Objective: To perform cluster analysis of MRI signs of cerebral microangiopathy (small vessel disease, SVD) and to clarify the relationship between the isolated groups and circulating markers of inflammation and angiogenesis.
Material and methods: The identification of groups of MRI signs (MRI types) using cluster hierarchical agglomerative analysis and iterative algorithm of k-means and assessment of their relationship with serum concentrations of tumor necrosis factor-α (TNF-α), transforming growth factor-β1 (TGF-β1), vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A), hypoxia-inducible factor 1-α (HIF1-α) determined by ELISA were performed in 96 patients with SVD (STRIVE, 2013) (65 women, average age 60.91±6.57 years).
Results: Cluster analysis of MRI signs identified two MRI types of SVD with Fazekas grade 3 of white matter hyperintensity (WMH). MRI type 1 (n=18; 6 women, mean age 59.1±6.8 years) and MRI type 2 (n=22, 15 f., mean age 63.5±6.2 years) did not differ by age, sex, severity of hypertension, presence of other risk factors. MRI type 1 had a statistically significantly more pronounced WMH in the periventricular regions, multiple lacunes and microbleeds, atrophy, severe cognitive impairment and gait disorders compared with MRI type 2. Its formation was associated with a decrease in VEGF-A level. MRI type 2 had the significantly more pronounced juxtacortical WMH, white matter lacunes, in the absence of microbleeds and atrophy, and less severe clinical manifestations compared with MRI type 1. Its formation was associated with an increase in TNF-α level.
Conclusion: Clustering of diagnostic MRI signs into MRI types of SVD with significant differences in the severity of clinical manifestations suggests the pathogenetic heterogeneity of age-related SVD. The relationship of MRI types with circulating markers of different mechanisms of vascular wall and brain damage indicates the dominant role of depletion of angiogenesis in the formation of MRI type 1 and increased inflammation in the formation of MRI type 2. Further studies are needed to clarify the criteria and diagnostic value of differentiation of MRI types of SVD, and also their mechanisms with the definition of pathogenetically justified prevention and treatment of various forms of SVD.
Цель исследования: Провести кластерный анализ МРТ-признаков церебральной микроангиопатии (ЦМА) и уточнить связь выделенных групп с циркулирующими маркерами воспаления и ангиогенеза.
Материал и методы: У 96 больных с ЦМА (STRIVE, 2013) (65 женщин, средний возраст — 60,91±6,57 года) с помощью кластерного иерархического агломеративного анализа и итерационного алгоритма k-средних оценивалось выделение групп МРТ-признаков (МРТ-типы) и их связь с сывороточными концентрациями фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α), трансформирующего фактора роста (TGF-β1), сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF-А), гипоксией индуцируемого фактора (HIF1-α), определенных методом иммуноферментного анализа ELISA.
Результаты: Кластерный анализ МРТ-признаков выделил два МРТ-типа ЦМА стадии Fazekas 3. МРТ-тип 1 (n=18; 6 женщин, средний возраст — 59,1±6,8 года) и МРТ-тип 2 (n=22, 15 женщин, средний возраст — 63,5±6,2 года) не различались между собой по возрасту, полу, тяжести артериальной гипертензии, наличию других факторов риска. МРТ-тип 1 по сравнению с МРТ-типом 2 имел статистически значимо более выраженную гиперинтенсивность белого вещества (ГИБВ) в перивентрикулярных отделах, множественные лакуны и микрокровоизлияния, атрофию, тяжелые когнитивные расстройства и нарушения ходьбы. Его формирование было связано со снижением VEGF-A. МРТ-тип 2 по сравнению с МРТ-типом 1 имел статистически значимо более выраженные юкстакортикальную ГИБВ, лакуны в белом веществе, при отсутствии микрокровоизлияний и атрофии, меньшей тяжести клинических проявлений. Его формирование было связано с повышением TNF-α.
Заключение: Кластеризация диагностических МРТ-признаков в МРТ-типы ЦМА со значимыми различиями в тяжести клинических проявлений позволяет предполагать патогенетическую гетерогенность возраст-зависимой ЦМА. Связь МРТ-типов с циркулирующими маркерами разных механизмов повреждения сосудов и мозга указывает на доминирующее значение истощения ангиогенеза в формировании МРТ-типа 1 и воспаления в формировании МРТ-типа 2. Целесообразны дальнейшие исследования по уточнению критериев и диагностической ценности дифференцирования МРТ-типов ЦМА, а также их механизмов с определением патогенетически обоснованной профилактики и лечения разных форм ЦМА.
Keywords: cerebral microangiopathy; neuroimaging; small vessel disease; tumor necrosis factor-alpha; vascular endothelial growth factor; white matter hyperintensity.