Artificial intelligence technologies in predicting genetic disorders and in personalized primary and secondary prevention of brain infarction in young people
Authors: Дутова Т.И. , Банин И.Н. , Ермоленко Н.А. 
Published: November 2023

Введение. На протяжении последних десятилетий активно развиваются программы прогнозирования и профилактики распространенных сердечно-сосудистых заболеваний. Для прогнозирования исхода острых нарушений мозгового кровообращения современные молекулярно-генетические методы открывают новые перспективы диагностики и лечения заболевания. Наследственная тромбофилия может рассматриваться в качестве провокатора ишемического инсульта, так как у части пациентов при обследовании выявляется окклюзия церебральных артерий вследствие внутрисосудистого тромбоза. Сведения о генетической предрасположенности пациента к ишемическому инсульту позволят разработать методы индивидуализированной первичной и вторичной профилактики заболевания. Цель исследования. Разработать прогностическую модель на основе уравнения для расчета коэффициентов наличия патологических аллелей в генах, контролирующих предрасположенность к ишемическому инсульту по набору биохимических показателей. Материалы и методы. Проанализированы генетические, клинические и лабораторные результаты обследования 280 человек. I группу составили пациенты с ишемическим инсультом (n = 180) в возрасте от 22 до 45 лет (средний возраст – 33,4 ± 6,57, в том числе 38 пациентов испытали повторный ишемический инсульт). II группа – пациенты с ишемическим инсультом (n = 50) от 52 до 100 лет (средний возраст – 73,4 ± 8,24 года). Группу контроля (III группа) составили практически здоровые участники (n = 50) от 20 до 43 лет (средний возраст – 31,5 ± 5,82 года). Всем пациентам выполняли компьютерную томографию головного мозга, ультразвуковое исследование брахиоцефальных артерий, эхокардиографию. Всем исследуемым однократно выполнены анализы венозной крови на наличие генетической предрасположенности к тромбофилии, фармакогенетические исследования. Для расчета коэффициентов прогноза наличия патологических аллелей использовался множественный регрессионный анализ (ANOVA). Результаты. Разработана математическая модель на уровне генов рецептора ангиотензина II – AGTR1 (A1166C) и G-белка бета-2 – GNB2 (C825T), контролирующих артериальное давление, гена интерлейкина-6 – ИЛ-6 (G-174C), контролирующего иммунный ответ, генов метионинсинтазы – MTR (A2756G), метилентетрагидрофолатредуктазы – MTHFR (A1298C) и метилентетрагидрофолатредуктазы – MTHFR (C677T), контролирующих уровень гомоцистеина, ингибитора активатора плазминогена – PAI-1 (5G/4G), контролирующего систему гемостаза, тромбоцитарного рецептора фибриногена – GP IIIa (HPA1-1a/1b), контролирующего аспиринорезистность. Расчеты уравнения основаны на взаимосвязи между аллелями конкретного гена и 22 независимыми переменными. Модель разработана для прогнозирования возможного наличия генетической тромбофилии. Заключение. Таким образом, можно составить рекомендации, позволяющие по результатам стандартных биохимических исследований предположить наличие мутаций в одном из генов и назначить уточняющую генетическую экспертизу. Первоначальная оценка пациентов с ишемическим инсультом может сыграть фундаментальную роль в раннем выявлении факторов, прогностически влияющих на возникновение заболевания. Разработанная программа может быть эффективным инструментом в принятии клинических решений для госпитализированной популяции ишемического инсульта.

Background. Over the past decades, the programs for the prediction and prevention of prevailing cardiovascular diseases have been intensively developing. Up-to-date molecular genetic methods provide scientists with new prospects for the diagnosis, prediction of the outcome and optimal treatment of acute cerebral circulation disorders. Hereditary thrombophilia can be considered as a trigger of ischemic stroke, since in some patients, occlusion of the cerebral arteries due to intravascular thrombosis is revealed during the examination. Knowledge on genetic predisposition of the patient to ischemic stroke will allow us to develop the methods of individualized primary and secondary prevention of the pathology. Objective. The purpose of the study was to develop a prognostic model based on the design equation of the coefficients of the pathological alleles presence in the genes controlling predisposition to IS according to a set of biochemical indicators. Materials and methods. The genetic, clinical and laboratory results of the examination of 280 people have been analyzed. Group I consisted of patients with IS (n = 180) aged 22 to 45 years (mean age 33.4 ± 6.57, including 38 patients who experienced recurrent ischemic stroke). Group II included patients with IS (n = 50) aged 52 to 100 years (mean age 73.4 ± 8.24 years). The control group – group III, consisted of apparently healthy individuals (n = 50) aged 20 to 43 years (average age 31.5 ± 5.82 years). All patients underwent computed tomography of the brain, ultrasound examination of the brachiocephalic arteries, and echocardiography. Pharmacogenetic investigations as well as venous blood tests were once performed in all the subjects to reveal a genetic predisposition to thrombophilia. Multiple regression analysis (ANOVA) has been used to calculate the prediction coefficients for the presence of pathological alleles. Results. A mathematical model has been developed at the level of the following genes: angiotensin IIAGTR1 receptor (A1166C), G-protein beta 2 GNB2 (C825T) controlling blood pressure, interleukin-6 IL-6 gene (G-174C) controlling immune response, methionine synthase MTR (A2756G) genes, methylenetetrahydrofolate reductase MTHFR (A1298C), methylenetetrahydrofolate reductase MTHFR (C677T), controlling the level of homocysteine, inhibitor of plasminogen activator PAI-1 (5G/4G), controlling the hemostasis system, platelet receptor fibrinogen GP III a (HPA1-1 a/1 b), controlling aspirin resistance. Calculations of the equation are based on the relationship between the alleles of a particular gene and 22 independent variables. The model is designed to predict the possible presence of genetic thrombophilia. Conclusion. Thus, it is possible to make recommendations based on the results of standard biochemical studies that allow us to assume the presence of mutations in one of the genes and perform an adjusting genetic assessment. The initial examination of patients with BI can play a principal role in the early identification of the factors that prognostically influence the pathology development. The designed programme can be an effective tool in making clinical decisions for the hospitalized BI population.