《Journal of Neurochemistry》：Familial Cerebral Cavernous Malformations: Pathophysiology, Genetics, Biomarkers, and Treatment Perspectives
ABSTRACT
家族性脑 cavernous 血管畸形（FCCM）是一种遗传性神经血管疾病，其特征为脑和脊髓内存在成簇的扩张性薄壁毛细血管。尽管罕见，FCCM为了解内皮细胞连接生物学、机械转导和激酶信号传导中的遗传破坏如何驱动中枢神经系统血管不稳定性提供了一个可研究的模型。致病性功能丧失变异汇聚于促进屏障功能障碍、铁沉积、炎症和进行性病变生长的信号异常。临床上，FCCM可能表现为癫痫、头痛、局灶性神经功能缺损或脑内出血，但由于不完全且年龄依赖的外显率，许多携带者仍无症状。神经影像学的进展增强了对微病变和铁积累的检测能力，使这些模式成为疾病表达的核心生物标志物。除了影像学，新兴的循环生物标志物，包括与突变状态相关的炎症细胞因子和血浆 microRNA，可能改善个体化风险分层。本入门文章综合了当前关于FCCM病理生理学、遗传学、诊断策略和治疗前景的知识。通过将分子机制与临床相关性相结合，它概述了一个将FCCM理解为内皮信号和神经血管稳态紊乱的框架，并强调了推进这一棘手病症精准医疗的机会。
Abbreviations
（此处省略了缩写表的具体内容，因其为列表形式。在总结性文章中，通常会在首次出现缩写时以括号形式注明全称，而非单独列出整个缩写表。）
1 Introduction
脑 cavernous 血管畸形（CCMs）是发现于中枢神经系统（CNS）的血管畸形。这些病变由扩大的毛细血管腔组成，内衬单层内皮，没有介入的脑实质，并伴有正常毛细血管血管结构和血流动力学的丧失。对人类CCM病变和动物模型的研究记录了血管通透性增加和内皮连接完整性丧失，这些特征与血脑屏障（BBB）功能障碍一致。人类CCM病变的组织病理学研究显示胶质细胞和血管周围改变，表明CCM病理学超出了内皮细胞。越来越多的证据表明，CCM中受损的内皮机械转导可能破坏神经血管单元功能，并导致癫痫易感性，就像在其他屏障功能障碍促进神经元过度兴奋的情况中一样。
该疾病具有独特的遗传特征，为了解神经系统血管发育提供了见解，这与任何其他脑血管疾病都不同。自然史研究表明，散发性CCMs是最常见的CNS血管畸形之一（5%–15%），影响约0.2%–0.5%的世界人口。然而，家族性或遗传形式（FCCM），由常染色体显性功能丧失（LOF）突变引起，涉及KRIT1/CCM1（在FCCM中占53%–65%）、CCM2/MGC4607（10%–16%）或PDCD10/CCM3（5%–15%），构成一种罕见的遗传性疾病，估计患病率为1-5:10000。这三种由CCM基因编码的蛋白质相互作用形成三元复合物，稳定内皮间连接和细胞-基质粘附。
与散发性CCM不同，FCCM通常在整个大脑和脊髓呈现多发病变。鉴于CCM的特殊遗传异质性，在评估FCCM风险个体时，仔细的影像学评估至关重要。磁共振成像（MRI）仍然是诊断的金标准，并且强烈推荐基于磁敏感性的序列，特别是磁敏感加权成像（SWI），因为它们对检测家族性形式特征的众多小病变和点状微出血具有卓越的敏感性。因此，在FCCM诊断中强调SWI反映了病变的典型多发性（典型数量为6-20个CCMs）和小尺寸，而不是家族性和散发性海绵状血管瘤之间任何固有的影像学差异。
在本综述中，我们将提供有关该疾病及其病理生理学的背景信息，包括调查和治疗对家庭的影响，并强调遗传易感性和遗传模式的作用。
2 Clinical Features and Initial Investigation
FCCM患者通常表现出与散发病例相同的神经系统表现，包括癫痫、头痛、短暂性或进行性局灶性缺损以及症状性颅内出血。皮肤血管异常，如过度角化的毛细血管-静脉畸形、点状毛细血管病变或深蓝色结节，可以为FCCM提供重要线索，特别是当MRI上存在多发性脑部病变时。在一些家族中报告的其他发现包括肝或肾血管瘤、骨内静脉畸形、视网膜海绵状血管瘤，以及在CCM3病例中，多发性脑膜瘤。许多个体保持无症状，诊断通常是在因无关原因进行的MRI上偶然做出的。症状通常在20至50岁之间出现，尽管任何年龄都可能发病。CCM3/PDCD10突变与更早和更具侵袭性的表现相关，通常始于儿童期。
放射影像学是疑似FCCM临床调查的核心组成部分，然而，众所周知的不完全外显现象使解释复杂化。两个相关概念对临床医生至关重要：遗传外显率，即突变携带者表现出疾病特征的比例；和放射学外显率，即携带者将在MRI上显示可检测到的CCM病变的可能性，与症状无关。已经观察到放射学外显率尤其具有年龄依赖性。在KRIT1阳性家族中，携带者可能在生命早期有正常的MRI研究，仅在后期影像学上才出现病变，说明了病变出现的动态性质。尽管CCM2和KRIT1突变传统上与比PDCD10更高的放射学外显率相关，但外显率并非绝对，并且因基因和家族而异。值得注意的是，Scimone等人发现了几名年轻的CCM2突变携带者具有完全正常的MRI扫描，表明放射学表达在整个儿童期和青春期早期可能仍然缺失。
3 Pathophysiology
3.1 Initiation and Expansion of CCM Lesions
令人信服的遗传证据表明FCCM遵循病变形成的“二次打击”机制。在该模型中，患者遗传了一个CCM基因等位基因的种系LOF突变，但海绵状血管瘤仅在体细胞第二次打击使剩余野生型等位基因在内皮细胞亚群中失活后出现。重要的是，海绵状血管瘤随后通过CCM缺陷内皮细胞小群体的克隆扩增而发展。以稀疏、低频率方式删除CCM3/PDCD10的嵌合小鼠模型证明，仅需极少量的突变内皮细胞就足以播种整个病变，局部扩张，并招募周围的野生型邻居加入畸形血管团。体外共培养系统进一步支持了这一概念：CCM3?/?内皮细胞在竞争中胜过野生型细胞，诱导间充质样特征，并驱动异常的多细胞球状形态。有趣的是，在细胞培养实验中，缺乏CCM3蛋白但非野生型的内皮细胞在暴露于p53恢复化合物（如NSC59984）时显示出不成比例的强烈生长抑制，这突出了一种选择性靶向突变克隆而不伤害正常内皮的潜在策略。这些观察结果共同支持了一个模型，即CCM起源于少数遗传“打击”的内皮细胞的克隆优势，其增殖优势和改变的信号景观随后将周围的血管微环境重塑为成熟的CCM病变。
所有CCM病变，无论其散发性或家族性起源，都共享神经血管系统内内皮细胞连接的特征性紊乱。这种结构不稳定性允许慢性渗漏和血液降解产物的沉积，通常在MRI上可视化为围绕病变的低信号含铁血黄素边缘，这是功能障碍的内皮连接和屏障完整性受损的影像学标志。手术切除的海绵状血管瘤的组织病理学分析证实了活跃的内皮血管生成和炎症细胞浸润，表明这些病变在生物学上保持活跃而非静止。CCM病理生理学最明确的细胞机制将在以下小节中讨论。
3.2 Cell Adhesion Regulation by CCM Proteins
CCM蛋白协同且非冗余地作用以保障内皮连接稳定性，特别是通过VE-钙粘蛋白相关的粘附复合物及其调节信号网络。早期工作确立RhoA/ROCK通路的过度活化是海绵状表型的关键决定因素。尽管尚未证明CCM3与RhoA/ROCK组分之间存在直接的生化相互作用，但CCM3与VE-钙粘蛋白、CCM1和CCM2形成复合物，其缺失诱导了体外海绵状内皮细胞典型的从皮层到应力纤维的细胞骨架转变。
除了这些初步观察，CCM1和CCM2还通过控制小GTP酶Rap1的定位和活性来调节内皮细胞连接，Rap1是VE-钙粘蛋白介导的粘附的稳定剂和RhoA信号传导的内源性抑制剂。在生理条件下，Rap1促进凝聚的连接结构。然而，当CCM1或CCM2功能受损时，Rap1从连接复合物中移位，导致不受限制的RhoA/ROCK激活、肌动球蛋白收缩性增加和细胞-细胞粘附进行性丧失。CCM蛋白还影响其他Rho家族GTP酶——如Cdc42和Rac1——它们是细胞骨架组织和内皮屏障功能的关键调节因子。
内皮稳态和屏障功能是多种粘附受体协调相互作用的结果。细胞间粘附和对细胞外基质（ECM）的粘附之间的这种相互作用对CCM中的内皮不稳定性至关重要。在血管稳态中，整合素β1，一种关键的细胞-基质粘附受体，对于VE-钙粘蛋白正确定位到细胞-细胞连接处也是必不可少的。Rap1，一种内皮间连接的稳定剂，也在多种细胞类型中激活整合素。CCM1/2的缺失破坏了屏障稳定性，由于来自β1-整合素的上游信号增强，导致RhoA/ROCK过度激活。在CCM缺陷细胞中，ICAP-1，一种β1-整合素激活的抑制剂，成为蛋白酶体降解的目标，从而加剧整合素信号传导并增强RhoA依赖的细胞骨架张力。值得注意的是，ECM组成的调节可以逆转海绵状血管瘤样表型：血小板反应蛋白-1（TSP-1）和纤连蛋白（FN）都可以恢复CCM缺陷内皮细胞中的连接组织。
这些发现强调，CCM蛋白协调多个结构层——连接、细胞骨架和ECM-整合素介导——以维持内皮屏障功能。
3.3 The Kinase Axis of CCM-Dependent Pathways
CCM似乎通过细胞激酶活性的强烈失调而进展，近期证据指出了对CCM病理生理学至关重要的额外信号轴。MEKK3–MEK5–ERK5–KLF2/4通路在CCM缺陷内皮细胞中显著上调，在那里它作为RhoA/ROCK激活的上游起作用。条件性缺失MEKK3或KLF2/4可消除RhoA的过度激活。在稳态条件下，CCM2直接结合MEKK3，可能抑制其活性；消耗任何CCM蛋白会导致MEKK3激活、KLF2和KLF4的核积聚以及适应不良的内皮状态的转录诱导。KLF4还在CCM模型和临床海绵状血管瘤中驱动内皮-间质转化（EndoMT），这一过程被RhoA活性增强。该通路为连接脆弱性和异常形态发生提供了机制解释。
受体酪氨酸激酶（RTK）信号进一步调节CCM病理生理学。CCM1、CCM2或CCM3功能的丧失破坏了VEGFR2的调节，导致异常的血管生成信号传导。CCM3通过涉及受体内吞的机制稳定VEGFR2，并且CCM3缺陷的内皮细胞表现出升高的EGFR水平，表明CCM3在RTK稳态中具有独特的调节作用。这些改变可能有助于解释与CCM3突变相关的更严重的临床表型，尤其是在血管生成或促有丝分裂的微环境中。
在RTK下游，PI3K/AKT/mTOR通路有助于血管重塑和存活。尽管适当的激活对于内皮细胞活力和稳态是必要的，但持续的AKT1信号传导诱导异常的血管形态发生。最初被认为是散发性CCM的一个定义特征，其中体细胞激活PIK3CA突变发生在没有种系CCM基因缺陷的情况下，PIK3CA功能获得（GOF）突变现在也在所有三种家族性CCM基因型中被识别。这些GOF突变驱动过度的、异常的血管增殖，表明PI3K通路激活有助于在CCM病变内获得克隆生长能力，无论起始事件是家族性（种系）还是散发性。
CCM3直接结合并稳定GCKIII（生发中心激酶III）激酶亚家族（MST3、MST4和STK25），将它们锚定在STRIPAK复合物内，并调节内皮极性、连接稳定性和细胞骨架动力学。CCM3–GCKIII轴在管腔形成中起着核心作用。在体内，CCM3/PDCD10或GCKIII的杂合性缺失产生管腔狭窄或不规则的血管，并伴有相邻微血管段的扩张，与CCM病变的特征性海绵状薄壁结构惊人地相似。
3.4 Immunoinflammatory and Genetic Modifiers of Cavernoma Progression
新兴证据强调了炎症通路和遗传修饰因子的作用。影响TLR4基因和粘膜屏障调节因子的变异已被提出可调节病变负荷，特别是在CCM3相关疾病的背景下。实验工作直接涉及肠道微生物组、先天免疫和肠道屏障完整性在CCM发病机制中。在一项开创性研究中，Tang等人表明，来自革兰氏阴性肠道细菌的脂多糖对内皮Toll样受体4（TLR4）的刺激是激活MEKK3–KLF2/4通路和驱动CCM小鼠模型中病变形成所必需的：无菌小鼠或具有TLR4基因或药理学阻断的动物受到保护免于CCM发展，而TLR4的激活或增加TLR4或CD14表达的多态性与人类更高的病变负荷相关。
基于这项工作，随后的研究表明，CCM3/PDCD10在脑内皮和肠上皮中具有不同的作用，并且通过肠上皮PDCD10缺失、粘蛋白-2缺乏、膳食乳化剂或化学损伤破坏结肠粘液屏障，显著增加了PDCD10缺陷小鼠的CCM负荷。在该模型中，地塞米松通过作用于脑内皮和肠上皮细胞，有效减少了CCM的形成。这些数据共同定义了CCM中的一个肠-脑疾病轴，其中微生物群衍生的信号和肠道屏障完整性调节MEKK3–KLF2/4的激活和病变形成，特别是在PDCD10缺陷的背景下。
有趣的是，患有活动性海绵状血管瘤（87%表现为出血，13%表现为癫痫发作）的患者显示出表达功能性TLR2和更显著的TLR4的循环Th17/Tc17亚群增加，以及升高的记忆B细胞群体。这些发现进一步强调了炎症轴对CCM发病机制的贡献。
最后，尽管因果关系尚未证实，维生素D越来越被视为CCM进展的潜在修饰因子。观察性研究表明，低维生素D水平与侵袭性或出血性疾病相关，而补充维生素D与降低未来出血风险相关。这些临床发现与维生素D已知的内皮效应、抗炎信号传导、降低粘附分子表达和增强紧密连接稳定性相一致，这些在概念上符合CCM病变中涉及的屏障破坏机制。
这些数据共同支持一个模型，即CCM蛋白协调一个复杂的网络，涉及连接粘附、整合素-ECM信号传导、机械转导、细胞骨架调节、激酶通路（MEKK3–KLF2/4和RhoA/ROCK）、RTK信号传导、GCKIII、炎症和转录重编程。该网络的破坏使内皮屏障不稳定，并创造一个易于出血、炎症和神经血管单元功能障碍的微环境。
4 CCM Mutations: Implications for Testing and Counseling
4.1 Overview of CCM Mutations
迄今为止，已在CCM基因中识别出565种遗传变异，其中281种被分类为致病性，25种为可能致病性。全球研究表明，40%–65%的致病性变异发生在CCM1，15%–20%在CCM2，10%–15%在CCM3。
CCM1/KRIT1、CCM2/MGC4607和CCM3/PDCD10中的致病性变异涵盖广泛的突变谱，其中大多数汇聚于功能丧失机制。大多数是无义、移码、经典剪接位点突变或大片段外显子缺失，这些突变会产生截短的转录本，易受无义介导的衰变影响，导致蛋白质缺失或严重减少。错义变异虽然较少见，但可能破坏必需的结构域，从而破坏KRIT1–CCM2–PDCD10复合物的稳定性，并损害正常内皮信号传导所需的蛋白质-蛋白质相互作用。在所有三个基因中，这些分子缺陷导致内皮连接失调和MEKK3–KLF2/4及RhoA/ROCK通路的异常激活，为病变形成提供了统一的机制基础。因此，尽管存在遗传异质性，大多数CCM突变产生功能上等效的细胞效应，与单倍体不足作为家族性CCM的主要机制一致。
家族性CCM的区域遗传模式日益明确，多个人群中报道了几种已充分确认的奠基者突变。除了世界范围内的其他复发突变外，已报告了四种已识别的奠基者突变。一个典型例子是西班牙裔KRIT1奠基者突变，它在美西南部高度流行，但在伊比利亚半岛明显缺失，表明其起源于新大陆。一个独特的KRIT1奠基者变异在撒丁岛家族中被识别；一个复发的剪接位点CCM2突变也在德系犹太先证者中报道。同时，在CCM2中，一个大的外显子2-10种系缺失最近被确认为北美奠基者突变，为多个看似无关的家族所共有。在巴西，对23名有症状和无症状FCCM患者血液样本的测序鉴定出CCM1（53%）、CCM2（33%）和CCM3（14%）的种系致病性变异，强调了本地驱动的努力来表征FCCM遗传流行病学的重要性。
4.2 Genetic Testing and Counseling
2025年共识指南建议获取三代家族史，并对患有多发性海绵状血管瘤且无其他易感因素（例如，既往脑部放疗或发育性静脉异常-DVA）的患者进行CCM1、CCM2和CCM3的基因检测。MRI是首选的诊断方式，理想情况下应包括磁敏感加权序列（SWI、SWAN或T2* GRE）以最大化病变检测。除非鉴别诊断中包含肿瘤或其他血管畸形，通常不需要钆增强。
当前流程图总结了指导潜在突变携带者及其易感家庭的临床调查和咨询。强烈建议咨询临床遗传学家。分子检测的诊断率在很大程度上取决于患者选择标准和检测方法。可用的技术，Sanger测序、下一代测序（NGS）和MLPA，可以识别点突变、缺失、重复和其他致病性变异，但没有一种能提供完美的敏感性。FCCM3在临床上具有独特性，病程更具侵袭性，出血更早，并伴有相关特征，如脊柱侧凸、良性CNS肿瘤和认知障碍，据报道约60%的病例存在这些情况。
大约一半的FCCM个体终生保持无症状，尽管这一估计可能低估了真实患病率，因为许多携带者从未接受过影像学检查。证据表明，复发风险与遗传亲缘关系的程度相关。无症状不能排除高危亲属患有FCCM。预测性检测可以澄清家庭成员的
