白秋菊，迟丽屹，亢恺雯，王少朋，孔韦杰，刘欣

脑小血管病（cerebral small vessel disease，CSVD）是指颅内小血管发生病变所致的一组临床综合征[1]，主要临床表现为卒中、认知障碍、情绪障碍、括约肌功能障碍、步态异常、假性延髓病变、日常生活能力减退等。CSVD在MRI上主要表现为：新近皮层下小梗死，血管源性腔隙，血管源性白质高信号，扩大的血管周围间隙，脑微出血和脑萎缩。目前CSVD发病机制尚未完全明确，CSVD临床诊断尚无统一标准，主要借助影像学检查进行诊断。而随着人类基因组学的发展，遗传相关脑小血管病的基因诊断也进一步发展，其与一般性CSVD既有共性表现，也有其表型的特殊性，基因诊断有助于明确CSVD致病途径和发现新的治疗靶点。现就目前已发现的几种常见遗传性CSVD相关基因、突变形式、发病机制和临床表型进行综述。

1 HTRA1基因与脑小血管疾病

伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体隐性遗传性脑动脉病（cerebral autosomal recessive arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）是一种主要在青年发病的遗传性脑白质病变。男性和女性患病比例为3∶1，常表现为卒中发作或认知障碍等进行性脑功能损害，多伴有神经系统外症状如脱发，腰背痛、腰椎间盘突出等骨性结构异常改变；MRI检查常见脑白质广泛病变。CARASIL诊断主要根据其早发卒中、脱发、腰背痛等症状，排除其他可能性疾病，行基因测序得以确诊，治疗主要是对症支持治疗。

CARASIL的致病基因定位于10q26染色体的HTRA1基因，编码丝氨酸蛋白酶l（HTRA1）。HTRA1基因由9个外显子组成，近年来发现的HTRA1突变位点多位于外显子4区，2019年Ziaei等[2]新发现外显子4区c805insG（pS270Lfs）突变；另有Verdura等[3]报道外显子9区PDZ结构域c1348G＞A（p．Asp450His）突变。HTRA1存在于脑中所有神经元内，由于在颅内分布区域不同表达量亦不同，在软脑膜动脉表达量高于脑微血管。HTRA1可抑制转化生长因子β信号转导系统；HTRA1基因突变导致HTRA1酶活性下降、功能丧失[4]，在脑小血管壁出现平滑肌细胞丢失中膜变薄、内弹力层断裂、外膜的细胞外基质变薄、基质中纤维玻璃样物质沉积，随后小动脉管腔狭窄或扩张导致缺血或出血性病变。

Kono等[5]新近提出CSVD患者中进行HTRA1基因筛查的标准建议：①在有或无连续遗传的家族中，中年以后出现脱发、腰痛和认知障碍症状；②脱发家族史；③MRI显示的白质脑病和外囊病变。有研究发现杂合子HTRA1突变对HTRA1酶活性既有直接的有害作用，又有显性负效应，HTRA1基因改变的氨基酸残基位于对HTRA1功能至关重要的区域内。在Lee等[6]的报道中指出这些区域至少在人类到鱼类的物种间具有进化保守性，体外蛋白功能检测可显示出显性负效应，且与无显性负效应的患者相比将出现更严重和更广泛的白质脑病；90%的纯合或复合杂合HTRA1突变患者可检出脱发，而不到1/3的杂合HTRA1突变患者可检出脱发。以上发现说明HTRA1基因突变的位点位置可能决定CARASIL的临床表现。

2 NOTCH 3基因与脑小血管疾病

伴有皮质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 leukoencephalopathy，CADASIL），多见于中青年患者，通常不具有明确相关的心脑血管病高危因素，常见临床表现为反复出现的皮质下缺血事件、认知功能障碍、精神异常及偏头痛，少数可出现头晕、癫痫等症状[7]。影像学可见双侧大致对称的脑白质病变、微出血等，显示外囊处病变、外囊与内囊同时受累出现“人”字征、颞极白质T2高信号（O'Sullivan征）、皮层下腔隙灶为其特征性表现，对疾病诊断有较高的敏感度和特异度。CADASIL患者皮肤活检见微小动脉平滑肌表面嗜锇颗粒沉积可与CARASIL相鉴别，CADASIL确诊的“金标准”是基因检测。

CADASIL的致病基因是位于9p12的NOTCH 3基因，该基因共包含33个外显子，所编码的单跨膜异二聚体受体蛋白在血管平滑肌细胞中广泛表达，该受体蛋白与配体之间的NOTCH信号转导通路可影响神经细胞的增殖与分化。目前已发现200多种NOTCH 3基因突变，绝大多数都集中于3、4、5、6、11、18外显子区所编码的表皮生长因子样重复序列（epidermal growth factorlike repeats，EGFR）内[8]，导致半脱氨酸残基数量呈奇数化改变，使受体蛋白发生错误折叠，从而影响胞内信号转导，导致血管平滑肌细胞中嗜锇蛋白堆积，引起小血管管壁纤维化增厚、管腔硬化性狭窄甚至闭塞；同时伴有血管内皮细胞损害，血管对颅内血流的调节能力下降，进一步加重脑缺血发作。Tang等[9]的研究指出突变后的NOTCH 3蛋白对于少突胶质细胞的直接作用可能是CADASIL患者出现脱髓鞘病变的发病机制之一，少突胶质细胞异常可能在血管病理之前就已发生。付佳钰等[10]总结了亚洲人群中NOTCH 3基因11号外显子R544C突变的临床表型以脑出血相对多见。

目前CADASIL的治疗主要是对症支持治疗及微出血灶≥9个时的预防脑出血治疗；治疗靶点主要研究方向为NOTCH 3信号转导通路中的分子机制。Ghosh M等[11]在小鼠模型中发现异常的NOTCH 3蛋白首先聚集在周细胞周围，已有研究表明周细胞病变可引起血脑屏障和微血管功能障碍[12]。因此，保护周细胞可能是治疗CADASIL的一种潜在治疗靶点。

3 COL4A1基因与脑小血管疾病

COL4A1基因编码Ⅳ型胶原α1链。血管基底膜成分中约一半是Ⅳ型胶原，Ⅳ型胶原在基底膜生物力学稳定性中起着不可或缺的作用。Ⅳ型胶原由6条不同的α链构成分别称为α1～α6；相对应也存在6个编码相应α链的基因，这6个基因以成对形式定位于3条染色体上，编码α1和α2的COL4A1和COL4A2定位于13q34。COL4A1基因突变多数位于外显子24～49区之间的错义突变。迄今发现的COL4A1基因突变84．4%都是由于胶原结构域内Gly-X-Y重复序列内高度保守的甘氨酸残基改变所致[13]；甘氨酸残基突变后，电镜下可观察到血管基底膜厚度不均、密度不一致和局灶性中断，血管壁脆性增加，在环境因素作用下易导致出血[14]。

COL4A1基因突变能引起脑小动脉疾病，临床表型可分为先天性脑穿通畸形Ⅰ型、遗传性的血管病肾病动脉瘤和肌肉痛性痉挛（HANAC综合征）、出血性脑小血管病等。这些临床表型可单独存在或重叠出现。

先天性脑穿通畸形Ⅰ型：是一种特殊类型的脑积水，属于家族性常染色体显性遗传性疾病。主要表现为颅骨局限性隆起、颅骨变薄及单侧颅骨透光阳性，脑电图可见病侧明显低电压、癫痫样发作等。影像学可见脑囊腔样改变及白质高信号。多于婴幼儿期发病，少数未发病者成年期可出现自发性脑出血。Gould等[15]在小鼠研究模型中发现并非所有突变小鼠都会出现先天性脑穿通畸形，同时还发现人类COL4A1基因突变与先天性脑穿通畸形I型患病相分离，因此作者认为人类的COL4A1突变可能与环境因素（例如出生创伤）共同导致疾病发生，由此提出对于高风险个体（如高危婴儿的剖宫产），可以预先采取措施来减少对异常脑血管的压力，从而减少神经功能缺损。

HANAC综合征：是一种累及全身多系统的罕见常染色体显性遗传疾病，影响包括大脑、皮肤、肌肉、视网膜及肾脏在内的多个器官系统的血管系统；神经系统表现包括腔隙性梗死、脑白质病变、脑微出血等，也可出现动脉瘤但其破裂风险较低。目前治疗主要是对症治疗，如解痉、护肾、手术治疗动脉瘤等。

出血性脑小血管病：脑出血可在上述两种疾病表型的基础上叠加出现，也可单独存在。主要原因为血管壁脆性增大，在外加因素下（如围产期压力、运动、环境压力等）易出血，也可因基底膜成分异常出现血脑屏障破坏促进小血管破裂出血。Jeanne等[16]在COL4A1突变小鼠模型中发现所有小鼠均出现脑出血，且COL4A1突变小鼠有发生深部脑出血（基底节区）的倾向；同时提出COL4A1基因突变可能与散发性脑出血及卒中后出血转化相关，有待进一步研究明确其机制。一项包括181例中国汉族高血压性脑出血和197例非高血压性脑出血患者的病例对照研究表明，COL4A1基因中的AA单倍型可能与中国汉族人群的颅内出血风险有关[17]。

4 TREX1基因与脑小血管疾病

TREX1基因编码包含314个氨基酸的3'-5'DNA核酸外切酶。DNA核酸酶在DNA复制、损伤、错配修复和维护基因组DNA稳定性中发挥着重要作用，TREX1是哺乳动物细胞中最丰富的DNA核酸外切酶。TREX1基因定位于3p21．3～21．2区域，基因组坐标GRCh38，仅包含一个外显子。TREX1基因C末端区高度保守，该结构参与TREX1蛋白在细胞内的定位及蛋白质间的相互作用。TREX1可防止核酸介导的过度免疫激活及自身凋亡细胞DNA堆积所导致的自身免疫反应，预防自身免疫性疾病发生[18]。

TREX1基因突变主要表现为C端的移码突变，发病机制主要有两种：①一部分突变不影响TREX1酶活性，导致蛋白酶跨膜螺旋结构丧失及终止密码子过早插入最终导致所合成的蛋白质变短，使细胞中TREX1无论是否处于氧化应激状态都在胞质内弥漫分布，细胞核内表达明显减少，导致视网膜血管病变伴脑白质病变（retinal vasculopathy with cerebral leukodystrophy，RVCL）；②另一部分突变涉及蛋白的酶切位点，导致外切酶酶活性障碍，而该酶活性与干扰素（interferon，IFN）信号通路相关。当核酸酶活性降低或丧失，胞浆内异常核酸堆积，使IFN相关信号通路过度活化，最终导致Ⅰ型IFN水平显著增加[19]。Ⅰ型IFN可正反馈作用于外周血树突状细胞刺激其生成新的Ⅰ型IFN；同时促进自身免疫活化及B细胞分化成浆细胞，浆细胞释放自身抗体，引发系统性自身免疫性疾病，导致Aicardi Goutieres综合征1型（Aicardi-Goutieres syndrome Ⅰ，AGS Ⅰ）。同种突变的两种机制导致不同表型的原因尚未阐明。

视网膜血管病变伴肾病、脑白质病变：2007年，Richards等[20]将脑视网膜血管病、遗传性血管视网膜病、遗传性内皮病伴视网膜病、肾病和卒中统称为RVCL。RVCL主要临床病变通常从视网膜开始，中年期出现进行性脑功能障碍，最终导致过早死亡[21]。神经系统表现常见偏瘫、失语、偏头痛及癫痫，一些少见的症状有精神疾病、高血压、轻中度贫血和雷诺现象等全身血管受累表现。MRI检查可见不规则的深部脑白质病变，并可逐渐进展为多病灶，可有特征性“假瘤征”出现。目前诊断主要依靠基因测序确诊，治疗上视网膜血管病变可采用激光治疗，其余病变主要对症处理。Boer等[22]曾提出RVCL个体的后代遗传TREX1致病性变异风险为50%，若已知该家族中存在致病性变异，可在妊娠期进行RVCL风险的基因检测。Pelzer等[21]对3个RVCL家系的临床表型进行研究发现，TREX1基因突变患者40岁之后可出现亚临床甲状腺功能减退，并建议将其与贫血、胃肠道出血一并纳入RVCL的支持性诊断标准，但其具体致病机制及相关性有待明确。

Aicardi-Goutieres综合征Ⅰ型：AGS Ⅰ是一组罕见的以神经系统、免疫系统及皮肤受累为主的早发性遗传性疾病，其典型临床特征为神经发育异常、冻疮样皮肤改变，伴脑脊液慢性淋巴细胞增多。随着对该疾病的认识，发现AGS临床异质性显著。最常见的颅脑影像学表现为颅内钙化、脑白质病变和脑萎缩。AGS Ⅰ主要与6种基因相关，其中TREX1基因突变导致约23%的AGS[23]。AGS主要见于婴儿及儿童，根据起病时间分为新生儿型及晚发型，其中TREX1基因缺陷主要表现为新生儿型[24]。AGS的诊断需结合临床表现、神经影像学和基因诊断共同确诊。AGS治疗在对症支持治疗基础上，以丙种球蛋白和糖皮质激素作为其常用药物。目前推测抗α-IFN单克隆抗体、逆转录酶抑制剂、基因治疗可能是AGS未来可行的治疗手段，但尚需进一步研究。

5 ApoE基因与脑小血管疾病

ApoE基因编码由299个氨基酸残基组成的载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）。人类ApoE主要在肝脏和脑组织内合成，脑内主要是星形胶质细胞，ApoE在脑内的作用可能是使细胞内脂类重新分配以保持脑内环境中胆固醇的平衡。ApoE基因定位于19q13．32，由4个外显子和3个内含子组成。ApoE有三种常见亚型ApoE2、ApoE3和ApoE4，各对应三个等位基因为ε2、ε3和ε4。

ApoE最初是通过遗传学发现可能是β淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）代谢相关的重要分子，异常的ApoE4可促进Aβ在血管内沉积，并沿小动脉基底膜聚集，由外向内取代中膜平滑肌细胞，而异常的ApoE2可使Aβ蛋白对血管平滑肌的毒性作用、血管脆性增加，使小血管管壁发生纤维样坏死、导致血管扩张、微动脉瘤形成、血管壁破裂渗血等；同时，Aβ沉积导致的血管损伤使得大脑组织间液蛋白清除能力下降，两种机制共同导致CAA的发生[25]。根据病理学表现不同，CAA分为2种类型：Ⅰ型主要累及皮质毛细血管，可归因于ApoEε4；Ⅱ型主要累及软脑膜、皮质动脉等，可归因于ApoEε2。既往研究发现，ApoEε4等位基因和ε4/ε4基因型在CAA相关炎症中占绝对优势。最近有学者报道了一例罕见的CAA相关炎症ApoEε2/ε2基因型[26]，而ApoEε2与CAA相关炎症是否具有更高的相关性还需更多证据证实。

CAA是由Aβ在颅内血管内膜上沉积引起的脑小血管疾病。CAA多呈散发性，少数为常染色体显性遗传，目前已发现两种家族性CAA：荷兰型CAA和冰岛型CAA[27]。CAA通常无症状，出现症状时通常表现为反复脑叶微出血、痴呆、神经功能缺损等。CAA诊断目前多采用改良版Boston标准，而2018年由Rodrigues等[28]提出的“Edinburgh标准”为CAA诊断提供了新思路。CAA治疗目前主要是预防及处理颅内出血，CAA相关炎症对免疫抑制治疗有效[26]，针对Aβ清除机制的相关治疗也正在研发中。未来探讨不同等位基因与疾病表型的相关性对于预防疾病发生有一定意义。

6 GLA基因与脑小血管疾病

Fabry病，即弥漫性躯体血管角质瘤，是一种X染色体连锁遗传的溶酶体α-半乳糖苷酶缺乏性疾病，与GLA基因突变有关。GLA基因编码α-半乳糖苷酶A（galactosidase A，GLA），GLA作为催化因子参与神经鞘脂类化合物的水解。GLA基因定位于性染色体X的q22．1位点，共包含7个外显子和6个内含子。根据GLA基因突变所在区域不同可分为两种：①突变区域在酶活性位点或其临近部位，可直接导致酶活性下降；②突变区域在距离活性位点较远的部位，这种突变可影响蛋白折叠构形导致酶稳定性降低。GLA基因突变，导致三己糖酰基鞘脂醇和相关的鞘糖脂不能及时降解而积聚于血管内皮细胞、平滑肌细胞内，致使血管管壁发生病变及一系列炎症应激反应，引起血管调节功能障碍，血管出现扩张破裂或闭塞缺血。研究发现GLA基因中罕见的S126G和A143T突变可增加卒中事件概率[29]。

Fabry病可累及全身多个系统，早期症状一般于儿童或青少年期出现，男性较重，包括神经性疼痛、植物神经功能紊乱、胃肠道疾病、血管角质瘤和少汗症；肾功能不全，心、脑血管症状通常发生于成年期。神经系统表现为头痛、眩晕、TIA、缺血性卒中等，影像学表现为慢性白质微出血、深部腔隙性梗死灶等[30]。Fabry病的诊断依据典型症状、家族遗传史、GLA活力检测和基因测序。Fabry病的治疗主要为酶替代治疗和并发症治疗。

7 展望

对脑小血管疾病相关基因的研究可探讨常见和罕见的遗传变异在疾病中的因果关系；全基因组的发展可更多地完善基因-表型之间的相关性，帮助我们在相关危险因素出现之前识别高危个体，提早干预。基因相关的CSVD发病机制研究，有助于更好地揭示CSVD的发病机制，从而有利于转化为新的治疗方法。未来的挑战包括进一步理解基因表型的差异机制，如每一种临床表现可对应至具体的突变位点、氨基酸位置、蛋白域构型等，这也是未来基因组学在精准医学领域发展的一个重要内容。