2024年06月21日发布 | 246阅读

【中国声音】开发与验证一种用于预测伴有2型糖尿病的烟雾病患者进行EDAS手术后良好血管生成的列线图:一项病例对照研究

李静杰

解放军医学院

段炼

中国人民解放军总医院

第一作者:李静杰

通讯作者:段炼

作者单位:解放军总医院神经外科医学部

REF: Li JJ, Ren B, Wang XP, et al. Development and validation of a novel nomogram for predicting good neoangiogenesis after encephaloduroarteriosynangiosis in patients with moyamoya disease and type 2 diabetes mellitus: a case-control study. J Neurosurg. Published online May 17, 2024. doi:10.3171/2024.2.JNS24208

PMID: 38759234



摘    要


目标:糖尿病通常与烟雾病患者较差的预后相关。然而,我们在临床中发现某些糖尿病患者在脑-硬膜-颞浅动脉血管贴敷术(EDAS)后有着良好的预后。我们旨在开发一种列线图,用于预测伴有2型糖尿病的烟雾病(MMD-T2DM)患者在EDAS术后良好的管生成,以帮助神经外科医生识别适合进行EDAS手术的患者。

方法:纳入2004年6月至2018年12月期间接受EDAS手术的MMD-T2DM患者进行分析。总共纳入了126名MMD-T2DM患者(213个受累半球),并按照7:3的比例随机划分为训练集(152个半球)和内部验证集(61个半球)。使用单因素逻辑回归和最小绝对收缩与选择算子(LASSO)回归分析来识别与良好新生血管相关的因素,并据此开发列线图。并且评估了列线图的区分能力、校准度和临床适用性。


结果:126名患者的213个半球中,包括152个(71.36%)具有良好术后侧支形成的半球和61个(28.64%)具有较差术后侧支形成的半球。选择四个预测因素(FGD5 rs11128722、VEGFA rs9472135、Suzuki分期和颈内动脉烟雾血管)用于列线图开发。列线图在训练集和内部验证集中的C指数分别为0.873和0.841。列线图的敏感度为82.7%和的特异为83.3%。阳性预测值为92.9%,阴性预测值为64.8%。校准曲线展现出较好和预测准确性。决策分析验证了该列线图的临床适用性和临床应用价值。然后,我们生成了一个网络计算器以便于临床应用。


引 言


烟雾病(MMD)是一种慢性、进行性脑血管疾病,其特征是双侧颈内动脉末端的狭窄或闭塞,以及异常发育的侧支血管网络,在脑底部呈现出类似烟雾的外观。与自身免疫性疾病(如1型糖尿病[T1DM]和Graves病)相关的血管病变被分类为烟雾综合征。一项在美国中西部地区进行主要以高加索人为主的研究显示,MMD患者中自身免疫性疾病的患病率较高,特别是T1DM(8.5%,普通人群中为0.4%)和甲状腺疾病(17.0%,普通人群中为8.0%)。


在MMD中,2型糖尿病(T2DM)的发生率高于1型糖尿病。然而,关于MMD中T2DM的研究仍然较少。T2DM是一种慢性代谢性疾病,其特征是持续的高血糖状态,可能会破坏血管内皮细胞(ECs)的功能并引发严重的卒中事件。目前普遍认为T2DM引起的高血糖和其他并发症会导致血管壁损伤,是脑-硬膜-颞浅动脉血管贴敷术(EDAS)后血管生成的危险因素。然而临床实践中,我们观察到一部分合并T2DM的MMD患者在EDAS术后表现出较好的血管生成和临床预后。但是目前还没有用于区分良好血管生成的烟雾病患者的有效方法。


列线图广泛用于多种疾病的预后预测,并整合多种因素、基于患者特征预测临床预后。因此,本研究旨在建立一种列线图,以预测MMD-T2DM患者的血管生成,从而为神经外科医生选择适合EDAS的烟雾病患者提供建议。


方 法


连续回顾性分析了2004年6月至2018年12月期间接受EDAS手术的MMD患者的数据。所有患者均接受了数字减影血管造影(DSA)和磁共振成像(MRI),并符合日本厚生劳动省烟雾病研究委员会的诊断标准。T2DM的诊断根据世界卫生组织的标准。排除标准如下:(1)继发性烟雾现象;(2)影像数据不足,尤其是DSA数据不足;(3)以下位点的单核苷酸多态性(SNP)数据不完整(RNF213 rs112735431、RNF213 rs9916351、MTHFR rs9651118、FGD5 rs11128722和VEGFA rs9472135);(4)发生失访。


共计有126名患者符合纳入标准,其中39名接受了单侧EDAS手术,87名接受了双侧EDAS手术。最终,共纳入213个半球。为了开发和验证预测MMD-T2DM患者血管生成的列线图,患者按7:3的比例随机分为训练集(n=152)和验证集(n=61)。


基线数据包括年龄、性别、危险因素(高血压、高脂血症、心脏病、同型半胱氨酸、饮酒和吸烟)、临床症状(短暂性脑缺血发作(TIA)、脑梗塞、脑出血和其他)、与血管生成相关的五个SNP(RNF213 rs112735431、RNF213 rs9916351、MTHFR rs9651118、FGD5 rs11128722和VEGFA rs9472135)、术前血管造影(Suzuki分期、后循环受累(PCI)、自发性EC-IC侧支形成和ICA烟雾血管)以及mRS评分。


手术指征

确定患者是否适合进行EDAS手术时,考虑临床症状、血管造影和脑血流储备能力。MMD的主要手术指征如下:(1)与疾病相关的脑缺血症状,包括TIA、脑梗塞、认知下降、不自主的肢体运动、头痛和癫痫发作;(2)脑血流储备能力下降,包括局部脑血流和脑血管储备能力减少;(3)排除其他原因后与疾病相关的脑出血;(4)由于严重的合并症,包括心血管、肾脏、呼吸、神经、精神及其他疾病导致不能进行全身麻醉手术的患者,不适合进行EDAS手术。


临床随访和脑血管造影随访

出院后,通过入院随访、电话或信件访谈来随访长期手术疗效。术后6个月进行血管造影,随后每年进行一次,直至最后随访。血管造影具有双重目的,既能帮助评估手术效果,也能评估疾病进展。侧支循环运用Matsushima等人描述的系统进行分级,其中A、B和C级分别代表侧支形成超过三分之二、介于三分之一和三分之二之间以及少于三分之一的大脑中动脉供血区。在统计学分析中,A级和B级被认为是良好的侧支形成,而C级被认为是较差的侧支形成。


血样采集和流式细胞分析

EDAS前从所有患者采集血样。为了计数内皮祖细胞(EPCs),通过5 mL柠檬酸盐抗凝管采集肘静脉血,并在采集后3小时内处理。静脉血样在整个过程中保持在4°C。使用流式细胞术分析全外周血样。使用表面标记CD34briCD133+CD45dimKDR+进行分析。所有分析均使用FlowJo(版本7.6;MacIntosh,Treestar Inc.)进行。CD34briCD133+CD45dimKDR+细胞计数以外周血单核细胞(PBMCs)的百分比报告。


DNA提取和SNP基因分型

在获得知情同意后,采集10mL外周静脉血。血样保存在EDTA Na4抗凝管中,直至进一步分析前存储在-80°C。随后,使用血液基因DNA迷你试剂盒(CWBIO,北京,中国)从样本中提取基因组DNA。使用NanoDrop 2000(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,美国)测定DNA浓度(4303 DNA),并稀释至5ng/μL的工作溶液用于后续基因分型和验证。所有参与者均使用TaqMan探针(TaqMan SNP Genotyping Assays;Applied Biosystems,Foster City,CA,美国)和Quant Studio 6 Flex实时PCR系统(Applied Biosystems)进行四个位点五个SNP的基因分型分析(RNF213 rs112735431,RNF213 rs9916351,MTHFR rs9651118,FGD5 rs11128722和VEGFA rs9472135)。


统计分析和模型开发

分类变量以n(%)表示,连续变量以均值±标准差或中位数(四分位间距)表示。组间比较使用卡方检验或Fisher精确检验进行分析。构建了一个列线图来预测MMD-T2DM患者的血管生成,运用Cox回归和LASSO回归筛选与血管生成相关的临床特征。基于LASSO回归的最终结果,开发了一个包含所有独立预后因素的列线图,以预测MMD-T2DM患者的血管生成。


结 果


患者特征

共纳入126名患者,其中39例接受单侧EDAS,87例接受了双侧EDAS,最终共纳入213个半球。表1总结了纳入患者的人口统计学、临床、遗传和影像学特征。


Table 1 Baseline characteristics of the training and validation cohort in moyamoya disease with type 2 diabetes mellitus.

Abbreviations: TIA: Transient Ischemic Attack; IQR: interquartile range; RNF213: ring finger protein 213; MTHFR:5,10-methylenetetrahydrofolate reductase; FGD5: FYVE, RhoGEF And PH Domain-Containing Protein 5; VEGFA: vascular endothelial growth factor A; PCI: Posterior Circulation Involvement; ICA: InternalCarotid Artery; mRS: Modified Rankin Scale.


随访期间的血管生成情况

随访期间,77个(36.2%)半球被评为A级,75个(35.2%)被评为B级,61个(28.6%)被评为C级。总体而言,152个(71.36%)半球为血管生成良好,61个(28.64%)为血管生成不良。其中,21名患者(38个半球)T2DM控制良好,105名患者(175个半球)T2DM控制不佳,两组之间无显著差异(p=0.103)。

长期随访中卒中事件与血管生成的相关性

在平均随访7.84±1.76年期间,23个(10.80%)半球经历了卒中事件,包括18例(8.45%)缺血性卒中和5例(2.35%)出血性卒中。良好血管生成组中12名患者(7.89%)发生了卒中事件,不良血管生成组中11名患者(18.03%)发生了卒中事件(p=0.030)(图1)。


训练集中血管生成的潜在预测因素

单因素逻辑回归分析显示,MTHFR rs9651118、FGD5 rs11128722、VEGFA rs9472135、同型半胱氨酸、临床症状、Suzuki分期、mRS评分和ICA Moyamoya血管是MMD-T2DM患者血管生成的预测因素(p<0.1)。随后,将这8个变量纳入LASSO回归,最终确定了4个因素:FGD5 rs11128722、VEGFA rs9472135、Suzuki分期和ICA Moyamoya血管(图2A, B)。


基于这些变量,开发了一个预测MMD-T2DM患者EDAS术后血管生成的列线图(图3A)。列线图显示,FGD5 rs11128722 GA、丰富的ICA Moyamoya血管、VEGFA rs9472135 TC和Suzuki分期Ⅲ-IV与良好血管生成相关;FGD5 rs11128722 GG、缺乏ICA Moyamoya血管、VEGFA rs9472135 TT和Suzuki分期≤II与不良血管生成相关。为便于临床应用,我们生成了一个基于网络的计算器(图3B)。


列线图的性能和验证

校准曲线显示,在训练集(图4A)和验证集(图4B)中,预测和实际血管生成概率之间具有高度一致性。列线图的C指数值如下:训练集0.873(95% CI:0.810–0.937);验证集0.841(95% CI:0.744–0.938)。同时,ROC曲线显示列线图在训练集(图4C)和验证集(图4D)中的表现良好。


DCA显示,如果阈值概率大于0.12,使用列线图预测EDAS术后血管生成将比“对所有患者进行治疗”或“对所有患者不进行治疗”带来更大的净收益(图5)。DCA曲线高于“无”与“所有”两条基线线,表明模型在这些范围内的性能是理想的。


根据列线图评分预测血管生成的概率

根据表2中的结果,列线图总分的最佳临界值为0.706。在此临界值下,列线图的敏感度为82.7%,特异度为83.3%。阳性预测值和阴性预测值分别为92.9%和64.8%。列线图的阳性和阴性似然比分别为4.964和0.207,这些结果表明该列线图作为诊断工具在预测MMD-T2DM患者良好血管生成方面的有效性。


Table 2  Accuracy of the prediction score of the Nomogram for estimating the probability of Good Neoangiogenesis after EDAS.


讨 论


EDAS术后有血管生成,术后颞浅动脉的分支为颅内血管供血。然而,需注意的是并非所有患者均能从此手术中获益,其有效性依赖于侧支血管形成的多少。T2DM是一种以持续高血糖为特征的慢性代谢紊乱,可破坏ECs的功能,并导致更严重的卒中事件。既往的研究已经表明糖尿病是EDAS术后缺血性卒中的独立危险因素。然而,基于的临床经验,某些MMD-T2DM患者表现出良好的临床结局和更丰富的侧支血管形成。在这些患者中进行直接或联合脑血管重建术风险较高。EDAS手术的特点是手术程序相对简单,风险较低。因此,有效的术前患者筛选可以帮助神经外科医生做出更好的决策。我们的研究开发了一个预测模型,运用四个术前变量预测术后血管生成,并在内部验证人群中进行验证。列线图能够整合血管生成的预测因素,并根据患者信息计算全面且精确的风险评分,将MMD-T2DM患者分类为不同的风险组。


与良好新血管生成相关的因素

本研究的列线图是通过对126名MMD-T2DM患者进行分析建立的,包括213个EDAS手术的半球。该模型表现出令人满意的区分能力,C指数为0.873,远高于单变量模型的预测表现。


我们的研究结果表明,ICA末端丰富的烟雾状血管,Suzuki分期Ⅲ–IV对术后血管生成具有很强的预测能力。考虑到MMD是逐渐进展的疾病,Suzuki分期Ⅲ–IV中丰富的烟雾状血管表明疾病的中期阶段。随着疾病的进展,烟雾状血管逐渐减少。在Ⅲ–IV期间进行EDAS手术可以有效建立侧支循环,从而显著降低随后Ⅴ–Ⅵ期不良事件的发生。因此,结合这两个强预测因素显著提升了列线图的预测性能。


我们团队之前的研究已经确认了EPCs与EDAS手术后形成侧支循环的相关性。烟雾病患者血中EPC水平的升高与术后血管重建效果的改善相关。FGD5是在血管内皮细胞中表达的蛋白质,是Rho GTP结合蛋白GTP/GDP交换因素(RhoGEF)。Kurogane等人首次证明了FGD5在体外培养的人类血管内皮细胞中选择性表达。他们发现,在人脐静脉内皮细胞中沉默FGD5阻碍了VEGF诱导的类血管样网络形成,同时对渗透性、细胞运动和增殖有着影响。此外,Heldin等人证实FGD5是VEGFR2信号转导和降解的调控因素。他们发现FGD5缺失影响了VEGFA诱导的趋化作用。Azad等人证明了FGD5对Rac1的RhoGEF活性在内皮细胞中调节CXCL12/CXCR4诱导的PI3激酶-β活性。FGD5在CXCL12刺激下对内皮细胞的活性、血管突起形成和顶端分化至关重要。在机制上,这些事件与FGD5缺陷内皮细胞中PI3激酶介导的Akt活化有关,同时与内皮细胞受体酪氨酸激酶的信号传导,如VEGF和胰岛素受体有关。Wang等人证实FGD5-AS1在高葡萄糖诱导的损伤中表现出保护作用,而FGD5-AS1可能是T2DM相关心血管疾病的预测因素。鉴于FGD5在ECs中的选择性表达及其在调节VEGFR2信号通路中的作用,它在维持VEGF功能和维持EC活性中至关重要。我们的结果显示FGD5 rs11128722和VEGFA rs9472135是EDAS后血管生成的独立预测因素。当rs11128722和rs9472135基因位点发生突变时,术后侧枝血管生成更好。在图6A中,患者FGD5 rs11128722为杂合型(GA),VEGFA rs9472135为(TC),并伴有EPCs积累,术后松岛分级为A。在图6C中,患者FGD5 rs11128722为野生型(GG),VEGFA rs9472135为(TT),并且EPCs分布较少,术后松岛分级为C。


列线图评估

本研究首次使用列线图评估MMD-T2DM患者的血管形成。通过四个术前变量,开发并验证了一个预测模型,用于评估MMD-T2DM患者EDAS术后的血管形成。列线图纳入人口统计学、影像学和SNP特征,可以实现血管形成的个性化预测,提供了一种相对精确的工具,用于预测MMD-T2DM患者的血管形成。模型验证是开发临床预测模型的关键步骤,以确保其在现实场景中的准确性和适用性。在本研究中,通过内部验证评估了列线图的稳定性,结果显示C指数为0.841(95% CI:0.744–0.938),表明其具有很强的区分能力。此外,ROC曲线在内部验证队列中显示出AUC值为0.841,突显了模型的良好的预测准确能力。


目前,该研究仅在T2DM患者中评估五个SNP变异,对非T2DM个体的数据尚不明确。然而,我们假设本研究中建立的列线图同样适用于非T2DM患者。我们认为本研究中确定的四个预测因素与血管形成相关,表明具有这些特征的非T2DM个体可能表现出更强的血管生成能力。然而,我们认为FGD5 rs11128722和VEGFA rs9472135的基因变异可能与MMD患者的糖尿病易感性相关。未来的研究应扩大样本量,以探讨列线图在非T2DM人群以及整个MMD人群中的适用性。


研究的局限性

首先,选择偏倚是不可避免的局限性,因为并未对所有T2DM参与者进行基因组测序。其次,本研究仅关注中国患者,因此我们的预测模型能否推广到非亚裔人群尚不明确。第三,列线图仅涵盖了某些基因突变,并且仅在T2DM人群中进行了研究。未来的研究应进行全基因组关联研究,并验证列线图在非T2DM人群以及所有MMD人群中的适用性。


结 论


我们的研究开发了一个列线图,可以预测MMD-T2DM患者在EDAS术后的血管形成。这一工具有显著的临床适用性,可以帮助神经外科医生识别适合EDAS的患者。


第一作者简介


李静杰

解放军总医院神经外科医学部

  • 解放军医学院三年级硕士研究生,主要研究方向为出血型烟雾病的临床特点和治疗

  • 参与国家自然科学基金1项

  • 截至目前共参与发表SCI论文14篇,总计影响因子62.6,其中第一作者及共同第一作者论文5篇,总计影响因子20.0


通讯作者简介


段炼 主任医师

解放军总医院神经外科医学部

  • 主任医师,教授,博士生导师,专业技术三级

  • 国务院政府特殊津贴和军队一类岗位津贴获得者,全军神经外科专业委员会副主任委员,中央军委保健委专家,北京神经科学学会副理事长,北京医学会神经外科委员会常委

  • 长期从事脑血管病及脑肿瘤的诊断治疗、临床教学及科研工作。在国内率先系统开展烟雾病的诊断治疗,到目前为止共完成烟雾病颅内外血管重建手术11000余例,并收集了完整的临床资料和生物样本,疗效居世界先进水平

  • 第一或通讯作者发表相关论文167篇,其中发表于《Stroke》等SCI杂志论文共46篇,总影响因子238.301分

  • 承担国家自然基金、北京市首发基金重点项目、后保部重大军事专项、军委科技委重点课题、国家重点研发计划等课题14项,总研究经费2000余万元

  • 主编出版了《烟雾病》第一部中文专著,主笔编写了《烟雾病治疗的中国专家共识》

  • “烟雾病的基础与临床研究”于2012年获军队医疗成果一等奖;“缺血性脑损伤的诊断治疗与防治策略”2020年再获军队科技进步一等奖;2014年获得新华网首届“中国好医生”称号,2019年获白求恩精神研究会白求恩式好医生奖;2019年获解放军总医院优秀博士生导师奖;连续十年入选《中国名医百强榜》缺血性脑血管病TOP10;荣立三等功三次


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