7. Генные болезни

Генные болезни (моногенные болезни) – заболевания, обусловленные мутацией одного гена. Они наследуются в поколениях согласно законам Менделя, и потому еще называются менделирующими.

В настоящее время известно более 3,5 тысяч генных болезней.

Считается, что генное заболевание является распространенным, если частота его встречаемости составляет 1:10000 новорожденных и редким – если

1:100000.

Начало любой генной болезни связано с эффектом мутантного гена.

Универсальная схема патогенеза генных болезней включает ряд звеньев:

мутантный аллель → измененный первичный продукт → цепь последующих биохимических процессов в клетке → в органе → в организме.

В результате мутации гена на молекулярном уровне реализуются следующие процессы:

1)синтез белка с аномальными свойствами;

2)выработка избыточного количества генного продукта;

3)выработка уменьшенного количества или отсутствие выработки первичного продукта.

На клеточном уровне точкой приложения действия мутантного гена могут быть отдельные структуры клетки – лизосомы, мембраны,

митохондрии, пероксисомы. Клинические проявления генных болезней,

тяжесть и скорость их развития зависят от особенностей генотипа организма

(характер мутации, время действия мутантного гена, гомоили гетерозиготность и др.), возраста больного, условий внешней среды (питание,

стрессы и пр.) и других факторов.

Точными методами диагностики моногенных болезней являются биохимические методы диагностики (при наследственных болезнях обмена веществ) и молекулрно-генетические методы (прямые и непрямые методы ДНК-диагностики).

В зарубежной литературе есть несколько каталогов и баз данных,

содержащих сведения о наследственных болезнях, генах и хромосомах человека, составленные ведущими генетиками мира. Наиболее известный из них – каталог Виктора Мак Кьюсика «Mendelian inheritance in man. Catalogs of Autosomal dominant, autosomal recessive, and X-linked phenotypes» (MIM) -

«Менделевское наследование у человека: каталог человеческих генов и генетических болезней». В нем представлена систематизация информации о генетических картах хромосом человека, локализации и функциях отдельных генов и о структуре генома в целом. Он отображает результат исследований,

проводимых на протяжении 30 лет в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе под руководством профессора Виктора Мак-Кьюсика. Каталог выдержал уже 15 изданий с 1966г., в текстовом варианте переиздается примерно каждые 2 года и пополняется ежедневно. Каждый менделирующий признак имеет шестизначный номер, который сохраняется за ним, даже если обнаружены новые гены. Например, фенилкетонурия – MIM (OMIM) 261600.

По данным последнего издания каталога в 1986 году известно более 2000

наследственных синдромов.

7.1. Фенилкетонурия

Фенилкетонурия (ФКУ, фенилпировиноградная олигофрения) – одно из самых часто встречающихся врожденных заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ, которое является аутосомно-рецессивным генетическим заболеванием, характеризующееся дефицитом фермента печени фенилаланингидроксилазы (ФАГ). В результате метаболического блока в организме происходит значительное накопление фенилаланина, а

также других его производных: фенилпирувата, фенилацетата, фениллактата,

что приводит к поражению ЦНС.

Популяционная частота

В среднем в мире частота составляет 1:15000, но частота варьирует от

1:2600 в Турции до 1: 100000 в Финляндии. В РФ заболевание встречается с частотой 1:7000 новорожденных.

История

В 1934 г. Норвежский врач И. Феллинг (Folling А.) подтвердил наличие дериватов фенилаланина в моче пациентов с психическими заболеваниями,

дав название заболеванию фенилпируватная имбицильность. В 1947 г. Г.

Йервис открыл собственно дефект превращения фенилаланина в тирозин.

Десять лет спустя, в 1953 г. немецкий врач Х. Бикель вводит в лечение больных диету с уменьшением содержания в продуктах фенилаланина.

Этиология, патогенез

Ген ФАГ локализуется на длинном плече 12 хромосомы (12q22-q24.1).

Найдено более чем 400 мутаций в данном гене, недостаток данного фермента вызывает как классическую ФКУ, так и гиперфенилаланинемию (накопление фенилаланина в меньшей мере). Наиболее распространенной является мутация R408W. От вида мутации также зависит и уровень фенилаланина,

его толерантность у различных пациентов.

Классическая ФКУ (I тип)

Примерно 98% случаев – отсутствие или снижение активности фермента ФАГ, ведущее к повышению фенилаланина в организме. В результате развивается недостаток тирозина. Фенилаланин метаболизируется в фенилкетоны: фенилацетат, фенилпируват и фенилэтамин, которые и выделяются с мочой. Тирозин необходим для биосинтеза нейротрансмиттеров допамина, гормонов щитовидной железы, а также пигмента меланина.

Атипичная ФКУ (II, III типы)

Составляют 2-4% от всех форм ФКУ, связаны с дефектами синтеза и метаболизма кофактора ВН4 (тетрагидробиоптерина).

ФКУ II типа впервые описали I.Smith в 1974г., S. Kaufman et al. В 1975 г.

Они обнаружили дефицит дигидроптеридинредуктазы при этом состоянии.

Частота ФКУ II типа - 1:100000 новорожденных, ген картирован на коротком плече 4 хромосомы (4р15.3).

ФКУ III типа описал S.Kaufman в 1978 г. Заболевание наследуется

аутосомно-рецессивно и связано с недостаточностью 6-пирувоил-

тетрагидроптерин синтазы, участвующей в процессе синтеза тетрагидробиоптерина из дигидронеоптерин трифосфата. Частота болезни составляет 1:30000 новорожденных.

Особенностью данных форм является тяжелое течение заболевания,

связанное с тем, что тетрагидроптерин играет важную роль в синтезе таких нейромедиаторов, как серотонин и допамин. Нарушение обмена биоптерина имеет различные причины. С одной стороны, известен дефект биосинтеза тетрагидробиоптерина, с другой стороны, также возможен и дефицит фермента дигидроптеридинредуктазы. Этот фермент отвечает за переход дигидробиоптерина в тетрабиоптерин, соответственно, может возникнуть снижение уровня данного кофактора.

Клиника

При рождении и в первые недели жизни дети с ФКУ не отличаются от здоровых новорожденных, но после 2 месяцев жизни возможно появление

первых симптомов: вялость, повышение мышечного тонуса, гиперрефлексия,

рвота, судороги. На втором полугодии жизни диагностируется отставание психомоторного развития, возможна утеря ранее приобретенных навыков.

Развивается умственная отсталость, как идиотия, так и имбецильность,

дебильность (IQ редко более 20). Характерны изменения настроения и поведения в виде синдрома дефицита внимания и гиперактивности. В

четверти случаев развивается симптоматическая эпилепсия в виде пароксизмов по типу инфантильных спазмов, могут наблюдаться абсансы.

Приступы тяжело поддаются антиконвульсантной терапии. При проведении ЭЭГ в 75-90% отмечаются изменения электрической активности мозга.

Магнитно-резонансное исследование выявляет симметричное изменение сигналов в перивентрикулярных и других областях белого вещества,

разлинчую степень кортикальной и субкортикальной атрофии, асимметрию боковых желудочков. При осмотре выявляется микроцефалия за счет замедления роста головного мозга. Нарушение физического развития, как

правило, отсутствует. У более старших детей снижена пигментация кожных покровов, могут быть экземоподобные изменения, волосы светлые, глаза голубые. Из-за мышечной гипертонии дети принимают особую сидячую позу, поджав под себя ноги – «поза портного». Возможна атактическая походка. Отмечается специфический «мышиный», «затхлый» запах из-за выделения с мочой большого количества дериватов фенилаланина.

При атипичных формах преобладают тяжелая умственная отсталость,

спастический тетрапарез, тонико-клонические приступы, гипервозбудимость,

экстрапирамидные симптомы. Течение болезни прогрессирующее, нередко приводящее к смерти в возрасте 2-3 года.

Гистоморфология выявляет нарушение миелинизации, глиоз белого вещества, гипопигментацию черной субстанции. В печени обнаруживаются признаки белковой и жировой дистрофии с нарушением окислительной и белкосинтезирующей функций клеточных органелл.

Диагностика При неонатальном скрининге используется флюориметрический метод

исследования содержания фенилаланина в крови. Норма содержания фенилалланина в крови до 2 мг/дл (121-150 мкмоль/л). При положительном результате – определение концентрации фенилаланина в плазме крови с помощью хроматографии. Все варианты повышенного уровня ФА расцениваются как гиперфенилаланинемия (ГФА).

Легкая гиперфенилаланинемия – с уровня 2-8 мг/дл обычно не требует специального лечения; такие дети должны находится под наблюдением врача-генетика в течение первого года жизни с ежемесячным контролем уровня фенилаланина в крови; в дальнешем до 3-х лет проводятся ежегодные осмотры генетиком и контроль уровня ФА 1 раз в 6 месяцев.

Средняя фенилкетонурия - если уровень ФА в крови составляет 10-20 мг/дл.

Классическая фенилкетонурия – это гиперфенилаланинемия, превышающая

20 мг/дл. Дети с любой формой фенилкетонурии должны состоять на диспансерном учете генетика и получать специализированное лечение

(диетотерапию).

С начала диеты необходимо провести нагрузочный тест с тетрагидробиоптерином, определение биоптерина и неоптерина в моче, как и определение активности фермента дигидроптеридинредуктазы в эритроцитах для исключения атипичной ФКУ, которая требует дополнительного лечения.

Молекулярно-генетические методы: используются лимфоциты,

амниоциты, клетки хориона, гибридизация с аллель-специфичными олигонуклеотидами, данный метод обладает высокой чувствительностью,

точностью и специфичностью, применяется для определения гетерозиготного носительства, пренатальной диагностики ФКУ, подтверждения заболевания.

Лечение Классическая ФКУ

При подтверждении диагноза новорожденный переводится на специальное искусственное питание со сниженным содержанием фенилаланина. Если его концентрации достигают нормальных, даются небольшие порции материнского молока или же искусственной смеси в соответствии с переносимостью, вместе со смесями, обедненными фенилаланином.

Контроль уровня фенилаланина в крови у грудных детей необходимо контролировать еженедельно, затем на протяжении первого года жизни – 1

раз в 2-3 нед. У больных 1-3 лет частота забора крови ежемесячно, в более старшем возрасте 1 раз в 2-3 мес.

Так как фенилаланин является составной частью всех пищевых белков, из питания исключаются продукты с высоким содержанием белков: мясо, рыба,

молочные, яйцо. Аспартам также содержит фенилаланин и применяется как подсластитель, исключаются содержащие его продукты. В пшенице и других зерновых растительного происхождения содержится много белка, для приготовления выпечки применяется специальная, обедненная протеинами,

мука. Чтобы не возник дефицит необходимых аминокислот, с пищей употребляется их смесь: белковые гидролизаты (Нофелан (Польша), Апонти

(США), Лофенолак (США) и смеси L-аминокислот (Фенил-Фри (США),

Тетрафен (Россия). Следующий риск при применении пищи, обедненной фенилаланином, лежит в развитии дефицита таких веществ, как кальций,

витамин В12 и других микроэлементов, все это обуславливает дополнительную дачу витаминов, микро- и макроэлементов. Также назначаются препараты карнитинового ряда, нейрометаболическая терапия,

лечение препаратами, улучшающими сосудистую микроциркуляцию. Для предотвращения вторичных нейромедиаторных расстройств 2-3 раза в год в более старшем возрасте возможно проведение курсов накома (ДОФА,

мадопар) до 4 нед.

Диета должна соблюдаться до окончания психического развития, завершения миелинизации. На данный момент рекомендуется продолжение терапии всю последующую жизнь, так как возможно возникновение нарушений концентрации, поведения, изменений на ЭЭГ. Как показали клинические исследования, у части пациентов после 10-ти лет отсутствия обедненной фенилаланином диеты наблюдаются спастичность мускулатуры с нарушением походки и тремором.

У половины пациентов с классической ФКУ возможно применение

тетрагидробиоптерина для снижения уровня фенилаланина, это объясняется различиями в мутации гена фенилаланингидроксилазы.

Название препарата Куван (действующее вещество сапроптерингидрохлорид).

Для лечения атипичных форм ФКУ применяется диета, обедненная фенилаланином и препараты тетрагидробиоптерина.

Рекомендуется подготовка к беременности, во время нее соблюдение строгой диеты, проведение регулярных анализов концентрации фенилаланина. Вещество проникает через плаценту, при его высоких концентрациях возникает эмбриофетопатия: врожденный порок сердца,

задержка роста, микроцефалия и другие пороки. В последующем развитии возникают задержка физического, психомоторного развития. При наличии