新兴的脑海绵状血管畸形药物靶点及可能改变这一困难疾病自然病程的策略：综述

Emerging Pharmacologic Targets in Cerebral Cavernous Malformation and Potential Strategies to Alter the Natural History of a Difficult Disease A Review

重要性：脑海绵状血管畸形（CCMs）是大脑的血管病变，可能导致出血、癫痫发作和神经功能缺陷。大多数与3个基因中的1个的功能丧失突变有关，即CCM1（原名KRIT1）、CCM2（MGC4607）或CCM3（PDCD10），这些突变可以作为散发事件发生，或以常染色体显性方式遗传，但渗透性不完全。家族性形式起源于生殖细胞突变，通常有多个颅内病变，随着时间的推移，大小和数量都在增长，并导致更早和更严重的发病。尽管对少数药物制剂进行了积极的临床前研究，但临床转化进展缓慢。开放手术和在某些情况下的立体定向放射外科手术仍然是唯一有效的治疗方法，但这些选择受到病变可达性的限制，并与不可忽视的发病率和死亡率相关。

观察：我们讨论了CCM管理的限制，并介绍了体外和体内研究的发现，这些发现为CCM的发病机制提供了见解，并指出了分子机制作为潜在的治疗靶点。这些研究报告了CCM、心血管疾病和癌症之间共享的紊乱细胞通路。他们还建议适当地重新定位药物与靶向干预相关或作为其替代方法的潜在有效性。

结论和相关性：我们提出了利用特定分子通路设计CCM患者定制治疗的方法，目的是改变其自然进展。在这种情况下，缺乏有效的药物选择仍然是一个关键的尚未满足的紧迫的医疗需求的障碍。

脑海绵状血管畸形（CCMs；海绵状血管瘤，海绵状瘤）是中枢神经系统的低流量、出血性血管病变，影响0.16%至0.5%的人口。从解剖学上看，它们由异常的囊性血管通道组成，这些通道由一层内皮细胞（ECs）覆盖，这些细胞的紧密连接受损。这些血管通常紧凑地排列在一起，中间没有大脑实质，因此产生的血管畸形在血管造影上是隐匿的。它们可能发生急性颅内出血（ICH）、小的亚临床出血或红细胞的缓慢渗出，这在磁共振成像上产生特征性的含铁血黄素环。除了由ICH引起的中风，CCM还可以引发癫痫发作、头痛和局灶性神经功能缺陷（FNDs）。大约20%的病例是家族性的，其特点是存在多个病变，与散发性CCM相反，散发性CCM在家族中没有患病率，通常只表现为一个病变。辐射诱发的海绵状畸形（RICM），散发性CCM的一个亚群，可能发生在之前接受放疗治疗脑肿瘤的患者。放射性海绵状畸形通常在多年后发生，诊断时间与放疗年龄成反比。从放射学和组织学上看，它们与其他散发性病变无法区分，并且出现相似的症状性出血率。然而，RICM通常在较年轻的年龄被诊断，患者更有可能出现多个病变。

脑海绵状血管畸形具有遗传基础。其突变景观首先在家族形式中被研究，他们易于发展成海绵状血管瘤且通过常染色体显性方式遗传，但渗透性不完全。连锁研究允许将CCMs的发生与3个遗传位点中的1个的功能丧失突变相关联：CCM1（KRIT1）位于染色体7p，CCM2（MGC4607）位于7q，和CCM3（PDCD10）位于3q。相应的突变率在CCM1为53%至65%，在CCM2为15%至19%，在CCM3为10%至16%。与CCM1和CCM2中的突变相比，CCM3基因中的突变与最严重的表型相关，定义为ICH的早期发病和在某些情况下伴随多个脑膜瘤。已经描述了一种2次打击机制，其中CCM基因的1个等位基因中的生殖细胞突变后来被另一个等位基因中的体细胞突变补充，作为家族CCM的触发因素。尽管CCM是一种全球性疾病，但CCM1基因中的特定突变在新墨西哥州北部常见。这种始祖性突变的起源，也被称为普通西班牙突变-CCM1，已被追溯到1600年代定居在新墨西哥的一个西班牙祖先。普通的西班牙突变-CCM1导致人口患病率增加15倍，并且几乎存在于新墨西哥州西班牙裔人口的所有家族CCM病例中。Ashkenazi犹太人口中已描述了CCM2基因中的一个创始突变，而在CCM3基因中尚未发现创始突变。在CCM的散发形式中基因型和表型之间的关联较少被描述，尽管涉及相同基因的证据正在出现。在具有多个病变的57%的散发病例中，已经报道了CCM1、CCM2或CCM3基因中的突变。再次，已经暗示了一种2次打击机制，其中2个自发的体细胞突变在已知的CCM基因的两个等位基因上依次发生。然而，其他报告建议在散发病例中脑损伤的存在与CCM基因中的多态性之间存在强烈的关联。RICM中是否发生类似的遗传改变尚不清楚。RICM的病理生理学已与血管损伤相关联，并可能沿着从毛细血管扩张症到CCM演变的放射性诱导的血管病变的谱系。

CCM的临床表现、自然病程和当前管理

约60%的CCM病变在临床上是无症状的，且为MRI检查中偶然发现。散发性CCM病变可能与发育性静脉异常有关，而家族性形式通常表现为多个病变（甚至数百个）。在家族性患者中，现代诊断技术，如磁感性加权成像，检测到的病变比之前使用T2加权梯度回波序列识别的更多。这些技术还显示，随着年龄的增长，新的血管病变不断地形成。在有症状的病例中，最常见的表现是癫痫发作，其次是ICH和FND，但没有急性出血。无症状CCM的首次癫痫发作的5年风险为4%，但在出现ICH或FND的患者中增加到6%。文献中报道的ICH率差异很大。2008年，Angioma Alliance Scientific Advisory Board对CCM相关ICH的定义进行了标准化。7个队列研究的荟萃分析使用这个新定义报告了总体5年ICH风险为15.8%。与大脑幕上和小脑CCMs相比，位于脑干的病变预后最差，神经病理发病率最高，ICH和FND的综合风险在5年内上升到超过50%。此外，偶然发现或先前无症状的CCM的ICH年风险在家族性中明显较高（4.3%至6.5%）, 而在散发性病例中较低（0.08%至0.1%）。CCM的临床方法取决于表现、病变位置和症状严重程度。2017年，Angioma Alliance Scientific Advisory Board发布了CCM临床管理的专家指南，建议读者参考这篇出版物。简而言之，应在诊断时收集3代家族史。建议在所有病例中进行基因检测，包括CCM1、CCM2和CCM3基因的突变/缺失分析，除非有放射暴露史或阳性家族史的多个病变。当在先证者中发现突变时，应提供进一步的遗传咨询。无症状病变应保守管理成像，尽管只有在出现新的或加重的症状时才建议常规成像随访。 CCM相关的癫痫最初用抗癫痫药物治疗，直到它变得难以治疗。手术可能是医学上难以治疗的癫痫的选择，有证据支持早期手术切除单个病变以获得持久的癫痫控制。一般来说，由于手术的固有风险，手术仅保留给有症状的病变。手术后的发病率和死亡率在某些位置的病变切除后增加；那些在显性/深部区域和脑干的病变风险最高。因为第二次ICH的整体5年概率高达29.5%，所以建议在有利位置的病变出现第一次症状性出血后进行手术。外科导航、束追踪和清醒映射的进展允许安全切除显性位置的病变，包括脑干。相反，对于深部病变，通常在出现第二次症状性出血时推迟手术。立体定向放射外科（SRS）是外科手术不可及区域或手术发病率高的位置的单个病变的另一种选择，尽管不建议对无症状病变或家族性病例进行手术。

当前策略的失败

几乎所有与CCM相关的癫痫患者在诊断后5年内都会发展为癫痫，并且多达40%的患者对抗癫痫药物产生耐药性, 这是目前为CCM指定的唯一药物治疗。虽然单个有症状的病变的手术切除可以获得良好的癫痫控制，但良好的预后取决于癫痫的持续时间。如果癫痫的持续时间超过2年，手术后的癫痫控制效果较差，因为频繁的无症状微出血可能在病变周围的大脑中诱导产生癫痫性胶质增生。对于所有其他症状，主要的治疗选择是手术切除病变和在选定的病例中进行SRS，尽管它们受到固有的限制。例如，对于位于丘脑和脑干等位置的深部病变，手术通常太危险或不可能。此外，关于CCM的手术管理的大部分经验来自高度专业化的中心，这限制了对社区环境的推广。即使在有经验的手中，主要的手术发病率，如非致命性中风的总体风险，也在6%左右。对于深部病变，如基底节和丘脑中的病变，这一风险接近18%，手术死亡率为2%。对于脑干病变，手术切除后45%的病例出现重大的术后并发症率。其中，多达12%的患者需要气管切开和鼻饲管。尽管他们随着时间的推移有所改善。同样，SRS（如果适用）在年出血风险显著降低之前大约有2年的潜伏期，并且仅限于治疗体积小于2至3 cm3的小病变，以限制边缘剂量。此外，还有一些争议，即SRS的观察效果是否表明其有效性，或仅仅是疾病自然进展的反映。

即使在家族性病例中，我们对疾病进展的了解也更为全面，不完全的渗透性和家族内的变异表现都无法提供可靠的风险估计，因此需要不断的随访和/或在症状出现或加重时立即进行手术干预。然而，我们对CCM的自然进展的日益增长的了解表明，从诊断到发展为侵袭性行为可能存在一个影响疾病进程的机会窗口。在散发性病例中，利用这个窗口可以控制病变的生长和微出血，以限制或消除症状性ICH和癫痫发生，这是目前的治疗选择无法实现的。同样，没有有效的方法来延迟家族性病例典型的病变生长和新生形成，这些病例不断地产生新的血管畸形，其速率在CCM3基因突变存在的情况下可以达到每年每患者2.7个。

新的目标抑制剂和药物再利用

正在进行的临床或临床研究

CCM的生物学和分子基础表明，特异性的调节失常途径将产生治疗靶点（总结在表3中）。从更广泛的角度看，CCM蛋白调节生物过程，其调节失常也在心血管疾病和癌症中观察到，即减少的自噬与增加的血管生成、炎症和氧化应激相平行。这些过程的普遍性意味着特异性抑制剂可能在CCM的症状治疗中有效。这一假设得到了临床前研究的证实，其中通过药物抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白部分恢复了缺陷的自噬。此外，观察到的CCM相关的血管生成中的ERK50和EphB4激酶的超活化分别通过小分子抑制剂索拉非尼和NVP-BHG712 (NVP)进行逆转。在细胞水平上，EndMT在动物模型和患者中都作为CCM病变发病的驱动机制。一致地，用dorsomorphin同系物1（靶向骨形态发生蛋白）、LY364947、SB431542（靶向小型母体对抗decapentaplegic）或sulindac（靶向β-连环蛋白）药物抑制转化生长因子β信号转导在逆转CCM表型方面证明是有效的。MEKK3-KLF2/4轴也成功地用免疫受体TLR4的抑制剂靶向，这在小鼠的革兰氏阴性肠道感染模型中偶然被鉴定为该信号通路的上游诱导剂。RhoA，其在CCM中的超活化在几个体外和体内研究中都被报道，是另一个成功的靶标，用激酶抑制剂fasudil和间接抑制剂辛伐他汀，它在转基因小鼠中正常化了血管通透性并减少了病变数量。其中一些先前提到的药物已经上市用于其他应用，并且可以相对容易地重新利用，即mTor抑制剂sirolimus和everolimus，以及多激酶抑制剂sorafenib，它们都获得了癌症治疗的批准；sulindac，一种非甾体抗炎药；TLR4抑制剂，最初是为败血症治疗开发的；fasudil，一种用于治疗脑血管痉挛的血管扩张剂；以及辛伐他汀，一种降脂药。除了这些合理设计的方法外，还有其他的药物再利用的候选者从筛选研究中涌现出来，这些研究评估了在CCM背景下的上市药物。例如，胆钙醇醇（维生素D3）和tempol（一个自由基清除剂）从2100种分子的体外-体内筛选中涌现出来，作为减少Ccm2转基因小鼠病变负担的有效方法。根据它们已知的药理作用，这些化合物预计可以通过抑制炎症和氧化应激来控制CCM的进展。在另一项研究中，277种经测试的化合物中有14种被证实为MST3/STK24激酶活性的抑制剂，其中5种已经由美国食品和药物管理局批准或处于癌症治疗的II/III期临床试验中（即bosutinib、saracatenib、danusertib、sunitinib和desatinib）。

尽管有几种化合物正在进行临床前研究，但只有少数药物已经进入临床试验。在CCM中靶向血管生成的潜在疗效得到了2个病例报告的支持：观察到在用抗血管内皮生长因子A抗体bevacizumab治疗的CCM病例中偶然出现的方法，以及在用β-肾上腺素受体拮抗剂和抗血管生成剂治疗高血压和婴儿血管瘤的CCM患者中观察到的病变退化和症状性ICH的减少。尽管有这些令人鼓舞的观察结果，据我们所知，目前没有正在进行的临床试验来评估CCM中的抗血管生成药物。重点仍然是重新利用他汀类药物，试图恢复大脑毛细血管中的生理血管通透性。他汀类药物因为它们是3-羟基-3-甲基戊酸辅酶A还原酶的强大抑制剂而被批准用于治疗高胆固醇血症，这是胆固醇合成中的速率控制酶。然而，它们也损害小GTP酶蛋白的转录后修饰，如RhoA，并且在转基因小鼠中证明了逆转CCM表型的效果。 第一个随机的早期I期试验(NCT01764451)是我们在新墨西哥州进行的一个成像研究，研究血脑屏障的血管通透性与动态增强磁共振成像。主要结果将评估辛伐他汀是否改善了家族性CCM1患者的血脑屏障完整性。次要结果将与新的病变形成或生长的通透性数据相关联。第二个I/II期随机临床试验(NCT02603328)计划评估阿托伐他汀对有症状性（出血性）CCM患者病变生长的长期效果。这些试验的结果尚未公布。

结论

尽管CCM是一种罕见的疾病，但在某些地区，如新墨西哥，其患病率非常高，相当一部分患者经历严重的症状。虽然临床上无症状的病变没有受到治疗，但有症状的患者，如癫痫、ICH和/或FND，可以考虑手术治疗，但只在特定情况下。除了抗癫痫药，多达40%的患者对其产生抗药性，还没有药物治疗的CCM被证明有效到可以转化为临床治疗（图1）。我们需要一种策略来解决病变的增长、数量和固有的出血潜力，以改变无症状和有症状病例的疾病轨迹。事实上，干预CCM的自然疾病进程将大大减少高风险的手术，同时为其他无法治愈的患者提供一个选择。

我们建议利用对CCM潜在的分子生物学的日益增长的了解来设计针对患者的治疗方法（图2）。脑海绵状血管畸形蛋白直接或间接地与几个细胞伙伴相互作用。CCM1、CCM2和CCM3是CCM复合体的组成部分，而CCM3特别地被包括在STRIPAK复合体中。CCM蛋白的丧失与这些复合体的破裂有关，并在大脑ECs中激活信号通路，最终导致病变形成（表1和表2）。用靶向抑制剂阻断这些调节失常的途径在动物模型中已被证明具有治疗效果，并需要进一步研究。此外，CCM的几个病理特征与心血管疾病和癌症中观察到的特征重叠，即自噬、血管生成、炎症和氧化应激。这些共性支持药物再利用的可行性。从这个角度看，两个开创性的正在进行的临床试验正在评估他汀类药物控制CCM进展的效果（表3）。