Гены кандидаты бронхиальной астмы

Опубликовано Редакция в 12/06/10 • Категории Педиатрия

Обсуждается генетический компонент развития бронхиальной астмы. Гены-кандидаты расположены на хромосомах 2, 4, 7, на кластере цитокинов, на хромосоме 5 и на хромосоме 6 в области MHC.

Authors discussed genetic component development of bronchial asthma. Candidate genes located on chromosomes 2, 4, 7, on a cluster of cytokines, on chromosome 5 and on chromosome 6 in the MHC.

Бронхиальная астма (БА) — заболевание с выраженной наследственной предрасположенностью. Дети, имеющие родственников первой линии родства с БА, имеют высокий риск развития клинических проявлений астмы [1]. Некоторые клиницисты большое внимание уделяют признакам мезенхимальной дисплазии как внешним маркерам генетических особенностей. У пациентов с БА часто встречаются множественные стигмы дисморфогенеза, патология соединительной ткани, кожные факомы. По итогам близнецовых исследований, генетический вклад в развитие БА оценивается в 30-70%.

Риск атопии у пробанда при достижении им возраста 7 лет в зависимости от наличия атопии в семейном анамнезе

БА — типичное заболевание мультифакториальной природы, развитие которого определяется взаимодействием наследственных факторов (мутаций или сочетаний аллелей) и факторов среды.

В последние годы генетические исследования при астме ведутся по нескольким направлениям: выявление вариантов генов, которые могут предсказать ответ на терапию, выявление вариантов генов, которые связаны с развитием болезни и играющих решающую роль в патофизиологии заболевания.

Верифицированы несколько групп генов-кандидатов, которые важны в развитии БА.

Гены атопии или гуморального иммунного ответа локализованы в участках хромосомы 5q24-33 и содержат кластер семейства генов цитокинов (IL-4, IL-5, IL-13, IL-3, GM-CSF), ответственный за развитие реакций немедленного типа (IgE-опосредованных реакций). IL-4, IL-13 экспрессируются Th-2 лимфоцитами и способствуют переключению В-клеток на синтез IgE. IL-5 и GM-CSF — цитокины, обеспечивающие созревание, выживание и хемотаксис эозинофилов. К этой группе также относят HLA-DR (гены молекул II класса МНС) — важные молекулы, участвующие в презентации антигена. Имеющиеся сегодня данные свидетельствуют, что полиморфизм генов интерлейкинов и их рецепторов является важным генетическим фактором возникновения БА и атопии [2, 3].

Гены рецепторных молекул (IL-4Rα, FcεRI β, ADRβ2). IL-4Rα — альфа цепь рецептора IL-4. Mitsuyasu et al. [4] сообщили о полиморфном варианте гена Ile50Val IL-4Rα цепи, наличие которого повышает синтез IgE и является одним из определяющих наследственных факторов возникновения атопической формы заболевания. В 17% случаев замена одного аминокислотного остатка (изолейцина лейцином в позиции 181) в гене, кодирующем β-субъединицу высокоаффинного рецептора к IgE (FcεRI β), приводит к развитию бронхиальной астмы. Однако аналогичные исследования, проведенные в Италии и Японии, такой закономерности не выявили.

Продукт ADRβ2 (гена β2-адренергического рецептора; 11q13) контролирует лабильность бронхов. Установлен полиморфизм гена ADRβ2 (Arg16Gly и Glu27Gln), определяющий повышенную вероятность развития тяжелой бронхиальной астмы. Более того, больные гомозиготные по этим вариантам гена быстро теряют чувствительность к β2-агонистам и требуют лечения гормональными препаратами [5]. Это является одним из достижений в фармакогенетике БА. Причем ген рецептора IL-4 (IL4RA) и ген, кодирующий β-субъединицу высокоаффинного рецептора к IgE (FcεRI β), могут быть отнесены к генам атопии, а ген ADRβ2 — к генам бронхиальной гиперреактивности.

Южнокорейскими учеными [6] выявлены 2 полиморфных гена CRTH2, экспрессирующихся на поверхности эозинофилов, с однонуклеотидными заменами -466T>C и -129C>A, которые тесно связаны с инфильтрацией эозинофилами дыхательных путей у больных с аспирин-индуцированной БА. Гены факторов транскрипции — STAT6, JAK1, JAK3 [7] ассоциированы с наличием БА. Последний мета-анализ объединил результаты 11 исследований [8]. Выявлены хромосомные регионы, содержащие ведущие гены восприимчивости к БА, при использовании самых строгих статистических критериев. К ним относятся 6p22.3-p21.1 (гиперактивность бронхов), 5q11.2-q14.3 и 6pter-p22.3 (концентрация общего IgE), 3p22.1-q22.1, и 17p12-q24.3 (положительный кожный тест). Однако никакой преобладающей ассоциации среди указанных регионов не обнаружено, что объясняет гетерогенность болезни и вариабельность диагноза в разных популяциях разных стран.

Признано, что многочисленные гены взаимодействуют между собой при БА и атопии, повышая или уменьшая риск развития болезни. При наличии генов, кодирующих IL-13 и IL-4RA (обе ключевые молекулы в Th-2 сигнализации), выявлен в 2,5 раза больший риск развития БА, чем у индивидуумов с наличием одного гена. Исследование четырех генов показало, что комбинация определенного однонуклеотидного полиморфизма (SNPs) в IL-13, IL-4, IL4RА, и STAT 6 сопровождается 16,8-кратным увеличением риска БА. Эти сведения указывают на значение изучения взаимодействия генов при сложных болезнях и объясняют их роль в развитии и прогрессировании болезни.

Имеется предположение, что эндогенная БА — аутоиммунное заболевание, опосредованное аутоантителами к эпителиальному антигену. Не исключено, что появление аутоантител связано с генетически обусловленным дефицитом антиоксидантной системы. Свободные радикалы способны превращать макромолекулы в аутоантигены. На их возникновение иммунная система отвечает выработкой специфических аутоантител. В организме запускается аутоиммунный процесс, который в конечном итоге и приводит к БА. В этой связи относительно недавно обнаружена субпопуляция T-хелперов, названная Th17 [9], играющая значимую роль при аутоиммунных заболеваниях.

IL-17 является эффекторным цитокином, который продуцируют Th17 клетки, и его повышенная концентрация выявлена в слюне больных БА [10]. Однако имеются исследования [11] о варианте гена IL-17, His161Arg, который ассоциирован с протективным эффектом при астме. В 2009 году обнаружены новые гены восприимчивости к БА, не связанные с иммунной системой. Полиморфизм генов хитиназы и хитиназоподобных белков CHIT1, CHIA, CHI3L1 сочетается с риском БА.

Относительно недавно был охарактеризован первый позиционно клонированный ген астмы ADAM33 [12] на хромосоме 20p13. Анализ 135 однонуклеотидных полиморфизмов в 23 из них показал наиболее существенную ассоциацию заболевания с вариантом гена ADAM33, который кодирует металлопротеазу, играющую важную роль в функционировании гладких мышц бронхов и фибробластов легкого. Эти данные свидетельствуют о важной роли ADAM33 в ремоделировании дыхательных путей. В настоящее время роль этих генетических вариаций, связанных с восприимчивостью к астме, подтверждена в Саудовской Аравии, Китае [13]. В локусе хромосомы 1q31 в 2010 году был идентифицирован ген DENND1B, который экспрессируется натуральными киллерами и дендритными клетками, кодирует белок, взаимодействующий с рецептором фактора некроза опухоли, и связан с развитием БА [14].

Гены-модификаторы (GSTM1, GSTT1, CYP2E1, NAT2, SLC11A1). На сегодняшний день известно, что в патологии БА принимают участия белковые продукты генов системы детоксикации ксенобиотиков. Недавними исследованиями Сардарян И.С. [15] изучены фенотипические особенности БА при аллельном полиморфизме генов глутатион-S-трансферазы Т1 (GSTT1), глутатион-S-трансферазы М1 (GSTM1), ангиотензин превращающего фермента (ACE), эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS). Выявлено, что ассоциация генотипов GSTT1-\GSTM1‑ повышает в 5 раз риск развития БА у детей по сравнению с популяцией. У детей при функционально активном генотипе GSTT1+\GSTM1+ в ассоциации с полиморфизмом I\I по гену АСЕ риск развития БА снижается в 7 раз, что позволяет считать данную ассоциацию генотипов протективной.

В заключение можно указать, что к развитию астмы причастны много генов, расположенных на разных хромосомах. Прежде всего это генный комплекс HLA на 6-й хромосоме. Кроме того, с развитием БА связаны:

• локусы 2 pter*
• 2q6 (реакция на домашних клещей)
• 2q33 (CD28; белок, связывающий инсулиноподобный фактор)
• 3p24.2-p22 (С-С рецептор хемокина)*
• 4q35 (интерферонорегулирующий фактор-2)*
• 5q15 (ген не идентифицирован)
• 5q23-q33 (IL-3; IL-4; IL-5; IL-9; IL-13; глюкокортикоидный рецептор)**
• 5q31 (гены регуляции IgE). В непосредственной близости расположены гены бронхиальной гиперреактивности и адренергических b2 рецепторов
• 6p21.1-p23 (HLA, фактор некроза опухолей α)*
• 7р15.2 (Т-клеточный рецептор G, IL-6)*
• 9q31.1 (тропомиозин связывающий белок)*
• 11р15 (ген не идентифицирован)
• 11q13 (ген b-цепи высоко аффинного IgE рецептора, триггер аллергических реакций на мастоцитах, передается по материнской линии, отцовский «импринтинг» вероятен)**
• 12q (синтаза оксида азота)
• 12q14-q24.33 (сигнальный кондуктор и активатор транскрипции 6; интерферон γ; фактор стволовых клеток; инсулин-подобный фактор роста 1; лейкотриен А4 гидролаза; β субъединица ядерного фактора Y; В-клеточный транслокационный ген 1)**
• 13q14.3-qtep (трансляционно контролируемый протеин-1 опухоли)*
• 16q22.1-q24.2 (ген не идентифицирован)
• 17p11.1-q11.2 (хемокиновый кластер)
• 19q13 (CD22)
• 21q21 (ген не идентифицирован)
• Xq28/Yq28 (рецептор IL-9)

* — общие гены с атопией; ** — общие гены с атопией и атопическим дерматитом

Данный перечень генов, ответственных за развитие БА, не полон. Не упомянуты гены, участвующие в ремоделировании дыхательных путей, гетерогенна и гиперреактивность дыхательных путей. Все это делает понятным клинический полиморфизм заболевания.

Будет ли возможно в будущем предсказать развитие БА, базируясь на генетическом тестировании? Предсказующая величина тестирования единственного гена при полигенном наследовании болезни очень ограничена как для диагностики, так и в профилактических целях. В будущем прогноз астмы, возможно, будет основываться на оценке комплекса генов, персональных факторов и факторов риска окружающей среды, вместе содействующих развитию, персистенции, прогрессированию или ремиссии БА [16, 17].

Ю.И. Будчанов, В.М. Делягин

Тверская государственная медицинская академия

Федеральный научно-клинический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии, г. Москва

Будчанов Юрий Иванович — кандидат медицинских наук, доцент кафедры клинической иммунологии с аллергологией Тверской государственной медицинской академии.

1. Burr M., Merrett T., Dunstan F., Maguire M. The development of allergy in high-risk children // Clinical and Experimental Allergy, 1997. — v. 27. — Р. 1247-1252.

2. Фрейдин М.Б., Огородова Л.М., Пузырев В.П. Вклад полиморфизма генов интерлейкинов в изменчивость количественных факторов риска атопической бронхиальной астмы // Мед. генетика, 2003. — Т. 2. — № 3. — С. 130-135.

3. Фрейдин М.Б., Брагина Е.Ю., Огородова Л.М., Пузырев В.П. Генетика атопии: современное состояние. // Вестник ВОГиС, 2006. — Том 10. — № 3 — С. 492-503.

4. Mitsuyasu H., Izuhara K., Mao X.-Q. et al. Ile50Val variants or IL4Ra upregulates IgE synthesis and associates with atopic asthma // Nat. genet., 1998. — v. 19. — Р. 119-120.

5. Wechsler M., Lehman E., Lazarus S. et al. National Heart, Lung and Blood Institute’s Asthma Clinical Research Network. beta-Adrenergic receptor polymorphisms and response to salmeterol //American Journal Respir. Crit. Care Medicine, 2006. — v. 173. — P. 519-526.

6. Palikhe N., Kim S-H., Cho B-Y. et al. Genetic variability in CRTH2 polymorphism increases eotaxin-2 levels in patients with aspirin exacerbated respiratory disease // Allergy, 2010. — v. 65. — Р. 338-346.

7. Moller M., Gravenor M., Roberts S. et al. Genetic haplotypes of Th-2 immune signalling link allergy to enhanced protection to parasitic worms. // Human Molecular Genetics, 2007. — v. 16. — Р. 1828-1836.

8. Denham S., Koppelman G, Blakey J. et al. Meta-analysis of genome-wide linkage studies of asthma and related traits // Respir. Research, 2008. — v. 9. — р. 38.

9. Weaver C., Hatton R., Mangan P., Harrington L. IL-17 family cytokines and the expanding diversity of effector T cell lineages // Annual Revy Immunology, 2007. — 25. — Р. 821-852.

10. Bullens D., Truyen E., Coteur L. et al. IL-17 mRNA in sputum of asthmatic patients: linking T cell driven inflammation and ranulocytic influx? // Respir. Res., 2006. — v. 7. — Р. 135.

11. Kawaguchi M., Takahashi D., Hizawa N. et al. IL-17F sequence variant (His161Arg) is associated with protection against asthma and antagonizes wild-type IL-17F activity // Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2006. — v. 117. — Р. 795-801.

12. Van Eerdewegh P., Little R., Dupuis J. et al. Association of the ADAM33 gene with asthma and bronchial hyperresponsiveness // Nature, 2002. — v. 418. — Р. 426-430.

13. Bazzi M., Al-Anazi M., Al-Tassan N.A. et al. Genetic variations of ADAM33 in normal versus asthmatic Saudi patients // http://biotechcentersa.org/asthma-genetics/.

14. Sleiman P., Flory J., Imielinski M. et al. Variants of DENND1B associated with asthma in children // New England Journal of Medicine, 2010. — v. 362. — Р. 36-44.

15. Сардарян И.С. Фенотипические особенности бронхиальной астмы у детей при различных аллельных полиморфизмах генов «предрасположенности» (GSTТ1, GSTМ1, ACE, eNOS) / Автореф. дисс. к.м.н. — СПб, 2009. — 22 с.

16. Koppelman G., te Meerman G., Postma D. Genetic testing for asthma // Eur. Respir. J., 2008. — v. 32. — Р. 775-782.

17. Postma D., Koppelman G. Genetics of asthma: where are we and where do we go? // The Proceedings of the American Thoracic Society, 2009. — v. 6. — Р. 283-287.

источник

Ген ADAM33 (disintegrin и metalloproteinase 33) — первый ген су­персемейства металлопротеаз, идентифицированный методом позици­онного картирования как предполагаемый ген-кандидат астмы и гипер­реактивности бронхов на 460 парах сибсов из семей с БА в США и Великобритании.

В настоящее время в гене ADAM33 идентифицировано более 50 полиморфных сайтов. По крайней мере, для пяти из них показана ас­социация с БА у больных Германии, Соединенных Штатов и Вели­кобритании, но не у больных БА Центральной Америки (Мексика и Пуэрто-Рико) и Китая.

Ген ADAM33 экспрессируется в клетках эпителия легких, фибро­бластах субмукозного слоя стенки и в гладких мышцах бронхов. Его экс­прессия существенно выше при БА тяжелого и среднетяжелого течения по сравнению с таковой при легком течении и с контролем [514].

Предполагается, что аллельные варианты АDАМ33 могут стиму­лировать пролиферативную активность фибробластов и гладких мышц субмукозного слоя стенки бронхов и, таким образом, нарушать процессы ремоделирования дыхательных путей, стимулировать гиперреактив­ность бронхов и вызывать субэпителиальный фиброз.

В зависимости от функциональной активности белковых продук­тов полиморфные аллельные варианты гена АDАМ33 характеризуются либо потерей функции (loss-of-function), либо ее усилением (gain-of- function). Первые приводят к уменьшению связывания белка с факто­рами роста, тогда как вторые, наоборот, могут увеличить сродство к факторам роста. Полиморфные варианты АDАМ33 могут также уси­ливать воспалительную реакцию, стимулируя выработку цитокинов и увеличение продукции Т-хелперов второго типа (Th2).

Ассоциация аллельных вариантов гена АDАМ33 с БА установлена для жителей Голландии (ST17, p = 0,0093; V4, р = 0,0009), афроаме­риканцев (S2, р = 0,03) и белых из США (ST17, р = 0,017; T1, р = 0,03; T2, р = 0,02), а также американцев испанского происхождения (S2, р = 0,04; T2, р = 0,04). Любопытно, что в разных популяционных вы­борках ассоциированными с БА оказались разные полиморфные ва­рианты гена. Не найдено ассоциации БА ни с одним из 10 полимор­фных сайтов (SNP) гена АDАМ33 в австралийской популяции [244], однако определенные комбинации таких полиморфных сайтов этого гена (гаплотипы V-1 & ST+7) обнаруживали ассоциацию как с самим заболеванием, так и с его тяжестью.

Таким образом, сведения об ассоциации полиморфизма гена АDАМ33 с БА не столь однозначны, как это предполагалось вскоре после его идентификации и проведения первых исследований по гене­тическому тестированию. По-видимому, ген АDАМ33 — только один из многих генов, вовлеченных в патогенез астмы.

Ген СС16 определяет синтез одноименного белка специальными секреторными клетками бронхов (Clara cells), на долю которого прихо­дится до 7 % всех белков бронхиальной слизи, играющей важную роль в воспалительной реакции в бронхах. Ген СС16 картирован в области 11q13, имеет частую (мажорную) «мутацию» (полиморфизм) в пози­ции 38 (A38G) в некодирующей части 1 экзона. 43,6 % европейцев го­мозиготны по наличию G-аллеля (38G/G) и 46,2 % населения Европы гетерозиготны (38Â/G). Остальные 10 % населения представлены го­мозиготами по А-аллелю (38А/А). Именно 38А/А гомозиготы, как было показано [235], имеют в 6-9 раз выше риск БА, чем в среднем в попу­ляции. Более того, согласно тем же авторам, даже у 38A/G гетерозигот, составляющих половину населения Западной Европы, риск БА выше среднепопуляционного в 4,2 раза. В наших исследованиях больных БА,

независимо от пола и возраста, ассоциация данного полиморфизма с атопической БА не подтвердилась.

Семейство генов антитрипсина (ААТ) на хромосоме 14 (14q32.1.) включает в себя два гена, кодирующих альфа-1-антитрипсин и альфа-1- антихимотрипсин. Оба продукта этих генов являются ингибиторами белка С и относятся к суперсемейству ингибиторов сериновой протеазы. Поли­морфные варианты обоих генов функционально менее активны, зачастую ведут к дефициту ААТ, следствием которого могут быть хронические об­структивные заболевания легких, бронхоэктатическая болезнь и БА. В на­стоящее время известны более 150 аллельных вариантов ААТ (так называ­емые РТ-аллели), белковые продукты которых идентифицируются методом изоэлектрического фокусирования. Вопрос о том, в какой мере полимор­физм генов локуса ААТ ассоциирован с БА, остается невыясненным.

Ген ORMDL3 идентифицирован на 17-й хромосоме в ходе исследо­вания почти 6 000 больных БА из США, Германии и Великобритании. В 2007 году появилось сообщение Международной группы по изуче­нию генетики астмы об ассоциации этого гена с высокой вероятностью развития БА у детей. Было установлено, что аллельные варианты этого гена на 60-70 % увеличивают риск развития заболевания, однако био­механизм этой ассоциации остается невыясненным. По мнению веду­щего специалиста этой группы профессора Вильяма Куксона (William Cookson), ген ORMDL3 является самым серьезным из известных в на­стоящее время наследственных факторов риска развития БА.

Мутации гена Filaggrin (R501X или 228del4), контролирующего синтез линкерного белка кератина, как недавно было показано в обсто­ятельном мета-анализе, почти в 4 раза увеличивают частоту атопичес­ких заболеваний и тяжелых форм БА [776].

К сожалению, ни один из вышеприведенных генов-кандидатов БА, идентифицированных в последние годы, на отечественных больных изучен не был.

источник

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДВЕРЖЕННОСТИ К БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ

Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского научного центра Сибирского отделения РАМН, Томск; 634050, ул .Наб. р. Ушайки, 10; тел.: 3822-512228; факс: 3822-513744; e-mail: maksim@img.tsu.ru

Ключевые слова: атопическая бронхиальная астма, подверженность, гены-кандидаты, полиморфизм, интерлейкины , высокоаффинный рецептор к IgE, b 2-адренергический рецептор .

Сокращения: МФЗ — мультифакторные заболевания, БА — бронхиальная астма, BHR — бронхиальная гиперреактивность; ИЛ — интерлейкины.

В обзорной статье представлены современные данные о наследственной основе предрасположенности к атопической бронхиальной астме. Приведены доказательства важной роли генетических факторов в детерминации заболевания и основные итоги молекулярно-генетических исследований этой патологии. Подробно рассмотрены данные о вкладе в структуру подверженности к астме гена высокоаффинного рецептора к IgE, генов интерлейкинов и из рецепторов и гена b 2-адренергического рецептора. Обсуждаются проблемы и перспективы дальнейших исследований генетической основы заболевания.

Современные представления о генетической составляющей мультифакторных заболеваний (МФЗ) сложились во многом на основе сформулированной в 60 годах XX века концепции подверженности, или наследственного предрасположения (Falconer D.S., 1965). Согласно этой парадигме, подверженность к той или иной болезни обусловлена сочетанием в генотипе индивида определенных аллельных вариантов генов, формирующих неблагоприятный наследственный фон, реализующийся при взаимодействии с факторами среды патологическим фенотипом. В соответствии с классическими представлениями, подверженность – умозрительная характеристика, определить которую у отдельного индивидуума невозможно. Сегодня, благодаря успехам молекулярной генетики и развитию идеологии позиционного и кандидатного картирования, появилась возможность решения этой проблемы в терминах хромосомной локализации и описания полиморфизма конкретных генов, ответственных за формирование предрасположенности к тем или иным МФЗ (Пузырев В.П., Степанов В.А., 1997; Anderson A., Cookson W.O.C.M., 1999; рис. 1).

Одним из наиболее распространенных и тяжелых заболеваний данной группы является бронхиальная астма (БА). В некоторых странах эта болезнь является главной причиной инвалидизации и смертности населения, опережая даже сердечно-сосудистые и онкологические патологии (Jarvis D., Burney P., 1997). В разных странах БА болеют от 4 до 35 % населения (Хаитов Р. М. и др., 1998; Woolcock A. J., Peat J. K., 1997). Причем имеются неопровержимые доказательства роста частоты БА во всем мире. В некоторых странах заболеваемость астмой за последние 20 лет возросла в 2-2,5 раза, подчас принимая характер эпидемии (Jarvis D., Burney P., 1997; Woolcock A.J., Peat J.K., 1997). Эти обстоятельства характеризуют БА как глобальную медико-социальную проблему и диктуют необходимость ее всестороннего изучения.

В статье представлены данные о роли генетических факторов в детерминации подверженности к БА. Главное внимание уделено атопической форме заболевания, поскольку именно она является наиболее распространенной и сравнительно полно изученной в отношении патогенеза и наследственности.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ЭТИОЛОГИИ И ПАТОГЕНЕЗА БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ

В большинстве случаев БА является атопическим заболеванием, что обусловливает ее развитие через IgE-зависимый механизм, молекулярные и клеточные компоненты которого довольно подробно изучены (рис. 2).

Аллергены, попадая с потоком воздуха в дыхательные пути, взаимодействуют с дендритными клетками слизистой бронхов. Результатом этого является реэкспрессия доминирующего эпитопа аллергена с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости на поверхности дендритных клеток. Связывание этого комплекса с рецепторами CD4+ Т-клеток стимулирует дифференцировку Th0-лимфоцитов в Th2, способных к секреции интерлейкина-10 (ИЛ-10) и цитокинов, гены которых расположены на хромосоме 5q, а функция тесно связана с гуморальным иммунным ответом: ИЛ-3, -4, -5, -9, -13, GM-CSF.

При действии антигенов микобактерий и некоторых вирусов CD4+ клетки превращаются в Th1-лимфоциты, секретирующие ИЛ-2, интерферон- g ( Ифн- g ) и фактор некроза опухолей- a . Сдвиг в сторону Th2-ответа активируется ИЛ-4 и ингибируется ИЛ-12, Ифн- g и — a . Th1-ответ требует высвобождение ИЛ-12 макрофагами и дендритными клетками и супрессируется ИЛ-10 (Paul W. E., Seder R. A., 1994).

Th2-клетки высвобождают цитокины, главным образом ИЛ-4 и -13, которые, взаимодействуя со своими рецепторами на В-клетках, активируют транскрипцию генного локуса тяжелой цепи типа e иммуноглобулинов и индуцируют переключение изотипов с m на e (Stavnezer J., 1996). I gE, синтезируемый активированными В-клетками, связывается с высоко-аффинным (Fc e RI) и низко-аффинным (Fc e RII; CD23) рецепторами тучных клеток (мастоцитов). Когда аллерген взаимодействует с IgE на мастоцитах, Fc e RI инициирует серию внутриклеточных событий, приводящих к высвобождению медиаторов воспаления и хемокинов: гистамина, простагландинов, лейкотриенов, фактора активации тромбоцитов, дегранулированных протеаз и др. (Chung K. F., Barnes P. J., 1999). Медиаторы воспаления синтезируют также эозинофилы, активированные ИЛ-3, -5 и GM-CSF (Ricci M. et al., 1997).

Действуя в совокупности, эти факторы приводят к микроизменениям сосудов стенок воздухоносных путей, сокращениям гладкой мускулатуры бронхов, гиперсекреции слизи. Кроме того, цито- и хемокины, по крайней мере частично, ответственны за миграцию и активацию клеток воспаления, в основном эозинофилов, и, таким образом, вносят вклад в сохранение патологического процесса (Kita H., Gleich G. J., 1996).

Ключевой особенностью персистирующей астмы является состояние бронхиальной гиперреактивности (BHR), обозначающее повышенный бронхоконстрикторный ответ на различные физико-химические факторы, включая не только аллергены, к которым сенсибилизирован индивид, но и такие неспецифические стимулы, как холодный воздух и физическая нагрузка (Гриппи М. А., 1997). Формирование этого состояния связывают с обусловленной хроническим воспалением перестройкой дыхательных путей, сопровождающейся заужением их стенок, повышением васкуляризации, гипертрофией и гиперплазией гладкой мускулатуры бронхов. В результате происходят изменения нейронной регуляции и повышение сократимости гладких мышц дыхательных путей.

Как атопия, так и BHR являются главными диагностическими критериями БА. Однако и эти признаки недостаточны для точной диагностики заболевания. Так, атопия характерна только для аллергической формы БА и имеет место при других болезнях. В свою очередь BHR может быть и конституциональным признаком, не связанным с патологией (Sibbald B., 1997). В настоящее время существует точка зрения, что и атопия, и BHR представляют собой лишь факторы риска БА и являются “суррогатными” маркерами заболевания (Bleecker E. R., Meyers D. A., 1997).

РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В ДЕТЕРМИНАЦИИ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Семейные случаи БА и родственных аллергических заболеваний (аллергический ринит, экзема), зафиксированные врачами еще в XIX веке, позволили предположить наследственную компоненту в их этиологии и патогенезе (Sibbald B., 1997). Примерно к середине 20 столетия эти довольно разрозненные наблюдения получили подтверждение. Так, было убедительно показано, что частота астмы у родственников пробандов существенно выше, чем у родственников здоровых индивидов (Украинцева С.В., Сергеев А.С., 1995; Sibbald B., 1986). Отмечено также, что по сравнению с потомками здоровых людей риск развития БА у детей выше, если один или оба родителя имеют заболевание. Например, генетико-эпидемиологический анализ, проведенный в Тасмании, продемонстрировал, что шансы детей заболеть астмой в 2,63 раза выше, если у них страдают данной патологией матери; в 2,52 раза – если болеют отцы и в 6,69 раз – если болеют оба родителя (Jenkins M. A. et al., 1993).

Эти и многие другие исследования продемонстрировали важность семейных факторов в развитии БА, однако были недостаточны для доказательства роли наследственности в детерминации заболевания, поскольку могли быть с равным успехом объяснены общностью внешних провоцирующих агентов в семье (сходство пищевого рациона, микроклимата в жилье и т.д.). Поэтому для разделения генетических и средовых эффектов и оценки их соотносительного вклада в этиологию и патогенез БА были предприняты близнецовые исследования.

В одной из первых работ, включавшей около 7000 близнецовых пар в Швеции, конкордантность по астме у монозиготных (МЗ) близнецов была 19 % по сравнению с 4,8 % у дизиготных (ДЗ) (Edfors-Lubs M. L., 1971). Наследуемость (доля общего сходства между индивидами, обусловленная генетически) составила для астмы около 15 %. В последующих исследованиях, проведенных в Финляндии, Норвегии, Дании, США и Австралии на больших близнецовых когортах, конкордантность по БА у МЗ пар, как правило, в 1,5-2 раза превышала таковую у ДЗ, а оценки наследуемости варьировали от 36 % до 75 % (Duffy D. L. et al., 1990; Nieminen M. M. et al., 1991; Harris J. R. et al., 1997; Lichtenstein P., Svatengren M., 1997; Laitinen T. et al., 1998; Skadhauge L. R. et al., 1999).

Близнецовые исследования подтвердили, что БА имеет генетическую основу, однако не предоставили данных о типе наследования заболевания. Ранние работы в этом направлении позволили предположить аутосомно-домининтный тип наследования с неполной пенетрантностью (Sibbald B., 1997). Позднее были получены доказательства в пользу полигенного наследования БА (Edfors-Lubs M. L., 1971). В недавно проведенном исследование на выборке из 7394 тасманийских семей (n=41506) было установлено, что предрасположенность к БА определяется не одним главным локусом; скорее имеют место несколько основных кодоминантных генов, эффекты которых модифицируются другими генами (Jenkins M. A. et al., 1997).

На сегодняшний день противоречивые результаты исследований типа наследования БА объясняют явной генетической гетерогенностью заболевания, а также несогласованностью в описании исследуемого фенотипа, связанной с исключительным клиническим полиморфизмом астмы (Cookson W.O.C.M., 1999).

Одним из подходов к решению этой проблемы является анализ не комплексного фенотипа в целом, а наиболее существенных составляющих его признаков (Barnes K.C., Marsh D.G., 1998). Для БА такими показателями в первую очередь являются атопия – предрасположенность к IgE-опосредованному ответу на антигены, в норме не вызывающие особых реакций, и BHR на физико-химические воздействия. Эти признаки считаются наиболее важными факторами риска БА.

Многочисленные исследования показали существенный вклад генетических факторов в детерминацию уровня IgE и степени реактивности бронхов. Установлено, что тип наследования этих признаков скорее всего полигенный, причем гены, участвующие в контроле IgE и BHR, различаются или перекрываются лишь частично (Postma D. S. et al., 1995). То есть, существуют две группы генов, одна из которых обусловливает подверженность к атопии, а другая контролирует сократительную способность бронхов. Кроме того, исходя из того, что BHR может быть как конституциональным признаком, так и состоянием, обусловленным аллергическим воспалением, можно предположить, что существует и третья группа генов, контролирующая связь “атопия-BHR” (рис. 3). Соотносительный вклад этих генов в патогенез БА, особенности их взаимодействия между собой и факторами внешней среды пока не ясны и могут быть неодинаковыми в различных популяциях, определяя варьирующий характер подверженности к заболеванию в разных группах. С развитием молекулярно-генетических технологий анализ наследственных основ БА был направлен на поиск конкретных генов, определяющих структуру наследственной компоненты предрасположенности к БА.

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДВЕРЖЕННОСТИ К АСТМЕ

Как и для любого другого МФЗ при локализации на определенном хромосомном участке генетических детерминант БА используют два основных подхода: кандидатное и позиционное картирование. В первом случае проводят анализ ассоциаций или сцепления заболевания с полиморфными вариантами генов, функция белковых продуктов которых тесно связана с развитием изучаемой патологии. Такие гены называют генами-кандидатами. Учитывая сложность патогенеза астмы, предполагают, что число генов-кандидатов заболевания достаточно велико (Hall I.P., 1999). A priori можно выделить несколько групп таких генов (табл. 1):

1. Гены факторов антигенного распознавания и гуморального иммунного ответа. К ним относят прежде всего гены цитокинов (интерлейкины, интерфероны, факторы некроза опухолей и т. д.), а также гены рецепторов Т- и В-клеток и гены главного комплекса гистосовместимости;

2. Гены факторов воспаления, среди которых, видимо, большую важность для астмы имеют гены собственно медиаторов воспаления белковой природы (например, некоторые протеазы) и ферментов их метаболизма, а также гены хемокинов и молекул межклеточной адгезии;

3. Гены рецепторов цитокинов и агентов воспаления, чьи белковые продукты осуществляют фиксацию внешних молекул-лигандов на клетках-мишенях;

4. Гены внутриклеточных сигнальных молекул. Это гены большой и гетерогенной группы белков, объединяемых в несколько семейств, которые осуществляют и контролируют трансдукцию сигнала лиганда на “чувствительные” генные локусы. К этой группе, видимо, можно отнести и факторы транскрипции, которые активируются при участии данных посредников;

5. Другие гены, функционально имеющие отношение к БА, которые невозможно однозначно отнести ни к одной из указанных групп. В их числе можно рассматривать, например, исследуемые отечественными учеными гены биотрансформации ксенобиотиков, в частности, NAT2, CYP1A, GSTT1, GSTM1 (Ляхович В.В. и др., 2000).

Табл. 1. Некоторые гены-кандидаты БА

I. Гены факторов антигенного распознавания и гуморального иммунного ответа

147780 147850 146931 147683

Антигены гистосовместимости

Фактор роста тучных клеток

a -субъединица антигенного рецептора Т-клеток

II. Гены медиаторов воспаления и сопутствующих факторов

Ацетилгидролаза фактора активации тромбоцитов

Эндотелиальная синтаза оксида азота

Арахидонат 5-липоксигеназа

Фактор высвобождения гистамина

III. Гены рецепторов медиаторов и факторов гуморального иммунитета

Рецептор глюкокортикоидов

b 2-адренергический рецептор

b -цепь высокоаффинного рецептора IgE

IV. Гены факторов транскрипции

JAK1

Тирозинкиназа 1 семейства Jak

Трансмиттер сигнала и активатор транскрипции 6

b -субъединица ядерного фактора транскрипции Y

Субъединица 1 ядерного фактора транскрипции k B

Тирозинкиназа 3 семейства Jak

Глутатион S-трансфераза MU-1

Протеин лимфомы В-клеток 6

Трансмембранный протеин 4, специфичный для гемопоэтических клеток

Утероглобин (секреторный протеин клеток Clara)

Глутатион S-трансфераза THETA-1

Примечание. MIM – номер по каталогу “Mendelian Inheritance in Man” ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/OMIM ).

Недостатком кандидатного картирования является необходимость работать только с уже известными генами. При позиционном клонировании этот недостаток обходится: идентификация генов подверженности проводится путем анализа сцепления заболевания и любыми маркерами с установленным хромосомным положением. Это дает возможность картировать гены болезней, для которых не известны не только гены-кандидаты, но даже механизм развития.

Среди локусов БА, установленных с помощью данного подхода, видимо, наибольшую важность имеют участки 5q31.1-33, 6p12-21.2, 11q12-13, 12q14-24.1, 13q12-22, 14q11-12, 16p12.1-11.2 и Xq28/Yq12 (табл. 2). Во всяком случае, именно для них получены воспроизводимые результаты.

Таблица 2. Позиционно клонированные локусы бронхиальной астмы

IL3, -4, -5, -9, -12B, -13, GM-CSF, CSF1R, ADRB2, CD14, LTC4S

HLA-B, -DR, TNFA, TNFB, LTB, PAFAH

IFNG, IGF1, SCF, NFYB, LTA4H, NOS1

HTR2A, ESD, HRF, ALOX5AP, EDNRB, STAT5A

Методической вершиной позиционного клонирования является “полно-геномный” поиск генов, когда проводится анализ сцепления интересующего заболевания или признака с большим набором высокоинформативных генетических маркеров, равномерно распределенных по всему геному. В отношении БА и ассоциированных с ней признаков известно уже восемь таких исследований (Daniels S. E., 1996; The Collaborative Study…, 1997; Hizawa N. et al., 1998; Koppelman G. H. et al., 1998; Ober C. et al., 1998, 1999; Wjst M. et al., 1999; Yokouchi Y. et al., 2000). Их результаты выявили ряд важных обстоятельств (табл. 3).

Таблица 3. Результаты и следствия полно-геномных скринингов генов подверженности к астме

СЛЕДСТВИЕ

Подтверждено сцепление астмы с локусами 5q31, 6p12, 11q12, 12q14, 13q12, 14q11, 16p12, Xq28 В данных локусах расположены главные генетические детерминанты заболевания Предполагается сцепление еще с 10-15 локусами Подверженность к астме определяется большим числом генов Этническая специфика в распределении полиморфизмов генов-кандидатов БА Межпопуляционная вариабельность заболеваемости астмой Различия в сцеплении генетических локусов с BHR и атопией Разные молекулярные основы детерминации лабильности бронхов и синтеза IgE