Генетические маркеры в прогнозировании острых дыхательных нарушений новорожденных

Викторов В.В.¹, Хамидуллина Л.И.¹, Крюкова А.Г.¹, Данилко К.В².

¹ - Кафедра педиатрии и детской хирургии ИПО ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития, г. Уфа, ² – кафедра биологии ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития, г. Уфа

Статья опубликована в рамках материалов предстоящей научно-практической конференции «Актуальные вопросы хирургии и последипломной подготовки врачей хирургического профиля» посвященной 60-летнему юбилею Президента АХ РБ, член-корр. РАМН, профессора В.М. Тимербулатова 23 мая 2012 г., Уфа

      Одной из основных причин перинатальной заболеваемости и смертности в России являются дыхательные нарушения у новорожденных, чаще развивающиеся у недоношенных детей вследствие незрелости органов дыхания. Нарушение условий внутриутробного развития плода, прежде всего, хроническая внутриутробная гипоксия, а также другие факторы определяют ухудшение адаптационных возможностей ребенка в раннем неонатальном периоде, что приводит к увеличению контингента новорожденных группы высокого риска [4]. Хотя риск развития дыхательных нарушений у новорожденных во многом зависит от предрасполагающих факторов, следует отметить, что далеко не во всех случаях у детей группы риска формируется данная патология. Современная концепция этиопатогенеза дыхательных нарушений включает в себя общие положения о многофакторности и полигенности этой патологии, а также о сложном характере взаимодействия как генетических, так и внешне - средовых факторов в процессе развития заболевания.

      В последнее время исследования патогенеза многофакторных заболеваний пополнились данными о молекулярно-генетических маркерах. Использование достижений генетики позволяет установить взаимосвязи между большим спектром независимых генетических факторов и широко распространенными заболеваниями, определить группу риска по отношению к развитию данной патологии, прогнозировать течение.

      Многочисленные работы последних лет показывают, что свободнорадикальное окисление играет ключевую роль в патогенезе многих заболеваний легких [5]. Изучение полиморфных локусов генов детоксикации ксенобиотиков, ангиотензин-превращающего фермента, синтетазы окиси азота и интерлейкина, участвующих в процессах детоксикации ксенобиотиков является перспективным направлением.

      Активные формы кислорода, образующиеся в процессе реализации воспалительных реакций, чрезвычайно токсичны, они способны разрушать белки, липиды и нуклеиновые кислоты [14]. Все это приводит к апоптозу клеток и сдвигу равновесия в системе оксиданты-антиоксиданты, вследствие чего развивается окислительный стресс. Окислительный стресс сопровождается образованием многочисленных высокореакционных активных форм кислорода и продуктов перекисного окисления липидов, которые способны повреждать макромолекулярные и клеточные структуры

      Процесс биотрансформации включает 2 основных этапа. В первой фазе чужерожные вещества подвергаются микросомальному окислению в печени и надпочечниках при помощи цитохрома Р450. Во второй фазе происходит конъюгация образовавшегося активного кислородсодержащего метаболита, которая катализируется ферментами глутатион-S-трансферазами, N-ацетилтрансферазой [7].

      У человека суперсемейство цитохрома Р450 представлено приблизительно 100 генами, картированными на различных хромосомах. Один из наиболее известных представителей семейства цитохрома Р450 – цитохром Р450 1А1 (CYP1A1), который осуществляет биоактивацию экзогенных и эндогенных токсикантов. В основном экспрессируется в лёгких, печени, желудочно-кишечном тракте, головном мозге, лимфоцитах и макрофагах [15].

      В структуре гена CYP1A1 описано несколько полиморфных локусов. Транзиция аденина (А) на гуанин (G) в положении 2455 в экзоне 7 (A2455G) приводит к замене изолейцина на валин в 426 положении каталитического центра белка (Ile426Val), в результате этого, активность фермента увеличивается в 2 раза. Существует предположение, что, избыточная активность данного цитохрома приводит к накоплению АФК в клетке. Однако в других исследованиях было показано, что фермент не изменяет свою активность in vitro [10].

      Также хорошо изучен полиморфный локус T3801C, находящийся в 3' фланкирующей области, формируя, так называемый MspI - полиморфизм. Имеется версия, что при наличии данного полиморфного варианта активность фермента повышается [16].

      Роль полиморфных вариантов генов цитохромов изучалась при различных многофакторных заболеваниях, в частности, при онкологической патологии (рак легкого, мочевого пузыря, прямой кишки), хирургической патологии, бронхиальной астме и хронической патологии органов дыхания у детей, хронической обструктивной болезни легких и др. Рядом авторов проведено исследование среди курящих матерей, где выявлена ассоциация CYP1A1 MspI с риском возникновения преждевременных родов и рождения маловесного ребенка [16].

      При проведении исследования данного полиморфного локуса у новорожденных с дыхательными расстройствами не было получено достоверных различий. Наиболее часто встречался генотип Ile/Ile. Однако следует отметить, что лишь у одного новорожденного мужского пола из группы больных был обнаружен генотип Val/Val, данный пациент не выжил. В группе контроля данный генотип не был представлен. Анализ MspI - полиморфизма генаCYP1A1 выявил, что в обеих группах наиболее распространенным был генотип *1А*1А, а одинаково редким оказался генотип *2А*2А. Распределение частот генотипов и аллелей показал статистически значимые различия, гетерозиготный генотип *1А*2А и аллель *2А являются маркером риска развития дыхательных нарушений у новорожденных мальчиков. Известно, что у мальчиков развитие легких происходит медленнее, чем у девочек. К тому же антиоксидантная система сформирована не полностью, а, следовательно, легкие более подвержены действию АФК, которые образуются в результате оксидазных реакций, катализируемых цитохромом Р450. В связи с этим можно предположить, что увеличение активности фермента, связанное с полиморфным маркером T3801C генаCYP1A1, приводит к накоплению АФК и повреждению легких у новорожденных мужского пола [8].

      Вместе с тем было обнаружено, что генотип *1A*1F полиморфного локусаС-163А гена CYP1A2 маркирует риск развития инфекционных осложнений у новорожденных с РДС. У пациентов с генотип *1A*1F увеличивается риск развития РДС, осложненного пневмонией, в 2 раза.

      Исследования по изучению полиморфных локусов генов CYP1A1 и CYP1A2 проводятся достаточно широко при различных нозологиях. В литературе описаны данные о снижении массы и длины тела новорожденных родившихся от матерей, пассивно курящих и курящих, носителей генотипов *1А*2А и *2А*2А полиморфного локуса T3801C генаCYP1A1 [16]. Представленные результаты проявляли доза-зависимый эффект. Также группой ученых проведено исследование, где был показан риск возникновения спонтанных преждевременных родов у курящих матерей с генотипами *1А*2А и *2А*2А. Результаты проведенных исследований показали, что у пациентов носителей аллеля Val и гетерозиготного генотипа Ile/Val увеличивается риск развития хирургических инфекций и таких тяжелых осложнений как септический шок и полиорганная недостаточность. У больных хирургических инфекций с генотипом Val/Val имеются изменения в таких показателях периферической крови, как уменьшение количества тромбоцитов, ретикулоцитов, увеличение моноцитов [1]. Мутации и полиморфизмы гена CYP1A1 широко изучались в ассоциативных исследованиях при различных онкологических заболеваниях, особенно тех, которые связаны с курением. Была показана тесная связь с повышенным риском развития рака легкого. Также имеются данные о риске развития хронического воспалительного процесса в легких и бронхах у детей носителей аллеля *2С полиморфного локуса A2455G гена CYP1A1 [6].

      Проведенные исследования генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков второй фазы выявили увеличение носителей делеционных вариантов гена глутатион-S-трансферазы класса µ (GSTM1) среди больных онкологическими заболеваниями. Помимо этого увеличивается риск развития осложнений у пациентов с хирургической инфекцией носителей нулевого генотипа в виде септического шока и полиорганной недостаточности, что может использоваться в качестве неблагоприятного прогностического критерия в клинической практике ведения больных [1].

      Из литературных данных известно, что при наличии нулевого генотипа увеличивается риск развития заболеваний легких. Проведенный анализ делеционного локуса гена GSTM1 среди новорожденных с дыхательными нарушениями не выявил достоверных различий [8]. Полученные результаты сопоставимы с работой ученых из Италии, в результате которой также не было обнаружено ассоциации с развитием РДС у новорожденных. Однако, была показана ассоциация у курильщиков из Франции с тяжелой формой хронического бронхита. Риск развития хронического бронхита был повышен у больных с делецией гена в 2,8 раза [9].

      В результате исследований распределения частот генотипов полиморфных локусов Ile105Valи Ala114Val генаGSTP1 было показано, что у новорожденных носителей гетерозиготного генотипа Ile/Val и Ala/Val снижается риск развития РДС, осложненного пневмонией, а у носителей генотипа Ala/Ala увеличивается риск развития дыхательных нарушений более чем в 2 раза. В исследованиях Oretti C. et al. (2009) получены сходные результаты [13].

      Ренин-ангиотензиновая система, одним из главных компонентов которой является ангиотензинпревращающий фермент (АПФ), служит важным регулятором не только артериального давления, но и обмена нейропептидов, репродуктивных процессов, защитных и иммунных реакций, а также принимает участие в фето-плацентарном развитии и маточно-плацентарном кровообращении. Известно, что в реализации системной воспалительной реакции большая роль отводится АПФ и эндотелиальной синтазе окиси азота (eNOS) [11].

      АПФ, осуществляя конверсию ангиотензина I в ангиотензин II, является одним из вазоконстрикторов и важнейшим ферментов регуляции сосудистого тонуса. В гене ACE описано более 160 полиморфизмов, большинство которых являются однонуклеотидными заменами. Широко изучаемым является инсерционно-делеционный полиморфизм. Наличие делеционного аллеля у пациентов с хирургической инфекцией увеличивает риск развития полиорганной недостаточности. Сходные результаты получены среди новорожденных с РДС, где также значительно чаще встречался делеционный аллель, что, вероятно, может служить маркером риска развития данного заболевания [3]. К настоящему времени накоплено множество исследований об ассоциации данного полиморфизма у больных с инфарктом миокарда, гипертензией, заболеваниями почек, преждевременными родами, а также с острым РДС.

      Роль иммунной системы в ранней постнатальной адаптации чрезвычайно важна. В процессе перехода из стерильных условий внутриутробного развития, в условиях повышенной антигенной нагрузки отмечается достоверное увеличение сывороточных и плазменных концентраций провоспалительных цитокинов. Лабораторные признаки системной воспалительной реакции в физиологических условиях не сопровождаются развитием картины системного воспалении. Баланс про- и противовоспалительных цитокинов может являться ключевым моментом, обуславливающим клиническое состояние ребенка [2].

      Исследования разных авторов свидетельствуют о многообразном влиянии медиаторов воспаления и компонентов сурфактанта легких друг на друга. [12]. Показано, что ранний воспалительный ответ, включающий активацию нейтрофилов, тканевых макрофагов и цитокинов, играет важную роль в патогенезе РДС, а также других хронических и острых заболеваний легких у детей. В ходе сравнительного анализа подгрупп с разным течением РДС показаны значительные отличия в распределении частот генотипов полиморфного локуса - 511C>Tгена IL1B. Однако, наблюдалась лишь тенденция увеличения доли гетерозиготного генотипа СТ в подгруппе РДС, осложненного пневмонией и уменьшения доли генотипа ТТ [3].

      Проанализировав распределение частот аллелей и генотипов VNTR-локуса гена IL1RN в подгруппах новорожденных с РДС, выявлены существенные различия в распределении аллелей и генотипов. Это обусловлено достоверным снижением частоты аллеля *А2 в группе пациентов с РДС, осложненным пневмонией и существенным повышением частоты аллеля *А1 и генотипа А1А1 в этой же группе. Установлено, что маркером предрасположенности к развитию инфекционных осложнений у больных РДС является аллельный вариант *А1 гена IL1RN, а аллель *А2  является маркером устойчивости.

      Резюмируя вышеизложенные результаты, можно заключить, что генетические варианты цитокинов могут занимать определенную место не только в структуре механизмов определения фенотипических вариантов РДС у новорожденных, но и играть важную роль в формировании предрасположенности к развитию дыхательных нарушений у новорожденных. Согласно современным данным, воспалительные реакции в легких, во многом опосредованные цитокинами, могут быть как причиной, так и следствием повреждения альвеолярного сурфактанта и способствуют повреждению эпителиального слоя и эндотелия сосудов легких. Указанные механизмы принимают участие в процессах формирования признаков как РДС, так и врожденной пневмонии.

      При наследственно обусловленном неблагоприятном сочетании полиморфных аллелей этих генов вероятность развития осложнений заболеваний у новорожденных с дыхательными нарушениями очевидна. Проблема профилактики и лечения заболеваний не утратила своей актуальности. Более того, стало ясно, что решение проблем профилактики заболеваний является междисциплинарной и для ее решения требуются координированные усилия не только врачей общей практики, хирургов, реаниматологов, но также и иммунологов, патофизиологов, молекулярных генетиков и других специалистов. Таким, образом, необходимо широкое и комплексное изучение патогенетических механизмов и молекулярно-генетических аспектов предрасположенности к развитию многофакторных заболеваний, как в области педиатрии, так и в области хирургии. Выявление на основе полученных данных прогностически значимых маркеров будет способствовать разработке путей оптимизации диагностики и лечения заболеваний.

Литература

1. Викторов В.В. Оптимизация методов диагностики, лечения и прогнозирования гнойно-септических осложнений в абдоминальной хирургии // Автореф. Дис. докт. мед. наук. Уфа, 2002.
2. Володин Н.Н., Дегтярева М.В., Симбирцев А.С. и др. Роль противовоспалительных цитокинов в иммунной адаптации новорожденных // Int. J. on Immunoreabilitation. – 2000. – Vol. 2, № 1. – P. 175-185.
3. Данилко К.В. Роль генов белков сурфактанта, цитокиновой сети и ренин-ангиотензиновой системы в формировании дыхательных расстройств у новорожденных // Автореф. дис. канд. биол. наук. Уфа, 2007.
4. Дементьева Г.М., Рюмина И.И., Фролова М.И. Выхаживание глубоконедоношенных детей: современное состояние проблемы // Педиатрия. – 2004. - № 3. - С. 60-66.
5. Иванов С.Л. Бронхолегочная дисплазия. Обзор современных подходов // Интенсивная терапия в неонатологии. – 2004. - Т. 1. - С. 15-26.
6. Корытина Г.Ф., Ахмадишина Л.З., Кочетова О.В. и др. Ассоциация полиморфных маркеров генов семейства цитохрома P450 (CyP1a1 и CYP1a2) с развитием хронической обструктивной болезни легких  в Республике Башкортостан // Молекулярная биология. - 2008. - Т. 42, № 1. - С. 32-41.
7. Сибиряк С.В., Вахитов В.А., Курчатова Н.Н. Цитохром Р450 и иммунная система: факты, гипотезы, перспективы // Уфа: Гилем, 2003. - 211 с.
8. Хамидуллина Л.И. Роль генетических факторов в формировании дыхательных нарушений у новорожденных // Автореф. Дис. канд. Мед. Наук. Москва, 2010.
9. Baranova H., Perriot J., Albuisson E. et al. Peculiarities of the GSTM1 0/0 genotype in French heavy smokers with various types of chronic bronchitis // Hum. Genet. - 1997. - Vol. 99. - P. 822-826.
10. Bartsch H., Nair U., Risch A., et al. Genetic polymorphism of CYP genes, alone or in combination, as a risk modifier of tobacco-related cancers // Cancer Epidemiol., Biomarkers Prev. – 2000. - Vol. 9. – P. 3–28.
11. Harding D., Dhamrait S., Marlow N. et al. Angiotensin-converting enzyme DD genotype is associated with worse perinatal cardiorespiratory adaptation in preterm infants // J. Pediatr. – 2003. – Vol. 143, № 6. – P. 746-749.
12. Ikegami M., Grant S., Korfhagen T. et al. Surfactant protein-D regulates the postnatal maturation of pulmonary surfactant lipid pool sizes // J. Appl. Physiol. – 2009. – Vol. 106, № 5. – P. 1545-1552.
13. Oretti C., Marino S., Mosca F. et al. Glutathione-S-transferase-P1 I105V polymorphism and response to antenatal betamethasone in the prevention of respiratory distress syndrome // Eur. J. Clin. Pharmacol. – 2009. – Vol. 65, P. 483–491.
14. Rodrıguez-Capote K., Manzanares D., Haines T., Possmayer F. Reactive oxygen species inactivation of surfactant involves structural and functional alterations to surfactant proteins SP-B and SP-C // Biophysical J. – 2006. - Vol. 90. – P. 2808–2821.
15. Schwarz D., Kisselev P., Schunck W.H. et al. Allelic variants of human cytochrome P450 1A1 (CYP1A1): effect of T461N and I462V substitutions on steroid hydroxylase specificity P // Pharmacogenetics. – 2000. – Vol. 10, № 6. - P. 519-30.
16. Wu T., Hu Y., Chen C. et al. Passive smoking, metabolic gene polymorphisms, and infant birth weight in a prospective cohort study of chinese women // Am. J. Epidemiol. – 2007. - Vol. 166. – P. 313–322.