王 森，原 静，黄 庆 （首都医科大学附属北京潞河医院神经外科，北京101149）

0 引言

基因治疗（gene therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入患者的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能够治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。

脑血管病主要包括出血性疾病和缺血性疾病，临床常以手术治疗及药物干预为主要治疗手段。近年来，随着基因治疗逐渐成为研究热点之一，该治疗手段在脑血管病方面也已取得一定的进展。基因治疗的本质是导入一个缺乏基因，或过度表达一个有益的基因，或沉默一个有害基因从而达到预期治疗目标。目前，脑血管病基因治疗主要用于以下几方面：①斑块的稳定；②蛛网膜下腔出血后血管痉挛；③缺血性损伤；④侧支循环的刺激。许多动物实验已证实基因导入可转变大脑血液循环［1］。将基因导入细胞治疗脑血管病主要是为了抑制细胞凋亡和清除自由基，同时基因治疗的机制还包括减轻炎症反应，抑制兴奋性细胞毒作用［2］。 近年来，朱婷娜等［3］发现缺氧诱导因子-1（hypoxla-inducable factor-1， HIF-1）是一种重要的转录调节因子，主要通过其活性亚基HIF-1α参与机体对缺氧环境的应答。脑缺血缺氧时，HIF-1α表达上调，可激活涉及糖酵解、血管生长、细脆生存和细胞凋亡的多个下游靶基因表达，对脑缺血后能量代谢障碍的改善以及微循环的建立具有重要意义。邓莉等［4］发现胶质细胞源性神经营养因子／骨髓基质干细胞组大鼠神经功能恢复更好，提示胶质细胞源性神经营养因子基因修饰的骨髓基质干细胞移植治疗脑出血大鼠比单纯骨髓基质干细胞有更好的神经保护作用。

1 脑血管病急性期的治疗

脑血管病急性期是一个非常复杂的病理生理过程。其损伤机制主要包括缺血缺氧能量障碍及缺血再灌注损伤，其次细胞外毒性及凋亡以及炎症反应同样具有细胞损伤作用。

组织因子途径抑制物（tissue factor pathway inhibitor，TFPI）可以控制凝血启动阶段部分，其对组织因子途径（即外源性凝血途径）具有特异性抑制作用，主要来源于血管内皮细胞。Yin等［5］研究表明，通过导入TFPI基因，组织因子诱导的凝血、抑制血小板聚集和血栓形成均受到不同程度的调节。RNA干扰技术（RNAi）是将小分子的RNA导入目的基因，从而干扰或促进目的基因的mRNA翻译与降解，达到减少目的基因表达的目的。Handa等［6］用RNAi干扰MMP-9表达，发现急性脑缺血后的脑组织损伤可以减轻和缓解。生长因子在心肌和四肢局部缺血中有生成血管的效果，也被应用于基因治疗中。常见的生长因子包括内皮生长因子VEGF、干细胞生长因子HGF和基础纤维生长因子。在动物试验中，这些生长因子通过载体被转载到脑脊液来诱导大脑表面的血管生成［7-9］。研究［10-11］发现VEGF是血管内皮特异的生长因子，可以促进缺血部位的血管生长及新生血管形成，主要包括外周和冠状血管再生。其中VEGF165为最主要的异构体，因而目前使用VEGF基因治疗时多选用VEGF165。

目前，研究［12］认为与缺血性脑卒中的遗传易感性有关的系统是RAS。AGT首先转化成血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ作用于交感神经末梢，末梢上的血管紧张素受体分泌大量儿茶酚胺、前列腺素等，这些分泌产物可引起血管平滑肌细胞过度增生，并增加细胞内钙含量，引起损伤后的新生内膜过度增殖，使血管腔／壁比值降低，从而导致血管堵塞。有研究［13］通过质粒载体介导RNA干扰成功抑制血管紧张素原基因的表达，结论认为RNA干扰技术可成功地对脑缺血再灌注大鼠起到治疗作用。

研究发现大量基因影响着动脉瘤破裂的发生和发展。许多涉及到细胞外基质的结构蛋白在多数动脉瘤中缺乏［14］。NO通常可以抑制血管痉挛所致的病理改变即炎症和平滑肌的增生。研究［15-16］发现，在实验性动物的蛛网膜下腔出血后其NO合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是受损的。在蛛网膜下腔出血患者的脑脊液中NO水平是反常的［17］。在基因导入试验中，人类内皮型eNOS在动物和人的脑血管内过度表达，是对动脉瘤性蛛网膜下腔出血（aneurysmal subarachnoid hemorrhage， aSAH）的血管保护［18-19］。

2 针对脑血管病后神经及血管修复的治疗

脑血管病的急性期后，神经和细胞的修复对预后的影响很大。脑缺血对神经及细胞的影响主要包括缺血缺氧能量障碍及缺血再灌注损伤，其次在动物试验模型中发现在细胞外毒性及凋亡以及炎症反应同样具有细胞损伤作用。近年来，针对神经及脑细胞的修复，基因治疗研究也有一定进展。

血管痉挛是蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后最严重的并发症之一。有些理论认为基因治疗可能有效预防SAH后的血管痉挛［20］。有些出血性脑血管病在外科手术治疗后的恢复中需要基因治疗的帮助。Donald等应用基因治疗蛛网膜下腔出血后血管痉挛。外科医生可以在术中夹闭脑动脉瘤，然后直接将目的基因和载体重组病毒注入脑脊液中，此病毒载体所携带的目的基因可编码一种活性蛋白，能够抑制血管痉挛［21］。

超氧化物可促使SAH后的血管痉挛［22-23］，因此，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）也成为预防SAH后脑血管痉挛的备选之一。转基因小鼠过度表达了CuZnSOD和ECSOD后减弱了实验性SAH后的脑血管痉挛［24-25］。降钙素基因相关肽（calcitonin gene related peptide，CGRP）对脑血管舒张极其有效，也被证实对预防SAH后血管痉挛有作用。CGRP打开了钾通道，使动脉血管肌肉超极化并扩张动脉［26-27］。系统地给予SAH患者外源性CGRP能够短暂地减轻大脑动脉痉挛及神经功能缺陷。因此，我们认为颅内CGRP基因过度表达的基因导入技术对SAH后脑血管痉挛的预防是有效的.

SAH后的血管痉挛与血管炎性介质是有关的［28］，因而，通过导入基因抑制炎症可减轻SAH后的血管痉挛［29］。同样有报道认为抑制炎性介质等基因治疗在急性卒中期间的神经保护是非常有用的［30-31］。

3 预防

脑血管病的预防以抗凝及抗血小板聚集为主。水蛭素就是抗凝基因产物之一。将水蛭素静脉给予实验性动物模型可预防动脉损伤后所致的血栓形成，也可抑制血管内膜过度增生。水蛭素在联合溶栓治疗中及预防血管成形术后再狭窄中均有一定的作用，而且其效果优于肝素［32］。 相关实验［33］显示，在大鼠体内外转基因表达水蛭素，水蛭素抑制新生内膜效果显著，这可能是因为，水蛭素既可以抗血栓活性，也可以抑制血管平滑肌的增生，同时凝血酶原时间（prothrombin time，PT）没有明显改变。血栓调节蛋白对血栓介导的蛋白C活化有刺激作用，蛋白C可以使Ⅴa和Ⅷa降解，从而反馈抑制血栓的形成；血栓调节蛋白同时也可抑制体内血管内皮细胞的过度增生，以阻碍新生内膜的形成［34］。 有研究［5］显示组织因子途径抑制物TFPI能使血管新生内膜的形成受到抑制，促进平滑肌细胞的凋亡，从而减少血管成形术后导致的血管再狭窄。有些基因治疗实验是以纤溶酶原激活物PA为目标基因，结果显示PA在高危致栓中具有一定的预防血栓形成的作用［35］。基因治疗动脉硬化症的危险因素，如：高血压、糖尿病，也是间接预防脑血管疾病的一种方法。有研究［36］证实，基因治疗已成功的应用于这些疾病。

4 展望

最近脑血管病的基因研究如火如荼，大多数脑血管病的基因研究重点在于基因的表达和传导，虽然在许多动物模型得以实现，但仍未成功在临床开展。基因治疗脑血管病是非常有挑战性的，包括在急性卒中的治疗窗的限制。故基因治疗脑血管病任重道远。

【参考文献】

［1］Toyoda K， chu Y， Heistad DD.Gene therapy for cerebral vascular disease： update 2003［J］.Br J Pharmacol 2003，139（1）：1-9.

［2］Weihl C， Macdonald RL， Stoodley M， et al.Gene therapy for cerebrovascular disease［J］.Neurosurgery，1999，44（2）：239-252.

［3］朱婷娜，徐 恩.缺氧诱导因子-1α在脑缺血中的作用及其机制［J］.国际脑血管病杂志，2012，20（4）：310-314.

［4］邓 莉，常能彬，熊怀林，等.胶质细胞源性神经营养因子基因修饰骨髓基质干细胞移植脑出血大鼠神经营养因子的表达［J］.中国组织工程研究，2012，16（32）：6019-6024.

［5］Yin X， Fu Y， Yutani C， et al.HVJ-AVE liposome-mediated Tissue Factor Pathway Inhibitor（TFPI） gene transfer with recombinant TFPI（rTFPI） irrigation attenuates restenosis in atherosclerotic arteries［J］.Int J Cardiol，2009，135（2）：245-248.

［6］Handa M， Li M， Morioka K， et al.Adventitial delivery of plateletderived endothelial cell growth factor gene preventd intimal hyperplasia of vein graft［J］.J Vasc Surg，2008，48（6）：1566-1574.

［7］Sun Y， Jin K， Xie L， et al.VEGF-induced neuroprotection， neurogenesis， and angiogenesis after focal cerebral ischemia［J］.J Clin Invest，2003，111（12）：1843-1851.

［8］Hayashi K， Morishita R， Nakagami H， et al.Gene therapy for preventing neuronal death using hepatocyte growth factor：in vivo gene transfer of HGF to subarachnoid space prevents delayed neuronal death in gerbil hippocampal CA1 neurons［J］.Gene Ther，2001，8（15）：1167-1173.

［9］Yukawa H， Takahashi JC， Miyatake SI， et al.Adenoviral gene transfer of basic fibroblast growth factor promotes angiogenesis in rat brain［J］.Gene Ther，2000，7（11）：942-949.

［10］Henry TD.Therapeutic angiogenesis［J］.BMJ，1999，318（7197）：1536-1539.

［11］何延政.血管再狭窄的基因治疗［J］.中国普通外科杂志，2001，10（5）：451-454.

［12］和姬苓，孙洪英，杨国安，等.血管紧张素原基因T704C多态性与脑血管病的关系［J］.临床神经病学杂志，2009，22（3）：190-192.

［13］荣晶晶，孙洪英，和姬苓.RNA干扰沉默血管紧张素原基因治疗缺血性脑血管病大鼠［J］.包头医学院学报，2015，31（4）：1-2.

［14］Nahed BV， Bydon M， Ozturk AK， et al.Genetics of intracranial aneurysms［J］.Neurosurgery，2007，60（2）：213-225.

［15］Khurana VG， BesserM.Pathophysiological basis of cerebral vasospasm following aneurysmal subarachnoid haemorrhage［J］.J Clin-Neurosci，1997，4（2）：122-131.

［16］Weir B， MacDonald L.Cerebral vasospasm［J］.Clin Neurosurg，1993，40：40-55.

［17］Sadamitsu D， Kuroda Y， Nagamitsu T， et al.Cerebrospinal fluid and plasma concentrations of nitric oxide metabolites in postoperative patients with subarachnoid hemorrhage［J］.Crit Care Med，2001，29（1）：77-79.

［18］Khurana VG， Smith LA， Baker TA， et al.Protective vasomotor effects of in vivo recombinant endothelial nitric oxide synthase gene expression in a canine model of cerebral vasospasm［J］.Stroke，2002，33（3）：782-789.

［19］Khurana VG， Smith LA， Weiler DA， et al.Adenovirus-mediated gene transfer to human cerebral arteries［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2000，20（9）：1360-1371.

［20］Heistad DD， Faraci FM.Gene therapy for cerebral vascular disease［J］.Stroke，1996，27（4）：1688-1693.

［21］Manno EM， Gress DR， Ogilvy CS， et al.The safety and efficacy of cyclosporine A in the prevention of vasospasm in patients with Fisher Grade 3 subarachnoid hemorrhages： A pilot study［J］.Neurosurgery，1997，40（2）：289-293.

［22］Kajita Y， Suzuki Y， Oyama H， et al.Combined effect of L-arginine and superoxide dismutase on the spastic basilar artery after subarachnoid hemorrhage in dogs［J］.J Neurosurg，1994，80（3）：476-483.

［23］Shishido T， Suzuki R， Qian L， et al.The role of superoxide anions in the pathogenesis of cerebral vasospasm［J］.Stroke，1994，25（4）：864-868.

［24］Kamii H， Kato I， Kinouchi H， et al.Amelioration of vasospasm after subarachnoid hemorrhage in transgenic mice overexpressing CuZn-superoxide dismutase［J］.Stroke，1999，30（4）：867-871.

［25］McGirt MJ， Parra A， Sheng H， et al.Attenuation of cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage in mice overexpressing extracellular superoxide dismutase［J］.Stroke，2002，33（9）：2317-2323.

［26］Nelson MT， Huang Y， Brayden JE， et al.Arterial dilations in response to calcitonin gene-related peptide involve activation of K+channels［J］.Nature，1990，344（6268）：770-773.

［27］Kitazono T，Heistad DD，Faraci FM，et al.Role of ATP sensitive K+channels in CGRP-induced dilatation of basilar artery in vivo［J］.J Physiol，1993，265（2 Pt 2）：H581-H585.

［28］Aihara Y， Kasuya H， Onda H， et al.Quantitative analysis of gene expressions related to inflammation in canine spastic artery after subarachnoid hemorrhage［J］.Stroke，2001，32（1）：212-217.

［29］Ono S， Date I， Onoda K， et al.Decoy administration of NF-kappaB into the subarachnoid space for cerebral angiopathy［J］.Hum Gene Ther，1998，9（7）： 1003-1011.

［30］Yang GY， Zhao YJ， Davidson BL， et al.Overexpression of interleukin-1 receptor antagonist in the mouse brain reduces ischemic brain injury［J］.Brain Res，1997，751（2）：181-188.

［31］Ooboshi H， Ibayashi S， Shichita T， et al.Postischemic gene transfer of interleukin-10 protects against both focal and global brain ischemia［J］.Circulation，2005，111（7）：913-919.

［32］唐文雄，郭淮莲.缺血性脑血管病的基因治疗［J］.中华脑血管病杂志，2010，4（6）：463-468.

［33］李 梅，邢冶刚.水蛭素抗凝血酶治疗大鼠脑缺血后脑水肿的实验研究［J］.中山大学学报，2004，4（2）：26-28.

［34］Li YH， Liu SL， Shi GY， et al.Thrombomodulin plays an important role in arterial remodeling and neointima formation in mouse carotid ligation model［J］.Thromb Haemost，2006，95（1）：128-133.

［35］Thomas AC， Wyatt MJ， Newby AC.Reduction of early vein graft thrombosis by tissue plasminogen activator gene transfer［J］.Thromb-Haemost，2009，102（1）：145-152.

［36］张 洁，陈金安，孙新娟，等.MicroRNAs在糖尿病及其并发症中的作用［J］.转化医学电子杂志，2017，4（8）：86-88.