Мед. Генетика Горбунова. Учебник для студентов медицинских вузов и слушателей последипломного образования
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Глава 2.6. Аутосомно-рецессивные заболевания Аутосомно-рецессивные заболевания проявляются только при гомозиготном носительстве мутантных аллелей. При этом происходит частичная или полная инактивация функции мутантного гена. Одну из мутаций больной ребенок наследует от матери, другую – от отца. В общем случае родители больного, будучи сами здоровы, являются гетерозиготными носителями мутации. Вероятность рождения больного ребенка в такой семье в соответствии с законом Менделя составляет 25%. Девочки и мальчики болеют с одинаковой частотой, при этом рождение больного ребенка совершенно не зависит от возраста родителей, очередности беременности и родов. Часто в одной семье может наблюдаться несколько больных сибсов. При многих формах аутосомно-рецессивных заболеваний больные в силу тяжести своего состояния не оставляют потомства. Чаще всего больные дети рождаются в браке здоровых родителей, каждый из которых несет мутацию в гетерозиготном состоянии. Таким образом, при анализе родословной прослеживается «горизонтальный» характер наследственной передачи заболевания. Две трети здоровых детей в браке гетерозиготных родителей также оказываются гетерозиготными носителями мутации. В браке гетерозиготного носителя рецессивной мутации с супругом, не имеющим мутантного аллеля, все дети будут здоровы, но половина из них окажутся гетерозиготными носителями мутации. Анализ родословных больных с аутосомно-рецессивными заболеваниями показывает, что часто (примерно в 60%) родители таких больных являются родственниками или их предки происходят родом из одного села или района, что так же является косвенным признаком инбридинга. 2.6.1. Муковисцидоз Самым распространенным аутосомно-рецессивным заболеванием детского возраста среди представителей белой расы являетсямуковисцидоз или кистозный фиброз поджелудочный железы. Впервые заболевание описано в 1938 году американским паталогоанатомом Д. Андерсоном. Согласно зарубежной статистике частота муковисцидоза у жителей Западной Европы, в среднем, составляет 1 на 2-3 тысячи новорожденных, в России она меньше – 1 на 3-5 тысяч. Наблюдаются значительные географические и этнические различия по частоте муковисцидоза. В странах Африки и Азии муковисцидоз почти не встречается, тогда как каждый 20-й (5%) житель Западной Европы является гетерозиготным носителем мутации в гене муковисцидоза (CFTR). Такую высокую распространенность мутантных аллелей в гене CFTR связывают как с «эффектом основателя», так и селективным преимуществом гетерозигот, обусловленным устойчивостью к холере, туберкулезу, токсическим формам гриппа. С другой стороны, у гетерозигот вдвое выше частота хронического панкреатита. Основной патогенетический механизм заболевания – увеличение вязкости секрета, выделяемого слизеобразующими железами бронхов, кишечника, поджелудочной железы, семявыводящих канальцев, сопровождающееся закрытием многих протоков в этих органах. В частности нарушается естественный процесс очищения бронхов, что приводит к их воспалению. Воспаление сопровождается отеком легких, и увеличением продукции аномально вязкого секрета. Повышенная вязкость секрета в желудочно-кишечном тракте сопровождается изменением водно- электролитного компонента панкреатического сока, его сгущением и затруднением выделения в просвет кишечника. В результате нарушается формирование каловых масс с последующей кишечной непроходимостью и происходит фиброзно-кистозное изменение ткани поджелудочной железы. Минимальными диагностическими симптомами муковисцидоза являются рецидивирующие легочные, чаще всего синегнойные инфекции, нарушение функции кишечника и поджелудочной железы, отставание в физическом развитии. Характерными признаками заболевания считаются большое количество неперевариваемого жира в копрограмме больного и повышение концентрации ионов натрия и хлора при проведении потовой пробы. У некоторых больных уже при рождении наблюдается кишечная непроходимость, обусловленная присутствием мекониального илеуса. Такие больные требуют срочного оперативного вмешательства. Иногда мекониальный илеус у плода с муковисцидозом можно обнаружить при ультразвуковом исследовании уже во 2-3-м триместрах беременности. Выделяют три клинические формы муковисцидоза: легочную (15-20% случаев), кишечную (10%) и смешанную. Большинство детей, страдающих муковисцидозом, в условиях нашей страны погибают в детском возрасте, но описаны также стертые формы заболевания, выявляющиеся у взрослых. Обследованию на наличие муковисцидоза подлежат следующие группы лиц: (1) больные с рецедивирующими бронхолегочными заболеваниями, синегнойной инфекцией, астмой, аллергозами; (2) лица с заболеваниями желудочно-кишечного тракта (склонные к запорам, колитам, хроническому панкреатиту, рецидивирующей кишечной непроходимости; новорожденные с мекониальным илеусом, перитонитом; дети с большим животом и низкой массой тела (при нормальном аппетите); больные циррозом печени неясного генеза; (3) мужчины с бесплодием после исключения других причин (у 98% мужчин больных муковисцидозом имеется сужение семявыводящего протока). Ген муковисцидоза был картирован в 1985 году в длинном плече хромосомы 7 в области 7q31.2. В 1989 году он был идентифицирован, и это открытие сопровождалось одновременной публикацией в одном из самых престижных журналов мира («Science» - Наука) трех статей. Первая статья была посвящена самому гену муковисцидоза. Группе канадских исследователей под руководством Л. Ч. Тсуи удалось выделить и проклонировать кДНК гена муковисцидоза (СFTR), были определена ее нуклеотидная последовательность, экзон-интронные границы и регуляторные области гена. Вторая статья была посвящена белку, кодируемому геном СFTR и являющимся первичным биохимическим дефектом у больных муковисцидозом. Оказалось, что это белок-регулятор трансмембранной проводимости ионов хлора, локализованный на апикальных мембранах экзокринных желез эпителия и выполняющий функции хлорного канала. В третьей статье был проведен анализ мутаций в гене СFTR. Как только становится известна нуклеотидная последовательность кодирующей области гена, сразу же можно задаться вопросом, а что случилось у больного, чем ген больного человека отличается от нормального гена? Используя нормальную кДНК гене СFTR в качестве зонда удалось выделить и просеквенировать мутантную кДНК из эпителия бронхов одной девочки, больной муковисцидозом. Оказалось, что эта пациентка гомозиготна по специфической мутации - делеции трех нуклеотидов в 10-м экзоне гена, сопровождающейся отсутствием фенилаланина в 508 положении белка – delF508. Частота этой мутации у больных муковисцидозом в Канаде, Северной Америке и Северной Европе достигает 80%. В настоящее время у больных муковисцидозом идентифицировано более 1000 разных мутаций в гене CFTR, главным образом, миссенс-типа. Однако самой распространенной остается delF508. Ее частота у больных муковисцидозом в разных популяциях варьирует от 30% до 80%. В Европе наблюдается определенный градиент распространения этой мутации с севера на юг: в Дании ее частота достигает 85%, в Италии снижается до 50% и в Турции – до 20-30%. В славянских популяциях частота delF508 среди больных муковисцидозом составляет около 50%. К мажорным мутациям относятся миссенс-мутации W1272X (встречается более чем в 30% случаев у больных муковисцидозом, принадлежащих этнической группе евреев ашкенази), G542X, G551D, R117H, R334W и др. Таким образом, в 70-80% случаев молекулярная диагностика мутаций в гене CFTR оказывается успешной. Это позволяет уже в первом триместре беременности проводить пренатальную диагностику муковисцидоза с целью предупреждения повторного рождения больного ребенка в семье высокого риска. В тех случаях, когда не удается провести молекулярную идентификацию мутаций в гене CFTR у больного или у его гетерозиготных родителей, пренатальная диагностика муковисцидоза может проводиться при сроке беременности 17-18 недель по анализу активности в амниотической жидкости ряда ферментов кишечного происхождения – гаммаглютамилтранспептидазы, аминопептидазы и кишечной формы щелочной фосфатазы. Присутствие на этом сроке слизистых пробок в кишечнике плода больного муковисцидозом приводит к снижению содержания этих ферментов в амниотической жидкости беременной женщины. В настоящее время проводятся интенсивные исследования, направленные на выявление связей между типами мутаций в гене CFTR и клиническим полиморфизмом заболевания. Выявлены мутации, ассоциированные с тяжелыми и мягкими формами заболевания. Было установлено, что некоторые мутации, в том числе delF508, нарушают процессинг белка, в результате чего он не достигает апикальной мембраны и хлорный канал не формируется. Этим объясняется тяжелая клиника муковисцидоза при подобных нарушениях. Другие мутации (R117H, R334W, R347P), выявленные при более мягких формах муковисцидоза, не затрагивают процессинг белка, хлорный канал формируется, но работает менее интенсивно. Так, например миссенс-мутация R117H обнаружена у мужчин, страдающих бесплодием в силу закупорки семявыводящих канальцев. При этом клиника муковисцидоза у таких пациентов, как правило, отсутствует или очень стерта. То есть, у носителей мутации R117H вязкость аномального секрета, выделяемого экзокринными железами эпителия, повышена настолько незначительно, что это не приводит к аномальным процессам в легких, поджелудочной железе или в кишечнике, но это повышение достаточно для формирования непроходимости vas deferens. С использованием техники трансгеноза в различных лабораториях США и Великобритании были сконструированы модельные линии мышей с мутациями в гене муковисцидоза, в том числе и такими, которые были идентифицированы у больных. Показано, что различные мутации по- разному влияют на фенотип животных. У мышей некоторых трансгенных линий отмечено преимущественное поражение легких, тогда как в других линиях – поджелудочной железы и кишечника. В одной линии наблюдали гибель большого числа зародышей от причин, сходных с мекониальным илеусом. Таким образом, эти линии представляют собой идеальные модели не только для изучения молекулярных основ патогенеза муковисцидоза, но и испытания различных программ терапии этого тяжелого заболевания. В настоящее время разработаны эффективные методы этиопатогенетического лечения, позволяющие значительно увеличить продолжительность жизни больных муковисцидозом. Лечение больных муковисцидозом показано проводить в специализированных региональных центрах. Общая схема лечения включает применение муколитических средств, антимикробных препаратов, ферментов поджелудочной железы, витаминов, непременно применение кинезо- и физиотерапии. Ведение больных муковисцидозом проводится согласно национальным рекомендациям. 2.6.2. Проксимальная спинальная амиотрофия Вторым по частоте аутосомно-рецессивным заболеванием является спинальная мышечная атрофия (СМА). Основной патогенетический механизм СМА заключается в разрушении моторных клеток передних рогов спинного мозга с последующей денервацией мышц. Частота заболевания 1 на 6-10 тысяч новорожденных. Потеря периферических двигательных нейронов приводит к выраженной гипотонии и слабости мышц. В зависимости от начала и течения заболевания СМА делят на 3 детских и взрослый типы. Все клинические формы СМА обусловлены мутациями в гене выживания мотонейронов – SMN1, локализованном в длинном плече хромосомы 5 в области 5q12.2-q13.3. Белок выживания периферических двигательных нейронов (Smn-белок) участвует в процессинге мРНК. В результате мутаций в гене SMN1 периферические двигательные нейроны теряют способность контролировать переход от преРНК к мРНК и производить белки, необходимые для их выживания и функционирования. Первый детский тип заболевания известен как болезнь Верднига- Гоффмана или острая форма СМА I. Впервые заболевание было описано Г. Верднигом в 1891 году. В некоторых случаях болезнь может проявить себя во внутриутробном периоде недостаточно активным шевелением плода. В этом случае у детей уже при рождении наблюдаются контрактуры суставов, диплегия нижних конечностей и респираторная недостаточность. Некоторые авторы выделяют эту форму заболевания как самостоятельный тип СМА 0. При СМА I болезнь проявляется в первом полугодии жизни ребенка слабостью и гипотонией мышц. Неврологический статус не ограничивается спинальной амиотрофией, а укладывается в понятие «вялый ребенок». Наблюдаются вялые симметричные парезы конечностей, снижающие их физиологическую гипертонию и угнетающие рефлексы новорожденного. Своеобразна поза больного – поза «лягушки». Лежа на спине, больной ребенок не может поднимать и удерживать нижние конечности в верхнем положении. Грудная клетка деформирована и имеет вид «колокола». Глубокие рефлексы – коленные и ахилловы, как правило, отсутствуют. Моторное развитие резко отстает от нормальных темпов. Дети плохо удерживают голову, не переворачиваются со спины на живот, не садятся и не встают на ноги. Течение болезни неуклонно прогрессирующее. Продолжительность жизни больных невелика. Обычно они погибают в первый год жизни от дыхательной недостаточности на фоне рецидивирующих пневмоний и ателектазов. Второй детский тип СМА II – хронический или промежуточный – был выделен как самостоятельная нозологическая форма Дубовицем. Первые признаки болезни появляются в 6-12 месяцев после рождения. Сначала парезы развиваются в проксимальных отделах нижних конечностей, а затем в процесс вовлекаются верхние конечности, мускулатура шеи и туловища. На первый план выступают мышечная слабость и гипотония. Ребенок утрачивает те движения, которыми он овладел ранее. В тех случаях, когда ходьба возможна, походка раскачивающаяся, с опорой на внутренние поверхности стоп. В дальнейшем развиваются типичные Х-образные искривления нижних конечностей, деформации грудной клетки и позвоночника по типу кифосколиоза. Часто наблюдается тремор верхних конечностей, особенно пальцев, усиливающийся при активных движениях. В этом периоде болезни опора на ноги отсутствует, дети не способны ходить. Мышечные атрофии охватывают мускулатуру нижних и верхних конечностей, грудной клетки и живота. Утрачиваются все глубокие рефлексы. Функциональная недостаточность дыхательной мускулатуры, способствует развитию пневмоний, которые ребенок переносит на протяжении всей жизни. Любая интеркуррентная инфекция утяжеляет течение болезни и может приводить к летальному исходу. Продолжительность жизни больных может достигать 25 лет и более. Третий более мягкий детский тип СМА III известен как болезнь Кугельберга-Веландер по имени двух докторов, описавших эту форму в 1956 году. Начальные проявления мышечной слабости отмечаются на втором году жизни или даже несколько позднее. При физической нагрузке обнаруживаются периферические парезы нижних конечностей. Изменяется походка больного ребенка в сторону, типичную для СМА II. Утрачивается способность бегать и прыгать. Опора при ходьбе осуществляется на выпрямленные в коленных суставах конечности. При сгибании ног и даже легком приседании ребенок падает, при вставании – использует вспомогательные движения. К особенностям телосложения относятся широкое межлопаточное пространство, которое дополняется крыловидными лопатками, лордоз, уплощение грудной клетки в передне-заднем направлении, плосковальгусная деформация стоп. Контрактуры в конечностях появляются только на поздних стадиях заболевания, когда самостоятельное передвижение больных становится невозможным. Заболеванию сопутствуют частые респираторные инфекции. Взрослая форма СМА IV обычно дебютирует после 30 лет мышечной слабостью и тремором. В дальнейшем болезнь медленно прогрессирует по типу СМА III. Подтверждением диагноза при всех формах СМА служат показатели электрофизиологического и морфологического исследования мышц, возможна ДНК-диагностика. Область локализации гена SMN1 отличается нестабильностью и наличием большого числа повторов и псевдогенов. В частности, в непосредственной близости от гена SMN1 был идентифицирован его гомолог, получивший название SMN2. У разных индивидуумов ген SMN2 может присутствовать в различном числе копий, варьирующем от 0 до 5 на диплоидный геном. Ген SMN2 отличается от гена SMN1 всего восьмью нуклеотидными заменами. Ни одна из них не приводит к замене какой-либо аминокислоты в Smn-белке, однако эти мутации нарушают процесс сплайсинга и приводят к ошибочному вырезанию экзона 7. Таким образом, хотя характер экспрессии двух гомологичных генов SMN1 и SMN2 в специализированных тканях организма одинаков, но их продукты различаются. Белок, кодируемый геном SMN2, оказывается короче и менее стабильным по сравнению с полноразмерной формой, кодируемой геном SMN1. Необходимо подчеркнуть, что небольшое количество полноразмерного Smn-белка все же образуется при экспрессии гена SMN2. От 95% до 98% больных с любыми типами СМА имеют гомозиготные делеции различной протяженности, затрагивающие экзоны 7 и 8 гена SMN1. Остальные 2-5% несут подобные делеции в гетерозиготном состоянии, но при этом в гомологичной копии гена SMN1 у них имеются небольшие инактивирующие мутации. Таким образом, именно ген SMN1 ответственен за развитие СМА. Однако присутствие у больных СМА трех и более дополнительных копий гена SMN2 достоверно коррелирует с более мягким течением заболевания. Более того, присутствие 5 копий гена SMN2 способно практически полностью компенсировать отсутствие гена SMN1 Иммунологические исследования показали, что по сравнению с нормой доля полноразмерного Smn-белка у больных СМА I составляет 9%, у больных СМА II – 14%, у больных СМА III – около 18% и у клинически здоровых гетерозиготных носителей делеции гена SMN1 – 45%-55%. Предполагается, что уже 23% полноразмерного Smn-белка достаточно для выживания и сохранения оптимальных функций периферических двигательных нейронов. Одна из главных стратегий лечения СМА, основанная на молекулярных основах этиологии и патогенеза заболевания, направлена на повышение активности гена SMN2 и исправление ошибки сплайсинга, в результате которой вырезается экзон 7. Более 2000 препаратов были исследованы с этой целью, и в ряде работ, выполненных, главным образом, на культурах клеток, получены убедительные результаты, доказывающие возможность экспериментального повышения транскрипционной активности гена SMN2 и увеличения продукции полноразмерного Smn-белка. В первых подобных исследованиях было показано, что при обработке культуры фибробластов больных СМА терапевтическими дозами вальпроевой кислоты количество полноразмерного продукта гена SMN2 увеличивается в 2-4 раза, причем это увеличение происходит и на уровне мРНК. Одновременно возрастает уровень экспрессии некоторых других белков серин-аргининового семейства. Под действием вальпроевой кислоты происходит активация транскрипции гена SMN2 в гиппокампе мозга крыс. Авторы предполагают, что этот препарат может быть перспективен для лечения СМА и ряда других наследственных заболеваний, в этиологии которых ведущая роль принадлежит дефектам альтернативного сплайсинга. Первые результаты применения вальпроевой кислоты для лечения больных СМА, полученные в нашей стране доктором В. Г. Вахарловским, внушают определенный оптимизм. |