Мітохондріальні хвороби
Серед сучасних спадкових хвороб, які зустрічаються у людей, існує безліч нозологічних одиниць, які повністю ще не ідентифіковані. Вони можуть ховатися за маскою будь-яких відомих хвороб, їх можуть лікувати як звичайні хвороби, але насправді вони мають багато відрізнень від описаних раніш хвороб, в тому числі, і відсутність ефекту від лікування. До таких захворювань до недавнього часу відносилися і мітохондріальні хвороби. Після того, як був описаний мітохондріальний геном, встановлений тип успадкування і шукаються підходи до етіопатогенетичного лікування, їх признали як окремий нозологічний клас. Крім того, встановлено, що МТЗХ, не такі рідкі, як вважалося спочатку, і спостерігається певний ріст таких захворювань.
Мітохондії — одні з найбільших органел клітини, які містяться в усіх евкаріотичних клітинах, окрім еритроцитів і зрілих кератиноцитів. Вони виконують функцію метаболічного центру та відповідають за виробництво енергії у вигляді АТФ. Накопичена енергія в подальшому трансформується в механічну (в м'язових клітинах), біоелектричну (у нервових клітинах). Найбільша кількість мітохондрій спостерігається переважно в клітинах, які споживають велику кількість енергії, наприклад, у клітинах нервової системи, скелетних та серцевого м'язів, в екзокринних клітинах підшлункової залози, печінці, ооцитах.
Мітохондрії мають свої особисті ДНК, РНК і рибосоми, самі синтезують частину своїх білків, розмножуються шляхом поділу надвоє.
Особливістю функціонування мітохондрій є наявність власного мітохондріального геному - кільцевої молекули ДНК, розташованої усередині даної органели, що складається з 16569 нуклеотидів. У 1981р. в лабораторії молекулярної біології Медичного дослідницького Центру в Кембриджі науковою групою Ф.Сенгера була розшифрована нуклеотидна структура ДНК мітохондрій (мтДНК) людини.
Мітохондріальна ДНК (мтДНК) містить 37 генів, що кодують синтез 2 видів рибосомальної РНК, 22 види транспортної РНК і 13 білків, що входять до складу I, Ш, ІV і V комплексів дихального ланцюга мітохондрій.
Решта пептидів дихального ланцюга і значна частина інших мітохондріальних білків кодуються генами ядерної ДНК. Таким чином, у забезпеченні різноманітних біохімічних функцій мітохондрій беруть участь білки, які кодуються як мітохондріальними, так і ядерними генами.
Відповідно до вищезазначених особливостей подвійного геному мітохондрій, тип успадкування мітохондріальних хвороб може бути різним. Оскільки мтДНК в організмі має майже виключно материнське походження, при передачі мітохондріальної мутації нащадку в родоводі має місце материнський тип успадкування - хворіють усі діти хворої матері. Якщо мутація відбувається в ядерному гені, що кодує синтез мітохондріального білка, захворювання передається по класичним менделевським законам.
Іноді мутація мтДНК (зазвичай - делеція) виникає de nоvо на ранній стадії онтогенезу, і тоді захворювання проявляється як спорадичний випадок.
Кожна мітохондрія містить від 2 до 10 копій молекул мтДНК, а клітини різних тканин можуть містити від сотень до декількох тисяч мітохондрій. Таким чином, загальна кількість молекул мтДНК в клітині може досягати десятків тисяч (наприклад, у кардіоміоциті до 50 тис. молекул мтДНК).
У звичайній ситуації в усіх клітинах і тканинах організму є один і той же нормальний тип мт ДНК. Такий стан позначається як гомоплазмія.
При виникненні мутації в мт ДНК та її поширенні виникає гетероплазмія, тобто стан, при якому в клітині (тканині) існує сукупність двох різних популяцій мтДНК - нормальної і мутантної. Під час розподілу клітин з гетероплазмією, процес розподілу мутантної мтДНК у ту чи іншу дочірні клітки випадковий. Таким чином, у результаті багаторазових клітинних розподілів, склад мутантних мтДНК у різних клітинних лініях може дрейфувати в напрямку тільки мутантного чи винятково нормального типів. Цей процес одержав назву реплікаційної сегрегації(РС ).
Феномен РС може мати місце в соматичних клітках і в клітках зародкових шляхів, пояснюючи розходження в пропорції мутантних молекул мтДНК і фенотипічне розходження як між потомством, так і між різними тканинами й органами одного індивіда. При цьому у ряді випадків зміна мітохондріального генотипу може відбуватися протягом одного покоління.
Випадковий характер РС не дозволяє в даний час достовірно прогнозувати рівень мутантних молекул мтДНК і ймовірний ризик експресії фенотипу, що значно обмежує можливості медико –генетичного консультування.
Відсотковий вміст нормальної і мутантної мтДНК в різних тканинах може варіювати в широких межах (від 0 до 100%), що в значній мірі визначає характер і тяжкість відповідних клінічних проявів. Більш того, в продож життя в одній і тій же тканині співвідношення нормальної і мутантної популяцій мтДНК також може змінюватися, забезпечуючи певні трансформації симптоматики захворювання.
Інформативна щільність мтДНК висока, а надмірність, характерна для яДНК, відсутня. Тому інтенсивність мутаційного процесу мтДНК значно вище, ніж в яДНК, а відсутність інтронів призводить до того, що мутації локалізуються в кодуючих послідовностях мтДНК. Відсутність гістонів та ефективної системи репарації робить мтДНК більш вразливою щодо впливу вільних радикалів кисню, що утворюються в процесі окисного фосфорилювання, що є внеском у нейродегенеративні процеси і процеси старіння.
Основна функція мітохондрії - виробництво клітинної енергії, здійснюється дихальним ланцюгом. Дихальний ланцюг локалізується у внутрішній мембрані мітохондрії і включає у себе п'ять мультиферментних комплексів (з I по V), кожен з яких у свою чергу складається з декількох десятків субодиниць. Комплекси I - V мають подвійне кодування, оскільки частина субодиниць, кодується генами, що локалізуються в мтДНК, тоді як велика частина субодиниць кодується генами ядерної ДНК (яДНК). Кінцевим результатом окисного фосфорилювання, що відбувається в комплексах I - V, є виробництво енергії - синтез АТФ. Дефекти ферментів дихального ланцюга призводять до зменшення синтезу АТФ.
Особливості мітохондріальної ДНК:
1. Строго материнський характер успадкування ДНК, тобто вони передаються від матері до дочок та синів. Сини мітохондріальної ДНК не передають.
2. Відсутня комбінативна мінливість - мітохондріальна ДНК належить тільки одному з батьків, отже, рекомбінаційні події відсутні, а нуклеотидна послідовність змінюється з покоління в покоління тільки за рахунок послідовного накопичення мутацій.
3. Мітохондріальна ДНК не має інтронів і ефективної ДНК репараційної системи. Це веде до збільшення частоти мутацій мітохондріальної ДНК порівняно з ядерною.
4. Усередині однієї клітини можуть одночасно співіснувати нормальна та мутантна мітохондріальна ДНК (явище гетероплазмії).
Мітохондріальні захворювання - поняття мітохондріальні захворювання включає великий спектр клінічної патології, яка часто має важкий прогредієнтний плин, викликає виражену інвалідізацію і характеризується резистентністю до лікування. Така група різнорідна і містить велике число захворювань нервової системи, зору, м'язової системи, серця, нирок, ендокринних органів. Передбачається, що мітохондріальні захворювання можуть бути одним з найбільших класів дегенеративних хвороб нервової системи..
На теперішній час загальноприйнятної класифікації захворювань, що порушують нормальну роботу окисного фосфорилювання мітохондрій, не існує. Спроби біохімічної, чи клінічної класифікацій цих захворювань у зв’язку зі складністю інтерпретації біохімічного дефекту і поліморфізму проявів не мали успіху.
Найбільш популярною є молекулярно – генетична класифікація, відповідно до якої ідентифіковані три класи мтДНК мутацій, порушення нормального функціонування дихального ланцюга:
- заміни основ, що порушують трансляцію білка в мітохондріях і
- перебудови мітохондріального геному.
Мітохондріальні хвороби класифікують за типом мутацій:
1. Місенс – мутантні мітохондріальні хвороби:
2. Хвороби, які викликані мутаціями в генах транспортної РНК:
3. Мітохондріальні хвороби, які викликані делеціями або дуплікаціями мітохондріальної ДНК:
4. Хвороби, які викликані мутаціями, що знижують число копій мітохондріальної ДНК:
- летальна інфантильна дихальна недостатність;
- синдром молочного-кислого ацидозу.
5. Набуті пошкодження мтДНК під впливом дії шкідливих чинників
6. Хвороби викликані мутаціями в ядерній ДНК:
- захворювання, що пов’язані з дефектами дихального ланцюга;
- захворювання, що пов’язані з порушенням метаболізму молочної та піровіноградної кислот;
- захворювання, що обумовлені дефектами бета-окислення жирних кислот;
- синдроми дефіциту карнитину та ферментів, що приймають участь у його метаболізмі.
1. Полісиндромність уражень з частим залученням нервової системи, органа зору, серця і скелетних м'язів.
2. Велика варіабельність віку маніфестації хвороби, проте більшість захворювань починаються в дитячому та молодому віці.
3. Проградієнтність перебігу з негативною динамікою і збільшенням симптомів ураження різних органів і систем.
4. Резистентність до традиційних методів лікування.
Найбільш часті органопатії при мітохондріальних хворобах у результаті дефектів дихального ланцюга наведені нижче.
ЦНС: ураження мозку, пре-, перинатальна енцефалопатія у вигляді дегенеративних процесів у мозку (гліоз, гіпотрофія, судомний синдром (резистентний до терапії), поліневропатія, патологічні рефлекси, зниження чутливості, летаргія, кома, затримка психомоторного розвитку, атаксія, дистонія, зменшення розмірів турецького сідла.
Очі: птоз, амбліопія, офтальмоплегія, пігментний ретиніт, атрофія зорових нервів, ністагм, катаракта.
Серце: кардіоміопатія (гіпертрофічна), аритмії, порушення провідної системи серця.
Печінка: прогресуюча печінкова недостатність (особливо у немовлят), помірна гепатомегалія, неоднорідність паренхіми печінки.
Селезінка: спленомегалія, неоднорідність паренхіми.
Нирки: тубулопатія (синдром Фанконі), нефрит, ниркова недостатність, пієлоектазія.
Шлунково-кишковий тракт (ШКТ): рецидивне блювання, діарея, атрофія ворсин, порушення екзокринної панкреатичної функції.
Ендокринна система: низький зріст, цукровий діабет.
Кістковий мозок: панцитопенія, макроцитарна анемія.
Шкіра: раннє старіння, недостатній розвиток підшкірно-жирової клітковини.
Крім того, у хворих відмічаються прогресуючий перебіг захворювання, лактат-ацидоз та специфічний фенотип (низький зріст, тонке волосся, голубі склери, високе піднебіння).
Клініка найбільш поширених мітохондропатій.
Синдром Лебера (спадкова атрофія зорових нервів, нейрофтальмопатія, «грім серед ясного неба»). Синдром описаний у 1971 році Теодором Лебером. Встановлено 10 точкових мутацій мтДНК, які призводять до зміни амінокислотного складу поліпептидів комплексу 1-го дихального ланцюга. Захворювання проявляється у віці 6-62 роки, частіше в 11-30 років. Захворювання розвивається гостро та підгостро. Першою проявою є гостре або підгостре зниження гостроти зору одного ока, а через 7-8 тижнів і другого, або разом обох очей (без періоду продрому). Основні скарги: розпливчатість зору при яркому сонячному світлі і кращий зір на заході сонця, але темрявий зір знижений. Описані випадки дизхроматопсії. Найбільш часто страждають центральні відділи зору, виявляються центральні скотоми. Відмічається мікроангіопатія сітківки. Зниження гостроти зору швидко прогресує, однак повна сліпота буває рідко. У часті хворих ураження зорових нервів може сполучаєтися з різноманітною неврологічною симптоматикою: периферична поліневропатія, тремор, атаксія, спастичні парези, мігренеподібний головний біль. Можуть бути ще кістково-суглобні зміни: кіфоз, кіфосколіоз, арахнодактілія, спонділоепіфізарна дисплазія.
Перебіг захворювання прогресуючий, однак можлива ремісія через 1-2 року після початку захворювання або навіть відновлення гостроти зору. Найбільш сприятливий прогноз відзначається при ранньому (до 20 років) дебюті синдрому Лебера.
- материнський тип успадкування;
- дебют захворювання переважно в 11-30 років;
- гостре чи підгостре зниження гостроти зору на одне чи обидва ока;
- мікроангіопатія сітківки (при дослідженні очного дна виявляється розширення і телеангіектазія поверхневих судин сітківки, набряк нейронального шару сітківки і диска зорового нерву);
- прогресуючий перебіг з можливою ремісією чи відновленням гостроти зору;
- ідентифікація у хворого первинних патогенних мутацій (у позиціях 11778 і 14484 мтДНК).
Диференціальну діагностику потрібно проводити із захворюваннями, що супроводжуються, зниженням гостроти зору: ретробульбарним невритом, краніофарингіомою, лейкодистрофіями.
Відсутність болю, особливо при руху очей – високоспецифічна ознака цього синдрому на відміну від ретробульбарного невріту.
Генетичне консультування ускладнене через материнський тип успадкування. Окремі емпіричні дані свідчать про високий ризик для двоюрідних братів (40%) і племінників чоловічої статі (42%).
Лікування симптоматичне, посиндромне.
Синдром MERRF Міоклонус-епілепсія з "рваними" червоними волокнами (mуосlопus epilepsy, RRF) вперше описана N.Fukuhara et al (1980) на підставі власних спостережень і узагальнення літературних даних.
Синдром MERRF обумовлений точковою мутацією мітохондріальної ДНК. Найбільш часто у хворих виявляється мутація у вигляді заміни аденіну на гуанін в нуклеотиді 8344, що призводить до дефекту мітохондріального гена РНК, що транспортує лізин.
Захворювання успадковується за мітохондріальним (цитоплазматичним, материнським типом) з високим ризиком, тобто передається потомству по материнській лінії. При аналізі родоводу і обстеженні членів сім'ї пробанда звертає увагу велике число родичів-носіїв точкових мутацій. Клінічні прояви у носіїв мутації характеризуються винятковим внутрішньородинним поліморфізмом: зустрічаються як повні типові форми хвороби, так і стерті форми або окремі симптоми синдрому MERRF. Клінічний поліморфізм, ймовірно, пов'язаний з різним співвідношенням мутантної і нормальної ДНК мітохондрій в клітинах і тканинним порогом фенотипової експресії мітохондріального дефекту.
Патогенез захворювання вивчений недостатньо. Передбачається, що хвороба обумовлена порушеннями мітохондріальних процесів рибосомального синтезу внаслідок зниження вмісту транспортної РНК лізину і передчасного завершення трансляції на мітохондріальних рибосомах. Ці зміни призводять до глибоких дефектів функції мітохондрій та порушення тканинного дихання, особливо на рівні ключового IV комплексу дихального ланцюга. У тканині мозку при синдромі MERRF виявляється зниження рівня окисного метаболізму, зменшення захоплення нейронами глюкози, порушення регуляторних механізмів, що забезпечують підвищені метаболічні потреби в разі стресу. Зазначені порушення, очевидно, лежать в основі патогенетичних процесів, що ведуть до морфологічних пошкоджень і появи клінічної симптоматики.
Вік початку захворювання варіабельний - від 3 до 65 років. Клінічні прояви MERRF вкрай різноманітні. Ранніми ознаками є симптоми енцефаломіопатіі - стомлюваність при фізичних навантаженнях, зниження пам'яті, уваги. Найбільш типовим є симптомокомплекс прогресуючої міоклонус-епілепсії (85% випадків), що включає міоклонус, атаксію та деменцію. При MERRF відзначається епілептичний міоклонус, який характеризується кореляцією зі змінами ЕЕГ, короткими розрядами і синхронної активацією м'язів при ЕМГ-дослідженні.
Атаксія проявляється хиткість ходи і порушенням виконання координаторні проб. У ряді випадків атаксію виявити важко унаслідок виражених міоклоній. Регрес психічних функцій може передувати маніфестації основних клінічних симптомів MERRF, або виявлятися у процесі прогресування захворювання.
Крім цього, у більшості хворих (70%) спостерігаються генералізовані тоніко-клонічні судоми. Нейросенсорна глухота зустрічається у половини хворих і обумовлена ураженням периферичного відділу слухового аналізатора. Ознаки міопатії (м'язова слабкість, гіпотрофії м'язів, допоміжні прийоми при вставанні) зазвичай виражені помірно. Ймовірно, даний факт обумовлений різним ступенем ураження мітохондрій нервової та м'язової тканин. Сенсорні порушення проявляються розладами вібраційної чутливості і м'язово-суглобового відчуття.
У дітей спостерігається затримка фізичного та розумового розвитку. У деяких хворих спостерігається ліпоматоз. Пігментна дегенерація сітківки, хронічний панкреатит та цукровий діабет зустрічаються рідко.
Перебіг захворювання прогресує. Однак тяжкість і темп прогресування хвороби варіабельні в окремих хворих.
У крові визначається високий рівень молочної кислоти. У цереброспінальній рідині можливе помірне підвищення вмісту білка. При аналізі мітохондріальних ферментів дихального ланцюга у хворих з MERRF виявляється недостатність комплексів І та ІV в мітохондріях скелетних м'язів. Є вказівки на можливу недостатність комплексу ІІІ.
При електроміографічних дослідженні виявляється первинно-м'язовий характер змін, а також зниження швидкості проведення імпульсу по периферичних нервах.
Електроенцефалограма хворих характеризується дезорганізацією основної активності, спайк-хвильовими розрядами, генералізованими одиничними і множинними, нерегулярними, білатерально синхронними комплексами - "поліспайк-хвиля" частотою 2-5 Гц, а також дифузними повільними хвилями. У 40% випадків реєструються фокальні аномалії, зокрема, в потиличних відведеннях.
При комп'ютерній томографії визначається дифузна атрофія мозку, деструктивні зміни білої речовини, зниження щільності мозкової тканини, іноді - кальцифікація базальних гангліїв.
У біоптату скелетних м'язів виявляються типові "рвані" червоні волокна (RRF). Ферментно-гістохімічний аналіз зазвичай виявляє недостатність цитохром С - оксидази при підвищеній активності сукцинатдегідрогенази. Характерним є дефіцит цитохром С - оксидази в гладкій м'язовій тканині судин.
При електронній мікроскопії скелетного м'яза або шкіри спостерігається збільшення кількості та розмірів мітохондрій, їх деформація, ліпідні включення.
При патологоанатомічному дослідженні найбільш виражені дегенеративні зміни зі значним зниженням числа нейронів і гліозу спостерігаються в зубчастих ядрах і верхніх ніжках мозочка. Уражаються також бліда куля, червоні ядра, кора мозочка, нижні оливи і чорна субстанція. У спинному мозку значно страждають задні стовпи, спіноцеребеллярні шляхи та шляхи Кларка, помірно - кортикоспінальні тракти. При електронно-мікроскопічному дослідженні в корі мозочка у хворих на MERRF виявляються аномально великі мітохондрії з паракристаллічними включеннями. В периферичних нервах виявляється дегенерація аксонів, а також зниження кількості мієліну, що свідчить про можливу ушкодження шванівських клітин.
- материнський тип успадкування;
- дебют захворювання в 3 - 65 років;
- міоклонічна епілепсія, атаксія, деменція у сполучені з глухотою, атрофія зорових нервів, порушенням глибокої чутливості;
- помірне підвищення білка у лікворі;
- на ЕЕГ – генералізовані комплекси “спайк - хвиля”;
- на електроміограмі (ЕМГ) – первинно-м’язовий тип ураження;
- на комп’ютерній томограмі (КТ) – атрофія мозку, лейкоенцефалопатія, кальцифікація базальних гангліїв;
- у біоптатах м’язів – “рвані” червоні волокна;
- прогресуючий перебіг захворювання
- виявлення точкових мутацій в гені лізинової тРНК у позиціях 8344 і 8356 мтДНК.
Диференціальну діагностику проводять з іншими прогресуючими міоклонус-епілепсіями, іншими мітохондріальними хворобами та дисгенезіями мозку.
Лікування симптоматичне (корекція порушень обміну, зменшення лактат-ацидозу). Встановлена ефективність рибофлавіну, нікотинаміду, цитохрому С та коензиму Q10, L-карнітину, вітаміну С, призначається протисудомна терапія.
Синдром MELAS – мітохондріальна енцефалопатія, лактат-ацидоз, інсультоподібні епізоди (mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like episodes) вперше виділена в самостійну нозологічну форму S.Pavlakis в 1984 році.
В основі патології лежить точкова мутація мітохондріальної ДНК. Найбільш часто (у 80-90% випадків) зустрічається мутація в нуклеотидах 3243, 3271 розташованих в мітохондріальному гені РНК, що транспортує лейцин. При цьому вміст аномальної мітохондріальної ДНК в різних тканинах хворого (рівень гетероплазмії) становить 93 - 96%. Ймовірно, цей рівень відображає поріг фенотипової експресії мітохондріальної мутації.
Захворювання успадковується строго по материнській лінії (мітохондріальне, цитоплазматичне успадкування) з високим ризиком. Однак приблизно в 55 - 75% родоводів хвороба реєструються de novo. При генеалогічному аналізі слід врахувати, що в одній родині рідко зустрічається 2 сібси з класичним варіантом синдрому. Разом з тим досить часто пробанди мають родичів з одним симптомом захворювання. Даний факт, очевидно, пояснюється тим, що точкові мутації, що детермінують MELAS, можуть передаватися в різних кількісних співвідношеннях із залученням різних органів і тканин. Передбачається, що для прояву захворювання необхідно накопичення певної кількості мутантної мітохондріальної ДНК.
Патогенез патології пов'язаний з точковим мутаціями мітохондріального гена, що кодує транспортну РНК (в більшості випадків), наслідком чого є дефект синтезу мітохондріальних білків і недостатність функції мітохондрій. Однак окремі ланки патогенезу хвороби залишаються нез'ясованими.
Вік початку захворювання варіабельний, найбільш часто - між 6-10 роками. Початкові клінічні симптоми захворювання вельми неспецифічні: судоми, рецидивуючі головні болі, блювання, анорексія, м'язова слабкість. У розгорнутій стадії хвороби кардинальними проявами є: непереносимість фізичних навантажень, які провокують посилення міопатичного синдрому, поява нудоти, головного болю та запаморочення; судоми, інсультоподібні стани з розвитком вогнищевої неврологічної симптоматики; порушення психомовного розвитку за типом деменції; низький зріст; приглухуватість. Рідше зустрічаються міоклонії, координаторні розлади, поліневропатія, порушення зору і серцево-судинної діяльності, цукровий діабет, гіпопаратиреоз.
Перебіг хвороби прогресуючий, при маніфестації у більш ранньому віці – більш важкий.
Кардинальним лабораторними ознаками є виявлення в крові лактат-ацидозу, органічної ацідурія з екскрецією молочної та піровиноградної кислот. У лікворі у половини хворих виявляється підвищений рівень білка.
При електрокардіографічному дослідженні у 12% випадків виявляється синдром Вольфа - Паркінсона - Уайта. При комп'ютерній томографії головного мозку найбільш типовими змінами є зони інфарктів, переважно в області великих півкуль, рідше - мозочка, базальних гангліїв. Спостерігаються також кальцифікація базальних гангліїв, атрофія кори великих півкуль.
Характерною морфологічною ознакою MELAS, як і ряду інших мітохондріальних енцефаломіопатій (синдрому Кернса-Сейра, MERRF та ін.), є "рвані" червоні волокна ("ragged" red fibres, RRF) в м'язовій тканині.
При дослідженні матеріалів аутопсії одним з найхарактерніших ознак пошкодження мозку при даному захворюванні є наявність старих і свіжих вогнищ інфарктів. Типовою є також атрофія кори з фокальними ушкодженнями у вигляді некрозу, зниження числа нейронів, наявність гліозу, мікрокіст (status spongiosus), проліферація капілярів. Часто виявляється кальцифікація базальних гангліїв переважно навколо судинних сплетінь. У судинах мозку ендотеліальні клітини зазвичай набряклі, у гладком'язових клітинах церебральних артеріол виявляються підвищені скупчення мітохондрій. Нерідко спостерігається мінералізація стінок дрібних і великих судин в області блідої кулі і зубчастого ядра. Як і в головному мозку, в спинному виявлені значні зміни - зменшення числа нейронів в передніх і задніх рогах, дегенерація кортікоспінальних шляхів, задніх і бокових стовбурів. В периферичних нервах визначаються демієлінізація, фіброз.
У м'язової тканини, лейкоцитах, фібробластах хворого визначається зниження активності ферментів дихального ланцюга. Найбільш часто виявляються зміни активності комплексу І.
- материнський тип успадкування;
- дебют маніфестації до 40 років;
- непереносимість фізичного навантаження;
- мігренеподібні головні болі з нудотою і блюванням;
- в сечі – органічна ацидурія;
- КТ – кальцифікація базальних гангліїв;
- “рвані” червоні волокна в біоптатах м’язів;
- прогресуючий перебіг захворювання
- виявлення точкові мутації мтДНК у нуклеотидах 3243, 3271.
Синдром MELAS необхідно диференціювати з іншими мітохондріальними хворобами, синдромом Лея (підгостра некротизуюча енцефалопатія), органічними ацидеміями, гомоцистінурією, синдромом Фабрі.
Терапія повинна бути спрямована на корекцію біохімічного дефекту (коензим Q10 по 80-300 мг/день, рибофлавін (100 мг/сут), нікотинамід (до 1 г/день), діхлорацетат натрію (25-100 мг/кг), вітаміни К1 (по 25 мг/день), К3 (по 75 мг/день), С (по 2-4 г/сут), янтарна кислота до 6 г/день, вітамін Е (300-500 мг/день), ідебенон (90-180 мг/день), цитомак по 4,0 мл в/м. Проведена терапія сприяє зменьшенню симптомів ураження нервової, м'язової та ендокринної системи і покращенню соматичного статусу.
Синдром Кернса-Сейра. Вперше Т.Р.Кеагпs і G.P.Sayre описали синдром в 1958 році під назвою: пігментний ретиніт, зовнішня офтальмоплегія, повна блокада серця. Нозологічна самостійність синдрому Кернса-Сейра була доведена W.Оlsоп (1972), який обстежив 7 пацієнтів з даною патологією.
Згідно з сучасними даними, синдром Кернса-Сейра пов'язаний з наявністю в тканинах хворого великої перебудови мітохондріальної ДНК. Зазвичай зустрічається велика делеція мітохондріального геному, розміри якої становлять від 2,0 до 7,8 тисяч пар нуклеотидів (довжина нормальної мітохондріальної ДНК - 16,6 тисяч пар нуклеотідів). Локалізація делеції може бути різною. Найчастіше вона зачіпає гени 1 і 4 комплексів дихального ланцюга. У деяких хворих, крім делеції, виявлено й інший тип перебудови мітохондріальної ДНК - дуплікація.
Переважна більшість випадків синдрому Кернса-Сейра - спорадичні. Батьки та інші родичі пробандів, як правило, не мають ознак мітохондріальної патології. Спорадичний характер захворювання пояснюється нездатністю ооцитів, які мають мітохондріальну делецію, до запліднення і розвитку ембріона. Особи чоловічої та жіночої статі хворіють приблизно з однаковою частотою.
Вік початку захворювання варіює від 4 до 18 років. Згідно L. Р. Rowland at all. (1991), синдром характеризується наступною тріадою: дебют до 20 років, прогресуюча зовнішня офтальмоплегія, пігментний ретиніт і мінімум одна з таких ознак - атріовентрикулярна блокада серця, мозочковий синдром, підвищення рівня білка в лікворі > 1 г / л.
Крім перерахованих ознак для синдрому Кернса-Сейра характерні: низька переносимість фізичного навантаження, птоз, м'язова слабкість, гіпотрофія, низький зріст і низька маса тіла, туговухість та ендокринні розлади (цукровий діабет, зниження толерантності до глюкози, гіпопаратиреоз). Птоз, як правило, симетричний і білатеральний; рух очних яблук різко обмежений. Часто знижується гострота зору, на очному дні виявляється пігментна грануляція. Можлива діплопія, що не коригується антіхолінестеразними препаратами.
Міопатичний синдром визначається через кілька років після виникнення птозу. Обличчя – маскоподібне, гіпомімічне, змінюється тембр голосу, часті поперхування, стомлюваність при тривалій мові.
При фізичних навантаженнях можуть розвиватися міалгії, міотонії, інтенційний тремор. Відзначаються епізоди коми внаслідок метаболічних порушень. Ендокринні розлади варіабельні (можлива низькозріслість, гінекомастія, гіпогонадизм, цукровий діабет, гіперальдостеронізм, гіпопаратіреоз, дефіцит гормона росту). Можуть відмічатись кіфосколіоз, краніосіностоз, метафізарна дисплазія; порушення емалегенезу; поразка нирок по типу ниркового тубулярного ацидозу або синдрому де Тоні-Дебре-Фанконі. Психічний розвиток дітей може бути нормальним. Однак у старшому віці може відзначається зниження інтелекту різного ступеня вираженості. Існує два варіанти синдрому – повний та неповний. Повний варіант включає в себе хронічну прогресуючу зовнішню офтальмоплегію, пігментний ретиніт і атріовентрикулярну блокаду. Неповний, в свою чергу, розподіляється на два варіанти. Перший включає до себе хронічну прогресуючу зовнішню офтальмоплегію, міопатію нисходячого типу і один з інших симптомів. Другий тип характерізується тільки ізольованою хронічною прогресуючою зовнішньою офтальмоплегію, зустрічається рідко, має пізній дебют. Перебіг захворювання прогресуючий.
Вирішальний фактор, що визначає тривалість життя хворих, - стан серцево-судинної системи: прогностично несприятливим є розвиток важких форм порушення серцевої провідності, міокардіальної дисфункції і зниження скорочувальної здатності міокарда.
Основні обмінні розлади: ацидоз (у випадку тяжкого стану), високий рівень молочної і піровиноградної кислот у крові натще і на тлі стандартного глюкозотолерантний тесту при збільшеному співвідношенні лактат / піруват (> 15).
При проведенні КТ - та ЯМР-досліджень мозку виявляється атрофія кори, ділянки зниженої щільності в області білої речовини мозку і мозочка, стовбура, таламуса, блідої кулі і чорної субстанції, у важких випадках - лейкоенцефалопатія, нерідко - кальцифікати базальних гангліїв.
Важливе діагностичне значення має виявлення "рваних" червоних волокон (RRF) в м'язовій тканині, зниження активності мітохондріальних ферментів в міоцитах та лімфоцитах периферичної крові.
– дебют захворювання у віці 4-18 років;
– мозочковий синдром з інтенційним тремором;
– прогресуюча зовнішня офтальмоплегія;
– пігментний ретиніт, іноді діплопія;
– білок у лікворі більше 1 г/л ;
– ЕНМГ: первинно м'язовий тип порушення;
– КТ: атрофія кори, лейкоенцефалопатія, кальцифікати базальних гангліїв;
– в крові: підвищення аланіну, зниження загального карнітину, фолієвої кислоти, лактату, пірувату;
– “рвані” червоні волокна в біоптатах м'язової тканини,
– виявлення крупних делецій мтДНК.
Диференційний діагноз: необхідно проводити з іншими формами прогресуючих міопій, а також із захворюваннями, що сполучаються з птозом (міастенія, діабетична поліневропатія, офтальмоплагічна мігрень).
Гіповуглеводна дієта, убіхінон до 120 мг\день (2мг\кг), терміном на 3-6 місяців; тіамін до 900 мг\день; L-карнітин по 100 мг\кг\день; фолієва кислота по 1 мг\день; вітамін С по 2-4 г\день; рібофлавін по 50-60 мг\день; вітамін Е до 300-500 мг\день.У випадку повної АВ-блокади рекомендується штучний водій ритму. Обережно підходити до призначення наркозу.
Синдром NARP. Синдром нейропатія, атаксія, пігментного ретиніту (пеuгораthу, ataxia, retinitis pigmentosa, NAAP) вперше описаний I.J. Holt et all, в 1990 році.
Захворювання успадковується за материнськом типом (мітохондріальне, цитоплазматичне успадкування). Його виникнення обумовлено наявністю точкових мутацій у мітохондріальній ДНК. Сутність мутації полягає в заміні тиміну гуаніном в гені, локалізованому в позиції 8993 ДНК мітохондрій і відповідальному за синтез 6 субодиниць мітохондріальної АТФ-ази. Наявність аномальної мітохондріальної ДНК в тканинах організму обумовлює порушення активності АТФ-ази та призводить до дефекту окислювального фосфорилювання із зниженням накопичення АТФ клітинами. Відсоток мутантної ДНК у тканинах при синдромі NARP становить 70 - 90%. Виявлено залежність між тяжкістю хвороби і кількістю мутантної мітохондріальної ДНК в різних тканинах. Якщо відсоток мутантної ДНК становить більше 90% розвивається найбільш важка клінічна симптоматика, відповідна синдрому Лі, якщо менше 70% - прояви можуть обмежуватися пігментною дегенерацією сітківки.
Терміни клінічної маніфестації хвороби відрізняються варіабельністю. Основний симптомокомплекс характеризується нейрогенної м'язовою слабкістю, атаксією і пігментним ретинітом. Крім зазначених ознак для хворих характерні затримка психомоторного розвитку (нерідко за типом деменції), у деяких пацієнтів відзначаються судоми, порушення м'язового тонусу з формуванням спастичності.
У крові може бути підвищений рівень молочної кислоти. При морфологічному дослідженні в м'язовій тканині виявляються неспецифічні зміни. Феномен "рваних" червоних м'язових волокон (RRF) визначаються рідко. При ЕНМГ реєструють ознаки периферичної сенсорної та сенсомоторної поліневропатії. При електроретінографіі часто виявляють дисфункцію паличок сітківки. У ряді випадків, при МРТ головного мозку виявляють атрофію мозочка і кори головного мозку, в найбільш важких випадках - некрози в області базальних гангліїв.
– варіабельний початок маніфестації;
– нейрогенна м’язова слабкість;
– затримка психо-моторного розвитку (деменція);
– “рвані” червоні волокна у біоптатах м'язів виявляються рідко;
– ДНК-діагностика найбільш частих мутацій мтДНК, характерних для даного синдрому.
Лікування: До теперішнього часу специфічного лікування синдрому NARP не розроблено. Проводиться симптоматична, посиндромная терапія. Всім хворим показана нейротрофічна, метаболічна терапія, як і при всіх мітохондріальних захворюваннях. Левокарнітіна - 20% розчин 50-75 мг / кг на добу; коензим Q-10 - 90-300 мг / добу; янтарна кислота - 10 мг / кг; аскорбінова кислота - до 2 г / сут; вітамін Е-10% розчин 300-500 мг / добу.
Прогноз: У багатьох пацієнтів з синдромом NARP тривалий час стан зберігається стабільним, але можуть виникати його погіршення на тлі інфекційних захворювань.
Синдром Пірсона (рефракторна сидеробластна анемія з вакуолізацією клітин кісткового мозку та екзокринною дисфункцією підшлункової залози) Синдром Пірсона вперше описаний в 1979 році H.A.Pearson at all. Він обумовлений делецією мтДНК.
Першою визначальною ознакою синдрому Пірсона є недостатність кісткового мозку. Спостерігається сидеробластна анемія, як правило, макроцитарна. Вона часто поєднується з нейтропенією та тромбоцитопенією. При дослідженні кісткового мозку виявляється його гіпоплазія з характерною вакуолизацией гемопоетичних клітин.
Другою визначальною ознакою є дисфункція підшлункової залози з порушенням зовнішньої секреції у зв'язку з атрофією і фіброзом ацинарних клітин. В результаті розвивається синдром мальабсорбції з хронічною діареєю, що обумовлює низькі темпи росту і розвитку дитини.
Іншою кардинальною особливістю синдрому Пірсона є постійна або періодична лактат-ацідемія, викликана дефектами окисного фосфорилювання. Поряд із збільшенням співвідношення лактат / піруват спостерігається підвищена екскреції з сечею органічних кислот.
Спостерігаються різні порушення з боку інших органів і систем. Ураження печінки призводить до збільшення рівня трансаміназ, білірубіну і ліпідів, а також стеатозу. У деяких хворих розвивається печінкова недостатність. Ураження нирок проявляється у вигляді тубулопатії подібної синдрому детонації деТоні-Дебре-Фанконі. Можуть виникати ендокринні порушення, у вигляді дефіциту гормону росту, гіпотиреозу, гіпопаратиреозу. Ендокринна функція підшлункової залози у більшості пацієнтів залишається нормальною. Однак іноді може розвиватися цукровий діабет. У ряді випадків виявляється надниркова недостатність. Атрофії селезінки не спостерігалося.
Затримка росту і розвитку є поширеним явищем. До цього призводять дефекти клітинної енергетики, порушення процесів всмоктування внаслідок екзокринної панкреатичної недостатності, печінкової і ниркової недостатності, порушень миелинизации.
Синдром Пірсона є прогресуючим захворюванням, і його симптоматика змінюється з віком. Прояви синдрому Пірсона можуть вивялятся вже при народженні, а у 40% пацієнтів - впродовж першого року. Вони характеризуються стійкою гипопластичною анемією, іншими цитопеніями, низькою вагою при народженні, мікроцефалією, а також залученням в патологічний процес безлічі органів і систем (ШКТ, нервово-м'язової, печінки, нирок та ін).
У хворих з синдромом Пірсона в дитячому і ранньому дитячому віці, часто зустрічаються затримка розвитку, хронічна діарея і прогресуюча гепатомегалія. Ці симптоми можуть поєднуватися з епізодичними метаболічними кризами, що характеризуються сонливістю, блюванням, порушенням електролітичного балансу, лактат-ацидозом (підвищення співвідношення лактат\піруват) і печінковою недостатністю. З плином часу лактат- ацидоз може стати стійкими.
У пацієнтів, що вижили на першому році життя і ранньому віці, спостерігалося поступове покращання гематологічних показників. У таких випадках реєструвалося фенотипова трансформація синдрому Пірсона в синдром Кернса-Сейра.
Синдром Пірсона нерідко призводить до смерті на першому році життя або у ранньому дитячому віці. Зазвичай причинами смерті є бактеріальний сепсис у зв'язку з нейтропенією, глибокі метаболічні розлади та печінкова недостатність.
– дебют захворювання у неонатальний період або в перші місяці життя;
– гіпопластична анемія, панцитопенія;
– порушення екзокринної функції підшлункової залози;
– в окремих випадках – енцефаломіопатія, атаксія, деменція, прогресуюча зовнішня офтальмоплегія при трансформації синдрома Пірсона в синдром Кернса-Сейра.
Лікування: корекція тяжких порушень функції кістякового мозку, симптоматична та посиндромна терепія як й при інших мітохондріальних захворюваннях.
Глутарова ацидемія. Тип успадкування Х-зчеплений рецесивний та аутосомно-рецесивний. Захворювання обумовлене множинним дефіцитом флавопротеїнових ацил-СоА-дегідрогеназ. Виділяють 3 форми захворювання:
Перша форма - в результаті дефекту в метаболізмі лізину та триптофану, зниження карнітину. Для цієї форми характерними симптомами є:
-респіраторний дистрес-синдром;
-гострі енцефалопатичні кризи (в 6-18 місяців);
-деструкція смугастого тіла (стріатума);
-у сечі підвищення рівня глутарової кислоти, глутарілкарнітину, зниження карнітину.
Терапія: карнітин, обмеження лізину та триптофану, рибофлавін. Прогноз сприятливий при ранньому встановленні діагнозу.
Друга форма глутарової ацидемії складається із летальної, неонатальної форми з уродженими аномаліями, неонатальної форми без вроджених аномалій, інфантильної, дитячої та пізньої форм .
-респіраторний дистрес-синдром;
-м’язова гіпотонія, летаргія, кома;
-наявні аномалії ШКТ, полікістоз нирок, вроджені вади серця;
-рання маніфестація, тяжкий перебіг, рання смерть;
Лікування: вуглеводні повинні становити 75% усього раціону, зниження білка до 1,5 г/кг/добу, жирів до 3 г/кг/добу. Використовуються бікарбонати, рібофлавін, L-карнітин. У період метаболічних кризів – введення глюкози з інсуліном та метиленового синього в дозі 2 мг/кг.
Для третьої форми глутарової ацидемії характерними симптомами є:
-жовтяниця, гепатоспленомегалія;
При проведенні КТ відмічена атрофія білої субстанції мозку.
У лікуванні глутарової ацидемії основними є гіповуглеводна дієта, рибофлавін, L-карнітин.
Фумарова ацидемія описана Zinn та співавторами в 1968 році. Тип успадкування - аутосомно-рецесивний. Маніфестація захворювання частіше в 5-7 місяців. Характерними ознаками є блювання, поганий приріст маси тіла, підвищена збудливість, тоніко-клонічні судоми, дистонія, мікроцефалія, аутизм, у сечі – висока концентрація фумарової кислоти, в крові – підвищення лактату, пірувату. При КТ – атрофія кори мозку, розширення шлуночкової системи, агенезія мозолястого тіла, можливі кісти мозку, в біоптатах м’язів – “рвані” червоні волокна.
Лікування: дієта, збагачена вуглеводами; Коензим Q-10 - 60-90 мг / добу;Цитохром С -4,0 в / м або в / в № 10. Рекомендовано часте годування хворих. Прогноз – несприятливий (смерть від інтеркурентних інфекцій).
Дефіцит комплексу 1(NADH:CoQ-редуктаза) – описаний у 1974 році Senior B., R.L.Junqas. Успадкування – аутосомно-домінантне, можливо рецесивне Х-зчеплене.
Виділяють 3 варіанти дефіциту:
1. Неонатальний, для якого характерні м’язова гіпотонія, затримка психо-моторного розвитку, серцево-судинна недостатність. Смерть настає в перші місяці життя.
2. Ранній дитячий, який характеризується регресом нервово-психічного розвитку, прогресуючою енцефалопатією (зниження пам’яті, емоційна лабільність), судомами, які резистентні до терапії, атаксією, глухотою, пігментним ретинітом, можливе сполучення зі спастичним парезом та розумовою відсталістю.
3. Варіант асоційований із синдромом MELAS.
Перебіг синдрому прогресуючий, прогноз несприятливий при неонатальному дебюті.
Дефіцит комплексу 2 (сукцинат:CoQ-редуктаза) – описаний у 1984 році J.E.Riqqs. Успадкування – аутосомно-домінантне.
Для синдрому характерними ознаками є енцефаломієлопатія, міоглобінурія, низький зріст, деменція, міоклонуси, дефіцит аконідази, сукцинілдегідрогенази. Перебіг захворювання прогресуючий.
Дефіцит комплексу 3 (CoQ-цитохром С оксидоредуктаза) – описаний у 1984 році A.J.Spiro. Успадкування можливе як менделівське, так і материнське. Видяляють 3 варіанти дебюту захворювання:
-неонатальний (генералізована м’язова гіпотонія, лактат-ацидоз),
-ранній дитячий (міопатія, атаксія, сенсорна поліневропатія, глухота, зниження гостроти зору, пігментний ретиніт, низькорослість, цукровий діабет, проксимальні тубулопатії),
-дорослий тип (міопатія, м’язова атрофія, енцефалопатія, кардіоміопатія). Перебіг синдрому - прогресуючий. Регресія ознак розвивалася через 3 роки від початку захворювання.
Дефіцит комплексу 4-го дихального ланцюга (цитохром С-оксидаза). Тип успадкування - аутосомно-рецесивний. Виділяють міопатичну та мультисистемну форми синдрому.
Міопатична форма ділиться на фатальну та доброякісну. Основними симптомами є міопатія. Початок захворювання - на першому році життя. Мультисистемні варіанти мають перебіг як енцефалопатії або асоціюються з іншими синдромами. Фатальний варіант проявляється в неонатальному періоді дихальними розладами, дифузною м’язовою гіпотонією, зниженням сухожильних рефлексів, уродженим лактат-ацидозом. У деяких хворих – наявна ниркова недостатність (синдром Фанконі) чи кардіоміопатія. Хворі помирають у віці до року. Доброякісна інфантильна мітохондріальна недостатність включає в себе трихополідистрофію та мітохондріальні енцефалопатії (хвороба Лея, хвороба Альперса).
Підгостра некротизуюча енцефаломієлопатія Лея описана в 1951 році D.Leiqh. Це хвороба першого-другого року життя (рідко до 7 років). Успадкування – аутосомно-рецесивне, Х-зчеплене рецесивне, мітохондріальне. Критеріями діагнозу є:
-дебют із другого тижня життя і до 7 років;
- атаксії, затримки психомоторного розвитку або регресія розвитку;
-спастичність або м’язова гіпотонія;
-атрофія зорових нервів, пігментний ретиніт, офтальмоплегія, ністагм;
-гостре виснаження після звичайних інфекцій;
-при обстеженні комп’ютерною томографією (КТ) – симетричне ураження базальних гангліїв, дегенерація середнього мозку, базальних гангліїв.
Лікування: вітамінотерапія, L-карнітин, коензим Q10.
Для прогресуючої склерозуючої поліодистрофії Альперса (описана в 1931 році B.J.Alpers, аутосомно-рецесивний тип успадкування) характерними симптомами є:
-генералізовані або тоніко-клонічні судоми, затримка психомоторного розвитку (ЗПМР);
-порушення неврологічного статусу, летаргія;
Для гострої неонатальної форми синдрому Альперса характерні:
-деформація грудної клітки, зниження рухливості суглобів;
-неонатальні судоми, порушення ковтання.
При КТ атрофія кори мозку, дегенерація сірої субстанції мозку. У крові: підвищені лактат, піруват, гіпербілірубінемія, гіпераманіємія, зниження альбуміну, протромбіну. Лікування не розроблене. Можливе використання карнітину, тіаміну, убіхінону.
Дефіцит комплексу 5 (захворювання описане в 1976 році D.L.Scchotland), причиною є точкова мутація мтДНК. Критеріями діагнозу є: ЗПМР, пігментний ретиніт, судоми, атаксія, деменція, міопатія. Перебіг прогресуючий, прогноз несприятливий.
Дефіцит коензиму Q (синдром описаний у 1989 році, S.Oqasahara співавторами). Тип успадкування не уточнений. Для синдрому є характерними метаболічні кризи, міопатія, зниження зору, глухота, інсультоподібні епізоди, атаксія, синдром Фанконі, ендокринні порушення, лактат-ацидоз, зниження активності ферментів дихального ланцюга. Лікування: вітаміни С, К, рибофлавін, коензим С, сукцинат натрію.
Захворювання, які пов’язані з порушенням метаболізму молочної та піровиноградної кислот:
Дефіцит піруваткарбоксилази (синдром описаний у 1968 році (F.A.Hommes). Тип успадкування аутосомно-рецесивний. Захворювання проявляється в неонатальному періоді. Для синдрому характерні судоми, рефракторні до стандартної терапії, симптомокомплекс “млявої дитини”. У крові підвищення рівня кетонових тіл, гіперамоніємія, гіперлізинемія. Відмічено зниження активності піруваткарбоксилази в скелетних м’язах.
Дефіцит піруватдегідрогенази (синдром описаний у 1987 році B.H.Robinson et all, дефект на 3-й хромосомі, Х-хромосомі, успадкування аутосомно-рецесивне і Х-зчеплене) проявляється 3 формами: неонатальною, інфантильною та доброякісною. Для неонатальної, злоякісної форми синдрому, при якій смерть настає до 8 місяців від дихальної недостатності, характерними є: низька маса тіла, короткі пальці, м’язова гіпотонія, стридор, судоми, які резистентні до терапії. В крові - ацидоз, підвищені лактат, піруват. На КТ – дисгенезія мозку.
Виділяється інфантильна форма, при якій діти живуть до 3 років. Характерними симптомами синдрому є:
-блювання, гіпотрофія, міопатія, парези, судоми, які резистентні до лікування;
-ЗПМР, зниження гостроти зору, парези, ністагм, дихальні розлади, в крові - підвищені лактат, піруват. На КТ – атрофія мозку.
Для доброякісної форми синдрому характерні атаксія, м’язова дистонія, міопатія, м’язова атрофія, ЗПМР, мікроцефалія, обмеження руху очних яблук. У крові - лактат-ацидоз.
Лікування: кетогенная дієта, що забезпечує до 75% енергетичний потреби за рахунок надходження жирів, до 15% - білків і лише до 10% - вуглеводів; тіамін - 25-100 мг / кг на добу (50-200 мг / добу); тіоктова кислота - 5-50 мг / добу (до 100-500 мг / добу); дімефосфон - 30 мг / кг на добу; янтарна кислота - до 6 г / добу.
Дефект дигідроліпоілтрансацетилази (описаний у 1990 році Б. Робінсоном і співавторами), успадкування – аутосомно-рецесивне) характеризується мікроцефалією, епікантом, атрофією зорових нервів, міопатією, яка змінюється тетрапарезом. У крові підвищені: лактат, піруват, аланін, амоній, відмічено зниження активності дигідроліпоілтрансацетилази. У сечі відмічена органічна ацидурія.
Дефіцит дигідроліпоілдегідрогенази (описаний у 1981 році, успадкування аутосомно-рецесивне), характеризується респіраторним стридором, зниженням гостроти зору, атрофією зорових нервів, м’язовою гіпотонією, ЗПМР. У крові підвищені: лактат, піруват, аланін, альфа-кетоглутарат. Наявний дефіцит в усіх органах дигідроліпоілдегідрогенази. При лікуванні використовуються тіамін, карнітин, дихлорацетат, дієта з високим вмістом жиру та обмеженням вуглеводнів.
Дефіцит сукцинатдегідрогенази (описаний у 1981 році R.S.Sengers et all.) характеризується прогресуючим перебігом і проявляється енцефалопатією, гіпертрофічною кардіоміопатією.
Дефіцит альфа-кетоглутаратдегідрогенази (описаний у 1981 році Б. Робінсоном і співавторами, успадкування – аутосомно-рецесивне). Характеризується лактат-ацидозом, порушенням ковтання, розладом дихальних функцій, спастичним тетрапарезом, розумовою відсталістю, судомами. У крові - підвищені: лактат, піруват, альфа-кетоглутарат, метаблічний ацидоз. При КТ – кісти базальних гангліїв, таламусу. Прогноз несприятливий. смерть на 1-му році життя.
Порушення окислення жирних кислот (ЖК)
Генетичні дефекти окислення жирних кислот проявляється у ранньому дитинстві, часто гіпокетонемічній комі, довгому голодуванні, операції, інфекції. При гіперамоніємії можуть проявлятися симптоми печінкової недостатності. Дефекти окислення викликають міопатію, біль, гострий міоліз при фізичному навантаженні, кардіоміопатії. Усі дефекти окислення жирних кислот успадковуються за аутосомно-рецесивним типом. При лабораторному обстеженні виявляється гіпоглікемія, підвищення печінкових ферментів, лактату, креатинкінази, міоглобіну. У плазмі крові відмічається зниження загального вмісту карнітину. Для встановлення діагнозу використовується тест Гатріо (визначенню специфічних метаболітів). У сечі з’являються дікарбоксильні кислоти. Проводяться ензимологічні дослідження (фібробласти, лімфоцити).
При лікуванні використовується введення глюкози, інсуліну. Не можна вводити ліпіди. Виключити голодування більше ніж 8-12 годин. При гострих станах – замінне переливання крові, гемодіаліз.
Первинна недостатність карнітину (описана в 1990 році I. Tein et all., успадкування аутосомно-рецесивне) виникає внаслідок недостатньої ниркової реабсорбції карнітину. Для захворювання характерні: кардіоміопатія, м’язова гіпотонія, в’ялість, летаргія, епізоди гіпоглікемії, печінкова недостатність. У плазмі крові зниження карнітину (5-15% від норми), в сечі – підвищений вільний карнітин, органічні кислоти.
Лікування: L-карнітином під контролем його рівня в сироватці крові, дієта з обмеженням жиру.
Недостатність карнітинпальмітоілтрансферази 1 (синдром описаний у 1970 році W.G.Engel et all.), тип успадкування аутосомно-рецесивний) проявляється в ранньому віці розвитком некетонемічної гіпоглікемічної коми, гепатомегалією, ацидозом. У плазмі вдвічі знижений загальний вміст карнітину, ацилкарнітинів менше 20%. У сечі наявні органічні кислоти, відсутність дікарбоксилів. У фібробластах та клітинах печінки зниження ферменту карнітинпальмітоіл-трансферази 1.
Недостатність карнітин-транслокази (описана в 1992 році Стенлі, успадковується за аутосомно-рецесивним типом) має прогресуючий, несприятливий прогноз. Проявляється судомами, апное, брадикардією, гепатомегалією, міопатією, комою, кардіоміопатією. У крові втричі зниження карнітину, ацилкарнітинів 80%. Відмічається зниження активності ферменту карнітин-транслокази. Смерть настає в перші місяці життя.
Недостатність карнітинпальмітоілтрансферази 2 (описана в 1979 році H.L.Scholte et all., успадкування – аутосомно-рецесивне), хворіють переважно хлопці. Для захворювання характерні симптоми: кардіоміопатії, ураження печінки, при помірній формі (вік більше 15 років) – м’язова гіпотонія, міоглобінурія, гострий некроз м’язів (наприклад після лихоманки). У плазмі – зниження карнітину, ацилкарнітинів (40-80%). У сечі – органічні кислоти, відсутність дикарбоксилів. Відмічено зниження активності в скелетних м’язах карнітинпальмітоілтрансферази 2.
Дефіцит ацил-Со-А-дегідрогенази жирних кислот з довгим вуглеводним ланцюгом (VLCAD). Описаний у 1985 році Hale et all.. Тип успадкування – автономно-рецесивний. Мутантний ген локалізований на довгому плечі 2 хромосоми. Прояви синдрому: блювання, нудота, м’язова гіпотонія, судоми, кома, респіраторний дистрес-синдром, кардіоміопатія, міальгії, гепатомегалія, мікроцефалія, ЗПМР. Відмічається органічна ацидурія. У плазмі – жирні кислоти. Наявна міоглобінурія.
Дефіцит 3-гідроксилацил-Со-А-дегідрогенази жирних кислот з довгим вуглеводним ланцюгом (описаний у 1989 році Wanders R. et all., тип успадкування- аутосомно-рецесивний). Виділяють тяжку та легку форми. Маніфестація тяжкої форми синдрому на 3-7-му місяці життя. Характерні гострий початок, блювання, діарея, Рейє-подібний синдром, респіраторний дистрес-синдром, м’язова слабість, гіпотонія, порушення свідомості, судоми, ЗПМР, поліневропатія, пігментний ретиніт, гіпертрофічна кардіоміопатія. Смерть настає від серцевої або ниркової недостатності. Для легкої форми характерні нудота, напади гіпоглікемії, лактат-ацидоз, ацидурія, у плазмі – підвищені жирні кислоти.
Дефіцит ацил-Со-А-дегідрогенази жирних кислот із середнім вуглеводним ланцюгом (MCAD) зустрічаєься із частотою 1:6000 (описаний у 1976 році N. Gregersen et all.). Тип успадкування синдрому аутосомно-рецесивний. Частіше захворювання проявляється гостро у віці від 3 місяців до 3 років. Характерними симптомами є: блювання, діарея, судоми, Рейє-подібний синдром, прогресуючий метаболічний криз (після 8-16-ї години голодування, при захворюваннях, операції) – появляється сонливість, летаргія, нудота. Відсутність первинного ураження м’язів. Характерні гіпоглікемія, ацидурія.
Дефіцит ацил-Со-А-дегідрогенази жирних кислот із коротким вуглеводним ланцюгом (синдром описаний у 1984 році D.Turnbull і спів et all., авторами, аутосомно-рецесивний тип успадкування) проявляється генералізованою та м’язовою формами. Для генералізованої форми синдрому характерні: рання маніфестація, м’язова дистонія, судоми, блювання, ЗПМР, міотонія, висипи. Для м’язової форми характерні: міопатія, зниження імунітету, метаболічний ацидоз, відсутність гіпоглікемії. У сечі хворих підвищена етилмалонова кислота, бутирилгліцин, ацилкарнітини, жирні кислоти.
Лікування дефіциту ацетил-КоА-дегідрогенази жирних кислот з довгим, коротким та середнім вуглеводним ланцюгом: дієта зі зниженим вмістом жирів (до 15-20% добового раціону), збагачена вуглеводами (до 60-70% добового раціону); рибофлавін - 3-20 мг / кг на добу в 4 прийоми (до 25-50 мг / добу); левокарнітіна 20% розчин до 100 мг / кг на добу.
Загальні принципи комплексного лікування хворих мітохондріальними хворобами:
- обмеження легкозасвоюваних вуглеводів в дієті хворих (до 10 г / кг маси тіла);
- використання коректорів активного переносу електронів за дихальним ланцюгом;
- введення кофакторів ензимних реакцій, що протікають в клітинах;
- попередження прогресування ушкоджень мітохондрій;
- усунення дефіциту карнітину;
- використання симптоматичних засобів;
- попередження вторинних мітохондріальних дисфункції.
Групи лікарських препаратів, спрямовані на корекцію мітохондріальних порушень:
1-група - засоби, спрямовані на активацію переносу електронів за дихальним ланцюгом:
- коензим Q.-10 - 30-60 мг / добу протягом 2 міс. (4-5 мг / кг в добу в 2 прийоми);
- кудесан - 30-150 мг / добу (курс - 2 міс.) 2-3 курси на рік. Підтримуюча доза - 15-30 мг / добу (у флаконі 20 мл; 1 мл містить 30 мг коензиму Q-10 і 4.5 мг вітаміну Е);
- Янтарна кислота - 8-10 мг / кг на добу протягом 2 міс. (3 дні прийом, 2 дні перерва), до 6 г/добу при дефіциті дихального комплексу 1 і дефіциті піруватдегідрогеназного комплексу.
2-група - засоби кофакторной терапії (середня тривалість курсу - 1 міс):
- нікотинамід - 20-30 мг / добу;
- рибофлавін - 20-30 мг / добу (3-20 мг / кг в добу в 4 прийоми);
- тіамін - 20-30 мг / добу (25-100 мг / кг на добу);
- тіоктова кислота - 100-200 мг / добу (5-50 мг / добу);
- біотин - 5 мг / добу (у важких випадках до 20 мг / добу).
3-група - коректори порушеного обміну жирних кислот:
- 20% розчин левокарнітіна - 30-50 мг / кг на добу протягом 3-4 міс. (приймати до їжі, розбавивши рідиною);
- левокарнітін - 25-100 мг / кг в добу в 4 прийоми.
4-група - засоби, спрямовані на попередження вільно-радикального пошкодження мітохондріальних мембран (прийом протягом 3-4 тижнів):
- аскорбінова кислота - 200-500 мг / добу;
- вітамін Е - 50-300 мг / добу.
- дімефосфон - 30 мг / кг (1 міс.);
- діхлорацетат - 15 мг / кг в добу в 3 прийоми (підвищується ризик розвитку нейропатії при тривалому прийомі внаслідок дефіциту тіаміну);
При лікуванні мітохондріальних хвороб необхідно:
- уникати тривалих перерв у прийомі їжі, навантаження вуглеводами;
- уникати надмірних фізичних навантажень;
- проводити лікування інфекцій;
- пам'ятати про негативний вплив на функціонування мітохондрій ряду медикаментів (барбітуратів, препаратів вальпроєвої кислоти, хлорамфеніколу, тетрацикліну та ін);
- за наявності судомного синдрому - протисудомні засоби.
Фактори, що знижують ефективність лікування мітохондріальних хвороб:
- труднощі ранньої діагностики;
- мала вивченість окремих ланок патогенезу хвороб;
- рідкісність деяких форм патології;
- тяжкість стану хворих у зв'язку з мультисистемністю уражень;
- відсутність єдиного погляду на критерії ефективності терапії.
Лікування мітохондріальних хвороб, в основі яких лежать мутації ядерної ДНК:
Дефіцит піруватдегідрогеназного комплексу:
- кетогенная дієта, що забезпечує до 75% енергетичний потреби за рахунок надходження жирів, до 15% - білків і лише до 10% - вуглеводів
- тіамін - 25-100 мг / кг на добу (50-200 мг / добу)
- тіоктова кислота - 5-50 мг / добу (до 100-500 мг / добу)
- дімефосфон - 30 мг / кг на добу
- янтарна кислота - до 6 г / добу
Кетогенную дієту призначають при дефекті піруватдегідрогенази і дефекті комплексу 1
Поряд з хворобами, етіологічно детермінованими спадковістю (генні і хромосомні) або факторами середовища (травми, опіки), є велика і нозологічно різноманітна група хвороб, розвиток яких визначається взаємодією спадкових і середовищних факторів. Цю групу хвороб позначають як хвороби зі спадковою схильністю або мультифакторіальні хвороби (МФХ).
Термін "мультифакторіальні захворювання" (МФЗ) ввів L.S. Penrose у 1947 році. Гени, алельні варіанти яких сприяють розвитку певних захворювань, отримали назву генів схильності.
Етіологія і патогенез даних хвороб складні і багато в чому ще нез'ясовані. Природно, що вони різні для кожної хвороби. Однак з приводу загального принципу розвитку таких хвороб існує вже узгоджена точка зору. Вважають, що в основі спадкової схильності до хвороб лежить широкий генетично збалансований поліморфізм популяцій людини по ферментам, структурним і транспортним білкам, антигенам. У популяціях людини не менше 25-30% локусів (з 40 000) представлено двома алелями і більше. Отже, індивідуальні комбінації алелей надзвичайно різноманітні. Вони забезпечують генетичну унікальність кожної людини, яка виражається не тільки в здібностях, фізичних відмінностях, але і в реакціях організму на патогенні фактори навколишнього середовища. Хвороби із спадковою схильністю виникають в осіб з відповідним генотипом (сполучення певних алелей) при провокуючої дії факторів середовища.
Характерними ознаками мультифакторіальних хвороб є:
-великий поліморфізм клінічних форм та індивідуальних проявів, існування перехідних форм (від здорових до хворих, від субклінічного перебігу до тяжкого);
-висока частота патології в популяції (на цукровий діабет страждає 5% людей, на алергічні захворювання від 10 до 50%, на гіпертонію – близько 30%, на шизофренію 1-%);
-невідповідність успадкування законам Менделя;
Спадково передається схильність до певного захворювання. Для багатьох захворювань роль спадкового (сімейного) фактора є вирішальною. Ступінь ризику для родичів хворого зростає з частотою хвороби в популяції та тяжкістю перебігу. Чим більша спорідненість із хворим у родичів, тим більша ймовірність народження у них хворої дитини. Ризик залежить також від віку, в який була маніфестація захворювання в сім'ї, частоти патології в популяції.
Частота патології залежить від статі дітей. Наприклад, дисплазія кульшових суглобів частіше зустрічається у дівчаток, а пілоростеноз у хлопчиків. При мультифактеріальних захворюваннях повторний ризик у найближчих родичів є вищим, якщо хворий належить до тієї статі, яка при цій патології уражується рідше.
Хвороби зі спадковою схильністю можуть бути моногенними і полігенними. Основу становить полігенне успадкування і часто гетерозиготність.
Моногенна спадкова схильність визначається одним геном, тобто пов'язана з патологічною мутацією даного гена, але для патологічного проявлення мутації обов'язково потрібна дія факторів зовнішнього середовища (як правило, не одного, а декількох). Цей ген зазвичай точно ідентифікується і по відношенню до даної хвороби може розглядатися як специфічний. При гетерозиготному носійстві патологічний рецесивний ген у гетерозиготному стані не проявляється, але може проявитися за несприятливих умов життя.
Моногенно обумовлені форми спадкової схильності, як правило, успадковуються за аутосомно-рецесивним або Х-зчепленим рецесивним типом. Однак розподіл хворого потомства (за ознакою хвороби) в поколіннях не відповідає менделевским законом успадкування, оскільки, щоб розвинулася хвороба, носій впродовж життя повинен контактувати з «проявляючим» фактором середовища. Причини збереження цих форм спадкової патології в популяціях людини, незважаючи на знижену пристосованість їх носія до тих чи інших специфічних факторів середовища, до кінця не з'ясовані. Популяційно-генетичне пояснення високих концентрацій таких мутацій полягає у визнанні збереження повної генетичної пристосованості (число нащадків) гетерозиготних носіїв до таких чинників середовища і навіть наявності у них селективної переваги (більше число нащадків) у порівнянні з нормальними гомозиготами. До теперішнього часу відомо більше 40 локусів, мутації в яких можуть викликати хвороби при додатковій умові - дія «проявляючого» фактора, конкретного для кожного гена. Різниця «концентрацій» проявляючих зовнішніх факторів (найчастіше це хімічні речовини в складі їжі, води, повітря, дії радіаційного чинника та ін.) призводить до того, що одна і та ж хвороба реалізується по-різному навіть в межах однієї сім'ї (варіабельна пенетрантність та експресивність).
Полігенна спадкова схильність визначається сполученням алелей декількох генів. Кожен алель окремо скоріше нормальний, ніж патологічний. Хвороба виникає при певної їх комбінації. Ідентифікація цих генів і їх алелів дуже складна. Свій патологічний потенціал вони проявляють разом з комплексом декількох середовищних факторів. При цьому роль генетичних і середовищних факторів різна не тільки для даної хвороби, але і для кожного хворого.
Для доказу полігенної природи спадкової схильності до хвороб застосовуються 3 основні методи: клініко-генеалогічний, близнюковий та популяційно-статистичний. Слід також підкреслити, що у зв'язку зі складністю генетичного аналізу хвороб із спадковою схильністю для кожного дослідження потрібно набагато більше родоводів або блізнюкових пар, ніж зазвичай використовують в клінічній генетиці моногенних форм. Для рішення однієї задачі іноді необхідно дослідити декілька сотень і навіть тисяч родоводів. Для хвороб із спадковою схильністю характерні всі ознаки полігенного успадкування, а саме:
1. Чим рідше зустрічається хвороба в популяції, тим вище ризик для родичів пробанда і тим більше різниця у величині ризику між родичами I і II і II і III ступеня споріднення.
2. Чим сильніше виражена хвороба у пробанда, тим вище ризик захворювання для його родичів.
3. Ризик для родичів пробанда буде вище, якщо є інший хворий кровний родич.
4. У разі виявлення різниці в частоті хвороби за статтю ризик для родичів буде вище, якщо пробанд відноситься до менш вразливої статі.
Оптимальним варіантом вивчення спадкової схильності до будь якої хвороби є спільне застосування 3 методів: популяційно-статистичного, клініко-генеалогічного та близнюкового методів. Такий підхід називається генетико-епідеміологічним.
Хвороби із спадковою схильністю умовно можна підрозділити на наступні основні групи: 1) вроджені вади розвитку (ущелина губи і піднебіння спинномозкова грижа стеноз воротаря аненцефалія та черепно-мозкова грижа вивих стегна гідроцефалія гіпоспадія клишоногість); 2) розповсюджені психічні та нервові хвороби (шизофренія, епілепсія, маніакально-депресивний психоз, розсіяний склероз); 3) поширені хвороби середнього віку (псоріаз, бронхіальна астма, виразкова хвороба, шлунка і дванадцятипалої кишки, ішемічна хвороба серця, гіпертонічна хвороба, діабет та ін).
Механізми виникнення мультифакторіальних хвороб, незважаючи на їх складність, все більше і більше піддаються генетичному аналізу у зв'язку з успіхами розшифровки генома людини.
Проте патогенез мультифакторіальних хвороб є складним і багатогранним процесом, тому не завжди можна встановити значення того чи іншого генетичного та середовищного чинника.
Часто буває важко відокремити фактори один від одного як відносно інтенсивності, так і часу їх дії. Розуміння етіології і патогенезу хвороб зі спадковою схильністю ускладнюється також і тим, що їх розвиток є результатом взаємодії спадкових факторів (моно- або полігенних) з факторами середовища, іноді дуже специфічними, іноді менш специфічними. Характер сімейного накопичення для більшості хвороб зі спадковою схильністю найкраще пояснюється з позицій адитивнї взаємодії декількох генів і факторів середовища. Однак такі багатофакторні системи ще складні для генетичного аналізу. Лише в останні роки успіхи у вивченні геному людини і картуванні генів дозволяють наблизитися до виявлення ефектів головного гена.
Кожна нозологічна форма хвороби зі спадковою схильністю насправді є генетично гетерогенною групою. Окремі хвороби (наприклад, ішемічна хвороба серця, виразкова хвороба шлунка, цукровий діабет) у дійсності це не одна хвороба, а група хвороб з однаковим клінічним кінцевим проявом. У кожній групі є кілька субтипів, які обумовлені різними генетичними і негенетичними причинами. Наприклад, з групи ішемічної хвороби серця можна виділити декілька моногенних форм гіперхолестеринемії. Причини розвитку хвороб із спадковою схильністю представлені на рисунку.
Кількісне поєднання кожної з цих причин в розвитку захворювань може бути різним у різних людей.
Для прояву хвороб із спадковою схильністю необхідно конкретне поєднання спадкових і зовнішніх факторів. Чим більше буде виражена спадкова схильність і чим більшим буде вплив шкідливих чинників середовища, тим для індивіда вище ймовірність захворіти (і в більш ранньому віці, і в більш важкій формі).
Умовно можна виділити три ступеня спадкової схильності і три ступеня впливів середовища: слабка, помірна та сильна. При слабкій спадковій схильності і невеликих впливах середовища організм підтримує гомеостаз і хвороба не розвивається, але при посилення впливу шкідливих факторів середовища певний відсоток осіб вже захворює. При більшому ступені спадкової схильності одні й ті ж фактори середовища призводять до більшого числа захворілих.
Хвороби із спадковою схильністю відрізняються від інших форм спадкової патології (генних і хромосомних хвороб) характером клінічної картини. Клінічна картина хвороб із спадковою схильністю має безперервні клінічні переходи (клінічний континуум) в межах однієї і тієї ж нозологічної форми.
Для хвороб із спадковою схильністю характерна відмінність їх проявів і тяжкості перебігу в залежності від статі і віку. Механізми популяційної поширеності (або епідеміології) таких хвороб в часі досить складні, оскільки в популяціях можуть змінюватися в ту або іншу сторону як генетичні характеристики схильності, так і фактори середовища.
Одна з характерних особливостей розглянутих хвороб - їх підвищена частота в певних сім'ях (накопичення), яка обумовлена генетичною конституцією сім'ї. Сімейний аналіз патології в кожній родині дозволяє краще оцінити прогноз перебігу захворювання у хворих і більш вірно визначити лікувальні та профілактичні заходи.
Як же можна зрозуміти з загальнобіологічної точки зору участь спадкових факторів у виникненні хвороб, детермінуючих і середовищем, і спадковістю?
Добре відомо, що кожна людина глибоко індивідуальна за біологічними ознаками. Поліморфізм у людини дуже великий. Можна говорити щонайменше про десятки тисяч поліморфних систем. Еволюційна основа виникнення поліморфізму - велика пристосувальна цінність певних поєднань спадкових ознак. Однак у повній відповідності із законами популяційної генетики, поряд з добре пристосованими індивідами повинні бути також індивіди з «несприятливими» поєднаннями спадкових чинників. Такі індивіди і складають групу осіб зі спадковою схильністю до хвороб. Генетичні фактори схильності, можуть бути представлені генами, не з однієї, а з декількох систем. Це так звані полігенні системи схильності. За характером прояву вони можуть бути у вигляді двох варіантів: 1) з поріговою дією та 2) безпоріговою дією, коли результат дії збільшується кількісно в залежності від накопичення патологічних генів. Все різноманіття клінічних варіантів хвороб зі спадковоюсхильністю відображає кількісне накопичення полігенних факторів схильності, взаємодіючих з різними по силі факторами середовища.
В останні роки досягнуті певні успіхи у вивченні хвороб з спадковою схильністю на основі аналізу конкретних біохімічних або імунологічних спадково обумовлених ознак, які сприяють розвитку хвороб. Для ряду захворювань вже визначені деякі ознаки або їх поєднання. Методологія використання явища генетичного поліморфізму для конкретизації генетичних факторів схильності до поширених хвороб складається в порівнянні частоти тих чи інших поліморфних білків (Аг) при даній хворобі і в контрольній групі здорових індивідів. Таке вивчення асоціації генетичних маркерів з хворобами має багаторічну історію, що почалася з вивчення частот груп крові системи АВО при різних хворобах. Цей напрямок активізувалося, коли була сформульована концепція збалансуваного поліморфізму в популяціях людини. Надалі широкий розвиток отримав аналіз асоціацій різних хвороб з Аг системи головного комплексу гістосумісності (особливо з Аг HLA), чому сприяла хороша вивченість і білків, і генів HLA-локусу.
В останні роки на основі досягнень у дослідженні генома людини та розвитком молекулярно-генетичних технологій відкрилися широкі можливості для визначення генетичнї компоненти схильності до мультифакторіальних захворювань .
Для багатьох мультифакторіальних захворювань вже відомі такі гени. Пропонується поєднання генів для кожної конкретної нозології називати генної мережею. У кожній з таких мереж виділяють головні (центральні) гени, що забезпечують координацію функцій інших елементів, і додаткові (допоміжні) гени, звані іноді "гени-модифікатори", які прискорюють і посилюють патологічний процес.
Складання генної мережі для кожного з мультифакторіальних захворювань, ідентифікація в ній центральних генів і генів-модифікаторів, аналіз асоціації їх поліморфізмів з конкретним захворюванням, розробка на цій основі комплексу профілактичних заходів для конкретного пацієнта становить стратегічну основу нового, який швидко розвивається в напрямку - предиктивної медицини.
Участь кількох генів в генетичному контролі може мати форму їх адитивної дії, або вклад одного з генів настільки великий, що можна говорити про ефект "головного гена", який найбільш важливий для формування спадкової схильності, а інші будуть мати модифікуючий вплив. Однак наявність цього гена хоча і необхідна, але недостатня для розвитку захворювання. Припущення про наявність головного гена може бути висловлено тільки в тому випадку, якщо у пацієнтів виявлені мутації в цьому гені, що не зустрічаються у здорових людей. У більшості випадків продукт головного гена грає ключову роль в патогенетичних механізмах формування патологічних симптомів захворювання. Існування "ефекту головного гена" дозволяє використовувати класичний параметричний підхід для аналізу зчеплення обраних генів-кандидатів при картуванні генів схильності до захворювань.
Гени схильності умовно поділяють на гени "зовнішнього середовища", гени-"тригери" і гени клітинних рецепторів.
Гени "зовнішнього середовища" - гени, відповідальні за метаболізм, деградацію, детоксикацію і виведення ксенобіотиків. Ці гени, а точніше, їх поліморфні варіанти, визначають індивідуальні реакції організму на різні шкідливі фактори зовнішнього середовища (токсини, ліки, канцерогени, екзотоксини тощо) і рівень їх біотрансформації.
Гени, що кодують ферменти детоксикації, характеризуються значним поліморфізмом первинної молекулярної структури і виявляють істотні популяційні і расові варіації, пов'язані з історично сформованими традиціями, відмінностями у споживанні продуктів харчування, географічного середовища проживання, з епідеміями інфекційних хвороб та ін. У цьому зв’язку оптимальними генетичними маркерами для екогенетичних досліджень МФЗ є поліморфні варіанти генів ферментів біотрансформації ксенобіотиків, експресія яких, на відміну від інших класів генів, безпосередньо регулюється впливами середовищних факторів хімічної природи. Це пов’язано з тим, що в організмі детоксикацію ксенобіотиків здійснюють спеціальні ферментні системи і мембраноасоційовані рецептори, які регулюють їх активність. Процес детоксикації зазвичай містить дві послідовні фази. Спочатку чужорідні речовини (канцерогени, ліки, промислові отрути та інші альтеруючі сполуки), що надходять в організм, активуються за допомогою ферментів сімейства цитохромів Р450 або мікросомальних епоксид-гідролаз (mEPOX), утворюються короткоіснуючі проміжні електрофільні метаболіти, що мають генотоксичні властивості (фаза 1). Потім ці проміжні метаболіти за допомогою ферментів сімейств глутатіонтрансфераз (GSTM), УДФ-глюкуронсульфотрансфераз (UDF), N-ацетилтрансфераз (NAT) перетворюються у водорозчинні нетоксичні продукти і виводяться з організму (фаза 2). Сьогодні відомо більше 200 «генів зовнішнього середовища». Для багатьох із них виявлено генетичний поліморфізм, що впливає на функціональну активність їх алелів.
Ризик захворювання чи патологічного стану зростає при несприятливих поєднаннях функціонально неповноцінних варіантів декількох генів, що забезпечують різні фази детоксикації.
Гени - "тригери" і гени рецепторів - велика і різноманітна за складом і механізмам дії група генів, що кодують специфічні білки рецепторів клітинних мембран або ферментів, що відіграють ключову роль (біохімічні шунти) у багатьох метаболічних процесах. Поліморфні варіанти цих генів викликають утворення білків (ферментів), що порушують внутрішньоклітинний транспорт метаболітів або призводять до накопичення токсичних продуктів. Найбільш універсальними серед них є гени детоксикації,залучені в патогенез практично всіх захворювань, спровокованих екзогенними токсинами і ушкоджуючими агентами. Тому тестування несприятливих варіантів (алелей) цих генів має суттєве значення для всіх мультифакторіальних захворювань, включаючи аутоімунні процеси, лікарську непереносимість, хворобу Паркінсона, патологію легень, різні пухлини, спровоковані дією канцерогенів та ін.
Прикладами важливості функціонально змінених алелів генів рецепторів і генів тригерів може служить термолабільний варіант ключового ферменту нуклеїнового обміну - метилентерагидрофолатредуктази (MTHFR), асоційований зі схильністю до атеросклерозу та ішемічної хвороби серця, вродженим дефектом нервової трубки.
Дефектний ген ангіотензинперетворюючого ферменту (АСЕ) асоційований з розвитком гіпертрофії міокарда і гладкої мускулатури судин, а також станом інсулінорезистентності, що має істотне значення в ґенезі ессенціальної гіпертензії, інфаркту міокарда, інсуліннезалежного цукрового діабету, діабетичної нефропатії та іншої судинної патології.
Один з алелів (4-й) гена аполіпопротеїну Е (АроЕ) асоційований не тільки зі схильністю до атеросклерозу, але й з хворобою Альцгеймера, хореєю Гентингтона, іншими нейродегенеративними захворюваннями.
Отже, тестування алельних варіантів практично будь-якого гена схильності дає в розпорядження лікаря-клініциста важливу інформацію про стан багатьох систем організму і дозволяє оцінити схильність пацієнта відразу до декількох різних, часто патогенетично далеко віддалених один від одного, захворювань.
Таким чином, в останні роки в результаті інтенсивного розвитку молекулярно-генетичних методів вдається ідентифікувати гени, мутації яких вносять істотний внесок у схильність до розвитку різних мультифакторіальних.
Основні причини труднощів ідентифікації генів, що вносять вклад в генетичну схильність до мультифакторіальних захворювань, пов'язані з наступними факторами: 1) відсутністю менделевского типу успадкування у більшості захворювань, 2) наявністю у них вираженої генетичної гетерогенності (кожна клінічна форма являє собою групу спадкових дефектів з однаковим проявом), 3)недостатньою вивченістю патогенетичних механізмів мультифакторіальних захворювань.
За допомогою моделі головного гена в групі мультифакторіальних захворювань вдалося виділити форми, що мають моногенне спадкування.
Так, з великої групи гіперліпідемій, що призводять до ішемічної хвороби серця була виділена сімейна гіперхолестеринемія, обумовлена мутацією в гені рецептора ліпопротеїнів низької щільності, в групі ессенціальної гіпертензії ідентифіковано 4 моногенних варіанти, а при інсуліннезалежному цукровому діабеті виявлено 6 генетичних варіантів дорослої форми захворювання у молодих (MODY -1-6 типів).
Генетика онкологічних захворювань. Під онкологічними хворобами розуміють велику групу захворювань (понад 200), які зумовлені появою в організмі змінених (трансформованих) соматичних клітин. Причинами розвитку новоутворень, подібно до інших мультифакторіальних захворювань, є як фактори навколишнього середовища, так і генетична схильність до хвороби. Близько 80 % усіх випадків онкозахворювань відносять до спорадичних (випадкових), 15 % - до сімейних форм (важко розділити вплив середовища та генотипу), і тільки 5 % є суто спадковими.
На даний час загальноприйнятою є концепція про те, що рак це генетична хвороба, в основі якої лежать зміни в геномі клітини. У переважній більшості випадків злоякісні новоутворення розвиваються з однієї пухлинної клітини, тобто мають моноклональне походження. Виходячи з мутаційної теорії, рак виникає внаслідок накопичення мутацій у специфічних ділянках клітинної ДНК, що призводять до утворення дефектних білків.
Прямим доказом мутаційної природи раку можна вважати відкриття протоонкогенів і генів-супресорів, зміна структури та експресії яких за рахунок різних мутаційних подій, у тому числі і точкових мутацій, призводить до злоякісної трансформації.
Відкриття клітинних протоонкогенів вперше було здійснено за допомогою високоонкогенних РНК-вірусів ( ретровірусів), які несуть у складі свого генома трансформуючі гени. Молекулярно-біологічними методами було встановлено, що ДНК нормальних клітин різних видів еукаріот містить послідовності, гомологічні вірусним онкогенам, які отримали назву протоонкогенів. Перетворення клітинних протоонкогенів в онкогени може відбуватися в результаті мутації, яка кодує послідовності протоонкогена, що призведе до утворення зміненого білкового продукту, або в результаті підвищення рівня експресії протоонкогена, внаслідок чого у клітині збільшується кількість білка. Протоонкогени, які є нормальними клітинними генами, володіють високою еволюційною консервативністю, що вказує на їх участь в життєво важливих клітинних функціях.
Точкові мутації, що приводять до перетворення протоонкогенів в онкогени, вивчені в основному на прикладі активації протоокогенов сімейства ras. Ці гени, вперше клоновані з пухлинних клітин людини при раку сечового міхура, грають важливу роль в регуляції проліферації клітин як в нормі, так і при патології. Гении сімейства ras представляють собою групу протоонкогенів, найбільш часто активуються при пухлинному перетворенні клітин. Мутації одного з генів HRAS, KRAS2 або NRAS виявляються приблизно у 15% випадків злоякісних новоутворень у людини. У 30% клітин аденокарцином легкого і у 80% клітин пухлин підшлункової залози виявляється також мутація в онкогенах ras, що асоціюється з прогнозом тяжкого перебігу захворювання.
Однією з двох гарячих точок, мутації в яких призводять до онкогенної активації, є 12-й кодон. В експериментах по спрямованому мутагенезу було показано, що заміна в 12-м кодоні гліцину на будь-яку амінокислоту, за винятком проліну, призводить до появи у гена трансформуючою здібності. Друга критична область локалізується навколо 61-го кодону. Заміна глутаміну в положенні 61 на будь-яку амінокислоту, крім проліну і глутамінової кислоти, також призводить до онкогенної активації.
Антионкогени, або гени-супресори пухлин - це гени, наявність продукту яких пригнічуює утворення пухлин. У 80-90-х роках XX століття виявлені клітинні гени, які здійснюють контроль клітинної проліферації, перешкоджаючи вступу клітин у розподіл і виход з диференційованого стану. Втрата функції цих антионкогенов викликає неконтрольовану клітинну проліферацію. Завдяки своєму протилежному по відношенню до онкогенів функціональному призначенню, вони були названі антионкогенамі або генами-супресорами злоякісності. На відміну від онкогенів, мутантні алелі генів-супресорів рецесивні. Відсутність одного з них, за умови, що другий нормальний, не призводить до зняття інгібування утворення пухлини.
Таким чином, протоонкогени і гени-супресори утворюють складну систему позитивно-негативного контролю клітинної проліферації і диференціювання, а злоякісна трансформація реалізується через порушення цієї системи.
У 1971 році Альфред Кнудсон запропонував гіпотезу, відому зараз як теорія подвійного удару або подвійний мутації, що пояснює механізм виникнення спадкової і спорадичною форм ретинобластоми - злоякісної пухлини сітківки ока. Ґрунтуючись на даних статистичного аналізу прояву різних форм ретинобластоми, він припустив, що для виникнення пухлини в клітині повинні відбутися дві послідовні мутації. У разі спадкової ретинобластоми перша мутація відбувається у клітинах зародкової лінії (спадкова мутація), а друга мутація (другий удар) - у соматичних. Спорадична ретинобластома зустрічається рідше і є результатом двох мутацій в соматичній клітині. Імовірність того, що в одній клітині відбудеться дві послідовні мутації невелика, тому спорадична ретинобластома зустрічається рідше, ніж спадкова, пухлини при цьому формуються пізніше і в меншій кількості. Подальші дослідження підтвердили гіпотезу Кнудсона, яка зараз вважається класичною.
За сучасними уявленнями необхідно від трьох до шести додаткових генетичних ушкоджень для того, щоб завершити процес неоплазії (утворення пухлини). Дані епідеміологічних, клінічних, експериментальних (на культурах трансформованих клітин і на трансгенних тваринах) і молекулярно-генетичних досліджень добре узгоджуються з цими уявленнями.
Мутаторний фенотип. Зустрічальність раку у людини значно вище теоретично очікуваної, якщо виходити з припущення про незалежне і випадкове виникнення мутацій в пухлинної клітині. Для пояснення цього протиріччя запропонована модель, згідно з якою ранньою подією канцерогенезу є зміна нормальної клітини, що призводить до різкого підвищення частоти мутацій - виникненню мутаторного фенотипу.
Формування подібної конституції відбувається при накопиченні онкогенів, що кодують білки, які беруть участь у процесах клітинного поділу, в процесах прискорення клітинного поділу та диференціювання, у поєднанні з інактивацією генів-супресорів, відповідальних за синтез білків, що гальмують клітинний поділ і індукцію апоптозу (генетично запрограмована загибель клітини). Помилки реплікації підлягають виправленню системою пострепликативной репарації. Високий рівень точності реплікації ДНК підтримується складною системою контролю точності реплікації - системами репарації, які коригують помилки, що виникли.
У людини відомі 6 генів пострепликативной репарації (гени стабільності). Клітини з дефектом системи постреплікатівной репарації характеризуються підвищенням частоти спонтанних мутацій. Ступінь мутаторного ефекту варіює від двократного підвищення мутабельності до шестідесятікратного.
Мутації в генах стабільності - рання подія канцерогенезу, що генерує серію вторинних мутацій в різних генах і особливий вид нестабільності структури ДНК у формі високої варіабельності структури нуклеотидних мікросателітів, так званої мікросателітної нестабільності. Мікросателітна нестабільність - індикатор мутаторного фенотипу і діагностична ознака дефекту пострепликативной репарації, що використовується для розподілу пухлин і ліній пухлинних клітин на RER + і RER- (RER - абревіатура слів replication errors, вона підкреслює, що нестабільність - це результат нерепарованих помилок реплікації). Мікросателітна нестабільність також виявлена в клітинних лініях, відібраних за ознакою стійкості до алкилуючих агентів та деяких інших класів медикаментів. Мікросателітна нестабільність як результат порушення метаболізму ДНК, її реплікації і репарації є причиною розвитку пухлин.
У результаті дефекту пострепликативной репарації відбувається накопичення мутацій в генах критичних точок, що є передумовою клітинної прогресії до повної злоякісності. Інактивація рецепторної системи, обумовлена мутацією зсуву рамки зчитування в повторах кодуючої послідовності, спостерігається тільки в пухлинних клітинах і не виявляється без мікросателітної нестабільності.
Канцерогенез внаслідок дефіциту пострепликативной репарації протікає, принаймні, в три етапи:
1. гетерозиготні мутації генів пострепликативной репарації створюють соматичний "промутаторний" фенотип;
2. втрата алелю дикого типу продукує соматичний мутаторний фенотип;
3. наступні мутації (в онкогенах і генах-супрессорах пухлин) призводять до втрати контролю росту і створюють раковий фенотип.
Таким чином, розвиток ракової пухлини багатостадійний і у першому наближенні, може бути описаний як трансформація соматичної клітини в дезорганізовану групу клітин - пухлину; зростання цієї пухлини та її малігнізація, т.е. придбання злоякісного характеру, що полягає в здатності до інвазії в сусідні тканини та метастазування.
Кожна стадія неоплазії поєднана з придбанням кліткою однієї або двох нових мутацій, регуляторного або структурного характеру, які, відповідно, активують онкогени, або інактивують супресорні гени. При цьому з кожною новою мутацією відбувається послідовне "клонування" трансформованих клітин з нарощуванням потенціалу їх канцерогенності.
Швидкість розвитку цього генетичного захворювання залежить як від спадкових, так і зовнішніх факторів (останні включають такі фактори забруднення середовища як радіація, біологічно активні речовини, канцерогени і т.д. ); Нарешті, вона прямо залежить від захисних властивостей організму, включаючи такі функції, як гуморальний і клітинний імунітет, але, головним чином, репаративні функції клітини, забезпечують точність відтворення і збереження її генетичного матеріалу.