文摘
背景和目标脑常染色体显性遗传与皮层下梗死和脑白质病动脉病(CADASIL)是由cysteine-altering变体1的34的表皮生长因子(EGFR)域重复NOTCH3蛋白质。CADASIL表型变量表示,NOTCH3变异在举1 - 6已发现与疾病严重程度。我们检查了临床和影像学特征和变异的生物信息学注释执行大型CADASIL组进一步理解这些关联。
方法我们检查协会NOTCH3变体在中风发病和其它临床特征患者CADASIL来自英国。我们还探讨了如何在计算机预测蛋白质聚合不同变体的位置,这在多大程度上影响中风风险。
结果我们确定了76种不同的cysteine-alteringNOTCH3变异在我们的485名患者(平均年龄:50.1岁;%男:57.5)。在控制了心血管疾病的风险因素,变异在举1 - 6与中风的早期发病有关(危险比[HR]: 2.05, 95% CI: 1.43—-2.94)和脑病(人力资源:2.70,95% CI: 1.15—-6.37),比在EGFRs 7-34变体。尽管患者的中风的风险较高预测蛋白质聚合(人力资源:1.50,95% CI: 1.05—-2.14),在控制了这种关系不再显著变异。进一步分析表明降低中风的风险是观察到的变异举机与其他变异的表皮生长因子受体相比域。
讨论NOTCH3变异位置的预测中风和脑病CADASIL独立的心血管危险因素。降低中风的风险被发现EGFRs - 17的变体。影响CADASIL分子因素疾病严重程度仍有待确定。
术语表
- CADASIL=
- 脑常染色体显性遗传和皮层下梗死动脉病和脑白质病;
- 表皮生长因子受体=
- 表皮生长因子以重复;
- 天赋=
- 液体衰减反转恢复;
- 人力资源=
- 风险比;
- 国际刑事法庭=
- 组内相关;
- 位差=
- 四分位范围;
- 或=
- 优势比;
- 研究负责人=
- 白质hyperintensity
脑常染色体显性遗传与皮层下梗死和脑白质病动脉病(CADASIL)是最常见的遗传形式的中风,导致早发性腔隙中风和痴呆。1,2这是cysteine-altering特征变异造成的表皮生长因子(EGFR)重复域的NOTCH3基因。3临床表型是高度异构与中风发病从第四到第八个十年。4
这种变化的原因仍然不确定。传统的心血管危险因素,尤其是吸烟和高血压,与早期中风发病年龄相关,但只占一小部分的表型变异。5,6以前的研究报道变体网站和表型之间没有联系。然而,最近,建议变异位于表皮生长因子受体域1 - 6与比变异在域7-34更严重的疾病,包括早期的发病年龄、短生存,(负责人)和增加白质高密度体积。7最初的研究报告对中风的发病年龄在251年荷兰CADASIL患者,但这些都是有待证实其他民族CADASIL患者。它也分别暗示,配体结合位点变异(表皮生长因子受体域10和11)可能与更严重的疾病。8
群体的485个个体与CADASIL展示国家CADASIL诊所在英国,我们试图复制,并进一步描绘,变体之间的关联网站临床和放射表型。我们评估是否在EGFR变异域1 - 6,在配体结合位点,与更严重的疾病。我们也调查了最佳截止单独的中风患者分为高风险和低风险组基于变体网站。我们进一步研究了影响聚合CADASIL变异的研究倾向疾病严重程度患者的分子机制的变化。
方法
数据收集
纵向数据收集从CADASIL患者在30年期间,英国的一部分CADASIL国家转诊服务通过招生从1990年到2015年,英国家庭脑小血管疾病研究从2016年到2021年。从两个数据源的数据收集标准形式发票通过一个统一的方法。
485名患者纳入本研究。他们评估和检查顾问神经病学家作为临床的一部分的约会。综述了收集到的数据由一个神经学家,重大疾病事件经指的是原来的医院记录。
所有的病人都证实了通过直接测序的基因诊断NOTCH3基因识别CADASIL致病变种,即错义变异,导致收益或损失的半胱氨酸残基1 NOTCH3 34 EGFR域的蛋白质。发生前症状的患者被诊断出患有CADASIL基因检测也包括(n = 22)。两个患者证实了纯合子或复合杂合变异体NOTCH3基因被排除在外,因为他们可能有不同的临床特征,面具变异位置疾病严重程度的影响。9
数据字段
所有病人收集以下字段:人口统计(出生年份和性),NOTCH3变异信息,首先展示功能和年龄是有经验的,历史的发病年龄和各种疾病和症状(如中风和脑病),和历史的心血管风险因素(即高血压和吸烟)。大脑指标,包括总脑容量,研究负责人体积,缝隙数,microbleed数如果病人临床磁共振成像。大脑和负责人卷被记录在厘米3。
中风诊断是根据临床和neuroradiologic评估和定义为局灶性神经事件持续超过24小时伴随着大脑成像的证据。偏头痛是定义的2004年国际分类头痛疾患。10癫痫发作只包括如果他们发生自发而不是脑病集的一部分。任何精神疾病史、高血压、高胆固醇血症或糖尿病被记录。CADASIL脑病被定义为在前一篇文章作为急性可逆脑病与减少的证据意识没有任何其他有机事业,症状持续了超过24小时,都足以保证住院。11萧条的历史,定义为与药物或心理治疗抑郁症需要治疗,和认知障碍症状决心自我报告记录在临床评估。高血压被定义为收缩压高于140毫米汞柱和/或舒张压90毫米汞柱以上或使用抗高血压药物。高胆固醇血症是定义为一个血清胆固醇超过5.2更易/ L或降脂药物。
标准协议的审批、登记和病人同意
所有的参与者在这个研究给书面知情同意。英国脑小血管疾病研究是通过英国剑桥的东部中央研究伦理委员会(Ref: 16 / EE / 0118)。
大脑成像分析
的大脑核磁共振扫描期间获得常规临床管理对一些病人。一些扫描被排除在进一步分析每个核磁共振成像参数的研究(研究负责人卷、洼地和microbleed量化),因为质量问题和/或不可用核磁共振序列。在病人的MRI进行当地医院的磁场强度介于0.5和3 t . t1和fluid-attenuated反转恢复(天赋)t2加权序列被用来计算大脑和负责人卷,分别。
使用SIENAX脑容量估计12从图书馆5.0.9 FMRIB的软件。13脑组织提取使用大脑自动提取工具14使用仿射变换和线性注册,15,16这有助于充分规范化头骨大小。组织类型进行分割的图像通过一个隐藏的马尔可夫随机场模型和采用的算法。17规范化的措施灰质、白质和脑总量的计算是通过测量体积乘以其估计比例因子。
量化的研究负责人才能使用半自动的图像进行轮廓方法吉姆软件包版本8.0 (Xinapse系统,科尔切斯特,英国)。负责人卷标记,测量在T2天赋序列轴面由受过训练的人员。最终成交量乘以比例因子源自大脑体积占头骨大小。研究负责人病变随机选择10日成交量明显核磁共振扫描2独立评级机构。2评级机构之间的组内相关(ICC)为0.96。
可见由神经学家和microbleeds量化。可见是手动依靠天赋图像和区别血管周的空间根据他们的位置,大小和形状在t1和t2加权扫描。可见被数如果他们下皮层和直径大于3毫米。Microbleeds计算使用大脑观察者Microbleed规模,定义为圆的定义良好的hypointense焦点敏感加权成像或梯度回波序列,直径2 - 10毫米。18缝隙的两分的协议和microbleed数量是好的,ICC计数数据= 0.91和0.99,分别。
分子的注释NOTCH3变体
一些生物信息学工具被用来预测分子的影响NOTCH3变异在不同的位置。变异注释使用预测运用变异的影响。19他们映射到蛋白质三维结构的蛋白质数据银行VarSite,20.的信息分析预测的分子变异的影响。蛋白质聚合分数计算基础上的一小部分NOTCH3蛋白质结构使用Aggrescan3D web服务器2.0版,21与聚合分析在5指定的距离。每个氨基酸都计算的内在聚合的倾向和用于生成平均聚合的蛋白质结构。残留聚合的差异分数之间的变异NOTCH3蛋白质和野生型蛋白进行了计算NOTCH3变体。Proaggregation变量被定义为变异导致增加残渣得分(> 0)。
统计分析
基线特征和心血管危险因素比较变异患者之间举1 - 6,2-sample 7-34t测试。任何不服从正态分布的变量转换:大脑和负责人卷自然对数转换;缝隙和microbleed数开方。EGFR协会组织各种临床特征与风险是由逻辑回归分析与调整年龄、性别、高血压、吸烟、和变异位置的影响核磁共振措施进行了分析通过线性回归调整年龄、性别和MRI磁场强度。kaplan meier和Cox比例风险回归分析(使用年龄作为底层的时间尺度)与调整性和心血管疾病的风险因素进行比较的时候,疾病的发生在不同的表皮生长因子受体组。这些分析将所有的病人和审查那些没有经历事件时他们最近的临床评估。
我们最初的先验分析是基于先前的文献表明举1 - 6变种比EGFRs 7-34更严重的表型变异。7这种比较后,进一步的探索性分析NOTCH3异体,进一步划分基于分组除了举1 - 6和7-34调查是否有其他EGFR截止更好的分离进入高风险和低风险组患者中风。举1 - 6的变体也分为3小群体(举1 - 2、3 - 4和5 - 6)决定协会在任何一个细分的EGFR类别还强。中风的风险比率(小时)为这些团体使用Cox比例风险模型计算,假设测试基于Schoenfeld残差,没有观察到侵犯。我们使用浮动方差估计95%独联体为每个组(包括参照群体)反映的信息量基本每个类别。22
gain-of-cysteine协会和proaggregation变体对中风的结果了。两种类型的变异是与表皮生长因子受体位置(1 - 6 vs 7-34)使用逻辑回归(调整年龄和性别)和第一次中风的发病年龄使用Cox回归性和举1 - 6变种(调整)。评估是否gain-of-cysteine和proaggregation变体介导的表皮生长因子受体在中风的影响,中介分析使用的“中介”包R。23(即标准误差的间接影响。,the association of variant on risk of stroke acting through the molecular mediator considered) were obtained using 10,000 bootstrap samples.
所有统计分析使用R V.4.0.3双向的p值,p< 0.05被认为具有统计显著性。
数据可用性
用于本研究的病人数据可从相应的作者以合理的要求。
结果
的分布和危险因素NOTCH3变体
共有485名患者来自345个不同的家庭与一个基因诊断证实CADASIL被纳入本研究。所有患者进行杂合的NOTCH3变体。总结了人口和风险因素的患者在eTable 1 (links.lww.com/WNL/C74)。
有76种不同的NOTCH3变异分布在16个不同的外显子(外显子2至24的NOTCH3基因),最外显子3和4 (n = 358, 76.8%) (图1和eTable 2,links.lww.com/WNL/C75)。大部分的变异的近端地区NOTCH3编码举1 - 6 (n = 391, 80.6%,见eFigure 1,links.lww.com/WNL/C71)。变体EGFRs 3和4中占28.7% (n = 139)和32.4% (n = 157)的队列,分别。32 76(42.1%)的变异导致获得的半胱氨酸残基EGFR域,而44例(57.9%)导致的损失半胱氨酸(图1和eTable 2)。
变异的NOTCH3表皮生长因子受体域1 - 6与中风和脑病的早期发病相关联
一个举1 - 6的变体患者平均5.1岁以下患者EGFRs 7-34变体(49.1年和54.2年,p= 0.0002)(eTable 1,links.lww.com/WNL/C74)。在调整了年龄和性别,变异在举1 - 6与中风的几率增加了超过两个(优势比[或]:2.09,95%置信区间CI: 1.27 - -3.49,p= 0.003)(表1)。
在第一次中风的发病平均年龄是55岁(四分位范围(差):13)举1 - 6病人和64年对EGFRs 7-34病人(差:18)。使用Cox回归对性和心血管风险因素调整后,变异的位置仍然是一个强有力的预测中风发病年龄(人力资源对举1 - 6变种vs EGFRs 7-34变体:2.05,95%置信区间CI: 1.43 - -2.94,p= 8.5×10−5)(图2)。家族的起源没有改变的影响NOTCH3在中风发病年龄(即变异位置。,with the inclusion of only 1 patient per family in our analysis, similar results were found).
人力资源是通过Cox回归计算与调整性和心血管疾病的风险因素。表皮生长因子受体=表皮生长因子以重复;HR =风险比。
脑病患者更普遍的一个举举1 - 6变种比7-34变体(OR: 2.45, 95% CI: 1.05—-6.93,p= 0.04)(表1)。Cox模型,对性和心血管风险因素调整后,举1 - 6变种与年龄有关起初脑病(人力资源:2.70,95% CI: 1.15—-6.37,p= 0.02)(图3)。
变异的位置对大脑核磁共振的影响的措施
从206例患者MRI扫描与表皮生长因子受体1 - 6变种和55 EGFR 7-34变体是视觉评价和比较。对于每一个核磁共振成像标记,可分析的扫描的数字是脑容量(205),负责人(206),可见(199),和microbleeds (129)。时的核磁共振扫描,表皮生长因子受体1 - 6患者平均6.6年比EGFR 7-34年轻患者(48.4 vs 55.0年,p= 0.00008)。在未经调整的分析,有一个边缘之间的联系NOTCH3不同位置和负责人(R=−0.12,p= 0.05)(eFigure 2,links.lww.com/WNL/C72);然而,没有发现差异当比较两组病人之间的核磁共振成像标记(表2)。结果调整前后MRI磁场强度相似,它只与microbleeds(β:0.18,95% CI: 0.03—-0.33,p= 0.02)。
做其他EGFR被切断更好地识别的情况下有更高的患中风的风险呢?
的影响不同于1 - 6和7-34 EGFRs达标的存在中风检查。图4显示了在不同的EGFR变异区域协会和中风的风险。这说明,没有明显区别与中风协会的力量举1 - 9和10到17 - 34但EGFRs似乎降低中风风险与域3 - 4 (图4)。当使用举个3 - 4为参考,中风的风险与举12 - 17低近80%(人力资源:0.23,95% CI: 0.12—-0.47,p= 7.7×10−5)。
中风患病率情况进行了分析与变异在不同的表皮生长因子受体的存在位置通过Cox回归,与EGFRs 3 - 4变种组被用作参考和调整性和心血管危险因素(N = 485)。表皮生长因子受体=表皮生长因子以重复;HR =风险比。
变异在配体结合位点(EGFRs - 11)也被降低中风的风险与变异在举个3 - 4(人力资源:0.34,95% CI: 0.15—-0.76,p= 0.01)。患者MRI标记之间没有差别EGFRs年级变体和外面那些变体EGFRs年级(eTable 3,links.lww.com/WNL/C76)。
分子的因素可能会影响CADASIL疾病严重程度
变异在举1 - 6更有可能比loss-of-cysteine gain-of-cysteine (OR: 2.73, 95% CI: 1.62—-4.56,p= 0.0002)。平均发病年龄的第一次中风gain-of-cysteine变异组没有不同于其他(限制意味着(中位数),57.7年(57岁)和58.8年(59岁),p= 0.40)。性调整之后,没有发现协会之间gain-of-cysteine变异和中风发作(人力资源:1.14,95% CI: 0.82—-1.60,p= 0.44)。人力资源同样没有进一步调整后家庭的起源、心血管疾病的风险因素,表皮生长因子受体组(人力资源:1.07,95% CI: 0.72—-1.60,p= 0.74)。与此一致的是,正规中介分析表明gain-of-cysteine变种不调解变体网站中风风险的影响(间接效应:−0.002,95%置信区间CI:−0.02到0.02,p= 0.79)(图5一个)或在中风发病年龄只关注那些经历了一次中风(间接效应:0.19,95% CI: 0.18−0.53,p= 0.51)。
(一)gain-of-cysteine变体的存在对举1 - 6变种和中风之间的关系。(B) proaggregation变体的存在对举1 - 6变种和中风之间的关系。(C) gain-of-cysteine变体的存在对举1 - 6变种和proaggregation变异之间的关系。或者是通过逻辑回归计算调整年龄和性别。人力资源是通过Cox回归计算与调整性和举1 - 6变种。回归模型引导10000次检查中介效应是否显著。表皮生长因子受体=表皮生长因子以重复;HR =风险比;或=比值比。
早些时候变异的位置与一个更大的差异残留聚合突变和野生型蛋白之间的分数。(eFigure 3,links.lww.com/WNL/C73)。这是相干分析,揭示举1 - 6变种proaggregation更有可能,也就是说,变体与残渣聚合得分高于EGFRs 7-34 (OR: 6.13, 95% CI: 3.70—-10.19,p= 3.2×10−12)。
专注于聚合状态的变异时,意味着第一次中风的发病年龄proaggregation变异组(残留变化聚合分数之间的突变和野生型蛋白> 0)是较低的(限制意味着(中位数),56.8年(56岁)和62.7年(60岁),p= 0.02)。性调整之后,proaggregation变异与年龄有关中风发病(人力资源:1.50,95% CI: 1.05—-2.14,p= 0.03)。校正后,人力资源依然显著的家庭起源和心血管危险因素(人力资源:1.63,95% CI: 1.08—-2.47,p= 0.003),但它成为无意义的在控制了举1 - 6(人力资源:1.17,95% CI: 0.80—-1.71,p= 0.43)。此外,中介分析表明,proaggregation变异状态没有调解的效果变体网站中风风险(间接效应:0.02,95% CI: 0.02−0.06,p= 0.31)(图5 b)或在中风发病年龄只关注那些经历了一次中风(间接效应:0.39,95% CI: 0.17−1.10,p= 0.17)。Gain-of-cysteine变体没有调解的效果变体网站proaggregation变异状态(间接效应:0.06,95% CI: 0.05−0.16,p= 0.36)(图5 c)。我们也使用残留聚合成绩的变化进行了分析突变与野生型蛋白之间的连续变量,而不是使用的聚合状态变量,同样的,没有证据表明中介被发现。
讨论
在这个大型研究485 CADASIL患者,我们证实变体网站是疾病严重程度的预测独立的心血管危险因素,尤其是关于中风的发病年龄。7我们最初的先验分析是基于先前的文献表明举1 - 6变种比EGFRs 7-34更严重的表型变异,7我们证实了这一观察举1 - 6变种有中风和脑病的发病年龄早。用我们更大的样本量,然后我们进行进一步的探索性分析进一步分裂NOTCH3变体举1 - 6和7-34以外的基于分组。尽管大多数患者CADASIL有变体举1 - 6(80.6%的人群和71.7%的荷兰人群体7),我们的研究结果表明,举1 - 6未必是最好的截止分离患者中风的高风险和低风险组。举1 - 9和- 34似乎被关联到一个类似规模的中风风险。与EGFRs 3 - 4变体相比,患者变体在EGFRs机降低中风的风险。一些先前的报道表明,在配体结合位点变异(EGFRs - 11)可能更严重8;然而,我们没有发现证据支持这一点。
虽然其他研究表明EGFRs 7-34变异与非常温和表型有关,24,- - - - - -,28举个- 34变异似乎是那么严重EGFRs 1 - 9对中风在我们的研究中。然而,有更少的变异患者EGFRs - 34降低对这种比较的信心。还需要进一步的研究来确定变异EGFRs - 34与温和的或类似的表型相关,在举1 - 6变种。
目前尚不清楚为什么在某些EGFRs与变异更严重的疾病。最近的一项研究表明增加NOTCH3沉积在皮肤活检的患者早期举个变种。29日一个可能的解释是他们增加蛋白质聚合。我们证明了在早期EGFR变异领域增加蛋白质聚合,在网上评分预测的;尽管如此,这似乎没有调解变体网站中风的风险的影响。然而,值得注意的是,有限制在这项研究中使用的聚合的分数。例如,Aggrescan3D仍有待验证,我们不确定如何敏感和具体分数预测聚合NOTCH3在不同的器官和组织。此外,蛋白质聚合得分计算基于只有部分在VarSite NOTCH3蛋白质模式可用。还需要进一步的研究来确定变异在特定组织聚合的影响以及这如何影响疾病的严重程度在任何公司可以得出结论。我们也调查了gain-of-cysteine是否和loss-of-cysteine影响疾病严重程度。虽然gain-of-cysteine变异和变异的位置密切相关,他们在中风发病年龄并不影响,因此没有调解的效果变体网站中风。
与变体网站之间有着紧密的联系和中风的风险,我们发现一些慢性之间的关联标记小血管疾病的MRI扫描。有边缘型协会负责人病灶体积,但没有与脑容量。可能我们是动力不足与MRI检测关联标记因为MRI没有对所有对象可用。然而,也有可能变异相关网站更大程度上与某些疾病的表现,如急性中风和少与多慢性疾病导致负责人和脑萎缩表现。25在较大的样本与核磁共振需要进一步的研究来回答这个问题。
的变异性疾病严重度不解释变异的位置。心血管疾病的风险因素,特别是高血压和吸烟,30.建议加剧表型,但这些也只能解释一小部分疾病的变化。这就提出了一个假设基因修饰符之外的NOTCH3基因修改表型表达。事实上,据估计,在运营商CADASIL变种,白质病变体积的遗传可能性高达-70%,占60%NOTCH3变体网站以及年龄和性别。31日与此一致的是,一个小的全基因组关联研究确定APOEε2作为一个潜在的疾病修饰符。32进一步的研究是必要的来识别基因修饰符,外NOTCH3基因外显率的影响NOTCH3变体。
我们的研究有许多优势。首先,它有一个更大的样本容量比以前CADASIL组,和我们在核磁共振扫描检查疾病严重程度超过200人。其次,综述了所有情况下在一个诊所通过顾问神经病学家潜在疾病登记使用一个标准的形式发票。第三,我们相关的不同变体网站与各种临床特征与中风和显示协会是独立的传统心血管危险因素。
我们的研究也有局限性。核磁共振扫描临床获得了在不同的扫描仪在不同领域的优势,而不是所有序列都可用于一些病人。我们控制了磁场强度,这没有改变的关联。然而,由于扫描进行广泛的扫描仪在英国,没有足够的情况下,在相同的扫描仪来让我们确定当协会当例局限于那些在1类似扫描仪的类型。第二个限制是,因为更多的患者CADASIL在近端EGFR变异区域,我们包括降低的远端变异数分析。
总之,我们的研究证实了这一点NOTCH3变异的位置是疾病严重程度的重要指标,特别是关于中风的发病年龄,这是独立的传统心血管危险因素。我们也报道脑病有一定的联系。这还需要进一步的研究探讨底层相关的表型差异的分子机制NOTCH3变异的位置。
研究资金
这项工作由英国心脏基金会资助项目资助(RG / 4/32218)。
信息披露
支持B.P.H.曹博士奖学金颁发剑桥BHF银行卓越研究中心。支持嗜快活中风协会R4VAD格兰特。美国Nannoni是由MRC实验医学格兰特(先生/ N026896/1)。d·泽和美国贝尔报告没有披露相关的手稿。H.S.马库斯NIHR支持的高级调查员奖,并得到了研究所的支持NIHR剑桥生物医学研究中心(brc - 1215 - 20014)。作者的观点是,不一定的NIHR或卫生部和社会关怀。去首页Neurology.org/N为充分披露。
附录的作者
脚注
去首页Neurology.org/N为充分披露。资金信息和披露认为作者相关的,如果有的话,年底提供这篇文章。
这篇文章加工费由英国心脏基金会资助。
提交和外部同行评议。worral处理编辑器是布拉德,医学博士,MSc, FAAN。
编辑、页面179年
- 收到了2021年10月4日。
- 接受的最终形式2022年4月4日。
- 版权©2022年作者(年代)。发表的Wolters Kluwer健康,公司代表美国神经病学学会。首页
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