Elise Drapé 等来自蒙特利尔大学及加州大学旧金山分校等机构的研究人员，在 J Clin Invest 上发表了题为 “Targeting KIT prevents brain arteriovenous malformations driven by ALK1-deficient angiogenic endothelial cells” 的研究（2026年在线预览）。该研究属于单篇原创性基础研究，聚焦于遗传性出血性毛细血管扩张症2型（HHT2）相关脑动静脉畸形（bAVMs）的细胞与分子机制。
研究背景
遗传性出血性毛细血管扩张症（hereditary hemorrhagic telangiectasia, HHT）是一种罕见的遗传性血管疾病，主要由 *ACVRL1*（编码 ALK1 受体）或 *ENG*（编码内皮糖蛋白 endoglin）等基因突变引起。其中，由 ACVRL1 突变导致的 HHT2 患者中，约10%–20%会发生脑动静脉畸形（brain arteriovenous malformations, bAVMs）。脑动静脉畸形是动脉与静脉之间缺乏正常毛细血管床而直接相连形成的血管异常，可引发癫痫、脑出血等严重并发症。目前临床上主要依靠手术切除、介入栓塞或放射外科治疗，但这些方法均具有较高风险，并且尚无获批的药物疗法。
既往研究已经表明，内皮细胞（endothelial cells, ECs）中 ALK1、endoglin、SMAD4 等基因的缺失足以诱导脑动静脉畸形形成。同时，研究提示脑动静脉畸形可能主要来源于静脉内皮细胞，而非动脉内皮细胞。近年来的单细胞转录组学研究进一步揭示了脑动静脉畸形中存在显著的内皮细胞异质性，但驱动 HHT2 脑动静脉畸形发生的关键内皮细胞亚群及其分子机制仍不明确。为此，本研究利用内皮特异性、可诱导的 Alk1 敲除小鼠模型，结合单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），系统分析了脑内不同血管区域的内皮细胞转录重编程，旨在寻找驱动脑动静脉畸形形成的关键细胞状态和可干预信号通路。
研究流程与结果
第一部分：动物模型建立与区域特异性血管表型分析。
研究者使用了 Alk1 floxed 小鼠与 Cdh5-CreERT2 小鼠交配，获得内皮细胞特异性、他莫昔芬诱导的 Alk1 敲除小鼠（Alk1iECKO）。在小鼠出生后第6天（P6）注射他莫昔芬，P8 时分析脑血管表型。由于该模型在剔除 ALK1 信号后约48–50小时出现高致死率，P8 成为观察脑动静脉畸形早期形成的关键时间点。研究重点比较了两个不同的血管区域：位于脑表面的神经周围血管丛（perineural vascular plexus, PNVP）和脑实质内的神经内血管丛（intraneural vascular plexus, INVP）。通过全脑辅片和脑组织切片的 CD31 与 α-SMA 免疫染色，研究者发现 Alk1iECKO 小鼠的 PNVP 出现显著血管面积增大、动静脉及小静脉直径增加、动静脉直接连接（AV shunts）数量和直径均增加，而 INVP 区域则没有明显血管畸形。这说明 P8 时 ALK1 缺失主要引起脑表面 PNVP 区域的血管畸形，提示该区域对 ALK1 信号缺失具有更高的易感性。
第二部分：单细胞 RNA 测序揭示区域特异性内皮细胞转录异常。
为了明确 PNVP 和 INVP 区域的内皮细胞在 ALK1 缺失后的分子变化，研究者分别从同一小鼠脑的 PNVP 和 INVP 中分离内皮细胞并进行了 scRNA-seq。共测序了对照组与 Alk1iECKO 小鼠多个样本的内皮细胞，平均每个细胞检测到约4097个基因。通过 UMAP 聚类分析，研究者发现 PNVP 对照脑主要包含静脉、小静脉和动脉内皮细胞，而 INVP 则包含毛细血管、增殖和尖端细胞（tip cells）等典型内皮亚群。在 Alk1iECKO 小鼠中，PNVP 内皮细胞谱系发生显著改变，正常的动静脉身份标志丢失，并出现了新的动脉样、小静脉样和静脉样细胞群。通路活性分析确认所有突变内皮细胞簇中 ALK1 信号靶基因表达显著下降。此外，EdU/ERG 共标记实验显示，PNVP 区域内皮细胞增殖显著增加，而 INVP 增殖变化不明显。血脑屏障相关基因集分析也提示 PNVP 对 ALK1 缺失更为敏感。这些结果与血管表型一致，说明 PNVP 更容易在 ALK1 缺失后发生内皮细胞身份紊乱和异常增殖。
第三部分：鉴定出驱动脑动静脉畸形的血管生成性内皮细胞新亚群。
研究者进一步发现，Alk1iECKO 小鼠脑内出现了两个新的血管生成性内皮细胞簇，分别命名为 angiogenic 1 和 angiogenic 2。其中，angiogenic 1 细胞的转录谱与经典的尖端细胞高度相似，主要分布于 INVP；而 angiogenic 2 细胞则高表达 *Slc16a3*、Pgf 和 Stc1 等基因，并且主要富集在 PNVP 区域。通路富集分析显示，angiogenic 2 细胞上调了炎症反应、上皮-间质转化、补体、血管生成、PI3K/mTOR 信号以及 KRAS 信号等多条与人类脑动静脉畸形相关的通路。原位杂交实验证实 Stc1 在 PNVP 内皮细胞中表达增加，提示 angiogenic 2 细胞可能就是构成脑动静脉畸形的内皮细胞。
单细胞轨迹分析进一步显示，在对照脑中，静脉内皮细胞逐步向毛细血管或动脉内皮细胞分化；而在 Alk1iECKO 脑中，静脉内皮细胞则先向 angiogenic 1 细胞转变，再进一步分化为尖端细胞和 angiogenic 2 细胞。这说明脑动静脉畸形可能起源于静脉内皮细胞，angiogenic 1 代表早期重编程状态，而 angiogenic 2 则代表与动静脉畸形形成密切相关的终末病理状态。
第四部分：跨物种比较与 KIT 的发现。
研究者将小鼠 angiogenic 2 细胞与已发表的人类脑动静脉畸形单细胞数据（Winkler 等和 Wälchli 等）进行了比较，发现 angiogenic 2 细胞与人类脑动静脉畸形内皮细胞共享多个上调基因，包括 *Pgf*、*Stc2*、Apln 和 *Kit*。配体-受体连接组分析显示，angiogenic 2 细胞通过整合素、细胞外基质和血管生成信号与其他内皮细胞发生广泛相互作用，其中 KIT 信号尤为突出。Kit 编码一种受体酪氨酸激酶，其配体为干细胞因子（SCF）。在正常内皮细胞中，Kit 主要表达于尖端细胞；而在 Alk1iECKO 脑内皮细胞中，Kit 在血管生成性内皮细胞中显著上调，尤其是在 angiogenic 2 细胞中高度富集。同时，angiogenic 2 细胞还共表达 *Kitl*（编码 SCF），提示可能存在细胞自主性 KIT 激活。原位杂交验证了 Kit mRNA 在 PNVP 部分内皮细胞中的镶嵌式增加。更重要的是，免疫染色证实 KIT 蛋白在人类 HHT2 和散发性脑动静脉畸形的内皮细胞中均有表达，提示 KIT 可能是跨物种、跨病因的脑动静脉畸形共同分子特征。
第五部分：体外实验证明 ALK1 信号直接抑制 KIT 表达。
研究者在人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人脑内皮细胞（HBECs）中敲低 ACVRL1 或 *SMAD4*，并用 BMP9 刺激。结果显示，BMP9 可通过 ALK1-SMAD1/5/9 信号显著抑制 KIT 蛋白和 mRNA 表达；而 ALK1 敲低可逆转 BMP9 对 KIT 的抑制作用。SMAD4 敲低同样可上调 KIT 水平。此外，ALK1 信号缺失还上调了多个 angiogenic 2 标志基因（如 Pgf 和 *Stc1*）。这表明 BMP9/ALK1/SMAD4 信号通路直接负调控 KIT 和 angiogenic 2 相关转录程序。
第六部分：KIT 抑制剂在体内抑制血管畸形形成。
研究者在小鼠 P6 诱导 ALK1 缺失的同时，给予 KIT 阻断抗体或小分子抑制剂（马赛替尼、伊马替尼）处理，并在 P8 分析 PNVP 血管网络。结果显示，KIT 阻断抗体可显著降低 Alk1iECKO 小鼠 PNVP 血管面积、血管直径和内皮细胞增殖，并改善血管结构。伊马替尼（imatinib）处理也显著改善了 PNVP 血管形态。总体上，KIT 抑制可减少血管生成性重编程和血管畸形，但不影响已形成的动静脉直接连接，也未改善小鼠生存率。单细胞药物重定位分析（scDrugLink）同样预测 angiogenic 2 细胞对多种 KIT 抑制剂具有高敏感性和高抑制权重。转录组分析进一步显示，KIT 阻断后，Alk1iECKO 小鼠中 angiogenic 2 相关基因（如 *Pgf*、*Stc1*、*Angpt2*）表达显著下降，同时 PI3K-AKT-mTOR 和 KRAS 信号相关通路也被抑制。这些结果表明，KIT 信号在脑动静脉畸形早期血管生成性重编程和血管异常形成中具有重要功能。
结论、意义与亮点
本研究的主要结论是：ALK1 缺失可在脑表面 PNVP 区域快速诱导脑动静脉畸形形成，该过程由一种新发现的 KIT 阳性血管生成性内皮细胞群（angiogenic 2）驱动。该细胞群与人类脑动静脉畸形内皮细胞具有显著的转录相似性，并且 KIT 的表达受 BMP9-ALK1-SMAD4 信号直接抑制。药理学抑制 KIT 可减少血管生成性重编程和血管畸形，提示 KIT 是一个具有药物重定位潜力的治疗靶点。
该研究的科学价值在于：
首先，明确了脑动静脉畸形形成具有区域选择性，PNVP 因高血流和动静脉混合结构对 ALK1 缺失更敏感，这为理解脑动静脉畸形的解剖学分布提供了机制解释。其次，发现了以 KIT 为特征的 angiogenic 2 内皮细胞群，建立了 HHT2 小鼠模型与人类脑动静脉畸形之间的转录组学联系，证明该病理状态具有跨物种保守性。第三，首次证明 BMP9/ALK1/SMAD4 可直接负调控 KIT 表达，将 KIT 信号异常与 HHT2 的分子病因直接关联。第四，通过体内实验验证了 KIT 抑制的治疗潜力，为脑动静脉畸形的药物研发提供了新的候选靶点。
研究的亮点主要体现在：
（1）采用区域分离 PNVP 和 INVP 的单细胞测序策略，比传统全脑分析能更精细地揭示血管床特异性反应；
（2）成功将小鼠模型中的病理内皮细胞状态与已发表的人类脑动静脉畸形数据集进行交叉验证；
（3）利用临床已获批的 KIT 抑制剂伊马替尼进行体内疗效初步验证，体现了药物重定位的转化医学思路。
本研究也存在一些局限性。例如，脑动静脉畸形分析时间点较早，未能动态追踪更晚期病变进展；人类 HHT2 样本数量有限；KIT 抑制剂未能在已形成的动静脉畸形中进行逆转性治疗实验。未来研究需要进一步明确 KIT 与其他信号通路（如 PI3K/mTOR、KRAS）在此过程中的相互作用，并评估 KIT 抑制剂在更接近临床的模型中治疗已建立脑动静脉畸形的可行性。