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【案例分享】NOTCH3基因突变可疑早发CADASIL

病例分享:患儿6岁时就诊。1年前发现行为异常,喜欢打人,摔东西,偶尔傻笑,好动,记忆力差,偶有大叫,睡眠正常,无抽搐,外院查头颅核磁:左侧脑室后角小软化灶,垂体较薄,给予鼠神经生长因子肌注后行为异常较前明显。增强头颅核磁:左侧脑室后部白质区小囊肿。现患儿智力倒退明显,无法正常上学。经panel检测发现NOTCH3基因上c.G709A位点突变,父亲发生变异,母亲未发现变异。在正常人群数据库(1000g,esp6500,ExAC等)中频率较低。多个软件预测其为有害变异。


NOTCH3基因可导致显性遗传性脑血管病伴皮质下梗死和白质脑病(CADASIL),是一种常染色体显性遗传的动脉病。发病率约为(2~5)/10万,实际可能更高。Sourander和Wålinder于1977年首先报道了该病的临床特征,通常于中年起病,临床表现为偏头痛、反复发作性脑梗死、认知损害且伴有精神症状,呈进行性加重,最终导致严重的残疾和痴呆。

NOTCH3信号通路及其作用机制

NOTCH3受体通过胞外域(NOTCH3ECD)与配体结合,进而通过胞内域发挥信号转导作用,调节血管平滑肌细胞的增殖和分化。由NOTCH3基因突变导致其编码的蛋白结构异常,引起以血管平滑肌细胞功能障碍、ECM重塑H副和慢性炎症为主。 

NOTCH3基因型与临床表型

NOTCH3ECD由34个表皮生长因子样重复序列(epidermalgrowth factor-like repeat domain, EGFR)组成,每个EGFR含有6个半胱氨酸残基,通过3个二硫键两两结合。

NOTCH3致病性变异大部分为错义突变(95%),约60%位于3、4、5、8号外显子,3号和4号外显子为中国CADASIL患者的热点突变区。NOTCH3基因的致病性变异常发生于2~24号外显子,导致EGFR内奇数半胱氨酸残基形成,影响二硫键的两两结合而改变蛋白质构象,最终导致NOTCH3ECD的异常积聚。近期研究表明,脑以及其他外周器官小血管内NOTCH3ECD异常堆积是CADASIL的核心事件,促进了功能性细胞外基质蛋白异常聚集并产生细胞毒性作用,最终导致平滑肌细胞变性。还有报道表明,虽然发生于2~24号外显子之外的突变不会引起EGFR半胱氨酸替换,但也会导致CADASIL。目前学术界对此类患者能否诊断为CADASIL仍存在着争议,需进一步进行深入的临床评估、皮肤活检和全面的NOTCH3分子筛查以排除存在涉及半胱氨酸替换的突变位点。 

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NOTCH3突变与四种遗传性疾病有关。(A、B)最常见的CADASIL(伴有皮层下梗死和病变的脑常染色体显性动脉病)。(B)当每个外显子的错义突变标准化为外显子大小时,很明显错义突变在EGF重复序列1-6中富集,但在EGF重复序列9-15中也有所富集。计算每个外显子的突变而不考虑外显子的大小表明,大多数突变(绝对数)发生在外显子4,它编码EGF重复3-5。(C)一个患有早期发病的动脉病变和白质脑病的患者,他在NOTCH3中有一个纯合子C966*截短突变。(D)发现1例婴儿肌纤维瘤病患者在NOTCH3的HD结构域编码区L1519P突变为杂合子,该突变被预测导致NOTCH3功能增强。(E)6例侧脑膜膨出综合征患者发现NOTCH3截短突变,导致PEST结构域缺失和NOTCH3胞内结构域稳定。

ANK、ankyrin重复序列;EGF、表皮生长因子;HD、异二聚结构域;LNR、Lin一Notch重复序列;PEST、脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)降解结构域;RAM、Rbp相关分子结构域;SP、信号肽;TM、跨膜结构域。 

CADASIL发病年龄和早期诊断

国外临床研究发现,先兆型偏头痛为CADASIL患者早期的主要临床表现,平均发病年龄为38.1岁;反复缺血性卒中发作为中年期患者主要表现,平均发病年龄为49岁;而皮质下痴呆和精神障碍较上述症状出现时间更晚,平均为6O岁。王韵等比较了我国CADASIL家系的临床特点,发现脑缺血性卒中及TIA是我国CADASIL的主要首发和常见症状,少数患者可出现脑出血,而偏头痛的发病率明显低于其他国家。 

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颅脑MRI是该病早期重要的诊断手段。CADASIL颅脑病变主要为多发腔隙性梗塞灶和广泛脑白质病变。颅脑MRI主要表现为大脑半球白质广泛长T1长T2异常信号,多位于皮质下、脑室周围,呈对称性分布,早期可呈散在斑片状,大小不一,以后逐渐进展融合成大片状;而腔隙性脑梗死灶以双侧基底部、丘脑为主,也可发生于皮层下白质、侧脑室旁白质及桥脑。有记载的最小发病年龄6 岁。Fattapposta等发现通过无症状儿童及青少年磁共振成像(MRI)发现脑白质改变的及NOTCH3基因的Cys146Tyr错义突变检测可以有助于早期诊断CADASIL。

针对上述病例,患儿白质区囊肿可能由白质区域发生过缺血性梗阻引起,此外患儿精神异常和智力倒退也符合;NOTCH3有 EGF的受体,鼠神经生长因子可能包含EGF,反而会刺激这个疾病。需补充患儿的影像学依据和收集患儿父亲的病史。此外患儿发病年龄很早,不排除其它遗传或环境影响因素。 

CADASIL的治疗

目前对于CADASIL疾病尚无有效的治疗方法,临床主要针对病人表现对症治疗以缓解症状。因CADASIL疾病决定性的发病机制与NOTCH3基因突变有关,基因治疗成为研究热点且充满前景,目前推测有可能的基因治疗方法有:①用抑制性RNA分子沉默NOTCH3基因中突变的等位基因;②利用反义核苷酸介导的、携带有NOTCH3外显子跳读的缺陷DNA序列,治疗性地校正NOTCH3中半胱氨酸数目的不平衡,结果表明NOTCH3外显子跳读编码的受体蛋白保留了正常的蛋白加工特性,可以有效结合配体并被配体活化。目前这项研究尚局限于体外概念研究阶段,Julie等研究者通过设计针对包含大多数致病性CADASIL突变的外显子2—3、4—5和6反义寡核苷酸,并利用这些反义寡核苷酸转染CADASIL患者来源的脑血管平滑肌细胞,成功的实现了外显子跳读而不会影响NOTCH3信号传导。