Arfgeng heilablæðing (Hereditary cystatin C amyloid angiopathy (HCCAA)) er séríslenskur mýlildissjúkdómur, sem erfist ókynbundið ríkjandi og stafar af stökkbreytingu í cystatin C geninu, CST3. HCCAA tilheyrir fjölbreyttum hópi sjúkdóma sem heita cerebral amyloid angiopathy (CAA). Þeir eiga það sameiginlegt að mýlidi safnast fyrir í heilaæðum miðtaugakerfisins. Í HCCAA myndar stökkbreytt cystatin C mýlildi í æðaveggjum heilaslagæða/slagæðlinga sem leiðir til heilablæðinga og dauða hjá ungum arfberum. Þótt HCCAA sé réttilega flokkaður sem CAA sjúkdómur vegna sjúkdómsmyndar hans í heilanum, þá verða mýlildisútfellingar líka í öðrum líffærum. Markmið þessarar rannsóknar var að fá betri skilning á meinafræði sjúkdómsins, sérstaklega innan æðaveggjarins, og rannsaka millistig atburða í framvindu meingerðarinnar með því að skoða líffæri utan miðtaugakerfis þar sem lokastig meingerðarinnar í miðtaugakerfinu kom í veg fyrir að hægt væri að rannsaka þá þætti í slíkum sýnum.
Fyrsta markmiðið var að skoða meingerð heilaæða í sjúklingum með því að nota krufningasýni úr heila. Niðurstöðurnar sýndu mikil, og alvarleg, frávik í byggingu æðaveggja slagæða/slagæðlinga miðað við eðlilegar æðar. Breytingarnar voru meðal annars þykknun á æðaþeli, fjölgun mýófíbróblasta, trosnuð elastica, fækkun æðaþelsfrumna og sléttvöðvafrumna, smádrep (e. microinfarcts) og mikil uppsöfnun utanfrumuefna. Dreifing cystatin C útfellinga innan heilans var athuguð. Sú athugun sýndi að umfang CAA útfellingarinnar í heilum allra sjúklinganna var undantekningarlaust alvarleg (e. severe) óháð heilasvæðum. Auk útfellinga innan æðaveggja sáust útfellingar utan við æðar. Einnig greindust cystatin C skellur (e. focal deposits) í heilavef, sem ekki hefur verið lýst áður. Ónæmissvar var í kringum æðar, og innan þeirra, en einnig kringum skellurnar. Svarið samanstóð af taugatróðsöri (e. glial scar) utan um slagæðar/slagæðlinga. Ummerki heilablæðinga voru til staðar í öllum sjúklingum og sáust í öllum heilasvæðum, staðsetning þeirra var þó breytileg milli sjúklinga.
Í seinni hluta rannsóknarinnar færðist áherslan frá heila yfir á líffæri utan miðtaugakerfis. Húðsýni úr arfberum, bæði arfberum með einkenni og einkennalausum arfberum, voru rannsökuð og borin saman við húðsýni úr viðmiðum. Rannsóknin leiddi í ljós cystatin C útfellingar í grunnhimnu ýmissa svæða í húð arfbera. Magn útfellingarinnar var meira í arfberum með einkenni en í einkennalausum arfberum. Cystatin C útfellingin í arfberunum var í nánum tengslum við uppsöfnun á kollageni IV (COLIV). Ólíkt cystatin C uppsöfnuninni þá var ekki magnmunur á COLIV uppsöfnun í arfberunum eftir sjúkdómsstigi, heldur var sambærileg aukning á COLIV í húðsýnum allra arfberanna miðað við sýni úr viðmiðunum. Aukinn fjöldi fíbróblasta greindist í efri hluta leðurhúðarinnar í arfberunum og skoðun með lagsjá sýndi að cystatin C útfellingin, sem og aukin ónæmislitun COLIV, í arfberasýnunum var tengd þessum fíbróblöstum en ekki öðrum frumugerðum í húðinni. Uppsöfnun COLIV í heilanum og í húðinni, og sterk tengsl þess við fíbróblasta og cystatin C útfellingar, bendir til þess að þykknun á grunnhimnu gerist snemma í framvindu meingerðarinnar og sé mikilvægur hluti í framgangi hennar, sem stuðlað geti að útfellingu, og mýlildismyndun, stökkbreytts cystatin C.
Þó að HCCAA sé kerfisbundinn sjúkdómur þá eru klínísku einkennin næstum bara bundin við miðtaugakerfið. Það er vegna þess að meingerð sjúkdómsins er mest í heilaæðunum og leiðir til veikari æðaveggja og heilablæðinga. Aftur á móti var meingerðin í líffærum utan miðtaugakerfis mildari og var sjaldan tengd klínískum einkennum. Þessi meingerð gæti hins vegar þróast í alvarlega með tíma en það verður sjaldan vegna þess að banvænar heilablæðingar gerast á undan.
Hereditary Cystatin C Amyloid Angiopathy (HCCAA) is an amyloid disorder in Icelandic families caused by an autosomal dominant mutation in the cystatin C gene, CST3. HCCAA is classified as a cerebral amyloid angiopathy (CAA), a group of diseases in which amyloid deposits in the walls of blood vessels in the central nervous system (CNS). Mutant cystatin C forms amyloid deposits within the walls of cerebral arteries/arterioles resulting in haemorrhagic strokes in young adults. Although HCCAA is rightly classified as a CAA disorder due to its strong cerebral presentation, amyloid deposition is systemic and also found in other internal organs. The objectives of this study were to increase understanding of HCCAA pathogenesis, especially within the vessel wall itself, and to gain information about intermediate events in the pathogenesis by studying peripheral tissues because the severity of pathology in the CNS hindered the use of CNS samples for that purpose.
The first aim was to examine the cerebral vascular pathology of HCCAA patients using post-mortem brain samples. The results revealed severe changes in the architecture of the walls of cerebral arteries/arterioles, e.g. intimal thickening, myofibroblast proliferation, a frayed elastic layer, degeneration of endothelial and smooth muscle cell cells, microinfarcts, and excessive accumulation of extracellular matrix constituents. The topographical distribution of cystatin C deposition within brain areas was assessed. The extent of the CAA deposition in the brains of HCCAA patients was uniformly severe throughout the brain. In addition to deposition within vessel walls, perivascular cystatin C deposits were observed and a novel finding was that of parenchymal cystatin C focal deposits. A neuroinflammatory response was seen around affected vessels, and the focal deposits, consisting of glial scar formation. Hemorrhages were observed in all patients and were found in all brain areas examined; however, their location was varied.
In the second part of the study the focus shifted from the brain to the periphery. Skin biopsies from L68Q-CST3 mutation carriers, symptomatic and asymptomatic, were studied in comparison to control biopsies. This revealed deposition of cystatin C in the basement membranes (BMs) of various skin structures in the carrier biopsies. The quantity of deposition in symptomatic carriers was greater than in asymptomatic carriers. Cystatin C deposition was closely associated with collagen IV (COLIV) accumulation in the BMs of the same skin areas. In contrast to cystatin C deposition, COLIV immunoreactivity did not differ by disease status but was elevated in all carriers to the same extent compared to controls. An increased number of fibroblasts was observed in the upper dermis of carriers and confocal microscopy revealed that cystatin C deposition, and the enhanced COLIV immunoreactivity, was associated with dermal fibroblasts but not other cell types. Cumulatively, the excess deposition of COLIV in the brain, and in the skin, and its tight association with fibroblasts and cystatin C deposition suggests that basement membrane thickening is an early and important event in HCCAA pathogenesis that facilitates cystatin C deposition and aggregation.
Although HCCAA is a systemic disorder, its clinical symptoms are almost exclusively confined to the CNS. This is due to the comparatively advanced pathology in the brain resulting in weaker vasculature and brain hemorrhages. In contrast, the pathology in peripheral tissues was mild or intermediate, and rarely associated with clinical presentation. Those changes could, however, progress to severe with time, but rarely do because they are preceded by fatal brain hemorrhages.
