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与程序性细胞死亡突变相关疾病的特殊侵袭性

  脑海绵状血管畸形是一组严重扩张的脆性毛细血管,使患者易患出血性中风癫痫和其他后遗症。家族型占了大约三分之一的案件和涉及三个基因位点的一个常染色体显性遗传。除了用于切除症状性病变的高侵入性外科手术外目前尚无脑海绵状血管瘤治疗方法。尽管有前途的药物治疗的目标进步到临床试验已经在阻碍一般通过脑海绵状血管瘤疾病的相对温和的表现,新的病变发展率低以及严重的临床事件的不可预测性。很少有研究检查了具有程序性细胞死亡突变也称为基因座的罕见病例的任何特征,构成通过序贯突变筛查基因分型的先证者和的脑海绵状血管瘤病例。我们组和其他人所说的各种基因型脑海绵状血管瘤不同的疾病侵略性,并在年轻的时候出血脑膜瘤最近关联程序性细胞死亡案件。然而对于具有这种突变的先证者没有系统评估病变负担,每个病变和每个患者的出血风险或其他综合表型调查。激酶的活性来程序性细胞死亡蛋白流失的潜在联系之前已经提出但一直没有联系到血管通透性增高与其他脑海绵状血管瘤基因型。激酶活性先前尚未审查来自这些患者的血管病变,也没有在体内的脑渗透性。其他报道表明程序性细胞死亡突变可能通过不同的非依赖性机制引起脑海绵状血管瘤。

脑海绵状血管瘤

  在本文中我们证实程序性细胞死亡缺失与激酶活性增加,应激纤维诱导和体外内皮通透性相关,其通过激酶抑制来挽救。我们还证明了小鼠和人类脑海绵状血管瘤血管系统中的激酶活性,定义了机制联系和潜在的治疗靶点。我们显示程序性细胞死亡突变分别导致小鼠和人类的病变负担明显大于其他脑疾病和更严重的临床表现,并且我们记录了几种新的临床关联。我们报告了程序性细胞死亡的大脑患者表现出血管通透性过高,证实了激酶活性在体内的预期影响。特别高的病变形成率和症状性出血激发了机械研究的新假设,并提供了一个机会集中临床前优化和早期治疗试验这个小但受到严重影响的脑海绵状血管瘤病例亚组。

  通过用程序性细胞死亡小干扰核糖核酸转染的人脐静脉内皮细胞中程序性细胞死亡信息减少显示了敲低功效。对照和程序性细胞死亡小干扰核糖核酸处理的人脐静脉内皮细胞进行肌动蛋白染色以显示应力纤维含量的程度。随着程序性细胞死亡消耗应力纤维含量增加。激酶抑制剂逆转了这种增加。在人脑微血管细胞中证实了这些效应。激酶活化的结果是肌球蛋白轻链的磷酸化。为了监测激酶活性对照和程序性细胞死亡小干扰核糖核酸处理的人脐静脉内皮细胞在蛋白质印迹后染色磷酸化的肌球蛋白轻链。程序性细胞死亡耗竭增加了激酶活性,其被抑制。这些效应在人脑微血管细胞中得到证实而总肌球蛋白轻链水平不受程序性细胞死亡耗竭或的影响。通过对照和程序性细胞死亡的渗透性测量内皮细胞连接的稳定性小干扰核糖核酸处理的人脐静脉内皮细胞单层。在程序性细胞死亡耗尽后单层变得更具渗透性。逆转了这种增加的渗漏表明尽管程序性细胞死亡丧失但通过激酶抑制拯救了高渗透性内皮表型。

  有症状的脑海绵状血管瘤出血是最常见的出现事件影响了受试者,他们遭受了明显的出血。根据自出生以来的接触风险和每名患者的估计出血发生与先前在其他脑海绵状血管瘤基因型中报道的相似。这表明程序性细胞死亡受试者的高出血率是由于特殊的病变负担,而不是个别脑海绵状血管瘤病变的任何特别高的出血倾向。扫描中的脑海绵状血管瘤病变以每位患者每年病灶的速率形成发现皮肤病变。两名患者患有咖啡牛皮病,一名患有头皮血管瘤两名患有皮肤海绵状血管畸形。记录了脊柱侧凸。其中三名患者因严重脊柱侧凸而发生脊柱融合。在几例接受了脊髓磁共振成像扫描,几例接受了脊髓脑海绵状血管瘤病变。脊柱侧凸的存在下与每年复发性出血的第一记录出血,并用每年每病变泄放的第一泄放后的速率。皮肤损伤或脊柱侧凸的存在与病变负担,每例累积出血率首发症状发作年龄或首次出血年龄之间无关联。

  在该研究中回答了两个关键问题确定程序性细胞死亡突变导致由激酶活性介导的血管通透性和特别严重的临床表型,具有先前未被认可的特征。尽管目前的结果产生了许多新颖的假设但其他机械问题仍未得到解决。近年来显示脑海绵状血管瘤基因和的突变导致应激纤维表达和内皮屏障泄漏由激酶活化介导。事实上激酶或更广泛的抑制已被提倡作为潜在的治疗策略。虽然没有体内确认与疾病表现相关,但我们的数据表明激酶可能参与程序性细胞死亡疾病。然而有人提出程序性细胞死亡突变可能通过不同的机制引起脑疾病。由于程序性细胞死亡丧失尚未系统地探索血管通透性和激酶活性。目前正在我们的实验室研究由患有家族性脑海绵状血管瘤的人的磁共振成像活动确定的脑通透性。我们现在证实应力纤维的表达,内皮通透性增加和激酶活性增加伴随着程序性细胞死亡的丧失,正如我们之前用更常见的基因所示。我们也展现了与激酶抑制体外表型救援,尽管程序性细胞死亡损失我们添加了其他关键信息,包括正常背景血管和人和小鼠脑海绵状血管瘤病变中增加的激酶活性的证据,其与程序性细胞死亡程序性细胞死亡损失相关,其特征在于磷酸化的肌球蛋白轻链表达以及更具特异性的激酶生物标志物磷酸化的肌球蛋白结合底物。这和体外结果一起显示激酶起着活化与相关的脑海绵状血管瘤疾病类似的作用程序性细胞死亡突变与其他基因型一样。无论致敏背景如何,都存在鼠脑海绵状血管瘤病变中的激酶活性。已显示脑海绵状血管瘤基因杂合的小鼠在几个血管床中表现出高通透性,包括鼠模型的脑。第一次我们文件中与杂人的白质增加脑通透性程序性细胞死亡突变。

  通过比较程序性细胞死亡杂合小鼠中的病变负荷和我们先前报道的重现人类疾病的杂合或鼠模型来收集有趣的信息。我们以前表明在没有可检测的脑海绵状血管瘤病变杂合小鼠,当它们与肿瘤抑制或脱氧核糖核酸点突变修复基因,具有增强的病变成因相一致作为结果第二次打击体细胞突变。相反程序性细胞死亡杂合小鼠表现出典型的脑海绵状血管瘤病变而没有这种致敏作用,表明更具渗透性的表型。实际上相对敏感的杂合程序性细胞死亡模型表现出比其他脑海绵状血管瘤基因型高十倍的病变负担。

  其他研究表明这种基因型在生命早期出血。我们现在提供病灶的负担损伤形成的速度和出血风险的系统性关联。如果没有协同努力促进将美国每个已知的程序性细胞死亡突变病例转诊到进行系统基因分型,表型筛选高级成像和生物标记研究的单一专科门诊,这些发现是不可能实现的。这代表了研究罕见疾病的模型尽管我们承认潜在的偏见尽管目前有最好的控制措施。与小鼠一样我们显示患有程序性细胞死亡的患者与其他脑海绵状血管瘤基因型相比,突变具有特别大的病变负担和更频繁的出血事件。它们以每年生命率的两倍形成新的小病变,并且在加权磁共振成像上以超过六倍的速率具有更多的临床相关病变。值得注意的是每个脑海绵状血管瘤病变与每年出血风险极低相关与其他基因型一样。出血倾向在程序性细胞死亡基因型似乎是由更大数量的病变引起的而不是任何特殊的病变易于出血。这有利于治疗性靶向病变负担或在生命早期预防病变发展。首次出现症状性脑海绵状血管瘤出血的患者通常在出生后的第一个十年并且出现复发性出血这高于其他脑海绵状血管瘤基因型的报道。

  我们记录了这种疾病中高频率的自发突变,部分反映了非常严重的表型这与先前报道的与其他家族性脑海绵状血管瘤病例相比较少的受影响亲属一致。分别存在三个和两个不相关的家庭,需要检查这些突变的潜在创始效应。假设每个病变代表单独的体细胞突变事件,脑海绵状血管瘤病变形成的高速率意味着程序性细胞死亡基因座可能易于发生有害突变,可能代表突变热点。许多第二次打击的体细胞突变可能是由于有丝分裂重组产生的杂合性缺失。在人和小鼠中它们各自染色体上的三个脑海绵状血管瘤基因的位置支持基因的有丝分裂重组的更高频率。从它们各自的着丝粒到的距离越大两个物种中的基因提供了遗传模板增加有丝分裂重组的机会,导致杂合性的丧失和脑海绵状血管瘤病变发展的开始。需要进一步研究这种现象的分子遗传原因以解释这种疾病的特殊侵略性。在受试者之间家庭之间甚至在各自的先证者中,病变负担出血和相关的表型特征存在显着差异。影响疾病侵袭性的因素包括潜在的遗传和表观遗传修饰因子值得进一步研究。

  可能会质疑这些患者中的每个脑海绵状血管瘤病变是否是单独且独特的体细胞突变的结果。在许多这些患者的寿命期间,在病变发生的短时间内,许多不可能在每个复制周期中产生大量病变所需的细胞分裂和自发突变的数量。尽管体细胞等位基因损失程序性细胞死亡在人类病变已经显示从家族性病例与种系,这可能不是对于每个病变的发生的要求,尤其是在这个高度多产基因型的设置。这将需要进一步调查包括来自同一患者或小鼠的多个病变样品的测序。它也有可能程序性细胞死亡可以作为肿瘤抑制因子,固有地使患者对体细胞突变敏感这也可以解释肿瘤与这种脑海绵状血管瘤基因型的关联。这种机制需要进一步调查。

  其他表型特征是有趣的。病例主要与皮肤病变有关我们现在举报程序性细胞死亡情况下虽然病变是不同的。还报道了相关的脑膜瘤但在这里我们也记录了其他脑肿瘤。最后与这一独特的队列相关的脊柱侧凸和认知障碍首先在此报道。脊柱侧凸可能是也可能不是由于相关的脊柱病变,它与脊髓病相关无关正如脊柱脑海绵状血管瘤所预期的那样并且两例接受脊柱磁共振成像检查的严重脊柱侧凸病例中没有一例没有脊髓脑海绵状血管瘤病变的证据。禁用认知障碍的频率同样令人清醒。这些新的表型特征需要进一步研究,但我们注意到脊柱侧凸或认知障碍与病变负担或出血没有特定的关系。这激发了关于程序性细胞死亡效果的假设骨骼完整性和神经认知发育和功能的丧失。这些影响可能与程序性细胞死亡在细胞定向和高尔基体组装中的其他假定的基本作用有关以及最近的神经元迁移。在这里我们注意到在衰老的认知功能障碍,也已血管通透性和激酶活性有关。

  与大多数患有其他基因型的脑海绵状血管瘤患者相反,患者通常过着不常见且很少致残的临床事件的正常生活,程序性细胞死亡患者突变经常受到病变负担和反复出血的破坏,这些最常见于儿童时期。治疗策略需要针对患有这种疾病的儿童可能是首次出血的证据。同时小鼠模型中的高病变负担提供了在临床前环境中检测和优化治疗益处的机会。鉴于人类病变发生率高和临床显着出血的频率,在临床试验中需要较少的受试者来证明治疗效果。激酶抑制疗法特别有希望并且应该进行探索以及更广泛的抑制,记录他汀类药物的多效性。儿童使用他汀类药物的经验越来越多,如果在动物模型中证明他汀类药物的治疗效果和安全性这个治疗场所非常现实。脑渗透性和其他激酶活性生物标记物可以帮助检测治疗效果和校准治疗。在患有家族性脑海绵状血管瘤的人中正在研究在磁共振成像上观察到的脑渗透性与激酶活性的关联。其它治疗场所与免疫调节和其它信令的目考虑到鼠模型重现人类疾病的疾病外显可以实际筛选。这些可以针对临床试验进行仔细优化。

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