Артериальная гипертензия:полигенность наследования

Многие показатели, определяющие уровень АД (сердечный выброс, системное сосудистое сопротивление, объем циркулирующей крови и почечная регуляция водно - электролитного баланса) находятся под влиянием разнообразных нейрокринных, эндокринных, пара - и аутокринных факторов. Ввиду комплексного патогенеза заболевания появились направления по идентификации генов, ответственных за регуляцию АД, обусловливающих предрасположенность к повреждению органов - мишеней и воздействию диетических особенностей и факторов окружающей среды.

По данным близнецовых исследований более 30% вариабельности АД объясняется генетической изменчивостью. Несмотря на то что в редких случаях при менделевских формах артериальной гипертензии наличие единственного генетического дефекта может приводить к значительному повышению АД, у большинства пациентов развитие артериальной гипертензии обусловлено полигенным воздействием, т.е. вероятно изменение лишь в одном - единственном гене оказывает минимальный эффект на АД.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ

Менделевские формы

Характеристика генетических вариантов внутри семей с моногенными формами артериальной гипертензии привела к идентификации специфических мутаций, приводящих к гипер - или гипотензии. Было обнаружено, что многие из этих мутаций напрямую влияют на поддержание почечного водно - электролитного баланса, однако подобные редкие аномалии составляют менее 1% всех случаев артериальной гипертензии.

Анализ сцепления генов-кандидатов

Изучение биологических механизмов преимущественно связано с исследованием полиморфных маркеров генома РААС, адренергических путей, сосудистых и метаболических генов. Выбор гена - кандидата при подобном подходе в большей степени основывается на понимании молекулярного действия кодируемого им белка. Тем не менее недостаток воспроизводимых результатов и отсутствие четкой, достоверной ассоциации с гипертензией свидетельствуют об определенных ограничениях данного подхода, таких как упор на ранее существующие механистические гипотезы, недостаточный уровень значимости и выбор неподходящих генов - кандидатов.

Анализ ассоциаций с генами-кандидатами

Большинство исследований ассоциаций артериальной гипертензии с генами - кандидатами были организованы по типу случай - контроль с участием от 300 до 500 пациентов с артериальной гипертензией и контрольной группы аналогичного размера. Выбор генов - кандидатов также основывался на знании механизма действия определенного белка в регуляции АД. В подавляющем большинстве случаев результаты этих исследований имели неубедительный уровень статистической достоверности, мало подтвержденный в других популяциях. Применение подхода полногеномного поиска может способствовать идентификации новых генов и механизмов, вовлеченных в развитие гипертензии и регуляцию АД.

Геном-сканирующий анализ сцепления

В настоящее время тысячи микросателлитных маркеров и микрочипов, содержащих вплоть до 500 000 вариантов одного нуклеотида, стали коммерчески доступны и уже были использованы для идентификации более 100 связанных с АД локусов количественных признаков. Действительно, некоторые хромосомы человека, в том числе 1 - я, 2 - я, 3 - я, 17 - я и 18 - я, содержат множественные локусы, связанные с АД - ассоциированными фенотипами (нередко с перекрывающимися интервалами достоверности), показывая, таким образом, что любая отдельная геномная область оказывает лишь небольшое влияние на предрасположенность к артериальной гипертензии.

В рамках программы WTCCC (Wellcome Trust Case Control Consortium) было проведено полногеномное исследование, включившее около 2000 пациентов и 3000 лиц контрольной группы. В данном исследовании статистически достоверных ассоциаций с гипертензивными фенотипами выявлено не было, что может быть связано с наличием артериальной гипертензии у лиц контрольной группы. Малое влияние каждой отдельной геномной области на предрасположенность к артериальной гипертензии означает, что подобного рода исследования, вероятно, не обладают достаточным уровнем значимости для идентификации каких-либо неизвестных ранее генов.

Дальнейшие перспективы

Как скоро новая генетическая информация станет использоваться практическими кардиологами? Определенно, в настоящее время ДНК - исследование должно применяться для выявления заболевания у родственников при моногенных заболеваниях, таких как ГКМП и семейная гиперхолестеринемия. Весьма вероятно, что по прошествии 2-3 лет врачи будут иметь панель ДНК - тестов, которые имеют значение для стратификации риска помимо и в дополнение к традиционным факторам, классически используемым в алгоритмах оценки риска. Таким образом, в будущем пациент может быть назначен на визит в течение 2-3 нед и, если предварительно в лабораторию будут присланы смывы из ротовой полости для проведения ДНК - тестирования, ко времени его посещения будет уже доступна генетическая информация для обсуждения на визите. Такие образцы легко можно протестировать на 20-100 различных мутациях и, с учетом снижения стоимости и высокой продуктивности, можно достичь цены в 20-30 Евро.

Параллельно техника ресеквенирования (т.е. ДНК - ресеквенирующий чип) позволит проводить скрининг сотен различных вариантов полиморфизма по одному нуклеотиду, для которых была доказана связь с риском возникновения комплексных заболеваний. Заведомая информация о высокой или низкой степени риска развития таких заболеваний, как ИБС или артериальная гипертензия, может значительно улучшить не только исход заболевания (путем применения превентивного лечения и изменения образа жизни), но и использование ресурсов здравоохранения.

Еще одной масштабной целью, которая достижима посредством детального понимания молекулярных механизмов ССЗ, является разработка более эффективных терапевтических подходов, воздействующих на данные патогенетические пути. Для этого используются два подхода:

• создание и использование химических веществ (препаратов), которые могут специфически и селективно воздействовать на последствия определенных генетических замен (как в случае ген - специфической терапии наследственных нарушений ритма)
• прямая модификация аномального генетического субстрата (генная терапия)

Последняя цель может быть достигнута либо путем коррекции мутации с заменой на "здоровые" копии гена, либо путем модуляции экспрессии других генов (up - регуляция и down - регуляция) для достижения специфического противодействующего мутациям эффекта. В данной области активно трудятся множество исследователей, и, вероятно, в будущем цель генной терапии будет достигнута, позволив преодолеть ограничения традиционной медикаментозной терапии.

Новые гены, ассоциированные с ишемической болезнью сердца

Не так давно три полногеномных ассоциативных исследования, независимо проводимые исландской компанией "Декод" (Decode), канадской группой и британским консорциумом "Велкам Траст" (WTCCC), идентифицировали отдельный регион на 9 - й хромосоме 9p21.3, ассоциированный с ИБС или риском ИМ. С учетом размера исследования (в сумме более 10 000 случаев и 20 000 контролей), уровень статистической определенности является очень большим (примерно соответствует p <10-20), и воспроизводимость в ряде независимых исследований не оставляет сомнения относительно данной находки. Интересно отметить, что полиморфизм по одному нуклеотиду в данном регионе также был ассоциирован с сахарным диабетом 2 - го типа и риском развития аневризмы брюшной аорты, предполагая универсальный механизм, лежащий в основе этих заболеваний. Учитывая высокую частоту аллеля риска (примерно 50% являются носителями, а примерно 23% являются обладателями двух копий) и степень оказываемого этим полиморфизмом эффекта, как оценивается, данный аллель имеет приписываемый популяционный риск 20% в отношении развития ИМ. Это значит, что элиминация в популяции риска, ассоциированного с данным локусом, снизит частоту развития ИМ на 20%. Таким образом, идентификация данного локуса как ассоциированного с риском ИБС дает возможность исследования нового и потенциально крайне значимого патогенетического пути и разработки терапевтического подхода в дополнение к существующим методам снижения риска.

Механизм, посредством которого варианты ДНК в этом регионе 9 - й хромосомы увеличивают риск ИБС, до сих пор неясен. Кроме того, ни один из генотипов, используемых в трех исследованиях, не был связан с какими бы то ни было обычными фактором риска ИБС, таким как повышенное АД или уровень липидов. В регионе 9-й хромосомы имеется относительно немного идентифицированных генов, но большинство вероятных кандидатов входят в состав кластера, включающего CDKN2A - ARF - CDKN2B, которые вовлечены в контроль клеточного цикла. Этот локус часто делетирован в клетках злокачественных опухолей. Он также играет роль в пролиферации клеток, старении и апоптозе - процессах, вовлеченных в атерогенез. Хотя никакие замены нуклеотидных последовательностей, которые непосредственно изменяют функцию белков, не были идентифицированы, по данным недавних публикаций, возможно, что изменения последовательности ДНК, которые влияют на уровень экспрессии этих ключевых белков, также могут иметь значение. Это влияло бы тогда на способность клеток сосудистой системы к пролиферации (например, эндотелиальных, гладкомышечных, или моноцитов - макрофагов - пенистых клеток при повреждении) и, как следствие, приводило бы к старению и апоптозу, вызывая рост или разрыв атеросклеротической бляшки.

Будет ли анализ полиморфизма по одному нуклеотиду иметь клиническое значение?

Исследования методом "случай - контроль" эффективны для обнаружения гена, но они дают ограниченную прогностическую информацию, которая требует проведения проспективных исследований.

Улучшит ли возможность определения генотипа хромосомы стратификацию риска будущих событий ИБС в дополнение к таким факторам риска, как ХС, триглицериды, АД, возраст и курение? Во втором исследовании Northwick Park Heart ключевые полиморфные варианты по одному нуклеотиду были генотипированы посредством полногеномных ассоциативных исследований rs10757274 A >G (G частоты), включающем 2742 мужчин средних лет, с 270 случаями ИБС и более чем 15 - летним проспективным наблюдением. Как показано на 9.1б, A, была подтверждена связь с развитием ИБС, отношение риска у GG при сравнении с АА мужчинами - 1,60 (1,12-2,28) при частоте у описываемого населения 26,2%. Также изучалась потенциальная эффективность этого полиморфизма в выявлении мужчин с высокой степенью риска ИБС. Среди NPHS мужчин у 157 стартовое значение суммы факторов риска было >23, что соответствовало предсказанному для них 10 - летнему риску развития ИБС >20%, и определило для них показания к использованию статинов в соответствии с рекомендациями Объединенного Британского общества (JBS). Из этой группы у 33 мужчин развилась ИБС (доля случаев - 21%). Однако у 55 мужчин с показателем факторов риска <33, но чей показатель был >23 после добавления к факторам риска генотипа rs10757274, наблюдалось 12 случаев ИБС (доля случаев - 22%). Стартовые значения уровня ХС в этих двух группах были 6,73 и 6,78 ммоль/л соответственно и, основываясь на ожидаемом положительном эффекте снижения этого показателя до JBS2 целевого (4 ммоль/л), одинаковое число случаев ИБС было бы предотвращено в обеих группах (предотвращенных/100 обследованных, p >0,5).

Таким образом, в то время как анализ никакого отдельно взятого полиморфизма по одному нуклеотиду не является достаточно эффективным для клинического применения, несколько новых потенциально применимых вариантов, полиморфных по одному нуклеотиду генов, идентифицированных при помощи полногеномных ассоциативных исследований, в комбинации с полиморфизмами на 9 - й хромосоме и полиморфизмами, выявленными в результате метаанализа, вполне могут быть использованы в клинических целях.

Использование данных, полученных при метаанализе

Как так же как и в случае с апопротеином E, несколько вариантов оказываются ассоциированными статистически значимым образом с риском, хотя и оказывают скорее умеренный эффект. Несмотря на то что эти данные кажутся обнадеживающими и основываются на совместных результатах многих исследований, их интерпретация требует аккуратности. В некоторых исследованиях были проанализировали отдельно результаты небольших исследований и определена более высокая степень риска, чем в более крупных исследованиях. Эти данные подчеркивают погрешности, связанные с публикациями, в которых более мелкие исследования со статистически значимыми результатами имели преимущество перед более крупными с недостоверными результатами, данные по которым так и не были опубликованы. Результатом является то, что метаанализ может являться недостоверным и имел бы меньший уровень значимости, если бы были доступны данные всех исследований.

Несмотря на то что риск, оцениваемый посредством метаанализа для каждого генетического варианта, является умеренным, он все же может иметь некоторое клиническое значение в комбинации при создании профиля генетического риска. Так, создание генетических тестов требует одновременных исследований множества генов и понимания того, как их эффекты дополняют друг друга и взаимодействуют. Представление о ценности отдельного генотипа для значимого улучшения прогнозирования риска ИБС вряд ли поменяется, отчасти поскольку эффект, ассоциированный с каждым отдельным вариантом полиморфизма по одному нуклеотиду, является достаточно умеренным (в пределах 1,12-1,73 см), отчасти потому, что количество определенных индивидуумов, несущих конкретный аллель, невелико. Однако при комбинации нескольких независимых вариантов нуклеотида, доказанно связанных с риском ИБС, обладать любым неблагоприятным генотипом будет большая часть субъектов и многие (случайным образом) будут иметь более чем один аллель риска (поскольку они наследуются независимо), при этом эффект в отношении риска, скорее всего, является аддитивным. В качестве примера исследовалась потенциальная возможность использования одиннадцати вариантов, полиморфных по одному нуклеотиду, в десяти кандидатных генах (APOB, eNOS, ApoE, ACE, PAI1, MTHFR, GPIIb - IIIa, PON1, LPL1 и CETP), используя прогностический риск по данным метаанализа. Как показано на 9.15, А 136, с учетом опубликованных аллельных частот ожидается, что около 18% общей популяции обладают менее чем тремя аллелями риска, приблизительно 50% являются носителями трех или четырех аллелей риска, 8,3% имеют шесть, а 3% семь и более аллелей риска. По сравнению с теми, у кого имеется три или четыре риск - ассоциированных генотипа, те, у кого имеется семь и более, имеют значительно более высокий риск среднего отношения шансов к ИБС, 1,7 (95% ДИ, 1,14-2,25) и 4,51 (95% ДИ, 2,89-7,04), соответственно тогда как люди, имеющие два и менее аллелей риска, будут иметь значительную степень защиты от развития ИБС.

Принимая во внимание возраст и носительство аллелей риска, средняя десятилетняя вероятность развития ИБС для пятидесятилетнего человека составляла 16%, при этом почти каждый пятый будет иметь риск более 20%. Эти результаты являются обнадеживающими и дают основание полагать, что распространенные полиморфизмы по одному нуклеотиду с умеренной степенью риска в комбинации имеют клиническое применение, но будет ли это группа из данных конкретных одиннадцати вариантов полиморфизма по одному нуклеотиду и добавит ли это информации к уже имеющемуся эффекту сердечно-сосудистых факторов риска - покажут дальнейшие эксперименты.

Взаимодействие генома с факторами окружающей среды и прогнозирование риска

Так как в настоящее время широко известно, что атеросклероз и ИБС развиваются в результате взаимодействий факторов окружающей среды с генетическим фоном (предрасположенностью), любой генетический тест, который определяет риск ИБС, должен включать возможность оценки таких взаимодействий. С механистической точки зрения такое взаимодействие предполагает, что на молекулярном уровне эффектом или побочным продуктом действия неблагоприятного фактора внешней среды может являться модификация молекулярной функции продукта исследуемого гена.

Так, курение связано с двукратным увеличением риска ИБС, но, что странно, у некоторых курильщиков болезнь развивается рано, а другие так и остаются относительно "защищенными". Несколько исследований показали, что индивиды, несущие аллель ApoEe4 и одновременно курящие, имели относительно высокий риск развития ИБС по сравнению с теми, кто нес тот же аллель и никогда не курил. Но в то же время риск заболеваемости снижался у тех носителей этого аллеля, кто курил в прошлом и бросил, что, кроме всего прочего, само по себе поддерживает идею о пользе отказа от курения. Хотя не все опубликованные исследования подтверждают эту связь, повторный анализ и изучение больших выборок показало, что по сравнению с никогда не курившими носителями аллеля ApoEe3/e3, курящие носители аллеля ApoEe4 имели значительно более высокий риск возникновения ИБС, с более чем просто аддитивным эффектом "курение плюс генетическая предрасположенность". Повторный анализ данных Фремингемского исследования (Framingham Offspring) также подтверждает предположение, что описанный эффект сочетания аллеля ApoEe4 и курения более чем аддитивный. Также в большом проспективном исследовании Whitehall - II в Великобритании, где доля курильщиков относительно небольшая (<15%), не был связан со значительным риском ИБС. Эти данные убеждают в том, что носительство ApoEe4 само по себе не повышает значительно риск ИБС, а только в тех случаях, когда речь идет о некурящих людях. Если эта информация подтвердится, ясно, что любой генетический тест на наличие варианта гена ApoE может быть малоинформативным при отсутствии информации о курении.

Подход "кандидатных генов" и метаанализ при идентификации аллелей группы риска

В последние 15 лет наблюдается экспоненциальный рост числа исследований, посвященных выявлению генов - кандидатов для возникновения ИБС. Однако отсутствие воспроизводимости данных по аллелям кандидатных генов и их связи с риском ИБС заронило сомнения среди представителей эпидемиологической генетики. Большая их часть относится все же к исследованиям какой-нибудь одной однонуклеотидной замены, которая может оказаться простым полиморфизмом и ничего не означать. В настоящее время подобные исследования сводятся к так называемому метаанализу, анализирующему ту или иную нуклеотидную замену во многих популяциях. За последние годы опубликовано несколько метаанализов.

Один из наиболее изученных генов кодирует плазменный аполипопротеин E, который называется ApoE. Наиболее распространенный ApoE - аллель - Е3. Также существуют два других варианта - Е4 и Е2 (распространенность данных аллелей среди жителей Европы составляет 0,15 и 0,07 соответственно). Изменения последовательности ДНК этого гена затрагивают две заряженные аминокислоты, которые влияют на плазменный клиренс белка и богатых ХС липопротеидов, несущих этот белок. Как следствие, существует связь данных аллелей с уровенем плазменных липидов (аллель E2 снижает их концентрацию, а Е4 - повышает), это приводит к тому, что алелль Е2 несколько снижает риск развития ИБС, а Е4 незначительно его повышает.

Генетические детерминанты ишемической болезни сердца

Для многих количественных признаков существует четкая связь с генетическими факторами, этот феномен определяется как "наследуемость признака". Так, для апопротеинов и липидов наследуемость варьирует в пределах 40-60%. Это означает, что генетические факторы определяют около половины индивидуальных различий, а внешние факторы - остальное. Для С - реактивного белка показатели наследуемости низкие, а для фибриногена - еще ниже, следовательно, эти белки являются острофазными и на их уровень сильно влияют такие факторы, как инфекция, опухоли или аутоиммунные процессы.

Уровень плазматического аполипопротеина А - относительно стабильный показатель для каждого конкретного индивидуума в течение жизни, и полагают, что его наследуемость составляет более 90%. Вариабельность локуса, кодирующего ген аполипопротеина А объясняет варьирование уровня плазматического аполипопротеина А в популяции. Недавний метаанализ показал, что если значение уровня аполипопротеина А оказывается в верхней трети по сравнению с популяционными значениями, это связано с увеличением риска ИБС в 1,6 раза, что сходно с тем эффектом, который оказывает курение, и таким образом, аполипопротеин А, по-видимому, является главным генетическим фактором для ИБС. В поддержку этого утверждения выступает тот факт, что однонуклеотидная замена в гене LPA, являющаяся распространенным популяционным полиморфизмом, также влияет на риск возникновения ИБС. Таким образом, целесообразно измерение уровня аполипопротеина А в качестве "генетического" фактора для дополнения факторов риска и соответственно выявления пациентов с повышенным риском развития ИБС.

Полигенные формы ишемической болезни сердца: принципы

Подавляющее большинство случаев ИБС возникает на фоне так называемой полигенной предрасположенности. Основное свойство полигенных заболеваний - каждый конкретный генетический вариант сам по себе обеспечивает только небольшое или умеренное увеличение риска. На молекулярном уровне атеросклероз - это многоэтапный процесс, зависящий от времени и включающий взаимодействие многих различных биохимических путей (метаболизм липопротеидов, коагуляционный каскад и процесс воспаления). Генетические варианты любого из этих метаболических путей могут приводить к изменению количества или функционирования ключевых белков и, таким образом, к нарушению тонкого гомеостатическоо баланса. Промежуточные фенотипы (такие как артериальная гипертензия, сахарный диабет, ожирение) вносят свой вклад в риск развития ИБС, сами по себе являясь полигенными нарушениями.

Факторы риска окружающей среды, такие как курение, малоподвижный образ жизни, высококалорийная диета, не являются просто дополнениями к генетическому риску. Взаимодействие факторов окружающей среды и генетического фона является критическим и, как, по-видимому, только сочетание генетической предрасположенности одновременно с факторами риска окружающей среды приводит к раннему развитию ИБС. Таким образом, генетический полиморфизм может иметь лишь частичное влияние на тех индивидуумов, которые ведут здоровый (не увеличивающий риск развития ИБС) образ жизни. Взаимодействия разных генов друг с другом скорее всего также важны, хотя в контексте ИБС об этом пока известно мало.