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

成年发病的脑血管病CADASIL，发病平均年龄45岁,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642个NOTCH3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206个EGFr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）。在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.Arg578Cys和p.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

在ExAC上的突变主要位于EGFr的1-6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EGFr的14-16和29-31号结构域中，而被报道的CADASIL突变则集中在EGFr的1-6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10和11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倍，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，在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%的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5或7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.

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