ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ И ВОЗМОЖНОСТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИАГНОСТИКИ

Ключевые слова синдром удлиненного интервала QT, аритмогенная дисплазия правого желудочка, сердечно-сосудистая система, синдром Бругада, молекулярно-генетическая диагностика, дилатационная кардиомиопатия

Key words long QT-interval syndrome, right ventricle arrhythmogenic dysplasia, cardiovascular system, Brugada's syndrome, molecular genetic diagnostics, dilated cardiomyopathy

Аннотация Рассматриваются молекулярно-генетические основы моногенных кардиологических заболеваний, таких как дилатационная и гипертрофическая кардиомиопатии, первичных электрофизиологических нарушений, современные подходы к применению молекулярно-генетических данных в клинической практике.

Annotation Molecular genetic origins of monogenic cardiovascular diseases (dilated and hypertrophic cardiomyopathies), of primary electrophysiological alterations, and current approaches to clinical application of molecular genetic data are considered.

Автор Заклязьминская, Е. В., Козлова, С. И., Поляков, А. В.

Номера и рубрики ВА-N37 от 25/01/2005, стр. 69-76 /.. Лекции

Версия для печати PDFs

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОНОГЕННЫХ КАРДИОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Заболевания сердечно-сосудистой системы являются наиболее частой причиной заболеваемости и смертности во всем мире. Постоянное накопление информации о патогенезе заболеваний сердечно-сосудистой системы привело к пониманию того, насколько значительную роль в их развитии играют генетические факторы. Сегодня практически не осталось болезней, в формировании которых не было бы установлено наследственной компоненты. Наиболее частые заболевания ишемическая болезнь сердца (ИБС), атеросклероз и артериальная гипертензия (АГ) являются мульфакториальными. В формирование клинического фенотипа при этих заболеваниях приблизительно равный вклад вносят наследственность и среда [1]. Для каждого заболевания существует достаточно большое число генов, различные аллельные формы которых влияют на вероятность развития заболевания, скорость прогрессирования и выраженность клинических симптомов. Как правило, генами предрасположенности являются те гены, белковые продукты которых прямо или косвенно вовлечены в патогенез заболевания [1, 2]. Наряду с мультифакториальными, существует большое количество моногенных заболеваний, для развития которых достаточно наличия мутации в одном гене.

В настоящее время описано около 2,5 тысяч моногенных наследственных синдромов, при которых наблюдается вовлечение в патологический процесс сердца и/или сосудов [33]. Известно около сотни наследственных заболеваний, при которых поражение сердца и сосудов являются ведущими в клинической картине (табл. 1). Даже из общей структуры таких классических мультифакториальных заболеваний, как ИБС и АГ, вычленяются все большее число моногенных форм, которые наследуются по менделевскому типу [12, 9, 32, 46].

Таблица 1. Примеры наследственных моногенных заболеваний сердечно-сосудистой системы [29, 12, 46, 9]

здесь и далее, ТН - тип наследования, А/Д - аутосомно-доминантный, А/Р - аутосомно-рецессивный, Х/Р - Х-сцепленный рецессивный, ФП - фибрилляция предсердий, СССУ - синдром слабости синусового узла

В последнее время представления об этиологии многих заболеваний сердечно-сосудистой системы претерпели значительную эволюцию. В особенно большой степени это касается состояний, для которых не было получено убедительных данных, однозначно свидетельствующих в пользу инфекционных и/или воспалительных процессов, лежащих в их основе [2]. Как правило, эти заболевания описывались как «идиопатические». Быстрое развитие современных генетических методов позволило во многих случаях решить вопрос о наследственной природе заболевания, установить первичный биохимический дефект, разработать ДНК-диагностику, искать подходы к этиологической терапии.

Кардиомиопатии

Кардиомиопатии - обширный класс заболеваний, характеризующихся структурными изменениями миокарда. Выделяют 3 фенотипических класса кардиомиопатий: гипертрофические, дилятационные и рестриктивные. Каждый из классов характеризуется своими морфологическими, физиологическими и клиническими конечными точками, отражающими различные патогенетические механизмы, приводящие к заболеванию [2, 7]. Эти заболевания является наиболее частой причиной кардиогенной внезапной смерти (КВС) в молодом возрасте [37].

В ряде случаев причину дисфункции миокарда удается выяснить, но чаще всего этиология заболевания остается неизвестной [2]. В последнее время получены новые данные, расширяющие наши представления о генных и белковых изменениях, лежащих в основе кардиомиопатий, существенная доля которых являются моногенными наследственными заболеваниями [2, 6, 7, 20]. Идентифицировано большое количество мутаций в генах, кодирующих белки сложной сети миофиламентов и ассоциированных с ними белков, в комплексе образующих цитоскелет кардиомиоцита. Белки цитоскелета могут быть разделены на 3 группы [7].

1. Сократительный цитоскелет, генерирующий мышечное сокращение, состоящий из высокоспециализированного комплекса тонких и толстых актиновых волокон и связанных с ними белков, таких, как тропониновый, тропомиозиновый комплексы. Упорядоченные повторяющиеся тропониновые единицы формируют поперечную исчерченность миофибрилл [7, 20, 2].

2. Внутрисаркомерный цитоскелет, содержащий титин, a-актинин, миозин-связывающий С-белок и другие белки удерживают миофиламенты и их саркомерные единицы и регулируют перемещения миофиламентов во время каждого сократительного цикла [7].

3. Внесаркомерный цитоскелет, состоящий из десмина и содержащих ламин промежуточных филаментов. Эти структуры обеспечивают связь между соседними миофибриллами и структурами ядерной оболочки. Эта сеть включает в себя также субсаркомерные белки, обеспечивающие связь между периферическими миофибриллами с сарколеммой и внеклеточным матриксом. К ним относят белок дистрофин и ассоциированные с ним гликопротеины, связывающие саркомер с внеклеточным матриксом посредством ламинина. Внесаркомерный цитоскелет также содержит связанный с внеклеточным матриксом комплекс, содержащий белки талин, винкулин, интегрины [7].

Мутации в генах, кодирующих собственно сократительные белки миокарда и белки внутрисаркомерного цитоскелета, являются причиной гипертрофической кардиомиопатии (ГКМП) [7, 20]. ГКМП - одно из наиболее часто встречающихся заболеваний сердца, характеризующееся утолщением стенок миокарда, и нарушением диастолического расслабления левого желудочка [2, 52, 53]. Частота заболевания приблизительно оценивается в 0,2% (1:500) [2, 52]. При ГКМП наблюдаются гипертрофия миокарда, дезорганизация миоцитов и фиброз. Эти нарушения приводят к широкому спектру функциональных нарушений, которые включают ишемию миокарда, диастолическую дисфункцию, обструкцию выносящего тракта левого желудочка, клинические значимые аритмии и, у ряда пациентов, КВС. Чаще всего КВС наступает в молодом возрасте (до 30 лет), зачастую у пациентов с минимальной выраженностью собственно гипертрофических процессов [55]. Источником жизнеугрожающих состояний, как правило, являются нарушения ритма разной локализации [36, 55].

В настоящее время известны не менее 9 генов, мутации в которых приводят к развитию заболевания (табл. 2) [32]. Идентифицированы около 150 мутаций в этих генах, при этом, как правило, в неродственных семьях молекулярно-генетические повреждения различны. Более четверти всех случаев ГКМП обусловлено мутациями в гене MYHCB, кодирующем тяжелую цепь b-миозина [27, 47]. На долю мутаций в генах TNNT2 и MYBPC3 приходится по 15% случаев ГКМП [30, 52]. Остальные типы кардиомиопатий встречаются более редко [13,16]. Кроме того, описаны семьи с ГКМП, в которых исключено сцепление со всеми известными локусами заболевания [32].

Таблица 2. Гены, ответственные за развитие гипертрофической кардиомиопатии [47, 27, 54]

Дилатационная кардиомиопатия (ДКМП), характеризующаяся увеличением размеров полостей сердца и снижением систолической функции ЛЖ, встречается в популяции с частотой не менее 1:10000 - 1:3000 населения [2, 5]. Не смотря на имеющийся прогресс, достигнутый в лечении этого заболевания, смертность при ДКМП остается высокой. Наследственные формы этого заболевания составляют около 40% от всех случаев ДКМП [37]. Наиболее часто встречается аутосомно-доминантный тип наследования, на долю аутосомно-рецессивных форм приходится около 16% всех случаев наследственной ДКМП, Х-сцепленный рецессивный тип наследования встречается в 2-5% случаев [11, 37].

ДКМП является результатом мутаций в генах, кодирующих структурные внутри- и внесаркомерные белки миокарда (табл. 3) [5, 21, 31]. В последнее время накапливается все большее количество данных, говорящих об отсутствии жестких границ между различными группам кардиомиопатий [28, 29, 30]. Установлено, что мутации в генах сердечного тропонина Т (TNNT2) и титина (TTN) могут приводить к развитию как ГКМП, так и ДКМП [22, 53]. Различные повреждения в гене тропонина I (TNNI3) также описаны при рестриктивных и гипертрофических кардиомиопатиях [28, 24]. Существование более 20 локусов, ответственных за ДКМП, существенно затрудняет проведение молекулярной диагностики и требует тщательного анализа клинической картины в каждом случае заболевания [46, 47].

Таблица 3. Гены, ответственные за развитие дилатационной кардиомиопатии [7, 20, 2, 46, 31, 25]

Относительно недавно была описана наследственная аритмогенная правожелудочковая дисплазия/кардиомиопатия, характеризующаяся фиброзно-жировым замещением миокарда правого желудочка, выраженной его дилатацией и снижением фракции выброса при относительной сохранности левого желудочка, жизнеугрожающими желудочковыми тахиаритмиями, вызываемыми физическими и эмоциональными нагрузками [26, 27, 44]. Заболевание чаще всего встречается в популяции северо-восточной Италии с частотой 1:1000 населения, в остальных европейских регионах его частота составляет 1:10000 [36, 39, 43]. Описано 8 локусов аутосомно-доминантной формы заболевания (табл. 4) [26, 27, 39, 44].

Таблица 4. Гены/локусы, ответственные за развитие аритмогенной дисплазии правого желудочка (ARVD) [27, 39, 44]

Заболевания, характеризующиеся первичными электрофизиологическими нарушениями

В последнее время большое внимание уделяется наследственным заболеваниям, не сопровождающимся выраженными структурными изменениями миокарда, и проявляющимся преимущественно или исключительно электрофизиологическими нарушениями в кардиомиоците [10, 48]. Для этой группы состояний характерным является высокий риск внезапной смерти вследствие развития жизнеугрожающих нарушений ритма и/или проводимости [8, 10]. В основе этих заболеваний лежат мутации генов, кодирующих белки ионных каналов, экспрессирующихся в миокарде, а также их модуляторов [33]. Это стало основанием для объединения этих заболевания в группу «каналопатий». К первичным каналопатиям относят синдромы удлиненного интервала QT (LQTS), укороченного интервала QT (SQTS), синдромы Бругада и Лева-Ленегра, семейные формы синдрома Вольфа-Паркинсона-Уайта, идиопатическая и катехоламинергическая желудочковые тахикардии, семейные формы фибрилляции предсердий и синдрома слабости синусового узла, синдром детской внезапной смерти [13, 8, 18, 48, 4].

Нормальные амплитуда и продолжительность сердечного потенциала действия обеспечиваются тонко сбалансированным взаимодействием многих ионных каналов и регуляторов их активности, каждый из которых кодируется отдельным геном. Поэтому количество белков и кодирующих их генов, способных привести к нарушениям электрогенеза, потенциально оценивается несколькими десятками. В настоящее время известны около 15, по-видимому, ключевых генов, мутации в которых приводят к развитию типичных клинических проявлений этих заболеваний. Разные мутации в пределах одного гена по-разному изменяют электрофизиологические свойства считываемого белка, что приводит к появлению нескольких аллельных форм заболевания. Аллельные серии заболеваний описаны для большинства генов, ответственных за первичные нарушения сердечного ритма (табл. 5) [4, 18].

Таблица 5. Примеры генов, ответственных за разные клинические формы

С другой стороны, один и тот же электрофизиологический эффект может быть результатом мутаций в разных генах [18]. Например, ключевой признак синдрома удлиненного интервала QT - увеличение продолжительности QTc і 460 мс - может явиться результатом мутации в любом из 7 генов, ответственных за это заболевание (табл. 6).

Таблица 6. Гены, ответственные за синдром удлиненного интервала QT [48, 4, 33]

Большинство описанных заболеваний встречаются в популяции редко, но суммарная частота наследственно обусловленных сердечно-сосудистых заболеваний достаточно высока. Поэтому изучение молекулярно-генетических основ сердечно-сосудистых заболеваний является одной из приоритетных задач современной медицины. Из опыта крупнейших лабораторий мира, даже при полном скрининге всех известных генов, приводящих к развитию наследственных нарушений ритма и проводимости, приблизительно в 30-40% не удается установить первичный генетических дефект [51].

Это связано с тем, что картированы и идентифицированы еще не все гены, приводящие к нарушению электрогенеза кардиомиоцита. Процент выявляемости мутаций в группе пациентов с первичными кардиопатиями также не превышает 50% [7]. Идентификация новых генов на материале больших семей может позволить выявить новые молекулярно-генетические варианты заболеваний, значительно расширить наши представления о молекулярных основах и патогенезе кардиомиопатий, нарушений сердечного ритма и проводимости, а также лечь в основу этиологического подхода к лечению [15, 16, 18].

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ

В последние десятилетия молекулярно-генетические методы все шире входят в клиническую практику. Проводятся крупные многоцентровые исследования, создаются международные регистры больных с наследственными сердечно-сосудистыми заболеваниями, содержащие результаты клинических и генетических исследований, отдаленных результатов терапии. Комплексный анализ сопоставления генетических и клинических данных позволяет считать, что существует прямая связь между первичным генетическим дефектом, особенностями клинической картины и прогнозом практически для всех групп заболеваний [36, 38].

ДНК-диагностика направлена на регистрацию непосредственной причины заболевания в виде изменения нуклеотидной последовательности ДНК. Выявление мутации в конкретном гене напрямую свидетельствует о наличии заболевания, независимо от степени выраженности клинических симптомов, и даже при их отсутствии. По данным Priory et al. [37, 45], около 30% больных с синдромом удлиненного интервала QT имеют скрытое течение заболевания, при которых отсутствуют характерные изменения на ЭКГ, но больные имеют, тем не менее, высокий риск внезапной смерти во время первого в жизни синкопального эпизода [10, 36, 38]. Поэтому пресимптоматическая диагностика в этой группе больных позволяет сформировать оптимальную тактику наблюдения для каждого пациента, с учетом генетических, анамнестических и электрокардиографических данных.

В зависимости от пораженного гена, по-разному оценивается влияние пола и возраста на риск КВС [15]. Так, например, у пациентов с мутациями в гене SCN5A (LQT3) наблюдается наибольший процент летальных исходов во время острых кардиогенных эпизодов [19, 45]. В недавнем исследовании Priory [37] была проанализирована суммарная вероятность острых кардиогенных эпизодов (синкопе, остановка сердца, КВС) в зависимости от пораженного гена, пола и продолжительности QTc и пре