《Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism》杂志2025年2月13日在线发表日本、美国Mayo Clinic Rochester的Yasuhito Ueki , Ryan M Naylor , Sherief A Ghozy ,等撰写的《散发性脑动静脉畸形的进展：新的遗传见解，创新的动物模型和新兴的治疗方法。Advances in sporadic brain arteriovenous malformations: Novel genetic insights, innovative animal models, and emerging therapeutic approaches》（doi: 10.1177/0271678X251319913.）。
脑动静脉畸形（bAVMs）是颅内出血的重要原因，与严重的发病率和死亡率密切相关。目前的治疗方案包括手术、立体定向放射外科和血管内栓塞，但每种方法都有局限性。因此，迫切需要开发药物干预措施。最近在大多数散发性bAVMs中发现了活化的Kirsten大鼠肉瘤（KRAS）病毒癌基因同源突变，这为更全面地了解bAVMs的发病机制打开了大门，并指出了全新的可能的治疗靶点。在此，我们回顾了bAVM的遗传学、动物模型和治疗方法的现状。
引言
脑动静脉畸形（bAVMs）是指脑动静脉畸形通过血管病灶绕过正常的毛细血管循环，形成动脉血液向低压静脉系统的高流量分流。
脑AVM的治疗，特别是未破裂的脑AVM的治疗是有争议的，手术切除是治疗的金标准。然而，手术切除的安全性和有效性与脑AVM的大小、相关的脑重要功能区和/或静脉引流模式有关，并且只有一小部分脑AVM适合安全的手术切除。立体定向放射外科（SRS）是另一种潜在的治疗选择，可导致进行性血栓形成和AVM闭塞。然而，这一过程持续数月至数年，与自然史相比，潜伏期出血的风险没有变化。最后，血管内栓塞偶尔可以用于治疗目的，但治愈率低，并发症发生率高。目前，没有针对bAVM的药物干预，这代表了我们在治疗此类病变方面的一个主要差距。缺乏对脑AVM的药物干预是由于缺乏对脑AVM潜在发病机制的了解。
大多数bAVM是散发性的，没有家族史。最近发现，大多数散发性bAVM病例具有致癌性Kirsten大鼠肉瘤（KRAS）病毒癌基因同源突变，开辟了新的研究途径，为共享途径和潜在的靶向治疗提供了见解，并提高了我们对散发性bAVM的理解。发现的KRAS突变导致了新的动物模型的发展，如基因工程小鼠模型。这些模型非常接近地模拟了在人类bAVM 中发现的遗传改变，为研究该疾病的发病机制提供了有价值的工具。通过研究这些动物模型，研究人员可以深入了解KRAS突变如何促进bAVM的形成和进展，从而促进新治疗方法的发展。
通过对目前散发性脑AVM 的基因工程动物模型的全面概述，我们希望能激发进一步的研究，并为开发这种对毁灭性疾病的有效治疗方法做出贡献。
KRAS简介
KRAS最初是在Kirsten肉瘤病毒12中发现的，它作为一个分子开关，精细地控制各种信号通路。上游刺激，如血管内皮生长因子（VEGF），可以激活KRAS， KRAS随后介导参与细胞增殖、细胞迁移和血管生成的各种信号通路，包括MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）-ERK（细胞外信号调节激酶）通路和PI3K（磷酸肌肽3激酶）-AKT（蛋白激酶B）-mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）通路。
MAPK-ERK通路
MAPK-ERK通路是活化KRAS的典型下游信号通路。激活的KRAS将RAF（快速加速纤维肉瘤）定位到质膜，导致RAF活化。然后，活化的RAF磷酸化并激活MEK（丝裂原活化蛋白激酶），MEK磷酸化并激活ERK。激活的ERK进入细胞核，激活多种转录因子，这些转录因子控制参与细胞增殖、迁移和血管生成的基因表达。RAS-MAPK-ERK通路的过度激活涉及多种癌症，如肺癌、结直肠癌和胰腺癌。bAVM中的KRAS突变可能与异常的AVM驱动功能相关，如血管生成和血管发育异常。因此，阐明控制KRAS信号和MAPK-ERK通路的机制对于开发靶向治疗bAVM至关重要。RAS-MAPK-ERK通路在散发性bAVM发病机制中的作用及其潜在的治疗方法见图1所示。
图1。散发性脑动静脉畸形（bAVM）的基因突变、信号通路和潜在治疗靶点。RAS（大鼠肉瘤）-MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）-ERK（细胞外信号调节激酶）信号通路参与散发性bAVM。配体结合和激活受体酪氨酸激酶，如VEGFR2（血管内皮生长因子受体2），激活Kirsten大鼠肉瘤（KRAS）， MAPK-ERK信号通路导致内皮细胞增殖、细胞迁移和血管生成。散发性bAVM的靶向治疗包括贝伐单抗、sotorasib（索托拉西布）、dabrafenib（达拉菲尼）和trametinib（曲美替尼）。VEGF：血管内皮生长因子；RAF：快速加速纤维肉瘤；MEK：丝裂原活化蛋白激酶。
散发性bAVM的体细胞突变
Nikolaev等首次发现在大多数bAVM组织样本中存在体细胞活化KRAS突变（G12V、G12D和Q61H）。从那时起，一些研究人员已经确定了散发性AVM中涉及RAS-MAPK-ERK途径的体细胞突变。Hong等首次在脊髓AVM和bAVM中检测到激活BRAF （v-Raf小鼠肉瘤病毒癌基因同源物B）突变和KRAS （G12A和S65 A66insDS）的两个新突变。Priemer等证明了首次报道的bAVM中KRAS G12C突变病例。这些结果表明，体细胞KRAS/BRAF突变和MAPK-ERK信号通路在中枢神经系统AVM的发病机制中起关键作用。Goss等和Gao等分别研究了包括KRAS和BRAF在内的体细胞突变与散发性bAVM表型的关系。然而，作者没有发现KRAS/BRAF突变的存在与bAVM表型（包括年龄、性别、表现症状、病变位置和病变大小）之间的显著关联。Bameri等进行了一项系统综述和荟萃分析，以评估KRAS/BRAF突变在bAVM中的患病率。在6项研究中，1726例AVM患者中KRAS突变的患病率为55%，而BRAF突变的患病率为7.5%。
散发性脑AVM的动物模型
一些临床研究已经在人类bAVM中发现了体细胞KRAS/BRAF突变，但尚不清楚这些突变如何参与bAVM。建立临床相关的动物模型对于研究KRAS/BRAF突变在bAVM发展中的致病作用以及发现潜在的人类bAVM药物干预至关重要。最近，通过改造KRAS/ braf中体细胞内皮细胞（EC）特异性功能获得突变，建立了模拟人类散发性bAVM特征的小鼠和斑马鱼模型。
Fish等通过将组成型活性KRAS突变引入ECs，建立了第一个KRAS诱导的转基因bAVM小鼠和斑马鱼模型。使用内皮特异性Cre驱动因子诱导出生后和成年小鼠脑ECs中KRAS G12D的表达。两个年龄组中近50%的小鼠在引入后8周发生了bAVM。成年小鼠的脑血管系统已经完全形成，在发育早期，bAVM的形成可能不一定需要生理性血管生成。KRAS G12V诱导的转基因胚胎斑马鱼几乎有50%也发生了AV分流。在斑马鱼中建立的AV分流可以通过药物抑制MEK活性来逆转，但对PI3K活性的抑制却很难。这些发现表明，ECs中KRAS激活突变可能通过MAPK-ERK而不是通过PI3K-AKT通路导致bAVM表型。
Park等利用靶向脑内皮的腺相关病毒-KRAS G12V （AAV-BR1-KRAS G12V）建立了KRAS诱导的散发性bAVM小鼠模型。小鼠经眶后窦注射AAV-BR1-KRAS G12V。经AAV-BR1-KRAS G12V处理的小鼠在诱导后9周均出现1例或多例bAVM，该bAVM模型具有较高的再现性。值得注意的是，这种方法诱导的脑AVM显示出由扩张的血管、供血动脉和引流静脉组成的缠结病灶，模拟了人类脑AVM的形态特征。KRAS G12V诱导的bAVM的形成在发展早期被MEK抑制剂Trametinib（曲美替尼）抑制。然而，尚不清楚曲美替尼是否对已经建立的bAVM有效。
Nguyen等测试了曲美替尼是否可以缓解血管缺损的进展，如血管扩张和局灶性病变的形成。通过建立LoxP-STOP-LoxP-Kras (G12D);Cdh5 (PAC)-CreERT2小鼠[记为iEC-Kras (G12D *)]， KRAS在突变小鼠的所有血管内皮细胞中被诱导激活。由于在PN第8天观察到血管缺损，因此在此时间点开始使用曲美替尼治疗。到PN第14天，载药处理的iEC-Kras （G12D∗）小鼠的存活率为21.5%，而曲美替尼处理的iEC-Kras （G12D∗）小鼠在同一时间的存活率为76.9%。此外，曲美替尼处理的iEC-Kras （G12D *）小鼠虽然仍然存在血管缺陷，但比对照物较轻。Park等和Nguyen等均证实曲美替尼对KRAS诱导的AVM小鼠模型具有预防和治疗作用。这些结果表明，曲美替尼可能治疗人类患者的bAVM，强调了临床试验的必要性。
Fraissenon等建立了KRAS G12C驱动血管畸形的两种小鼠模型KRAS G12C- CDH5和KRAS G12C- CAGG，以评估特异性KRAS G12C抑制剂sotorasib的有效性。KRAS G12C-Cdh5小鼠模型进展缓慢，死亡率低，而KRAS G12C-CAGG小鼠模型表现出更严重的表型。突变小鼠的尸检显示，所有突变小鼠都有脑出血，并伴有脑血管畸形。这些小鼠模型的组织学检查证实了脑组织中存在典型的血管畸形，动脉扭曲，毛细血管结构丧失，静脉扩张。接下来，作者研究了sotorasib是否可以减少两种小鼠模型的血管畸形体积。KRAS G12C-Cdh5和KRAS G12C-CAG小鼠在Cre诱导后2天每日口服sotorasib剂量，连续治疗4个月。在KRAS G12C-Cdh5小鼠模型中，sotorasib处理的小鼠未出现脑血管畸形。在KRAS G12C-CAG小鼠模型中，所有给药小鼠在Cre重组后4周死亡。然而，经sotorasib处理的小鼠在他莫昔芬诱导后70天内仍然存活，没有明显的表型。sotorasib治疗小鼠的尸检未发现脑内血管畸形。这些发现表明，sotorasib在KRAS G12C突变的bAVM患者中具有基本原理。
Tu等首先建立了由体细胞BRAF V600E突变引起的散发性bAVM小鼠模型。在纯合子（Brafflox/flox）或杂合子（Brafflox/+）突变小鼠中，立体定向脑内注射AAV-BR1-Cre诱导BRAF V600E在脑ECs中的突变。两种类型的小鼠均可引起bavm，但Braffl/+突变小鼠的bavm基本呈现出一个以生长进展不那么积极和出血率较低为特征的病程，模拟了人类bAVM的特征。值得注意的是，该模型可以精确控制AAV的剂量和注射部位，显示出可以发展各种bAVM表型的优势，包括病变大小和位置，以及出血严重程度。BRAF v600e诱导的bAVM的形成在发育早期被BRAF药物抑制显著抑制。然而，在已经建立的bAVM病变中，治疗效果下降。这些结果可能表明，尽管RAS-MAPK-ERK通路的激活可能对初始异常血管形成至关重要，但一旦形成动静脉分流，随后的AVM生长可能不一定依赖于RAS-MAPK-ERK通路的激活。
在小鼠和斑马鱼模型中，仅在脑ECs中存在体细胞KRAS/BRAF激活突变就足以启动bAVM的形成，这为体细胞KRAS/BRAF激活突变在bAVM病理中起致病作用提供了支持性证据。这些模型模拟了人类bAVM的病理，可以成为阐明散发性bAVM发病机制和开发新的靶向治疗方法的宝贵平台。
散发性bAVM的潜在治疗靶点
贝伐单抗是一种VEGF酪氨酸激酶抑制剂，在一项临床试验中研究了基于血管生成抑制的散发性bAVM 的治疗方法。这是第一项评估贝伐单抗在散发性脑AVM 患者中的安全性和有效性的I期临床试验，主要结局指标是与治疗前磁共振成像相比脑AVM体积的变化（NCT02314377）。虽然在研究期间bAVM体积没有改变，但没有观察到严重的不良事件，包括颅内出血。贝伐单抗治疗耐受性良好，需要进一步的临床试验来评估剂量依赖性疗效。未来将进行2/3期临床试验，以评估贝伐单抗在症状性bAVM患者中的安全性和有效性（NCT06264531）。
在散发性bAVM中发现KRAS突变提示了靶向治疗这一信号通路的潜力。然而，KRAS很难集中在药理学上，因此大多数针对KRAS突变型癌症的治疗都集中在其下游靶点，如MEK. Trametinib，一种FDA批准的MEK抑制剂，在KRAS诱导的bAVM小鼠模型中抑制了bAVM的形成并减轻了已经建立的血管缺陷。一份病例报告描述了在KRAS阳性颅外AVM患者中超说明书使用曲美替尼，在治疗6个月后导致AVM的血流量大幅减少。 NCT04258046是一项2期临床试验，目前正在进行颅内外AVM患者接受曲美替尼治疗。一项试点研究（NCT06098872）目前也在调查曲美替尼在手术未破裂的bAVM中的应用。
FDA批准的BRAF抑制剂Dabrafenib(达拉非尼）也可能是一种很有希望的治疗bAVM的药物。Dabrafenib抑制BRAF v600e诱导的小鼠bAVM形成。一份病例报告描述了在BRAF v600e阳性颅外AVM患者中超说明书使用达拉非尼和曲美替尼，治疗3个月后AVM病变减少。曲美替尼和达非尼联合治疗有可能治疗AVM和癌症。靶向MAPK-ERK通路可能是治疗AVM的一种有希望的方法。然而，颅外AVM是增生性的，而bAVM则不是，这可能会影响bAVM对曲美替尼或达拉非尼的反应。需要进一步的研究来评估曲美替尼和达拉非尼对散发性脑AVM患者的安全性和有效性。
Sotorasib（索托拉西布）是一种特异性KRAS G12C抑制剂，最近已被FDA批准用于治疗KRAS G12C突变的晚期非小细胞肺癌患者。Sotorasib被用于两名患有严重KRAS g12c相关颅外AVM的成人患者。两例患者均迅速改善了症状，AVM大小也缩小了。靶向KRAS G12C似乎是KRAS G12C相关AVMs患者的一种有希望的治疗方法。这项研究揭示了基因检测在血管畸形中提供靶向治疗的重要性。在AVM中，KRAS G12C突变以前仅在1例中检测到。最常见的KRAS突变是KRAS G12V或KRAS G12D突变。尚未有KRAS G12V和KRAS G12D抑制剂被FDA批准，因此需要进一步的研究。表1总结了有前景的新型bAVMs药物。
表1。有前景的治疗散发性脑动静脉畸形的新药物。
未来研究方向
靶向治疗是否可以逆转已经建立的bAVM是有争议的。如果KRAS和MAPK-ERK信号通路的持续活性对于像癌症一样的bAVM的持续是必不可少的，药理抑制这些信号通路可能为散发性bAVM患者带来希望。在KRAS诱导的斑马鱼模型中，MEK抑制可以逆转已经建立的AV分流，并可以缓解已经建立的血管缺陷的进展，提高KRAS诱导的小鼠模型的存活率。这些有希望的结果需要在进一步的研究中得到证实。利用这些动物模型的持续研究可以为散发性脑AVM的病理生理学提供新的见解，并可能有助于开发新的药物治疗方法。
结论
合适的动物模型对于更好地理解KRAS相关途径和临床前测试新的治疗方法至关重要。旨在阐明bAVM发病机制的持续研究将为有效的bAVM治疗开辟新的研究途径，有可能改善患有这种毁灭性疾病的患者的预后。
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