Наследственные и внешние факторы в этиологии рассеянного склероза

Декабрь 4, 2015 / Комментарии 0

Первые данные о возможной генетической предрасположенности к PC были получены из эпидемиологических исследований, выявивших разную частоту PC в разных этнических группах, проживающих на одной территории. PC чаще встречается в семьях больных PC, чем в популяции в целом, однако передача заболевания в семье происходит не по Менделевскому типу наследования. Величина относительного риска (ОР) заболевания для родственников больных PC в 20-50 раз выше, чем в популяции в среднем, причем наблюдается систематическое уменьшение ОР в зависимости от генетической дистанции по отношению к пробанду. Такой тип наследования характерен для полигенных заболеваний, которые возникают в результате совместного вклада множества независимо действующих или взаимодействующих полиморфных генов.

Изучение внешних факторов, влияющих на развитие PC. Основными результатами изучения этиологии PC явилось понимание того, что при наличии наследственной предрасположенности для развития заболевания необходимо воздействие внешних факторов. Был предложен ряд гипотетических механизмов, связанных и не связанных с иммунорегуляцией, по которым инфекционные агенты (вирусы и бактерии) и другие внешние воздействия могут влиять на риск развития PC. Семейные исследования в особых группах (сибсы, полусибсы, приемные дети, пары с PC и др.) выявили, что внешние факторы на семейном уровне менее важны, чем генетические, но внешнее воздействие имеет определенное значение и реализовывается на уровне риска для микропопуляций, а не на уровне отдельного индивида.

Пока не выявлена какая-либо одна конкретная инфекция как первопричина PC. Многочисленные сообщения о патоморфологическом и гистохимическом выявлении того или иного инфекционного агента в ткани мозга больных PC сводились как правило к описанию единичных случаев, не подтвержденных пока на уровне закономерности. Последнее время активно изучается роль ретровирусов и герпесвирусов (в частности вируса Эпштейна-Барр). Показана связь между инфекцией и частотой обострений, а также неблагоприятным прогнозом РС. Не вызывает сомнений, что неинфекционные факторы, такие как экологические характеристики зоны проживания, интоксикации, особенности питания, климатические факторы, также имеют существенное значение для развития РС. Предполагается, что формирование риска развития РС у предрасположенного индивида происходит в детстве под воздействием ряда внешних влияний. В большинстве исследований (анализ миграционных потоков и временно-пространственных кластеров, по методу «случай-контроль» и когортных и т.д.) как критический для воздействия «патогенных» факторов, определяющих риск развития РС в последующем, называется возраст до 18 лет, чаще до 15 лет.

В настоящее время в рамках Объединенного Российского исследования Эпидемиологии РС (ОРЭР) в 14 городах России проводится аналитическое исследование факторов риска РС по методу «случай-контроль». Единый дизайн и жесткое выполнение протокола проведения исследований сделали возможным совместный анализ данных многих исследований и объединение их результатов (мета-анализ). Первый совместный анализ данных стандартно подобранных 912 пар, собранных в семи городах России (Москва, Благовещенск, Ярославль, Волгоград, Иркутск, Орел, Казань), позволил выявить несколько единых ассоциаций высокой силы с факторами риска, приведенными в табл. 1, причем все они касались периода воздействия в возрасте до 15 лет. Учитывая высокую значимость выявленных ассоциаций (в большинстве случаев р<10в-5), каждая, скорее всего, имеет существенный биологический смысл; механизмы влияния этих внешних воздействий на риск развития РС ждут своего изучения.

Особое внимание привлекает связь между риском развития РС и экологическими характеристиками зоны проживания. Ранее такие ассоциации были выявлены в Хорватии, Чехии, в некоторых регионах Германии и Канады. В последние годы в нескольких регионах России получены данные, подтверждающие наличие прямой связи между распространенностью РС и неблагоприятной экологической ситуацией, в частности, с экологическими показателями общей загрязненности территории и с выбросом вредных веществ в атмосферу. Комплексное влияние экологических факторов на риск развития РС сейчас сомнения не вызывает.

Таким образом, развитие РС, как и большинства других распространенных заболеваний, зависит как от генетической компоненты, так и от факторов внешней среды, находящихся в запрограммированном или случайном взаимодействии друг с другом. Сложность этих взаимодействий не позволяет однозначно предсказать возникновение РС исходя из отдельно взятого признака, однако выявление даже ограниченного эффекта того или иного гена на развитие или характер течения РС может способствовать пониманию биологической природы заболевания и открыть новые возможности для его профилактики и лечения.

т1

Поиск генов, вовлеченных в развитие РС, до последнего времени проводили при помощи двух основных подходов: 1) анализа ассоциации отдельных «генов-кандидатов» с заболеванием методом «случай-контроль» и 2) анализа сцепления с заболеванием широкого спектра хромосомных локусов (полный геномный поиск) в семьях с несколькими больными РС. При полном геномном поиске использовали панели анонимных генетических маркеров с известной хромосомной локализацией, более или менее равномерно распределенных по геному. С их помощью можно локализовать области генома, вовлеченные в развитие данного заболевания, и далее в найденных областях проводить поиск генов, сцепленных сданным заболеванием. В отличие от этого подхода, который можно определить как путь «от генома к гену», при подходе «ген-кандидат» предположение о возможном участии гена в этиопатогенезе заболевания выдвигают исходя из природы заболевания и функции продукта гена (путь «от фенотипа к гену»), а далее проверяют это предположение.

Анализ ассоциации «геное-кандидатое» с РС проводят путем сравнения распределения аллелей того или иного генетического полиморфного участка в репрезентативных выборках неродственных больных и неродственных здоровых индивидов («случай-контроль»), соответствующих друг другу по распределению полов, возрасту и этнической принадлежности. При этом анализируемые аллельные варианты могут быть локализованы в любом участке ДНК, включая как кодирующие последовательности (экзоны), несинонимические замены в которых изменяют структуру конечной белковой молекулы, так и интроны и промоторные области, где очень часто находятся участки регуляции транскрипции, а также другие области ДНК. При обнаружении статистически достоверных различий генетический маркер считается ассоциированным с болезнью. Не следует забывать, однако, что помимо прямой связи между исследованным локусом и наследственной патологией в основе ассоциации может лежать неравновесие по сцеплению между маркерным локусом и локусом болезни, если эти локусы расположены достаточно близко друг от друга. Кроме того, наблюдаемая ассоциация может оказаться артефактом еще и в случае неоднородности популяции. Поэтому важным условием достоверности результатов, полученных методом «случай-контроль», является использование гомогенных популяций или семейного материала, когда контрольную группу составляют из тех аллелей здоровых родителей, которые не передаются больным потомкам.

Первое же выдвинутое на основании представлений об аутоиммунной природе PC предположение об участии генов HLA в формировании генетической предрасположенности к этому заболеванию (исходя из ведущей роли молекул HLA главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) в иммунном ответе) получило экспериментальное подтверждение в ранние 1970-е годы при анализе ассоциации геновНLА классов I и II с PC. По данным ряда исследований, ассоциации с генами класса I являются независимыми от HLA класса II, хотя наличие сильного неравновесия по сцеплению в пределах области HLA затрудняет интерпретацию результатов. Рамки этой главы не позволяют изложить в деталях всю 35-летнюю историю доказательства ведущей роли этих генов в развитии PC; эти данные подробно описаны в обзорах 2008 г. и суммированы на сайте www.acceleratedcure.org. В целом, ассоциация PC с генами HLA, локализованными в области хромосомы 6р21.3, выявлена почти во всех популяциях (результаты более 215 исследований). В большинстве из этих работ обнаруживали ассоциацию каких-либо аллелей генов областей DR, DP или DQHLA класса II, а также их протяженного гаплотипа, с PC. Например, для европеоидов, включая русских, характерна устойчивая ассоциация с гаплотипом DR15 (DRB1*1501, DQA1*0102, DQB1*0602) (исключение составляют жители Сардинии, для которых характерна ассоциация с DR3 и DR4). В других этнических группах выявляли ассоциации с другими группами аллелей гена DRB1, например DR3 и DR4 — у больных PC из Северной Африки, DR4 наряду с DR15 — у популяции Канарских островов. В ряде работ наблюдали снижение риска при носительстве DR1 или DR8.

Носительством аллеля DRB1* 1501 можно объяснить от 20 до 60% всех случаев PC у европеоидов, и ассоциация с генами HLA класса II является наиболее сильной из всех, выявленных для PC до настоящего времени (как правило, величина отношения шансов (OR) близка к трем). Однако вклад этих генов в развитие PC меньше, чем в случае других аутоиммунных заболеваний, например инсулинзависимого диабета. В любом случае, наличие этого гаплотипа не служит фатальной предпосылкой для развития PC, а его отсутствие — гарантией невосприимчивости к этому заболеванию.

т2 т2.1 т2.2 т2.3

В отличие от ситуации с генами HLA, сотни исследований, направленных на выяснение вклада других генов-кандидатов в развитие PC, далеко не во всех случаях привели к однозначным выводам. В табл. 2 представлен перечень генов, для которых более чем в двух независимых исследованиях найдены ассоциации с PC. Последнее условие представляется весьма важным, поскольку из-за возможности ложно-положительных ассоциаций подтверждение ассоциации на независимых выборках больных и контрольных групп (валидация, или репликация) рассматривается на сегодняшний день как необходимый критерий для доказательства роли того или иного гена/аллеля как фактора риска заболевания. Как видно из данных табл. 2, такие гены обнаружены на большинстве хромосом. Однако во многих случаях результаты остаются противоречивыми, поскольку ассоциации выявлены только в незначительной части проводимых для данного гена исследований, число которых в ряде случаев достигает нескольких десятков. Важным исключением является ген 1L-7RА, кодирующий α-цепь рецептора интерлейкина-7, расположенный на хромосоме 5р13. Для этого гена в 5 из 6 опубликованных исследований, наиболее масштабные из которых выполнены в 2007-2008 гг. для разных этнических групп, идентифицирована несинонимическая замена оснований в экзоне 6, более распространенный аллель которой высоко достоверно увеличивает риск развития PC. Из данных табл. 2 следует также, что для ряда генов, локализованных на хромосомах 1 (SH2D2A, FAS ligand), 6 (CD24), 7 (ТАС1, PAI-I), 10 (IL-2RA(CD25)), 11 (UCP2) и 17 (RANTES (CCL5)), CCL3, (MIP-1 a, SCYA3), во всех или почти во всех проведенных исследованиях обнаружена ассоциация с PC, хотя для каждого из названных генов общее число публикаций не превышает 4. Многие из представленных в табл. 2 генов так или иначе вовлечены в процесс воспаления. Они кодируют или различные про- и противовоспалительные цитокины и их рецепторы, или антигены, против которых может быть направлен аутоиммунный ответ (например белки оболочки миелина МВР и MOG). Необходимо отметить, что вклад каждого из ассоциированных с PC генов является небольшим (например, для IL-7RA носительство аллеля предрасположенности увеличивает риск заболеть PC всего в 1,2-1,3 раза), что может быть следствием не только полигенной природы PC, но и фенотипической и генетической гетерогенности этого заболевания.

Отдельного обсуждения заслуживают не-HLA гены ГКГ. Множество данных свидетельствует о том, что в составе ГКГ находится несколько генов, независимо от генов HLA влияющих на восприимчивость к PC. В 39 исследованиях анализировали ассоциации с PC полиморфных участков области ГКГ, в которой расположены важные гены иммунного ответа, кодирующие фактор некроза опухолей и лимфотоксин. В 15 из них была выявлена достоверная ассоциация с заболеванием (см. табл. 2). Как и в случае генов HLA класса I, встает вопрос о том, не возникают ли эти ассоциации вследствие неравновесия по сцеплению с основным фактором риска PC — геном DRB1 HLA класса II. В работе показано, что аллель TNFa9 микросателлита TNFa, предрасполагающий к PC, не входит в единый гаплотип с аллелем DRB1*1501 и, следовательно, вносит независимый вклад в развитие PC.

С помощью подхода «ген-кандидат» выявляют ассоциации генов не только с заболеванием в целом, но и с различными клиническими характеристиками PC (см. Андреевский и др., 2004). Эти исследования показали, что PC является гетерогенным заболеванием: он включает в себя множество форм, за которыми стоит большое генетическое разнообразие. По этой причине большинство ассоциаций найдено в хорошо охарактеризованных с точки зрения клинических признаков однородных по этническому признаку (и зачастую небольших) группах индивидов. Действительно, при увеличении групп за счет включения данных разных авторов, проводивших исследования на разных популяциях, имеется тенденция к потере ассоциации.

Анализ сцепления генетического локуса с заболеванием проводят на семьях, более чем один член которых болен PC, с тем чтобы проследить наследование заболевания и идентифицировать области генома, которые отклоняются от независимой сегрегации и ко-сегрегируют с заболеванием. При этом оцениваются шансы (вероятности) за и против сцепления в данной семье. Количественным показателем сцепления является логарифм соотношения шансов (правдоподобия) за и против сцепления — lod score (от английского Logarithm of Odds Ratio), или лод-балл.

Анализ сцепления с использованием в качестве маркеров сотен высокополиморфных микросателлитных повторов (МКП), относительно равномерно распределенных по геному, был проведен более чем в 30 исследованиях, выполненных в разных странах на семьях разной этнической принадлежности. По известным из публикаций данным также провели три мета-анализа, объединяющие и обобщающие полученные результаты.

Области положительного сцепления, характеризующиеся максимальным логарифмом отношения шансов (maximum lod scores — MLS) более 2 (или же непараметрическим сцеплением (nonparametric linkage — NPL) более 2,1), что соответствует шансам в пользу сцепления ≥100:1, были обнаружены на большинстве хромосом, что демонстрирует полигенную природу PC. Однако в большинстве случаев полный геномный поиск в различных этнических группах, равно как мета-анализ объединенных данных, не дали совпадающих результатов, что может свидетельствовать о генетической гетерогенности PC в разных популяциях. Единственное исключение составлял локус HLA класса II, расположенный в области ГКГ на хромосоме 6р21, MLS для которого достигал 4,24 и участие которого в развитии PC было показано ранее при анализе ассоциации (см. выше).

Следующим шагом в анализе генетической предрасположенности к PC стало опубликованное в конце 2005 г. исследование Международного генетического консорциума по PC (International Multiple Sclerosis Genetics Consortium), в котором в 730 семьях с несколькими больными анализировали сцепление с PC не МКП, а более чем 4500 полиморфных участков с однонуклеотидными заменами (single nucleotide polymorphisms — SNP), которые менее информативны, чем МКП, поскольку формируют только два аллеля, но зато гораздо более часто встречаются в геноме. Полученное в этой работе значение MLS 11,7 для локуса HLA свидетельствует о значительно большей мощности этого поиска с высокой плотностью покрытия генома SNP-маркерами по сравнению с предыдущими исследованиями. Однако и в этом случае за пределами HLA не было выявлено участков с высокодостоверным сцеплением. Таким образом, анализ сцепления отдельных областей генома с PC оказался подходом не только трудоемким, но и недостаточно информативным, скорее всего, вследствие его низкой чувствительности. На смену ему в последние два года пришел взявший все лучшее от предыдущих исследований метод поиска ассоциаций по всему геному (genome-wideassociation screening — GWAS).

Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) опирается на огромные возможности современных методов высокопроизводительного анализа ДНК, таких как ДНК-микрочипы (DNA microarrays). Последние уже позволяют анализировать до миллиона SNP в одном исследовании, что дает возможность маркировать блоки гаплотипов один за другим, уменьшая возможность пропустить важные гены при анализе методом «случай-контроль». В то же время, в результате проведения огромного количества тестов повышается риск ложно-положительных результатов и возрастает необходимость валидации выявленных ассоциаций.

В 2007 г. опубликованы первые результаты анализа генетической предрасположенности к PC, полученные методом GWAS с использованием 500 000 SNP на 931 семье с больным PC. Ассоциация с классическим фактором риска PC — геном HLA DRB1 на хромосоме 6р21.3 достигла в этом исследовании чрезвычайно высокого уровня значимости (р<1*10в-81). Полученные данные свидетельствуют также об ассоциации PC с генами IL-7RA (p=2,94*10в-7) и IL-2RA(CD25) (р=2,96*10в-8), кодирующими α-субъединицы рецепторных комплексов интерлейкинов 7 и 2, соответственно. Кроме того, идентифицирован, но с меньшим уровнем значимости, ряд новых генов-кандидатов. Еще одно исследование, проведенное методом GWAS (14 500 несинонимических SNP) на 975 больных PC из Великобритании, однако, не привело к валидации описанных выше ассоциаций. Ряд исследований в 2008 г. направлен на валидацию результатов, полученных для не-HLA генов Международным генетическим консорциумом по PC методом GWAS. Для австралийцев подтверждена ассоциация с геном IL-2RA (и еще с несколькими генами), но не с IL-7RA, для французов и немцев — с обоими генами рецепторов. Следует напомнить, что выводы об ассоциации генов IL- 7RA и IL-2RA были сделаны и ранее при использовании подхода «ген-кандидат» (см. табл. 1), что ставит вопрос о целесообразности дорогостоящих исследований типа GWAS для PC как заболевания с убедительно сформулированной теорией патогенеза и, следовательно, удачным выбором генов-кандидатов.

Ассоциации PC с несколькими полиморфными участками. Относительно неразработанным направлением исследований генетической предрасположенности к PC является анализ ассоциаций PC с сочетанной встречаемостью аллелей различных генов-кандидатов. В основном это аллели двух генов, т.к. анализ совместного вклада большего количества генов требует сложных статистических расчетов. Самым распространенным способом анализа является разделение больных и здоровых на подгруппы по принципу носительства той или иной группы аллелей гена DRB1 HLA класса II, позволяющее выявить сочетанную ассоциацию исследуемого гена с DRB1 или с включающим этот ген протяженным гаплотипом.

Недавно разработан новый биоинформатический подход, который основан на методе Монте-Карло посредством цепей Маркова (МСМС) и осуществляет поиск наиболее сильно ассоциированных с заболеванием наборов из сочетаний аллелей/ генотипов анализируемых полиморфных участков. Алгоритм разработан таким образом, чтобы идентифицировать генетические факторы риска как минимальные множества аллелей. Под этим понимается, что добавление в такое множество каких-либо дополнительных аллелей не увеличивает значимости его ассоциации PC, а любое подмножество этого множества характеризуется меньшей значимостью ассоциации с PC. С помощью этого метода выявлены два триаллельных сочетания, предрасполагающие к развитию PC у русских. Важно, что носители этих сочетаний входят в непересекающиеся подгруппы одной выборки, что является прямым доказательством генетической гетерогенности PC. При исследовании предрасположенности к PC с помощью другого непараметрического подхода, метода уменьшения многофакторной размерности (multifactor dimensionality reduction — MDR), также направленного на выявление сочетаний генов, влияющих на риск заболевания, выявлены сочетания аллелей, соответствующие одно-, двух-, трех- и четырехлокусным моделям взаимодействия генов при формировании генетического риска PC. Однако только одно биаллельное сочетание отвечало требованиям минимального PC-ассоциированного аллельного множества.

т3

Данные по ассоциации PC с минимальными сочетаниями аллелей генов-кандидатов приведены в табл. 3. Наблюдается хорошая сходимость с результатами исследований, выявивших ассоциации одиночных генов на других этнических группах и выборках: из 16 генов, входящих в предрасполагающие к PC сочетания (см. табл. 3), только 4 (TGFß1, UGB, С5 и ТРА) не представлены в табл. 2. Восемь из 12 представленных в табл. 3 сочетаний несут аллели генов DRB1 (или DQB1), 4 — гена CTLA4, 2 — гена TGFß1, асочетание аллелей генов TCRß и DRB1 выявлено в двух независимых исследованиях. Нужно отметить, что одно из выявленных сочетаний несет два несцепленных аллеля разных полиморфных участков одного гена (TNF).

Как видно из данных табл. 3, ассоциированные с PC сочетания могут включать гены, продукты которых входят в один биохимический путь. Так, ген ТРА из сочетания, выявленного у словенцев, кодирует тканевой активатор плазминогена, а второй ген сочетания, PAI-1 — основной ингибитор этой сериновой протеиназы; в результате модулируемая функциональным генетическим полиморфизмом экспрессия этих генов может приводить к нарушениям фибринолиза, характерным для РС. В других случаях продукты генов, входящих в отдельные ассоциированные с РС сочетания, вовлекаются в различные этапы воспалительного процесса. Принимая во внимание небольшой вклад отдельных генов, привлекательно предположить, что носительства любого одного предрасполагающего аллеля из выявленного сочетания недостаточно для выхода за рамки нормы, а вместе они создают этиологические предпосылки для развития РС. Исходя из сказанного, можно заключить, что анализ сочетаний генов обеспечивает большую статистическую мощность при выявлении генов предрасположенности к РС, которая определяется или аддитивностью вклада отдельных генов, или ген-генными взаимодействиями, а потому представляется весьма перспективным для прогноза развития заболевания.

Генетические исследования на экспериментальных моделях РС детально описаны в обзоре. Преимуществом этого подхода является возможность свести к минимуму различия в условиях внешней среды, снижение генетической гетерогенности за счет использования инбредных линий и в принципе неограниченные размеры исследуемых когорт, что важно для достижения адекватной статистической значимости. Установлено, что развитие экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита (ЭАЭ) у грызунов, как и людей, зависит от генов НЬА классов I и II и регулируется более чем 100 генами, каждый из которых обеспечивает слабый эффект.

Новые возможности открывают исследования на трансгенных гуманизированных моделях. Ранее было показано, что когда у мышей присутствуют молекулы НLА DR класса II человека совместно с Т-клеточным рецептором человека, специфичным для основного белка миелина (МВР), у них развивается ЭАЭ. Используя такую систему, экспрессировали у мышей, порознь и вместе, соседние гены НLА класса II человека DR2b и DR2а, всегда наследуемые вместе, т.е. входящие в один гаплотип. Трансгенез одного DR2b приводил к спонтанному развитию тяжелого ЭАЭ, а при совместном введении двух этих генов тяжесть заболевания уменьшалась, его дебют откладывался, и заболевание протекало по типу ремиттирующего течения РС у людей. Эти данные свидетельствуют о функциональном эпистазе продуктов генов, локализованных внутри общего ГКГ-гаплотипа, ассоциированного с РС.

В целом, данные о генетической предрасположенности к РС, полученные на экспериментальных моделях, совпадают с данными генетики человека и развивают их.

Совокупность полученных данных свидетельствует о том, что РС является заболеванием полигенной природы, характеризующимся генетической гетерогенностью, которая, скорее всего, отражает разную этиологию клинических форм заболевания. Болезнь возникает вследствие независимого либо эпистатического действия множества генов (в первую очередь, входящих в систему НLА), каждый из которых вносит небольшой вклад в развитие заболевания. В силу этих причин вопрос о факторах генетической предрасположенности к РС, несмотря на многочисленные усилия исследователей, далек от своего разрешения.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также