Cerebral palsy biomarker

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Cerebral palsy is a neurological disorder that is attributed to non-progressive injury or malformation that occurred in the developing fetal or infant brain. The motor disorders in cerebral palsy are often accompanied by disturbances of sensation, perception, cognition, communication, behaviour, and by epilepsy. Cerebral palsy is a complex disorder that is likely to be of multifactorial origin. Epidemiological studies have shown that the origins of most CP are prior to labor. A number of clinical risk factors for cerebral palsy have been described in the literature including preterm birth, low birth weight, inflammation, maternal infection during pregnancy and placenta pathology. Hypoxia at birth may be primary or secondary to preexisting pathology, but the currently known clinical risk factors do not explain the majority of cases. Many of these risk factors may have a genetic component. Several single nucleotide polymorphisms, DNA copy number variations and epigenetic patterns increase genetic susceptibility for cerebral palsy. Whole genome sequencing and gene expression studies may extend the percentage of cases with a genetic pathway. Clinical risk factors could act as triggers for CP where there is genetic susceptibility. These new findings should refocus research about the causes of these complex and varied neurodevelopmental disorders on the search for biomarkers of the risk of cerebral palsy. Genomics, proteomics and metabolomics have huge potential for deepening our understanding of many complex diseases by identifying diagnostic and prognostic panels of biomarkers, especially in various neurological disorders, including cerebral palsy.

About the authors

Tatyana A. Kamilova

Saint Petersburg City Hospital No 40

Email: kamilovaspb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6360-132X
SPIN-code: 2922-4404

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, 9B Borisova st., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706

Aleksandr S. Golota

Saint Petersburg City Hospital No 40

Author for correspondence.
Email: golotaa@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-5632-3963
SPIN-code: 7234-7870

MD, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor

Russian Federation, 9B Borisova st., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706

Dmitry A. Vologzhanin

Saint Petersburg City Hospital No 40; Saint-Petersburg State University

Email: volog@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1176-794X
SPIN-code: 7922-7302

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, 9B Borisova st., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706; Saint Petersburg

Olga V. Shneider

Saint Petersburg City Hospital No 40

Email: o.shneider@gb40.ru
ORCID iD: 0000-0001-8341-2454
SPIN-code: 8405-1051

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 9B Borisova st., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706

Sergey G. Sсherbak

Saint Petersburg City Hospital No 40; Saint-Petersburg State University

Email: b40@zdrav.spb.ru
ORCID iD: 0000-0001-5047-2792
SPIN-code: 1537-9822

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, 9B Borisova st., Sestroretsk, Saint Petersburg, 197706; Saint Petersburg

References

  1. Li EY, Zhao PJ, Jian J, et al. Vitamin B1 and B12 mitigates neuron apoptosis in cerebral palsy by augmenting BDNF expression through MALAT1/miR-1 axis. Cell Cycle. 2019;18(21):2849–2859. doi: 10.1080/15384101.2019.1638190
  2. Magalhães RC, Moreira JM, Lauar AO, et al. Inflammatory biomarkers in children with cerebral palsy: A systematic review. Res Dev Disabil. 2019;95:103508. doi: 10.1016/j.ridd.2019.103508
  3. Crowgey EL, Marsh AG, Robinson KG, et al. Epigenetic machine learning: utilizing DNA methylation patterns to predict spastic cerebral palsy. BMC Bioinformatics. 2018; 19(1):225. doi: 10.1186/s12859-018-2224-0
  4. Jia J, Shi X, Jing X, et al. BCL6 mediates the effects of gastrodin on promoting M2-like macrophage polarization and protecting against oxidative stress-induced apoptosis and cell death in macrophages. Biochem Biophys Res Commun. 2017;486(2):458–464. doi: 10.1016/j.bbrc.2017.03.062
  5. Tonni G, Leoncini S, Signorini C, et al. Pathology of perinatal brain damage: Background and oxidative stress markers. Arch Gynecol Obstet. 2014;290(1):13–20. doi: 10.1007/s00404-014-3208-6
  6. Wimalasundera N, Stevenson VL. Cerebral palsy. Pract Neurol. 2016;16(3):184–194. doi: 10.1136/practneurol-2015-001184
  7. Novak CM, Ozen M, Burd I. Perinatal brain injury: mechanisms, prevention, and outcomes. Clin Perinatol. 2018;45(2):357–375. doi: 10.1016/j.clp.2018.01.015
  8. Pascal A, Govaert P, Oostra A, et al. Neurodevelopmental outcome in very preterm and very-low-birthweight infants born over the past decade: a meta-analytic review. Dev Med Child Neurol. 2018;60(4):342–355. doi: 10.1111/dmcn.13675
  9. Bennet L, Dhillon S, Lear CA, et al. Chronic inflammation and impairment development of the preterm brain. J Reprod Immunol. 2018;125:45–55. doi: 10.1016/j.jri.2017.11.003
  10. Alpay Savasan Z, Yilmaz A, Ugur Z, et al. Metabolomic profiling of cerebral palsy brain tissue reveals novel central biomarkers and biochemical pathways associated with the disease: a pilot study. Metabolites. 2019;9(2):E27. doi: 10.3390/metabo9020027
  11. Korzeniewski SJ, Slaughter J, Lenski M, et al. The complex aetiology of cerebral palsy. Nat Rev Neurol. 2018;14(9): 528–543. doi: 10.1038/s41582-018-0043-6
  12. Yli BM, Kjellmer I. Pathophysiology of foetal oxygenation and cell damage during labour. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2016;30:9–21. doi: 10.1016/j.bpobgyn.2015.05.004
  13. Fahey MC, Maclennan AH, Kretzschmar D, et al. The genetic basis of cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2017;59(5):462–469. doi: 10.1111/dmcn.13363
  14. MacLennan AH, Thompson SC, Gecz J. Cerebral palsy: causes, pathways, and the role of genetic variants. Am J Obstet Gynecol. 2015;213(6):779–788. doi: 10.1016/j.ajog.2015.05.034
  15. McMichael G, Bainbridge MN, Haan E, et al. Whole-exome sequencing points to considerable genetic heterogeneity of cerebral palsy. Mol Psychiatry. 2015;20(2):176–182. doi: 10.1038/mp.2014.189
  16. Mohandas N, Bass-Stringer S, Maksimovic J, et al. Epigenome-wide analysis in newborn blood spots from monozygotic twins discordant for cerebral palsy reveals consistent regional differences in DNA methylation. Clin Epigenetics. 2018;10:25. doi: 10.1186/s13148-018-0457-4
  17. Cho KH, Xu B, Blenkiron C, Fraser M. Emerging roles of miRNAs in brain development and perinatal brain injury. Front Physiol. 2019;10:227. doi: 10.3389/fphys.2019.00227
  18. Chapman SD, Farina L, Kronforst K, Dizon M. MicroRNA profile differences in neonates at risk for cerebral palsy. Phys Med Rehabil Int. 2018;5(3):1148.
  19. Ahearne CE, Boylan GB, Murray DM. Short and long term prognosis in perinatal asphyxia: an update. World J Clin Pediatr. 2016;5(1):67–74. doi: 10.5409/wjcp.v5.i1.67
  20. Ravishankar S, Redline RW. The placenta. Handb Clin Neurol. 2019;162:57–66. doi: 10.1016/B978-0-444-64029-1.00003-5
  21. Bolnick JM, Kohan-Ghadr HR, Fritz R, et al. Altered biomarkers in trophoblast cells obtained noninvasively prior to clinical manifestation of perinatal disease. Sci Rep. 2016; 6:32382. doi: 10.1038/srep32382
  22. Fleiss B, Gressens P. Tertiary mechanisms of brain damage: a new hope for treatment of cerebral palsy? Lancet Neurol. 2012;11(6):556–566. doi: 10.1016/S1474-4422(12)70058-3
  23. Wu J, Li X. Plasma tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) levels correlate with disease severity in spastic diplegia, triplegia, and quadriplegia in children with cerebral palsy. Med Sci Monit. 2015;21:3868–3874. doi: 10.12659/msm.895400
  24. Yanni D, Korzeniewski SJ, Allred EN, et al. Both antenatal and postnatal inflammation contribute information about the risk of brain damage in extremely preterm newborns. Pediatr Res. 2017;82(4):691–696. doi: 10.1038/pr.2017.128
  25. Leifsdottir K, Mehmet H, Eksborg S, Herlenius E. Fas-ligand and interleukin-6 in the cerebrospinal fluid are early predictors of hypoxic-ischemic encephalopathy and long-term outcomes after birth asphyxia in term infants. J Neuroinflammation. 2018;15(1):223. doi: 10.1186/s12974-018-1253-y
  26. Jiao Z, Jiang Z, Wang J, et al. Whole-genome scale identification of methylation markers specific for cerebral palsy in monozygotic discordant twins. Mol Med Rep. 2017; 16(6):9423–9430. doi: 10.3892/mmr.2017.7800
  27. Rajatileka S, Odd D, Robinson M, et al. Variants of the EAAT2 glutamate transporter gene promoter are associated with cerebral palsy in preterm infants. Mol Neurobiol. 2018;55(3):2013–2024. doi: 10.1007/s12035-017-0462-1.
  28. Wang H, Xu Y, Chen M, et al. Genetic association study of adaptor protein complex 4 with cerebral palsy in a Han Chinese population. Mol Biol Rep. 2013;40(11):6459–6467. doi: 10.1007/s11033-013-2761-6
  29. Shi W, Zhu Y, Zhou M, et al. Malectin gene polymorphisms promote cerebral palsy via M2-like macrophage polarization. Clin Genet. 2018;93(4):794–799. doi: 10.1111/cge.13149
  30. O’Callaghan ME, Maclennan AH, Gibson CS, et al.; Australian Collaborative Cerebral Palsy Research Group. Genetic and clinical contributions to cerebral palsy: a multi-variable analysis. J Paediatr Child Health. 2013;49(7):575–581. doi: 10.1111/jpc.12279
  31. Shang Q, Zhou C, Liu D, et al. Association between osteopontin gene polymorphisms and cerebral palsy in a chinese population. Neuromolecular Med. 2016;18(2):232–238. doi: 10.1007/s12017-016-8397-7
  32. Chernykh ER, Kafanova MY, Shevela EY, et al. Clinical experience with autologous M2 macrophages in children with severe cerebral palsy. Cell Transplant. 2014; 23(Suppl 1):S97–104. doi: 10.3727/096368914X684925
  33. Wu T, Li X, Ding Y, et al. Seven patients of argininemia with spastic tetraplegia as the first and major symptom and prenatal diagnosis of two fetuses with high risk. Zhonghua Er Ke Za Zhi. 2015;53(6):425–430.
  34. Diaz Heijtz R, Almeida R, Eliasson AC, Forssberg H. Genetic variation in the dopamine system influences intervention outcome in children with cerebral palsy. EBioMedicine. 2018;28:162–167. doi: 10.1016/j.ebiom.2017.12.028
  35. Looney AM, Walsh BH, Moloney G, et al. Downregulation of umbilical cord blood levels of miR-374a in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy. J Pediatr. 2015;167(2): 269–273.e2. doi: 10.1016/j.jpeds.2015.04.060
  36. Whitehead CL, Teh WT, Walker SP, et al. Circulating microRNAs in maternal blood as potential biomarkers for fetal hypoxia in-utero. PLoS One. 2013;8(11):e78487. doi: 10.1371/journal.pone.0078487
  37. Denihan NM, Boylan GB, Murray DM. Metabolomic profiling in perinatal asphyxia: a promising new field. Biomed Res Int. 2015;2015:254076. doi: 10.1155/2015/254076
  38. Gao J, Zhao B, He L, et al. Risk of cerebral palsy in chinese children: A matched case control study. J Paediatr Child Health. 2017;53:464–469. doi: 10.1111/jpc.13479
  39. Benavente-Fernandez I, Ramos-Rodriguez JJ, Infante-Garcia C, et al. Altered plasma-type gelsolin and amyloid-β in neonates with hypoxic-ischaemic encephalopathy under therapeutic hypothermia. J Cereb Blood Flow Metab. 2019;39(7):1349–1354. doi: 10.1177/0271678X18757419
  40. Shin YK, Yoon YK, Chung KB, et al. Patients with non-ambulatory cerebral palsy have higher sclerostin levels and lower bone mineral density than patients with ambulatory cerebral palsy. Bone. 2017;103:302–307. doi: 10.1016/j.bone.2017.07.015
  41. Lv H, Wang Q, Wu S, et al. Neonatal hypoxic ischemic encephalopathy-related biomarkers in serum and cerebrospinal fluid. Clin Chim Acta. 2015;450:282–297. 10.1016/j.cca.2015.08.021
  42. Hansen SL, Lorentzen J, Pedersen LT, et al. Suboptimal nutrition and low physical activity are observed together with reduced plasma brain-derived neurotrophic factor (BDNF) concentration in children with severe cerebral palsy (CP). Nutrients. 2019;11(3):E620. doi: 10.3390/nu11030620
  43. Koh H, Rah WJ, Kim YJ, et al. Serial changes of cytokines in children with cerebral palsy who received intravenous granulocyte-colony stimulating factor followed by autologous mobilized peripheral blood mononuclear cells. J Korean Med Sci. 2018;33(21):e102. doi: 10.3346/jkms.2018.33.e102
  44. Tao W, Lu Z, Wen F. The influence of neurodevelopmental treatment on transforming growth factor-β1 levels and neurological remodeling in children with cerebral palsy. J Child Neurol. 2016;31(13):1464–1467. doi: 10.1177/0883073816656402

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Kamilova T.A., Golota A.S., Vologzhanin D.A., Shneider O.V., Sсherbak S.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».