內脂類重新分配以保持腦內環(huán)境中膽固醇的平衡。ApoE基因定位于19q13．32，由4個外顯子和3個內含子組成。ApoE有三種常見亞型ApoE2、ApoE3和ApoE4，各對應三個等位基因為ε2、ε3和ε4。

ApoE最初是通過遺傳學發(fā)現(xiàn)可能是β淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）代謝相關的重要分子，異常的ApoE4可促進Aβ在血管內沉積，并沿小動脈基底膜聚集，由外向內取代中膜平滑肌細胞，而異常的ApoE2可使Aβ蛋白對血管平滑肌的毒性作用、血管脆性增加，使小血管管壁發(fā)生纖維樣壞死、導致血管擴張、微動脈瘤形成、血管壁破裂滲血等；同時，Aβ沉積導致的血管損傷使得大腦組織間液蛋白清除能力下降，兩種機制共同導致CAA的發(fā)生[25]。根據病理學表現(xiàn)不同，CAA分為2種類型：Ⅰ型主要累及皮質毛細血管，可歸因于ApoEε4；Ⅱ型主要累及軟腦膜、皮質動脈等，可歸因于ApoEε2。既往研究發(fā)現(xiàn)，ApoEε4等位基因和ε4/ε4基因型在CAA相關炎癥中占絕對優(yōu)勢。最近有學者報道了一例罕見的CAA相關炎癥ApoEε2/ε2基因型[26]，而ApoEε2與CAA相關炎癥是否具有更高的相關性還需更多證據證實。

CAA是由Aβ在顱內血管內膜上沉積引起的腦小血管疾病。CAA多呈散發(fā)性，少數為常染色體顯性遺傳，目前已發(fā)現(xiàn)兩種家族性CAA：荷蘭型CAA和冰島型CAA[27]。CAA通常無癥狀，出現(xiàn)癥狀時通常表現(xiàn)為反復腦葉微出血、癡呆、神經功能缺損等。CAA診斷目前多采用改良版Boston標準，而2018年由Rodrigues等[28]提出的“Edinburgh標準”為CAA診斷提供了新思路。CAA治療目前主要是預防及處理顱內出血，CAA相關炎癥對免疫抑制治療有效[26]，針對Aβ清除機制的相關治療也正在研發(fā)中。未來探討不同等位基因與疾病表型的相關性對于預防疾病發(fā)生有一定意義。

6 GLA基因與腦小血管疾病

Fabry病，即彌漫性軀體血管角質瘤，是一種X染色體連鎖遺傳的溶酶體α-半乳糖苷酶缺乏性疾病，與GLA基因突變有關。GLA基因編碼α-半乳糖苷酶A（galactosidase A，GLA），GLA作為催化因子參與神經鞘脂類化合物的水解。GLA基因定位于性染色體X的q22．1位點，共包含7個外顯子和6個內含子。根據GLA基因突變所在區(qū)域不同可分為兩種：①突變區(qū)域在酶活性位點或其臨近部位，可直接導致酶活性下降；②突變區(qū)域在距離活性位點較遠的部位，這種突變可影響蛋白折疊構形導致酶穩(wěn)定性降低。GLA基因突變，導致三己糖?；手己拖嚓P的鞘糖脂不能及時降解而積聚于血管內皮細胞、平滑肌細胞內，致使血管管壁發(fā)生病變及一系列炎癥應激反應，引起血管調節(jié)功能障礙，血管出現(xiàn)擴張破裂或閉塞缺血。研究發(fā)現(xiàn)GLA基因中罕見的S126G和A143T突變可增加卒中事件概率[29]。

Fabry病可累及全身多個系統(tǒng)，早期癥狀一般于兒童或青少年期出現(xiàn)，男性較重，包括神經性疼痛、植物神經功能紊亂、胃腸道疾病、血管角質瘤和少汗癥；腎功能不全，心、腦血管癥狀通常發(fā)生于成年期。神經系統(tǒng)表現(xiàn)為頭痛、眩暈、TIA、缺血性卒中等，影像學表現(xiàn)為慢性白質微出血、深部腔隙性梗死灶等[30]。Fabry病的診斷依據典型癥狀、家族遺傳史、GLA活力檢測和基因測序。Fabry病的治療主要為酶替代治療和并發(fā)癥治療。

7 展望

對腦小血管疾病相關基因的研究可探討常見和罕見的遺傳變異在疾病中的因果關系；全基因組的發(fā)展可更多地完善基因-表型之間的相關性，幫助我們在相關危險因素出現(xiàn)之前識別高危個體，提早干預?；蛳嚓P的CSVD發(fā)病機制研究，有助于更好地揭示CSVD的發(fā)病機制，從而有利于轉化為新的治療方法。未來的挑戰(zhàn)包括進一步理解基因表型的差異機制，如每一種臨床表現(xiàn)可對應至具體的突變位點、氨基酸位置、蛋白域構型等，這也是未來基因組學在精準醫(yī)學領域發(fā)展的一個重要內容。