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【文献热点】基于大数据分析重新评估引起脑卒中的CADASIL疾病可能突变频率

发布时间 :2018-01-29 19:54 阅读 :

成年发病的脑血管病CADASIL,发病平均年龄45,临床表现为反复发作的卒中和之后严重后遗症,其发病率目前缺乏明确的统计。但最近发表在ANNALS of Clinical and Translational Neurology上的一篇文章发现,CADASIL相关的致病基因NOTCH3蛋白半胱氨酸不同的突变位点会导致很大的临床表型差异,其发病率可能被低估,因此对于潜在卒中患者监控有临床提示作用。


 

 

研究背景

 

CADASIL患者表现出进行性缺血性脑MRI异常,与疾病严重程度相关。有症状的个体其MRI常常表现出多个腔隙性梗塞、微出血和脑萎缩。CADASIL在世界范围内被广泛报道,但只有欧洲和东亚少数国家对CADASIL患者及其NOTCH3基因突变进行了研究。发病率的统计局限在相当小的人群中,可能被极大地低估。
 

 

研究结果

 

➤  EGFr半胱氨酸改变的NOTCH3突变在ExAC上高频出现

截止发稿日,作者在ExAC数据库上查找到了642NOTCH3基因的错义突变,其中206个错义突变会使EGFr结构域上NOTCH3蛋白的半胱氨酸数量失衡(5个或7个),导致CADASIL。这206EGFr半胱氨酸不同的错义突变由25种不同频率的突变组成,其中17种导致半胱氨酸的获得,其余8种则导致半胱氨酸的丢失(表1)。60,706个外显子中的这206个突变的频率是3.4/1000。它是目前CADASIL患病率的估计值2-5/100,000的一百倍。

 

表1. ExAC数据库中25种不同的导致半胱氨酸改变的NOTCH3基因突变

 

  NOTCH3突变的人群频率

作者查找了携带致病NOTCH3基因突变的人群,其中包括了在ExAC上显示的人群。不同人群的突变频率差异很大,从非洲人/非裔美国人的0.4/1000到南亚人群的11.7/1000(图1)。一些突变在不同的人群中都有出现,如p.Arg578Cysp.Arg1231Cys突变,在观察的六种人群中的四种都有发现。

 

图1. ExAC数据库中所观察人群EGFr半胱氨酸改变的NOTCH3基因突变频率

 

➤  ExAC上的突变主要位于EGFr1-6号结构域以外

随后,作者将ExAC上的突变和荷兰CADASIL注册中心数据库中明确的以及全球范围内报道的CADASIL患者的突变区域分布进行了对比。荷兰CADASIL注册中心数据库中NOTCH3突变的分布大多数与世界范围内报道的重叠,都在4号外显子上有大比例的突变(图2)。而在ExAC数据库中,4号外显子上的突变仅为荷兰CADASIL注册中心数据库的三分之一(13% vs. 38%);而在22号外显子上的突变比例却是荷兰CADASIL注册中心数据库的10倍(24% vs. 2%)。以上结果表明,在ExAC数据库上的突变大部分聚集在EGFr14-1629-31号结构域中,而被报道的CADASIL突变则集中在EGFr1-6号结构域。

 

图2. 不同数据库和研究中CADASIL病人致EGFr半胱氨酸改变的NOTCH3突变分布的比较

 

➤  EGFr 1-6号结构域以外的NOTCH3突变与较轻的MRI病变相关

作者假设造成ExAC数据库和被报道的CADASIL的突变分布有差异的原因是基因型-表型的关联性,在EGFr 1-6号结构域之外的突变倾向于较轻的表型。为了验证这个假设,作者对比了在EGFr 1-6号结构域与7-34号结构域发生突变的患者,其WMH病变负荷和腔隙性梗死的数量。结果发现前者的WMH病变负荷显著高于后者(图3A),而腔隙性梗死的数量也存在显著差异(图3B)。以上的结果提示了在EGFr1-6结构域以外的NOTCH3突变与较轻的脑MRI表型相关

图3. CADASIL病人中NOTCH3基因突变EGFr所在结构域与MRI病变负荷的关联性

 

➤  缺少症状的高龄个体的脑部成像

为了确定ExAC上的高频突变是否由于NOTCH3突变存在不外显或者未被确诊的表型的缘故,作者从荷兰CADASIL注册中心数据库中挑选了4个当时进行了DNA检测和全脑扫描的70岁以上的个体进行分析。这些个体在1011号外显子上存在基因突变,但均无脑卒中表现,日常生活完全可以独立自主。四名个体都进行了脑成像检测以观察是否有与CADASIL一致的WMH病变。所观察的个体中均未观察到腔隙病变,而在典型的CADASIL患者中,30岁左右便会出现典型的脑部腔隙(图4A-C)。此外,分别对78岁和58岁的个体进行了MRI扫描观察,结果显示在两者均有对称性的WMH,其中一位还存在微出血现象(图4D-I)。

以上个案表明,超过70岁的NOTCH3突变个体,也可表现为无临床症状或较轻的临床症状,因而没有被诊断为CADASIL

 

 

图4. 携带NOTCH3突变的年长的无症状个体与经典CADASIL病人的MRI结果比较

 

总结

EGFr半胱氨酸改变的NOTCH3突变频率比基于CADASIL测算的发病率的预估值要高出100,这挑战了当前的CADASIL疾病模式,并提示某些突变类型可能更倾向于导致中度的表型,使得临床上没有被识别出来。本文的数据显示,EGFr1-6结构域发生突变的个体,更倾向于表现出“典型”的CADASIL表型,而在EGFr 1-6结构域以外发生突变的个体可能活到80岁都只出现少量的症状。

 

 

关于CADASIL

 
·临床症状

遗传性脑动脉病伴皮质下梗塞和白质脑病(CADASIL)是由NOTCH3基因的突变引起的单基因小血管疾病。CADASIL中的NOTCH3突变导致脑血管NOTCH3蛋白聚集,损害脑血流,造成中年成人脑卒中和血管性认知障碍,以及先兆偏头痛。尽管大部分的患者在其45-50岁时便会首次发生脑卒中,但发病年龄和病程进展有很大的异质性。
·
发病机制

超过98%CADASIL患者在NOTCH3基因的2-24号外显子的其中一个有独特的突变,都导致表皮生长因子受体(EGFr)的NOTCH3蛋白结构域中半胱氨酸残基的增加或缺失,使EGFr其中一个结构域数量高度保守的6个半胱氨酸变为57个。半胱氨酸数量的不平衡形成异常的二硫键桥,致使NOTCH3蛋白的聚集损害平滑肌,导致分泌的内皮细胞生长因子减少而引起血管内皮细胞破坏,引起脑血管自我调节功能障碍和血脑屏障的破坏,最终导致低灌注腔隙性梗死白质缺血性脱髓鞘的发生。

 

【参考文献】

 

Rutten J W, Dauwerse H G, Gravesteijn G, et al. Archetypal NOTCH3 mutations frequent in public exome: implications for CADASIL : [J]. Annalsof Clinical & Translational Neurology,  2016,  3(11): 844-853.