《Frontiers in Neurology》：Collateral circulation after revascularization in moyamoya disease: influencing factors and underlying mechanisms
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烟雾病（Moyamoya disease, MMD）是一种慢性进行性脑血管疾病，其特征是颈内动脉末端及大脑前、中动脉近端狭窄或闭塞，伴颅底异常血管网形成。脑血运重建是其主要的手术治疗方式，通常被认为可改善脑灌注并降低卒中复发风险。然而，术后侧支循环形成的效率存
烟雾病（Moyamoya disease, MMD）是一种慢性进行性脑血管疾病，其特征是颈内动脉末端及大脑前、中动脉近端狭窄或闭塞，伴颅底异常血管网形成。脑血运重建是其主要的手术治疗方式，通常被认为可改善脑灌注并降低卒中复发风险。然而，术后侧支循环形成的效率存在显著的个体差异，部分患者仍会发生不良事件，如复发性缺血或脑出血，这可能与侧支形成不足有关。因此，明确影响脑血运重建术后侧支循环形成的因素对烟雾病的治疗至关重要。既往研究表明，多种因素与术后侧支血管形成相关，包括遗传易感性（如RNF213 p.R4810K变异和微小RNA调控）、促血管生成生长因子（如血管内皮生长因子（VEGF）、血小板衍生生长因子（PDGF）和转化生长因子-β1（TGF-β1））、可溶性受体（如可溶性Tie-2（sTie-2））、细胞成分（包括循环内皮祖细胞和间充质干细胞）、结构调节因子如小窝蛋白-1（Caveolin-1, Cav-1），以及临床变量如手术方式、患者年龄和颞浅动脉血流量。本文系统综述了烟雾病患者脑血运重建术后侧支循环形成相关因素的现有证据，旨在为未来研究和优化治疗策略提供参考。
1 引言
烟雾病（MMD）是一种慢性进行性脑血管疾病，其特征为颈内动脉末端及大脑前、中动脉近端进行性狭窄或闭塞，伴有颅底异常血管网形成，血管造影呈现特征性网状外观（“烟雾状”）。该病主要表现为缺血和出血，儿童患者以缺血症状为主，而成人患者出血发生率显著更高。MMD的发病机制尚未完全阐明，但免疫系统失调、炎症和遗传因素被认为是其发生和发展的潜在因素。当前证据表明，药物治疗在延缓或逆转MMD进展方面作用有限。脑血运重建手术是主要的治疗方法，可通过颈外动脉系统改善颅内供血，并可能降低血流动力学应激，从而降低脑缺血和出血事件风险。烟雾病的脑血运重建可分为直接、间接和联合三种方式。直接血运重建可立即增加缺血脑组织血流，但技术难度大，且血流的快速增加对慢性缺血脑组织可能导致高灌注综合征及短暂性神经功能缺损。相比之下，间接血运重建操作较简单，可持续、逐步地改善供血，同时避免临时夹闭血管和长时间麻醉导致的缺血以及血流突然增加引起的高灌注综合征，但侧支循环建立和脑血流改善通常需要数周至数月。有证据表明，与间接血运重建相比，直接血运重建可能与更好的血管造影血管重建相关，并且可降低卒中复发和长期出血风险。联合血运重建结合了直接和间接方法的优势，研究结果报告其疗效优于单纯间接旁路移植。然而，临床观察显示，间接或联合血运重建后患者侧支新生血管形成的效率差异显著。有研究报道，颞浅动脉-大脑中动脉（STA-MCA）吻合联合脑-硬脑膜-动脉-肌肉血管融通术（EDAMS）术后6个月血管造影显示血运重建程度较高，平均达70.8%。另有研究发现，59.1%的半球在脑-硬脑膜-动脉血管融通术（EDAS）后表现出良好的新生血管形成，这与无高血压和较大的骨瓣面积相关。尽管如此，部分患者术后新生血管形成不良，导致复发性脑缺血或出血。研究人员报道，术后侧支循环形成不良患者的卒中发生率高于侧支形成良好者，且这可能作为长期预后和卒中风险的预测因子。尽管对MMD的研究不断增多，但脑血运重建术后影响侧支血管生成的因素及其调控机制仍未完全明了。因此，本文综述了MMD脑血运重建术后侧支循环形成的相关因素及潜在机制。
2 烟雾病血运重建术后与侧支循环形成相关的因素
2.1 遗传易感性和转录后调控
2.1.1 RNF213变异与遗传易感性
RNF213是目前研究最广泛的MMD易感基因，位于人类17号染色体q25.3区域。其编码蛋白结构复杂，包含多个重要功能域，如N端茎区、具有六个ATP酶单元的动力蛋白样核心以及多结构域E3模块。研究人员报道，RNF213编码的AAA+ATP酶模块可通过ATP结合和水解循环动态改变其寡聚状态，这可能通过细胞内机械过程促进血管发育。此外，E3模块可催化与E2结合酶UBE2D2和UBE2L3不同的泛素化反应。MMD患者中的RNF213突变与E3泛素连接酶活性降低和泛素化受损相关。最常见的MMD等位基因RNF213R4810K是一种显性负变异，据报道可抑制泛素化，表明E3泛素连接酶活性降低可能参与MMD的发病机制。研究人员进一步表明，RNF213突变与中国汉族人群MMD易感性相关，且R4810K变异与缺血性MMD显著相关。在免疫炎症反应方面，RNF213编码蛋白可与感染、免疫细胞和细胞因子相互作用，可能参与免疫炎症过程，这与MMD的发生和进展有关。p.R4810K变异与疾病发展密切相关，研究人员将其确定为单侧MMD对侧进展的独立危险因素。此外，在一项成人MMD患者的回顾性分析中，研究人员发现p.R4810K多态性与间接手术后侧支循环形成显著相关。研究人员分析了254例MMD患者，发现携带杂合p.R4810K变异（GA）的患者术后侧支循环形成（PCF）优于野生型（GG）。单因素和多因素logistic回归分析均显示GA与良好的PCF相关，而出血则与不良PCF相关。这些发现为MMD术后新生血管形成的相关因素提供了重要见解。从转录组学角度，未来研究可进一步探索p.R4810K变异与新生血管形成相关的分子机制及其对相关基因转录的潜在调控作用。总之，现有证据支持RNF213变异与侧支形成之间的关联，但其潜在机制和因果关系仍有待完全阐明。
2.1.2 血管生成和侧支形成中的微RNA
微RNA（miRNA）是一类长度约20-24个核苷酸的小型非编码RNA，广泛存在于真核生物中。在人类和其他动物中，miRNA的表达通常具有组织特异性和发育阶段特异性。miRNA主要通过结合靶mRNA的3'非翻译区来调节基因表达，促进其降解或抑制其翻译。miRNA水平的变化与多种疾病相关，包括糖尿病、肥胖、心血管疾病、癌症和神经退行性疾病。细胞外miRNA可通过细胞外囊泡或蛋白质复合物在细胞间转移，并可能调节受体细胞中的基因表达，从而参与血管生成等生理和病理过程。作为一类非编码RNA，miRNA已广泛涉及血管生成，并被报道参与血管生成相关细胞的增殖、分化、凋亡、迁移和管腔形成等过程。它们可直接通过影响内皮细胞活性或间接通过调节血管生成相关蛋白的表达来调控血管生成。研究人员证实，多种血浆分泌性miRNA可作为MMD的生物标志物。miRNA也与MMD术后侧支循环形成有关。研究人员分析了接受间接旁路手术的MMD患者脑脊液，发现血管生成组中miR-92a-3p、miR-486-3p、miR-25-3p和miR-155-5p水平显著升高。研究人员报道，miR-6760-5p在MMD患者脑脊液中上调，其过表达与人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的增殖、迁移和管腔形成减少相关。体外实验进一步表明，miR-6760-5p上调与HUVEC增殖、迁移和管腔形成降低相关，而其抑制则增强管腔形成。Western blot分析显示，miR-6760-5p模拟物与YAP1表达降低相关，而抑制剂则增加其表达，提示YAP1可能是miR-6760-5p的靶基因。进一步实验表明，过表达miR-6760-5p联合转染YAP1过表达质粒与单独转染miR-6760-5p相比，增强了管腔形成和细胞迁移。相反，转染YAP1小干扰RNA与阴性对照组和miR-6760-5p过表达组相比，减少了管腔形成和细胞迁移。这些发现提示miR-6760-5p/YAP1轴可能参与MMD的血管形成。研究人员发现，δ样因子1（DLK1）在MMD患者硬脑膜中的表达显著低于动脉瘤患者，并确认DLK1是miR-126-5p的靶基因。体外实验表明，DLK1与内皮细胞增殖、迁移和血管生成的抑制相关，其作用与miR-126-5p相反。该研究揭示了DLK1在MMD间接血运重建术后血管生成中的负调控作用，为转录组学研究提供了重要线索。未来研究可进一步探讨涉及DLK1和miR-126-5p相互作用的上游和下游基因网络，并分析其在血管生成相关信号通路中的作用。此类研究有助于阐明MMD联合血运重建术后新生血管形成的关键调控基因和潜在治疗靶点，并为改善患者预后提供依据。总体而言，miRNA可能是侧支形成的潜在调节因子，尽管目前的证据主要来自实验研究，且仍为相关性结果。
2.2 血管生成相关信号因子
2.2.1 血管内皮生长因子信号
血管内皮生长因子（VEGF）是内皮细胞特异性生长因子，调节生理和病理性血管生成。它们调节胚胎发育和成年期的血管生成、血管发生和血管维持。VEGF包含多个影响其表达的单核苷酸多态性，它是与多种颅内病变血管生成相关的关键因子，并被报道与内皮细胞增殖、出芽以及微血管样结构形成相关。研究人员报道MMD患者血清VEGF水平显著高于健康对照，这一发现得到其他研究人员的证实。这些发现表明血清VEGF水平升高与颅底异常血管网的发展相关。VEGF在MMD患者硬脑膜中的表达也增加，支持其与“烟雾状”血管和脑侧支循环形成的关联。在VEGF家族成员中，VEGF-A被认为是主要的促血管生成因子，而VEGF-B主要作为存活因子，可能促进内皮细胞与周细胞间的相互作用，有助于受损区域稳定脑微血管的形成。研究人员发现，携带VEGF 2634 CC基因型的患者术后侧支血管形成更好，表明VEGF多态性影响MMD血管融合和旁路术后诱导的侧支血管形成。研究人员确定同型半胱氨酸（Hcy）和肌酐是术后血管生成不良的独立危险因素，高同型半胱氨酸血症与血管生成受损显著相关。体外实验表明，Hcy与脑微血管内皮细胞增殖、迁移和管形成减少相关，而VEGF可逆转这种抑制，提示VEGF可能是促进术后血管生成的潜在治疗靶点。研究人员发现，间接旁路术后侧支循环形成良好的患者在术前和术后第7天可溶性VEGF受体-1（sVEGFR-1）和sVEGFR-2水平较低，表明这些受体参与间接旁路术后的侧支循环。一项临床研究表明，远程缺血预处理（RIC）与围手术期主要神经系统并发症发生率降低和术后第7天血清VEGF水平升高相关，提示RIC可能通过影响血管生成相关因子来调节术后血管生成微环境。
2.2.2 血小板衍生生长因子通路
血小板衍生生长因子（PDGF）参与结缔组织重塑。PDGF通过其受体酪氨酸激酶（PDGFR-α和PDGFR-β）激活多条信号通路，包括Ras-MAPK、PI3K和PLC-γ，参与细胞增殖、分化、迁移和存活。PDGF在多种血管和纤维化疾病的发展与进展中发挥重要作用。研究人员发现MMD患者的动脉平滑肌细胞PDGF受体表达降低，对PDGF的增殖反应减弱。通过灭活PDGFR-α基因并构建小鼠慢性脑缺血模型，研究人员发现PDGFR-α信号可能参与MMD脑-肌肉血管融通术（EMS）后颞肌与新皮质之间的自发血管生成。在研究人员进行的动物实验中，VEGF与内皮细胞增殖相关，而PDGF-BB通过募集周细胞促进血管稳定。两种因子的平衡共表达与单独的VEGF相比，可减少血管成熟异常。将PDGF-BB和VEGF共同植入慢性脑缺血小鼠模型的颞肌中，与增强软脑膜侧支形成、改善血流动力学和增加缺血耐受相关。这些发现表明，EMS手术联合成肌细胞介导的VEGF/PDGF-BB共递送可能是增强慢性低灌注脑侧支血流的潜在策略。
2.2.3 转化生长因子-β1信号
转化生长因子-β1（TGF-β1）是一种多功能多肽生长因子，调节细胞生长和分化，也是结缔组织基因表达的主要调节因子，并参与血管生成。TGF-β1与血管生成高度相关。研究人员发现MMD患者血清TGF-β1水平显著高于健康人，所有患者颞肌与大脑皮层之间均观察到丰富的术后新生血管形成，提示TGF-β1可能参与MMD新生血管形成。研究人员也发现MMD患者中TGF-β1表达显著升高，表明其对烟雾血管形成的影响。此外，研究人员报道缺血性MMD患者血浆TGF-β1水平高于动脉瘤患者和健康人，并与硬膜侧支形成相关。侧支形成组血清TGF-β1水平高于非侧支形成组，血浆VEGF水平与TGF-β1呈正相关。体外实验提示，TGF-β1可能上调HUVEC中VEGF表达，从而促进内皮细胞血管生成，表明TGF-β1可能通过VEGF相关通路参与缺血性MMD的侧支形成。这些发现表明血管生成因子与侧支形成相关，但其确切作用和相互作用仍需进一步研究。
2.3 血管生成素/Tie-2轴
Tie-2是一种受体酪氨酸激酶，主要表达于内皮细胞及其胚胎前体细胞，广泛参与胚胎血管生成和出生后血管重塑。Tie-2的胞外域被蛋白水解切割释放出75 kDa的可溶性Tie-2（sTie-2）蛋白，其与循环中的相应生长因子结合并抑制血管生成。sTie-2与心血管疾病的发展相关。血管生成素-1（Ang-1）作为Tie-2激动剂，通过诱导细胞间相互作用促进血管成熟。相比之下，血管生成素-2（Ang-2）通常被认为是Tie-2信号的情境依赖性调节因子，与内皮去稳定相关，可能促进促血管生成生长因子的作用。Ang-1、Ang-2和VEGF共同调节血管生成，从而影响血管可塑性。研究人员发现Ang-1、Ang-2、Tie-2和VEGF与MMD发病机制相关。与动脉粥样硬化性脑血管病（ACVD）患者相比，MMD患者大脑中动脉（MCA）和外周血浆中sTie-2水平较低。此外，术后6个月侧支形成良好的患者MCA和外周血浆sTie-2水平较低，提示外周血浆sTie-2水平可能具有区分MMD与ACVD以及预测PCF的潜在价值。
2.4 与新生血管形成相关的细胞成分
2.4.1 循环内皮祖细胞
循环内皮祖细胞（EPC）是基于细胞表面抗原表达，通过磁珠分选技术从人外周血中分离得到的，被认为与缺血组织中的侧支生长（治疗性血管生成）相关。体内实验证明，基因修饰的EPC与动物肢体缺血模型中新生血管增强相关。研究人员发现，即使在缺乏血管生成生长因子的情况下，培养和扩增的EPC也能有效促进缺血组织的新生血管形成。研究人员报道，儿科MMD患者外周血中循环EPC水平升高，脑脊液中的Ang-2和VEGF-A表达上调，与中度侧支血管网络发展（Suzuki III-IV级）相关。在一项纳入116例MMD患者的临床试验中，研究人员发现外周血EPC计数与良好的PCF显著相关，表明EPC可能与MMD间接血运重建术（EDAS）后的新生血管形成相关。研究人员建立了双侧颈总动脉结扎慢性脑缺血模型并进行脑-肌肉血管融通术（EMS）间接血运重建，报道EMS联合EPC移植与慢性脑缺血大鼠脑灌注改善相关。该联合治疗还与微血管密度增加、局部血流量和脑组织氧分压升高以及运动功能改善和神经元损伤减少相关。这些发现可为优化MMD治疗策略提供理论基础。后续的转录组学研究可能有助于阐明EPC和间接血运重建联合作用下新生血管相关基因表达的变化，识别关键调控基因和信号通路，并进一步阐明涉及的分子机制。
2.4.2 间充质干细胞
间充质干细胞（MSC）是存在于成人骨髓中的多能细胞，具有自我复制能力，可分化为骨、软骨、脂肪、肌腱、肌肉和骨髓基质。据报道，MSC通过分泌血管生成、促有丝分裂、抗凋亡、抗炎和抗氧化因子参与血管和心脏疾病的组织修复。它们已被研究用于治疗多种疾病，特别是缺血性疾病，如缺血性脑血管病和缺血性心肌病。研究人员进一步报道，局部MSC移植联合EMS手术与慢性脑缺血小鼠血管生成和认知功能改善相关，提示基于MSC的方法可能是增强MMD脑血运重建手术疗效的潜在策略。虽然细胞成分与新生血管形成相关，但大多数证据来自实验模型，其与临床结果的相关性仍有待确定。
2.5 结构调节因子：小窝蛋白-1
小窝是直径50-100 nm的细胞膜内陷，富含胆固醇和鞘脂。它们在内皮细胞中丰富，参与内皮细胞胞吞作用、血管通透性、血管舒缩张力控制和血管反应性。作为小窝的标志性结构蛋白，小窝蛋白-1（Cav-1）通过参与胚胎血管发育、正常组织生长、细胞信号转导和分子转运，与肿瘤生长和缺血过程相关。Cav-1被报道与内皮型一氧化氮合酶相互作用，可能调节一氧化氮信号，从而影响血管功能。研究人员报道，Cav-1与脑梗死体积减小、血管生成和神经发生增强以及神经功能恢复改善相关，可能通过Cav-1/VEGF信号通路实现。研究人员发现MMD患者血清Cav-1水平介于脑卒中患者和健康对照之间，并在联合血运重建术后升高。良好PCF患者术后与术前Cav-1比值较高，且与脑血流量正相关。体外实验表明，Cav-1过表达与人微血管内皮细胞迁移和管腔形成增强相关，提示Cav-1可能参与联合血运重建术后的新生血管形成和侧支循环建立，并具有作为预测MMD患者PCF生物标志物的潜在价值。
2.6 其他因素
外科血运重建是症状性MMD患者的主要治疗方法，包括直接、间接和联合血运重建。直接血运重建立即增加缺血脑区血流，迅速改善血流动力学状态。间接血运重建逐步改善缺血脑区供血，根据缺血程度合理再分配血液供应。目前关于促进MMD患者PCF的最佳手术方法尚无共识。研究人员报道，联合手术（STA-MCA旁路和EDAMS）和间接手术（EDAMS）均能促进烟雾血管消退并诱导手术性新生血管形成，且联合手术显示出更优的侧支发展。研究人员通过对456例MMD患者进行回顾性分析，建立了基于数字减影血管造影的评估系统，以评估脑血管重建术后颈外动脉侧支血管生成情况。研究发现直接和间接脑血管重建在侧支血管生成量上无显著差异，但儿童血管生成水平高于成人。此外，年龄是影响MMD患者PCF的重要因素。研究人员进一步发现颞浅动脉（STA）超声结果与新生血管化程度相关，旁路术后3个月STA血流超过69.5 mL/min提示侧支循环代偿不良。研究人员发现，术后颞肌与目标大脑皮质之间的血性脑脊液量和缺血病史与间接侧支循环的建立密切相关。较大量的血性脑脊液和既往缺血是术后形成良好间接侧支循环的潜在因素。这些血性液体可能影响血管生成相关细胞因子（如VEGF和血管生成素）或反映供体肌肉状况，适量的血性液体可能为侧支循环提供有益的微环境。
3 讨论
烟雾病脑血运重建术后侧支循环形成是一个复杂的多因素过程，涉及遗传、分子、细胞和临床层面的相互作用。本综述总结了烟雾病脑血运重建术后侧支循环形成相关因素的现有证据，涵盖遗传易感性、转录后调控、血管生成信号通路和细胞成分。总体而言，这些发现表明侧支形成是一个复杂的多层次过程，涉及分子、细胞和临床领域的相互作用。在遗传层面，RNF213变异，特别是p.R4810K，与疾病易感性和术后侧支形成变异性一致相关。在转录后层面，microRNA与血管生成相关过程相关，但大多数可用证据来自实验研究。此外，血管生成生长因子，包括VEGF、PDGF和TGF-β1，以及Ang/Tie-2轴等信号通路，已广泛与血管重塑和新生血管形成相关。在细胞层面，循环内皮祖细胞、间充质干细胞和结构调节因子如小窝蛋白-1也被报道参与血管生成相关过程。然而，这些发现源自异质性研究设计，其相互作用仍不完全清楚。从临床角度看，几种生物标志物，包括VEGF、sTie-2、EPC计数和Cav-1水平，已显示出与术后侧支形成的潜在关联。但这些标志物的预测价值仍不确定，其临床应用需要在大规模前瞻性研究中进一步验证。尽管本综述主要关注特发性烟雾病（MMD），但这些机制对烟雾综合征（MMS）的潜在相关性，特别是遗传相关形式，值得进一步讨论。MMS包含一组异质性疾病，与神经纤维瘤病1型（NF1）、ACTA2相关血管病、GUCY1A3缺陷、BRCC3相关疾病、唐氏综合征、自身免疫性疾病和既往颅脑照射等相关。新出现的证据表明，一些与MMS相关的基因可能汇聚于与血管重塑、内皮功能障碍、平滑肌细胞异常、炎症信号和血管生成相关的生物学通路，这与MMD中讨论的机制框架部分重叠。例如，NF1相关MMS与Ras/MAPK信号失调和血管细胞异常增殖相关，而ACTA2突变与血管平滑肌收缩受损和动脉重塑相关。GUCY1A3缺陷与一氧化氮信号功能障碍和血管稳态改变相关，BRCC3相关血管病可能涉及DNA损伤反应和内皮功能异常。这些发现表明，遗传相关MMS可能与特发性MMD共享某些血管生成相关和血管重塑通路，尽管不同疾病亚型的启动机制和下游反应可能存在实质性差异。然而，目前关于MMS术后侧支形成的证据有限，大多数研究主要集中在特发性MMD。因此，在MMD中确定的生物标志物和机制发现推广到MMS的普遍性仍不确定。未来研究应进一步探讨MMS中新生血管形成和侧支重塑的基因型特异性机制，评估血运重建后血管生成反应的潜在差异，并确定不同的生物标志物谱是否有助于个体化风险分层和治疗决策。本综述有几个局限性。首先，纳入的大多数研究是观察性的或基于实验模型，限制了推断因果关系的能力。其次，研究人群、手术技术和结局指标的异质性可能影响结果的可比性。第三，许多提出的机制来自体外或动物研究，其与人类MMD的相关性仍有待完全确定。此外，未系统解决儿童和成人人群之间的潜在差异。从转化角度看，几个研究方向可能具有潜在的临床意义。整合遗传、分子和细胞因素的生物标志物模型可能有助于识别侧支形成不良风险的患者。此外，血管生成相关通路和基于细胞的方法已在临床前研究中进行了探索，可能代表潜在的治疗策略，尽管临床适用性仍不确定。未来的临床研究应侧重于使用标准化影像和结局指标对候选生物标志物进行前瞻性验证。早期临床试验可评估针对血管生成或细胞治疗干预的安全性和可行性。长期来看，可能需要随机对照试验来评估其对临床结局的影响。重要的是，研究设计中应包含按疾病亚型（MMD与MMS）、年龄和手术方式的 stratified 分析。总之，现有证据支持多种因素与MMD脑血运重建术后侧支循环形成相关。然而，其潜在机制仍未完全明了，需要进一步研究将这些发现转化为临床应用。
