单基因脑小血管病的治疗学研究进展2026

单基因脑小血管病的治疗学研究进展2026单基因脑小血管病（monogeniccerebralsmallvesseldisease）是指由单基因突变导致的罕见脑小血管病。主要包括常染色体显性遗传脑动脉病伴皮质下梗死及白质脑病（cerebralautosomaldominantarteriopathywithsubcorticalinfarctsandleukoencephalopathy，CADASIL）、常染色体隐性遗传脑动脉病伴皮质下梗死及白质脑病（cerebralautosomalrecessivearteriopathywithsubcorticalinfarctsandleukoencephalopathy，CARASIL）、HTRA丝氨酸肽酶1（high-temperaturerequirementAserinepeptidase1，HTRA1）相关显性遗传性脑小血管病、Ⅳ型胶原蛋白基因α1（collagentypeⅣα1，COL4A1）或Ⅳ型胶原蛋白基因α2（COL4A2）脑小动脉病、视网膜血管病变伴白质脑病和系统性表现、遗传性脑淀粉样血管病和X染色体连锁的Fabry病等［1］。自1977年研究者首次发现CADASIL、1996年首次鉴定出其致病基因NOTCH3以来，随着全基因芯片、高通量测序等现代基因诊断技术的进步，迄今为止已发现了20余个单基因脑小血管病的致病基因，如与小动脉硬化相关的NOTCH3、HTRA1、α-GAL、COL4A1/A2、FOXC1/F2，与淀粉样蛋白相关的APP等［2］。近期Ding等［3］通过家系和动物模型研究发现了伴有骨质疏松甚至骨折的脑小血管疾病患者的新致病基因ARHGEF15。对单基因遗传性脑小血管疾病的遗传学研究不仅能揭示其致病基因以及发病机制，还为其特异性治疗提供新的方向。文中主要对单基因脑小血管病的治疗学研究进展进行综述。文献检索：以“单基因脑小血管病”“常染色体显性遗传脑动脉病伴皮质下梗死及白质脑病”“常染色体隐性遗传脑动脉病伴皮质下梗死及白质脑病”“HTRA1显性遗传性脑小血管病”“Fabry病或法布里病或法布雷病”“COL4A1/2相关性血管病或Ⅳ型胶原蛋白脑小血管病”等作为中文关键词，“monogeniccerebralsmallvesseldisease”“cerebralautosomaldominantarteriopathywithsubcorticalinfarctsandleukoencephalopathy/CADASIL”“cerebralautosomalrecessivearteriopathywithsubcorticalinfarctsandleukoencephalopathy/CARASIL”“COL4A1/A2

ANDcerebralsmallvesseldisease”“Fabrydisease”作为英文关键词，在中国知网、万方数据知识服务平台、PubMed、WebofScience数据库中检索相关的中英文文献，检索时限为建库至2024年12月5日。一、CADASIL（一）病因和机制CADASIL是最常见的单基因脑小血管病，主要表现为偏头痛、卒中发作（以缺血性卒中多见）、认知障碍、淡漠和情感障碍和步态障碍。头颅磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）可见脑白质高信号、多发的腔隙性脑梗死、微出血及扩大的血管周围间隙，其特征性影像改变为颞极、岛叶皮质下及额上回的白质高信号［4］。其致病基因为NOTCH3，错义或小的插入缺失杂合突变导致NOTCH3蛋白34个表皮生长因子样重复结构域内半胱氨酸残基个数奇数化，导致NOTCH3ECD沉积物（嗜锇性颗粒物质）沉积在小动脉平滑肌细胞基底膜，引起实质小动脉和毛细血管壁纤维增厚，血管平滑肌细胞丢失。然而随着基因测序技术的广泛应用，研究发现NOTCH3的其他类型突变如保留半胱氨酸数量的错义突变或移码和过早终止密码子也可表现出CADASIL的疾病表型，这些突变的致病性目前仍存在争议［5,6］。除异常的NOTCH3蛋白聚集外，异常NOTCH3信号传导也在CADASIL病理生理机制中发挥了重要作用。NOTCH3突变阻碍NOTCH通路受体与配体的结合，进而影响血管的完整性。研究发现NOTCH3敲除小鼠（NOTCH3-/-）表现出重要的脑血管异常，包括结构动脉缺损、血管平滑肌细胞丢失、血脑屏障渗漏以及肌源性张力和脑血管反应性改变［7］。然而NOTCH3信号活性是否改变在不同研究中仍存在争议，NOTCH3

基因敲除小鼠并未表现出CADASIL样表型，提示CADASIL发病机制的复杂性［8］，需要进一步深入研究。（二）治疗进展目前对CADASIL尚无有效的治疗手段。干预高血压等脑血管病危险因素、戒烟酒等不良生活方式，可能减少CADASIL患者脑血管意外的风险，进而改善预后［9］。常规抗血小板或降脂药物在CADASIL患者卒中预防中的作用尚不明确。近年来许多临床前研究基于CADASIL病因和机制，对其特异性治疗进行了积极探索，主要包括免疫疗法、生长因子疗法和基因疗法等。1.免疫治疗：有研究者利用NOTCH3基因敲除和TgNotch3C455R小鼠，发现靶向位于细胞外结构域的NOTCH3受体负调节区的激动剂抗体可以在体外激活配体不敏感的突变型NOTCH3受体，防止CADASIL小鼠模型中的壁细胞丢失，有效预防NOTCH3敲除小鼠和CADASIL小鼠的脑小血管病表型［10］。另一团队在CADASIL小鼠模型中探讨了NOTCH3激动剂5E1单克隆抗体结合脑血管中NOTCH3胞外域沉积物的能力及其对疾病相关表型的影响［11］。研究发现5E1治疗显著防止了脑血流反应受损，并使脑动脉的肌源性反应正常化；但长期给予5E1不会减轻NOTCH3胞外域或嗜锇性颗粒物质沉积，并且与血管周围小胶质细胞活化无关；它也未能阻止白质病变的发展［11］。2022年有学者开发了一种新型主动免疫疗法，利用CADASIL-R133C突变和野生型EGF1-5重复序列组成的聚集体对CADASILTgN3R182C150小鼠进行免疫接种共4个月，首次观察到脑毛细血管周围NOTCH3沉积显著减少（38%~48%）、小胶质细胞活化增加，血清NOTCH3胞外域水平降低。且该疗法不影响体重、一般行为、视网膜中血管平滑肌细胞的数量和完整性、神经元存活、炎症或肾脏系统，表明其具有可耐受性，为CADASIL的临床治疗提供了新的思路［12］。2.生长因子疗法：少数研究探讨了干细胞因子（stemcellfactor，SCF）联合粒细胞集落刺激因子（granulocytecolony-stimulatingfactor，G-CSF）对TgNotch3R90C转基因小鼠的治疗作用。通过皮下间隔重复给药，SCF+G-CSF减轻了CADASIL小鼠小动脉中血管平滑肌细胞的变性，可增加脑血管密度，并抑制细胞凋亡。SCF+G-CSF治疗抑制CADASIL诱导的内皮细胞和神经干细胞/神经祖细胞丢失，促进神经发生。在细胞凋亡的体外模型中，SCF+G-CSF通过AKT信号传导和抑制半胱天冬蛋白酶-3活性来阻止血管内皮细胞中的凋亡细胞死亡［13］。进一步地，通过使用骨髓移植方法追踪骨髓来源的细胞和共聚焦成像，研究人员观察到TgNotch3R90C小鼠脑小血管和毛细血管中骨髓来源的血栓形成，在血栓形成内部和周围可见退化的毛细血管内皮细胞，血栓形成区域及其附近可见IgG外渗。使用SCF+G-CSF治疗可显著降低脑毛细血管血栓形成和IgG外渗［14］。此外，同一研究团队发现，与年龄匹配的野生型小鼠对照相比，10~11月龄的TgNotch3R90C小鼠大脑中的血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）和VEGF-A显著降低。而在上述小鼠9月和10月龄时重复SCF+G-CSF处理可改善认知功能，增加脑VEGF/VEGF-A，增强神经元结构的再生和突触发生。这些数据表明，SCF+G-CSF治疗可能限制CADASIL的病理进展，修复Notch3R90C突变所致的大脑受损［15］。3.基因疗法：近年来随着基因组学与新一代基因测序技术的发展，反义寡核苷酸（antisenseoligonucleotide，ASO）药物在转化医学与精准医学中的应用取得了飞速的发展。ASO是一种单链寡核苷酸分子（18~30核苷酸），可以是DNA、RNA或DNA/RNA的杂合单链，进入细胞后可通过与靶序列互补，在核糖核酸酶H1的作用下导致mRNA降解，从而抑制蛋白表达；或通过空间位阻效应实现pre-mRNA的选择性剪接，调控基因的翻译，达到治疗疾病的目的［16］。ASO目前已被用于脊髓肌萎缩症、迪谢内肌营养不良等疾病的治疗。2016年，Rutten等［17］通过生物信息学手段，使用cDNA构建体对一系列外显子跳跃策略进行建模，随后通过设计靶向NOTCH3

2~3、4~5和6号外显子的ASO并转染CADASIL患者来源的脑血管平滑肌细胞，结果表明NOTCH3及其下游蛋白表达未受影响，确定了靶向NOTCH3外显子跳跃的技术可行性。该团队随后报道了1个携带半胱氨酸突变（G498C）的CADASIL家系，发现其突变位于第9号外显子的边界，由于影响RNA的剪接而导致天然的外显子跳跃，使得疾病出现较轻的表型；并初步通过转染靶向9号外显子的ASO和规律成簇的间隔短回文重复（clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats，CRISPR/Cas9）基因编辑技术在血管平滑肌细胞模型中验证了其可翻译性［18］。上述研究结果表明“半胱氨酸纠正”可能是治疗CADASIL患者的有效手段，基因疗法具有很大的前景，然而目前其在CADASIL治疗上的应用仅局限于体外细胞层面，亟待进一步深入研究。二、CARASIL和HTRA1显性遗传性脑小血管病（一）病因和机制CARASIL是一种罕见的由HTRA1双等位基因突变引起的脑小血管病，符合常染色体隐性遗传模式。HTRA1蛋白具有丝氨酸蛋白酶活性，可抑制转化生长因子β（transforminggrowthfactor-β，TGF-β）通路，其组成包括信号肽、胰岛素样生长因子结合蛋白、Kazal样结构域、连接区、丝氨酸蛋白酶和PDZ样结构域，其中丝氨酸蛋白酶结构域含有L3和LD2两个结构域，在底物活化中起重要作用［19］。HTRA1纯合突变多位于蛋白酶结构域，导致编码蛋白表达量减少和蛋白酶活性下降。近年来相继有研究报道，HTRA1基因杂合突变亦可导致常染色体显性遗传脑小血管病［19,20,21］。杂合错义突变常位于连接区或L3/LD结构域，影响HTRA1三聚体的形成，其结果均造成TGF-β通路激活，引起下游靶蛋白在血管壁的异常聚集，进而引起小动脉内膜的纤维化、中膜平滑肌细胞的变性和丢失［20］。故而两者在血管病理及临床表现均存在一定相似性，但HTRA1相关显性脑小血管病发病年龄较晚，临床症状相对轻。（二）治疗进展对该病目前同样采取控制血管病危险因素、发病后应用抗血小板药物、针对认知障碍、精神或心理障碍等予以相应对症药物等对症治疗，缺乏特异性治疗手段，迄今为止仅有少数基于病因的治疗研究。一项研究通过利用HTRA1无义突变的CARASIL患者的成纤维细胞，探索了抑制无义介导的mRNA降解（nonsense-mediatedmRNAdecay，NMD）从而改善疾病表型的可能机制［22］。NMD是真核细胞中监控RNA的重要机制，它可以识别并降解含有提前终止密码子（prematureterminationcodon，PTC）的异常mRNA，也能降解部分保留正常功能的异常蛋白质，造成疾病恶化。该研究通过敲低PTC过程中的关键激酶SMG（suppressorwithmorphogeneticeffectongenitalia）-1的亚基SMG-8，发现它可以上调突变mRNA和蛋白表达，改善NMD加剧的突变表型，同时不会影响含有PTC的CARASIL成纤维细胞的细胞生长，提示SMG-8可能是NMD抑制的一个有前途的靶标［22］。近期另一项研究从信号转导角度探索了CARASIL可能的治疗靶点［23］。既往研究结果表明，血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂可抑制HTRA1的底物之一蛋白纤连蛋白表达［24］并抑制脑中TGF-β信号转导［25］，因而有望用于治疗CARASIL。研究者构建了HTRA1-/-小鼠，该模型表现出CARASIL类似的病理特征，使用坎地沙坦干预后小鼠大脑前动脉的基质蛋白质的荧光染色减轻，大脑前动脉的内膜变薄，提示坎地沙坦治疗减轻了HTRA1功能丧失小鼠基质蛋白质的沉积、改善内膜增厚和血管扩张［23］。未来还可考虑从HTRA1基因治疗、提高丝氨酸蛋白酶活性、酶替代治疗等方面寻找突破口［20］。三、Fabry病（一）病因和机制Fabry病是一种罕见的X连锁溶酶体贮积症，致病基因GLA突变导致α-半乳糖苷酶A（alpha-galactosidaseA，α-GalA）的活性部分或全部丧失，引起该酶的代谢底物三己糖酰基鞘脂醇（globotriaosylceramides，GL3/Gb3）和相关鞘糖脂在各脏器受影响的细胞中累积，造成多脏器病变，在神经系统中主要表现为周围神经病、脑白质病变和卒中［26］。不同于经典脑小血管病，Fabry病常可导致颅内大血管病变如基底动脉［26］。Fabry病的病理生理机制包括线粒体功能障碍、溶酶体功能障碍、内皮功能障碍和自噬异常等［27］。一项研究在Fabry病患者的皮肤成纤维细胞中发现GL3沉积可能会导致钾（钙）1.1通道活性减低并激活NOTCH1信号通路［28］，提示异常的NOTCH信号传导可能是遗传性脑小血管病的共同机制之一。（二）治疗进展：相对于其他单基因脑小血管病，Fabry病的靶向治疗疗效最为明确，其中酶替代治疗和酶增强（分子伴侣）治疗已被写入相应管理治疗建议，并在临床批准上市。此外，迄今已有多项临床研究探讨了Fabry病新的治疗策略，包括底物减少疗法（substratereductiontherapy，SRT）、基因治疗和基于mRNA治疗等［29］。SRT是口服葡糖神经酰胺合成酶抑制剂，通过限制神经酰胺向鞘糖脂的转化，减少代谢产物GL3生成。获批临床试验的两种药物venglustat和lucerastat在早期研究中均取得了成效［30,31］。为了解决酶替代药物不能透过血脑屏障、生物利用度有限的问题，近20年以来，研究者们在开发器官特异性核酸递送系统方面付出了巨大努力，积极探索基于逆转录病毒、慢病毒、腺相关病毒、非病毒（如脂质体）载体的体内外基因及mRNA治疗［32,33,34,35,36］。其原理主要是将载体介导的正常GLA基因或mRNA递送至Fabry病患者体内，使患者机体产生具有正常活性的α-GalA或蛋白。近年来还出现了融合基因和底物减少的疗法，研究者开发出由封装在固体脂质纳米颗粒中的靶向Gb3合酶（Gb3synthase，Gb3S）的各种小干扰RNA分子组成的新型纳米药物，这些载体通过使用不同的配体进一步修饰后与Fabry病模型细胞有效结合，可使Gb3S-mRNA水平的沉默率高达90%［37,38］。然而上述研究尚处于临床前研究阶段，其临床转化面临着靶向所有受影响的细胞类型、随之而来的免疫学反应、载体可能对替代酶活性产生影响等诸多问题，研究道路仍然任重道远。四、COL4A1/2相关性血管病（一）病因和机制COL4A1/2的基因突变可导致常染色体显性遗传性脑小血管病，致病突变通常为终止