CC BY
872
8_BLOK_coll.qxd 19.08.2008 18:12 Page 31 ^ э—
Генетика в педиатрии
А.Ю. Асанов, Л.С. Намазова, В.Г. Пинелис, Н.В. Журкова, Н.И. Вознесенская
Научный центр здоровья детей РАМН, Москва
Генетические основы бронхиальной астмы
ПРИВЕДЕН ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ОСНОВ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ. ПРЕДСТАВЛЕНА ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМАХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ, РОЛИ ПОЛИМОРФИЗМОВ ГЕНОВ ИНТЕРЛЕЙКИНОВ И ИХ РЕЦЕПТОРОВ, РЕЦЕПТОРОВ ^Е, р-АДРЕНОРЕ-ЦЕПТОРОВ, ФЕРМЕНТОВ ЦИСТЕИНИЛ-ЛЕЙКОТРИЕНОВОГО ПУТИ В ПАТОГЕНЕЗЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, А ТАКЖЕ ОБ ИХ ВЛИЯНИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ТЕРАПИИ.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: БРОНХИАЛЬНАЯ АСТМА, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬ, ФАРМАКОГЕНЕТИКА.
Контактная информация:
Асанов Алий Юрьевич, доктор медицинских наук, профессор кафедры медицинской генетики ММА им. И.М. Сеченова, главный научный сотрудник Научного центра здоровья детей РАМН
Адрес: 119992, Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2, тел. (495) 248-05-53 Статья поступила 22.01.2008 г., принята к печати 24.07.2008 г.
Бронхиальная астма (БА) — хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, сопровождающееся обструкцией бронхов и их гиперреактивностью. Заболевание проявляется эпизодами затруднения дыхания, хрипов, кашля, приступами удушья. БА — одна из наиболее распространенных патологий, для которой характерен наибольший темп роста заболеваемости, особенно в экономически развитых странах [10, 109]. В мире БА страдают более 300 млн человек. В некоторых странах эта болезнь является главной причиной инвалидизации и смертности населения, опережающей онкологические и сердечно-сосудистые заболевания [10]. Распространенность БА среди населения может достигать 35%, принимая характер эпидемии [15, 109]. По данным Министерства здравоохранения и социального развития РФ, БА болеют приблизительно 10 млн человек, при этом доля детского контингента составляет более 20% [1]. Эти факты свидетельствуют, что в настоящее время БА является глобальной медико-социальной проблемой, что обусловливает необходимость ее всестороннего изучения.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА РОЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ В РАЗВИТИИ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ
Предположения о возможной роли наследственных факторов в возникновении БА были высказаны еще в начале XX века в результате наблюдения за семейными случаями заболевания и накопления аллергических заболеваний (аллергический ринит, экзема) среди родственников больных [98]. Так, по данным П.К. Булатова и Г.Б. Федосеева, наследственная предрасположенность к БА выявлена у 46,3% пробандов [3]. В последующие годы в серии работ было показано, что частота БА у родственников пробандов значительно выше средних популяционных частот [13, 52, 99]. В одном из исследований было изучено наследование заболеваний у 3980 родственников 72 больных БА и 2680 родственников 60 пациентов с другой патологией [97]. Оказалось, что частота БА у родственников больных в 4,5 раза превышает частоту заболевания в контрольной группе. Большой фактический материал позволил авторам высказать предположение, что в 33,3% случаев тип наследования БА был
31
A.Yu. Asanov, L.S. Namazova, V.G. Pinelis,
N.V. Zhurkova, N.I. Voznesenskaya
Scientific Center of Children's Health, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Genetic foundations of the bronchial asthma
THE ARTICLE OVERVIEWS THE RESULTS OF THE STUDIES OF THE GENETIC FOUNDATIONS OF PREDISPOSITION TO THE BRONCHIAL ASTHMA. THE AUTHORS PROVIDE DETAILED INFORMATION ON THE MOLECULAR AND
GENETIC MECHANISMS OF THE BRONCHIAL ASTHMA, ROLES PERFORMED BY THE POLYMORPHISMS OF THE INTERLEUKIN GENES AND THEIR RECEPTORS, IgE RECEPTORS, ^-ADRENERGIC RECEPTORS, CYS-LT ENZYMES IN THE PATHOGENESIS OF THIS DISEASE, AS WELL AS THEIR IMPACT ON THE EFFECTIVENESS OF THE DRUG THERAPY.
KEY WORDS: BRONCHIAL ASTHMA, GENETIC PREDISPOSITION, PHARMACOGENETICS.
О.
н
(П
и
V
(О
Щ
X
аутосомно-рецессивным, в 11,1% — аутосомно-доминант-ным, в 43,1% — аутосомно-доминантным с неполной пе-нетрантностью, в 18,5% — мультифакториальным. Значение наследственных факторов в происхождении БА было продемонстрировано в серии работ по оценке повторного риска заболевания в отягощенных семьях. Так, по данным Л.Г. Чучалина, если один их родителей страдает БА, вероятность развития заболевания у ребенка составляет 20-30%, а если больны оба родителя — 75% [16]. В целом считают, что риск возникновения БА у ребенка, родители которого имеют признаки атопии, в 2-3 раза выше, чем в случае, когда проявления атопии у родителей отсутствуют.
При сравнении частоты БА среди потомков здоровых людей и лиц с БА установлено, что риск развития заболевания в 2,6 раза выше, если БА страдает мать ребенка, в 2,5 раза выше, если болеет отец, и в 6,7 раза выше, если болеют оба родителя [51]. Следует подчеркнуть, что риск развития БА у ребенка в случае, когда болеют оба родителя, значительно превышает таковой при наличии заболевания у одного из них; причем, что особенно важно, он не является простой суммой рисков, полученных от каждого из родителей. Эти результаты, вероятно, отражают аддитивное взаимодействие многих генов, обусловливающих предрасположенность к развитию БА. В ряде исследований показано, что при манифестации БА в раннем возрасте она протекает более тяжело и быстрее приводит к необратимым изменениям в легких; риск развития заболевания у последующих детей существенно возрастает; кроме того, наследственная отягощенность в этих семьях проявляется большим количеством лиц с суб-клиническими проявлениями болезни [12].
Таким образом, многие исследования установили важность семейных (в том числе и наследственных) факторов в развитии БА. Вместе с тем этих результатов было недостаточно для подтверждения ведущей роли наследственности в развитии болезни, поскольку они могли отражать общность внешних факторов, провоцирующих заболевание (одинаковые экологические условия проживания и микроклимат в жилище, воздействие сходных антропо-техногенных факторов, сходство пищевого рациона и т.д.). В соответствии с этим для установления вклада генетических и средовых компонентов в этиологию и патогенез БА были предприняты семейно-популяционные и близнецовые исследования.
В семейных исследованиях наиболее часто используют три методических подхода.
♦ Оценка относительного семейного риска, определяемого как отношение распространенности заболевания в отягощенной части популяции (например, среди родственников пробандов) к распространенности в общей популяции.
♦ Оценка наследуемости заболевания, определяемой как часть общей фенотипической изменчивости, которая обусловлена генетическими различиями.
♦ Определение типа наследования, позволяющее выбрать модель генетического контроля развития заболевания, наиболее адекватную наблюдаемым сегрегационным частотам.
Количественную оценку вклада генетических факторов (коэффициент наследуемости)* можно получить с помощью близнецового метода, при котором подсчитывают
конкордантность по заболеванию у монозиготных и дизи-готных близнецов (то есть частоту развития БА у обоих близнецов из анализируемой пары).
В одном из первых близнецовых исследований, включавшем более 7000 близнецовых пар, конкордантность по БА у монозиготных близнецов составила 19% по сравнению с 4,8% среди дизиготных [32]. Наследуемость (доля общего сходства между индивидами, обусловленная генетически) составила для БА приблизительно 15%. В последующих исследованиях, проведенных на больших выборках в ряде стран, конкордантность БА у монозиготных близнецов в 1,5-2 раза превышала таковую у дизиготных, а показатель наследуемости составлял от 36 до 75% [31, 39, 45, 52, 61, 64, 82, 100].
Высокая фенотипическая вариабельность клинической картины БА указывает на существование эффекта взаимодействия многих генов, что предполагает наличие определенных комбинаций генетических вариантов у заболевших, а также влияние внешних факторов на формирование особенностей клинической картины [6]. Результаты многочисленных семейных и близнецовых исследований подтвердили важность генетических факторов в возникновении БА, однако в целом противоречили представлениям о моногенной природе заболевания, несмотря на выводы более ранних работ [67]. В настоящее время большинство исследователей придерживаются мнения о мультифакториальности БА; то есть постулируется, что предрасположенность к заболеванию определяется не единственным главным геном. Скорее всего, генетический компонент предрасположенности к БА формируется несколькими основными, возможно, кодоминантными генами, эффекты которых в свою очередь ассоциированы с большим количеством генов-модификаторов. Многочисленные исследования этиологии и патогенеза БА продемонстрировали участие в них трех основных составляющих — иммунологической, воспалительной и нейрогенной. Последние данные поднимают проблему нозологического единства БА. Вполне возможно, что БА представляют собой совокупность различных патологических состояний, проявляющихся сходной клинической картиной, но различающихся по вовлеченным генетическим системам.
Множество исследований БА посвящено поиску генетических маркеров предрасположенности к заболеванию, связанных с иммуногенетическими и иммунологическими особенностями больных.
Первыми работами, направленными на поиск ассоциации БА с генетически детермированными системами, были исследования генетических маркеров различных систем крови, в том числе АВ0, М^ ADA и др. [105]. Множество исследований было посвящено особенностям распределения вариантов а1-антитрипсина, в некоторых из них было установлено, что у больных БА повышены частоты дефицитарных вариантов системы Р1 или редких фенотипов (MZ, MS, ZZ, ZS). В частности, Р. Агпаис1 и соавт. выявили у больных неатопической БА существенное увеличение частоты некоторых редких фенотипов, тогда как при атопической БА их частота не отличалась от таковой в контрольной группе [18]. Кроме того, было отмечено, что редкие фенотипы системы Р1 чаще ассоциировались с низкой эффективностью терапии бронхолитиками. В то же время в ряде исследований различий в частотах феноти-
32
* Коэффициент наследуемости отражает вклад генетических факторов в вариабельность изучаемого признака в популяции. Очевидно, что оценить его можно при изучении пар кровных родственников, то есть людей, имеющих общие гены. Следует подчеркнуть, что наследуемость нельзя отождествлять с генетической предрасположенностью, которую оценивают с помощью других показателей, например, величины относительного риска.
пов системы Pi у больных БА и контролем выявлено не было [48, 54]. По-видимому, повышение частоты редких вариантов системы Pi в изучаемых выборках связано с наличием в них значительного количества индивидов с хроническим обструктивным бронхитом или эмфиземой. На это косвенно указывает высокая частота патологии бронхов у родственников больных первой и второй степени родства.
Известен ряд работ, прямо демонстрирующих влияние генов главного комплекса гистосовместимости (HLA) на восприимчивость к БА. Так, отмечен повышенный риск развития неаллергической БА у индивидов с гаплотипом А1, В2 [101, 103]. A. Dasgupta и соавт. выявили при атопии повышение частоты аллеля А1 и снижение — В8 [30]. Также отмечено увеличение частоты гаплотипа А1В8 при эндогенной БА и уменьшение частоты В12 при экзогенной БА [79]. Существуют данные, что у больных БА гораздо чаще, чем в контрольной группе, выявляют аллели В27, DR2, в то время как В14, BW41 и DR5 являются «протек-тивными» в отношении развития БА [1]. Из исследований последних лет, выполненных на большом клиническом материале, следует отметить работу Л.Д. Серовой и соавт., убедительно подтвердившую роль системы HLA при БА [11]. Установлено статистически значимое увеличение частоты некоторых аллелей системы HLA — А2, BW16, BW21; причем легкая форма заболевания ассоциировалась с А9, В7 и BW21, тяжелая — с А2 и BW16.
Вместе с тем в ряде исследований различий в частотах антигенов HLA между больными БА и здоровыми лицами выявлено не было. Следует упомянуть исследование D.K. Flaherty и соавт., которые провели типирование по 19 антигенам HLA-А, 20 антигенам HLA-B и 5 антигенам HLA-С у 187 больных БА (в том числе у 100 пациентов с подтвержденной гиперчувствительностью к специфическому аллергену) и 187 здоровых индивидов [33]. Каких-либо статистически значимых различий в частотах антигенов среди сравниваемых групп выявлено не было. Известны отдельные работы по оценке ассоциации БА с аллотипами иммуноглобулинов (Gm). Установлено что распределение Gm-фенотипов в семьях больных БА существенно отличается от такового в «нормальных» семьях, при этом частота гетерозигот в семьях больных БА значительно выше.
Таким образом, результаты исследований, посвященных поискам ассоциаций между БА и системой HLA, неоднородны и даже противоречивы. Сложности интерпретации и сопоставление результатов отдельных исследований, вероятно, связаны с этнической или расовой неоднородностью обследованных контингентов, использованием различных классификаций БА, а также разным возрастным составом больных. Тем не менее большинство авторов указывают на ассоциацию БА с антигенами HLA А1, В7, DR2, которые считают маркерами Т-клеточного дефекта. Другими ассоциированными с БА антигенами являются HLA В8, В12, DR3, которые также связаны с патологией иммунитета.
Одним из подходов к преодолению описанных выше сложностей является анализ не фенотипа в целом, а его наиболее существенных отдельных признаков. Для БА такими показателями в первую очередь считают предрасположенность к IgE-опосредованному ответу на антигены (атопия), в норме не вызывающие выраженных реакций, и бронхиальную гиперреактивность (БГР) на воздействия некоторых факторов внешней среды [4, 91]. Формирование БГР сопровождается сужением дыхательных путей, повышением васкуляризации, гипертрофией и гиперплазией гладкой мускулатуры бронхов. В результате
происходят изменения нервной регуляции и повышение сократимости гладких мышц дыхательных путей. Атопия и БГР являются главными диагностическими критериями БА. Впрочем, и эти признаки недостаточны для точной диагностики заболевания. Атопия, с одной стороны, характерна только для аллергической формы БА, а с другой стороны, сопровождает и некоторые другие болезни. В свою очередь БГР может быть и конституциональным признаком, не связанным с патологией [23, 98]. Тем не менее полагают, что и атопия, и БГР представляют собой факторы риска развития БА, то есть маркеры заболевания.
Многочисленные исследования подтвердили существенный вклад генетических факторов в детерминацию уровня IgE и степени реактивности бронхов [26, 75; 63]. Установлено, что тип наследования этих признаков, скорее всего, полигенный, причем гены, участвующие в контроле продукции IgE и БГР, перекрываются лишь частично [88]. Иначе говоря, существуют две группы генов, одна из которых обусловливает подверженность атопии, а другая контролирует сократительную способность бронхов. Кроме того, исходя из того, что БГР может быть как конституциональным признаком, так и состоянием, обусловленным аллергическим воспалением, можно предположить, что существует и третья группа генов, контролирующая связь «атопия-БГР». Относительный вклад этих генов в патогенез БА, особенности их взаимодействия между собой и факторами внешней среды пока не ясны и могут быть неодинаковыми в различных популяциях, что определяет вариабельный характер подверженности заболеванию в разных группах. С развитием молекулярно-генетических технологий анализ наследственных основ БА был направлен на поиск конкретных генов, определяющих структуру молекулярно-генетического компонента предрасположенности к БА. К настоящему времени принято считать, что генетическую основу БА составляет комбинация наследственной предрасположенности к развитию атопии и гиперреактивности бронхов. Каждый из этих генетических факторов значительно повышает риск заболевания БА.
В настоящее время благодаря успехам молекулярной генетики и развитию методов позиционного и кандидатного картирования появилась возможность решения этой проблемы в терминах хромосомной локализации и описания полиморфизма конкретных генов, ответственных за формирование предрасположенности к тем или иным мульти-факториальным заболеваниям [9, 17].
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ
Первые работы по выявлению генов, связанных с предрасположенностью к БА, были выполнены в рамках так называемого «кандидатного» картирования. Выбор генов был основан на предположении об участии продуктов их экспрессии в формировании иммунновоспалительного и нейрогенного компонентов патогенеза БА и атопии. Такие гены называют «генами-кандидатами». При этом подходе проводят анализ ассоциаций или, реже, сцепления заболевания с полиморфными вариантами исследуемых генов. I.P. Hall, принимая во внимание сложность патогенеза заболевания, полагал, что количество генов-кандидатов заболевания должно быть достаточно большим, а по расчетам A. Polvi и соавт. их суммарное количество может достигать 1900 [36, 37, 87].
Среди возможных кандидатных генов рассматривали, в первую очередь, гены, кодирующие субстанции, участвующие или связанные с основными звеньями патогенеза (факторы и медиаторы воспаления; факторы антигенного
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
a
н
n
и
Щ
X
распознавания и гуморального иммунного ответа; рецепторы цитокинов; внутриклеточные сигнальные молекулы и молекулы межклеточной адгезии), а также гены, функционально имеющие отношение к БА, но которые невозможно отнести ни к одной из указанных категорий (например, гены биотрансформации ксенобиотиков CYP1A, GSTT1, GSTM1 и др.) [8, 20, 28, 34, 35, 53, 68, 80, 85].
Как правило, изучают полиморфизмы кандидатного гена и их связи с развитием заболевания. Известно, что некоторые варианты полиморфизма гена не оказывают влияния на его экспрессию. В то же время в некоторых случаях полиморфизм может быть связан со свойствами соответствующего фермента. В этом случае различия между полиморфными вариантами гена будут проявляться на биохимическом уровне, увеличивая или уменьшая предрасположенность к развитию заболевания. Как правило, наличие полиморфного варианта конкретного гена, ассоциированного с заболеванием, не обусловливает напрямую развитие патологии, но способствует ему наряду с генетическими вариантами других генов и факторами внешней среды.
С помощью «кандидатного» подхода были идентифицированы несколько десятков генов, для которых получены воспроизводимые результаты, свидетельствующие об их участии в патогенезе БА, формировании ассоциированных с ней фенотипов или влиянии на эффективность терапии. Однако отсутствие информации об участии конкретного гена в патогенезе БА, как правило, ограничивает использование кандидатного картирования. Перспективным методом представляется другой подход, называемый «позиционным картированием». Он основан на анализе сцепления между генами заболевания, располагающимися в картированной области хромосом, и полиморфными ДНК-маркерами. Использование различных приемов полногеномного скрининга позволило определить регионы различных хромосом, которые содержат гены предрасположенности БА. В настоящее время наибольшее внимание привлекают участки 17q21.1-q21.2, 13q14.1, 11q12.3-q13.1, 10q11.2, 6p21.2-p12, 6p21.3, 6p21.3, 5q32-q34, 5q31.1-q33.1, 5q31-q34, 5q31, 4q13-q21, 2q22. [74]. Большинство идентифицированных хромосомных регионов значительны по размеру и, следовательно, могут содержать большое количество кандидатных генов [111]. Существующие молекулярно-генетические технологии, используемые при анализе этих хромосомных регионов (тонкое картирование, SNP-полиморфизмы, микросателлитные маркеры, неравновесие по сцеплению и др.), позволяют идентифицировать гены предрасположенности к БА даже без информации об их конкретной роли в патогенезе заболевания (например, гены дизинтегрина или металлопротеиназы-33) [63].
В последнее десятилетие повышенный интерес вызывают поиски генов-кандидатов для многих мультифакториаль-ных заболеваний, в том числе БА. Только в 2006-2007 гг. идентифицировано около 50 генов, возможно ассоциированных с БА или ее фенотипами. Полученные данные свидетельствуют, что в развитие астматического синдрома участвуют множество генов, каждый из которых вносит определенный, но незначительный вклад в общую предрасположенность к заболеванию. Кроме того, показано, что количество и относительная важность генов и эффектов окружающей среды или генов-модификаторов в развитии БА варьирует в различных этнических популяциях [29, 58, 78, 84]. Эти различия могут определять межпопу-ляционную и межэтническую вариабельность в частоте и клинико-лабораторных показателях БА. В этом отношении показательны результаты исследования T.D. Howard и
соавт. [46]. Основной задачей работы было изучение возможной ассоциации полиморфизма гена металлопро-теиназы ADAM33 с БА или связанными с ней фенотипами. Оценивали 8 SNP в 3'-области этого гена у больных, принадлежащих к четырем этническим группам (афроамериканцы, белые жители США, испанцы и датчане). Статистически значимую ассоциацию выявляли по крайней мере для одного из использованных SNP и БА в каждой выборке больных. Связанные с БА фенотипы, в том числе общий уровень ^Е, также были ассоциированы с SNR Вместе с тем не удалось выявить ни одного SNP, который был бы ассоциирован с БА во всех исследованных выборках. Результаты исследования, помимо установления значимости гена ADAM33 в патогенезе БА, свидетельствуют о необходимости учета этнических/расовых и популяционных факторов при оценке полученных данных. Важно подчеркнуть, что результаты полногеномного скрининга генов-кандидатов БА позволяют не только идентифицировать «новые» гены, но и проводить прицельный поиск патофизиологических механизмов реализации генетической предрасположенности. Так, в недавних исследованиях было продемонстрировано, что полиморфизм гена ADAM33 связан с особенностями функционирования мышечных волокон дыхательных путей при БА [72].
Таким образом, результаты многочисленных исследований генетики БА свидетельствуют о различных молекулярных основах БА и атопии: как правило, локусы, сцепленные с БА или БГР, не ассоциировались с уровнем ^Е и наличием специфической сенсибилизации по данным кожного тестирования. Получило подтверждение и предположение о связи возможного провоцирующего действия природных факторов внешней среды, а также курения с генетическими особенностями организма [27, 92]. Современные представления о природе мультифактори-альных заболеваний, к которым относится и БА, предполагают, что совокупность эффектов многих генов, обусловливающих предрасположенность к заболеванию, формирует (на уровне белковых продуктов) неповторимую биохимическую индивидуальность человека. В зависимости от ее содержания формируется либо низкая, либо высокая степень предрасположенности, которая в случае действия разрешающих факторов среды реализуется в патологический фенотип, то есть развивается заболевание. Очевидно, что для понимания наследственных основ БА необходимо установить неблагоприятные сочетания конкретных полиморфных вариантов генов подверженности, приводящие к развитию патологии. В настоящее время получены данные о связи с БА и ассоциированными с заболеванием признаками полиморфизма приблизительно 100 генов [20].
Особое внимание привлекает хромосома 5, поскольку в регионе 5q31-5q33 сосредоточены гены, которые по своим функциональным свойствам могут иметь прямое отношение к БА: интерлейкина 4 (^ 4), р2_адренорецептора, а также (ближе к дистальному району длинного плеча хромосомы) синтазы лейкотриена С4 или рецептора кортикостероидов. Действительно, в ряде работ были показаны ассоциации и генетическое сцепление указанных локусов и БА. Так, при исследовании нидерландских семей выявлено сцепление маркеров около гена ^ 4 и гена р2-адренорецептора с уровнем общего ^Е, БГР и БА. В этих же семьях обнаружили корреляцию между уровнем общего ^Е и чувствительностью бронхов к гистамину [75].
ГЕНЫ ИНТЕРЛЕЙКИНОВ И ИХ РЕЦЕПТОРОВ
Интерлейкины занимают особое место в контроле всех стадий развития и поддержания аллергических реакций и
34
воспаления, поэтому анализ регуляции их активности имеет очень большое значение для понимания молекулярных основ патогенеза БА [68, 90, 76]. С точки зрения генетики, интерес вызывает тот факт, что гены наиболее важных в развитии БА интерлейкинов (^ 4, 5, 9, 13) расположены тандемно в одном кластере ^31-33). В нескольких исследованиях было установлено сцепление БА и ассоциированных признаков с этим локусом [10, 40, 55, 86].
Изучение полиморфизма генов рецепторов интерлейкинов продемонстрировало его большую важность в детерминации предрасположенности к БА. Первоначально была обнаружена миссенс мутация Gln55lArg гена а-цепи рецептора IL4RA [41, 42]. Авторы установили статистически значимую ассоциацию аллеля А^551 с атопией и предположили, что А^551-форма рецептора обладает пониженным сродством к внутриклеточной тирозинфосфатазе SHR-1, опосредующей сигнал терминации транскрипции гена IL4RA. Таким образом, индивиды с А^551 характеризуются потерей возможности к супрессии синтеза ^ 4, что и является фактором предрасположенности к атопии. С другой стороны, эти данные в ряде работ подтверждения не получили [77]. Более того, в противоречии с данными было показано, что аллель А^551 ассоциирован с пониженной концентрацией ^Е [41, 60]. Этот эффект усиливается в присутствии аллеля Рго478 полиморфизма Ser478Rro гена IL4RA. Другой полиморфизм IL4RA (Ile50Val), в отличие от Gln551Arg,, локализован в экстрак-леточном домене рецептора и также ассоциирован с атопией [77]. Показано, что данный вариант ассоциирован и с атопической БА, и с повышением уровня общего и специфичного к аллергенам домашней пыли ^Е. Авторы установили, что данный вариант IL4RA примерно в три раза по сравнению с Val50 увеличивает активность ^ 4-ответа за счет повышения активности субъединицы рецептора. Для прояснения роли полиморфизмов Gln551Arg и Ile50Val были проведены эксперименты с трансфертными клеточными линиями, результаты которых показали, что чувствительность к ^ 4 существенно повышена у транс-фектантов с Ile50Val-типом рецептора и не зависит от вида аминокислоты в позиции 551 [77]. В целом полученные результаты можно рассматривать как убедительные доказательства значимости полиморфизма Ile50Val в структуре генетической предрасположенности к БА. С другой стороны, поставлена под сомнение роль Gln551Arg полиморфизма гена IL4RA как фактора предрасположенности к заболеванию.
В последующих работах была убедительно доказана значимость некоторых полиморфных вариантов генов интерлейкинов для развития заболевания [40, 41, 42, 59, 71, 110]. В исследовании В.А. Казначеева и соавт., посвященном выяснению роли полиморфизмов промоторной области гена ^ 4 (С-33Т; С-590Т и G1098T), было показано, что только С-33Т полиморфизм ассоциирован с БА [55]. Авторы полагают, что полиморфизм С-33Т гена ^ 4 может рассматриваться как один из факторов предрасположенности к БА, поскольку он модулирует концентрацию сывороточного ^ 4 и уровень общего ^Е.
Изучение полиморфизмов генов, ассоциированных с общими патогенетическими механизмами, характерными для многих заболеваний, позволяет идентифицировать и генетические факторы, специфически связанные с предрасположенностью к развитию БА [34, 35, 91, 108]. Например, изучение полиморфизма по транзиции С-703Т в промоторной области гена ^ 5, проведенного на выборке больных г. Томска, показало существенную связь аллеля С-703 с БА, БГР и атопией по данным кожных
проб [14]. Молекулярный механизм полученной ассоциации может быть связан с усилением экспрессии гена ^ 5 и, соответственно, с повышением уровня его белкового продукта, являющегося мощным активатором эозинофи-лов, которые в свою очередь провоцируют развитие воспаления, приводящее к обструкции и гиперреактивности дыхательных путей [56].
ГЕНЫ РЕЦЕПТОРОВ 1^Е
Получены данные о роли гена р-цепи высокоаффинного рецептора ^Е (FcЕRI). Взаимодействие повышенного уровня специфического ^Е с FcЕR1 играет центральную роль в патогенезе аллергической БА [22, 66]. Было высказано предположение, что молекулярные варианты FCERIB могут способствовать развитию атопического состояния за счет усиления высвобождения медиаторов воспаления тучными клетками или стимуляции экспрессии ^4 и CD40-лиганда [44, 93].
Прямым секвенированием в шестом экзоне гена FCERIB были обнаружены миссенс-мутации Leu181Ile и Leu183Val [95]. На случайной выборке авторы работы обнаружили ассоциацию аллеля Leu181Ile с высоким уровнем общего ^Е и положительными аллергопробами к пыльце. Более чем у половины (56%) исследованных индивидуумов, имеющих аллель Leu181Ile, была диагностирована атопия (по результатам кожных аллергопроб и высокому уровню общего ^Е). При обследовании сибсов пробандов с аллергической БА было обнаружено, что носители аллеля Leu181Ile также страдали аллергией, тогда как 85% детей, не имеющих этого аллеля, были здоровы. Другой вариант гена FCERIB, приводящий к аминокислотной замене Glu237Gly соответствующего белка, ассоциирован с положительными аллергопробами к пыльце растений и антигенам клеща домашней пыли, а также с БГР на метахолин [42]. Риск развития БА у индивидов с данной заменой был в 2,3 раза выше, по сравнению с лицами без нее. При исследовании выборки больных из японской популяции установлена существенная ассоциация варианта Glu237Gly с высоким уровнем общего ^Е и с атопической, но не с эндогенной (неаллергической) БА [96]. Несмотря на то что механизм ассоциаций полиморфных вариантов гена FCERIB с БА пока до конца не ясен, уже сейчас можно утверждать, что этот ген является важной составной частью наследственной предрасположенности к атопической форме заболевания [70, 96].
ГЕН р2-АДРЕНОРЕЦЕПТОРА ^РВ2)
р2-адренорецептор локализуется на гладкомышечных клетках бронхов, нейтрофилах, эозинофилах и макрофагах. Стимуляция этого рецептора циркулирующими катехоламинами и р2-адреномиметиками приводит к дилатации бронхов, поэтому р2-адреномиметики активно применяют в терапии БА. У больных с тяжелой БА отмечены изменения функциональной активности рецептора [19, 21]. р2-Адренорецептор играет важную роль в регуляции кон-трактильных элементов в стенке дыхательных путей, поэтому мутации кодирующего его гена могут вносить вклад в развитие БА [37, 38]. Важным представляется и то, что ген ADRB2 расположен на хромосоме 5q31 вблизи кластера генов интерлейкинов. Идентифицировано 9 полиморфизмов в кодирующей части гена ADRB2, из которых 4 приводят к аминокислотным заменам в белковой последовательности [89]. Было показано, что один из этих полиморфизмов, Val34Met, не влияет на функциональные особенности рецептора, поэтому в дальнейшем исследования были сосредоточены на трех остальных заменах — Argl6Gly, Gln27Glu, ^N64!^. Оказалось, что аллель Glyl6
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
a
н
n
и
Щ
X
ассоциирована с ночной БА и БГР, а Glu27 — с пониженной чувствительностью дыхательных путей к метахолину у больных БА [81]. Замену ^N641^ наблюдают очень редко, поэтому исследования ее возможных последствий в отношении БА затруднены. Следует отметить, что частоты «патологических» мутаций ADRB2 у больных БА и здоровых индивидов существенно не отличаются, кроме того, у здоровых лиц с фенотипами Glyl6 и Glu27 легочная функция нормальна, а БГР отсутствует, поэтому маловероятно, что эти мутации являются непосредственной причиной БА [80].
ФАРМАКОГЕНЕТИКА БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ
В настоящее время значительное внимание уделяют генетической регуляции ответов на проводимую терапию БА [49, 83, 106, 111]. При решении этой проблемы многие авторы предполагают, что БА — не этиологически единая нозологическая форма, а сложный клинический синдром, в возникновении которого принимают участие множество средовых и наследственных факторов. Поэтому с генетических позиций БА можно называть «сложным» фенотипом, одним из проявлений которого является широкая вариабельность в ответах организмов на терапию. Вариабельность индивидуальных ответов на медикаментозное воздействие может быть обусловлено множеством факторов. Прежде всего следует отметить такие факторы, как тяжесть и тип болезни, интеркуррентные заболевания, сочетание фармакологических препаратов (взаимодействие различных лекарств), средовые условия, возраст пациента и др. Тем не менее полагают, что генетическое разнообразие обусловливает до 80% межиндивидуаль-ных различий эффективности лечения [69, 107]. Доказано, что чувствительность больных к воздействию препаратов для лечения БА может существенно различаться в зависимости от генетических характеристик организма. Таким образом, основной задачей фармакогенетики является изучение роли генетических детерминант в возникновении различий на проводимую терапию. Принципиально возможны два основных пути влияния генетических факторов на эффективность лечения БА.
♦ Изменения метаболизма лекарственного средства, связанные с аллельными вариантами генов, контролирующими его катаболизм или экскрецию (фармакокинетика). Примером генетического контроля фармакокинетики лекарственных препаратов является система цитохрома Р-450. До настоящего времени не идентифицировано ни одного гена, ответственного за данный вид фармакогене-тического контроля при БА.
♦ Изменение способности клеток-мишеней к связыванию или к взаимодействию с лекарственными препаратами в зависимости от аллельных вариантов генов, (фармакодинамика). Практически все исследования фармакогенетики БА относятся к данной категории. Основная концепция фармакодинамического подхода состоит в анализе генетических различий по специфическим вариантам полиморфизмов генов в группах больных, «отвечающих» и «не отвечающих» на терапию.
В настоящее время для базисной терапии БА широко используют четыре основных класса лекарственных препаратов.
♦ р-Адреномиметики (применяют ингаляционно для устранения бронхоспазма — сальбутамол и др.).
♦ Глюкокортикоиды (применяют как ингаляционно, как и системно — преднизолон, флутиказон, будесонид и др.).
♦ Теофиллин и его производные (для устранения бронхоспазма).
♦ Ингибиторы лейкотриенового пути (монтелукаст и др.).
Довольно большая группа кандидатных генов, определяющих предрасположенность к развитию БА, а также эффективность различных противоастматических препаратов, находится в области 5q31-33. В данном участке располагаются гены р2-адренорецептора (ADRB2), генный кластер IL 4, ген рецептора глюкокортикоидов.
р-Адреномиметики
р2-Адренорецептор — трансмембранный протеин, который после связывания с агонистом активирует G-протеин, что опосредует сигнал, приводящий в конечном счете к бронходилатации. Введенный р-адреномиметик связывается с р2-адренорецептором, что приводит к высвобождению р2-адренорецептор-киназы, активации G-протеина и аденилатциклазы с последующим увеличением концентрации цАМФ, который стимулирует работу кальциевого насоса, перераспределяющего ионы кальция в миоцитах, со снижением его концентрации в миофибриллах; а также активирует протеинкиназу, фосфорилирующую р2-адреноре-цептор и G-протеин. В результате происходит расслабление бронхов всех калибров, повышается сократимость дыхательных мышц диафрагмы, увеличивается мукоцилиарный клиренс. За счет активации аденилатциклазной системы ингибируется высвобождение цитокинов. р-Адреномиме-тики ингибируют процесс активации тучных клеток, таким образом тормозя синтез простагландинов, гистамина. Как уже было отмечено, в кодирующей части гена ADRB2 выявлены 9 полиморфизмов, 3 из которых изменяют функциональные особенности рецептора, ассоциированы с астматическими фенотипами и эффективностью терапии р-адреномиметиками. Существенной прогностической значимостью обладают данные о том, что у больных БА, гомозиготных по Gly16, выше риск развития более тяжелой глю-кокортикоид-зависимой формы заболевания [89]. В то же время установлено, что Gly^-форма рецептора существенно быстрее деградирует при действии р-адреномимети-ков по сравнению с Arg16. Именно поэтому полагают, что больные БА, получающие терапию препаратами этой группы, быстро становятся нечувствительными к ней и нуждаются в лечении глюкокортикоидами [65]. Сходные данные получены и для Glu27 — эта форма рецептора более устойчива к действию р-адреномиметиков, поэтому больные БА, гомозиготные по Glu27, отличаются пониженной реактивностью бронхов [37]. Так, Martinez et al. [73] показали, что наиболее выраженный ответ на однократное введение р-адреномиметика выявлен в группе детей, гомозиготных по Arg в положении 16, по сравнению с гомозиготами по Gly в данном положении.
Проведены исследования в группе пациентов с БА среднетяжелой степени, находящихся на терапии р-адреноми-метиком сальбутамолом, часть из которых принимала препарат постоянно, часть — по необходимости. В эксперименте участвовали 255 пациентов, которые в течение 16 нед получали плацебо, которое затем заменили на сальбутамол. У больных, гомозиготных по Gly в положение 16, отмечено значительное улучшение показателей ФВД, по сравнению с пациентами, гомозиготными по Arg в положении 16, у которых при постоянной терапии р-адрено-миметиком отмечали ухудшение показателей ФВД (извращенный ответ), а при использование препарата по мере необходимости — незначительное улучшение. Таким образом, р2-адренорецепторы c Gly в положении 16 максимально чувствительны к воздействию эндогенных катехоламинов. В связи с этим происходит снижение ответа на начальное введение р-адреномиметика у пациентов, гомозиготных по Gly в положении 16. С другой стороны, у пациентов, гомозиготных по Arg в положении 16, чувстви-
36
тельность к эндогенным катехоламинам снижена, но при этом отмечается адекватная реакция на длительное лечение р-адреномиметиком.
Эти данные во многом совпадают с результатами нашего обследования 208 детей с различными формами атопической БА [2]. У этих больных была выявлена ассоциация генотипа Gly/Gly16 гена р2-адренорецептора с недостаточным эффектом бронхолитической терапии р2-адрено-миметиками короткого действия; также установлено участие аллеля Gly16 в формировании фенотипа с тяжелым течением БА и толерантностью к терапии как р2-адрено-миметиками, так и ингаляционными глюкокортикоидами.
Глюкокортикоиды
Глюкокортикоиды, связавшись с цитоплазматическим глюкокортикоидным рецептором, проникают в ядро и взаимодействуют с другими транскрипционными факторами, регулируя экспрессию генов-активаторов. Это приводит к угнетению цитокиновых рецепторов, лейкотриеновых рецепторов, синтеза простагландинов, гиалуронидазы, образования цитокинов макрофагами, что обеспечивает противовоспалительный эффект. В литературе описан лишь один ген рецептора глюкокортикоидов (5q31). В зависимости от терапевтического эффекта пациентов с БА разделяют на глюкокортикоид-резистентных и глюкокор-тикоид-зависимых. Механизм воздействия глюкокортико-идов при БА сложен и зависит не только от гена глюко-кортикоидного рецептора, но и других генов, кодирующих Т-клеточные цитокины (ген IL 4, генный кластер IL 3, 4, 5, 9 и др.). В ряде работ продемонстрирована связь глюко-кортикоид-резистентности с мутациями в промоторной области гена IL 4 (замена С на Т в положении 590), в промоторной области гена фактора некроза опухоли (TNF а) (замена А на G в положении 308); с точечной мутацией Ala576Arg в гене р-иммуноглобулинового рецептора тучных клеток (FCERlb) [53]. Также получены данные об эффективном действии глюкокортикоидов на пациентов с высоким уровнем оксида азота (ген индуцируемой синте-тазы оксида азота картирован в области 12q24.2-q24.3). Описано несколько полиморфизмов гена GCCR, но до настоящего времени ни для одного из них не доказана связь с глюкокортикоид-резистентностью (хотя ранее она и постулировалось), по крайней мере у детей с острым лимфобластным лейкозом и другими заболеваниями [47, 57, 104]. В то же время в исчерпывающем исследовании, проведенном A Stevens и соавт. [102], показано, что чувствительность к глюкокортикоидам может определяться специфичностью гаплотипа интрона B гена GCCR. В работе В.М. Ждановой и соавт. представлены результаты изучения полиморфизмов промоторной области гена GCCR у детей с БА [5]. Авторы пришли к выводу, что генотипиро-вание BcII- и TtHlllI-полиморфизмов гена глюкокорти-коидного рецептора в совокупности с результатами клинико-лабораторных методов исследования, может быть рекомендовано для мониторинга, прогнозирования и оценки эффективности проводимого лечения и индивидуализации терапии глюкокортикоидами у детей с БА.
Тем не менее проблема генетически обусловленной резистентности к терапии глюкокортикоидами у детей с БА остается все еще малоизученной и нуждается в дальнейшей разработке.
Ингибиторы цистеинил-лейкотриенового пути
Существуют три основных фермента, участвующих в синтезе лейкотриенов: 5-оксилипогеназа, ^ТС4-синтетаза, отвечающая за продукцию цистенил-лейкотриена С4, и ЦТА4-гидролаза, участвующая в синтезе цистенил-лейко-триена В4. 5-липооксигеназа ^0X5) участвует в образовании всех типов цистенил-лейкотриенов. Установлено, что при ингибировании данного фермента лекарственными препаратами происходит улучшение ряда показателей у больных БА. В промоторной области гена AX0L-5 содержится ряд консенсусных сайтов связывания для нескольких транскрипционных факторов — Sp1, Sp3, Е^-1 и др. Особое значение имело выявление G + С последовательности относительно стартового сайта трансляции. В регионах Sp1, Е^-1 выявлены вставки одной или делеции одной или двух GGGCGG-последовательностей. В норме к консенсусным сайтам связывания способны присоединяться Sp1, Е^-1 в области промотора. При наличии мутаций происходит изменение этой способности, что в конечном итоге сказывается на продукции AX0L-5. У пациентов, имеющих мутации в данном гене (делеции в области консенсусных сайтов связывания Sp1, Е^-1 — М-аллель), терапия ингибиторами лейкотриенового пути практически неэффективна и, следовательно, не целесообразна.
37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема генетики БА, утвердившаяся как одна из важнейших проблем медицинской и клинической генетики, все еще далека от ее полного осмысления. Исследования молекулярно-генетических основ заболевания за последние 15-20 лет позволили установить роль многих генов и их полиморфизмов в детерминации предрасположенности к БА. В этой связи актуальность анализа ассоциаций с БА полиморфизма еще не изученных или мало исследованных в этом отношении генов не вызывает сомнений. Изучение фармакогенетики БА находятся в самом начале, поэтому можно надеяться, что результаты последующих исследований генетического контроля фармакодинамики и фармакокинетики при БА откроют возможности оптимизации лечения, оценки его эффективности и профилактики побочных эффектов.
Наличие в родословной, помимо больного ребенка, родственников с минимальными проявлениями БА (но не с клиническим диагнозом) можно рассматривать как фенотипическое проявление части полигенного комплекса, формирующего предрасположенность к развитию заболевания. Это определяет необходимость медико-генетического консультирования членов подобных семей с учетом результатов клинических, иммунологических, биохимических и молекулярно-генетических исследований. Достижения и перспективы дальнейшего изучения клинико-генетических и молекулярно-генетических основ БА будут обусловлены реализацией комплексного подхода: от развития технологий микрочипов до биоинформацион-ных подходов к анализу генных сетей, учета взаимодействия генетической конституции с факторами внешней среды, что приблизит нас к пониманию механизмов возникновения и контроля бронхиальной астмы [7, 62].
Со списком литературы можно ознакомиться в редакции.
ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ/ 2008/ ТОМ 5/ № 4
