Перспективи діагностики та лікування генетично детермінованої атопічної бронхіальної астми

Початок ХХI століття недаремно називають розквітом епохи генетики, а сучасні медико-генетичні дослідження та технології по праву вважаються стратегічно новими досягненнями світової медицини. Іще десятиліття тому її роль переважно зводилася до діагностики спадкових захворювань і розрахунку ризику виникнення патології у нащадків з обтяженим сімейним анамнезом. Сьогодні ж молекулярна геноміка впливає як на прогрес науки в цілому, так і на розвиток охорони здоров’я та медицини зокрема.

Значні успіхи в розшифруванні геному людини ініціювали швидкий розвиток новітніх наукових напрямів і міжнародних програм, таких як «Функціональна геноміка», «Генетичне різноманіття людини», «Етичні, правові та соціальні аспекти досліджень геному людини» [3, 4, 8]. Активно впроваджуючись у різні сфери життя людства, вони швидко сприяли «генетизації» суспільства XXI століття. Тому водночас із прогресом у сфері біологічних наук стрімкого розвитку набула молекулярна медицина, фармакогенетика і фармакогеноміка, які в свою чергу сприяли зародженню предиктивної медицини [3, 8]. Її, на відміну від лікувального та превентивного напряму, доцільно розглядати як перший та найраніший етап активного впливу людини на свій організм з метою корекції потенційно можливого захворювання чи патологічного процесу.

Найближчим часом прогнозується бурхливий розвиток предиктивного напряму. Індивідуальний підхід до пацієнта поєднує наукову інтерпретацію результатів генетичного дослідження та їх зіставлення із даними клінічних, лабораторних та інструментальних методів обстеження, внаслідок чого є змога:
• проводити ранню діагностику генетично детермінованих захворювань;
• визначати індивідуальні особливості реакції людського організму на лікарські засоби залежно від характеристики окремих генів і геному;
• пропонувати максимально ефективну схему профілактичних і лікувальних заходів для запобігання патологічному процесу [3-5, 8].

Молекулярна геноміка вже декілька років успішно працює в Європі та Сполучених Штатах. Зокрема у Великобританії створені так звані інформаційні центри з питань спадковості. У Франції використовується комп’ютерна діагностична система Сезам (SESAM – Systeme Expert Specialisee aux Analyses Medicales), яка являє собою експертну систему оцінки ризику виникнення генетично детермінованих захворювань, що ґрунтується на численних лабораторних (імунологічних, біохімічних, серологічних і генетичних) тестах (більше 80), містить програму для навчання лікарів основам молекулярної медицини, медичне консультування [8]. А у Сполучених Штатах до інформації для пацієнтів щодо використання лікарського засобу з відомим фармакогенетичним ефектом внесено рекомендації про необхідність проведення відповідного молекулярно-генетичного дослідження перед застосуванням препарату. Таке рішення було прийняте FDA (Food and Drug Administration — Управління з контролю за якістю харчових продуктів та лікарських засобів) — головним регуляторним органом. Крім того, впровадження в сучасну медицину методів молекулярної діагностики зробило реальною ідею створення генетичного паспорта. Такі паспорти вже є de facto, а кількість їх складових (генетичних тестів) швидко зростає. Як показує аналіз світової літератури, в сьогоднішній клінічній практиці можуть застосовуватися близько 150-200 генетичних тестів і різні панелі обстежень для основних нозологій. Внаслідок обстеження батьки можуть отримати інформацію про можливий ризик захворювання в дитини, а лікар, беручи до уваги результати молекулярно-генетичного аналізу, – розробити тактику патогенетично обґрунтованої терапії, тобто внести необхідну медикаментозну корекцію вродженого метаболічного дефекту [3].

Ідентифікація в різних популяціях специфічних генів і факторів середовища, взаємодія яких формує норму реакції людини та її адаптацію до мінливого середовища життя, набуває останніми десятиліттями все більшої ваги. Можливості світової генетики вже дають змогу розшифрувати геном конкретної людини, але при цьому роль більшості послідовностей нуклеїнових кислот та їх комбінацій залишиться нез’ясованою. Більше того, часто генотип може проявитися у фенотипі лише під впливом тих чи інших факторів зовнішнього середовища. Однак такі генетичні дослідження мають застосовуватися окремо для різних популяцій, оскільки кожна група має свій характерний геном та індивідуальний набір мутантних алелів. Це стосується й багатьох мультифакторних захворювань, що розвиваються лише за певних несприятливих умов, на які можна впливати. Саме цей напрям практичного застосування здобутків медичної генетики є найбільш перспективним.

Бронхіальна астма (БА) являє собою типовий спосіб реалізації різнобічних патогенетичних процесів, активованих факторами зовнішнього середовища при взаємодії з генами-кандидатами, що визначають схильність до атопії [7, 12-14]. З точки зору генетики астма є мультифакторною нозологією зі складним типом успадкування, залученням значної кількості генів, що визначає необхідність проведення досліджень у великій вибірці хворих, а також і в різних популяціях [14]. З урахуванням негативної тенденції до зростання кількості пацієнтів, які потребують невідкладної допомоги, значний інтерес викликає дослідження молекулярних механізмів розвитку тяжкої астми у дітей. Також діагностично важливою є специфічність та інформативність біологічних маркерів успадкування схильності до атопії, частота яких вища, ніж у загальній популяції.

Гени, алельні варіанти яких ініціюють розвиток патології, отримали назву «генів схильності» – сумісні з народженням і життям у постнатальному періоді, але за несприятливих умов зумовлюють розвиток клінічної форми патології [5]. Тому концептуальною основою предиктивної медицини є наші уявлення й знання про генетичний поліморфізм. На відміну від хромосомних мутацій, генетичний поліморфізм проявляється в фенотипі не так чітко, однак часто призводить до появи білкових продуктів з дещо зміненими фізико-хімічними властивостями та, відповідно, параметрами функціональної активності [4, 5]. Особливості спектру поліморфізму різних генів залежно від географічних умов, дієти, раси підтверджують вплив природного відбору, тобто за певних умов поліморфізм генів сприяє або ж, навпаки, перешкоджає маніфестації захворювань.

Відомо, що розвиток атопії визначається не тільки властивостями причинно-значущого алергену, але й індивідуальними особливостями організму дитини, насамперед здатністю давати адекватну імунну відповідь, що є відображенням його генетичної структури. На молекулярному рівні розвиток БА зумовлений порушенням регуляції цитокінів [6, 11-13], синтез яких контролюється як вродженою, так і адаптивною імунною системами [15-17]. Згідно з результатами останніх досліджень, на поверхні всіх клітин природного і адаптивного імунітету, епітеліальних та інших клітин організму є образ-розпізнавальні рецептори, які зв’язують специфічні молекулярні структури, характерні для різних мікроорганізмів. Це поняття було запропоноване К. Джановеєм у 1989 р. при вивченні пектинових рецепторів, і подальші роботи в цьому напрямі призвели до відкриття Toll-подібних рецепторів (TLR) [1, 2, 9]. TLR кодуються специфічними генами експресивного профілю, що визначає їх здатність контролювати розпізнавання й деструкцію патогенів. Зокрема, структуру Toll-подібного рецептора 4 (TLR4) людини контролюють гени, розташовані на хромосомі 9q32-33. Внаслідок їх активації відбувається широкий спектр біологічних реакцій – від індукції синтезу прозапальних цитокінів, інтерлейкінів та інтерферонів І типу до експресії ко-стимулювальних молекул, які є промоторами Т-клітинної активації і визначають розвиток адаптивної імунної відповіді [15, 16]. Порушення механізмів регуляції вродженої імунної відповіді може відігравати вирішальну роль у розвитку алергічної спрямованості організму людини [1, 2, 9, 10].

Метою нашого дослідження стали пошуки діагностичних маркерів тяжкої форми атопічної БА в дітей шляхом вивчення генетичних особливостей формування захворювання.

Об’єкти та методи дослідження

Ми обстежили групу дітей із БА віком 6-10 років (n = 53). Контрольну групу становило 95 практично здорових осіб, дані щодо яких були взяті з бази генетичних зразків НДІ генетичних та імунних основ розвитку патології та фармакогенетики ВДНЗУ «УМСА». Поліморфізм TLR4 (Asp299Gly) визначали методом полімеразної ланцюгової реакції із застосуванням олігонуклеотидних праймерів. Ампліфікацію проводили на ампліфікаторі «Терцик» («ДНК-Технология», Москва). Математичну обробку отриманих даних здійснювали з використанням програми «STATISTICA for Windows 7.0» (StatSoft Inc) і електронних таблиць MS Excel. Для порівняння частот алелів у досліджуваних групах використовували критерій χ2 Пірсона з поправкою Ієйтса на неперервність при кількості степенів свободи 1. Порівняння частот генотипів у досліджуваних групах проводили шляхом аналізу таблиць спряженості за допомогою точного тесту Фішера. Для порівняння частот варіантів у незв’язаних групах вираховували відношення шансів (ВШ) із визначенням 95% довірчого інтервалу (ДІ). Для всіх видів аналізу статистично значущими вважали відмінності при р < 0,05; при р в інтервалі від 0,05 до ≤ 0,1 відзначали тенденцію до відмінності.

Результати

Аналізуючи результати проведеного молекулярно-генетичного обстеження (табл. 1), ми виявили достовірно вищу поширеність мутантного гетерозиготного Asp299Gly (11,32%) та гомозиготного Gly299Gly (1,8%) генотипів серед хворих на атопічну БА проти відповідних даних популяційного контролю Asp299Gly (2,1%) і Gly299Gly (1,05%).

Крім того, виявлено достовірно вищу поширеність мутантного алеля Gly серед дітей із атопічною БА (7,54%), ніж серед здорових осіб (2,11%; р = 0,049). Суть однонуклеотидного поліморфізму гена TLR4, який кодує позаклітинну структуру ектодомену рецептора, полягає в заміні аспарагінової амінокислоти на гліцинову Asp299Gly 1187 (rs4986790) [16]. Ця місенс-мутація в четвертому екзоні гена TLR4 (хромосома 9q32-33) змінює позаклітинну ділянку Toll-подібного рецептора 4, призводить до втрати негативного заряду ділянки в позиції 299, що порушує процес розпізнавання бактеріального ліпополісахариду [10, 16]. Практичне значення цього поліморфізму пов’язане з пригніченням фосфорилювання інгібітору IκBα після лігандної взаємодії із бактеріальним ліпополісахаридом. У свою чергу це призводить до зниженої транслокації фактора NFκB в ядро та позначається на пригніченні синтезу прозапальних цитокінів [1, 10].

Ми простежили асоціативні зв’язки однонуклеотидного поліморфізму Asp299Gly гена TLR4 із катамнестичними особливостями маніфестації та клінічної картини атопічної БА у дітей (табл. 2). З’ясовано, що наявність у генотипі дітей мутантного алеля 299Gly підвищує ризик дебюту атопічного маршу на першому році життя, доказом чого стала асоціація поліморфізму з алергічним діатезом, дисбіозом кишечника на першому місяці життя (р < 0,05) із поступовою трансформацією в атопічний дерматит та еволюцією респіраторних проявів алергії (персистуючий алергічний риніт, атопічна БА).

На думку А. Лєбєдєва, дисбіоз кишечника необхідно розглядати як одну з провідних ланок реалізації спадкової атопії в захворювання на тлі фізіологічної незрілості образ-розпізнавальних рецепторів у новонароджених із несприятливим перебігом анте- та інтранатального періодів, при негативному медикаментозному впливі в ранньому неонатальному віці чи нераціональному вигодовуванні. Внаслідок цього активується патогенна флора, що спричиняє становлення алергопатології та доводить першочергове значення дисбалансу функціонування компонентів природженого імунітету в ранній реалізації атопії [10].

Маніфестацію бронхообструктивного синдрому на фоні вже наявної шкірної форми алергії у дітей із генетичним поліморфізмом необхідно розглядати як наступну сходинку атопічного континууму. Зокрема, в осіб із діагностованою мутацією спостерігалися ранній дебют захворювання до 3-річного віку (р < 0,001), формування персистуючого середньотяжкого перебігу атопічної БА (р < 0,001) та нестійкої ремісії (р < 0,001), на відміну від осіб із нормальним генотипом, для яких характерним був легкий контрольований перебіг захворювання (р < 0,001), а також реалізація хвороби в більш старшому віці (р < 0,001). Наведена група факторів дає змогу розглядати їх як ранні прояви генетично детермінованої алергопатології, що ініціює формування атопічного процесу з поступовою маніфестацією БА, тенденцією до прогресування запального процесу та ознаками ремоделювання в бронхолегеневій системі. Негативна динаміка в респіраторному тракті в осіб із мутацією підтверджується результатами обстеження функції зовнішнього дихання, які характеризувалися прогностично несприятливим низькими значеннями об’єму форсованого видиху за першу секунду (76,43 ± 5,8% проти 84,9 ± 4,7% у дітей із нормальним генотипом) та елементами рестриктивних змін у легеневій тканині.

Поглиблене клініко-генеалогічне обстеження виявило сімейне накопичення БА в родоводі пробандів із цією патологією. Частота захворювання в родинах пацієнтів значно перевищує частоту захворювання в дітей із нормальним генотипом (р < 0,005). У сім’ях пробандів із БА найбільший відсоток хворих включав родичів I ступеня спорідненості: матері (41,42%), батьки (32,8%).

Період перших клінічних проявів є критичним, оскільки несприятливий спадковий фон може реалізуватися під впливом факторів зовнішнього середовища формуванням патологічного фенотипу, а перші прояви цих нозологій у грудному віці необхідно розглядати як початок атопічного континууму. Тому своєчасне формування групи ризику із урахуванням спадкового та алергологічного анамнезу створює підґрунтя для поглибленого генетичного обстеження цієї категорії дітей. Наявність однонуклеотидного поліморфізму Asp/Gly в генотипі дітей із початковими проявами дермато-респіраторного синдрому обґрунтовує необхідність своєчасної постановки діагнозу та ступеневий підхід до лікування БА ще на початкових етапах запального процесу в бронхолегеневій системі. Таким чином, поліморфізм Asp299Gly гена TLR4 порушує механізми регуляції вродженої імунної відповіді, визначає зміну характеру перебігу та ступеня вираженості клінічних проявів БА.

Отже, спадкова схильність до тяжкого перебігу БА пов’язана з генетичними дефектами, які формують особливості імунної системи та сприяють ранній маніфестації патології. Тому виникає питання: чи може практичний педіатр зупинити еволюцію «атопічного маршу» в дітей – носіїв генів схильності до БА?

Є декілька шляхів вирішення цієї проблеми. Сьогодні нікого не треба переконувати в тому, що найоптимальнішою тактикою є первинна профілактика атопії. Своєчасна елімінація з дієти вагітної та харчування новонародженої дитини потужних харчових, а з оточення – інгаляційних алергенів, зміна помешкання та навіть виїзд до іншої кліматичної зони можуть принести свої позитивні результати. Однак мусимо визнати, що попри доведену ефективність, зазначені методи первинної профілактики рідко застосовуються в практичній медицині. Крім того, на етапі первинної профілактики, педіатрам не завжди вдається ефективно працювати – тут потрібна й активна позиція акушерів-гінекологів, яка повинна проявлятися задовго до народження дитини і включати освітню роботу з вагітною жінкою та її сім’єю.

Така ж невтішна ситуація спостерігається в сфері реалізації всім відомої вторинної профілактики, яка повинна проводитися одразу після розвитку перших проявів алергії: невизначеність обов’язків на кожному етапі, брак державної програми та недотримання комплаєнса створюють безліч перешкод. Таким чином, дискусійних питань у розв’язанні проблеми запобігання атопії багато, над ними працюють учені та практики, тоді як для практичного лікаря багато питань залишаються відкритими.

Тому, зважаючи на невпинне зростання захворюваності на астму, формування фармакорезистентних форм, уся надія алергології концентрується навколо нового напряму медицини – генної терапії. Зазначені сучасні методики дають змогу лікувати різні генетичні патології навіть у період внутрішньоутробного розвитку: введений ген чи генна конструкція потрапляють у більшість клітин на стадії активного поділу, запобігаючи таким чином початковим етапам розвитку патології. Після такої терапії немає потреби в штучному перериванні вагітності – дитина народжується генетично і фенотипово здоровою.

Нині нараховується близько 400 проектів із генної терапії, які перебувають на різних стадіях клінічних випробувань: 261 із них проходить першу стадію, 133 – другу і тільки 3 проекти (два з лікування раку мозку та один з гемофілії) – на завершальному етапі досліджень. Генна терапія успішно застосовується для лікування не тільки спадкових моногенних нозологій, але й для корекції більш поширених мультифакторних патологій, таких як цукровий діабет, остеопороз, ревматоїдний артрит. Для лікування таких захворювань використовується не одна, а численні генетичні конструкції, що здатні відкоригувати дефекти різних стадій патологічного процесу. І попри те, що такі методики переважно застосовуються в онкології (більше 60% проектів), при лікуванні інфекційних і моногенних захворювань, успіхи в терапії генетично детермінованої алергопатології мають бути досягнуті в найближчому майбутньому.

На жаль, в Україні не реалізується жоден із відомих проектів, затверджених Американським та Європейським комітетами з генної терапії. Однак пріоритетний напрям досліджень у сфері генетики різних нозологій обирають щороку все більше та більше медичних установ України. Тому маємо надію, що й у нашій країні поступово стартує генетичне тестування в рамках предиктивної медицини, яке допоможе зібрати важливу інформацію як про геном окремих індивідів, так і про цілі родини. Тобто в перспективі будуть сформовані індивідуальні сімейні бази ДНК-даних, які й стануть тим самим «генетичним паспортом», що допоможе уникнути життєвих проблем, пов’язаних із ігноруванням індивідуальних особливостей людини. Такий прорив молекулярної геноміки дасть змогу індивідам повністю реалізувати свої вроджені генетичні здібності, що стане безсумнівним надбанням для наступних поколінь, оскільки в перспективі це означає народження генетично здорових нащадків, зростання середньої тривалості життя та здорову старість.

І, як зазначив іще в минулому столітті відомий американський генетик Френсис Коллінз, на зміну малоефективному, затратному та часто безрезультатному лікуванню вже сформованої хронічної мультифакторної патології має прийти персоніфікована предиктивна медицина для здорової людини. Можливо, це є перебільшенням, але в будь-якому разі чимало новітніх методів діагностики та лікування будуть так чи інакше пов’язані саме з досягненнями медичної генетики. І, як показує час, рано чи пізно фантастика стає буденною практикою; головне, щоб усе нове було корисним та безпечним.

Список літератури – в редакції