Журнал неврологии и психиатрии / 2009 / NEV_2009_03_12

По данным ВОЗ, сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) — прямая причина 1/3 всех смертей в мире. К основным сердечно-сосудистым заболеваниям относятся ишемическая болезнь сердца (ИБС), цереброваскулярные заболевания, атеросклероз, артериальная гипертония, тромбозы, врожденные пороки и ревматические заболевания сердца. Атеросклероз, тромбоз и артериальная гипертония являются наиболее распространенными формами патологии сердечно-сосудистой системы. Инсульт и ишемическая болезнь сердца — наиболее частые ССЗ со смертельным исходом (33 и 43% соответственно).

За исключением достаточно редко встречающихся моногенных заболеваний [7] этиология заболеваний сердечно-сосудистой системы чрезвычайно сложна. При ее рассмотрении обычно учитывается взаимодействие между многочисленными факторами окружающей среды (климат, диета, физическая активность, микробиологические, психологические и др. факторы) и генетическими. По данным ВОЗ, установлено свыше 300 факторов риска, связанных с ИБС и инсультом. Факторы риска, определяемые ВОЗ как главные, должны удовлетворять 3 критериям: 1) иметь высокую частоту в разных популяциях; 2) оказывать значимое и независимое влияние на этиологию и течение заболевания и 3) должны иметься непосредственные подтверждения того, что изменение данных факторов (или, по крайней мере, их учет) при лечении и профилактике приводит к уменьшению риска заболевания.

В настоящее время во всех популяциях значимы четыре категории факторов риска ССЗ: а) основные модифицируемые (высокое артериальное давление, аномальный липидный профиль, курение, гиподинамия, ожирение, нездоровая диета); б) другие модифицируемые (социоэкономический статус, эмоциональное напряжение, алкоголь, определенные медикаменты); в) немодифицируемые (возраст, этническая принадлежность, наследственность, пол); г) так называемые новые (гипергомоцистеинемия, воспаление, аномальное свертывание крови).

© Коллектив авторов, 2009

Zh Nevrol Psikhiatr Im SS Korsakova 2009;109:3:56

Генетические факторы риска принадлежат к основным немодифицируемым факторам, получая все больше внимания в клинических исследованиях сосудистых заболеваний. Однако без решения ряда проблем широкомасштабное использование данных генетического тестирования не имеет смысла. Эти проблемы имеют прямое отношение к трем упомянутым выше критериям ВОЗ, относящимся к факторам риска СЗ и других заболеваний. В то время как определенные нуклеотидные полиморфизмы имеют (от 5 до 50%) достаточно высокую частоту в различных популяциях, соответствие независимому влиянию на заболевание и доказательству значимости для уменьшения риска не всегда может быть показано.

Во-первых, результаты исследований генетических ассоциаций часто противоречивы. Ассоциативные исследования между определенными генотипами и заболеваниями часто трудно воспроизводимы, особенно при сложном патогенезе заболевания. Чисто статистическая природа результатов большинства исследований непосредственно указывает, что доказательства предлагаемых ассоциаций опираются не столько на четкую физиологическую аргументацию, сколько на статистические вероятности, биологический смысл которых мало ясен [5]. Причины, приводящие к низкой воспроизводимости ассоциативных исследований, а также критерии отбора достоверных ассоциативных исследований были подробно проанализированы в наших предыдущих работах [11, 12].

Чрезвычайная сложность механизмов, опосредующих влияние генов на физиологию человека, позволяет предположить, что ассоциации заболевания с определенными полиморфизмами всегда будут зависеть от множества дополнительных условий [12]. Влияние многих генетических факторов проявляется только в присутствии определенных воздействий внешней среды. Например, полифоризмы, изменяющие функциональные свойства генов детоксикации и метаболизма лекарств (глутатионтрансферазы, цитохромы, алкоголь дегидрогеназы и т.д.), будут иметь существенное влияние на риск заболеваний только при определенных факторах внешней среды (курение, прием определенных медикаментов, алкоголь). Если же пациенты не курят и не принимают определенных лекарств, то полиморфизмы в соответствующих генах уже не будут приводить к существенному изменению риска исследуемого заболевания в такой группе пациентов.

Во-вторых, не следует забывать, что генетические полиморфизмы — латентные и пожизненные факторы риска. Латентность фактора риска связана с упомянутыми выше дополнительными условиями и при некоторой комбинации внешних обстоятельств подразумевают значительное повышение риска заболевания при наличии данного варианта полиморфизма. Допустим, у 2 пациенток одного возраста было установлено наличие широко известного варианта Лейден гена F5 (фактор 5 свертывания крови). Одна из них здорова, вторая перенесла тромбоз мозговых синусов в возрасте до 40 лет. Так как вариант Лейден соответствует повышенной свертываемости крови, то во втором случае вариант Лейден может являться одной из причин заболевания. Эпидемиологические исследования показали, что само по себе присутствие варианта Лейден увеличивает риск тромботических событий в 2—6 раз. При сочетании данного нуклеотидного варианта гена F5 (или других генетических дефектов, влияющих на свертываемость крови) с приемом пероральных противозачаточных средств, риск синус тромбозов возрастает почти в 30 раз, делая данное заболевание практически неизбежным при данной комбинации условий [2, 6, 13].

Очевидно, что так же, как и другие немодифицируемые факторы, генетические полиморфизмы — пожизненные факторы риска. Все внешние факторы (например, диета и образ жизни) теоретически могут быть правильно скорректированы для уменьшения возможного риска. Генетические факторы не могут быть модифицируемы и представляют, таким образом, уникальную возможность долговременной профилактики цереброваскулярных и ССЗ в соответствии с индивидуальными генетическими особенностями пациентов.

Хотя ранее и предпринимались попытки предложить так называемые «кандидатные гены» и полиморфизмы для ССЗ [9, 14], тщательного анализа фактического качества обсуждаемых ассоциаций фенотип—генотип не проводилось.

Целью данной работы было систематическое исследование трех основных источников информации (клинические данные об известных моногенных ССЗ, данные физиологических и биохимических исследований соответствующих генов и генетических ассоциативных исследований), используя ранее предложенную методологию анализа [11].

Основным источником информации явилась база данных MEDLINE1, представляющая реферированные материалы опубликованных в научных журналах всего мира статей. В качестве вспомогательных источников и справочного материала были использованы базы данных GENE, OMIM и HGMD2, а также локус-специфические базы данных для различных генов. Было найдено около 2900 публикаций, в которых представлены результаты дву- (пациенты/контроль) и одногруппных ассоциативных генетических исследований. Тексты и ключевые слова рефератов проанализировали с использованием программы MedCrawler с целью извлечения названий генов и

1 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed).

2 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=gene); (http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/ query. fcgi?DB=omim); (http://www. hgmd.cf.ac.uk/hgmd0.html).

других данных. Первоначальную экспертную оценку значимости результатов ассоциативных анализов проводили на основе извлеченной из рефератов информации, а затем с использованием полного текста избранных публикаций. Техника поиска по ключевым словам, а также алгоритмы оценки значимости результатов ассоциативного анализа были описаны в наших предыдущих работах [11, 12].

Использовались следующие критерии:

Выбор генов — гены с исследованной молекулярной функцией

Выбор полиморфизмов — полиморфизмы, часто встречающиеся у европеиоидов (>2%); полиморфизмы, обладающие функциональными эффектами

Выбор исследований — насколько адекватны клинические критерии отбора исследуемых групп; учтены ли факторы, способные принципиально повлиять на результаты исследования; был ли проведен многофакторный анализ; насколько грамотно были проведены стратификационный и регрессионный анализы; была ли ассоциация воспроизведена в других популяциях.

Функциональное значение нуклеотидных полиморфизмов и соответствующих аминокислотных замен оценивали с использованием интегрального метода анализа SNP [12], а также посредством анализа биофизической уникальности остатков аминокислот в соответствующих белках [10].

После проведенного анализа получен список из 105 генов, полиморфизмы в которых были ассоциированы с сосудистыми заболеваниями с высокой степенью достоверности. Предложенная в 1856 г. триада Р. Вирхова отражает три специфических механизма, которые могут приводить к возникновению тромба и, таким образом, к сосудистым заболеваниям: изменения в кровяном потоке, свертываемости крови и в стенках сосудов. Соответственно 105 генов были классифицированы в три общие группы: a) сердечно-сосудистая и другие системы органов; б) система гемостаза; в) люмен и структура сосудов.

Гены были сгруппированы нами в соответствии не столько с их экспрессией в различных тканях, сколько с функциональным контекстом действия гена по отношению к этиологии в сердечно-сосудистых заболеваниях. Например, ген GNB3 (β-субъединица сигнального G-белка 3) имеет заметные уровни экспрессии во многих типах тканей и клеток, включая сетчатку, мозг, пуповину, кишечник, фибро- и B-лимфобласты. Что касается этиологии сердечно-сосудистых заболеваний, то важно только, что полиморфизм данного гена влияет на вазоконстрикцию. На рисунке этот ген был помещен рядом с гладкой мускулатурой стенок сосудов. Другой пример: аполипопротеин A1 (ген APOA1) присутствует в плазме крови, хотя экспрессируется в печени, компартментах сердца (атриум, желудочек), тонком кишечнике, коже и других тканях. Тем не менее на физиологию и патофизиологию сосудов оказывает влияние именно концентрация APOA1 в плазме. На рисунке ген APOA1 был размешен в люмене сосуда вблизи частиц липопротеинов высокой плотности.

Трехчастная классификация (сердечно-сосудистая система, свертывание крови, люмен/структура сосудов) может быть расширена: система гемостаза (каскад свертывания крови), атеросклероз, метаболизм жировой ткани, вазоконстрикция и вазодилатация, ренин-ангиотен- зиновая система, баланс электролитов, ремоделирование

сосудов. Эти группы достаточно условны, поскольку многие из приведенных на диаграмме генов должны быть отнесены по крайней мере к двум из восьми упомянутых выше категорий. Например, ренин-ангиотензиновая система может значительно влиять на фибринолитическую ветвь системы гемостаза: пептид ангиотензина-2 (ген AGT) увеличивает продукцию и/или секрецию ингибитора активатора фибринолиза (ген PAI1) [3]. Метилентетрагидрофолат редуктаза (ген MTHFR) вовлечена в биосинтез фолатов, и генетические дефекты в MTHFR могут оказывать чрезвычайно разностороннее влияние на физиологию, так как фолаты вовлечены не менее чем в 50 фундаментальных биосинтетических реакций [11]. Ангио- тензин-превращающий фермент (АПФ, ген ACE), помимо своего основного действия (протеолиз ангиотензиногена), может уменьшать общую активность тканевого активатора плазминогена [4], влиять на повышение активности эндотелиальной синтетазы окиси азота. В то же время повышение концентрации окиси азота приводит к уменьшению активности АПФ [1] и т.д.

Хотя каждый из генов был приписан нами к одному из восьми упомянутых выше классов, ясно, что влияние большинства генов на патофизиологию ССЗ прямо или косвенно обусловливается функциональными состояниями кровеносных сосудов. Соответственно мы можем получить компактный обзор генетических факторов, влияющих на этиологию ССЗ путем последовательного рассмотрения структуры кровеносного сосуда.

Кровеносный сосуд сформирован из соединительной ткани, гладкой мускулатуры и интимы (внутренней оболочки сосуда), которая также может быть подразделена на слой субэндотелиальной ткани и эндотелий. Эндотелиальные клетки охватывают внутреннее пространство сосуда, обозначаемое также, как люмен. Кровеносные сосуды разных типов отличаются размером люмена и относительной толщиной каждого из этих четырех слоев: капилляры сфомированы только из эндотелия, артерии имеют довольно

толстый слой гладкой мускулатуры, а вены, наоборот, содержат намного более тонкий слой мускулатуры. Следовательно, влияние каждого конкретного гена на физиологию сосудов будет отличаться в соответствии с этими различиями в структуре конкретных типов сосудов.

Соединительная ткань — самый наружный слой сосуда, который стабилизирует его структуру и фиксирует сосуд по отношению к смежным тканям. Механическая структура соединительной ткани стабилизируется жесткими коллагеновыми волокнами. Коллагеназы (гены MMP1, MMP3, MMP9 и MMP12) отвечают за деградацию волокон коллагена и, таким образом, могут регулировать жесткость сосудов.

Слой гладкой мускулатуры стимулируется симпатическими нервами. Его основная функция состоит в регулировке размера люмена сосуда в соответствии с физиологическими потребностями. Ренин-ангиотензиновая система (гены AGT, AGTR1, АСE и REN) является наиболее общим механизмом регуляции вазоконстрикции. Помимо ренин-ангиотензиновой системы на вазоконстрикцию воздействуют эндотелиновая система (гены EDN1, ECE1, EDNRA), клеточная передача сигнала (гены GNB3, GNAS1), адренорецепторы (гены ADRB1, ADRB2), синтез окиси азота (ген NOS3) и синтез простагландинов (PTGS2, PTGIS). Определенные структурные белки (например, коннексин 37, ген GJA4) вовлечены в стабилизацию взаимодействий между слоем гладкой мускулатуры и эндотелием.

Слой эндотелия охватывает люмен любого кровеносного сосуда. Эндотелий формирует интерфейс между кровью, протекающей в люмене, и остальными слоями стенки сосуда и играет критическую роль в механике кровяного потока, регулировании коагуляции, прилипании лейкоцитов, секреции и модификации вазоактивных веществ и т.д. Рост эндотелия стимулируется его васкулярным фактором (ген VEGF) и частично фактором, индуцируемым гипоксией (ген HIF1A). Эндотелиальные клетки со-

держат многочисленные рецепторы липопротеинов, липазы и связанные с ними белки (гены LDLR, SREBF1, LOX1, SCARB1, LRP1, LPL, LIPG и ABCA1), а также рецепторы и адгезивные молекулы, вовлеченные в воспалительный ответ иммунной системы (гены PPARA, PPARG, ICAM1, SELE, IRS1). Дефекты в генах двух последних групп приводят к атеросклерозу. Ответственные за поддержание баланса электролитов крови гены VDR, SCNN1B, ADD1, NPPA, NPPB также действуют через эндотелий.

Люмен, внутреннее пространство кровеносного сосуда — самое важное место в сосуде. Его объем и размер определяют особенности кровяного потока. Большинство

генов, представленных на рисунке, относятся, очевидно, именно к люмену. Это гены aпoлипопротеинов, а также другие, вовлеченные в метаболизм жиров (APOA1, APOC3, APOE, APOB, LPA, LIPC, CETP, FABP2, PON1); опосредующие воспалительный ответ (CYBA, CSF1, CSF2, CD14, IGF1); кодирующие белки острой фазы (CRP1, SAA1, TNFA, IL1A) и конечно же соответствующие многочисленным белкам молекулярной системы гемостаза, а также синтеза тромбоцитов (ANXA5, CD36, F2, F3, F5, F7, F10, F12, F13A1, FGA, FGB, GP1BA, ITGA2, ITGB3, PAI1, PLAT, PROC, PROS1, SELP, SELPLG, TAFI, TFPI, THBD, THBS1, THPO).

ЛИТЕРАТУРА

1.Bataineh A., Raij L. Angiotensin II, nitric oxide, and end-organ damage in hypertension. Kidney Int Suppl. 1998; 68: S14—S19.

2.de Bruijn S.F., Stam J., Koopman M.M., Vandenbroucke J.P. Case-control study of risk of cerebral sinus thrombosis in oral contraceptive users and in [correction of who are] carriers of hereditary prothrombotic conditions. The Cerebral Venous Sinus Thrombosis Study Group. BMJ 1998; 316: 7131: 589—592.

3.Dielis A.W., Smid M., Spronk H.M. et al. The prothrombotic paradox of hypertension: role of the renin-angiotensin and kallikrein-kinin systems. Hypertension 2005; 46: 6: 1236—1242.

4.Fogari R., Zoppi A. Antihypertensive drugs and fibrinolytic function. Am J Hypertens 2006; 19: 12: 1293—1299.

5.Herrmann S., Paul M. Studying genotype-phenotype relationships: cardiovascular disease as an example. J Mol Med 2002; 80: 5: 282—289.

6.Martinelli I., Sacchi E., Landi G. et al. High risk of cerebral-vein thrombosis in carriers of a prothrombin-gene mutation and in users of oral contraceptives. N Engl J Med 1998; 338: 25: 1793—1797.

7.Nabel E. Cardiovascular disease. N Engl J Med 2003; 349: 1: 60—72.

8.Szklo M.M., Nieto F.J. Epidemiology: beyond the basics. Aspen Publishers, Inc 2002.

9.Tang Z., Tracy R.P. Candidate genes and confirmed genetic polymorphisms associated with cardiovascular diseases: a tabular assessment. J Thromb Thrombolysis 2001; 11: 1: 49—81.

10.Torshin I.Yu. Bioinformatics in the post-genomic era: the role of biophysics. New York, USA ISBN: Nova Biomedical Books 2006; 1600210481.

11.Torshin I.Yu. Bioinformatics in the post-genomic era: physiology and medicine. New York USA ISBN: Nova Biomedical Books 2007; 1600217524: 35—67.

12.Torshin I.Yu. Bioinformatics in the post-genomic era: studies in clinical genetics. New York, USA: Nova Biomedical Books 2008.

13.Vandenbroucke J.P., Koster T., Briet E. et al. Increased risk of venous thrombosis in oral-contraceptive users who are carriers of factor V Leiden mutation. Lancet 1994; 344: 8935: 1453—1457.

14.Williams M.S., Bray P.F. Genetics of arterial prothrombotic risk states. Exp Biol Med (Maywood) 2001; 226: 5: 409—419.