CC BY
186
Современные алгоритмы клинической и молекулярной диагностики прогрессирующих мышечных дистрофий
Е.Л. Дадали, О.П. Рыжкова, О.А. Щагина, И.В. Шаркова, А.В. Поляков
В наши дни проблема прогрессирующих мышечных дистрофий (ПМД) остается в центре внимания клинических неврологов и генетиков. В силу чрезвычайной гетерогенности данной группы заболеваний (она включает свыше 20 генетических вариантов) диагностика ПМД весьма сложна. Обычно она осуществляется на основании осмотра, в результате которого выявляют слабость, гипертрофию и снижение силы различных групп скелетных мышц, а также на основании повышения уровня креатинфосфоки-назы (КФК) в плазме крови и первично-мышечного характера поражения на электромиограмме (ЭМГ) [14].
Молекулярные продукты генов, ответственных за развитие ПМД, являются в большинстве случаев структурными белками, обеспечивающими нормальное функционирование различных этапов сложного процесса мышечного сокращения. Некоторые гены кодируют белки, выполняющие функции ферментов, а также участвующие в процессах сигнальной трансдукции; их деятельность обеспечивает синхронность протекания биохимических процессов при сокращении и расслаблении мышечного волокна. Таким образом, сходство клинических симптомов генетически различных форм ПМД объясняется единством их патогенетических механизмов. Однако причины внутрисемейного полиморфизма, характеризующегося различиями клинических проявлений заболевания у пораженных членов семьи, имеющих одну и ту же мутацию в гене, окончательно не выяснены [10]. Таким образом, для практикующего врача-невролога консультирование больного зачастую заканчивается на этапе диагностики нозологической формы наследственного заболевания. Однако для врача-генетика диагностики определенной нозологической формы бывает
недостаточно, так как для полноценного медико-генетического консультирования в семье требуется идентификация конкретного генетического варианта с использованием молекулярных методов [1].
Существование генетической гетерогенности сходных по клиническим проявлениям ПМД и большая стоимость молекулярно-генетических анализов обусловливают необходимость создания рациональных алгоритмов их клини-ко-лабораторной диагностики.
Особенности клинических проявлений и алгоритмы диагностики врожденных ПМД
На данный момент используются различные систематики ПМД, в основу которых положены различия в возрасте манифестации, преимущественной топографии мышечного поражения, типа наследования и т.д. В зависимости от возраста манифестации все ПМД делятся на врожденные, детские, юношеские и взрослые [5]. Врожденные ПМД манифестируют, по определению, с рождения ребенка и характеризуются выраженной задержкой раннего моторного развития при сохранности когнитивных функций. Остальные группы ПМД возникают в различном возрасте после периода нормального моторного развития и характеризуются прогрессирующей гипотонией, гипотрофией, снижением мышечной силы и угасанием сухожильных рефлексов.
К настоящему времени описано 11 генетических вариантов врожденных ПМД, которые можно разделить на синд-ромальные и несиндромальные (табл. 1). К синдромальным вариантам врожденных ПМД относят болезнь Уолкера-Вар-бург, мышечно-глазо-мозговой синдром, ПМД Фукуямы и врожденную мышечную дистрофию Ю типа. Они наследуются аутосомно-рецессивно и имеют специфические клинические симптомы, характеризующиеся сочетанием симптомов врожденной ПМД, пороков развития мозга и структур глаза. Все эти варианты также имеют тяжелое клиническое течение и характеризуются выраженной олигофренией.
Пороки развития мозга у больных с синдромальными вариантами врожденных ПМД различны, основными из них являются нарушение миграции нейронов, отсутствие аст-роцитов, лиссэнцефалия и прогрессирующая гидроцефа-
Медико-генетический научный центр РАМН, Москва. Елена Леонидовна Дадали - профессор, вед. науч. сотр. научно-консультативного отдела. Оксана Петровна Рыжкова - канд. мед. наук, лаборатория ДНК-диагностики.
Ольга Анатольевна Щагина - канд. мед. наук, ст. науч. сотр. лаборатории ДНК-диагностики. Инна Валентиновна Шаркова - канд. мед. наук, врач-невролог научно-консультативного отдела. Александр Владимирович Поляков - профессор, рук. лаборатории ДНК-диагностики.
N
Таблица 1. Генетические варианты врожденных мышечных дистрофий
Название болезни Тип наследования Ген Белок
Несиндромальные врожденные ПМД
Врожденная мышечная дистрофия АР LAMA2 а-цепьламинина(мерозин)
с недостаточностью мерозина
Врожденная мышечная дистрофия типа 1С АР FKRP Фукутин-связанный протеин
Врожденная мышечная дистрофия АР ITGA7 Интегрин а7
с мутациями в !ТвЛ7
Врожденная мышечная дистрофия АР SEPN1 Селенопротеин N1
с ригидностью позвоночника
Врожденная мышечная дистрофия Ульриха АД COL6A1/2 а, - и а2-цепи коллагена 6
COL6A3 а3-цепь коллагена 6
Синдромальные врожденные ПМД
Тип Фукуяма АР FKTN Фукутин
Мышечно-глазо-мозговой синдром АР POMGNT1 Протеин-О-маннозид-р1,2-^ацетилглюкозаминил-
трансфераза 1
Синдром Уолкера-Варбург АР POMT1 Протеин-О-маннозилтрансфераза 1
POMT2 Протеин-О-маннозилтрансфераза 2
Врожденная мышечная дистрофия типа Ю АР LARGE Гликозилтрансферазоподобный белок
Обозначения: АД - аутосомно-доминантный, АР - аутосомно-рецессивный.
лия. У 50% больных возникают судороги. Поражения глаз характеризуются миопией, атрофией дисков зрительных нервов, микрофтальмией, косоглазием, катарактами и патологией сетчатки. Таким образом, клиническая картина этой группы заболеваний довольно специфична. Нами предложен алгоритм их молекулярно-генетической диагностики, основанный на особенностях клинических проявлений, частотах встречаемости в различных популяциях, уровнях КФК в плазме крови, а также учитывающий картину магнитно-резонансной томографии (МРТ). Данный алгоритм представлен на рис. 1.
Показано, что в большинстве европейских популяций до 70% врожденных ПМД обусловлено мутациями в генах POMT1 и POMT2, причем мутации в гене POMT2 встречаются реже, чем в POMT1. Известно также, что синдром Уолкера-Варбург протекает более тяжело, чем мышечная дистрофия Фукуямы [10]. Кроме того, мышечная дистрофия Фукуямы наиболее распространена в Японии и достаточно редко встречается в европейских популяциях, а мы-шечно-глазо-мозговой синдром главным образом встречается в финской популяции. Также описано несколько семей, в которых причиной миодистрофии являлись мутации в гене LARGE. Таким образом, при наличии вышеперечисленной клинической симптоматики, характерной для врожденных синдромальных ПМД, у больного из Европейской части России диагностический поиск следует начинать с идентификации мутации в генах болезни Уолкера-Варбург.
Следующей группой являются пять несиндромальных вариантов врожденных ПМД [13], обусловленных мутациями в генах, кодирующих мерозин, интегрин а7, фукутин-свя-занный белок, селенопротеин N1 и а1-3-цепи коллагена 6-го типа. Наиболее распространенным вариантом несиндромальных врожденных ПМД является мерозин-негативный. На его долю приходится более 50% всех заболеваний этой группы. Особенностью клинических проявлений этого гене-
тического варианта является раннее возникновение контрактур в крупных суставах, а также наличие участков лейко-маляции в перивентрикулярных отделах головного мозга. При наличии таких клинических проявлений и специфических признаков поражения белого вещества на МРТ головного мозга при отсутствии олигофрении с учетом частоты встречаемости этого варианта миодистрофии его диагностика проводится в первую очередь (см. рис. 1). Частота других вариантов врожденных ПМД до настоящего времени не изучена. Для создания диагностического алгоритма остав-
Рис. 1. Алгоритм диагностики врожденных ПМД.
/
| 7
Таблица 2. Генетические варианты поясно-конечностных мышечных дистрофий
Тип ПКМД Ген/локус Белок
Аутосомно-доминантные ПКМД
ПКМД 1А ттю Титин
Мышечная дистрофия LMNA/C Ламин
Эмери-Дрейфуса
(ПКМД 1В)
ПКМД1С САУ3 Кавеолин 3
ПКМДЮ 7д Неизвестен
ПКМД1Е 6д22 Неизвестен
ПКМД^ 7д32.1-р32.2 Неизвестен
ПКМД^ 4д21 Неизвестен
ПКМД1Н 3р23 Неизвестен
Аутосомно-рецессивные ПКМД
ПКМД2А САРN3 Кальпаин 3
ПКМД2В ЮУБГ Дисферлин
ПКМД2С БвСв у-саркогликан
ПКМД2Э БвСА а-саркогликан
ПКМД2Е БвСБ Р-саркогликан
ПКМД2F БвСЮ 8-саркогликан
ПКМД2G ТСАР Телетонин
ПКМД2Н ТЙ1М32 ЕЗ-убиквитинлигаза
ПКМД21 ГКИР Фукутин-связанный
протеин
ПКМД2J ^ Титин
ПКМД2К РОМТ1 О-маннозил-
трансфераза 1
ПКМД2L ANO5 Аноктамин
ПКМД2М ГТ Фукутин
ПКМД2И РОМТ2 О-маннозил-
трансфераза 2
Х-сцепленные ПКМД
Мышечная дистрофия юмю Дистрофин
Дюшенна/Беккера
Мышечная дистрофия Бтвпп Эмерин
Эмери-Дрейфуса
шихся вариантов используются особенности их клинических проявлений. Так, врожденная ПМД, обусловленная мутациями в гене фукутин-связанного протеина, являющегося ферментом гликозилтрансферазой, в большинстве случаев сопровождается врожденной гипертрофией мышц, особенно икроножных, задержкой психомоторного развития и значительным повышением уровня активности КФК. Для формы Ульриха характерно раннее возникновение контрактур крупных суставов и гипермобильность межфаланговых суставов кистей, а для синдрома ригидного позвоночника - сколиоз, ограничения подвижности позвоночника, нормальный уровень КФК и нерезко выраженные признаки первично-мышечного поражения при проведении ЭМГ.
ПМД, возникающие после периода нормального моторного развития
Прогрессирующие мышечные дистрофии, возникающие после периода нормального моторного развития, де-
лятся на несколько групп в зависимости от преимущественной топографии мышечного поражения. Выделяют оку-лофарингеальные, дистальные, поясно-конечностные, ли-цеплечелопаточные и лопаточно-перонеальные ПМД. Все эти группы включают несколько генетических вариантов, для большинства из которых идентифицированы гены и определена локализация и функции их белковых продуктов. Наибольшее количество генетических вариантов описано для поясно-конечностных мышечных дистрофий (ПКМД), которые в зависимости от типа наследования подразделяются на три подгруппы: с аутосомно-доми-нантным, аутосомно-рецессивным и Х-сцепленным рецессивным типом наследования (табл. 2).
Поясно-конечностные мышечные дистрофии с ауто-сомно-доминантным наследованием формируют 1-й тип, который включает 8 генетических вариантов, обозначаемых буквами английского алфавита (от А до Н). Поясно-ко-нечностные мышечные дистрофии 2-го типа включают 14 генетических вариантов (от А до N1) с аутосомно-рецес-сивным типом наследования. Третья группа ПКМД включает два генетических варианта с Х-сцепленным рецессивным типом наследования - ПМД Дюшенна/Беккера и ПМД Эмери-Дрейфуса [14].
Среди генетических вариантов ПКМД, гены которых картированы на аутосомах, 85% наследуется по аутосом-но-рецессивному типу. Их частота составляет в среднем 1 : 15000 населения. Большинство случаев ПКМД с ауто-сомно-рецессивным типом наследования обусловлено мутациями в генах, кодирующих кальпаин, дисферлин и группу саркогликанов, в связи с чем выделяют кальпаино-патии, саркогликанопатии, дисферлинопатии. До 50% всех ПКМД с аутосомно-рецессивным типом наследования составляет ПКМД типа 2А(ПКМД2А) [4, 11, 12].
В исследованиях последних лет установлено, что мутации в гене кальпаина распределены неравномерно. Более 60% мутаций в гене кальпаина локализовано в экзонах 1, 4, 5 и 11, которые кодируют наиболее важные для функционирования участки белка кальпаина 3 [6, 12]. Проведенные нами исследования в выборке российских больных ПКМД2А показали, что более 80% мутаций локализовано в экзонах 4, 5, 8, 10, 11, 21 гена CAPN3 (так называемых "горячих" экзонах). Кроме того, в данной выборке нами выявлены 2 мажорные мутации: а) с.550delA, на долю которой приходится более 70% мутантных аллелей; б) с.598-6^е115, на долю которой приходится около 6% мутантных аллелей. Мы показали, что причиной распространенности мутации с.550delA у российских больных ПКМД2А является эффект основателя.
Заболевание манифестирует в широком возрастном диапазоне - от 2 до 40 лет, однако наиболее типичным возрастом манифестации является период от 8 до 16 лет. Вовлечение в процесс мышц дистальных отделов конечностей, лица, глазодвигательных мышц и сердечной мышцы нехарактерно. Уровень КФК повышен в 5-20 раз по сравнению с контролем. Больные довольно долго сохраняют
N
Поражение мышц поясов конечностей
ЭМГ
КФК
Рис. 2. Алгоритм исследования ПКМД с аутосомно-рецессивным типом наследования.
способность к самостоятельной ходьбе и начинают пользоваться инвалидным креслом только на 4-5-м десятилетии жизни.
Вторым по частоте генетическим вариантом является ПКМД типа 21 (ПКМД21), обусловленная мутациями в гене РКЯР, состоящем из 4 экзонов (только один из них является кодирующим). ПКМД21 встречается в 6-38% всех случаев ПКМД в разных популяциях. Показано, что данный тип мышечной дистрофии особенно распространен среди жителей Северной Европы. Проведенные нами исследования в выборке больных из РФ показали, что ПКМД21 наблюдается примерно у 10% пациентов. Для славянских народов описана мажорная мутация в гене РКЯР, на долю которой приходится около трети всех мутантных аллелей - замена с.826С>А ^еи276Не).
Таким образом, исходя из вышеизложенных данных, нами предложен следующий алгоритм диагностики больных с типичными клиническими проявлениями ПКМД и аутосомно-рецессивным типом наследования. В первую очередь необходимо исследовать две частые мутации в гене ОЛРЫ3 [5, 11]. Если мутации не обнаружены или одна из мутаций обнаружена в гетерозиготном состоянии, необходимо исследовать "горячие" экзоны гена ОЛРЫ3. Если и после данного исследования не будет найдено мутаций в указанных экзонах гена ОЛРЫ3, то для установления генетического варианта надо исследовать ген РКЯР и только затем проводить секвенирование остальных экзо-нов гена ОЛРЫ3. Это обусловлено тем, что эффективность исследования мутаций в "негорячих" экзонах в группе
больных ПКМД с аутосомно-рецессивным типом наследования составляет менее 4%, тогда как эффективность диагностики мутаций в гене FKRP составляет около 9,5%. Предложенный алгоритм молекулярно-генетической диагностики представлен на рис. 2.
Еще одной частой ПКМД с аутосомно-рецессивным типом наследования, вклад которой в структуру ПКМД (по данным Neuromuscular Disease Center) может составлять от 10 до 20%, является ПКМД2L. Основным отличительным клиническим симптомом данной формы заболевания служит выраженное вовлечение в процесс четырехглавой мышцы бедра, вплоть до ее тотальной атрофии. Однако в настоящее время этот тип ПКМД описан в основном во французско-канадских семьях и нет достоверных данных о частоте встречаемости ПКМД2L в Европе, в том числе в России.
Другой группой аутосомно-рецессивных ПКМД являются саркогликанопатии. Известно, что саркогликаны образуют с дистрофином функционально единый дистро-фин-саркогликановый комплекс. Нормальное функционирование этого комплекса обеспечивает устойчивость сар-комера мышечного волокна при мышечном сокращении. Нарушение структуры и функции даже одного белка этого комплекса приводит к его распаду и возникновению клинической картины псевдогипертрофических ПМД, к которым относится ПМД Дюшенна, а также ПКМД типов 2С, D, Е и F, обусловленных мутациями в генах а-, р-, у- и 8-саркогли-канов соответственно. Единство функций этих белков приводит к возникновению сходных клинических проявлений аутосомно-рецессивных ПКМД и ПМД Дюшенна/Беккера с
Рис. 4. Алгоритм обследования больных с неустановленным типом наследования ПКМД.
Х-сцепленным рецессивным типом наследования. Характерными особенностями данных заболеваний являются выраженные псевдогипертрофии икроножных мышц и злокачественное повышение уровня КФК. В связи с этим дифференциальная диагностика у больных мужского пола за-
труднена и оказывается возможной только при проведении комплексного обследования (рис. 3, 4).
У больных мужского пола с псевдогипертрофиями икроножных мышц, не имеющих значительных нарушений сердечного ритма, на первом этапе проводится ДНК-ана-
N
лиз, направленный на поиск частых мутаций в гене дистро-фина. Этими мутациями являются делеции (около 65%) и дупликации (от 5 до 7% всех мутаций в гене дистрофина). Таким образом, при идентификации делеций или дупликаций в гене дистрофина диагноз ПМД Дюшенна/Беккера является установленным. В остальных случаях у больных мужского пола необходимо проводить дифференциальную диагностику с псевдогипертрофическими вариантами саркогликанопатий. Эта дифференциация возможна на основании проведения трех видов обследования: 1) генеалогического анализа; 2) определения уровня активности КФК у матери больного; 3) иммуногистохимического анализа биоптатов мышц. Диагноз ПМД Дюшенна/Беккера подтверждается в том случае, если анализ родословной четко свидетельствует в пользу Х-сцепленного рецессивного типа наследования. Повышенный уровень КФК у матери с вероятностью, близкой к 100%, свидетельствует в пользу гетерозиготного носительства ею мутации в гене дистрофи-на; носительство можно подтвердить или опровергнуть при иммуногистохимическом анализе (обнаруживается отсутствие или снижение содержания дистрофиновых волокон в биоптате мышц) [1].
При отсутствии диагностических критериев ПМД Дю-шенна/Беккера у мужчин диагностируется другой частый вариант этой группы заболеваний - ПМД Эмери-Дрейфуса. Особенностями клинических проявлений этого варианта являются рано возникающие и прогрессирующие нарушения сердечного ритма, контрактуры голеностопных, локтевых и межпозвоночных суставов в области шейного отдела позвоночника [14].
Так как клиническая картина разных форм ПМД очень схожа, при составлении алгоритма диагностики кроме частоты встречаемости различных типов заболеваний мы учитывали не столько перечень, сколько тяжесть клинических симптомов. Так, при выраженных нарушениях сердечного ритма и отсутствии значительных псевдогипертро-фий диагностический поиск следует начинать с исследования последовательности гена LMNA/C. В то же время следует помнить, что у пациентов с отсутствием данных клинических признаков и мутаций в других, более вероятных генах также следует рассматривать как причину забо-
левания мутации в гене LMNA/C, что обусловлено внутри-и межсемейным клиническим полиморфизмом. При отсутствии выраженных псевдогипертрофий икроножных мышц и нарушений сердечного ритма молекулярно-генетичес-кую диагностику следует начинать с поиска мутаций в генах CAPN3 и FKRP.
Как уже было сказано, мутации в генах саркогликанов приводят к возникновению клинической картины псевдогипертрофических ПMД. Поэтому при наличии выраженных псевдогипертрофий и отсутствии Х-сцепленного типа наследования исследование необходимо начинать с поиска мутаций в генах SGCA, SGCB, SGCG, SGCD, кодирующих саркогликаны а, ß, y и 8 соответственно.
Отличительной чертой диагностики заболевания у девочек, имеющих клиническую картину ПMД и выраженные псевдогипертрофии, является проведение на первом этапе определения несбалансированной лайонизации X-хро-мосомы и аномалий кариотипа. Наличие таковых свидетельствует в пользу диагноза ПMД Дюшенна.
Таким образом, диагноз ПMД сложен даже для опытного врача, и решение данной задачи требует создания соответствующих клинических и молекулярных алгоритмов. Такие алгоритмы, предложенные и валидизированные нами на репрезентативном клиническом материале, помогут осуществлять диагностику ПMД быстрее и эффективнее, что имеет несомненное практическое значение.
Список литературы
1. Подагова Е.В. и др. // Неврол. журн. 2007. № 1. C. 24.
2. Anderson L.V. et al. // Neuromuscul. Disord. 2000. V. 10. P. 553.
3. Beckmann J.S. et al. // C.R. Acad. Sci. III. 1991. V. 312. P. 141.
4. Balci B. et al. // Eur. J. Pediatr. 200б. V. 1б5. P. 293.
5. Bushby K.M. // Neuromuscul. Disord. 1995. V. 5. P. 71.
6. Canki-Klain N. et al. // Am. J. Med. Genet. 2004. V. 125. P. 152.
7. Chae J. et al. // Neuromuscul. Disord. 2001. V. б-7. P. 547.
8. Guyon J.R. et al. // Muscle Nerve. 2003. V. 28. P. 472.
9. Kawai H. et al. // Muscle Nerve. 1998. V. 21. P. 1493.
10. Kondo-Iida E. et al. // Hum. Mol. Genet. 1999. V. 8. P. 2303.
11. Paula F. et al. // Eur. J. Hum. Genet. 2002. V. 10. P. 825.
12. Pogoda T.V. et al. // Hum. Mut. 2000. V. 15. P. 295.
13. Vigliano P. et al. // Eur. J. Paediatr. Neurol. 2009. V. 13. P. 72.
14. http://www.neuro.wustl.edu/neuromuscular/time/hmsn.html // Cайт Neuro Muscular Disease Center. 4
Читайте журнал "Нервы" — журнал популярных образовательных программ в неврологии
Выпускается Издательским холдингом "Атмосфера" при научной поддержке НЦ неврологии РАМН и 1-го МГМУ им. И.М. Сеченова (гл. ред. — проф. С.Н. Иллариошкин, зам. гл. ред. — проф. В.А. Парфенов). Издание предназначено для врачей, проводящих занятия в школах для пациентов с неврологическими и кардионеврологическими расстройствами, среднего медицинского персонала, членов общественных организаций пациентов и их родственников, слушателей школ по гипертонии, инсульту, а также для всех, кто интересуется новыми возможностями диагностики, лечения, профилактики и реабилитации в неврологии.
с
