Генетические аспекты специфического воспаления.

Генетические аспекты специфического воспаления.

Мутации гена NOD2 являются факторами риска болезни Крона. Многие аспекты того, как они влияют на состояние человека при данной болезни, неизвестны. Обнаружение вовлеченных в патогенез заболевания популяций клеток выдвигает новые терапевтические возможности.

Болезнь Крона — хроническое воспалительное заболевание кишечника, поражающее многих людей. Например, более 0,3 % населения Канады и Германии страдают от этого заболевания, а частота выявления случаев возрастает во всем мире [1].

Существует острая потребность в новых методах лечения, однако их эволюции препятствует отсутствие четкого понимания того, как возникает болезнь. Своей статьей в «Naturе» Nayar с соавт.

[2] проливают свет на давнюю загадку одного фактора риска болезни Крона; выводы ученых имеют важное клиническое значение.

Болезнь Крона может поражать любой отдел кишечника. Чаще всего это подвздошная кишка, где развивается воспалительный процесс, который часто приводит к фиброзу (отложению волокнистой соединительной ткани как реакция на повреждение). Это приводит к сужению (стриктуре) просвета подвздошной кишки, что требует хирургического вмешательства [3].

Болезнь Крона представляет собой удобную для изучения модель, отображающую заболевания, развитие которых опосредовано комбинацией генетической предрасположенности и влияния окружающей среды.

В данном случае, генетическая предрасположенность лежит в основе развития воспалительных реакций на воздействие микроорганизмов кишечника, что в итоге приводит к заболеванию.

Генетические вариации гена NOD2 (полиморфизм) являются самым сильным фактором риска болезни Крона; примерно 20 % от этого всего риска развития болезни связано с тремя однонуклеотидными полиморфизмами данного гена [4].

Кроме того, мутации NOD2 являются сильными прогностическими факторами для развития стриктур подвздошной кишки и, как следствие, необходимости хирургического вмешательства при болезни Крона.

Это свидетельствует о сильной взаимосвязи между генетической основой этого состояния и проявлениями болезни [3].

Однако взаимосвязь гена NOD2 и восприимчивость к болезням представляют собой интересный парадокс. NOD2 — это внутриклеточный рецептор (см. рис. 1), который распознает молекулу мурамилдипептида (MDP) — распространенного компонента стенок бактериальных клеток.

До того, как NOD2 был описан как ген риска развития болезни Крона, функция его была лучше всего изучена на примере иммунных клеток, обеспечивающих функционирование врожденного звена иммунитета.

Активация NOD2 в этих клетках приводит к экспрессии воспалительных молекул, называемых цитокинами, а аномально интенсивный воспалительный ответ может опосредовать повреждение тканей кишечника при болезни Крона [5, 6].

Следовательно, можно предполагать, что мутации NOD2, известные как мутации, приводящие к потере функции (которые не приводят к образованию полноценного кодируемого геном белка), будут защищать от болезни Крона. Тем не менее, такие мутации NOD2, приводящие к потере функции, идентифицируются как факторы риска заболевания.

Поэтому последующие исследования были сосредоточены на другом аспекте функции и метаболизма NOD2 в кишечнике — поддержании гомеостаза в кишечнике и роли NOD2 в этом процессе. Ведь именно здесь самая большая биомасса иммунокомпетентных клеток организма постоянно подвергается воздействию MDP кишечных микроорганизмов, а мутации NOD2 нарушают равновесие между микробиомом и иммунной системой, что ведет к болезни [5]. 

Генетические аспекты специфического воспаления. Рисунок 1 | Молекулярные основы воспалительного поражения кишечника  Причины болезни Крона до конца не изучены.a. NOD2 — внутриклеточный белок, распознающий бактериальную молекулу мурамилдипептида (MDP), которая очень распространена в кишечнике. Это часть нормальной защитной реакции иммунных клеток для поддержания гомеостаза кишечника. b. Мутации, приводящие к образованию нефункциональной версии NOD2, являются фактором риска болезни Крона [4]. Изучая рыбок данио и клинические образцы тканей кишечника человека, Nayar с соавт. [2] раскрывают детали процессов, связанных с мутантным NOD2, что лежит в основе данного заболевания. Авторы определяют популяции активированных иммунных клеток, называемых макрофагами и фибробластами, как ответственные за развитие фиброза, тканевой аномалии в подвздошной кишке, что возникает при болезни Крона. Связывание лиганда с рецептором gp130 этих иммунных клеток запускает путь экспрессии гена, опосредованный фактором транскрипции STAT3. c. Согласно сообщению авторов, молекула ингибитора gp130, называемая базедоксифеном, предотвращает экспрессию гена, ведущую к повреждению кишечника (показано на модели болезни Крона — рыбках данио).

Роль мутаций NOD2 в возникновении фиброза подвздошной кишки до настоящего исследования была неизвестна. Авторы стремились понять, что запускает воспаление и фиброз при болезни Крона. Пытаясь обнаружить взаимосвязь между этими патологическими процессами и NOD2, они применили для исследования человеческие клетки, ткани кишечника человека и рыбок данио.

Во-первых, авторы использовали секвенирование РНК одиночных клеток, взятых из образцов воспаленной ткани подвздошной кишки во время операций у людей с болезнью Крона. В этих клетках обнаружилась сигнатура экспрессии генов, связанных с функциями активированных макрофагов и фибробластов.

Авторам также удалось идентифицировать ключевую популяцию клеток, которая экспрессирует маркеры как миелоидных клеток, так и фибробластов.

В соответствии с данными сведениями, популяция воспалительных макрофагов в подвздошной кишке дифференцируется для превращения в активированные фибробласты во время болезни.

Поразительно, но авторам удалось обнаружить факт эволюционной консервации этих клеточных популяций на экспериментальной модели воспаления тканей кишечника — на рыбках данио, обработанных декстраном сульфата натрия (DSS). Это вещество уже давно используется для индукции повреждения и воспаления кишечника на стандартных моделях грызунов.

При моделировании воспалительных заболеваний кишечника человека in vivo предпочтение отдается именно мышиным моделям. Однако, как демонстрируют Nayar с соавт., рыбки данио представляют собой удобную альтернативу для исследований, от которых ожидается высокая степень результативности и быстрая оценка корреляции с заболеваниями человека.

Действительно, кишечник рыбок данио и млекопитающих имеет сходную морфологию. Более того, как и у людей, у рыбок данио имеются звенья врожденного и адаптивного иммунитета, а воспаление тканей кишечника у рыбок данио также зависит от кишечного микробиома [7].

Методики редактирования генов, такие как CRISPR, помогают быстро модифицировать интересующие гены у рыбок данио.

Авторы изучили воспаление кишечника у рыбок данио, генетически модифицированных с дефицитом nod2. У этих рыб, обработанных DSS, было обнаружено повышенное содержание лейкоцитов в кишечнике, что является признаком воспаления, по сравнению с рыбками данио с нормальным количеством nod2.

Но модель рыбок данио актуальна только в том случае, если можно найти корреляцию с организмом человека.

Соответственно, используя сведения, полученные от детей с впервые диагностированной болезнью Крона, авторы демонстрируют, что увеличение количества копий мутации NOD2 (что связывается с риском развития болезни Крона) действительно коррелировало с сигнатурой экспрессии генов активированных макрофагов и фибробластов в тканях подвздошной кишки.

Чтобы понять функцию NOD2 в клетках человека, дифференцирующихся in vitro, авторы использовали моноциты периферической крови здоровых добровольцев и определили, есть или нет в клетках одна или две копии мутации NOD2, связанные с восприимчивостью к болезни Крона. Затем клетки дифференцировались in vitro в присутствии MDP и без него.

Результатом стало большее количество активированных фибробластов в пропорции к клеткам с двумя копиями мутаций NOD2 по сравнению с клетками с нативным NOD2. Кроме того, увеличение количества мутаций NOD2 было связано с соответствующим увеличением количества фибробластов с сигнатурой экспрессии генов, характерной для активированных клеток.

Интересно, что рыбки данио с дефицитом nod2, которые испытали воздействие MDP, обладали характеристикой экспрессии генов, характерной для активированных фибробластов, которая сохранялась даже во время восстановления после повреждения, опосредованного DSS. Рыбки данио с нативным типом nod2 таковой характеристикой не обладали.

Исходя из этого, можно предположить, что дефицит nod2 препятствует эффективному разрешению фиброза и воспаления.

Для дальнейшего выяснения молекулярных основ связанной с риском мутаций NOD2 сигнатуры экспрессии генов, ответственных за развитие фиброза, авторы решили найти регуляторы транскрипции этого пути, стоящие выше на ступени контроля.

Ученым удалось определить, что ген, кодирующий белок STAT3, в большей степени экспрессируется в активированных фибробластах и макрофагах. STAT3 является регулятором транскрипции ключевых компонентов воспалительных реакций и фиброза при воспалительных заболеваниях кишечника и действует через цитокиновый рецептор gp130.

Анализ клинических данных, полученных от людей с болезнью Крона (у которых обнаружилось отсутствие реакции на антиФНО-терапию), выявил усиленную экспрессию генов, регулируемых gp130 и кодирующих белки IL-6, онкостатин M и IL-11 (терапия, основанная на антиФНО-антителах [ФНО — фактор некроза опухоли] — наиболее распространенный способ лечения болезни Крона). Это открытие подтверждает роль сигнализации посредством gp130 в этой группе лиц, устойчивых к упомянутой форме терапии.

Авторы предположили, что блокада gp130 может снизить частоту аномалий, возникающих при мутации NOD2. Они проверили эту гипотезу посредством использования базедоксифена (ингибитор gp130) на обработанных MDP клетках человека с мутациями NOD2.

Базедоксифен действительно привел к снижению сигнатуры экспрессии генов, связанных с фибротическими процессами и обратил вспять изменения конфигурации клеток, являющихся характерными для активированных фибробластов.

Этот препарат также снижал степень повреждения тканей кишечника, что было обнаружено у мутантных по отношению к nod2 рыбок данио, подвергшихся обработке DSS.

Начиная с описания клинических характеристик фиброза при болезни Крона, в данной работе описан молекулярный путь, связанный с мутациями NOD2, характерными для этого заболевания.

Работа завершается предложением потенциальных подходов терапии для разрешения настоящих проблем лечения фиброза и лекарственной устойчивости к антиФНО-препаратам.

Опираясь на генетику и клинические результаты этого внутриклеточного и молекулярного пути, исследование представляет собой «дорожную карту» для осуществления настоящих и будущих методов лечения.

Читайте также:  Эффективность раннего обнаружения повреждений пояснично-крестцового отдела.

Остается еще много интересных направлений исследования. Путь NOD2 — единственный описанный путь различения MDP, но в этой работе показаны индуцированные MDР клеточные и молекулярные изменения и в отсутствие nod2 на примере рыбок данио. Это означает, что существуют еще не описанные пути сигнализации MDР.

Изначально характеристикой базедоксифена была формулировка «селективный ингибитор рецептора эстрогена» [8]. Это вызывает опасения, что в случае применения препарата в качестве терапевтического средства при болезни Крона он может оказывать побочное воздействие на другие сигнальные пути.

У рецептора gp130 имеется множество аналогов связывания лиганда, влияющих на широкий спектр иммунных ответов.

Следовательно, определение конкретных лигандов gp130, управляющих молекулярными событиями, опосредованными NOD2, может привести к селективному, более эффективному и безопасному терапевтическому воздействию, нежели чем полное ингибирование сигнализации gp130 или воздействие на иные клинически значимые молекулярные пути сигнализации, такие как ферменты Janus-киназы (ингибиторы которых находятся на поздней стадии клинической разработки для применения при болезни Крона).

Не у всех лиц с болезнью Крона существуют мутации NOD2, связанные с риском развития заболевания.

Действительно, у людей определенных этнических групп (китайцев, малайцев, индусов) поражение подвздошной кишки является ведущим клиническим проявлением болезни Крона, однако NOD2 не связан с риском развития заболевания в этой популяции [5, 9].

Возможно, молекулярная сигнатура экспрессии генов активированных макрофагов и фибробластов является актуальной ключевой особенностью для людей с поражением подвздошной кишки при болезни Крона. Вероятно, различный генетический ландшафт может привести к сходным клиническим и молекулярным исходам.

Следовательно, результаты Nayar с соавт. продвигают эту область на шаг ближе к молекулярной классификации болезни Крона, что может прояснить аспекты этого тяжелого состояния, насчитывающего около 200 генетических областей, связанных с риском развития заболевания [10] и его различными клиническими проявлениями.

Генетические аспекты артериальной гипертензии



Цель работы: изучить фенотипические особенности больных артериальной гипертензией в зависимости от генотипов полиморфного локуса гена ACE (ангиотензин-превращающего фермента) Ins/Del I/D (rs4646994).

Ключевые слова: артериальная гипертония, заболевания сосудов, полиморфизм, генотип.

Введение. Неуклонный рост сердечно-сосудистых заболеваний выдвинул в число важных задач исследование факторов, играющих ведущую роль в развитии и прогрессировании артериальной гипертензии. Рядом авторов особенное внимание среди факторов риска АГ уделяется генетической предрасположенности [Markus ea 2015, Nakata ea 2019].

Ведущим механизмом развития и прогрессирования кардиоваскулярных заболеваний является эндотелиальная дисфункция. Изменения и повреждения сосудистой стенки при артериальной гипертензии возникают значительно раньше клинических проявлений, что вызывает трудности ранней диагностики и оценке прогноза поражения органов-мишеней.

Доказано, что в процессах ремоделирования сосудов при артериальной гипертензии важная роль принадлежит нарушению структуры и функции эндотелия, ассоциированным с повышением концентрации окисленных атерогенных липидов, дефицитом оксида азота, повышением эндотелина-1, экспрессией васкулоэндотелиального и трансформирующего факторов роста, высокой степенью выраженности процессов воспаления, гормональными и метаболическими нарушениями. В генезе ангиопатий лежит воздействие многочисленных факторов в том числе: изменения гормонального статуса, оксидативный стресс, нарушение микроциркуляции, гипоксия [Измеров Н. Ф., 2011; Бабанов С. А., 2013]. Многими исследователями подтверждено, что в возникновении и степени поражения органов-мишеней при артериальной гипертензии важную роль играют генетические факторы.

В числе генетических факторов, определяющих развитие и течение АГ, как правило, выступают аллельные варианты генов, кодирующих белки ренин-ангиотензинальдостероновой системы (РААС). Данные гены могут быть ассоциированы с развитием острых цереброваскулярных состояний у больных с артериальной гипертензией.

Наиболее изученным полиморфизмом, играющим важную роль в развитии сосудистых нарушений, в том числе, развитии инфаркта миокарда, является полиморфизм гена ACE, заключающийся в наличии (инсерция, обозначается буквой I) или отсутствии (делеции, обозначается буквой D) Alu-вставки длиной 287 пар оснований в интроне 16.

Этот полиморфизм обычно обозначается кодом Alu I/D. Таким образом, возможны три варианта генотипа: II, ID и DD. Носители аллеля D имеют более высокие уровни активности ACE плазмы, в сердечной мышце и в тканях и таким образом, имеют более высокие уровни ангиотензина II.

Генотип DD обнаруживается у 28–31 % людей, попадающих в группу риска развития ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда, постинфарктных осложнений, инсулинорезистентности и сахарного диабета, артериальной гипертензии и других.

Исследование полиморфизма Alu Ins/Del I->D гена ангиотензин-конвертирующего фермента (ACE) имеет прогностическое значение, позволяющее определить риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Ген ACE кодирует аминокислотную последовательность ангиотензин-превращающего фермента (АПФ), который является важным физиологическим регулятором артериального давления и водно-солевого обмена.

АПФ превращает циркулирующий в крови неактивный ангиотензин I в ангиотензин II, обладающий мощным гипертензивным действием за счёт влияния на водно-солевой обмен, сердечно-сосудистую и другие системы организма.

Полиморфизм Alu Ins/Del I->D гена ACE имеет два варианта, отличающихся наличием (insertion, I) или отсутствием (deletion, D) Alu-последовательности в интроне гена ACE. С данным полиморфизмом связана различная степень экспрессии гена АСЕ.

Суммарная активность АПФ у носителей сочетания D/D аллеля на 30 % выше, чем у лиц с вариантом I/I, что является фактором риска артериальной гипертонии (АГ) и других сердечно-сосудистых заболеваний, в частности ишемической болезни сердца (ИБС).

Данные о связи вариантов полиморфизма Alu Ins/Del I->D гена ACE с риском сердечно-сосудистых заболеваний, полученные в пилотных научных исследованиях. Большое количество работ посвящено изучению риска развития ишемического инсульта у лиц с DD генотипом.

В ряде работ [Markus ea 2015, Nakata ea 2019] были найдены ассоциации между DD генотипом и высоким риском развития лакунарных инсультов. В тоже время, многие исследования не установили связи полиморфизма гена АПФ с ишемическим инсультом.

В гене АПФ был выявлен инсерционно-делеционный полиморфизм, связанный с инсерцией (I) или делецией (D) Alu повтора размером 287 п.н. в интроне 16 гена АСЕ [Rigat B. et al., 2009]. Данный полиморфизм оказался ассоциирован с уровнем АПФ в плазме крови и наиболее высоким этот уровень оказался у гомозигот по аллелю D [ Tiret L. et al., ].

Было описано 10 новых полиморфных участков в гене АПФ и установлено, что кроме инсерционно-делеционного полиморфизма по крайней мере еще один полиморфный участок ассоциирован с изменениями уровня АПФ в плазме крови.

Второй полиморфный сайт, влияющий на уровень АПФ, отвечает за 38 % вариабельности уровня АПФ в плазме крови, до сих пор точно не идентифицирован. Однако установлено, что он расположен в 5' концевой области гена АПФ [ Villard Er. et al., 1996]. Анализ этого сайта мог бы позволить лучше понять вклад гена АПФ в развитие сердечно-сосудистых заболеваний.

Полиморфизм в гене ангиотензинконвертирующего фермента (ACE), связанный с делецией Alu последовательности в интроне 16, встречается у 30 % населения и рассматривается как генетический фактор предрасположенности к инфаркту миокарда.

Впервые положительная статистически значимая ассоциация I/D полиморфизма гена АПФ с ИМ была найдена Cambien F. et al. в исследовании типа случай-контроль [ Cambien ea 2012]. Относительный риск (ОР) развития ИМ для лиц с DD генотипом в общей выборке больных составил 1,34, а в группе лиц с низким числом средовых факторов риска заболевания — 3,2 [ Cambien ea 2015].

Согласно результатам работы, выполненной в рамках программы ECTIM (Etude Cas- Temoin de Infarctus du Myocarde), риск ИМ у пациентов с генотипом DD, имеющих родителей, перенесших ИМ, увеличен в 3 раза по сравнению с таковым у пациентов, у родителей которых не было ИМ [ Tiret ea 2013].

Высокая частота генотипа DD найдена в выборке детей, у которых двое или больше из числа бабушек и дедушек перенесли ИМ, либо умерли от него. Было показано, что у больных ИБС при наличии аллеля D в генотипе риск возникновения ИМ и внезапной смерти от него повышен (в 2,2 раза — для DD генотипа; в 1,8 раза — для ID генотипа) [Evans ea 2014].

В некоторых работах, в частности Zee R. et al. [Zee ea 2014], показано, что распространенность гомозиготности по аллелю D с возрастом значительно уменьшается.

На этом основании делается вывод, что DD генотип увеличивает риск преждевременной смерти, поэтому меньшая частота аллеля D в популяциях с высокой продолжительностью жизни и в старших возрастных группах является косвенным подтверждением влияния этого аллеля на риск фатальных сердечно сосудистых заболеваний.

В исследовании Nakai K. et al. была найдена ассоциация между повышенной частотой аллеля D и увеличением числа пораженных сосудов у больных ИБС из Японии [Nakai ea 2010]. При изучении ангиограмм больных ИМ или нестабильной стенокардией отмечена тенденция к увеличению числа стенозов сосудов у пациентов с генотипом DD.

Установлена прямая зависимость между DD генотипом и развитием рестенозов после коронарной ангиопластики [Amant ea 2017]. Выявлена ассоциация генотипа II гена АПФ у больных АГ с суточным профилем АД типа нон-диппер, а генотипа DD гена ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) — с суточным профилем АД типа диппер.

При этом генотип DD ассоциирован с высоким уровнем атерогенных липидов и риском развития атеросклероза. В последних исследованиях показана важная роль ренин ангиотензин альдостероновой системы (РААС) в процессах атерогенеза. Вазоконстрикция и задержка в организме натрия и воды, обусловленная действием ангиотензина II (AT II) и альдостерона, активируют атерогенез.

Читайте также:  Факторы влияющие на легочный объем в фазу вдоха. Растяжимость легких ( легочной ткани ). Гистерезис.

В настоящее время, согласно данным экспериментальных и клинических исследований, AT II рассматривается как медиатор воспаления, который непосредственно активирует рост атеросклеротической бляшки и ремоделирование сердца. Кроме того, AT II отрицательно влияет на функцию эндотелия, стимулируя секрецию цитокинов и хемокинов.

Доказано, что наличие у больного АГ с суточным профилем типа диппер генотипа DD гена АПФ сочеталось с нормальной вегетативной реактивностью, носительство генотипа II гена АПФ у больных ГБ с суточным профилем АД типа нон-диппер — с гиперсимпатикотоническим типом вегетативной реактивности.

Гипертоническая болезнь (ГБ) является одним из главных факторов риска развития мозгового инсульта, ишемической болезни сердца (ИБС), с которыми связано около 50 % всех летальных исходов. По литературным данным, частота полиморфного локуса Ins/Del I/D (rs4646994) гена ACE (ангиотензинпревращаюшего фермента) в общей популяции составляет 15–20 %, у больных АГ от 30 % до 40 %.

Вышеизложенные положения определили цель и задачи настоящего исследования.

Задачи исследования:

1. Изучить клинические особенности АГ в зависимости от варианта носительства аллеля гена ACE (ангиотензин-превращающего фермента).

2. Исследовать частоту вариантов СПАД у различных генотипов полиморфного локуса Ins/Del I/D (rs4646994) гена ACE (ангиотензин-превращающего фермента) у больных АГ

3. Оценить частоту генотипов полиморфного локуса Ins/Del I/D (rs4646994) гена ACE (ангиотензин-превращающего фермента) у больных АГ в сочетании с ишемической болезнью сердца и условно здоровых лиц.

  • 4. Исследовать показатели окислительного метаболизма липидов, маркеров ишемии и ремоделирования миокарда при различных генотипах полиморфного локуса Ins/Del I/D (rs4646994) гена ACE у больных АГ
  • 5. Разработать дополнительные критерии риска раннего развития поражения органов-мишеней и оптимизировать лечение различных фенотипов больных АГ в зависимости от генотипа полиморфного локуса гена ACE (ангиотензин-превращающего фермента) Ins/Del I/D (rs4646994)
  • Специальные методы исследования
  • Всем пациентам проводилось комплексное обследование.
  • Суточное мониторирование артериального давления с использованием портативных мониторов системы АВРМ-02 (Венгрия).
  • Оценивались следующие показатели:
  • — суточные индексы времени АД;
  • — среднее систолическое (САД) и среднее диастолическое АД (ДАД);
  • — вариабельность САД;
  • — вариабельность ДАД;
  • — индекс времени САД и индекс времени ДАД;
  • — суточный индекс САД и ДАД;
  • — величина и скорость утреннего подъема САД и ДАД.
  • Метод исследования однонуклеотидных полиморфизмов генов

Определение однонуклеотидных полиморфизмов проводилось на приборе для ПЦР (полимеразной цепной реакции) в реальном времени «АНК-32М» (Россия).Наборы реагентов для определения полиморфного локуса Ins/Del I/D (rs4646994) гена ACE (ангиотензинпревращаюшего фермента), компании Синтол (Россия). Метод: ПЦР в реальном времени.

Для исследования однонуклеотидных полиморфизмовиспользовали венозную кровь. Забор крови проводился в утренние часы (8:00).

Исследование содержания атерогенных липидов, биомаркера дисфункции миокарда натрийуретического пептида NT pro BNP в образцах сыворотки проведено на иммуноферментном 8-канальном планшетном фотометре «Eхреrt Рlus» фирмы «ASYS HITECH» (Австрия), стандартная длина волны измерения 450 н. м. Иммуноферментный анализ «сэндвич» — типа, наборами фирм производителей. Забор крови проводился в утренние часы (8:00).

Методы статистического анализа

Статистическая обработка полученного материала осуществлялась на персональном компьютере с использованием пакета статистических программ Stat Soft Statistica 6.0, 2000. С помощью метода вариационной статистики определялась средняя арифметическая (M), ее ошибка (±m), критерий Стьюдента (t) при различных уровнях значимости (p). Достоверными считались результаты при p

Молекулярно-генетические аспекты метанефрогенеза в норме и патологии

Пороки развития органов мочевыделительной системы (МВС) составляют 9,3% — 24% от общего количества выявленных пороков плода [1, 2].

Высокая распространенность и многообразие указанных пороков, формирование и развитие фетальной урологии как нового научного и лечебного направления заставляют возвращаться к вопросам эмбриогенеза МВС, значительный прогресс в понимании которых произошел за последние годы.

Эмбриогенез мочевой системы регулируется путем взаимодействия трех групп факторов: генетических механизмов, внутренних эпигенетических факторов (ферментные системы, гормоны) и экзогенных факторов внешней среды.

Не вызывает сомнения факт, что существует четкая генетическая программа для   стадий сложного процесса эмбрионального развития.

Механизмы, регулирующие органогенез мочевой системы, включают работу огромного числа структурных генов, онкогенов, факторов транскрипции, факторов роста и др.

Изучение экспрессии регуляторных генов, их избирательной активности в ходе развития организма, участие в дифференцировке клеток разных типов представляет собой актуальное направление, находящееся  на стыке клинической молекулярной генетики, иммуноцитохимии и эмбриологии. 

Ведущую роль в процессе эмбриогенеза играют гомеобоксные гены, ответственные за регуляцию основных этапов развития организма, координирующие активность групп структурных генов и проявляющие свое действие строго последовательно.

Гомеобоксные гены кодируют факторы транскрипции, то есть специфические белки, обеспечивающие прочтение и интерпретацию генетической информации.

Действуя в соответствии с генетической программой и/или в ответ на внешние воздействия, факторы транскрипции активируют или подавляют работу определенных генов, что влечет за собой изменения в клеточной морфологии,  дифференциации, морфогенезе, органогенезе и т.д.

В настоящее время наблюдается смещение интересов от изучения отдельных генов к функциональным сетям генома, в которых одновременно задействовано множество генов в тысячах разных клеток [3]. Период органогенеза  характеризуется наибольшей генной активностью.

  Генетические мутации, ошибки в сигнальной сети, управляющей согласованной активностью клеток в тканях именно в этот период, способны привести к серьезным нарушениям нормального хода эмбрионального развития и  возникновению  врожденных пороков (Барашнев, 2010; Баранов и др., 2000).

В настоящее время идет поиск новых генов, ответственных за развитие таких нарушений.

Большинство достижений в области исследований эмбриогенеза мочевыделительной системы представляют собой результаты экспериментов на животных или анализ редких   синдромов человека с пороками МВС.

    Выделительная система человека начинает свое развитие на 3-й неделе эмбрионального периода из нефрогенной хорды в промежуточной мезодерме, проходя стадию пронефроса, мезонефроса и метанефроса, и отражает этапы эволюционного развития этой системы у позвоночных.

Индукция раннего метанефрогенеза представляет собой важный этап эмбриогенеза почки и всей мочевыделительной системы с позиций формирования наиболее часто встречающихся пороков развития. Вторичная почка человека – метанефрос – с 8-10 недель внутриутробного периода развивается из Вольфова канала и мезенхимы, происходящих от промежуточной мезодермы.

Метанефрогенез– формирование окончательной почки– начинается после того, как Вольфов канал продлевается каудально по оси тела и продуцирует вырост – зачаток мочеточника. Мочеточниковый зачаток представляет собой эпителиальную ткань, которая внедряется в метанефрогенную бластему на 10,5-11 день у мыши и 35-37 день у человека.

Метанефрогенез невозможен без сбалансированного взаимодействия между метанефрогенной мезенхимой и зачатком мочеточника [4]. В ходе эмбриогенеза, кроме экспрессии основного каскада регуляторных факторов, важную роль играют межклеточные взаимодействия тканей.

Реципрокное индуктивное взаимодействие между мезенхимой и мочеточниковым тяжем обусловливает первоначальный триггерный сигнал для развития нефрона. Именно стимулирующее действие мочеточникового тяжа приводит к дифференцировке мезенхимы в эпителий [16].

Чрезвычайная значимость процесса сигнального взаимодействия мочеточникового зачатка с метанефрогенной бластемой состоит в том, что данный процесс лежит в основе последующего активного ветвления зачатка мочеточника, формирования канальцевой системы и нефронов, стромы органа.

В раннем развитии метанефроса ведущую роль играет цепь взаимодействий генов WT1/PAX2/GDNF/GFRɑ1. Большинство факторов, влияющих на инициирование метанефрогенеза, являются факторами транскрипции и экспрессируются в метанефрогенной мезенхиме.

Ген-супрессор 1 опухоли Вильмса (WT1 – Wilms tumor factor) в норме участвует  в процессе уплотнения мезенхимальных клеток, индуцированныx фактором роста фибробластов FGF2.

У мышей при выключении Wt1 гена мезенхима метанефроса формируется, но зачаток мочеточника из Вольфова канала не развивается, образуется метанефрогенная  бластема с последующим апоптозом, приводя к полному отсутствию развития почки [5].

  Мутация гена WT1 у человека может привести к возникновению опухолей почек в детстве [6], а также и вызвать синдром WAGR (опухоль Вильмса/аниридия/аномалии   МПС/умственная отсталость), синдромы Дэниса-Драша и Фрайзера, которые характеризуются аномалиями почек и гонад [7].

Генам WT1 и PAX2 (paired box gene 2) в процессе инициирования метанефрогенеза отводится важное значение, т.к.

они взаимодействуют в метанефрогенной мезенхиме посредством экспрессии GDNF (glial cell-line-derived neurotrophic factor 1) –  нейротрофического фактора линии глиальных клеток, из семейства трансформирующего  фактора роста TGFb (transforming growth factor beta 1) [8].

GDNF  является одним из важнейших компонентов первой сигнальной цепи  и стимулирует обособление зачатка мочеточника, его внедрение в метанефрогенную бластему, а позже участвует в регуляции ветвления мочеточникового зачатка [12-13]. Мыши с инактивированными аллелями GDNF умирают вскоре после рождения из-за почечной агенезии [9-11].

Тирозин-киназный рецептор RET экспрессируется в зачатке мочеточника и также контролирует пролиферацию и ветвление зачатка мочеточника, при мутации способен проявлять себя как онкоген [14]. GDNF и RET являются взаимно стимулирующими, а GDNF-индукция развития мочеточникового зачатка является RET-зависимой [9-10, 15-16].

GFRɑ1 (glial cell-line-derived neurotrophic factor receptor — 1) – ген, кодирующий ко-рецептор для RET, также экспрессируется в зачатке мочеточника и участвует в передаче сигналов GDNF.

RET9/GFRɑ1/GDNF — система инициирует развитие мочеточника и благодаря хемоаттракции стимулирует рост его зачатка по направлению к мезенхиме, как источнику GDNF.

Экспрессия GDNF в почечной мезенхиме также регулируется геном EYA1 (eyes absent 1), гомологом гена отсутствия глаз у дрозофилы (Eya).

EYA1 функционирует в мезенхимной сигнализации ранее GDNF, но позже PAX2, регулируя инициирование развития почки [18].  EYA1-мутации у человека лежат в основе бранхио-ото-ренального синдрома [17].

Читайте также:  Видео наборы для венепункции. Посмотреть видео наборы для венепункции.

В эксперименте при отсутствии EYA1 зачаток мочеточника не  внедряется в почечную мезенхиму эмбриона мыши, приводя к аплазии органа.

Этиология. Генетическая и конституциональная предрасположенность

Существует ряд патологий, которые относят к болезням предрасположения.

Это гипертоническая болезнь, атеросклероз сосудов, шизофрения, депрессия, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, сахарный диабет и другие эндокринные патологии, ряд детских расстройств, бронхиальная астма, аллергическая патология, нейродерматит, язвенный колит, ревматоидный артрит, некоторые формы злокачественных новообразований, дисметаболические процессы и мн. др.

Обычно имеются в виду заболевания и патологические состояния, предрасположенность к которым реализуется посредством воздействия других, дополнительных факторов, как внешних, так и внутренних. Из числа внешних факторов чаще упоминаются стресс, острая и хроническая интоксикация ксенобиотиками, в частности продуктами химической промышленности (ртуть, магний и др.

), черепно-мозговая травма, употребление алкоголя и наркотиков, нарушения питания, инфекционные агенты, нездоровый образ жизни. Например, считается установленным, что курение гашиша может провоцировать развитие или манифест (появление, обнаружение) симптомов шизофрении.

Из внутренних факторов чаще упоминаются личностные качества, особенно в отношении так называемой психосоматической патологии.

Болезни предрасположения неоднородны. Следует заметить, что здесь начинается область предположений, в которых точная количественная оценка рисков развития патологии остается недоступной.

3.1. Заболевания с собственно генетической предрасположенностью возникают, гипотетически, преимущественно в силу моно- и полигенных наследственных причин. Из более или менее известных в настоящее время причин, которые определяют реализацию наследственного расположения, являются факторы, которые контролируют пенетрантность и экспрессивность генов-мутантов.

Это, во-первых, сам характер мутаций, а именно до какой степени синтезируемые белки повреждены в своей активной, функциональной части. Здесь, по-видимому, могут быть разные градации степени повреждения генов, реализующиеся в естественной среде обитания.

Во-вторых, активность генов-модификаторов, определяющих функциональность как нормальных аллелей генов, так и поврежденных генов. Мутации генов-модификаторов чаще всего негативно влияют как на активность нормальных генов, так и на активность мутантных генов, особенно из числа тех, которые контролируют развитие и функционирование головного мозга.

В-третьих, при полигенной патологии это неуловимые до сих пор комбинации генов, от чего во многом зависят интеллект и личностные качества и что способно превратить индивида в гения либо маргинала и инвалида.

Все три упомянутых варианта генетической предрасположенности каждый по отдельности и в разных комбинациях теоретически объясняют тот факт, что многие генные и даже некоторые хромосомные патологии весьма вариабельны в том, что касается частоты, тяжести, структуры и динамики возникающих нарушений. Иными словами, собственно наследственных болезней, возникающих независимо от генотипического контекста и условий среды обитания, на самом деле, по-видимому, значительно меньше, чем считается в настоящее время.

3.2. Болезни предрасположения, вызванные преимущественно внешними факторами, обычно распределяются на две группы: 1) конституциональная предрасположенность и 2) нажитая в течение жизни предрасположенность.

Первая группа – болезни с собственно конституциональным предрасположением. Конституция рассматривается обычно как врожденный склад строения, саморегуляции и реактивности организма. Она формируется в результате взаимодействия генотипа и условий развития организма в дородовом периоде.

Считается, что конституция складывается в основном в пренатальном периоде развития и раннем постнатальном возрасте, когда ребенок и мать представляют собой одно целое.

В это время серьезную угрозу представляют многие неблагоприятные воздействия, из которых более известными и изученными являются различные болезни матери, алиментарный дефицит, радиоактивное излучение, тяжелый эмоциональный стресс матери, употребление ею алкоголя, наркотиков и табака (все это особенно часто, если не всегда сопряжено с низким социально-экономическим статусом матери, ее бедностью, лишениями, отсутствием медицинской помощи, культурной депривацией).

Роль конституции в развитии заболеваний столь велика, что нередко возникает значительное функциональное сходство конституциональной патологии с наследственной патологией, а также патологией с наследственным к ней предрасположением.

Среди многих параметров, характеризующих конституциональную предрасположенность, называют, в частности, физические дефекты и темперамент (Карсон Р., Батчер Дж., Минека С., 2004).

Из физических дефектов наиболее часто (6–7%) встречается низкий вес при рождении (2000 г и менее). По данным американских исследователей, даже программа трехлетнего вмешательства (лечение и реабилитация детей в первые три года жизни после родов) дает скромные благоприятные результаты или вовсе не дает их в плане дальнейшего развития детей.

Что касается темперамента, то он рассматривается в первую очередь как проявление конституции и как «субстрат, из которого вырастает личность».

С 2–3-месячного возраста можно идентифицировать приблизительно пять измерений темперамента, хотя некоторые из них проявляются позже, чем другие: 1) боязливость; 2) раздражительность и фрустрация; 3) позитивный аффект; 4) уровень активности и 5) постоянство внимания.

  • Предполагается, что перечисленные черты темперамента связаны с тремя важнейшими измерениями взрослой личности:
  • 1) невротичность или негативная эмоциональность;
  • 2) экстраверсия или позитивная эмоциональность;
  • 3) сдержанность (сознательность и покладистость).

Например, боязливость детей, в значительной степени связанная и с наследственностью, является фактором риска в отношении развития тревожных расстройств в среднем и старшем детстве и, вероятно, в более старшем возрасте.

С другой стороны, 2-летние расторможенные дети, которые мало чего боятся, могут испытывать трудности при усвоении моральных стандартов поведения, а к 13 годам они демонстрируют более агрессивное и делинквентное поведение.

Если эти личностные составляемые сочетаются с высокой враждебностью, может возникать почва для развития нарушений поведения и антисоциального личностного расстройства.

Роль конституции традиционно рассматривается как благоприятная для развития аффективной патологии, шизофрении, психопатии, многих детских расстройств, эпилепсии, болезней химической и нехимической зависимости, суицидов, реактивных и симптоматических психозов, широкого круга соматической патологии.

Можно считать доказанным, что конституция вносит свой немалый вклад также в становление интеллекта, типа сложения тела, развитие отдельных его тканей, органов и систем органов.

Убеждают в этом все более многочисленные факты, такие как алкогольная эмбриофетопатия, рубеолярная эмбриопатия, врожденный токсоплазмоз и цитомегалия, врожденная желтуха, врожденная гидроцефалия, дисгенезии головного и спинного мозга и т. д.

, а также разнообразные дисгенетические стигмы новорожденных, как малые, так и более серьезные (приросшие мочки ушей, диастема, сросшиеся брови, нарушения оволосения головы, клапанные пороки сердца и мн. др.).

Пренатальные и ранние условия жизни ребенка имеют важное значение для реализации и наследственной предрасположенности. Многие болезни наследственного предрасположения, возможно, не проявились бы вообще или протекали в ослабленной форме у детей от здоровых матерей, при отсутствии родовой патологии и в благоприятных условиях развития в раннем детстве.

Второй вариант, нажитая предрасположенность, формируется в течение детско-подросткового и юношеского, отчасти – зрелого возраста под влиянием разнообразных негативных внешних факторов.

Данной проблеме в литературе уделяется меньше внимания, тем не менее определенно существуют болезни, связанные в своем развитии с нажитой конституцией, которые по своим проявлениям аналогичны наследственным и конституциональным.

В частности, это симптоматическая эпилепсия, возникающая в результате перенесенных в разные возрастные периоды органических повреждений головного мозга. Таковы, вероятно, и некоторые формы депрессии, а также расстройства личности и поведения.

Реализация программ материнского здоровья и вообще здоровья женщины – один из самых важных путей профилактики заболеваемости детей.

В целом распространенность болезней предрасположения в значительной степени зависит от качества жизни населения, а их профилактика заключается в повышении качества жизни по разным показателям, включая, безусловно, и психологический аспект, при этом особенно важными представляются состояние семьи, воспитание, формирование необходимых просоциальных навыков, качество внутрисемейных отношений и образования.

В РФ, как известно, качество жизни значительной части населения, включая состояние института семьи в целом, является неудовлетворительным. К сожалению, после ощутимого подъема качества жизни со второй половины 2014 года наметилась тенденция к ухудшению уровня жизни значительной части населения страны. По некоторым сведениям, до 20% населения оказалось за чертой бедности.

Не в последнюю очередь это связано с ориентацией социально-экономической политики правящих кланов РФ на обогащение небольшой части населения, составляющей 10–15% всех жителей страны. Показателем этого является, в частности, чрезвычайное имущественное расслоение населения.

Так, сообщается, что 98% национального богатства в стране принадлежит 7% населения, на долю остальных 93% людей приходится всего 2% богатства.

В РФ доход 10% обеспеченной части населения в 47 раз превышает доход 10% беднейшей части населения. Зарплата депутатов Госдумы РФ в 14 раз больше, чем средняя зарплата по стране (в Японии этот разрыв составляет 2:1).

Столь кричащая материальная дискриминация существует вовсе не потому, что «богатые россияне» вносят какой-то особенный вклад в благосостояние страны и общества, скорее слишком часто дело обстоит обратным образом.

По данным на октябрь 2013 года, РФ по разрыву доходов богатых и бедных среди крупных стран находится на первом месте в мире. Ее опережают только такие страны, как Габон, Уганда, Нигерия, некоторые небольшие страны Юго-Восточной Азии.

Дело, в сущности, не только в уровне материальных доходов, а в том, что за ними неизбежно следуют ограничения в доступе к образованию, источникам культуры, творчеству, досугу, общению, спорту – ко всему тому, что делает индивида зрелой и разумной личностью, а именно это является самой надежной гарантией здоровья и свободы. 

Вернуться к Содержанию

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector