发育中大脑的血管骨化现象：儿童斯特奇-韦伯综合征的病例研究
Vascular Ossification in the Developing Brain: A Case Study of Pediatric Sturge Weber Syndrome
陈苒溪1,2,3 • 谢淑慧2,3,4 • 高进5,6 • 张树利7,8 • 张小斌5,9 • 姚一3,5,9 • 郑庚修1* • 王逢鹏5,9* • 柳孜俐2,3,5* • 申雪峰2,3,5*
1济南大学化学化工学院，济南 250022，中国
2中国科学院脑联结解析与调控重点实验室，深港脑科学创新研究院，中国科学院深圳先进技术研究院，深圳 518055，中国
3中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所，深圳 518055，中国
4中国科学院大学中丹学院，北京 100190，中国
5厦门弘爱医院-中国科学院深圳先进技术研究院癫痫研究联合中心，厦门 361003，中国
6厦门弘爱医院病理科，厦门 361003，中国
7中国科学院脑与认知科学国家重点实验室，中国科学院生物大分子卓越创新中心，中国科学院生物物理研究所，北京 100101，中国
8中国科学院大学，北京 100049，中国
9厦门弘爱医院癫痫中心，厦门 361003，中国
第一作者：陈苒溪
通讯作者：申雪峰、柳孜俐、王逢鹏、郑庚修
斯特奇-韦伯综合征（Sturge-Weber Syndrome，SWS）是一种罕见的、非遗传的、先天性神经皮肤综合征，以面部葡萄酒色斑、青光眼、癫痫等为其主要临床特征。其中，约70%的SWS患儿表现有大脑钙化（Brain calcification）。值得注意的是，在老年人群（60岁及以上）中大脑钙化的发病率>20%，但在年轻人群中的发病率仅约1%。相较而言，SWS患儿在脑发育过程中呈现出如此高比例的大脑钙化显得极不寻常。而SWS患者脑内钙化灶体积的增大与癫痫症状的早发、严重程度及认知障碍密切相关。然而，大脑钙化在SWS中的起源和机制仍不甚清楚。一个重要的原因是，以往几乎所有关于大脑钙化的机制研究都集中在老龄群体。相比之下，在儿童期发病的大脑钙化及其细胞和分子基础研究仍未得到足够重视。
本文中，通过采用一系列研究手段，研究人员对一例4月龄SWS患者（其右侧大脑呈现大范围钙化）经手术切除的钙化病灶组织，围绕脑发育阶段的大脑钙化成因与机制开展研究。结果显示：
该患者的GNAQ基因中956bp~959 bp的4个核苷酸缺失，造成了319位之后的氨基酸移码突变，是一个新的突变位点（图1A）。
钙化颗粒分布在脑内小血管壁及周围，其主要化学成分为羟基磷灰石（为骨骼内的主要钙盐晶体类型）（图1B与C），提示SWS患儿的发育中大脑内血管骨化现象（vascular ossification）的存在。
在该患者大脑钙化病灶区域内存在着大量的与成骨细胞分化（osteoblast differentiation）、骨发育及矿化相关的蛋白上调（图1D与1E），进而在其中发现了骨细胞与成骨细胞（图1F与1G）；相对应地，与成骨细胞分化相关的PI3K-Akt信号通路也受到了显著激活（图1H）。同时，在该区域内也检测到了上皮-间充质转化（epithelial-to-mesenchymal transition）相关的蛋白上调，并在病灶区确定了间充质前体细胞的存在；而与上皮-间充质转化相关的TGFβ信号通路也显示激活（图1D、1E、1I与1J）。
图1 SWS大脑钙化成因及机制。A SNP分析GNAQ基因的突变情况。GNAQ-N, 非SWS病理的GNAQ序列；GNAQ-M, SWS患者的突变序列。B HE图，比例尺为100μm。C SEM-EDS 颗粒物的化学成分分析(蓝色，颗粒；红色，周围对照)。D-E，H，J 4D-DIA蛋白组学分析，取一例SWS患者大脑的2个病变区域和3例皮质发育畸形患者的大脑病变区域作为对照：D 与SWS患者脑病变病理相关的GO条目图；E 4D-DIA火山图；H PI3K-Akt通路的GSEA图；J TGFβ信号通路的GSEA图。F-G, I Sclerostin、RUNX2、Vimentin的IF图，Ctrl表示皮质发育畸形患者的样本，SWS表示斯特奇-韦伯综合征患者样本。
综上所述，基于以上的结果，研究人员首次提出了在SWS患儿发育中大脑内的“血管骨化机制”（图2），即具有GNAQ基因突变的内皮细胞，可经过“上皮-间充质转化”与“成骨细胞分化”进程，在血管原位形成骨细胞并分泌骨基质成分，最终致使骨化性的血管钙化发生。尽管如此，关于血管骨化致使癫痫早发及认知受损的分子机制有待进一步的研究。
图2 SWS大脑钙化成因及机制示意图。
关键词：斯特奇-韦伯综合症；脑钙化；血管骨化；上皮-间质转化；成骨细胞分化；蛋白质组学
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01311-1
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