Текст книги "Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)"
Автор книги: А. Чучалин
Жанр:
Медицина
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 191 страниц)
59. Al -Bazzaz FJ, Cheng E: Effect of catecholamines on ion transport in dog tracheal epithelium // J. Appl. Physiol. 47:397-403, 1979.
60. Marin M.G., Davis B., Nadel J.A; Effect of acetylcholine on Cl and Na fluxes across dog tracheal epithelium in vitro //Am. J. Physiol. 231;1546-1549, 1976.
61. Nathanson I., Widdicombe J.H., Barnes P.J. Effect of vasoactive intestinal peptide on ion transport across the dog tracheal epithelium // J. Appl. Physiol. 55; 1844-1848, 1983.
62.Kuhn III C. Normal anatomy and histology. In: Pathology of the lung. 2-nd. ed. Eds. W.M.Thurlbeck, A.M.Churg. Thieme Medical Publishers, New York. 1995.– PP.1-36.
63.Kobzik L. The lung. In: Robbins pathologic basic of disease. 6-th ed. /Cotran R.S., Kumar B., Collins T.– W.B. Saunders Company. USA., 1999.– PP.697-755.
64. Fraser, Pare. Diagnosis of diseases of the chest. Vol. 1. 2-тв ed. Philadelphia: W.B.Saunders, Co. 1977. PP. 24.
document:
$pr:
version: 01-2007.1
codepage: windows-1251
type: klinrek
id: kli13235097
: 01.2. ГЕНЕТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЕГКИХ
meta:
author:
fio[ru]: Г.Ю. Бабаджанова, Н.А. Дидковский
codes:
next:
type: dklinrek
code: I.I
Наряду с заболеваниями, этиологически строго детерминированными наследственностью (генные и хромосомные) или факторами внешней среды (травмы, ожоги), есть большая и нозологически разнообразная группа заболеваний, развитие которых определяется взаимодействием определенных наследственных факторов (мутации или сочетания аллелей) и факторов среды. Эта группа называется заболеваниями с наследственной предрасположенностью.
Заболевания с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды. Именно к данной группе болезней и относятся заболевания бронхолегочной системы.
Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную и моногенную основу. Моногенная наследственная предрасположенность определяется одним геном, т.е. связана с патологической мутацией данного гена, но для патологического проявления мутации требуется обязательное действие одного или нескольких факторов внешней среды, которые обычно точно идентифицируются и по отношению к данной болезни могут рассматриваться как специфические. Пример такого заболевания среди бронхолегочных – муковисцидоз (МВ).
Полигенная наследственная предрасположенность определяется сочетанием аллелей нескольких генов. Свой патологический потенциал они проявляют вместе с комплексом нескольких факторов внешней среды. Это мультифакториальные заболевания (МФЗ). Соотносительная роль генетических и средовых факторов различна не только для даннoго заболевания, но и для каждого больного. Яркий пример мультифакториального заболевания среди бронхолегочных – бронхиальная астма (БА).
Таким образом, заболевания респираторного тракта в своем большинстве вызваны целым рядом факторов. К ним относятся факторы внешней среды, генетические и случайные.
type: dkli00010
ГЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНОВ РИСКА БРОНХОЛЕГОЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Геннотехнический анализ генов риска бронхолегочных заболеваний можно разделить на три составляющие.
ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТОВ ПРОТЕИНОВ.
Молекулярно-генетические технологии используются для характеристики дефектов протеинов с известной физиологической функцией. Благодаря представлениям о дефектах на уровне дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и проистекающих отсюда нарушениях на уровне транскрипции, трансляции и посттрансляционных модификаций можно достичь углубленного понимания молекулярных механизмов патологии. Это хорошо видно в связи с анализом альфа1антитрипсина, который хорошо изучен при МВ (дефектный CFTRпротеин и цитохром b558). В некоторых случаях доказательство генетического дефекта на уровне ДНК значительно проще, чем на уровне протеина, что позволяет использовать молекулярно-генетические технологии для улучшения диагностических возможностей [15]. Это справедливо прежде всего для тех патогенетически релевантных генов, которые можно выделить только из специфических тканей и протеиновые продукты которых невозможно обнаружить в крови или других клинически легко получаемых пробах.
ПОЗИЦИОННОЕ КЛОНИРОВАНИЕ ГЕНОВ РИСКА.
Помимо известных стратегических знаний о структуре и функции соответствующих заболеванию протеинов, существует метод – «анализ сцепления» – для идентификации патогенетических генов и их протеиновых продуктов. Анализ сцепления проводят в семьях с каким-либо моногенным заболеванием, при этом ищут связь этого заболевания с известными генетическими маркерами, т.е. выясняют, наследуется ли данное заболевание вместе с известными маркерами («сцеплено» ли оно с ними). На этом основании нельзя сразу обнаружить вид и функцию «виновного» гена или его протеина, поэтому сначала определяют лишь его локализацию в человеческом геноме. Позже сам ген клонируют, а его протеиновый продукт описывают. Так, в рамках различных геномных проектов создают карты человеческого генома, в которых обозначены позиции многих сотен генетических маркеров и которые можно использовать для анализа сцепления. Если для одного из маркеров находят тесное сцепление с заболеванием, это показывает, что ген заболевания локализуется в непосредственном соседстве с маркером, и если тем самым можно идентифицировать примерную позицию гена в геноме, то, как следствие, возможна изоляция гена из соответствующего банка. Технику позиционного клонирования успешно применяют для локализации и изолирования генов. Анализ сцепления применяли для идентификации генов МВ [29], гена хронического гранулематозного заболевания и даже для некоторых продуктов иммуноглобулина Е [8].
АНАЛИЗ КАНДИДАТНЫХ ГЕНОВ.
Кроме молекулярной характеристики протеиновых аномалий и позиционного клонирования генов сегодня для выяснения генетической предрасположенности к заболеваниям в распоряжении исследователя имеется и прямой генно-технический анализ кандидатных генов, т.е. генов с предполагаемым патогенетическим вкладом. Этот метод особенно предпочтителен при комплексных, полигенных заболеваниях – коронарной патологии сердца, сахарном диабете 2го типа, опухолевых заболеваниях [2]. Цель метода – идентификация важнейших генов риска для этих заболеваний и их наиболее частых аллельных дефектов. Естественно, генетический анализ комплексных заболеваний намного сложнее, чем моногенных, но их высокая частота и большое клиническое значение вызывают неизменный интерес у генетиков. Анализ кандидатных генов предполагает высокоразвитые генно-технические методы для выявления мутаций: применяют различные генно-сканирующие технологии, разработанные именно для выявления кандидатных генов.
type: dkli00011
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Человеческий геном сегодня практически полностью расшифрован. Изучение структурного анализа такого сложного генома стало возможным благодаря развитию большого числа высокоэффективных молекулярно-генетических технологий. Развитие аналитического инструментария позволило провести полное картирование и, как конечную цель, полную последовательность (секвенирование) всего генома [56]. Приведем подробнее некоторые технологии, которые используются для клинического применения и для генетического анализа комплексных заболеваний.
ПОЗИЦИОННОЕ КЛОНИРОВАНИЕ.
Клонирование нового гена заболевания – это первый фундаментальный шаг при молекулярно-генетическом анализе какоголибо генетического заболевания. Если отсутствует какаялибо структурная или функциональная предварительная информация о гене, он может быть клонирован при определенных обстоятельствах, на основе его хромосомной локализации. Для этого применяют уже описанный выше анализ сцепления, в котором общее наследование одного генетического маркера и одного заболевания изучается в большой семье с этим заболеванием. При этом маркер ни в коем случае не имеет функционального значения – он является лишь привычным вариантом геномной секвенции (последовательности) ДНК, расположенной вблизи собственно гена заболевания. В случае, когда анализируют достаточно большие семьи с клинически четкими картинами заболеваний, возможно определение локализации гена с большой точностью и надежностью. На заключительном этапе предпринимается попытка при помощи клонирования последующих областей геномной ДНК из целевой области и поиска выделенных в ней последовательностей идентифицировать и выделить сам ген заболевания.
ДРУГИЕ СПОСОБЫ КЛОНИРОВАНИЯ.
При наличии предварительной информации о связанном с заболеванием протеине можно применять другие методы клонирования. Если известны частичные последовательности аминокислот протеина, можно провести скрининг банка генов человека с использованием смесей олигонуклеотидов, соответствующих возможным последовательностям кодона фрагмента протеина. В таком банке генов содержится общий геном человека в фрагментарной форме. При создании банка генов вносят стохастические (случайные) фрагменты геномной ДНК в клетки (кишечная палочка, дрожжи) с помощью векторов (фаги, космиды, эукариотические экспрессионные векторы), в которых они затем размножаются [50]. Типичный репрезентативный космидный или фаговый банк человека содержит около 1 млн индивидуальных клонов, причем каждый – с маленькой собственной частью генома (от 20 000 до 40 000 базовых пар на клон). Если известны биологические функции или антигенные свойства связанного с заболеванием протеина, можно обследовать экспрессионные банки генов с помощью функциональных наборов или специфических антител к клону, содержащему искомый ген. Если такой клон идентифицирован, он может быть размножен in vitro, при этом он производит огромное число копий гена, достаточное для характеристики гена до полного секвенирования и выделения продуктов протеина в чистой форме. Клонирование генов описанными методами – это очень сложный процесс, особенно когда мало предварительной информации об искомом гене.
ПОЛИМЕРАЗНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ (ПЦР) И ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕННЫХ ДЕФЕКТОВ.
Точным, хотя и дорогостоящим, методом для характеристики генов заболевания у индивидуальных пациентов можно считать клонирование этих генов и полное секвенирование. Грубую информацию о структурных генных повреждениях получают посредством так называемого рестрикционного анализа. При этом геномную ДНК пациентов разрезают с помощью специфических энзимов (рестрикционных эндонуклеаз), разделяют при помощи электрофореза и гибридизируют с помощью специфического генного зонда [48]. Из полученного таким образом рестрикционного образца распознаются большие генные дефекты, а часто даже патогенные точечные мутации. Современная технология, которую можно использовать для быстрого доказательства таких мутаций, и есть так называемая полимеразная цепная реакция – ПЦР [14]. Технология ПЦР используется для диагностики моногенных, а также инфекционных и злокачественных заболеваний. Ее принцип – размножение (амплификация) in vitro сегмента ДНК, имеющегося в мизерном количестве. Это автоматизированный процесс с использованием последовательно специфического праймера – олигонуклеотида и термоустойчивой синтезированной ДНКполимеразы для энзиматического увеличения количества ДНК на выходе. На практике из нескольких микролитров крови пациента выделяют геномную лейкоцитарную ДНК, которая содержит мизерные количества необходимой для исследования целевой последовательности. Для структурного анализа (например, секвенирования) эти количества были бы слишком незначительны, однако с помощью ПЦР они амплифицируются более чем в 106 раз. Помимо геномной ДНК, могут амплифицироваться и секвенироваться индивидуальные рибонуклеиновые кислоты (РНК). Для этого сначала выделяют клеточную общую РНК, которая используется для синтеза in vitro комплементарной ДНК (сДНК), а затем амплифицируется как обычная ДНК с помощью ПЦР.
В последнее время появились методы, позволяющие прямо секвенировать ПЦРпродукты из геномной ДНК без предшествующего клонирования [44]. Эта технология освобождает от необходимости клонирования индивидуального гена и имеет большое значение для характеристики генных дефектов. В распоряжении исследователя для реализации этой технологии имеются специальные радиоактивные и автоматизированные протоколы.
Генное сканирование.
Хотя ПЦРамплификация и прямое секвенирование – очень эффективные и быстрые методы для характеристики генных дефектов человека, все-таки пока есть определенные проблемы. Одна из них – обследование (сканирование) гена в целом на наличие точечных мутаций. Эта проблема возникает, например, при анализе кандидатных генов и подозрении, что они несут при определенном заболевании патогенные мутации, распределенные на протяжении всего гена. В качестве предварительного этапа секвенирования при такой проблеме разработали так называемую технику генного сканирования, которая позволяет ответить на вопрос, имеются ли вообще какие-либо мутации в обследуемой области. Тогда при наличии этой предварительной информации, а затем при окончательной характеристике посредством секвенирования возможно ограничение на действительно нужной (позитивной) области обследования. Все техники сканирования базируются на ПЦРтехнологии и при относительно небольшой трудоемкости позволяют обследовать гены на наличие мутаций у большого числа пробандов.
ТРАНСФЕР ГЕНОВ IN VIVO .
Существуют следующие принципы генной терапии:
–дефектный ген, являющийся причиной моногенного наследственного заболевания, замещается на функционально способный ген (генная аугментация). Примером такой генной терапии может служить тяжелый комбинированный иммунодефицит, когда производится трансфер гена аденозиндезаминазы;
–трансферируется ген, дополнительная экспрессия которого у пациентов при заболевании, не обязательно обусловленном дефектом гена, требует терапевтического воздействия. Примером этого может служить локальная экспрессия цитотоксической субстанции при малигноме;
–дефектный ген замещается функционально способным (здоровым) геном (генная коррекция посредством гомологичной рекомбинации) [11].
В первых клинических исследованиях по генной терапии генный трансфер производился ex vivo. Так, у пациента забирали целевые клетки генной терапии, например гепатоциты, клетки костного мозга или лимфоциты, изменяли их генно-техническим способом вне организма, а затем вводили вновь. В последнее время разработаны такие векторы трансферирующих генов, которые позволяют проводить у людей прямой трансфер генов in vivo. Например, аденовирусные векторы применяют при генной терапии для введения нормального муковисцидозного CFTRгена в эпителий дыхательных путей пациентов, страдающих МВ [10]. Сейчас интенсивно работают над развитием таких векторов, которые позволяют проводить органоспецифический in vivo трансфер в печень, костный мозг, эндотелий сосудов. Разрабатываются и другие способы соматической терапии коррекции гена.
ГЕННОЕ ПРИЦЕЛИВАНИЕ
(Gene Targeting). Для изучения сложных генетических патомеханизмов важно производство трансгенных животных посредством целевого изменения их генома. Животным создают генетические дефекты и анализируют их биологическое влияние на организм в целом. Речь идет о функции таких мутированных генов, воздействие на организм которых неизвестно или известно лишь частично. У трансгенных животных определенные гены могут полностью инактивироваться (Gene Disruption) или целевым образом мутагенизироваться (Targeted Mutagenesis). Была создана модель человеческого МВ на мыши, для чего мутагенизировали мышиный гомолог гена человеческого МВ [7]. Близким способом была создана на мыши модель альфа1антитрипсинового дефицита человека. Создают и других трансгенных животных, например для изучения энзима супероксиддисмутазы.
type: dkli00012
ИЗВЕСТНЫЕ ГЕНЫ РИСКА РЕСПИРАТОРНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
ГЕН альфа1-АНТИТРИПСИНА
В начале 1960х годов из человеческой сыворотки был выделен трансингибиторный протеин, названный альфа1антитрипсином, или ААТ. ААТ – это гликопротеин острой фазы, он подавляет как трипсин, так и целый ряд серинпротеиназ, а его главная физиологическая роль заключается в ингибировании протеолитического энзима – нейтрофильной эластазы [32]. Дальнейшее изучение ААТ выявило связь между его дефицитом и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). Далее были изучены структура, функции и клиническое значение этого протеиназного ингибитора (PI) и показано его аутосомно-рецессивное наследование. Дальнейшее наблюдение за пациентами с ХОБЛ, ассоциированных с ААТ, выявило, что курение значительно ухудшало их состояние и укорачивало жизнь почти на 20 лет [25]. Развитие способов изучения протеина позволило обнаружить новое число выриантов этого протеина, например дефектную аллель Z. Было показано, что некоторые ААТдефектные аллели связаны не только с ХОБЛ, но и с заболеваниями печени: например, гомозиготный носитель Zаллели был связан с циррозом печени у маленьких детей, тяжелой гепатопатии – с дефектом аллели Mmalton и Mduarte [9].
Дальнейший поиск причины связи между заболеваниями легких и недостатком ААТ привел к развитию так называемой протеиназно-антипротеиназной теории . В огромном числе исследований было показано, что различные протеолитические энзимы нарушают матричную структуру легкого, что ведет к неадекватной работе легких. ААТ – доминирующий протеиназный ингибитор в бронхоальвеолярном смыве. С недавних пор в распоряжении врачей имеются препараты ААТ, которые реконструируют в легком эластазноингибиторный потенциал сыворотки у больных с дефицитом ААТ. Его применяют внутривенно или в виде аэрозоля [22].
Развитие современных технологий открыло новые возможности для анализа ААТассоциированных заболеваний. В 1980х годах ААТген был локализован, клонирован и секвенирован на хромосоме 14 [42]. Затем были клонированы и секвенированы многочисленные дефекты ААТгена, охарактеризованы возможные мутации и их влияние на синтез и функцию ААТ. Клонирование и структурный анализ ААТгена позволили провести генетический синтез гликозилированного человеческого ААТ в фибробластах. Появилась возможность прямого трансфера и локальной экспрессии ААТгена в дыхательных путях in vivo с помощью аденовирусного вектора. Генный продукт ААТ уже можно использовать для внутривенного и ингаляционного введения.
ГЕН МВ
Кроме ААТгена, известен другой ген риска – причина МВ. В классических случаях эта болезнь начинается в раннем детстве с рецидивирующей легочной инфекции с выраженной бронхиальной дискринией и гиперпродукцией бронхиального секрета с последующим формированием бронхоэктазов, рецидивирующими пневмониями и хронической обструкцией дыхательных путей. Больные умирают, как правило, рано. МВ часто ассоциируется с экзокринной панкреатической недостаточностью, следствием чего и является дискриния с развитием густого секрета. Причины этого сочетания до конца не выяснены. Помимо бронхов и поджелудочной железы, имеет место специфический дефект потовых желез: такие больные имеют необычно высокое содержание хлорида натрия в поте, что при сильной жаре ведет к его большим потерям, вплоть до развития коллапса.
МВ наряду с недостаточностью альфа1антитрипсина – самое частое наследственное заболевание белого населения Европы и Северной Америки, приводящее к смерти. При анализе сцепления CFсемей с помощью молекулярно-генетического маркера в 1985 г. установили локализацию CFгена на хромосоме 7q 31 – 32 [52]. Более точную локализацию и клонирование провели в 1989 г. Название «CFген» следует из его обозначения – Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR), этот ген частично секвенирован и клонирован на искусственной дрожжевой хромосоме. Его экспрессия в эпителии дыхательных путей исправляет дефектную регуляцию хлоридного канала в клетках эпителия. Прямой анализ CFTRгена показал, что около 2/3 всех CFхромосом несут специфическую мутацию F508 на экзоне 10, а на остальной 1/3 имеется большое число последующих мутаций. На сегодняшний день их известно более 170 [40]. Прямой анализ данного гена имеет большое значение для пренатальной диагностики носительства. Наличие DF508, гомозиготы или комбинация с другими CFTRмутациями доказывают диагноз МВ. Затрудняет постановку диагноза лишь то, что еще не все CFTRмутации охарактеризованы, а также различие клинического течения МВ и влияния на них экзогенных факторов. Так же как при ААТгене, имеется возможность прямого трансфера и экспрессии CFTRгена в эпителий дыхательных путей. Сначала эту попытку предприняли на моделях животных, а затем у больных с тяжелым МВ. По этому же принципу провели первые клинические испытания по генной терапии [11].
ГЕН NADPH-ОКСИДАЗНОГО КОМПЛЕКСА
Более 30 лет назад, сразу после описания ААТ, было описано генетическое заболевание, вызванное нарушением антимикробной защитной функции фагоцитов, которое было названо хроническим гранулематозным заболеванием (ХГЗ). Больные страдают повторными бактериальными инфекциями, заканчивающимися в конце концов летально с формированием в легком множественных гранулем. Исследование состояния фагоцитов и метаболизма нейтрофилов у этих пациентов обнаружило, что эти клетки, в отличие от нормальных нейтрофилов, не продуцируют супероксидный радикал (О2), и, таким образом, фагоцитированные бактерии не убиваются. Для строительства действенного антимикробного кислородного радикала необходим О2оксидредуктазный энзим или NADPHоксидаза, находящаяся в плазматической мембране фагоцитов. Первичным продуктом NADPHоксидазы является супероксидный радикал.
Было показано, что это заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному или Хсцепленному рецессивному типу. Это означает, что заболевание генетически гетерогенно и обусловлено как минимум дефектами двух разных генов: один Хсцепленный, другой – аутосомный. Открытие того, что Хсцепленная форма связана с отсутствием гемопротеина – цитохрома b558, позволяет предположить, что эта форма представлена Хсцепленно кодированной компонентой – NADPHоксидазным комплексом. В 1986 г. ген для Ххромосомной, цитохромb558негативной формы заболевания ХГЗ (Xb) был клонирован в соответствии с его хромосомной локализацией [47]. Ген кодирует тяжелую цепь цитохрома b558. Позже была разъяснена основа цитохромb558активной формы ХГЗ (AB) с дефектом в альфацепи гена. Помимо этих двух форм, при которых отсутствует мембранный цитохром в одной из цепей, открыли аутосомно-рецессивную цитохромb558позитивную форму СПВ (AB+), которая связана с отсутствием второго, цитозольного компонента NADPHоксидазного комплекса [34]. ХГЗ – очень редкое заболевание, поэтому методы генной терапии для него не разработаны, хотя теоретически терапия его возможна методом трансфера гена.
type: dkli00013
ПОИСК НОВЫХ ГЕНОВ РИСКА БРОНХОЛЕГОЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Наши знания о заболеваниях бронхолегочной системы, полученные различными методами исследования в сочетании с молекулярно-генетическими методами поиска генов риска, помогают лучше сориентироваться в патогенезе этих заболеваний. Выделяют следующие механизмы.
–Нарушение протеиназно-антипротеиназного равновесия в легком, в результате чего нарушается структура легочной ткани (через протеолитические энзимы). Прототипом этого довольно частого генетического дефекта протеазно-антипротеазного равновесия является описанный выше ААТдефицит.
–Генетическая регуляция продукции иммуноглобулина Е (IgE) и поиск отвечающих за нее генов. У больных с атопией эта регуляция нарушена, что имеет важное значение в патогенезе БА и других подобных заболеваний.
–Нарушение антимикробных механизмов защиты в легком. Расшифровка генов, отвечающих за это нарушение, приведет к лучшему пониманию патогенеза болезней и новым терапевтическим возможностям.
Внутрилегочное протеиназно-антипротеиназное равновесие. В основе патогенеза ХОБЛ лежит протеиназно-антипротеиназная теория, что было показано в экспериментах на животных и у людей. Известно, что протеиназы в легком обладают сильным поражающим механизмом, если неадекватно ингибируются их ингибиторами антипротеиназами. Так, альфа1антитрипсин обеспечивает около 90% антиэластазной активности легкого, а дефицит ААТ – это прототип генетического субтипа ХОБЛ, обусловленного протеиназно-антипротеиназным дисбалансом. В этом случае антагонисты нам известны: это нейтрофильная эластаза и альфа1антитрипсин. О физиологических функциях многих других внутрилегочных протеиназ и их ингибиторов известно очень мало. Однако в последние годы изучены некоторые протеиназы и антипротеиназы (табл. 1-3, 1-4).
Таблица 1-3. Протеиназы
Обозначение
Хромосомный регион
Молекулярная масса, kDa
Происхождение
Субстрат
Ингибиторы
Серинэластаза
19p
—
АГН*
Эластин, фибронектин и др.
α 1-Антитрипсин
Протеиназа-3
19р
—
АГН
Эластин
Неизвестный
Азурофилин
19р
—
АГН
Эластин
Неизвестный
Катепсин G
14q 11.2
26
АГН
Эластин
α 1-Антихимотрипсин
Металлоэластаза
—
—
Альвеолярные макрофаги (новый синтез)
Эластин
TIMP** и α 2-макроглобулин
Металлоколлагеназа
—
—
Специфические гранулы нейтрофилов
Коллаген
TIMP и α 1-макроглобулин
* АГН – азурофильные гранулы нейтрофилов.
** TIMP – тканевый ингибитор металлопротеиназ.
Таблица 1-4. Антипротеиназы
Обозначение
Хромосомный регион
Молекулярная масса, kDa
Клетки происхождения
Связывание
α 1-Антитрипсин
14q 31–32
52 (12)
Гепатоциты и альвеолярные макрофаги
Эластазы
α 1-Антихимотрипсин
14q 31–32
68 (26)
Гепатоциты и альвеолярные макрофаги
Катепсин G, химазы тучных клеток
α 2-Макроглобулин
12p 12–13
720
Гепатоциты и альвеолярные макрофаги
Широкий спектр человеческих и бактериальных протеиназ, вирусов, бактерий
Антилейкопротеиназа
—
—
Клетки бронхиального эпителия
Эластаза, катепсин G
Примечание. В скобках указан молекулярный вес углеводных цепей в общем молекулярном весе гликопротеинов.
Активированные нейтрофилы высвобождают кроме серинэластазы еще и катепсин G, протеиназу3 и азурофилин из азурофильных гранул (см. табл. 1-3), и все четыре энзима поражают эластическую структуру легкого [17]. Активированные нейтрофилы аккумулируются в легких курильщиков, так же как у пациентов с ХОБЛ. Кроме этих «эндогенных» протеиназ при инфекциях бронхиального дерева из разрушенных бактерий высвобождаются высокоактивные бактерийспецифические протеиназы, которые принимают участие в разрешении рецидивирующего воспаления при ХОБЛ. Такие защитные функции в легких осуществляются антипротеиназами (см. табл. 1-4).
Благодаря накопленным знаниям с помощью молекулярно-генетических методов были изучены еще два потенциальных гена риска для заболеваний легких – альфа1антихимотрипсин (АСТ) и альфа2макроглобулин-ген (А2М).
АСТ – это ингибитор серинпротеиназы с до конца не известной физиологической функцией у человека. Это гликопротеин острой фазы, который ингибирует химазу тучных клеток и катепсин G (см. табл. 14). Он кодирован геном, принадлежащим к генной семье альфа1антитрипсина в регионе q31 – q32 14й хромосомы и удален от ААТгена не далее чем на 130 базовых пар [49]. По многим причинам его причисляют к потенциально новым генам риска респираторных заболеваний. Он ингибирует продукцию супероксида в нейтрофилах, регулирует их хемотаксис, индуцированный катепсином G, и стимулирует продукцию протеинов острой фазы после связывания с катепсином G [24]. Описан частичный АСТдефицит среди шведского населения (практически у каждого 200го жителя). Гомозиготы этой дефектной аллели пока не найдены, а гетерозигота для дефектной аллели ассоциируется с нарушениями функции внешнего дыхания [39]. У некоторых пациентов с АСТдефицитом были обнаружены сочетания криптогенного цирроза печени с ХОБЛ. Далее с помощью PCRамплификации и прямого секвенирования были обнаружены мутации АСТгена, которые ассоциировались с аномалиями на других протеинах при ХОБЛ. Была установлена точечная мутация Pro229 – Ala, затем Len55Pro молекулярного базиса первых известных дефектов фенотипа альфа1антитрипсина. Эта мутация была обнаружена в семье с тяжелым течением ХОБЛ в трех поколениях.
А2М – это ингибитор протеиназ, который появляется в сыворотке человека в высоких концентрациях (8 – 10% от общего количества протеинов). У человека он не является протеином острой фазы, синтезируется в гепатоцитах, альвеолярных макрофагах и фибробластах. А2М ингибирует намного более широкий спектр протеолитических энзимов, чем альфа1антитрипсин и АСТ, а именно все протеиназы человеческого и бактериального происхождения [4]. Человеческий А2Ммономер кодируется геном на хромосоме 12, который принадлежит генному комплексу с еще как минимум двумя близкородственными генами [12]. А2Мген крысы и человека клонирован и частично секвенирован, так же как и А2Мрецептор. В то время как уже известны его структура и механизмы влияния in vitro, физиологические функции его in vivo пока не до конца ясны. Он ингибирует практически все протеиназы и рост Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcenscens, Influenzaviren, что соответствует функциям примитивной защитной молекулы и универсального ингибитора протеиназ. Факт его локальной и регулируемой экспрессии в легких благодаря альвеолярным макрофагам позволяет предположить, что при определенных условиях в нем испытывают нужду высвобождаемые через рецептор протеиназы для процесса комплексирования и элиминации. А это, в свою очередь, должно приводить к тому, что хронические воспалительные процессы и структурные изменения в легких, согласно протеиназно-антипротеиназной теории, должны уменьшаться. В настоящее время отсутствуют исследования А2М, подтверждающие конкретные клинические проявления генетического дефекта этого протеина. Имеются данные о больных с ХОБЛ и частичным А2Мдефицитом в комбинации с дефектом субклассов иммуноглобулина G, хотя неясно, причиной или следствием тяжелого состояния больных является А2Мдефицит.
type: dkli00014
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ПРОДУКЦИИ ИММУНОГЛОБУЛИНА Е
Атопия – это сложное болезненное состояние, при котором клинической манифестацией являются БА, нейродермит, аллергический ринит с наличием аллергенспецифических IgEантител и повышенного содержания IgE в сыворотке. Хотя генетические элементы атопии до сих пор полностью не изучены, семейная агрегация атопий четко прослежена [51]. Дети с родителями без атопии отягощены в 15% наблюдений, с одним родителем с атопией – в 30%, а с двумя – в 50% случаев. Появление специфических IgE ассоциируется с главным комплексом гистосовместимости (ГКГ). Среди людей с уровнем IgE ниже 60 МЕ/ml (примерно 70% населения) атопия встречается приблизительно в 5%, при уровне 200 – 450 МЕ/ml (10% населения) – в 40%, а выше 450 МЕ/ml – практически в 100% случаев. Общий уровень сывороточного IgE контролируется одним или многими генами, что было доказано в экспериментах на животных. Во многих семьях с атопией проводились анализы сцепления и была доказана тесная связь IgEответа с маркером D11S19 на хромосоме 11q [8]. Для выявления более точной локализации пытаются применять позиционное клонирование.
