Hereditary risk factors for stroke in humans - Association studies with emphasis on familial and genotypic factors

Abstract

Background



Stroke is a serious vascular disorder that comprises intracerebral hemorrhages, subarachnoid hemorrhages and ischemic stroke (IS). The etiology of stroke, including hereditary components induced by cellular mechanisms, is therefore a research field of vital importance. The aim of this thesis was to assess possible genetic impact on stroke risk. We thus evaluated family history of stroke-related individual traits as well as allelic variations in selected candidate genes.



Methods



Association studies, primarily of Lund Stroke Register data, were fundamentals in the analyses in order to find possible genetic association with stroke risk. Hereditary risk factors, based on family-history data and candidate gene studies, were considered. Statistical methods for assessing the data, including basic chi-square tests of two-by-two tables as well as various logistic regression approaches and meta-analysis applications using the DerSimonian-Laird method, were used. TOAST subtypes of ischemic stroke were considered when available. Also, 25 coronary artery disease (CAD) susceptible SNPs from various genetic loci were joined together in risk scores and tested against IS risk by logistic regression.



Results



Paper I: The prevalence of stroke or TIA among first-degree relatives may affect the proband’s stroke risk (odds ratio, OR=1.74; 95% confidence interval, CI: 1.36-2.22), especially when considering mothers and offsprings (OR=2.04; 95% CI: 1.30-3.20). No such association was seen at all between spouses.



Papers II-III: SNP rs12188950 was significantly associated with IS in Paper II (OR=0.72; 95% CI: 0.58-0.91; N=1324), but not in Paper III (OR=0.93; 95% CI: 0.83-1.05; N=4692) where a different sample representing an analogous Swedish population was used.



Paper IV: SNP rs4977574 on chromosome 9p21 was related to IS risk (OR=1.12; 95% CI: 1.04-1.20) and large vessel disease risk (OR=1.36; 95% CI: 1.13-1.64). This genetic effect of chromosome 9p21 on IS was however already known. None of the other 24 SNPs or compiled risk scores were significant.



Conclusions and discussion



Significant transmission of stroke from parents to offsprings but not between spouses suggests a genetic inheritance component. But, for SNPs representing some particular carefully selected genes, the findings regarding possible impact on IS were not that clear: Ambiguous results were obtained, many significance tests were also negative. Moreover, we could not generally find significant associations between SNPs susceptible for CAD and IS risk.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Stroke, eller slaganfall, är en sammanfattande benämning på sjukdomar som drabbar blodförsörjningen i hjärnan. Varje år insjuknar cirka 30000 personer i Sverige i stroke, av dessa drabbas cirka 15% av blödningar medan resterande 85% får infarkter, dvs blodpropp i hjärnan.

Stroke upptar fler vårddagar i slutenvården än någon annan somatisk sjukdom. Medianåldern för insjuknande är ungefär 75 år, 20% av alla insjuknanden sker före 65 års ålder. Risken för en enskild att drabbas av stroke har minskat under 2000-talets första decennium, men samtidigt räknar man med att antalet strokepatienter totalt sett kommer att öka under de närmaste decennierna till följd av att vi generellt sett lever längre.



Riskfaktorer för stroke



Det finns ett flertal väldokumenterade faktorer som kan öka risken för en stroke. Som exempel kan nämnas hypertoni (högt blodtryck), diabetes, hjärt- och kärlsjukdom, rökning och förhöjda kolesterolvärden. En del av dessa riskfaktorer, som har ett nära samband med cirkulationsrubbningar och sjukdomstillstånd som till exempel hjärtinfarkt, har visat sig vara nära förknippade med biologiska processer i människokroppen som gått i arv i släkten enligt studier som gjorts.

På senare år har man i allt högre utsträckning uppmärksammat denna nedärvning, hereditet, inom strokeforskningen. Man har bland annat dels sett på familjehistorik bakom insjuknande i stroke, dels undersökt om vissa bestämda gener kopplade till sjukdomar i kroppens blodkärl också kan påverka risken att insjukna i stroke. Avhandlingen innehåller båda dessa typer av studier, som ofta benämns familjehistorikstudier respektive kandidatgen-studier.



Vad är en genetisk markör, och vad är en ”SNP”?



En genetisk markör visar en observerbar nedärvd egenskap hos individen. Låt oss ta ett exempel: Vi misstänker att personer med blå ögon bär på en viss nedärvd egenskap som ökar deras risk för att drabbas av en viss sjukdom. Vi vill undersöka om en sådan risk föreligger genom att göra en observationsstudie. Detta gör vi genom att jämföra sjukdomsförekomsten bland en stor grupp individer med blå ögon med en referensgrupp som har en annan ögonfärg. Variabeln (kännetecknet) ögonfärg är här en genetisk markör.

I detta avhandlingsarbete handlar begreppet genetiska markörer om polymorfier som återfinns i vissa gener.

En gen kan sägas bära på en bestämd egenskap, t ex för ett visst enzym som antingen kan förstärka eller förebygga en viss typ av sjukdomar och ohälsotillstånd. En gen finns representerad på ett visst identifierbart ställe (region) i en kromosom, som kan beskrivas som en lång DNA-tråd. I denna region kan man återfinna en form av genetiska markörer som brukar benämnas polymorfier, eller Single Nucleotide Polymorphisms, förkortat SNP (uttalas ofta ”snipp”).

Alleler finns i två varianter, man brukar tala om referens-alleler och alternativ-alleler (ibland används uttrycken major alleles och minor alleles). Om V är en referens-allel och v är en alternativ-allel för en viss SNP, så kan en människa bära på tre alternativa allel-representationer för just den SNP:en eftersom vi får en allel från modern och en från fadern. En bestämd individ kan således representeras av antingen



VV – dvs vara homozygot för referens-allelen,

Vv – dvs vara heterozygot (Vv och vV är likvärdiga), eller

vv – dvs vara homozygot för alternativ-allelen.



Fördelningen av dessa tre kategorier av homo- och heterozygota individer jämförs mellan en grupp patienter (fall) och en grupp personer som inte har insjuknat i stroke (kontroller). Med lämpliga skattningsmetoder kan man under vissa givna förutsättningar testa om det går att med ett givet krav på statistisk säkerhet fastställa en skillnad mellan dessa fall och kontroller för att därmed kunna dra några bestämda slutsatser kring en viss sjukdomsförekomst och dess eventuella förklaring i genetiska termer.



Avhandlingens delarbeten



Delarbete I är en familjehistorikstudie som omfattar analys av strokepatienters och friska kontrollpersoners förstagradssläktingar (dvs föräldrar, barn, syskon och halvsyskon). Även sambor och äkta makar ingår. Totalt 925 patienter och 286 kontrollpersoner hade ombetts att ange uppgifter om eventuell förekomst av stroke eller TIA (transitorisk ischemisk attack, som är en övergående blodproppsbildning i hjärnan) bland släktingar. Av dessa lämnade 606 patienter och 261 kontrollpersoner sådana uppgifter om 4972 förstagradssläktingar och 738 sambor eller äkta makar.

Patientgruppens förstagradssläktingar visade sig ha högre förekomst av stroke eller TIA samt högt blodtryck än vad som var fallet med motsvarande släktingar till kontrollpersonerna. Det verkade också kunna finnas en antydan till högre grad av ärftlighet av stroke på mödernet än på fädernet. Mellan äkta makar kunde vi däremot inte bekräfta något sådant samband. Detta stärker vår tro på att de samband vi fann är renodlat hereditära, utan någon påtaglig inblandning av socialt arv och gemensamma miljöfaktorer inom familjen.



Delarbete II är en kandidatgenstudie. Med detta menas att ett antal på förhand utvalda SNP:ar undersöks. Vi analyserade sålunda nio SNP:ar som representerar tre olika gener. Vi ville se om dessa hade något statistiskt samband med förekomsten av hjärninfarkter (ischemisk stroke). De tre generna har beteckningarna PDE4D, ALOX5AP och MHC2TA, och de påverkar vissa biologiska processer i kroppen som kan påverka risken för sjukdom i blodkärlen som i sin tur ökar risken för en stroke. Vi fokuserade särskilt på en bestämd SNP som har benämningen rs12188950 (betecknas ibland även SNP45) och som finns representerad i genen PDE4D. Denna SNP var även föremål för en metaanalys av 13 vetenskapliga artiklar. En metaanalys är en studie av andra studier, där man smälter samman resultaten. Poängen med denna sammanslagning av tidigare resultat är att man får ett betydligt större material. Det ger en ökad statistisk styrka och därmed också bättre underlag för fastställande av även ganska svaga statistiska samband. En viktig förutsättning är dock att de inkluderade studierna i metaanalysen är något sånär lika beträffande definition av sjukdomsbild, deltagarnas demografiska sammansättning mm. Totalt inkluderade vi 932 patienter och 396 kontroller i vår egen studie, medan metaanalysen omfattade 6221 patienter och 6750 kontrollpersoner.

Vi fann att personer som är bärare av alternativ-alleler för rs12188950 kan vara skyddade mot stroke orsakad av hjärninfarkt. Denna skyddande effekt ser ut att vara särskilt påtaglig bland personer som lider av högt blodtryck. Övriga åtta SNP:ar visade opåvisbart svaga eller obefintliga samband med risken att drabbas av hjärninfarkt. Metaanalysen visade att resultaten beträffande SNP rs12188950 varierade i betydande grad från studie till studie (och därmed troligen också från befolkningsgrupp till befolkningsgrupp).



Delarbete III tar vid där delarbete II slutar. Vi såg närmare på SNP rs12188950 genom att även inkludera patienter och kontrollpersoner från Malmö kost-cancer-studie och Sahlgrenska sjukhusets ischemiska stroke-studie i och kring Göteborg. Dessutom exkluderade vi de patienter och kontroller från LSR som var med i delarbete II. Vårt eget material omfattade därmed totalt 2599 patienter med hjärninfarkt och 2093 ”friska” kontrollpersoner. Vi gjorde även här en metaanalys där vårt uppdaterade material nu omfattade 17 artiklar innehållande 20 urskiljbara demografiska populationsgrupper för analys.

Resultaten i delarbete III såg annorlunda ut om man jämför med delarbete II. Vi kunde inte statistiskt påvisa att rs12188950 kan ha en effekt på risken för hjärninfarkt. Vi kunde inte heller se något sådant tydligt samband när vi analyserade de 1727 patienter och 1056 kontrollpersoner i vårt material som led av högt blodtryck. Vi kunde se en svag antydan till beskyddande effekt när 382 patienter och 321 kontroller under 55 års ålder på motsvarande sätt undersöktes, men det sambandet är för svagt för att man ska kunna dra någon generell slutsats.



Den utökade metaanalysen i delarbete III ledde inte fram till några andra slutsatser än de som framkom i motsvarande analys som presenterades i delarbete II. En lite annorlunda strukturering av datamaterialet, med delpopulationer snarare än publicerade studier i fokus, gav läsaren möjlighet att illustrativt bilda sig en uppfattning om eventuella skillnader som kan bero på kön, nationalitet eller etnicitet. Några tendenser till skillnad mellan dessa undergrupper som skulle kunna vara intressanta att ta tag i och undersöka närmare kunde dock inte skönjas.



Delarbete IV innehåller en observationsstudie som, i likhet med delarbete III, omfattas av patienter med stroke pga hjärninfarkt och ”friska” kontroller från Lunds strokeregister, Malmö kost-cancer-studie och Sahlgrenska sjukhusets ischemiska stroke-studie i Göteborg med omnejd. I denna kandidatgenstudie såg vi på 25 SNP:ar från olika genetiska regioner. Gemensamt för de 25 SNP:arna är att de i tidigare studier som gjorts visat sig ha ett tydligt samband med hjärt- och kärlsjukdomar. Vi var intresserade av att undersöka om dessa SNP:ar även kunde ha någon effekt på risken att insjukna i hjärninfarkt.



Trots att vi hade ett relativt stort material att tillgå, med ett bruttourval på 3986 patienter och 2459 kontrollpersoner, kunde vi inte finna några större tecken på ett sådant samband. Endast ett genetiskt område i kromosom 9, nämligen 9p21 som vi redan har sett på i en tidigare studie, visade sig vara påvisbart associerat med förekomsten av hjärninfarkt genom SNP rs4977574. En viss typ av stroke, s.k. storkärlssjukdom som har ett nära släktskap med hjärt- och kärlsjukdomar som exempelvis åderförkalkning och hjärtinfarkt, visade sig ha ett ännu starkare samband med denna enda genetiska markör i den genetiska regionen 9p21.

En konstruerad riskfaktor som byggde på en sammanvägning av de 25 SNP:arna, en s.k. risk score, visade sig inte ha något påvisbart samband med varken hjärninfarkt i stort eller ovan nämnda storkärlssjukdom.



Slutsatser



Sammanfattningsvis har våra statistiska analyser lett fram till att vi tämligen klart kan konstatera att förekomsten av stroke bland annat påverkas av genetiska faktorer. Det finns påfallande tydliga indikationer på att barn till föräldrar som haft stroke eller TIA själva löper högre risk att få en stroke. Nedärvning från moderns sida ser ut att vara särskilt tydlig. Även vissa SNP:ar, t ex rs4977574 och i viss mån även rs12188950, visar att det finns en genetisk komponent som spelar en roll för risken att insjukna i hjärninfarkt, den typ av stroke som vi har analyserat i våra kandidatgenstudier.



Det finns sannolikt en del ytterligare samband som ännu inte går att statistiskt verifiera. Dessa skulle kanske kunna påvisas om vi hade tillgång till ett större material. Särskilt intressant blir det när hjärninfarkt delas in i undergrupper. Ett exempel är kardiell emboli, som innebär att små klumpar av levrat blod lossnar från hjärtats förmak och transporteras upp till hjärnan där de kan sätta sig som blodproppar och därmed strypa blodtillförseln med vävnadsdöd som följd. Här skulle studier på gener som ligger bakom exempelvis förmaksflimmer kunna vara av betydelse då förmaksflimmer är en känd riskfaktor för just kardiell emboli.

• author: Lövkvist, Håkan
• supervisor: Arne Lindgren; Peter Höglund
• opponent: Associate Research Professor Christensen, Hanne, Department of Neurology, University of Copenhagen, Bispebjerg Hospital, Denmark
• organization: Neurology, Lund
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Neurology
• keywords: allelic association, candidate genes, case-control, family history, ischemic stroke, polymorphisms.
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2012:63
• pages: 138 pages
• defense location: The Segerfalk Lecture Hall, Wallenberg Neuroscience Center, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2012-09-14 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87189-26-5
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 85ae77d5-fd6a-4d97-a437-a0df8a734185 (old id 2971869)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:18:51
• date last changed: 2019-05-22 06:34:06