脑血管畸形(Cerebral Vascular Malformations, CCMs)分为动静脉畸形、静脉畸形、毛细血管扩张症和脑海绵状血管畸形四类，常引发脑出血、癫痫和局灶性神经功能障碍等严重并发症。CCMs的特征性病变为脑内“洞穴”样扩大的内皮通道，这些通道缺乏平滑肌细胞、周细胞及完整的基底膜，导致血管壁薄弱且容易渗漏。目前，外科手术是CCMs的唯一有效治疗方式。

多项研究表明，CCM病变起源于毛细血管和后毛细血管小静脉。研究表明，CCM基因(CCM1、CCM2、CCM3)的缺失是导致CCM病变的重要原因，而脑血管屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)的完整性受损被认为是CCM发病的始动因素。CCM3缺失导致的内皮细胞与周细胞关联和BBB完整性破坏是CCM发病的始动因素。此外，少数具有干细胞表型的内皮细胞克隆性扩张，可诱导周围野生型内皮细胞表达间充质/干细胞标志物，从而促进海绵状血管瘤的生长。然而，关于CCM病变发生和进展过程中脑内皮细胞(Endothelial Cells, ECs)及内皮祖细胞(Endothelial Progenitor Cells, EPCs)中的关键信号事件仍不清楚。mTORC信号通路在细胞生长、代谢和血管生成中扮演重要角色，其可能参与CCM致病过程，但具体机制以及mTOR信号如何被CCM蛋白调控尚不明晰。

2024年7月3日，南京大学鼓楼医院心血管中心王敏教授团队与耶鲁大学多位教授合作在Circulation Research上发表了题为“mTORC1 Signaling in Brain Endothelial Progenitors Contributes to CCM Pathogenesis”的研究论文，该研究通过深入探索脑内皮祖细胞在CCM病变中的关键作用，揭示了mTORC1信号通路在CCM发病中的新机制。这不仅为CCM的病理生理学研究提供了新的视角，也为开发针对CCM的靶向治疗方法提供了理论依据。

首先，研究团队构建了脑内皮细胞CCM3基因缺失(Pdcd10^BECKO)小鼠模型，并利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，分析了不同发育阶段脑内皮细胞的转录组特征。在P10的Pdcd10^BECKO小鼠脑中，研究发现了上调的CCM病变特征基因簇和分裂期内皮细胞簇，同时发现与BBB相关的内皮细胞簇减少。值得注意的是，在P6的Pdcd10^BECKO小鼠脑中，研究团队识别出两个独特的Ly6a高表达内皮祖细胞群，G1-S期转换基因高度富集，这些细胞高表达干细胞标志物，并且IPA分析显示mTOR信号通路在其中显著增强。

为了揭示CCM3如何调控mTORC1信号，研究团队利用人内皮集落形成细胞(HECFCs)进行了机制研究，发现CCM3缺失导致Caveolin-1 (Cav1)表达增加，进而促进mTORC1信号复合物的形成和细胞内转运，而共沉默Cav1阻断了mTOR信号激活。此外，Cav1与mTOR在溶酶体等内吞-溶酶体囊泡中的共定位显著增加，表明Cav1通过调控mTOR的细胞内转运来激活mTORC1信号。当共同沉默Cav1时，CCM3缺失导致的mTORC1信号激活被显著抑制。

研究者进一步通过遗传和药理学干预实验验证了mTORC1在CCM病变中的关键作用。研究团队构建了Raptor (mTORC1的关键组分)基因敲除的Pdcd10^BECKO小鼠模型。结果显示，Raptor基因敲除显著减少了CCM病变的形成，而Rictor (mTORC2的关键组分)基因敲除则无此效果。此外，在Pdcd10^BECKO小鼠模型中，持续给予Rapamycin治疗也能够显著抑制CCM病变的进展，并恢复正常的内皮细胞-周细胞相互作用。

综上，本研究通过单细胞RNA测序、生物化学和遗传学方法，揭示了CCM3缺失导致的mTORC1信号上调在脑内皮祖细胞中的关键作用。这一发现不仅深化了我们对CCM发病机制的理解，也为开发针对CCM的靶向治疗药物提供了新的策略。未来的研究将进一步探索mTORC1信号在CCM病变不同阶段中的作用机制，特别是其与Cav1的相互作用。此外，本研究为开发针对CCM的靶向治疗药物提供了新的策略，特别是针对mTORC1信号通路的抑制剂，可能为CCM患者带来提供更有效的预防手段和新的治疗希望，改善患者们的生活质量。

南京大学鼓楼医院心血管中心王敏教授、耶鲁大学病理系血管生物学和治疗学组Lingfeng Qin、Haifeng Zhang为该研究共同第一作者，南京鼓楼医院心血管中心王敏教授与耶鲁大学血管中心周焕娇教授为共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.123.324015