Молекулярно-генетические механизмы развития и современные методы лечения легочной артериальной гипертензии у детей. 1. Генетическая предрасположенность Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Теоретична медицина

УДК 616.24:616.12-008.331.1-053.2:577.2 ВОЛОСОВЕЦ А.П.

Национальный медицинский университет им. А. А. Богомольца, г. Киев АБАТУРОВ А.Е.

Днепропетровская государственная медицинская академия

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ЛЕГОЧНОЙ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ У ДЕТЕЙ

1. Генетическая предрасположенность

Резюме. В обзоре рассмотрены современные представления о генетической предрасположенности к легочной артериальной гипертензии. Развитие легочной артериальной гипертензии ассоциировано с мутациями генов рецепторов семейства TGF-b (рецептора II типа — BMPR2, рецептора I типа — ALK1), структурного сокомпонента рецепторов TGF-b эндоглина. В фенотипической реализации данных мутаций принимают участие множество других генов, в частности гены транспортера серотонина, вазоактивного интестинального пептида, активность которых определяет сократимость и скорость пролиферации гладкомышечных клеток сосудистых стенок.

Ключевые слова:легочная артериальная гипертензия, молекулярно-генетические механизмы, дети.

Введение

Легочная артериальная гипертензия (ЛАГ) является редко встречающимся заболеванием, которое характеризуется фатальным исходом. Согласно данным французских и шотландских исследователей, распространенность первичной легочной гипертензии составляет от 15 до 26 случаев на 1 миллион населения [9, 30, 161].

Впервые ЛАГ, развитие которой не было связано с какими-либо причинами, протекающая с облитерацией мелких легочных сосудов и формированием правосторонней сердечной недостаточности, была описана E. Romberg в 1891 году [172].

ЛАГ — это патологическое состояние, характеризующееся прогрессирующим повышением сосудистого давления в легочной артерии в результате облитери-рующего поражения мелких легочных сосудов, которое клинически проявляется снижением толерантности к физическим нагрузкам, инспираторной одышкой, обмороками, болью в области груди и приводит к развитию правожелудочковой сердечной недостаточности и преждевременной смерти [29, 132]. Поражение мелких легочных сосудов является патогномоничным признаком первичной легочной гипертензии, поражение крупных сосудов и дилатация правого желудочка сердца — вторичные компоненты заболевания. В процессе поражения мелких сосудов легочной ткани выделяют несколько стадий: 1) распространение гладкомышечных клеток в сосудистые стенки сосудов, которые в норме

лишены мышечных клеток, преимущественно в области респираторных ацинусов за счет дифференцировки перицитов в зрелые гладкомышечные клетки; 2) мускуля-ризация (гипертрофия) мышечных проксимальных артерий, которая приводит к увеличению толщины медии и уменьшению диаметра просвета сосудов; 3) формирование из пролиферирующих и мигрирующих в субэндо-телиальное пространство клеток и экстрацеллюлярного матрикса между эндотелием и внутренней эластической пластиной нового слоя клеток, получившего название неоинтима; 4) формирование плексиформных поражений [138, 140]. У новорожденных и детей раннего возраста ЛАГ обусловлена преимущественно недостаточностью легочной васкуляризации за счет уменьшения количества мелких артерий или увеличения их муску-ляризации. У детей старшего возраста при ЛАГ наблюдаются как мускуляризация дистальных артерий, так и прогрессирующая гиперплазия интимы, плексиформ-ные поражения легочных сосудов [163]. Повышение давления в легочной артерии более 25 мм рт.ст. в состоянии покоя и более 30 мм рт.ст. при физической нагрузке является диагностическим критерием ЛАГ [29, 31, 162].

Классификация

Венецианская классификация легочной артериальной гипертензии (2003) [31, 75].

1. Легочная артериальная гипертензия:

1.1. Идиопатическая (первичная) ЛАГ (ИЛАГ).

1.2. Семейная ЛАГ (СЛАГ).

1.3. Ассоциированная:

1.3.1. С системными заболеваниями соединительной ткани.

1.3.2. Врожденными пороками сердца (системно-легочные шунты).

1.3.3. Портальной гипертензией.

1.3.4. ВИЧ-инфекцией;

1.3.5. Лекарственными и токсическими воздействиями (ингибиторами аппетита (фенфлурамином, аминорексом, дексфенфлурамином), амфетаминами, L-триптофаном, кокаином, химиотерапевтическими препаратами, токсическими маслами, в частности, рапсовым).

1.3.6. другими (поражения щитовидной железы, болезнь Гошера, обменные болезни, наследственная геморрагическая телеангиэктазия, гемоглобинопатии, миелопролиферативные болезни, спленэктомия).

1.4. Ассоциированная со значительным поражением вен и капилляров.

1.5. Легочная веноокклюзионная болезнь.

1.6. Легочный капиллярный гемангиоматоз.

1.7. Персистирующая ЛАГ новорожденных.

2. ЛАГ, ассоциированная с поражениями левых отделов сердца:

2.1. Нарушение наполнения левого желудочка.

2.2. Поражения клапанного аппарата сердца (митральные пороки).

3. ЛАГ, ассоциированная с патологией дыхательной системы и/или гипоксемией:

3.1. Хроническая обструктивная болезнь легких.

3.2. Интерстициальные заболевания легких.

3.3. Нарушения дыхания во время сна.

3.4. Альвеолярная гиповентиляция.

3.5. Высокогорная ЛАГ.

3.6. Неонатальные поражения легких.

4. ЛАГ вследствие хронических тромботических или эмболических заболеваний:

4.1. Тромбоэмболическая обструкция проксимальных легочных артерий.

4.2. Тромбоэмболическая обструкция дистального русла легочной артерии.

4.3. Нетромботические легочные эмболии (опухоли, паразитарные заболевания, инородные тела).

5. Смешанные формы — саркоидоз, гистиоцитоз Х, лимфангиоматоз, компрессия легочных сосудов (адено-патия, опухоли, фиброзирующий медиастинит).

Генетическая предрасположенность

В настоящее время большинство исследователей считают, что СЛАГ и ИЛАГ являются генетически детерминированными заболеваниями, в основе которых

лежат мутации генов двух рецепторов семейства трансформирующего фактора роста-b (TGF-b) — рецептора II типа — костного морфогенетического белка (BMPR2), рецептора I типа — активин-подобной киназы (ALK1) (табл. 1) [19, 52, 88, 136.].

Суперсемейство TGF-b лигандов представляет большую группу (> 60) протеинов, являющихся полифункциональными факторами роста. Данное суперсемейство включает в себя три изоформы TGF-b (TGF-bp TGF-b2 и TGF-b3), пять изоформ активинов, костные морфо-генетические белки (BMP-1/толлоид, BMP-2, BMP-3/ остеогенин, BMP-3b/фактор роста и дифференцировки 10, BMP-5, BMP-6/VG1-связанная последовательность, BMP-7/остеогенный протеин-1, BMP-8/остеогенный протеин-1, BMP-8b/остеогенный протеин-3, BMP-9/ фактор роста и дифференцировки-2, BMP-10, BMP-11/ фактор роста и дифференцировки-11, BMP-15/фактор роста и дифференцировки-9^ и микостатин [39, 46, 68, 86, 229]. Изоформы TGF-b и некоторые BMP (BMP-2, BMP-4, BMP-6 и BMP-7) экспрессируются эндотелио-цитами и гладкомышечными клетками сосудов [28]. Ди-меры TGF-b в организме человека ассоциированы с ин-гибирующими протеинами — латент-ассоциированным протеином (LAP) и латентным TGF-b-связывающим протеином (LTBP). Изоформы TGF-b приобретают физиологическую активность только после разобщения с данными белками. Диссоциация комплексов TGF-b/ LAP, TGF-b/LTBP происходит при кооперации TGF-b с рецептором инсулиноподобного фактора роста II, рецептором плазминогена урокиназного типа, плазмином, TSP, фибриноподобной пропротеиновой конвертазой. В отличие от TGF-b протеины BMP продуцируются в активной форме [20, 128, 145].

Протеины суперсемейства TGF-b взаимодействуют с двумя типами специфических трансмембранных рецеп-торных серин/треониновых киназ [15]. Различают 7 разновидностей рецепторов I типа (активин-подобные ре-цепторные киназы/ALK) и 5 разновидностей рецепторов II типа (TbR-II: BMPR^ AMHR^ TGFR^ ActR^, ActR2B) [104, 128]. Рецептор BMPR отличается от других T^R-II наличием длинной С-терминальной последовательности внутриклеточного домена [32]. Различные клетки легочной ткани характеризуются разной степенью плотности экспрессии BMPR2. Максимально высокая степень экспрессии BMPR на поверхности клеточной мембраны наблюдается у эндотелиоцитов и менее интенсивная — на фибробластах и гладкомышечных клетках [16, 159].

Димерные лиганды суперсемейства TGF-b связываются с рецепторами обоих типов. Изотипы TGF-b связываются с рецепторами I типа (ALK-1 и ALK-5) и II типа, протеины BMP — с рецепторами I типа (ALK-1, ALK-2, ALK-3, ALK-6) и II типа (BMPR-II, ActR-IIA, ActR-IIB),

Таблица 1. Частота встречаемости причинно-значимых мутаций у больных с ЛАГ

Мутации Встречаемость среди больных ЛАГ

Мутации экзона гена BMPR2 50 % СЛАГ

Мутации интрона гена BMPR2 До 15 % СЛАГ

Изолированная герминальная мутация экзона гена BMPR2 Около 10 % ИЛАГ

Мутации ALK1 Редко

2(23) • 2010

Теоретична медицина

активины — с рецепторами IIA типа (ActRIIA) и IIB типа (ALK4). Взаимодействие лиганда с рецепторами ведет к организации рецепторного тетрамера. Формирование рецепторного тетрамера обусловливает фосфорилирова-ние рецептора I типа рецептором II типа, что приводит к индукции активности киназы рецептора I типа. В дальнейшей внутриклеточной передаче сигнала участвуют протеины Smad. Идентифицировано восемь различных протеинов Smad, которые организуют три функциональных класса: рецептор-ассоциированные протеины Smad (R-Smad), комедиаторы Smad (со-Smad) и ингибиторы Smad (I-Smad). Протеины R-Smad (Smadl, 2, 3, 5 и 8) после непосредственной активации киназами рецептора I типа формируют гетеромеры с со-Smad (Smad4). Ге-теромерный комплекс R-Smad/Smad4 транслоцируется в ядро клетки и связывается с энхансерами специфических генов, изменяя их транскрипционную активность [86, 127, 186, 230]. Рецептор BMPR2 взаимодействует с BMP-2, BMP-4, BMP-6 и BMP-7 [32]. BMP возбуждают определенные R-Smads — Smad 1, 5 и 8. При возбуждении Smad-пути, вызванном изотипами TGF-ß, формируются комплексы Smad2,3/Smad4, Smad1/Smad4; а при индукции BMP — Smad5/Smad4, Smad8/Smad4 [127, 186]. Естественными ингибиторами внутриклеточного сигнального пути, который активируется BMP, являются ноггин, хор дин, фоллистатин, BAMBI и Smurf-1 [38, 132]. В эндотелиоцитах, гладкомышечных клетках, фибробластах протеины Smad1/5, по всей вероятности, конкурируя за связь с Smad4, противодействуют передаче сигналов Smad2/3, что предопределяет антагонизм между TGF-ß и BMP сигнальными путями [18, 22].

Низкие концентрации TGF-ß через ALK-1 стимулируют ангиогенез, пролиферацию и миграцию эндотелио-цитов, а высокие концентрации TGF-ß через ALK-5 ин-гибируют данные процессы и индуцируют экспрессию фибронектина, ингибитора активатора плазминогена-1

[86]. Влияние TGF-b на гладкомышечные клетки сосудов связано преимущественно с активацией ALK-5/ TbR-II комплекса, который индуцирует их пролиферацию и экспрессию ими a-актина, миозина. Изоформы TGF-b обусловливают усиление синтеза клаудина-5, снижая парацеллюлярную проницаемость, и ингибиру-ют синтез молекул адгезии, IL-6, макрофагальный хе-моаттрактантный протеин MCP1/CCL2 [7, 71, 205, 231]. Такие BMP, как BMP-2, BMP-4, BMP-6 и BMP-7, оказывают действие на эндотелиоциты и гладкомышечные клетки, ингибируя не только их пролиферацию, но и предупреждая развитие апоптоза [140]. BMP-2 стимулирует миграцию эндотелиоцитов и ангиогенез, а BMP-4 индуцирует продукцию активных кислородосодержа-щих метаболитов [20].

В 2000 году впервые были представлены доказательства, свидетельствующие о ключевой роли BMPR2 в развитии легочной гипертензии. Была установлена ассоциация легочной гипертензии с мутациями гена BMPR2 [71, 92]. И в настоящее время большинством исследователей мутация данного гена рассматривается как основной генетический фактор, предопределяющий развитие ЛАГ [38, 131, 171, 201]. Ген BMPR2, расположенный на длинном плече хромосомы 2 (2q33), имеет 13 экзонов. Экзоны 1—3 кодируют экстрацеллюлярный домен, экзон 4 кодирует трансмембранный домен, экзоны 5—11 — серин/треониновый киназный домен, экзоны 12 и 13 — длинный интрацеллюлярный С-терминальный домен. Мутации гена BMPR2 у больных с СЛАГ обнаружены практически во всех экзонах, за исключением 5 и 13 [83, 201].

Мутации гена BMPR2 встречаются в 30 % случаев всех форм ЛАГ [138], выявляются приблизительно в 70 % случаях СЛАГ [136] и в 11—40 % спорадических случаев легочной гипертензии [132, 201]. В настоящее время идентифицированы 144 различные мутации гена

Активация тирозинкиназ, Rho-киназ, экспрессии PDGF рецептора, тенасцина-С, гиперпролиферация эндотелиоцитов и развитие апоптозорезистентности

Рисунок 1. Роль мутации гена BMPR2 в развитии легочной артериальной гипертензии

Таблица 2. Гены, мутация которых несет риск развития ЛАГ [83]

Гены Хромосомная локализация

Ген рецептора простациклина 19q13.3

Ген рецептора тромбоксана А2 19p13.3

Гены эндотелинов: — ген ЕТ-1 — ген ЕТ-2 — ген ЕТ-3 6p24.1 1 20q13.2-q13.3

Гены рецепторов эндотелина: — ген EDNRa — ген EDNRB 4q31.23 13q22

Ген эндотелиновой NOS 7q36

Ген вазоактивного интестинального пептида 6q25

Ген транспортера серотонина 17q11.1-q12

Ген BMPR1ft 10q22.3

Ген BMPR1e 4q22-q24

Гены b-адренергических рецепторов

Гены протеинов, участвующих в коагуляции

Гены, участвующие в функционировании калиевых каналов

Примечания: EDNR — эндотелиновый рецептор; NOS — нитрооксидсинтаза.

BMPR2 у больных СЛАГ [136, 176]. СЛАГ характери-

зуется аутосомно-доминантным типом наследования с вариабельной пенетрантностью [83]. Мутации гена BMPR2 сопровождаются снижением активности фос-фориляции 8шаё5, 8шаё8, что ведет к растормаживанию TGF-P сигнального пути, усилению активации фактора транскрипции 8ТАТ3, предопределяя гиперпролиферацию и развитие апоптозрезистентности у эндотелиоци-тов (рис. 1) [18, 22]. Возбуждение аномального ВМРР2 сопровождается экспрессией тенасцина-С, который

Волосовець О.П.

Нацюнальний медичний ун1верситет 1м. О.О. Богомольця, м. Ки1в

Абатуров O.G.

Дн1пропетровська державна медична академЯ

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧН МЕХАЖЗМИ РОЗВИТКУ i СУЧАСН МЕТОДИ ЛкУВАННЯ ЛЕГЕНЕВО1 АРТЕР|АЛЬНО1 ППЕРТЕНЗП В ДiТЕЙ 1. Генетична схильнють

Резюме. В оглядi розглянугi cy4acHi уявлення про генетич-ну схильнiсть до легенево1 apTepiaibHoi ппертензи. Розвиток легенево1 aртерiaльноi ппертензи асоцiйований з мутац1ями гешв рецептс^в родини TGF-ß (рецептора II типу — BMPR2, рецептора I типу — ALK1), структурного сокомпонента ре-цептс^в TGF-ß ендоглiнy. У фенотиповш реaлiзaцii даних мyтaцiй беруть участь безлiч iнших генiв, зокрема гени транспортера серотоншу, вазоактивного штестинального пептиду, aктивнiсть яких визначае скоротливiсть i швидкiсть про-лiферaцii гладком'язових клiтин судинних стiнок.

Kro40Bi слова: легенева aртерiaльнa гiпертензiя, молекулярно-генетичш мехaнiзми, дiти.

способствует пролиферации гладкомышечных клеток (рис. 1) [33, 204].

Однако последние исследования показали, что мутации гена BMPR2, возможно, не являются критическим молекулярно-генетическим основанием для развития ЛАГ [82]. Только у 20 % людей с мутацией гена ВМРР2 развивается клинически значимая ЛАГ [138, 232].

Мутации гена рецептора I типа АЬК-1, который располагается на хромосоме 12 (12q11-q14), и гена эндогли-на/CD105/P4A4 (TGF-P-связывающего гликопротеина), который располагается на хромосоме 9 ^33^34.1), обнаружены у лиц с сочетанной патологией — с наследственной геморрагической телеангиэктазией (прежнее название — синдром Рендю — Ослера — Вебера) и легочной гипертензией. Гомодимер эндоглин (180 кД) является трансмембранным гликопротеином I типа эндотелиоци-тов, активированных макрофагов, фибробластов и глад-комышечных клеток, который входит в состав рецепторов семейства TGF-P и участвует в связывании TGF-P1, TGF-Р3, активина А, ВМР-2, ВМР-7 [54, 228]. Мутации данных генов ведут к изменениям в активации 8шаё, которые характерны и для мутации гена ВМРЮ [52, 83, 140].

Считают, что для реализации мутаций генов BMPR2, ALK-1 и эндоглина необходимо наличие других генетических или экологических факторов риска развития ЛАГ (табл. 2) [135].

Таким образом, ЛАГ — генетически детерминированное заболевание, ассоциированное с мутациями генов рецепторов семейства TGF-P (рецептора II типа — BMPR2, рецептора I типа — АЬК1), структурного сокомпонента рецепторов TGF-P эндоглина. В феноти-пической реализации данных мутаций принимают участие множество других генов, в частности генов транспортера серотонина, вазоактивного интестинального пептида, активность которых определяет сократимость и скорость пролиферации гладкомышечных клеток сосудистых стенок.

Получено 10.11.09 Список литературы находится в редакции □

Volosovets A.P.

National Medical University named after A.A. Bogomolets, Kyiv Abaturov A.Ye.

Dniporpetrovsk State Medical Academy, Ukraine

MOLECULAR-GENETIC MECHANISMS OF DEVELOPMENT AND CURRENT METHODS OF TREATMENT OF PULMONARY ARTERIAL HYPERTENSION IN CHILDREN 1. Genetic Predisposition

Summary. In the review modern representations about genetic predisposition to pulmonary arterial hypertension are surveyed. The pulmonary arterial hypertension development is associated with mutations of genes of receptors' family TGF-b (type II receptor — BMPR2, type I receptor — ALK1), structural cocomponent ofTGF-b receptors — endoglin. Many other genes are involved into the phenotypic realizations of these mutations, in particular, genes of the serotonin transporter, vasoactive intestinal peptide activity of which defines contractility and rate of vascular smooth muscle cells proliferation.

Key words: pulmonary arterial hypertension, molecular-genetic mechanisms, children.

wopobbe

^^Трвбйвка