metodNasledPat08

Глава 8. Особенности наследственной патологии органоидов

8.1.Болезни пероксисом

Пероксисомы - округлой формы органеллы клетки, имеющие однослойную мембрану, в своем матриксе содержат ферменты каталазу, супероксиддисмутазу, т.к. их основная функция деградация пероксидов. Известно более 30 заболеваний, при которых нарушены процессы преобразования перекисных соединений, биосинтез холестерина, желчных кислот, окисление жирных кислот, метаболизм фитановой кислоты. Выделяют следующие группы пероксисомных болезней:

1)генерализованные с измененным числом пероксисом (синдром Целлвегера);

2)с неизмененным количеством данных органоидов и нарушением нескольких биохимических функций (адренолейкодистрофия);

3)со сниженным числом пероксисом и повреждением единственной биохимической функции (болезнь Рефсума новорожденных) (гл. 4.2.2).

Общими чертами таких недугов служит вариабельность клинических проявлений, отсутствие корреляции между количеством пероксисом и тяжестью течения, генетическая гетерогенность. Клинически для них характерны энцефалопатия, ретинопатия или катаракта, снижение слуха, внутриклеточное накопление продуктов метаболизма.

Синдром Целлвегера (syndrome Zellweger, цереброгепаторенальный синдром) проявляется мышечной атонией или судорогами, нарушением глотания, аномалиями головного мозга, поражением почек, печени, возможен гипогонадизм. Наследование по аутосомно-рецессивному типу. Молекулярно-генетический дефект – делеция в сегменте 7q11.2.

Диагностируется уже при рождении, когда обнаруживаются неадекватно малая масса тела, глубокая мышечная атония, судорожные припадки, выраженные лицевые дизморфии (монголоидный разрез глаз, эпикант, низко посаженные уши, плоский затылок, гипертрихоз, короткий нос), геморрагический синдром, снижение слуха, зрения, гепатомегалия, пороки сердца, аорты. Продолжительность жизни не превышает года.

Лабораторная диагностика основана на регистрации в гепатоцитах значительного уменьшения количества пероксисом. Терапия отсутствует.

Ко второй группе принадлежит адренолейкодистрофия (синдром Аддисона-Шильдера, syndrome Addison-Schielder), наследование рецессивное, сцепленное с Х-хромосомой. Генетический дефект выражается

вподавлении активности энзимов пероксисом, что провоцирует замедление

окисления жирных кислот с С26-29 в глицерофосфатидах. Часть недоокисленных продуктов, в первую очередь, гексокозановая кислота накапливается в фибробластах кожи, в эритроцитах и что особенно важно – в нейронах. Болезнь начинает проявляться в 6-8 лет нарушениями зрения, слуха, атаксией, эпилепсией, деменцией (из-за атрофии белого вещества головного мозга). Прогноз неблагоприятен: летальный исход через 2-10 лет после появления первых симптомов.

111

Для диагностики используют обнаружение в глицерофосфатидах мембран фибробластов неадекватных концентраций длинноцепочечных жирных кислот.

Лечение не разработано.

Характеристика болезни Рефсума (morbus Refsum) представлена в гл.

4.2.2.

8.2.Лизосомные болезни накопления

Клизосомным болезням накопления (ЛБН) относят состояния, при которых 1) регистрируется недостаточность какого–либо лизосомного энзима и 2) внутри связанных с этими органоидами вакуолей появляются необычные отложения субстратов данного фермента. Некоторые гидролазы обладают специфичностью к той или иной функциональной группе и еѐ конфигурации (α или β), что позволяет им расщеплять соответствующие связи в разных полимерах: гликосфинголипидах, гликозаминогликанах,

гликопротеинах. В связи с этим при наличии блока возможно накопление не одного, а нескольких различных субстратов. Данный процесс сопровождается нарушениями функций тех органов, которые обычно являются местами разрушения той или иной макромолекулы. Например, генерализованное повреждение тканей наблюдается при подавлении гидролиза вездесущих мукополисахаридов (синдром Пфаундлера-Хюрлера): белое вещество головного мозга поражается при угнетении распада миелина; гепатоспленомегалия (болезнь Гоше) сопровождает замедление разрушения эритроцитарных гликолипидов. Накапливающийся при этом материал может вызвать как увеличение размеров внутренних органов (висцеромегалию или макроцефалию), так и вторичную атрофию, особенно мозга (липофусцинозы)

имышц. Например, при болезни Тея-Сакса масса накопленного ганглиозида достигает 10-15% по отношению ко всей массе головного мозга, а при лейкодистрофии Краббе макроскопически заметна атрофия белого вещества подкорки, мозжечка, продолговатого и спинного мозга.

Все эти патологические состояния по мере взросления организма прогрессируют, многие заканчиваются смертью в детском или юношеском возрасте. Для окончательного диагноза особенно важны результаты определения активности соответствующих ферментов в сыворотке, лейкоцитах или культивируемых фибробластах кожи. В последние годы стало возможным выявлять также гетерозиготных носителей дефектных генов или же верифицировать их у плода.

ЛБН характеризуются клинической и биохимической гетерогенностью, которая определяется разными локусами мутаций генов лизосомных энзимов, что может или полностью лишить фермент активности, или только снизить ее. Фенотипические колебания часто связаны с возрастом, поэтому обычно выделяют инфантильную, ювенильную и взрослую формы ЛБН. Кроме того они различаются по степени тяжести, по сочетанию висцеральных, скелетных, неврологических, глазных и других проявлений одного и того же недуга.

112

В зависимости от характеристики накапливающегося субстрата и поврежденных ферментов и строится основная классификация ЛБН, в соответствии с которой выделяют:

гликогенозы (11 типов) (гл. 3.1.1), мукополисахаридозы (7 типов) (гл. 3.3.2), гликопротеинозы (гл. 3.3.3)

липоидозы (ганглиозидозы, болезни Гоше, Краббе, Сандгоффа) (гл. 4.2) муколипоидозы (4 типа) (гл. 4.2)

нарушения обмена аминокислот (тирозиноз, цистиноз, охроноз и др.)

(гл. 5.1)

Суммарная частота лизосомных болезней, представленных более чем 40 нозологическими формами, достигает по последним данным 1:5000 новорожденных. В США ежегодно рождается до 200000 детей с подобной патологией. В России точная частота ЛБН неизвестна вследствие неполной диагностики.

Болезни накопления гликопротеинов (фукозидоз, маннозидоз, сиалидоз, аспартилглюкозаминурия) представляют собой редкие аномалии, наследуемые как аутосомно-рецессивные признаки и связанные с недостаточностью гидролаз, расщепляющих связи в гетерополисахаридах. Причем в тканях могут кумулироваться не только гликопротеины, но и гликолипиды (при фукозидозе). Все эти аномалии характеризуются неврологическими нарушениями и разнообразными соматическими проявлениями. Некоторые из них приводят к смерти чаще в детском возрасте, тогда как аспартилглюкозаминурия начинается поздно и имеет более продолжительное течение. Каждую из болезней накопления гликопротеинов можно диагностировать путем определения соответствующих ферментов.

Судя по названию, генетический дефект, провоцирующий развитие альфа-маннозидоза, заключается в повреждении альфа-маннозидазы. По тяжести клинических признаков условно различают 2 типа: первый (тяжелый) развивается рано, в грудном возрасте и характеризуется прогрессирующей умственной отсталостью, гепатоспленомегалией, множественным дизостозом, изменениями лица по типу гаргоилизма, тугоухостью, катарактой. Тип II (легкий) обнаруживает себя позже, в возрасте от 1-4 лет, течение медленное, хотя симптомы сходные, но слабее проявляющиеся.

Воснове бета-маннозидоза лежит мутация энзима бета-маннозидазы.

Врезультате нарушается катаболизм части гликопротеинов и в клетках мозга, печени накапливаются олигосахариды, богатые маннозой. Встречается крайне редко. Клинический фенотип больных чрезвычайно вариабелен, регистрируется в возрасте 1-6 лет, включает умственную отсталость, частые инфекции дыхательных путей. Фиксируются также гепатоспленомегалия, небольшие лицевые дизморфии и скелетные аномалии, ангиокератомы, возможны судороги, агрессивное поведение. Смерть в дошкольном возрасте.

113

Фукозидоз (гл. 3.3.3), как и альфа-маннозидоз, условно делится на 2 типа. Тип I (тяжелый) начинается в младенчестве задержкой психического и физического развития, появлением неврологической симптоматики, признаков гаргоилизма, реже гепатоспленомегалией, кардиомегалией. Тип II (легкий) манифестирует в более старшем возрасте и включает менее выраженную картину. Отличительным признаком этой формы служат ангиокератомы. В диагностике используют обнаружение фукозидов в моче.

Термином сиалидоз объединяют группу заболеваний, связанных общим генетическим дефектом, приводящим к блоку

гликопротеиннейраминидазы. Различают клинические фенотипы – тип I и

тип II. Симптомы первой формы могут появляться в различных возрастах (от 8 до 30 лет), в виде тяжелой эпилепсии, генерализованных судорог, нейропатий, слепоты. В пределах типа II выделяют врожденную форму, характеризующуюся водянкой и гибелью плода или недоношенностью, неонатальным асцитом, паховыми грыжами, гепатоспленомегалией. Кроме того регистрируются инфантильная и ювенильная формы, различающиеся сроками манифестации (0-12 месяцев и 2-20 лет, соответственно), тяжестью течения, включающего краниофациальные аномалии по типу гаргоилизма, множественный дизостоз, гепатоспленомегалию, умственную отсталость. При ювенильном варианте могут наблюдаться эпилепсия, дегенерация сетчатки.

Очень редко встречается аспартилглюкозаминурия, в основном среди жителей Финляндии. Мутантный фермент аспартилглюкозаминидаза. У грудных младенцев появляются частая диарея, симптомы инфицирования, затем обнаруживаются слабо выраженные черты гаргоилизма, множественный дизостоз, отставание в физическом и умственном развитии, реже гепатомегалия, помутнение хрусталика, макроглоссия, угреватая сыпь, фотофобии, ангиокератомы, хриплый голос, пороки сердца.

Болезнь Шиндлера (morbus Schindler) имеет тот же тип наследования (аутосомно-рецессивный), как и все гликопротеинозы. В еѐ основе лежит недостаточность N-ацетилгалактозаминидазы. По срокам начала и тяжести течения выделяют два типа. Симптомы типа I возникают на втором году жизни и характеризуются небольшой задержкой умственного и физического развития, которая быстро сменяется психомоторным регрессом, сопровождающимся слепотой, глухотой, эпилепсией, сгибательными контрактурами, декортикационной позой. Клиника II типа начинается позже (на втором десятилетии), но тоже проявляется мягкой умственной отсталостью, слабо выраженным гаргоилизмом, ангикератомой.

Единичные описанные случаи не позволили разработать эффективную терапию.

Среди муколипидозов (гл. 4.2) несколько особняком стоит

псевдополидистрофия Гурлера (morbus Hurler) (табл. 5), т.к. сочетает накопление гликолипидов и мукополисахаридов. Первичный дефект заключается в недостаточности АДФ-N-ацетилглюкозамин-гликопротеин-1-

фосфотрансферазы, принимающей участие в посттрансляционном синтезе

114

олигосахаридной части лизосомальных ферментов. Начинается в первые 10 лет жизни, основные симптомы заключаются в тугоподвижности суставов, деформации кистей и дисплазии бедер, отсюда прогрессирующая физическая инвалидизация. Нередко задерживается психическое развитие. Хотя возможны и аномалии аортального или митрального клапанов сердца, больные обычно доживают до зрелого возраста.

В культивируемых фибробластах обнаруживаются отчетливые включения, а в сыворотке – повышенный уровень лизосомных гидролаз.

Терапия симптоматическая.

К наследственным болезням нервной системы (гл. 7.4) принадлежат восковидные липофусцинозы, которые включают широкий спектр клинических состояний, характеризующихся признаками поражения функций и атрофией головного мозга, судорожными припадками. При инфантильной и ювенильной формах отмечают глазную аномалию с поражением зрительного нерва, пигментным ретинитом, макулярной дегенерацией, но при взрослом варианте эти признаки часто отсутствуют. Несмотря на почти исключительно неврологическую симптоматику, электронная микроскопия позволяет обнаружить патологические включения в лизосомах многих тканей.

Прогноз чаще неблагоприятен. Попытки коррекции неэффективны.

8.3. Генные дефекты рецепторов мембран

Мембраны как органоиды клеток также могут быть ключевыми элементами патогенеза генных болезней. Например, отсутствие на поверхности плазмолеммы специфических рецепторов, связывающих липопротеины низкой плотности, приводит к семейной гиперхолестеринемии (гл. 4.1), одна из форм витамин Д-резистентного рахита обусловлена дефектом рецепторов 1,25-дигидроксихолекаль- циферола (гл.1).

Причиной болезни Имерслунд-Гресбека является отсутствие рецепторов к гастромукопротеину (внутреннему фактору Кастла) (гл. 6.1). В основе некоторых первичных гипер- и гипотирозов лежит мутация гена рецептора ТТГ (гл. 6.2).

115

Глава 9. Диагностика, профилактика, коррекция наследственных болезней

Огромное разнообразие наследственных форм патологий, сходство их симптомов с приобретенными болезнями, а также выраженный клинический полиморфизм затрудняет их раннюю диагностику. По данным ВОЗ, около 5% населения имеют генетическую отягощенность. Логично, что в этих условиях предпочтительнее предупреждение развития генных нарушений.

Основными механизмами, которые можно применить в этом направлении, являются:

1. ограничение деторождения в случаях высокого риска наследственной патологии;

2.элиминация генетически пораженного плода в ранние сроки беременности;

3.оздоровление среды обитания человека с целью предупреждения

спорадических мутаций через систему эколого-гигиенического контроля за распространением мутагенов и тератогенов в окружении. Поэтому особая роль принадлежит медико-генетическим

консультациям, которые с помощью клинико-генеалогического метода составляют и анализируют родословную семьи с больным, прогнозируют появление потомка с наследственной патологией.

Основные задачи медико-генетического консультирования включают:

1.установление точного диагноза наследственного заболевания;

2.определение типа наследования патологии в данной семье;

3.расчет риска повторения недуга в семье;

4.выявление наиболее эффективного способа профилактики. Показаниями к проведению подобных мероприятий служат:

1.возраст женщины, пожелавшей иметь ребенка, старше 35 лет;

2.гетерозиготные состояния у обоих родителей при аутосомнорецессивной патологии;

3.наличие доминантного заболевания в семье;

4.рождение ребенка с пороком развития, его умственная отсталость;

5.близкородственные браки;

6.привычное невынашивание беременности; мертворождения;

7.действие рентгеновых, радиевых и других мутагенных факторов.

Среди методов диагностики можно отметить цитогенетический – изучение хромосомного набора больного с регистрацией конкретного генетического дефекта, которое состоит в визуальном исследовании кариотипа лимфоцитов, периферической крови, клеток костного мозга, фибробластов кожи и клеток эмбриона.

В последние годы особое внимание стали обращать на ПЦР-способ, где применена полимеразная цепная реакция. Для проведения цитогенетического исследования требуется несколько микрограммов ДНК, что добыть довольно сложно. С помощью ПЦР в миллион раз увеличивается содержание нужного

116

фрагмента полинуклеотида. С этой целью ДНК денатурируют, разрезают рестриктазами на участки, затем при оптимальных температуре и pH добавляют ДНК-полимеразу, избыточное количество олигонуклеотидов, дезоксинуклеозидтрифосфатов, которые по принципу комплементарности присоединяются к определенным фрагментам, запуская синтез новой ДНК. Многократно повторенный процесс заканчивается образованием большого числа копий, которые легко затем изучить.

Наиболее доступным для большинства клиник является молекулярнобиохимический метод; с его помощью обнаруживаются в крови, моче, культуре тканей вещества, содержание которых изменено при определенных наследственных заболеваниях, что служит маркером недуга. Этому способу принадлежит ведущая роль в диагностике моногенных наследственных болезней. В США, Канаде и ряде других высокоразвитых стран новорожденным в первые несколько суток проводят скрининг-пробы на фенилкетонурию, гомоцистинемию, болезнь «кленового сиропа», галактоземию, врожденный гипотироз. С ноября 2007 года в Забайкалье создана подобная лаборатория, способная верифицировать данные страдания, а также – центр по диагностике муковисцидоза.

Если генетические повреждения не поддаются успешной терапии или лечение накладывает на больного жесткие ограничения, ранняя пренатальная диагностика может дать родителям выбор в пользу прерывания беременности.

Отсюда среди показаний для применения молекулярнобиохимического метода следует выделить:

а) заболевание достаточно серьезное, чтобы оправдать в случае его обнаружения искусственный выкидыш;

б) недуг вообще не поддается лечению; в) имеется надежный, безопасный диагностический тест, применимый

на ранних сроках беременности; г) существует серьезный риск развития данной патологии;

д) родители готовы прервать беременность в случае обнаружения данной болезни у плода.

Для выявления наследственного дефекта можно проводить неинвазивные (УЗИ плода) и инвазивные исследования (плазмы крови беременной, амниоцинтез, фетоскопию, пробы ресничек хориона, пункцию пупочного канатика; в полученных образцах исследовать соответствующие метаболиты).

Применяя современный пренатально-диагностический подход к профилактике врожденной и наследственной патологии (триаду методов: УЗИ плода, скрининг беременных на сывороточные маркеры, инвазивную диагностику с последующим анализом клеток плода), можно с высокой точностью установить и предотвратить рождение ребенка с пороками развития (65-70% случаев), хромосомными (80-85%), моногенными болезнями (более 50 распространенных форм).

117

Среди других методов диагностики следует отметить близнецовый,

дерматоглифику, популяционно-статистический, моделирование генной патологии, которые применяются в основном не с практическими, а научными целями, в основном эпидемиологами.

Необходимо уточнить, что вышеперечисленные способы молекулярной генетики применимы не только к патологиям, вызванными дефектами единичных транскриптонов. Известно, что наследственные факторы играют важную роль в этиологии многих распространенных заболеваний, включая гипертензию, сахарный диабет, ИБС, некоторые виды рака и т.д. Идентификация генов, связанных с ними, сделает возможным выявление предрасположенности к подобным недугам.

В лечении генных болезней можно выделить четыре направления:

симптоматическое, этиологическое, патогенетическое, хирургическое.

Симптоматическая терапия – наиболее часто используемый прием. Примерами подобной коррекции могут служить: транквилизаторы при психических проявлениях наследственных недугов; антиконвульсивные препараты при судорожных симптомах и т.д. Многие виды физических методов лечения (климато-, бальнео-, электро-, теплотерапия) применяются при генных болезнях нервной системы, костно-суставного аппарата и т.д.

При патогенетических подходах к лечению наследственных болезней исходят из того, что у пациентов либо образуется аномальный белок (фермент), либо нормального протеина вырабатывается недостаточно (до полного его отсутствия). За этим событием следуют измененные цепи превращений субстрата. Отсюда – если ген не работает, требуется возместить его продукт; если транскриптон производит не то, что нужно, и образуются токсические вещества, то необходимо их удаление и возмещение основной функции. Варианты стратегии подобной терапии представлены в таблице 13.

Иллюстрацией коррекции на уровне субстрата служит диетотерапия многих аминоацидопатий, галактоземии. Если из рациона исключить продукты, содержащие галактозу или лактозу, клинические симптомы ослабевают. Фенилаланин является незаменимой аминокислотой и должен поступать с пищей, а при фенилкетонурии первые стадии его метаболизма блокированы, что провоцирует образование токсических побочных веществ. Отсюда логично применение препаратов, связывающих эти соединения или повышающих их выведение с мочой. Подобный способ применяют в терапии, например, болезни Вильсона-Коновалова для удаления избытка свободных ионов меди, Д-пеницилламин образует с ними хелатное соединение, легко растворимое в воде и быстро экскретируемое почками.

При гемоглобинозах, порфириях с целью усиления выделения ионов железа, чтобы не развивался гемохроматоз, используют десферал, который, связываясь с ионами этого металла, облегчает их секрецию из организма. При семейной гиперхолестеринемии холестирамин стимулирует выведение этого стериода в составе желчи.

Подобных эффектов можно добиться с помощью физико-химических подходов для освобождения крови от циркулирующих избыточных величин

118

субстрата (гемосорбции, плазмофереза). Первый метод применяют при лечении семейной гиперхолестеринемии. В качестве лиганда для экстракорпорального связывания ЛПНП используют гепаринагарозу, но

эффект относительно кратковременный (3-7 суток). Плазмоферез помогает при болезнях накопления (Гоше, Фабри), болезни Рефсума и других, так как способен освобождать плазму крови от излишних липидов, ВЖК, фитановой кислоты. Примером возмещения дефицита необходимого метаболита может служить наследственная оротацидурия, которая легко поддается лечению уридином – продуктом, синтез которого подавлен при данной патологии.Тироксин назначают при врожденном гипотирозе, гормон роста – при гипофизарной карликовости и т.д.

Если же дефектный ген отвечает за работу энзима, эффективность которого связана с наличием кофермента в форме витамина, то введение необычно больших величин (мегадоз) последнего может по закону действия масс обеспечить рост скорости образования холофермента с последующей его активацией. Этот вариант лечения близок к этиологическому.

Гомоцистинурия развивается при блоке цистатионин-бета-синтазы, коэнзимом которой служит пиридоксальфосфат, его повышенные количества при данном нарушении могут оказывать лечебный эффект.

Кроме терапевтических методов используют хирургические, например, трансплантацию органов, в основном печени (табл. 14). Это позволяет

119

продлить жизнь при синдроме Криглера-Найяра, когда подавляется активность печеночной УДФГ-трансферазы (табл. 13). Но самым перспективным методом следует считать генную терапию, история которой

Таблица 14

Применение трансплантации для патогенетического лечения наследственных болезней

началась с 14 сентября 1990 года, когда у девочки с недостаточностью аденозиндезаминазы были отделены лимфоциты от других элементов крови. Затем in vitro в них был введен ген АТА с помощью ретровирусного фактора. Приготовленные таким образом лимфоциты были возвращены в кровоток. Развился колоссальный эффект – девочку из стерильного бокса привезли домой.

Иными словами, в основе генной терапии лежит введение здоровых нуклеиновых кислот с целью воздействия на медицинский статус организма и лечение болезни. Ключевой ее раздел – генная инженерия – доставка в клетку гена, способного восстановить нарушенную функцию. До недавнего времени разрабатывались преимущественно два варианта: заместительная генная терапия и коррекция мутаций с помощью специальных биотехнологических приемов. В последние годы испытываются новые подходы: удаление целых экзонов, содержащих патологические мутации, исправление м-РНК или подавление активности дефектного гена с использованием соответствующего рибозима. Синтетические фрагменты РНК связываются с комплементарными мРНК и блокируют синтез кодируемых ими токсических белков.

Таким образом, генная терапия сегодня – область фундаментальной и прикладной науки, целью которой являются создание экспрессирующих генных конструкций. Адресная их доставка с помощью вирусов, липосом,

120