摘要: 环指蛋白213(RNF213)为烟雾病的易感基因,也与颅内动脉闭塞或狭窄､缺血性卒中､ 颅内动脉瘤､脑动静脉畸形等多种血管相关疾病有关｡作者对RNF213基因变异与血管相关疾病的关系及其可能的机制进行综述,以期为该类疾病的预防､诊断和治疗提供参考｡ 

环指蛋白213(ring  finger  protein 213,RNF213)基因位于17号染色体上,编码一种具有腺苷三磷酸(adenosine  triphosphate, ATP)酶和泛素连接酶活性的591kDa的蛋白质｡2011年,Liu等最早发现RNF213是烟雾病的易感基因,后续研究显示其与多种颅内外血管相关性疾病存在关联,RNF13基因变异可能是一系列血管疾病共同的病因之一｡笔者对RNF213基因变异与血管相关疾病的关系及可能存在的机制进行了综述,以期为相关疾病的预防､诊断和治疗提供参考｡

1 RNF213基因变异与颅内血管疾病的关系

1. 1 烟雾病

烟雾病是脑动脉进行性狭窄或闭塞并形成烟雾状侧支循环的一种慢性疾病｡Liu等对8个日本烟雾病患者家系的联合连锁研究及全外显子测序显示,RNF213p.R4810K(rs112735431)是烟雾病的创始者突变,能显著增加烟雾病发病风险(OR=338.94,95% CI: 147.82~777.44, P<0.01),该变异在韩国(OR=135.63,95% CI: 43.03~427.52, P<0.01)及中国(OR=14.70,95% CI: 3.05~70.81, P<0.01)人群中也显示与烟雾病发病显著相关｡随后,其他研究也在中国､日本､韩国及印度等不同国家人群中发现了RNF213p.R4810K 与烟雾病密切相关｡

家族性烟雾病患者中RNF213p.R4810K变异较为常见｡在日本和中国家族性烟雾病患者中RNF213 p.R4810K变异携带率分别为95.1%(39/41) 和67.5% (27/40), 而散发病例中携带率分别为 79.2% (129/163) 和 17.2% (122/708)。RNF213p.R4810K变异与烟雾病表型存在剂量反应关系,纯合变异患者发病年龄更早､临床表现更严重､癫痫发作风险更大｡此外,也有研究结果显示,RNF213p.R4810K杂合变异与单侧烟雾病发展成双侧烟雾病以及术后侧支血管形成有关｡

除RNF213p.R4810K外,RNF213的其他罕见变异也与烟雾病存在相关性｡在中国人群中,RNF213p.A4399T､p.A5021V､rs9916351也是烟雾病的易感变异｡Guey等研究表明,尽管在白种人烟雾病患者中很少检测到RNF213p.R4810K变异,但是RNF213其他罕见变异(尤其是C′的变异)与烟雾病存在显著关联,特别是在家族性病例中｡一些关于儿童烟雾病患者的研究报道了RNF213p.K4115del､S4118F､C4017S､H4014N､ V4146A等变异,这些变异也可能与烟雾病相关｡

1. 2 颅内动脉狭窄或闭塞(intracranial artery stenosis/occlusion,ICASO)

ICASO是缺血性卒中的重要病因｡2013年,Miyawaki等对日本84例非烟雾病性ICASO患者与110名正常人的研究显示,RNF213p.R4810K变异与非烟雾病性ICASO(OR=16.80, 95% CI:  3.81~74.50, P<0.01)｡此后,多项研究对RNF213p.R4810K变异与ICASO的关系进行了探讨｡Miyawaki和Saito的荟萃分析结果表明,RNF213p.R4810K变异显著增加ICASO的患病风险,其中日本人群风险最高(OR=11.80, 95%CI: 4.16~33.70, P<0.01),韩国(OR=8.46, 95% CI: 6.38~11.20, P<0.01)和中国(OR=6.54, 95% CI: 2.28~18.74, P<0.01)人群次之｡携带RNF213 p.R4810K变异的ICASO患者较无该变异的ICASO患者更年轻,且多为女性,常伴有烟雾病家族史和卒中家族史,动脉狭窄程度更为严重｡有研究提示,RNF213 p.R4810K变异多与大脑前循环ICASO相关,而与后循环ICASO并无关联｡但Dofuku等研究结果显示,RNF213p.R4810K变异与后循环ICASO存在关联(OR=2.86, 95% CI:1.50~5.45, P=0.001)｡以上研究表明,RNF213 p.R4810K变异是ICASO的重要病因,但该变异对脑血管动脉系统的选择性致病效应还需要进一步研究｡

除RNF213p.R4810K变异外,RNF213的其他罕见变异可能也与ICASO相关｡Hongo等在168例日本ICASO患者中检出3例患者分别携带RNF213p.S193G､p.V1817L和p.D3329Y变异,而这些变异在1194名正常对照者中并未检出｡Kim等对韩国1024名非烟雾病人群的研究显示,RNF213p.E4950D､ p.D4863N分别与前循环ICASO(OR=1.71,95% CI: 1.11~2.63, P=0.015)和后循环ICASO (OR=0.29,95% CI:0.11~0.64, P= 0.005) 相关｡关于RNF213罕见变异与ICASO的关系尚待进一步验证｡

1. 3 缺血性卒中

Kamimura等对70例日本早发型(20~60岁发病)缺血性卒中患者进行了靶向测序,其中17例患者携带RNF213p.R4810K杂合变异,且均表现为前循环系统的动脉狭窄｡Okazaki等的荟萃分析显示,RNF213p.R4810K与缺血性卒中显著相关(OR=1.91,95% CI: 1.55~2.36, P= 1.5×10-9), 且在女性中更为明显(OR=2.69, 95% CI: 1.95~3.69,P=1.2× 10-9)。也有研究显示,携带RNF213 p.R4810K变异的缺血性卒中患者较未携带该变异的缺血性卒中患者发病更早,且多为女性,并存在更多的外周血管疾病｡

RNF213的其他罕见变异在缺血性卒中患者中也有报道｡Park等研究结果显示,RNF213p.E4950D变异与缺血性卒中相关(OR=1.64,95% CI: 1.09~2.46, P= 0.018), 并且与脑小血管病引起的缺血性卒中显著相关(OR=2.14, 95% CI: 1.22~3.73, P=0.008)｡Sun等研究表明,RNF213 p.A5021V变异显著增加动脉狭窄引起的缺血性卒中的风险(OR=9.92,95%CI:1.24~79.19,P=0.03),且该变异携带者比非携带者缺血性卒中发病年龄更早(P=0.020)｡

1. 4 颅内动脉瘤

颅内动脉瘤是颅内动脉结构异常或压力升高引起的囊性膨出,起病隐匿,破裂后可引起蛛网膜下腔出血等严重后果｡颅内动脉端-端吻合术后新发动脉瘤相对罕见,Fukushima等报道了1例63岁的日本男性患者在术后反复新发颅内动脉瘤,基因检测显示其存在RNF213p.R4810K杂合变异,提示RNF213p.R4810K变异可能与反复的新发动脉瘤形成有关｡Zhou等对6个法裔加拿大颅内动脉瘤家系进行外显子测序,结果显示,4个家族中存在5种不同的RNF213变异,进一步在254例颅内动脉瘤患者和1896名无心血管疾病的对照者中发现,RNF213变异增加了颅内动脉瘤的发病风险(P=0.013),提示RNF213变异也可能是颅内动脉瘤发生的危险因素｡2020年,Sauvigny等对38例颅内动脉瘤患者进行外显子测序,结果显示,其中3例患者存在4种RNF213基因变异,分别是RNF213p.L133M､p.I209N､p.A2695V和p.W4677L｡Murai等的研究显示,颅内动脉瘤患者RNF213 p.R4810K变异携带率[12.2%(6/49)]与动脉狭窄患者[13.6%(3/22)]相似｡RNF213变异与颅内动脉瘤的关系尚需要大样本量及多人群研究验证｡

1. 5 脑动静脉畸形

脑动静脉畸形是一种罕见的颅内血管发育异常,由于缺乏正常的血管结构和毛细血管床,导致脑动静脉之间直接连接,从而引发头痛､癫痫､局灶性神经功能障碍等症状｡Torazawa等报道了1例存在RNF213 p.R4810K杂合变异的烟雾病合并脑动静脉畸形的患者｡Liu等招募了22例中国脑动静脉畸形患者,并对比了1215名基因数据库中的汉族人群的基因数据,结果显示,RNF213p.M3666T与脑动静脉畸形显著相关(OR=25.08, 95% CI: 4.34~144.90, P=6.22×10-3)｡但由于脑动静脉畸形较为罕见,目前的研究样本量较小,因此上述结果仍需进一步研究验证｡

2 RNF213 基因变异与颅内合并颅外血管疾病的关系

Schilter等报道了1例存在RNF213p.Q469H和p.W4677L变异的先天性脑动脉异常相关血管瘤[即PHACE (posterior fossa anomalies, hemangioma, arterial abnormalities, cardiac abnormalities, eye anomalies)综合征]患者,该患者随后被诊断患有烟雾病｡但Hadisurya等报道的1例PHACE综合征合并烟雾病的患者并未发现RNF213的任何变异｡以上个案报道并不能明确RNF213变异是否增加PHACE患者发生烟雾病的风险｡另有多项研究表明,在1型神经纤维瘤患者存在RNF213变异的情况下,其烟雾病的发病风险增加｡

Shinya等报道了1例63岁的蛛网膜下腔出血引起大脑中动脉夹层的女性患者,该患者5年后发展为颅内动脉狭窄,后进展为烟雾病,经检查其存在RNF213p.R4810K杂合变异,提示RNF213p.R4810K可能是前循环动脉夹层发生､发展的危险因素｡

近年来,越来越多的研究报道了烟雾病合并肺动脉高压的情况｡RNF213作为烟雾病的易感基因,也可能与肺动脉高压存在关联｡Suzuki等研究对比了76例肺动脉高压患者和79名健康百岁老年人,结果显示,有7例肺动脉高压患者携带RNF213p.R4810K变异,而健康百岁老人中并未发现RNF213变异｡Hiraide等对139例日本肺动脉高压患者的研究显示,携带RNF213p.R4810K变异的肺动脉高压患者比携带BMPR2变异(肺动脉高压的一种致病基因)的肺动脉高压患者预后更差[5年生存率分别为0和92%(33/36),P<0.01]｡此外,在肺动脉高压患者中还发现了RNF213p.A4399T杂合变异,该变异作为RNF213的C′常见变异之一,也可能在肺动脉高压的发生过程中发挥作用｡

3 RNF213基因变异与颅外血管疾病的关系

Morimoto等研究表明, RNF213 p.R4810K与冠心病存在显著相关性(OR=4.99,95%CI:1.16~21.53,P=0.031)｡Nomura等报道了1例携带RNF213p.R4810K纯合变异的冠心病患者,该患者后续进展为腹部动脉和肠系膜上动脉狭窄,颅内动脉壁呈不规则变化,推测RNF213变异可能对全身动脉狭窄产生影响｡2018年,Li等首次对中国汉族动脉夹层患者进行大规模基因测序,结果显示,在702例动脉夹层患者中存在27种RNF213罕见变异,RNF213可能是动脉夹层的重要致病基因｡随后,Pan等在不同的动脉夹层分型患者中发现,RNF213变异仅在StanfordA型患者中出现,提示该变异可能与动脉夹层特定分型有关｡

Koizumi等研究显示,RNF213 p.R4810K 与收缩压升高存在相关性(OR=10.00, 95% CI: 7.80~12.20,  P= 5×10-5)｡Liu等的研究纳入了953例高血压病患者和1103名无高血压病的对照人群,结果显示,RNF213rs9916351可能影响中国人群的收缩压(P=0.025)､平均舒张压(P=0.017)和平均动脉压(P=0.010)｡一项韩国的大型队列研究显示,在钠摄入量≥2g/d的参与者中,RNF213p.R4810K与高血压病显著相关(OR=1.71, 95% CI: 1.45~2.01, P= 2.4×10-10)｡以上结果表明,RNF213变异可能是高血压病的危险因素之一｡

4 RNF213的分子机制

4. 1 RNF213的分子结构和功能

RNF213编码形成591kDa的RNF213蛋白质,主要包含两个功能区,即与多种细胞活性相关的ATP酶(ATPases associated with  diverse cellular activities, AAA+ ATPase)结构域和E3泛素连接酶结构域｡RNF213分子结构包含N端结构基序､具有ATP酶活性的6个AAA单元､具有环指和锌指的E3泛素连接酶结构域｡AAA+ATPase是1个六聚体,类似于动力蛋白的静息状态,能将泛素从一个底物转移到另一个底物｡E3泛素连接酶与两种底物———活化T细胞核内因子1和细丝蛋白A结合,并下调两种底物的表达｡活化T细胞核内因子1是具有多向调节功能的转录因子,能进入细胞核,与DNA的特定序列结合,调节目的基因的特定表达;细丝蛋白A是一种肌动蛋白结合蛋白,与多种结合蛋白相互作用,在细胞迁移､分化､增殖､存活等过程中发挥重要作用,与血管斑块稳定性及炎性反应密切相关｡

此外,RNF213具有广泛的抗菌和抗病毒功能,通过结合细菌外膜的脂多糖或干扰素刺激基因15蛋白(一种具有抗菌､抗病毒作用的蛋白),清除沙门菌､单核细胞增生李斯特菌､单纯疱疹病毒1型､人类呼吸道合胞病毒和柯萨奇病毒B3等病原体｡脂质A是细菌脂多糖中的一种结构,是E3泛素连接酶的靶点,RNF213作用于脂质A,对细菌脂多糖进行标记,使其成为细胞自噬的靶标,从而清除细菌｡

4. 2 RNF213变异导致血管相关疾病的可能机制

血管相关疾病的RNF213变异(包括p. R4810K)大部分位于E3泛素连接酶结构域｡虽然在体外实验中,RNF213 p. R4810K变异不影响RNF213 的结构或活性,但是E3 泛素连接酶结构域多位点的总体变异可以降低RNF213 的泛素化活性,改变其底物的特异性,引起相应的功能障碍｡ RNF213表达下降阻断了细丝蛋白A和活化T细胞核内因子1的降解,增强了非经典Wnt信号/ Ca2 +通路的下游信号转导,导致血管消退减少,血管出现烟雾状异常｡研究显示,活化T细胞核内因子的1个靶基因是基质金属蛋白酶9(MMP-9),MMP-9能够重塑组织,降解细胞外基质,促进动脉粥样硬化,与ICASO､卒中等不良心血管事件密切相关｡ 敲除RNF213的小鼠活化T细胞核内因子1表达水平升高,对应的靶基因MMP-9 的表达水平升高,促进炎细胞浸润､血管平滑肌细胞迁移,加剧血管内皮功能障碍,引发一系列的血管相关疾病｡综上所述,RNF213变异可能通过改变底物的相应功能影响靶基因的表达,进而导致血管重构异常,引发血管相关疾病｡

敲除斑马鱼RNF213 后,其眼睛和大脑的血管形成异常,提示RNF213 在调节内皮功能和血管生成中发挥了重要作用;另外,RNF213 变异也可导致斑马鱼血管生成异常和血流紊乱｡“二次打击”理论指某些疾病的发展是遗传和后天因素共同作用的结果｡烟雾病等多种血管相关疾病也受到遗传和环境风险因素(如感染､炎性反应和自身免疫)的共同影响｡研究者对RNF213p. R4810K变异或敲除RNF213基因的小鼠进行双侧颈总动脉狭窄手术,该手术使小鼠形成缺血和慢性脑血流灌注不足,术后小鼠表现出脑血流恢复减少和血管生成受损,提示RNF213 表达下降导致动脉血管生成能力受损｡这些研究表明,RNF213 变异与血管生成有关,该变异与环境因素共同作用可能是血管相关疾病发病的原因｡

RNF213变异导致RNF213 蛋白抗微生物活性降低,病毒感染及细菌感染的风险增加｡研究表明,RNF213表达下降的小鼠更容易发生裂谷热而死亡,且既往研究也显示,烟雾病患者的EB病毒抗体滴度高于健康个体｡另有研究表明,炎性反应信号可能引起RNF213表达上调｡β干扰素能够通过启动子区的结合位点增加RNF213基因的表达,减少血管生成,RNF213p.R4810K 多态性导致RNF213蛋白质响应环境刺激的能力下降｡通过向不同动物(如家兔､猫等)的静脉､脑室或动脉内注射促炎物质构建的血管相关疾病免疫模型表现出血管炎性表型,如血管内弹性膜变性,但并未出现狭窄-闭塞病变和烟雾状血管的特征｡树突状细胞是机体功能最强的专职抗原递呈细胞,能高效地摄取､加工处理和递呈抗原,处于启动､调控并维持免疫应答的中心环节｡RNF213在树突状细胞中过度表达,对这些细胞的发育和功能产生重要影响｡RNF213基因表达下降的小鼠树突状细胞抗原摄取､加工和呈递功能受损,不能有效激活和增殖抗原特异性T 细胞,从而影响自身免疫功能｡以上研究表明,RNF213在血管生成过程中具有多功能性,一定程度上反映了RNF213在相关疾病中的作用｡

5 总结与展望

综上所述,RNF213基因涉及多种分子机制,其遗传变异与多种血管疾病有关,深入的功能及机制研究可能为相关疾病病因及病理机制的探索提供更多参考｡将RNF213变异筛查策略应用于相关血管疾病的辅助诊断,可能有助于进一步阐明无症状或早期疾病的自然病程｡目前针对RNF213 变异血管相关疾病尚无特异性治疗药物｡Kobayashi等提出了ATP 特异性抑制剂的靶向药物治疗,但由于RNF213变异靶点多样,尚不能确定特异的治疗靶点｡RNF213基因变异与血管形成过程密切相关,研究该基因不同上下游调控机制并研发药物,可能是未来的发展方向｡