前蛋白转化酶Furin作为新的动脉瘤易感基因影响TGF-β信号传导
学术背景
主动脉瘤（Aortic Aneurysm, AA）是一种主动脉异常扩张的疾病，常见于腹主动脉和胸主动脉。主动脉瘤在65岁以上人群中发病率较高，若未及时诊断和治疗，可能导致致命的破裂。尽管年龄、吸烟、高血压和男性性别被认为是重要的风险因素，但这些因素既非必要也不充分，表明遗传易感性在疾病发生中起着关键作用。目前，大多数主动脉瘤病例，甚至家族性主动脉瘤，尚未找到已知的致病基因变异。仅有约2%的非选择性腹主动脉瘤患者和5%的非选择性胸主动脉瘤患者在已知的主动脉瘤基因中携带（可能）致病性变异。这表明，大多数主动脉瘤具有复杂的遗传背景，可能涉及多个基因的相互作用。
转化生长因子β（Transforming Growth Factor-β, TGF-β）信号通路在主动脉瘤的发生中起着重要作用。Furin是一种前蛋白转化酶，参与TGF-β前体的成熟过程。因此，Furin被认为是主动脉瘤的潜在易感基因。本研究旨在通过全外显子测序和功能实验，探讨Furin基因变异在主动脉瘤中的遗传易感性及其对TGF-β信号通路的影响。
论文来源
本研究由来自比利时鲁汶大学（KU Leuven）和荷兰伊拉斯姆斯医学中心（Erasmus MC）的多位研究者共同完成。主要作者包括Zongsheng He、Arne S. Ijpma、Danielle Majoor-Krakauer等。论文于2024年4月18日在线发表在《Cardiovascular Research》期刊上，题为“The proprotein convertase furin is a novel aneurysm predisposition gene impairing TGF-β signalling”。
研究流程
1. 患者队列与全外显子测序
研究纳入了2009年1月至2019年7月期间在伊拉斯姆斯医学中心连续诊断的781名主动脉瘤患者及其患病亲属。通过全外显子测序（Whole-Exome Sequencing, WES）检测了这些患者中的罕见Furin基因变异。测序数据使用BWA软件与参考基因组（hg19）比对，变异调用使用GATK软件进行，变异注释则使用ANNOVAR工具。
2. Furin基因变异的功能验证
在体外实验中，研究人员构建了13种Furin基因变异（如R81C、P169T、V210A等）的表达载体，并在HEK-293T细胞中进行瞬时转染。通过免疫印迹分析检测了这些变异对Furin蛋白成熟、分泌和酶活性的影响。此外，使用荧光底物（Pyr-RTKR-AMC）检测了这些变异体的蛋白酶活性。
3. 患者来源的成纤维细胞实验
研究人员从7名携带Furin基因变异的患者中获取了皮肤成纤维细胞，分析了这些细胞中TGF-β前体的加工、下游效应分子SMAD2和ERK1/2的磷酸化水平，以及TGF-β响应基因ACTA2的mRNA表达水平。此外，通过敲低Furin基因的表达，进一步验证了Furin对TGF-β信号通路的影响。
4. 主动脉组织的组织学与免疫组化分析
研究人员对一名携带P169T变异的患者的升主动脉瘤组织进行了组织学和免疫组化分析，检测了Furin、胶原蛋白、纤维蛋白、TGF-β和ACTA2的表达情况，并与健康对照组织进行了比较。
主要结果
1. Furin基因变异的发现
在781名主动脉瘤患者中，13种罕见的Furin基因变异出现在3.7%（29名）的无关患者中，其中72%的患者有多发性动脉瘤或夹层。这些变异在体外实验中显示出Furin蛋白成熟和酶活性的降低。
2. Furin变异对TGF-β信号通路的影响
患者来源的成纤维细胞显示，TGF-β前体的加工、SMAD2和ERK1/2的磷酸化水平以及ACTA2基因的mRNA表达水平均显著降低。敲低Furin基因的表达进一步证实了Furin对TGF-β信号通路的调控作用。
3. 主动脉组织的病理变化
携带P169T变异的患者的主动脉组织显示出中重度的动脉瘤特征，包括弹性纤维断裂、平滑肌细胞紊乱以及胶原纤维和纤维蛋白的减少。免疫组化分析显示，Furin、TGF-β和ACTA2的表达水平均显著降低。
4. 临床特征
在29名携带Furin基因变异的患者中，72%有多发性动脉瘤，41%有胸主动脉瘤或夹层，58%有中动脉瘤。此外，41%的患者表现出结缔组织疾病的特征，如马凡样体型、脊柱侧弯和关节过度活动。
结论
本研究首次证实Furin基因是主动脉瘤的遗传易感基因，其变异通过影响TGF-β信号通路，导致主动脉瘤的发生。Furin基因变异在腹主动脉瘤、胸主动脉瘤和中动脉瘤患者中较为常见，且其效应受个体遗传背景的调控。研究建议将Furin基因纳入主动脉瘤的诊断基因面板，以更好地识别高风险患者和家族成员。
研究亮点
- 新发现的遗传易感基因：Furin基因是首次被证实与主动脉瘤相关的遗传易感基因。
- TGF-β信号通路的调控机制：研究揭示了Furin基因通过调控TGF-β信号通路在主动脉瘤发生中的作用。
- 多学科研究方法：结合了全外显子测序、体外功能实验、患者来源的细胞实验和组织学分析，全面验证了Furin基因的功能。
- 临床意义：研究结果为主动脉瘤的遗传诊断和家族筛查提供了新的依据，有助于早期识别高风险个体并进行干预。
研究价值
本研究不仅揭示了Furin基因在主动脉瘤中的遗传易感性，还为理解TGF-β信号通路在主动脉瘤发生中的作用提供了新的视角。研究结果具有重要的临床应用价值，有助于改善主动脉瘤的诊断和治疗策略，特别是对于家族性主动脉瘤的早期筛查和预防。