Биологические и патофизиологические подходы к генетической этиологии широко распространенных заболеваний

Анализ гетерогенности. Идентификация моногенных форм. Часто возникает необходимость обосновать с помощью соответствующих клинических, лабораторных и генетических методов выделение в пределах мультифакториальных заболеваний редких вариантов как самостоятельных форм патологии с четким менделевским наследованием. Вполне успешно это было осуществлено в отношении, например, Х-сцепленной недостаточности гипоксантин-фосфорибозил—трансферазы (HPRT) при подагре [737] и семейной гиперхолестеринемии при ишемической болезни сердца [686].

Клиническая популяционная генетика. В пределах гетерогенных заболеваний, таких, как умственная отсталость [835], глухота [669], слепота [670] и ишемическая болезнь сердца [686], на основе клинических, лабораторных и семейных исследований репрезентативных выборок пробандов можно отделить семейные случаи от спорадических. С другой стороны, статистический и биохимический анализ спорадических случаев позволяет идентифицировать определенные варианты с аутосомнорецессивным наследованием. В пределах семейных форм также можно выявить генетическую гетерогенность, обусловленную как разными вариантами простого моногенного наследования в одних случаях, так и клиническими формами с мультифакториальным наследованием в других. Такие семейные исследования больших групп больных наиболее информативны, конечно, если они используют одновременно самые современные лабораторные методики.

Поиск биологической гетерогенности. Генетики должны быть осведомлены о достижениях биомедицинских исследований тех заболеваний, которыми они интересуются. Весьма желательно включение в генетические исследования новейших биохимических и молекулярных методов. Равным образом тем, кто интересуется патофизиологией и биохимией конкретного заболевания, часто может помочь генетически ориентированное исследование данной патологии.

Полиморфизм и болезнь. Некоторые высокополиморфные гены человека могут быть частью генетической компоненты дифференциальной подверженности заболеванию. В качестве примера можно привести зависимый от малярии полиморфизм HbS, Р-талассемию, недостаточность глюкозо6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), а также антиген Даффи [1952]. Ассоциации аллелей HLA-системы с некоторыми заболеваниями часто представляют особый интерес и могут быть связаны с различиями в иммунном ответе на собственные антигены [48]. С патофизиологической точки зрения ассоциации различных заболеваний с группами крови АВО менее ясны [211]. Наиболее успешным подходом к использованию полиморфных маркерных генов будет тот, который ориентируется на маркеры, патофизиологически связанные с заболеванием. Случайные генетические маркеры, исследуемые при случайно выбранных заболеваниях, вряд ли приведут к получению значимых результатов.

Гетерозиготы по редким патологическим мутациям могут быть особенно предрасположены к проявлению функционально родственных мультифакториальных заболеваний. Даже в случае редкой аутосомно-рецессивной патологии в популяции имеется много гетерозигот (табл. 3.6). Такие гетерозиготы могут обладать высоким риском проявления того или иного мультифакториального заболевания, патофизиологически связанного с данным фер-

300 3. Формальная генетика человека

 

ментативным дефектом [1340]. В качестве примера приведем гетерозигот с редкой аутосомно-рецессивной метгемоглобинемией: у них этот признак не проявляется, пока они не принимают лекарства, индуцирующие образование метгемоглобина. Гомозиготы по нормальному аллелю синтезируют метгемоглобин-редуктазу в количестве, достаточном для снижения уровня метгемоглобина, индуцированного лекарством. В то же время гетерозиготы синтезируют этот фермент в достаточном количестве (50% от нормы) только при обычных условиях, но когда содержание метгемоглобина повышается под действием лекарственной терапии, фермента явно не хватает.

Другими примерами высокой подверженности гетерозигот патологии служат повышенная частота рака среди гетерозигот с атаксией-телеангиэктазией и синдромом Блума (разд. 5.1.6) и повышенная частота гетерозигот по недостаточности α₁-антитрипсина среди больных хронической эмфиземой легких [749] (разд. 3.7.4).

3.8.14.2. Генетика ишемической болезни сердца (ИБС) [847; 827; 570]

Частота ишемической болезни сердца весьма варьирует в разных частях света. Самая высокая частота этого признака характерна для «западных» стран [580]. В экономически слаборазвитых популяциях частота этого заболевания очень низкая. В США на протяжении многих лет смертность от ИБС увеличивалась, однако в последние 15 лет – существенно снизилась. Это свидетельствует о сильном влиянии средовых факторов [763]. Важную роль среды обнаруживает также возрастающий уровень ИБС среди мигрантов из стран с низкой частотой (например, из Японии) при их переезде в регионы с высокой частотой (например, в США) [730].

Генетически ориентированные исследования атеросклероза имеют своей целью: а) выявить генетические различия между индивидами, предрасположенными к атеросклерозу; б) отделить генетические детерминанты от средовых и в) идентифицировать группы с высоким риском развития атеросклероза для проведения в них профилактических мероприятий. С развитием исследований, использующих соответствующие генетические и другие «маркеры», оказалось возможным идентифицировать все большее число лиц, генетическая конституция которых делает их более восприимчивыми к определенным средовым факторам (включая диету), способствующим развитию коронарного атеросклероза. Данные близнецовых исследований показали, что конкордантность по ИБС значительно выше среди МЗ близнецов, чем среди ДЗ [2297]. Однако такие исследования сталкиваются с недостаточной надежностью клинического диагноза заболевания. Идеальное близнецовое исследование ИБС должно быть основано на данных ангиографии (или какой-то неинвазивной методики контрастирования коронарных сосудов), более надежно оценивающей степень развития коронарного атеросклероза.

Относительно данных о семейном накоплении при коронарном атеросклерозе практически нет разных мнений. Частота ИБС примерно в 2-6 раз выше в семьях больных по сравнению с контрольными семьями (литературу по этому вопросу можно найти в [570; 650; 701; 858; 902]). Заслуживают внимания следующие факты, касающиеся характера семейного накопления повторных случаев ИБС.

1. Семейное накопление выражено сильнее в семьях более молодых пробандов с ИБС, т. е. при ранней ишемической болезни сердца.

2. Хотя у женщин частота ИБС ниже, чем у мужчин, для пораженных женщин характерно более выраженное семейное накопление, чем для мужчин, т. е. реже поражаемый пол имеет больший генетический «груз» (разд. 3.6.2).

3. Как свидетельствуют последние работы, семейный анамнез ранней ИБС (с началом до 55 лет) оказывается наиболее важным фактором риска для ИБС, т. е. более значимым, чем все другие факторы риска (см. ниже [830]).

4. Гиперлипидемия, гипертония и диабет, сами в большой степени наследственно обусловленные, также являются факторами

3. Формальная генетика человека 301

риска для ИБС. Однако данные многих разных исследований свидетельствуют о том, что в целом семейное накопление при ИБС нельзя объяснить только этими тремя хорошо известными генетическими факторами риска [650, 830, 909]. Имеются дополнительные семейные факторы, которые вносят свой вклад в семейное накопление.

5. Семейное накопление признака не обязательно подразумевает его генетическую детерминацию. Обычно члены одной семьи живут в сходной среде, которая может содержать агенты, провоцирующие проявление ИБС у восприимчивых и предрасположенных членов семьи. Представляет интерес, что в отношении факторов риска для ИБС доказана ассортативность браков: в семьях супругов обнаруживается та же частота случаев ИБС, что и в семьях пробандов; супруги пробандов также страдают ИБС чаще, чем случайные индивиды в контрольной популяции [908]. Ассортативность брака проявляется в предпочтительной принадлежности обоих супругов к одному социальному слою, в одинаковости стиля жизни, традиций питания, курения и т.д. Следовательно, весьма вероятно, что существенная часть семейного накопления опосредована общесемейными средовыми факторами. Кроме того, могут иметь место сложные генотип-средовые взаимодействия.

6. Независимо от конкретной природы различных факторов риска – генетических или средовых, вовлеченных в подверженность при ИБС, семейный анамнез ранних форм ИБС позволяет идентифицировать индивидов и семьи с высоким риском с целью проведения мероприятий по предупреждению ишемической болезни сердца.

Факторы риска. Для идентификации ряда факторов риска коронарного (и цереброваскулярного) атеросклероза было проведено обширное эпидемиологическое исследование. Особенно важными факторами риска являются возраст, мужской пол, гипертония, гиперхолестеринемия, низкие уровни липопротеинов высокой плотности (HDL-high density lipoprotein) и диабет [903].

Другими факторами риска, вовлеченными в общую систему подверженности ИБС, являются гипертриглицеридемия, высокие уровни аполипопротеина В, низкие уровни аполипопротеина А-1, малоподвижный образ жизни, ожирение и определенные личностные особенности. Предполагают, что некоторые врожденные особенности строения сосудов и эластичных мышечных клеток в сосудистой стенке вносят свой вклад в подверженность ИБС [903].

Эти данные указывают на мультифакториальный характер этиологии ишемической болезни сердца. Изучая характер и степень генетической детерминации тех или иных факторов риска, среди них можно выявить собственно генетические факторы заболевания.

Гиперлипидемии (см. табл. 3.37). Современные данные говорят о том, что гиперхолестеринемия и низкий уровень липопротеинов высокой плотности (HDL) представляют собой очень важные факторы риска [723]. Гипертриглицеридемию обычно не рассматривают как независимый фактор [718]. Среди наследственных гиперлипидемий следует дифференцировать несколько форм.

Семейная гиперхолестеринемия [671, 685, 875]. Наиболее хорошо изученным заболеванием является аутосомно-доминантная семейная гиперхолестеринемия (разд. 4.6) с частотой гетерозигот (в США) примерно 1/500 (см. разд. 5.2.1.5). Для гетерозигот характерно повышение уровня как общего холестерина, так и холестерина липопротеинов низкой плотности (LDL low density lipoprotein). Среди пораженных мужчин 50% проявляют ИБС в возрасте до 50 лет. Клинические симптомы ИБС у женщин обнаруживаются на 10-15 лет позже. Другие факторы риска, такие, как гипертония, курение, низкий уровень HDL, взаимодействуют с геном семейной гиперхолестеринемии и провоцируют более раннее проявление симптомов атеросклеротического процесса. Гомозиготы встречаются крайне редко. В этом случае ИБС можно обнаружить уже до 20 или 30 лет жизни. Семейная гиперхолестеринемия распрост-

302 3. Формальная генетика человека

 

Таблица 3.37.Широко распространенные гиперлипидемии, ассоциирующиеся с ишемической болезнью сердца
Название	Частота	Физиологическое нарушение	Дефект	Генетика	Частота инфарктов миокарда
					прожившие менее 60 лет	средний возраст 1)
Семейная гиперхолестеринемия	1/500	Сниженное расщепление LDL	Аномальный рецептор LDL	Аутосомнодоминантный	3-6%	46 лет
Полигенная гиперхолестеринемия	5%			«Полигенный»	Возрастает	58 лет
Семейная комбинированная гиперлипидемия	0,3-1%	Повышенный синтез аро В		Аутосомнодоминантный	11 -20%	52 года
Семейная гипертриглицеридемия	1%	Повышенный синтез VLDL		Аутосомнодоминантный	4-5%	57 лет
Гиперлипидемия (болезнь потери ремнантов)	1/10000	Сниженный катаболизм ремнантов	Аномальное связывание и дополнительные факторы	Гомозиготы по Аро Е2	1-2%	50-60 лет
LDL-липопротеины низкой плотности, VLDL-липопротеины очень низкой плотности. 1) средний возраст больных мужского пола с инфарктом миокарда.

 

ранена во многих странах и популяциях. Лабораторная диагностика заболевания трудна, поскольку общедоступный тест для постановки окончательного диагноза пока отсутствует. Специальные тесты на состояние функции рецепторов могут быть выполнены лишь на базе исследовательской лаборатории (разд. 5.2.1.5).

Семейную гиперхолестеринемию следует отличать на основе клинических, лабораторных и генетических критериев от различных других гиперхолестеринемий, связанных с иными приобретенными или генетическими нарушениями. Примерно 1 из 25 индивидов с высоким уровнем холестерина - носитель гена семейной гиперхолестеринемии. При этом около 3-8% больных мужчин в возрасте 60 лет и моложе с инфарктом миокарда являются гетерозиготами по гену семейной гиперхолестеринемии (табл. 3.37). При снижении возраста, в котором происходит первый инфаркт миокарда, частота гетерозигот в такой группе больных мужчин увеличивается.

Изоаллели для LDL рецепторов? Изучение семейной гиперхолестеринемии имеет прикладное значение с точки зрения контроля за уровнем холестерина. Весьма вероятно, что существуют аллели, каждый из которых определяет тот или иной тип LDL-рецепторов с разным аффинитетом к LDL [771; 933]. Вследствие этого носители аллелей с низкой способностью к LDLсвязыванию будут иметь более высокий уровень LDL-холестерина, чем носители рецепторов, которые связывают больше LDL-холестерина. Предполагается, что содержание LDL-холестерина у жителей западных стран превышает уровень насыщения, присущий рецепторам с низкой способностью к связыванию, что как раз и вызывает атеросклероз [684]. Такая система изоаллелей может по крайней мере частично объяснить нормальный диапазон

3. Формальная генетика человека 303

 

уровней холестерина и наблюдаемые корреляции сибс—сибс и родитель—ребенок (но не супруг—супруг) по уровню холестерина [727]. Подобная изоаллельная изменчивость может лежать и в основе полигенной гиперхолестеринемии.

Семейная комбинированная гиперлипидемия. Исследования пробандов с гиперлипидемиями привели к выделению ряда самостоятельных семейных форм, при которых обнаруживается либо повышение уровней как холестерина, так и триглицеридов (тип II b), либо повышение уровня только холестерина (тип II) или только триглицеридов (тип IV). Эти нарушения называют иногда «множественной липопротеиновой гиперлипидемией» (семейная комбинированная гиперлипидемия), которая, вероятно, широко распространена в общей популяции (частота 1/100-1/300) [583]. Оказалось, что этот признак сегрегирует как менделевский, но в субпопуляции индивидов до 30 лет обнаруживает неполную пенетрантность, в силу чего его выявление требует обширных семейных исследований. Описано несколько больших родословных с этим признаком. Недавно было высказано предположение, что повышение уровня аполипопротеина В является более подходящим маркером, чем другие характеристики липидов. Применение этого маркера позволит проще и точнее диагностировать семейную комбинированную гиперлипидемию [712]. Повышенное содержание аполипопротеина В выявляется примерно у 10% больных с инфарктом миокарда в возрасте до 60 лет. При исследовании семей пробандов с этой формой гиперлипидемии, но без инфаркта миокарда обнаружена поразительно высокая частота ранних случаев ИБС среди родственников [594].

Семейная гипертриглицеридемия. Некоторые авторы предположили существование достаточно распространенного аутосомнодоминантного признака, связанного с высоким уровнем только триглицеридов. У детей его не обнаружили. Можно, однако, оспаривать связь данного признака с ИБС. Его изучение сталкивается с трудностями, обусловленными большой изменчивостью уровня триглицеридов, на содержание которых влияют многие факторы, включая пищевой рацион и алкоголь. Многие исследователи сомневаются в том, что изолированная гипертриглицеридемия любого типа может быть фактором риска для ишемической болезни сердца [718]. Для обсуждаемого варианта аутосомно-доминантной гипертриглицеридемии какойлибо первичный дефект пока не выявлен.

Дисбеталипопротеинемия типа III. Дисбеталипопротеинемия этого типа бывает только у гомозигот по соответствующему аллелю аполипопротеина Е₂ (генотип Е₂/Е₂), который обнаруживается примерно у 1% лиц европейских популяций. Для проявления этого заболевания необходимы дополнительные факторы, повышающие уровень липидов, например семейная комбинированная гиперлипидемия или различные вторичные формы гиперлипопротеинемии. Следовательно, это заболевание - результат взаимодействия двух генетических аномалий или генетических и приобретенных нарушений. Хотя частота лежащего в основе признака генетического полиморфизма довольно высокая (1%), само заболевание редкое (1/10000).

Ассоциации ишемической болезни сердца с генетическими маркерами [570, 801]

Белковые маркеры. Полиморфные генетические системы, биохимически и патофизиологически связанные с болезнью, служат «генетическим фоном», который повышает вероятность для определенных индивидов оказаться пораженными. Анализ таких полиморфизмов может привести к идентификации группы маркеров, которые вносят существенный вклад в подверженность заболеванию. При коронарном атеросклерозе исследовали много разных маркеров. Вклад большинства из них в этиологию невелик. У индивидов с группой крови А с большей вероятностью может образоваться в сердце тромб; более высок у них и уровень холестерина. Минорные эффекты повышения уровня холестерина связаны с несекреторным геном, генами гаптоглобина 2 и От^а-генами. Генетический

304 3. Формальная генетика человека

 

вариант липопротеина Lpa⁺ (родственного, но отличного от LDL-липопротеина) обнаруживается с более высокой частотой (в 2-3 раза) среди больных ИБС в скандинавских странах. Лица с Lpa ⁺ , так же как и лица с β-липопротеиновым вариантом AgX^–, имеют более высокий уровень холестерина. У индивидов с AgX⁺ содержание холестерина ниже.

Генетический полиморфизм, затрагивающий аполипопротеин (локус Е расположен в хромосоме 19), оказывает существенное влияние на уровни липидов [874]. Гомозиготы Е₂/Е₂ и частично Е₂-гетерозиготы имеют более низкий уровень холестерина, чем индивиды с другими генотипами. Влияние соответствующих аллелей на частоту гиперлипидемии и ИБС еще не вполне очевидно [916; 786; 2372]; убедительные различия не выявлены, а интерпретация данных затруднена, поскольку генотип Е₂/Е₂ ассоциирует с гиперлипопротеинемией типа III (или болезнью утраты ремнантов), которая представлена в группе больных с ИБС с высокой частотой.

ДНК-маркеры [560; 953]. Интенсивные исследования по молекулярной генетике аполипопротеинов и ферментов, вовлеченных в метаболизм липидов, привели к созданию ДНК-зондов для многих из этих генов. Зонды используются с разными целями. Сцепленный с локусом LDL-рецептора полиморфизм по длине рестрикционных фрагментов [719] оказывается полезным для доклинической диагностики в тех семьях, в которых данные о повышении холестерина остаются не совсем ясными для интерпретации, но имеется по крайней мере один надежно диагностированный больной. Таким способом можно продемонстрировать и изоаллельную изменчивость LDL-рецептора (см. выше). Прямые диагностические зонды для дефектных генов LDL-рецепторов пока еще отсутствуют, и их создание представляет собой проблему (4.6.4).

Различные аполипопротеиновые зонды используют для изучения популяций больных гиперлипидемией и ИБС [916, 917]. Полиморфизм ДНК, связанный с AI—CIII-локусом (хромосома 11), чаще обнаруживается при неслецифицированных триглицеридемиях [851] и у переживших инфаркт миокарда [660]. Вот почему предполагают, что один из вариантов кластера аполипопротеиновых генов (A₁CIII), тесно сцепленный с этим ДНК-маркером, способствует проявлению гиперлипидемии и ИБС. Описана вставка в пределах локуса AI—CIII, которая в гомозиготном состоянии обусловливает тяжелую форму ИБС вследствие значительного снижения уровня HDL [891]. С другой стороны, был обнаружен ДНК-маркер, который сегрегирует совместно с геном аполипопротеина АII (в хромосоме 1) [864]. Поскольку уровень аполипопротеина АII связан с реакцией HDL на диету, то с помощью данного маркера можно идентифицировать индивидов, резистентных к атеросклерозу. Недавно был клонирован ген аполипопротеина В [626], что позволит осуществить в дальнейшем множество исследований по генетике этого важного липопротеина. Ожидается, что будет выяснена природа некоторых «полигенных» гиперлипидемий, возникающих за счет полиморфизма различных генов аполипопротеинов, ферментов и рецепторов, а также благодаря взаимодействию этих генов.

Исследования, которые заключаются в сравнении частоты полиморфизма длины рестрикционных фрагментов у больных и в контроле, следует интерпретировать осторожно, в особенности если большие различия не обнаружены. Важно помнить, что доказать этническую идентичность контрольной популяции довольно трудно, а малые различия в генных частотах, обусловленные как разным происхождением генов, так и случайными флуктуациями, могут приводить к самым неожиданным результатам.

Уровни липопротеинов высокой плотности (HDL) [653]. Низкий уровень HDL плазмы рассматривается как фактор повышенного риска для ишемической болезни сердца на популяционном уровне. Аутосомно-доминантный тип наследования низкого уровня HDL был обнаружен в большой родословной с ИБС. С другой стороны, описаны

3. Формальная генетика человека 305

 

родословные с высоким уровнем HDL и необычно большой продолжительностью жизни. Пока неизвестно, обусловлен ли этот фенотип одним геном или мультифакториальной системой [724]. На основании ряда близнецовых и семейных исследований можно сделать вывод, что уровень HDL генетически детерминирован, однако в какой степени - остается неясным.

Генетические факторы, отличные от липидов. Факт семейного накопления при ишемической болезни сердца без повышения уровня липидов предполагает наличие генетических и средовых факторов, которые не влияют на их содержание. Чтобы обнаружить такие факторы, необходима очень большая работа. Реакция кровеносных сосудов на атерогенные стимулы и выявление генов, вовлеченных в детерминацию гипертонии (как фактора риска для ИБС),-вот лишь немногие возможные области дальнейших исследований.

Приложения. Можно ли предупредить ранние формы ишемической болезни сердца? Факт снижения смертности от этих заболеваний за последние 15 лет в США означает, что на их проявление влияют различные изменения среды. Следовательно, необходимо обратить особое внимание на разработку методов идентификации групп высокого риска.

Гипертония является важным фактором риска как для ИБС, так и для цереброваскулярных нарушений. Поскольку этот признак легко регистрируется, целесообразно проводить популяционный скрининг. Гипертония - семейное заболевание, поэтому выявление гипертоников обязательно должно сопровождаться обследованием родственников первой степени родства [596].

Сплошной популяционный скрининг на гиперлипидемию по показателям уровней холестерина и триглицеридов в настоящее время вряд ли оправдан. Действительно, если в качестве границ выбирать верхний 5%-ный уровень триглицеридов или холестерина, то будет идентифицировано огромное количество гиперлипидемиков. Однако точный порог для выявления определенной группы риска (например, по ИБС) неизвестен, поскольку повышение риска происходит плавно. (Правда, в медицинской генетике уже имеются прецеденты использования произвольного порога, например, в случае амниоцентеза у беременных женщин старше 35 лет с целью выявления трисомии по 21 хромосоме.) Можно также измерять уровни HDL и разработать алгоритм идентификации и терапевтического контроля для группы лиц с высоким риском проявления атеросклероза. Однако длительное лекарственное вмешательство вновь поднимает вопрос об отдаленных последствиях. Для разработки различных профилактических мероприятий необходимы широкомасштабные долговременные исследования.

В Финляндии [845] и Станфорде (Калифорния) [658] с помощью средств массовой информации (газеты, телевидение, радио) пропагандируются прекращение курения, разумная диета, гимнастика и мониторинг кровяного давления. Такие мероприятия адресованы всей популяции, но их трудно проводить в течение длительного времени.

Возможен целевой скрининг [575] индивидов с семейным анамнезом ишемической болезни сердца. Например, школьникам можно раздать анкеты с вопросами к их родителям относительно наличия в семье случаев ИБС с целью идентификации семей с высоким риском. Такой подход правомерен, однако при его использовании встает проблема конфиденциальности медицинской информации.

Целевой скрининг, основанный на клиническом диагнозе ранней ишемической болезни сердца, уже осуществим и настоятельно рекомендуется [829]. Такой скрининг означает исследование родственников пробандов с ИБС на липиды и гипертонию. Этот «ретроспективный», относительно простой тип скрининга и регистрации больных можно проводить постоянно, предварительно обучив этому врачей. Поскольку многие пробанды-больные будут выявляться в больницах, медицинскому персоналу следует прививать представление о желательности подобных начинаний.

Цель хорошо организованного общест-

306 3. Формальная генетика человека

 

венного здравоохранения должна заключаться в координации биохимической и генетической диагностики с популяционными исследованиями. По мере накопления конкретных знаний должны разрабатываться различные профилактические мероприятия.

Иногда может оказаться оправданным «лечение» каждого независимо от диапазона варьирования генетической восприимчивости, как это было в случае обработки воды фтором для предупреждения кариеса или при вакцинации против различных инфекционных заболеваний. Однако по мере усложнения профилактических мероприятий становится целесообразным использовать те подходы, которые акцентируют внимание на малых субпопуляциях с высоким генетическим риском.