CC BY
927
Вайнер А.С., Жечев Д.А., Кечин А.А., Кудрявцева Е.А., Гордеева Л.А., Воронина Е.Н., Шабалдин А.В., Филипенко М.Л.
Новосибирский государственный университет, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН,
г. Новосибирск Институт экологии человека СО РАН, НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН,
г. Кемерово
МЕТАБОЛИЗМ ФОЛАТОВ И ВРОЖДЕННЫЕ АНОМАЛИИ РАЗВИТИЯ
Потребление фолиевой кислоты до зачатия и в ранние сроки беременности способно предотвращать ряд врожденных пороков развития - таких, как дефекты нервной трубки, пороки мочевыделительной и кровеносной системы, расщелины губы и неба и, вероятно, хромосомные болезни. Тем не менее, механизм протективного действия фолата до сих пор до конца не установлен. Также остается невыясненным, является ли дополнительное потребление фолиевой кислоты безопасным и эффективным для всех женщин, планирующих беременность, и какие группы населения имеют повышенный риск аномалий развития у потомства. Настоящая статья представляет собой обзор литературы, посвященный современному состоянию исследований о механизмах протективного действия фолиевой кислоты. Также в статье освещается состояние исследовательских работ, изучающих ассоциацию полиморфизма генов фолатного обмена с риском развития врожденных пороков. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: врожденные пороки развития; фолиевая кислота; метилирование; гомоцистеин; полиморфные варианты генов.
Weiner A.S., Zhechev D.A., Kechin A.A., Kudryavtseva E.A.,
Gordeeva L.A., Voronina E.N., Shabaldin A.V., Filipenko M.L.
Novosibirsk State University, Institute of chemical biology and fundamental medicine, Novosibirsk,
Institute of Human Ecology SB HAS, Scientific-Research Institute for complex studying
of cardiovascular diseases SB RAMS, Kemerovo
FOLATE METABOLISM AND CONGENITAL ANOMALIES
Periconceptional use of folic acid is effective for the prevention of some types of congenital anomalies, such as neural tube defects, urinary tract defects, malformations of the circulatory system, orofacial clefts and probably chromosome diseases.
But the mechanism by which folate exerts this protective effect remains elusive. It also remains unknown, whether folate supplementation is good for every woman preparing to be pregnant, and which groups of people have increased risk of congenital anomalies and need additional dietary folate. This review summarizes current research on the mechanisms and pathways by which folate influences the risk of certain malformations and also reports about current status of research works, studying the association of polymorphisms of folate metabolizing genes with this pathology.
KEY WORDS: congenital anomalies; folic acid; methylation; homocysteine; polymorphisms.
Врожденные пороки развития (ВПР) занимают лидирующие позиции в структуре детской заболеваемости, инвалидности и смертности и представляют собой важную медицинскую и социальную проблему. Частота ВПР у новорожденных колеблется от 1 до 7-15 % [1] и достигает 25 % среди детей, погибших в неонатальном периоде. Самыми распространенными типами ВПР в мире являются врожденные пороки системы кровообращения (ВПР СК) и дефекты нервной трубки (ДНТ) [50], однако частота отдельных типов ВПР может варьировать в зависимости от географического региона. Например, в г. Новосибирске, наряду с ВПР СК и ДНТ, в общей структуре ВПР преобладают множественные ВПР и ВПР мочевыделительной системы (ВПР МВС) [3, 6].
Причины возникновения ВПР могут быть разнообразными: воздействия тератогенов, заболевания ма-
Корреспонденцию адресовать:
ВАЙНЕР Александра Сергеевна,
630090, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева, 8. Тел. 8 (383) 363-51-71.
E-mail: hamlet85@yandex.ru
тери, хромосомные аберрации, мутации определенных генов, однако в значительной части случаев природа ВПР остается неизвестной [1]. Представляется наиболее вероятным, что этиология ВПР мультифак-ториальна; иными словами, на риск возникновения ВПР оказывают влияние как генотип матери и плода, так и воздействие факторов окружающей среды.
В 60-х годах прошлого века в мировой литературе появились первые свидетельства того, что нарушение метаболизма фолатов и дефицит фолиевой кислоты у беременных женщин могут влиять на риск самопроизвольного прерывания беременности и ДНТ у плода. Это открытие вызвало живой интерес; в многочисленных исследованиях 80-90-х годов было показано, что потребление поливитаминов с высоким содержанием фолиевой кислоты или богатой фолатом пищи до зачатия и в ранние сроки беременности снижает частоту ДНТ — как у матерей, уже имеющих ребёнка с такой патологией, так и у женщин без ДНТ плода в анамнезе. Многие из этих работ были выполнены на выборках небольшого размера, к тому же оставалось неясным, обладает ли протектив-ным эффектом сам фолат или другие компоненты поливитаминов.
■ МЕТАБОЛИЗМ ФОЛАТОВ И ВРОЖДЕННЫЕ АНОМАЛИИ РАЗВИТИЯ
В 1991 году ответ на этот вопрос был получен. «MRC Vitamin Study Research Group» опубликовала результаты крупного исследования, убедительно доказывающие исключительную роль фолиевой кислоты в предотвращении ДНТ [35]. По оценкам Blen-cowe et al. [23], потребление фолатсодержащих витаминов снижает риск ДНТ на 62 %, а риск повторного возникновения этой аномалии у потомства — на 70 %. В исследовании Chen et al. [40] снижение риска достигало 87 % у женщин, начавших потребление поливитаминов до зачатия и продолжавших регулярно принимать их в течение всей беременности. Таким образом, способность фолиевой кислоты эффективно предотвращать развитие дефектов нервной системы очевидна и не вызывает сомнений. По всей видимости, фолат предотвращает и ВПР МВС: ассоциация фолата со снижением риска этой аномалии была показана в 4-х исследованиях из пяти.
В отношении других типов ВПР такого единообразия и согласованности результатов отдельных работ, как в случае ДНТ и ВПР МВС, всё же нет. Возможно, эти типы ВПР более гетерогенны, и подтипы внутри каждой из групп имеют разную этиологию, а значит, и разные факторы риска. В случае ВПР СК ассоциация потребления фолата со снижением риска показана в 4 работах из 7, и наиболее значимые результаты были получены для пороков конотрункуса и дефектов межжелудочковой перегородки. В случае расщелин губы и нёба количество исследований, показавших ассоциацию — 8 из 14. Причём, как и в предыдущем случае, большинство работ обнаружило протективный эффект фолата только для одного типа патологии — расщелины нёба в сочетании с расщелиной верхней губы, которая этиологически отличается от расщелины нёба. Кроме этих аномалий, было выявлено влияние дефицита фолиевой кислоты на риск анеуплоидии, которая лежит в основе таких хромосомных заболеваний, как синдром Дауна, но пока таких работ было проведено ещё слишком мало для того, чтобы сделать однозначные выводы.
Результаты этих исследований были внедрены в клиническую практику. Согласно рекомендациям ВОЗ, суточная доза фолиевой кислоты для беременной женщины должна составлять от 400 до 800 мкг. Прием следует начинать за 2-3 месяца до планируемой беременности и продолжать, как минимум, до
3 месяцев наступившей беременности. Однако большинство женщин не планируют беременность и узнают о ней лишь спустя 2-3 недели. В этом случае прием фолата может оказаться неэффективным, поскольку такие аномалии, как ВПР СК, возникают в первые 3 недели беременности, а закрытие нервной трубки происходит на сроке около 4 недель. Поэтому Американский институт Здоровья рекомендует принимать фолат всем женщинам детородного возраста в дозе 400 мкг/день постоянно; а женщинам, имеющим ДНТ плода в анамнезе и планирующим следующую беременность — 4 мг/день. Тем не менее, поскольку не все женщины следуют этим рекомендациям, правительства ряда стран приняли решение о витаминизации пищевых продуктов ежедневного употребления, таких как мука, каши для завтрака, хлебные изделия. Это позволило снизить частоту встречаемости ВПР, но не во всех этнических группах. Например, у австралийских аборигенов и афроамериканцев частота ВПР осталась прежней [14]. В России вопрос об обогащении продуктов питания фолатом пока не решен и требует законодательной поддержки.
После постановления об обязательном введении фолиевой кислоты в пищевые продукты в США у 23 % североамериканской популяции была обнаружена концентрация фолатов в крови, превышающая физиологическую. Причём, это касалось в основном детей младше 5 лет и лиц пожилого возраста [31]. Возникает естественный вопрос: не вредно ли это? Имеет ли долговременное потребление фолата негативные последствия для здоровья? Чёткого ответа на этот вопрос ещё нет, но уже начинают накапливаться данные о том, что фолат полезен не всегда и не всем. Так, Тгоеп et а1. [46] показал, что накопление неметаболизированного фолата в крови у лиц, принимавших избыточные количества этого соединения, уменьшает цитотоксичность ЫК-клеток. У людей с дефицитом витамина В12 избыток фолата может маскировать клинические проявления этой нехватки, но не способен преодолеть её последствия, а именно, неврологическую дисфункцию и когнитивные расстройства [32]. Мало того, избыточный фолат в этом случае может даже усугубить тяжесть неврологических синдромов [31].
Повышение концентрации фолата в крови снижает ответ на терапию ревматоидного артрита, ма-
Сведения об авторах:
ВАЙНЕР Александра Сергеевна, аспирант, НГУ, г. Новосибирск, Россия. E-mail: hamlet85@yandex.ru
ЖЕЧЕВ Дмитрий Александрович, студент, НГУ, г. Новосибирск, Россия. E-mail: dima_zhechev@mail.ru
КЕЧИН Андрей Андреевич, студент, НГУ, г. Новосибирск, Россия. E-mail: a.a.kechin@mail.ru
КУДРЯВЦЕВА Екатерина Алексеевна, аспирант, НГУ, г. Новосибирск, Россия. E-mail: kudryavtseva_kathrin@ngs.ru
ГОРДЕЕВА Людмила Александровна, канд. биол. наук, зав. лабораторией молекулярной иммунохимии канцерогенеза, Институт экологии человека СО РАН, г. Кемерово, Россия. E-mail: ihe@kemtel.ru
ВОРОНИНА Елена Николаевна, канд. биол. наук, м.н.с., Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Россия. E-mail: voronina_l@mail.ru
ШАБАЛДИН Андрей Владимирович, доктор мед. наук, в.н.с., НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН, г. Кемерово, Россия. E-mail: weit2007@yandex.ru
ФИЛИПЕНКО Максим Леонидович, канд. биол. наук, руководитель Группы фармакогеномики, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Россия. E-mail: max@niboch.nsc.ru
Рисунок 1 Схема фолатного цикла
Примечание: ДГФ - дигидрофолат, ДМГ - диметилглицин, ТГФ - тетрагидрофолат, 5-мТГФ - 5-метилтетрагидрофолат, 5,10-мТГФ - 5,10-метилентетрагидрофолат, 10-фТГФ - 10-формилтетрагидрофолат, AHCY - аденозилгомоцистеиназа, BHMT - бетаин-гомоцистеин-метилтрансфераза, CBS - цистатионин-р-синтаза, CH - метенилтетрагидрофолат-циклогидролаза, DHFR - дигидрофолатредуктаза, FPGS - фолилполиглутамат-синтетаза, FR - рецептор фолата, FS - формилтетрагидрофолат-синтетаза, FTHFD - формилтетрагидрофолатдегидрогеназa, GCPII - фолил-у-глутамат-карбоксипептидаза II, MAT - метионин аденозилтрансфераза, MTHFD - метилентетрагидрофолатдегидрогеназа, MTHFR - метилентетрагидрофолатредуктаза, MTR - метионинсинтаза, MTRR - редуктазa метионинсинтазы, PCFT - proton-coupled folate transporter, RFC1 - переносчик восстановленных фолатов 1, SAH - S-аденозилгомоцистеин, SAM - S-аденозилметионин, SHMT - серингидроксиметилтрансфераза, TYMS - тимидилатсинтаза;
—► - обозначает биохимическую реакцию или транспорт соединения; - вспомогательная линия, соединяет на рисунке идентичные вещества.
FPGS - полиглутамация фолата FR RFC1
(^ттоГ) (ГмТТф)
кровь
PCFT
S* фолат X ^моноглутамат^/
~т
GCPII
фолат ’"'X Чтолиглутамат^/
лярии, псориаза, рака — тех заболеваний, для лечения которых применяют антагонисты фолиевой кислоты. Потребление фолата оказывает неоднозначное
влияние и на риск онкологических заболеваний. С одной стороны, фолат обладает протективным эффектом по отношению к инициации злокачественной
Information about authors:
WEINER Alexandra Sergeevna, postgraduate student, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. E-mail: hamlet85@yandex.ru ZHECHEV Dmitry Alexandrovich, student, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. E-mail: dima_zhechev@mail.ru KECHIN Andrey Andreevich, student, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. E-mail: a.a.kechin@mail.ru
KUDRYAVTSEVA Ekaterina Alekseevna, postgraduate student, Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia. E-mail: kudryavtseva_kathrin@ngs.ru GORDEEVA Ludmila Alexandrovna, candidate of biological sciences, Institute of Human Ecology SB RAS, Kemerovo, Russia. E-mail: ihe@kemtel.ru VORONINA Elena Nikolaevna, candidate of biological sciences, Institute of chemical biology and fundamental medicine, Novosibirsk, Russia. E-mail: voronina_l@mail.ru
SHABALDIN Andrey Vladimirovich, doctor of medical sciences, Scientific-Research Institute for complex studying of cardiovascular diseases SB RAMS, Kemerovo, Russia. E-mail: weit2007@yandex.ru
FILIPENKO Maxim Leonidovich, candidate of biological sciences, Institute of chemical biology and fundamental medicine, Novosibirsk, Russia. E-mail: max@niboch.nsc.ru
■ МЕТАБОЛИЗМ ФОЛАТОВ И ВРОЖДЕННЫЕ АНОМАЛИИ РАЗВИТИЯ
трансформации; но, с другой стороны, способствует прогрессии и росту опухоли на стадии предрака [31]. Кроме того, в экспериментах на мышах было показано, что богатая фолатом диета влияет на метилирование ДНК и гистонов и вызывает фенотипические изменения в следующих поколениях [36].
В связи с этим, важной и актуальной задачей представляется установление механизмов влияния фолиевой кислоты на снижение риска разных типов ВПР, изучение негативных последствий избытка фолата в рационе, а также выявление тех групп населения, для которых дополнительное потребление фолата является действительно полезным и оправданным.
ФОЛАТНЫЙ ЦИКЛ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Фолиевая кислота поступает в организм человека в форме фолат-полиглутаматов. В щёточной каёмке тонкого кишечника происходит отщепление остатков глутаминовой кислоты, затем фолат-моноглутамат всасывается в кровь с помощью переносчика PCFT (рис.) и восстанавливается до тетрагидрофолата (ТГФ). Основная форма фолата в крови — это 5-метилТГФ, но где именно происходит присоединение метильной группы к фолату, ещё не установлено [36]. Транспорт фолата в клетки осуществляется с помощью переносчика восстановленных фолатов — RFC1, а также путём эндоцитоза при связывании с рецепторами фолата — FRa, FRp и FRy. Эти белки дифференциально экспрессируются в различных тканях; особенно богаты рецеторами фолата плацента, желточный мешок и невральный эпителий до закрытия нервной трубки [36, 45]. FR и RFC1 переносят 5-метилТГФ, но FR обладает также большим сродством и к ТГФ [12]. В клетке фолилполиглутамат-синтетаза вновь присоединяет остатки глутамата к фолату, что необходимо для его накопления в клетке.
5-метилТГФ передаёт одноуглеродную группу на гомоцистеин с формированием метионина, превращаясь при этом в ТГФ. Метионин поступает в цикл метилирования: под действием метионинаденозил-трансферазы из него образуется S-аденозилметионин (SAM), который используется метилтрансферазами в качестве универсального метильного донора. В организме человека насчитывается более 80 реакций метилирования, включая метилирование ДНК и РНК, синтез холина, фосфатидилхолина, адреналина и др. В ходе этих реакций SAM превращается в S-адено-зилгомоцистеин (SAH), который затем гидролизуется аденозилгомоцистеиназой, превращаясь в аденозин и гомоцистеин и замыкая цикл. Помимо участия в цикле метилирования, гомоцистеин вступает в реакцию с серином, образуя цистатионин под действием цистатионин р-синтазы. Цистатионин в дальнейшем служит субстратом для образования цистеина.
Другим важным звеном фолатного цикла является синтез нуклеотидов, а именно, превращение ури-дилата в тимидилат и формирование 10-формилТГФ, который используется для синтеза пуриновых нуклеотидов. Ключевым соединением для этих процес-
сов является 5,10-метиленТГФ, который образуется при переносе одноуглеродного фрагмента с сери-на на ТГФ. В реакции синтеза тимидилата этот фрагмент поступает на уридинмонофосфат; конечными продуктами являются дигидрофолат и тимидинмо-нофосфат (рис.). Дигидрофолат под действием дигид-рофолатредуктазы восстанавливается до ТГФ.
Связующим звеном между циклом метилирования и циклом синтеза нуклеотидов является реакция восстановления 5,10-метиленТГФ до 5-метилТГФ под дейстием фермента метилентетрагидрофолат редук-тазы (MTHFR). Данная реакция in vivo фактически необратима, поэтому недостаточность фермента MTHFR может приводить к задержке одноуглеродных групп в цикле синтеза нуклеотидов и снижению их доступности для реакций цикла метилирования, а значит, нарушать баланс в системе метаболизма фолиевой кислоты. С другой стороны, избыточному поступлению метильных групп в цикл метилирования препятствует накопление SAM, который ингибирует ферменты MTHFR и BHMT и активирует цистатионин р-синтазу, что способствует сохранению баланса [12].
НАРУШЕНИЕ МЕТАБОЛИЗМА ФОЛАТОВ: ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ НА РИСК ВПР
Стабильность генома и синтез ДНК
Дефицит фолиевой кислоты ассоциируется в экспериментах in vitro и in vivo с появлением на хромосомах «ломких» сайтов, разрывами ДНК и ошибочной встройкой в ДНК урацила [20]. По всей видимости, это связано с нарушениями в системе синтеза нуклеотидов, вызванной нехваткой фолата. Недостаток тимидилата приводит к встраиванию в ДНК ураци-ла, а устранение его ферментами репарации может генерировать разрывы в молекуле ДНК. Несбалансированный нуклеотидный пул, кроме того, нарушает процессы репарации и синтеза ДНК. Некоторые исследователи полагают, что именно эти нарушения лежат в основе возникновения врожденных аномалий при дефиците фолиевой кислоты, поскольку быстрое деление клеток в критические периоды эмбриогенеза требует адекватных количеств нуклеотидов. При их нехватке замедляется скорость митозов и снижается пролиферативная способность клеток, что и приводит к формированию врождённого порока. Однако, с этим согласны не все исследователи. Rosenquist et al. [44] отмечает, что для возникновения ВПР достаточно дефицита фолата менее тяжелой степени, чем тот, который требуется для ингибирования синтеза ДНК. К тому же, нехватка фолиевой кислоты ассоциируется с вполне определенными пороками, такими как ДНТ, пороки конотрункуса и дефекты межжелудочковой перегородки сердца. На ранних же стадиях эмбриогенеза клетки всех тканей плода делятся быстро, и все они нуждаются в субстратах для синтеза ДНК. Поэтому, по мнению этого исследователя, должен быть какой-то другой механизм, объясняющий специфичность протективного действия
фолата по отношению к определенным аномалиям развития.
Гомоцистеин
Аминокислота гомоцистеин накапливается в организме при дефиците фолиевой кислоты, а также при нарушениях функции ферментов метаболизмов фолата [44]. Дополнительное потребление фолата, напротив, снижает уровень этого соединения [27, 28, 42]. Гомоцистеин токсичен; избыток его в кровяном русле является фактором риска сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний, таких как ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, атеросклероз, венозный тромбоз, инсульт и болезнь Альцгеймера [2, 47]. Предполагается, что гомоцистеин, присоединяясь к белкам с помощью амидной или дисульфидной связи, нарушает их функциональные характеристики и фолдинг. Накопление неправильно свернутых белков в ЭПР может вызывать апоп-тоз [41]. Особенной чувствительностью к повышению уровня гомоцистеина отличаются эндотелиальные клетки, поскольку не экспрессируют цистатионин-р-син-тазу, а значит, не способны утилизировать гомоцис-теин по пути синтеза цистеина (рис.). Гомоцистеин и, в особенности, его метаболит L-гомоцистеиновая кислота обладают также нейротоксическим эффектом, активируя NMDA-рецепторы, что приводит к росту ионизированного кальция и активных форм кислорода внутри нейронов и индукции апоптоза и некроза [2].
Всё вышеизложенное позволяет считать гомоцистеин хорошим кандидатом на роль «виновника» возникновения ВПР. Действительно, повышение уровня гомоцистеина в плазме или амниотической жидкости матери ассоциируется с ДНТ, ВПР СК, расщелинами губы и нёба и хромосомными болезнями плода. Обращает на себя внимание, что это как раз те пороки, с которыми ассоциирован дефицит фолиевой кислоты. Результаты исследования Плоцкого с соавт. [4] подтверждают эти данные. В проанализированной им группе беременных женщин, у плодов которых выявлены различные аномалии развития, достоверно более высокий уровень гомоцистеина в крови наблюдался только у матерей, дети которых страдали врожденными пороками сердца, центральной нервной системы и хромосомными аномалиями. То есть, за исключением расщелин губы и нёба и ВПР МВС, которые не были представлены в выборке этих исследователей, это опять те же типы ВПР, на которые влияет дефицит фолата. Сходные результаты были получены и в работе Ио8епдш81 е! а1. [44]. В его экспериментах инкубация куриных эмбрионов с гомоцистеином приводила к развитию у них дефектов межжелудочковой перегородки сердца, нервной трубки и брюшной стенки, добавление же фолата предотвращало тератогенный эффект гомоцистеина. Похожее исследование было проведено Li е! а1. [16], инкубация с гомоцистеином в его работе ассоциировалась с нарушением развития сердца и кровеносных сосудов у эмбрионов кур, и фолат также предотвращал развитие этих аномалий.
Надо добавить, что ДНТ, ВПР СК (а именно, аномалии конотрункуса — общий артериальный ствол, тетрада Фалло, транспозиция магистральных сосудов и двойное отхождение сосудов от желудочков) и расщелины губы и нёба, возможно, имеют весьма сходную этиологию. Кости, хрящи и соединительная ткань лица формируются из клеток нервного гребня; другая группа клеток нервного гребня мигрирует с дорсальной стороны нервной трубки и участвует в разделении развивающегося сердца. Удаление этих клеток приводит к отсутствию аортолегочной перегородки и неправильной ориентации выносящего тракта. То есть, если гомоцистеин специфически действует на клетки нейрального происхождения, то повышение его уровня может вызывать именно эти врожденные пороки. Boot et al. [22] исследовал поведение нейроэпителиальных клеток in vitro и показал, что гомоцистеин индуцирует повышенную пролиферацию и избыточную миграцию из нервной трубки клеток будущего нервного гребня, и нарушает их диф-ференцировку. Из этих данных он заключил, что ВПР нервной системы возникают из-за сокращения количества клеток нервной трубки вследствие их трансформации в клетки нервного гребня под действием гомоцистеина, а расщелины губы и нёба и некоторые ВПР СК формируются из-за неправильной диффе-ренцировки последних.
Тем не менее, некоторые исследователи полагают, что гомоцистеин является лишь маркером нарушений в метаболизме фолиевой кислоты, и ключевая роль в формировании аномалий развития принадлежит всё же не ему. В работах Vanaerts et al. [39], Green et al. [26] и Bennett et al. [18] инкубация эмбрионов мышей и крыс с высокими дозами гомоцисте-ина не приводила к развитию у них дефектов нервной трубки, хотя эбриотоксический эффект гомоцистеина наблюдался. Не было обнаружено дефектов нервной трубки и у мышей с инактивированным геном цис-татионин^-синтазы, страдающих гомоцистеинемией [34]. Эти данные противоречат гипотезе о тканеспецифичном действии гомоцистеина и его способности индуцировать развитие ВПР центральной нервной системы.
Существуют также гипотезы о том, что гомоцис-теин реализует своё действие не напрямую, а посредством влияния на основные функциональные метаболические пути фолатного цикла. Fell и Selhub [19] считают, что повышение уровня гомоцистеина может снижать уровень 5,10-метилентетрагидрофо-лата, необходимого для синтеза нуклеотидов, и тем самым нарушать этот процесс. Предполагаемый механизм таков: для утилизации избытка гомоцистеина нужны дополнительные количества 5-метилтетрагид-рофолата, который синтезируется из 5,10-метилен-тетрагидрофолата. Таким образом, гомоцистеин «перетягивает» на себя одноуглеродные фрагменты, необходимые для нуклеотидного синтеза (рис.). Другая гипотеза — это влияние гомоцистеина на уровень метилирования ДНК [29]. Повышение концентрации гомоцистеина может приводить к накоплению SAH, поскольку гидролиз SAH до гомоцистеина и адено-
■ МЕТАБОЛИЗМ ФОЛАТОВ И ВРОЖДЕННЫЕ АНОМАЛИИ РАЗВИТИЯ
зина является обратимой реакцией [9], а избыток SAH ингибирует реакции метилирования ДНК, что и лежит в основе формирования врожденного порока.
Метилирование ДНК
Метилирование ДНК и гистонов — важный эпигенетический механизм регуляции генной экспрессии, а также необходимый процесс для обеспечения правильной сегрегации хромосом при делении клеток. В экспериментах на эмбрионах птиц и животных ингибирование реакций метилирования нарушало диф-ференцировку и миграцию клеток и нормальное течение эмбриогенеза [15, 49], в том числе вызывало ДНТ [29, 33]. Метионин, необходимая для метилирования аминокислота, напротив, снижал частоту дефектов нервной трубки у мышей, генетически предрасположенных к ДНТ [17]. В другой работе была показана его необходимость для заращения нервной трубки у крысиных эмбрионов [48]. В исследовании Wang et al. [43] была выявлена статистически значимая ассоциация снижения уровня метилирования LINE-1 повторов, а также тотального гипометилирования ДНК, выделенной из нервной ткани абортусов человека, с увеличением риска ДНТ. Но уровень фолата и гомоцистеина в плазме матерей исследуемых абортированных плодов не показал ассоциации с риском этой аномалии.
Таким образом, метилирование, по всей видимости, играет важную роль в развитии плода, но прямая связь его с дефицитом фолата ещё не доказана. В работе Burren et al. [24] нехватка фолиевой кислоты снижала соотношение SAM/SAH у мышиных эмбрионов и ассоциировалась с ДНТ, а в исследовании Le Leu et al. [21] — повышала уровень гомоцистеина у крыс, но ни в одной из этих работ дефицит фолата не вызывал снижение уровня метилирования генома. Это также свидетельствует о том, что, возможно, причина влияния дефицита фолата на риск врожденных аномалий всё же не в нарушении метилирования.
Резюмируя вышеизложенное можно заключить, что ни одна из гипотез о влиянии дефицита фолиевой кислоты на риск формирования ВПР не является абсолютно доказанной и непротиворечивой. Возможно, выявление ассоциации аллельных вариантов генов метаболизма фолата, влияющих на функциональные характеристики кодируемых ими ферментов, будет способствовать прояснению роли фолата в этиологии ВПР.
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ МЕТАБОЛИЗМА ФОЛАТА И ВРОЖДЕННЫЕ ПОРОКИ РАЗВИТИЯ
Дополнительное потребление фолата может предотвращать ДНТ плода даже в том случае, если у матери не было дефицита фолиевой кислоты [30]. Это указывает на то, что такие женщины имеют нарушенный транспорт или метаболизм фолатов, и повышение концентрации фолиевой кислоты в организме позволяет им преодолеть эти нарушения. Изучение
влияния генетически обусловленных дефектов фо-латного метаболизма представляется весьма интересной задачей. Во-первых, это позволяет выявить группы повышенного риска ВПР, а во-вторых — вносит вклад в понимание молекулярных механизмов про-тективного влияния фолиевой кислоты по отношению к этой патологии.
К настоящему времени проведено несколько десятков работ, посвященных исследованию ассоциации полиморфных вариантов генов фолатного обмена с риском ВПР. Большинство работ было выполнено на выборках размером 200-300 человек в опытной и контрольной группах и фокусировалось на нескольких наиболее изученных нуклеотидных заменах (SNP), таких как MTHFR C677T (rs1801133), RFC1 A80G (rs1051266), MTR A2756G (rs1805087), MTHFD1 G1958A (rs2236225). В последние годы стали появляться и крупные работы, анализирующие сразу десятки SNP — исследования Boyles et al. [37], Franke et al. [10], Shaw et al. [7]. Ассоциации определенных нуклеотидных замен с разными видами ВПР были получены во многих работах, но большая их часть не воспроизводилась на других выборках. С уверенностью можно утверждать лишь об ассоциации генотипа MTHFR 677TT с ДНТ, и только в популяциях нелатинского европейского происхождения (немцы, поляки, англичане и т.д.) [38]. Ассоциация была подтверждена и на российской выборке [5]. Замена C677T снижает активность фермента метилен-тетрагидрофолатредуктазы (рис.), приводит к накоплению гомоцистеина, ассоциируется со снижением уровня метилирования ДНК и уменьшенным содержанием урацила в ДНК [8, 9, 11, 13, 25]. Таким образом, это позволяет предположить, что в этиологии ДНТ играет роль аккумуляция гомоцистеина или нарушение метилирования, но не нарушение нуклеотидного синтеза в результате снижения доступности одноуглеродных групп для этого процесса.
Среди других генетических локусов, ассоциации которых воспроизводились хотя бы в двух исследованиях, можно отметить RFC1 A80G rs1051266 (ассоциация генотипа GG с риском ДНТ), MTHFD1 G1958A rs2236225 (ассоциация аллеля А с риском ДНТ), MTRR A66G rs1801394 (ассоциация генотипа GG с риском ДНТ), MTHFR C677T rs1801133 (ассоциация аллеля T с риском расщелин губы и нёба и ВПР СК), BHMT G742A rs3733890 (ассоциация аллеля А с риском ДНТ). Надо заметить, что в основном исследовался такой тип ВПР, как ДНТ, другие типы врожденных аномалий представлены в работах весьма слабо. То же касается и неисследованных ранее нуклеотидных замен, как уже было сказано выше.
Таким образом, если говорить о проблемах и перспективах проведения исследований в этой области, то можно порекомендовать следующее:
1. Целесообразно изучать ассоциацию полиморфных локусов на выборках большего размера, чем это делалось до настоящего времени. Например, на выборке, где размер опытной и контрольной групп составляет около 300 человек, с 80 % уровнем ста-
тистической мощности можно детектировать значения отношения шансов только около 1,4 при частоте исследуемого аллеля около 20-30 %. Меньшие значения отношения шансов могут быть не выявлены, и это может быть одной из причин низкой воспроизводимости результатов проведенных исследований.
2. Стоит уделять внимание разным видам ВПР и отдельно исследовать подгруппы внутри этих типов, отличающиеся по этиологии. Например, при изучении ВПР челюстно-лицевой области отдельно исследовать расщелины нёба и расщелины нёба в сочетании с расщелиной верхней губы. Различие выборок по степени представленности в них пороков различной этиологии может приводить к существенным различиям в полученных результатах.
3. Весьма интересной задачей является рассмотрение влияния SNP в генах фолатного цикла на риск ВПР в контексте разного уровня потребления фолата членами исследуемых выборок, поскольку фолат может модулировать эффект нуклеотидной замены.
4. Стоит исследовать не только изученные полиморфные локусы, но и «непопулярные» и малоизвестные. Например, Franke et al. [10] в своём исследовании показал, что замены в генах CUBN, TRDMT1, ALDH1L1, и SARDH с ассоциируются с ДНТ, причём для локусов в генах CUBN и TRDMT1 эта ассоциация имела весьма высокий уровень значимости. Эти генетические локусы исследовались впервые, поэтому этот результат должен быть подтвержден на выборках разного этнического происхождения.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Барашнев, Ю.И. Диагностика и лечение врожденных и наследственных заболеваний у детей (путеводитель по клинической генетике) /Барашнев Ю.И., Бахарев В.А., Новиков П.В. - М., 2004. - 560 с.
2. Болдырев, А.А. Молекулярные механизмы токсичности гомоцистеина / Болдырев А.А. //Биохимия. - 2009. - Т. 74, № 6. - С. 725-736.
3. Нозологическая структура врожденных пророков развития плодов в Новосибирске /Доброскокова Н.Ф., Аксенова В.П., Надеев А.П. и др. //Арх. патол. - 2010. - Т. 1. - С. 16-19.
4. Плоцкий, А.Р. Оценка уровня гомоцистеина в плазме беременных женщин с врожденными пороками развития плода /Плоцкий А.Р., Егорова Т. Ю., Сидорова Л.Н. //Охр. матер. и дет. - 2006. - Т. 2, № 8. - С. 37-41.
5. Полиморфизм С677Т гена MTHFR как фактор риска врожденной патологии у потомства / Панкова Е.Е., Зинченко Л.В., Матулевич С.А., Голубцов В.И. //Кубан. науч. мед. вестник. - 2009. - Т. 6, № 111. - С. 144-147.
6. Полянкина, Л.Б. Динамика заболеваемости и анализ факторов риска формирования врожденных пороков развития у детей г. Новосибирска /Полянкина Л.Б. Белоусова Т.В., Максутова А.К. //Бюл. сиб. мед. - 2008. - С. 114-122.
7. 118 SNPs of folate-related genes and risks of spina bifida and conotruncal heart defects /Shaw G.M., Lu W., Zhu H. et al. //BMC Med. Genet. - 2009. - V. 10. - P. 49.
8. 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) 677C->T and 1298A->C mutations are associated with DNA hypomethylation /Castro R., Rivera I., Ravasco P. et al. //J. Med. Genet. - 2004. - V. 41, N 6. - P. 454-458.
9. A common mutation in the 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase gene affects genomic DNA methylation through an interaction with folate status /Friso S., Choi S.W., Girelli D. et al. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2002. - V. 99, N 8. - P.5606-5611.
10. An association study of 45 folate-related genes in spina bifida: Involvement of cubilin (CUBN) and tRNA aspartic acid methyltransferase 1 (TRDMT1) /Franke B., Vermeulen S.H., Steegers-Theunissen R.P. et al. //Birth. Defects Res. A Clin. Mol. Teratol. - 2009. - V. 85, N 3. - P. 216-226.
11. Associations between single nucleotide polymorphisms in folate uptake and metabolizing genes with blood folate, homocysteine, and DNA uracil concentrations /Devos L., Chanson A., Liu Z. et al. //Am. J. Clin. Nutr. - 2008. - V. 88, N 4 - P. 1149-1158.
12. Beaudin, A.E. Folate-mediated one-carbon metabolism and neural tube defects: balancing genome synthesis and gene expression /Beaudin A.E., Stover P.J. //Birth. Defects Res. C Embryo Today. - 2007. - V. 81, N 3 - P. 183-203.
13. Biological and clinical implications of the MTHFR C677T polymorphism /Ueland P.M., Hustad S., Schneede J. et al. //Trends Pharmacol. Sci. -
2001. - V. 22, N 4. - P. 195-201.
14. Decline in the prevalence of spina bifida and anencephaly by race/ethnicity: 1995-2002 /Williams L.J., Rasmussen S.A., Flores A. et al. //Pediatrics. - 2005. - V.116, N 3. - P. 580-586.
15. Effects of a DNA demethylating agent—5-azacytidine—on testicular morphology during mouse embryo development /Bulut H.E., Ozdemir O., Basimoglu-Koca Y. et al. //Okajimas Folia Anat. Jpn. - 1999. - V. 76, N 1. - P. 47-53.
16. Effects of homocysteine on cardiovascular development in early chicken embryo /Li Y., Li Z., Chen X. et al. //Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi. -1999. - V. 33, N 3. - P. 137-139.
17. Essien, F.B. Methionine but not folinic acid or vitamin B-12 alters the frequency of neural tube defects in Axd mutant mice /Essien F.B., Wan-
nberg S.L. //J. Nutr. - 1993. - V. 123, N 1. - P. 27-34.
18. Failure of homocysteine to induce neural tube defects in a mouse model /Bennett G.D., Vanwaes J., Moser K. et al. //Birth. Defects Res. B Dev. Reprod. Toxicol. - 2006. - V. 77, N 2. - P. 89-94.
19. Fell, D. Disruption of thymidylate synthesis and glycine-serine interconversion by L-methionine and L-homocystine in Raji cells /Fell D., Sel-
hub J. //Biochim. Biophys. Acta. - 1990. - V. 1033, N 1. - P. 80-84.
20. Fenech, M. The role of folic acid and Vitamin B12 in genomic stability of human cells /Fenech M. //Mutat. Res. - 2001. - V. 475, N 1-2. -P. 57-67.
21. Folate deficiency diminishes the occurrence of aberrant crypt foci in the rat colon but does not alter global DNA methylation status /Le Leu R.K.,
Young G.P., Mcintosh G.H. //J. Gastroenterol. Hepatol. - 2000. - V. 15, N10. - P. 1158-1164.
22. Folic acid and homocysteine affect neural crest and neuroepithelial cell outgrowth and differentiation in vitro /Boot M.J., Steegers-Theunis-
sen R.P., Poelmann R.E. et al. //Dev. Dyn. - 2003. - V. 227, N 2. - P. 301-308.
23. Folic acid to reduce neonatal mortality from neural tube disorders /Blencowe H., Cousens S., Modell B., Lawn J. //Int. J. Epidem. - V. 39, S. 1. -P. 110-121.
24. Gene-environment interactions in the causation of neural tube defects: folate deficiency increases susceptibility conferred by loss of Pax3 function /Burren K.A., Savery D., Massa V. et al. //Hum. Mol. Genet. - 2008. - V. 17, N 23. - P. 3675-3685.
25. Germ-line variants in methyl-group metabolism genes and susceptibility to DNA methylation in normal tissues and human primary tumors /Paz M.F., Avila S., Fraga M.F. et al. //Cancer Res. - 2002. - V. 62, N 15. - P. 4519-4524.
26. Greene, N.D. Homocysteine is embryotoxic but does not cause neural tube defects in mouse embryos /Greene N.D., Dunlevy L.E., Copp A.J. //Anat. Embryol. (Berl.). - 2003. - V. 206, N 3. - P. 185-191.
27. Homocysteine concentrations in adults with trisomy 21: effect of B vitamins and genetic polymorphisms /Fillon-Emery N., Chango A., Mir-cher C. et al. //Am. J. Clin. Nutr. - 2004. - V. 80, N 6. - P. 1551-1557.
28. Homocysteine Lowering Trialists' Collaboration. Lowering blood homocysteine with folic acid based supplements: meta-analysis of randomised trials //Bmj. - 1998. - V. 316, N 7135. - P. 894-898.
■ МЕТАБОЛИЗМ ФОЛАТОВ И ВРОЖДЕННЫЕ АНОМАЛИИ РАЗВИТИЯ
29. Inhibition of transmethylation disturbs neurulation in chick embryos /Afman L.A., Blom H.J., Drittij M.J. et al. //Brain Res. Dev. Brain Res. -
2005. - V. 158, N 1-2. - P. 59-65.
30. Is disordered folate metabolism the basis for the genetic predisposition to neural tube defects? /Yates J.R., Ferguson-Smith M.A., Shenkin A. et al. //Clin. Genet. - 1987. - V. 31, N 5. - P. 279-287.
31. Is folic acid good for everyone? /Smith A.D., Kim Y.I., Refsum H. //Am. J. Clin. Nutr. - 2008. - V. 87, N 3. - P. 517-533.
32. Maternal epigenetics and methyl supplements affect agouti gene expression in Avy/a mice /Wolff G.L., Kodell R.L., Moore S.R., Cooney C.A.
//Faseb. J. - 1998. - V. 12, N 11. - P. 949-957.
33. Matsuda, M. Inhibition of cephalic neural tube closure by 5-azacytidine in neurulating rat embryos in vitro /Matsuda M., Yasutomi M. //Anat. Embryol. (Berl.). - 1992. - V. 185, N 3. - P. 217-223.
34. Mice deficient in cystathionine beta-synthase: animal models for mild and severe homocyst(e)inemia /Watanabe M., Osada J., Aratani Y. et al. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1995. - V. 92, N 5. - P. 1585-1589.
35. MRC Vitamin Study Research Group. Prevention of neural tube defects: results of the Medical Research Council Vitamin Study //Lancet. -
1991. - V. 338, N 8760. - P. 131-137.
36. Neural tube and craniofacial defects with special emphasis on folate pathway genes /Finnell R.H., Greer K.A., Barber R.C., Piedrahita J.A. //Crit. Rev. Oral. Biol. Med. - 1998. - V. 9, N 1 - P. 38-53.
37. Neural tube defects and folate pathway genes: family-based association tests of gene-gene and gene-environment interactions /Boyles A.L., Billups A.V., Deak K.L. et al. //Environ Health Perspect. - 2006. - V. 114, N 10. - P. 1547-1552.
38. Non-Latin European descent could be a requirement for association of NTDs and MTHFR variant 677C > T: a meta-analysis /Amorim M.R.,
Lima M.A., Castilla E.E., Orioli I.M. //Am. J. Med. Genet. A. - 2007. - V. 143A, N 15. - P. 1726-1732.
39. Prevention of neural tube defects by and toxicity of L-homocysteine in cultured postimplantation rat embryos /Vanaerts L.A., Blom H.J., De-abreu R.A. et al. //Teratology. - 1994. - V. 50, N 5. - P. 348-360.
40. Prevention of NTDs with periconceptional multivitamin supplementation containing folic acid in China /Chen G., Song X., Ji Y. et al. //Birth. Def. Res. A Clin. Mol. Teratol. - 2008. - V. 82, N 8. - P. 592-596.
41. Perla-Kajan, J. Mechanisms of homocysteine toxicity in humans /Perla-Kajan J., Twardowski T., Jakubowski H. //Amino Acids. - 2007. - V. 32,
N 4. - P. 561-572.
42. Randomized trial of folic acid supplementation and serum homocysteine levels /Wald D.S., Bishop L., Wald N.J. et al. //Arch. Intern. Med. -
2001. - V. 161, N 5. - P. 695-700.
43. Relation between hypomethylation of long interspersed nucleotide elements and risk of neural tube defects /Wang L., Wang F., Guan J. et al. //Am. J. Clin. Nutr. - 2010. - V. 91, N 5. - P. 1359-1367.
44. Rosenquist, T.H. Homocysteine induces congenital defects of the heart and neural tube: effect of folic acid /Rosenquist T.H., Ratashak S.A., Selhub J. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1996. - V. 93, N 26. - P. 15227-15232.
45. Stover, P.J. Physiology of folate and vitamin B12 in health and disease /Stover P.J. //Nutr. Rev. - 2004. - V. 62, N 6, Pt. 2. - P. 3-12.
46. Unmetabolized folic acid in plasma is associated with reduced natural killer cell cytotoxicity among postmenopausal women /Troen A.M., Mitchell B., Sorensen B. et al. //J. Nutr. - 2006. - V. 136, N 1. - P. 189-194.
47. Wald, D.S. Homocysteine and cardiovascular disease: evidence on causality from a meta-analysis /Wald D.S., Law M., Morris J.K. //Bmj. -
2002. - V. 325, N 7374. - P. 1202.
48. Whole rat embryos require methionine for neural tube closure when cultured on cow serum /Coelho C.N., Weber J.A., Klein N.W. et al. //J. Nutr. - 1989. - V. 119, N 11. - P. 1716-1725.
49. Zagris, N. 5-Azacytidine changes gene expression and causes developmental arrest of early chick embryo /Zagris N., Podimatas T. //Int. J. Dev. Biol. - 1994. - V. 38, N 4. - P. 741-744.
50. Zhu, H. Importance of gene-environment interactions in the etiology of selected birth defects /Zhu H., Kartiko S., Finnell R.H. //Clin. Genet. -2009. - V. 75, N 5. - P. 409-423.
Выражение признательности
Работа была поддержана Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы.
