Дефицит α1-антитрипсина: генетические основы, патогенез, клинические проявления
|
|
Скачать 244.09 Kb.
|
|
Лечебное дело. – 2009. - №5(9). – С. 50 – 56. ДЕФИЦИТ α1-АНТИТРИПСИНА: ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ПАТОГЕНЕЗ, КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ О.А. Жигальцова, Н.Н. Силивончик УО «Белорусская медицинская академия последипломного образования» ОПРЕДЕЛЕНИЕ Дефицит α1-антитрипсина (А1АТ) – хроническое заболевание, сопряженное с/или вызываемое аутосомно-рецессивным расстройством белкового метаболизма, протекающее в типичных случаях с ненормально низкими значениями сывороточного А1АТ [50]. СТРОЕНИЕ И ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ А1АТ А1АТ - низкомолекулярный белок, гликопротеин, с молекулярной массой 54 000 – 55 000 Да [6]. Состоит из 394 аминокислот с метионином в активном центре и 3 карбогидратных цепочек [1, 19]. Относится к семейству серпинов - главных антипротеаз человеческой плазмы. Обнаруживается в сыворотке крови, тканевых жидкостях. Составляет 80 – 90% фракции α1-глобулинов [6, 50] и 4% всех сывороточных протеинов [7]. Нормальная концентрация А1АТ в крови - 2,0 – 4,0 г/л [16]. Должный уровень А1АТ почти полностью обеспечивается печенью. Образование А1АТ происходит в шероховатой эндоплазматической сети (ЭПС) гепатоцитов [, 6, 7] с последующей секрецией в плазму. С общим кровотоком А1АТ попадает в легкие и другие органы. Часть А1АТ синтезируется локально альвеолоцитами, макрофагами, нейтрофилами, моноцитами, интерстициальными клетками [1], в небольших количествах - клетками кишечного эпителия и паренхимы почек. Все представители семейства серпинов отличаются сложной структурой и свойствами. Молекула А1АТ представлена основной β-цепью А и реактивным центром, служащим “приманкой” для эластазы. Встреча с протеазой завершается связыванием ее активным центром А1АТ. При последующих конформационных изменениях А1АТ протеаза погружается вглубь молекулы и инактивируется [19]. Так, эластаза оказывается в захлопывающейся “ловушке” ингибитора, и комплекс протеаза-ингибитор подвергается лизосомальной деградации. А1АТ обеспечивает 90% всей антипротеазной активности плазмы [1]. ^ В организме человека А1АТ выполняет защитную роль. Главной его функцией является инактивация протеаз полиморфно-ядерных гранулоцитов (эластазы, протеиназы), трипсина, химотрипсина, катепсина G, тканевого калликреина, фактора Xа, плазмина, тромбина, высвобождающихся при воспалительных реакциях [1, 50]. А1АТ является важным компонентом существующего в здоровом организме равновесия “протеолиз-антипротеолиз”. При контакте нейтрофилов с чужеродными компонентами (микроорганизмами, поллютантами) активируются механизмы неспецифической защиты, сопровождающиеся выбросом из альвеолярных макрофагов и нейтрофилов протеаз, главным образом, эластазы, призванных к разрушению чужеродных агентов. У здоровых людей воздействие протеаз на легочную ткань кратковременно и не превышает 20 мс. Протективный и противовоспалительный эффект А1АТ заключается в предотвращении протеолитического повреждения ткани легких путем ингибирования нейтрофильной эластазы. Помимо этого эластаза разрушает и фосфатидилсериновые рецепторы, инициирующие фагоцитоз погибших в зоне воспаления клеток [47]. По некоторым данным механизм противовоспалительного действия А1АТ состоит в усилении каскадной иммунной реакции в ответ на липополисахаридную стимуляцию компонентами клеточной стенки грамотрицательных бактерий – частых возбудителей обострений хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) [1]. А1АТ также относится к белкам острой фазы [16]. Активный воспалительный процесс любой локализации, стрессовые реакции, шок, другие ситуации, сопровождающиеся освобождением нейтрофильной эластазы, опухолевые процессы, беременность, прием эстрогенсодержащих препаратов сопровождаются повышением концентрации А1АТ в крови [1, 6, 50]. А1АТ способен оказывать влияние на уровень противовоспалительной активности, увеличивая количество циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) в клетках. А1АТ имеет высокое сродство к поверхностным рецепторам клеточных мембран. Активация мембранных рецепторов или снижение катаболизма цАМФ приводит к повышению его содержания в клетках воспаления и торможению высвобождения цитокинов и хемокинов при липополисахаридной стимуляции, к уменьшению миграции лейкоцитов, подавлению активации и пролиферации Т-лимфоцитов. Такая противовоспалительная способность А1АТ не зависит от его антипротеазной активности, характерна для физиологически измененных форм А1АТ в равной степени с нативными [25]. Эндотоксины грам-положительных бактерий стимулируют продукцию и воспалительных (фактора некроза опухолей-α (ФНО-α), и противовоспалительных цитокинов (интерлейкина-10 (ИЛ-10). Защитное действие А1АТ может осуществляться по двум направлениям: увеличению ИЛ-10 или подавлению продукции ФНО-α [25]. Модуляция выделения ФНО-α и ИЛ-10 опосредована как нативными, так и измененными формами А1АТ. Подавление активности моноцитов в ответ на липополисахаридную стимуляцию, уменьшение миграции клеток воспаления, подавление апоптоза эндотелиальных клеток микроциркуляторного русла легких и β-клеток поджелудочной железы относятся к так называемым “несерпиновым” эффектам А1АТ. ^ Продукция ААТ кодируется Pi-геном (protease inhibitor) 14-ой хромосомы. Pi-локус отличается полиморфизмом [35]. Известно более 186 его вариантов [36]. Наследование осуществляется по законам Менделя аутосомно-рецессивно [50] или кодоминантно [6]. Отличие электрофоретической подвижности вариантов А1АТ лежит в основе классификации фенотипов мутации [6]. Нормальный белок имеет среднюю миграционную способность и обозначается буквой М. Z-А1АТ менее подвижен. При наследовании Pi-null аллелей ни в плазме ни электрофоретически обнаружить белок не удается [19]. Следствием полиморфизма Pi-гена являются разнообразные механизмы развития недостаточности А1АТ [19]: 1. Дефицитные аллели приводят к внутриклеточному накоплению или деградации А1АТ и высвобождению в кровоток минимальных количеств белка. 2. В результате невозможности обеспечения должной транскрипции синтезируется неполноценный или нестабильный А1АТ, разрушающийся еще до секреции. 3. Дисфункциональные аллели являются причиной снижения антиэластазной активности А1АТ. PiZ является и дефицитным и дисфункциональным аллелем. Низкий уровень Z-А1АТ в крови обусловлен его полимеризацией и накоплением ЭПС гепатоцитов, а малое количество поступающего в кровоток А1АТ не способно ингибировать эластазу [6, 39]. Точечная мутация - преждевременное вставление стоп-кодона при Pi null мутации - вызывает образование неполноценных быстро разрушающихся белков [29]. Наследование MM-генотипа обеспечивает нормальный уровень А1АТ (20 мкмоль/л и выше), принимаемый за 100% [15]. 95% индивидуумов с тяжелым дефицитом А1АТ гомозиготны по Z-аллелю, 5% имеют другие редкие варианты [39, 50]. S-аллель является причиной умеренного снижения А1АТ. Влияние различных генотипов на уровень А1АТ в крови приведены в таблице 1. Таблица 1 Средние уровни А1АТ в сыворотке крови
Ощутимый патологический вклад в недостаточность А1АТ вносят Pi null-аллели. При гомозиготных состояниях А1АТ в крови полностью отсутствует [1]. Некоторые генетические варианты при электрофорезе трактуются как “P”-фенотипические. Выделены аллели Pst аlbans, Pyango, Pbudapest, не несущие пагубных влияний, а также “вредные” варианты Plowell, Pduarte [49]. Сочетание неблагоприятного P-аллеля с другим дефицитным аллелем может приводить к повреждению легких. Варианты Pi-гена могут и не являться причиной дефицита А1АТ. К таким аллелям относятся М1, М2, G, X, C, D [33]. ЭПИДЕМИОЛОГИЯ Тяжелая и умеренная недостаточность А1АТ – одно из наиболее частых патологических состояний в общей структуре [18]. Встречаемость дефекта у европейцев сравнима с частотой муковисцидоза – 1 случай на 2000 – 7000 родов [50]. При обследовании 200 000 новорожденных в Швеции в 1972 – 1974 гг. у 183 выявлена тяжелая недостаточность А1АТ [43]. Согласно расчетам в мире проживают более 175 тысяч носителей ZZ-фенотипа, свыше 3 млн дефицитных SZ- и SS-фенотипов [1]. Из всех электрофоретических вариантов А1АТ среди популяций Северной и Центральной Европы около 90 - 95% соответствуют фенотипу PiММ (таблица 2). На долю других аллелей (F, S, Z, P, W и др.) приходится от 2 до 10% [7]. Таблица 2Частота наиболее распространенных аллелей Pi в разных регионах мира, %
Z-мутация встречается с частотой 1 на 2000 населения Северной Европы [37], имеет наибольшее распространение на юге Скандинавии и северо-западном побережье Европы и уменьшается по направлению к юго-востоку континента. S-аллель чаще встречается на юге Европы [5]. ^ Основной точкой приложения нейтрофильной эластазы являются белки экстрацеллюлярного матрикса легочной паренхимы: эластин, коллаген, фибронектин, ламинин, протеогликаны [1]. При дефиците А1АТ протеазы начинают разрушать не только микроорганизмы и некротическую ткань, но и опорные структуры легкого [5, 7]. Невозможность А1АТ нейтрализовать эластазу нейтрофилов или инактивация ее в недостаточной степени увеличивают продолжительность ферментативной атаки до 80 мс, неизбежно приводя к деструкции компонентов легочной ткани в зоне нейтрофильной инфильтрации и прилегающих участках. Со временем альвеолярные перегородки истончаются, под влиянием повышенного внутрилегочного давления разрываются [5, 7], поврежденная легочная ткань замещается соединительной, легкие теряют свою эластичность, развиваются обструктивные явления, эмфизема. На сегодняшний день протеазно-антипротеазная гипотеза происхождения эмфиземы является доминирующей [1]. Одним из наиболее важных факторов развития эмфиземы является курение. Ингаляция табачного дыма вызывает хроническую воспалительную инфильтрацию легочной ткани макрофагами, нейтрофилами, сохраняющуюся длительное время после прекращения курения, а его умеренные кислотные свойства усиливают образование полимеров. Хроническое воздействие табачного дыма, содержащего оксиданты, приводит к окислению метионина в активном центре молекулы А1АТ с потерей его функциональной активности при сохранении нормальной концентрации в крови [44]. Это объясняет развитие эмфиземы у курильщиков с нормальным уровнем А1АТ. ^ При дефиците А1АТ у носителей PiZ-аллеля серьезной особенностью А1АТ является феномен полимеризации. Аномальный А1АТ характеризуется большим молекулярным весом, худшей растворимостью, склонностью к агрегации и низкой функциональной активностью в отношении эластазы [1, 16]. В результате мутации 85% А1АТ имеют измененную структуру, нестабильно и подвергается полимеризации в местах синтеза с последующей деградацией, а некоторая часть аккумулируется в гепатоцитах и холангиоцитах в виде включений. При этом экскреция фермента в плазму уменьшается [28, 39, 50]. Мутации приводят к изменению взаимного расположения реактивного центра и β-цепи А с интернализацией скрытого домена. Это способствует формированию аберрантных связей между реактивным центром одной молекулы А1АТ и β-цепью другой. Сначала молекулы А1АТ объединяются в димеры, затем образуются полимеры [21]. Носительство S-аллелей также сопряжено со спонтанной полимеризацией А1АТ, но в меньшей степени [33], что обуславливает более высокую концентрацию фермента в крови, чем при Z-варианте дефицита. Учитывая сохраненную способность ингибировать эластазу, меньшую концентрацию полимеров в очаге воспаления, S-А1АТ оказывается способным предотвращать повреждение тканей избытком протеолитических ферментов, предупреждая клиническую манифестацию недостаточности [5]. Процесс полимеризации лежит в основе тяжелого дефицита А1АТ при Siiyama и Mmalton мутациях [30] и умеренного снижения А1АТ в плазме при PiI варианте [33]. ^ Механизм повреждения печени точно не установлен. Предполагается, что аккумуляция полимеров А1АТ в ЭПС печеночных клеток сопряжена с их повреждением [6, 39]. Доказано развитие заболеваний печени при PiZZ-фенотипе, в отношении MZ и других форм – данные противоречивы [28, 50]. ^ Полимеризованный Z-А1АТ выступает самостоятельным фактором снижения локальной антипротеазной защиты, приобретая провоспалительные свойства [32] и являясь хемоаттрактантом моноцитов и нейтрофилов. Нативные же M и Z протеины выраженного действия на нейтрофилы не оказывают. Синтез полимерных форм А1АТ может иметь место в легочной ткани. Полимеры А1АТ вызывают более массивный приток нейтрофилов в легочную ткань, чем воспалительные цитокины. Этим, возможно, объясняется усиленное разрушение ткани у больных эмфиземой, носителей Z-аллеля, и прогрессирование эмфиземы у пациентов, несмотря на заместительную терапию А1АТ [32]. ^ Серпины контролируют процессы коагуляции, фибринолиза, активации кининов и комплемента. Недостаточность А1АТ способствует повышению активности трипсина, химотрипсина, панкреатической эластазы, эластазы нейтрофилов, ренина, урокиназы, фактора Хагемана, других тканевых протеаз [6]. Нарушение равновесия в системе протеолиз/антипротеолиз приводит к локальному повреждению тканей и развитию различных патологических состояний, в том числе рака, аутоиммунных заболеваний, воспалительных, инфекционных процессов. Считается, что у лиц с дефицитом А1АТ воспалительный ответ имеет более высокий установочный уровень, чем у здоровых. С повышением температуры тела, увеличивается секреция Z-А1АТ в гепатоцитах, его полимеризация и аккумуляция в зоне воспаления [28]. Имеет место более интенсивный хемотаксис нейтрофилов к очагу действия, которые, помимо основной функции санации, способствуют повреждению окружающих тканей. Так, мономер, полимеризуясь, превращается из молекулы с протективными свойствами в патологический агент. Вполне возможно, этот провоспалительный эффект полимеров лежит в основе разлитого воспаления и развития таких состояний, как панникулит (Christian-Weber syndrome) [38], гранулематоз Вегенера [22], гломерулонефрит [17], панкреатит, астма, бронхоэктазы [31]. ^ Степень проявления генетических нарушений широко варьирует [19]. Носительство мутации может быть асимптомным или манифестировать патологией легких, печени. Более редкими проявлениями дефицита А1АТ являются поражение кожи, сосудов, почек, поджелудочной железы, кишечника [6]. ^ Большинство легочной патологии, обусловленной дефицитом А1АТ, связано с носительством наиболее распространенных S и Z-аллелей. Лица, наследующие наряду с дефицитным нормальный М-аллель, часто подвержены высокому риску развития заболеваний легких [14]. ХОБЛ – наиболее частое клиническое расстройство, ассоциированное с дефицитом А1АТ, частая причина нетрудоспособности и смерти. Около 3% больных ХОБЛ имеют недостаточность А1АТ, другие исследователи констатируют большую частоту Pi-мутации среди больных ХОБЛ [10]. Особенностью эмфиземы при дефиците А1АТ является преимущественное поражение базальных отделов легких и панацинарный характер. Тропность базальных отделов объясняется большим кровотоком в этих отделах, соответственно, большим поступлением Z-А1АТ, большей концентрацией полимеров и более активным воспалительным процессом. Только в одном исследовании сообщается о равном содержании Z-полимеров и в базальных, и в верхушечных отделах легких, однако, исследуемый материал был получен во время трансплантации легких, когда эмфизема была уже обширным, далеко зашедшим процессом [32]. Респираторный синдром при дефиците А1АТ развивается рано: на третьем - четвертом десятилетиях жизни. В Минске недавно описан случай недостаточности А1АТ на фоне бронхолегочной дисплазии у мальчика 5,5 месяцев, выявленный при скрининговом обследовании [2]. Наиболее частой жалобой больных, страдающих тяжелым дефицитом А1АТ, является одышка при физической нагрузке. У большинства больных регистрируются свистящие хрипы, кашель с мокротой 3 и более недель в году. Вариабельность клинических проявлений ХОБЛ обусловлена сочетанным действием генетических факторов и факторов окружающей среды. Астма, пневмонии в анамнезе, другие респираторные заболевания у детей, хронический бронхит являются факторами риска развития ХОБЛ у больных с дефицитом А1АТ [20]. Дефицит А1АТ - независимый фактор карциногенеза. При оценке значимости различных факторов развития рака легких из 1443 больных 13,4% являлись носителями дефицитных аллелей. Pi-мутация увеличивает риск развития рака легких на 70% [48]. Сообщается о вероятной связи бронхоэктазов с низким уровнем А1АТ при отсутствии эмфиземы [31] и увеличении частоты встречаемости бронхиальной астмы [34]. ^ Патология печени – второй по частоте клинический синдром дефицита А1АТ. Поражения могут быть самыми различными: от гепатита, цирроза в младенческом и детском возрасте до латентно развивающегося криптогенного цирроза, проявляющегося в зрелые годы [6, 50]. Характерными клиническими признаками заболевания печени являются тяжелая паренхиматозная желтуха, гепатомегалия. Первыми симптомами могут быть портальная гипертензия, асцит, гиперспленизм, энцефалопатия [6]. Гепатотоксическое действие полимеров А1АТ может быть причиной развития гепатоцеллюлярной карциномы [1, 23]. У части детей патология прогрессирует до печеночной недостаточности, требующей трансплантацию печени [43]. Цирроз у взрослых с дефицитом А1АТ может развиваться и без предшествовавшего поражения в детском возрасте [23]. Пик манифестации хронического гепатита и цирроза приходится на 51 – 60 лет [6]. ^ Панникулит – нечастое проявление дефицита А1АТ (1 случай на 1000 больных дефицитом А1АТ). Встречается при всех фенотипах. Воспалительное и некротизирующее поражение – результат протеолиза в коже, с участием неидентифицированных иммунных факторов [5]. Имеются данные, подтверждающие связь дефицита А1АТ с фибромускулярной дисплазией артерий, аневризмами и расслоением сосудов головного мозга, ревматоидным артритом, гломерулонефритом, хроническим панкреатитом, колитом [26]. Уникальное сочетание ДААТ и муковисцидоза было описано в клинике одного из Российских НИИ пульмонологии в 1994 году [11]. ДИАГНОСТИКА Характерным лабораторным симптомом дефицита А1АТ считается низкий уровень α1-глобулинов [8]. Пороговым протективным значением считается 11 мкмоль/л. Более низкие значения А1АТ расцениваются как тяжелый дефицит. Методы количественной оценки способности сыворотки угнетать протеолитическое действие трипсина являются наиболее доступными, но недостаточными для установления генетической причины дефицита [40]. Вторая группа методов основана на прямом измерении концентрации самого А1АТ с помощью моноклональных антител. Наконец, электрофорез в крахмальном геле, перекрестный антиген-антитело электрофорез, изофокусный в полиакриламидном геле позволяют дифференцировать генетические варианты А1АТ [6, 7]. Согласно рекомендациям Американского торакального и Европейского респираторного общества генетические исследования по выявлению мутаций Pi-гена подразделяются на категории [1]: 1. Диагностические. Проводятся лицам со сниженным уровнем А1АТ или характерными клиническими проявлениями, или при имеющихся экзогенных факторах риска ХОБЛ. Поводом для диагностического тестирования является наличие у больного ХОБЛ, эмфиземы, бронхоэктазов неясного происхождения, бронхиальной астмы с неполной обратимостью обструкции, курение и/или экспозиция поллютантами, сопровождающиеся бронхиальной обструкцией, болезни печени неясной этиологии у взрослых и детей, некротизирующий панникулит. 2. Семейные – изучаются генотипы родственников больных с подтвержденным дефицитом А1АТ, исследуются семейные случаи заболеваний печени и болезней легких. 3. Скрининговое тестирование проводится на больших выборках новорожденных, курильщиков без бронхиальной обструкции, а также в странах с высоким уровнем распространения мутаций. ПРОГНОЗ Среди некурящих больных дефицитом А1АТ продолжительность жизни практически равна сроку жизни здоровых людей [50], у курящих – сокращается на 10 – 20 лет [4]. При наблюдении и оценке прогноза некурящих PiZZ-носителей, включенных в Swedish National A1AT Deficiency Registry, установлено, что причинами летальных исходов были эмфизема (45%), болезни печени (28%) и онкопатология различной локализации (14%). Цирроз был доминирующей причиной смерти у больных с патологией печени. В 38% случаев наблюдалась малигнизация на фоне цирроза, и, по мнению некоторых авторов, он должен рассматриваться как предопухолевое состояние [45]. Летальность больных с неонатальным холестазом составляет 60% [6]. Сохраняющаяся гепатомегалия, повышение активности аминотрансфераз рассматриваются как неблагоприятные факторы и предопределяют формирование цирроза печени в 10% случаев [23]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Недостаточность А1АТ обуславливает развитие актуальной для Республики Беларусь патологии легких и печени. Раннее выявление дефицита предоставляет возможность индивидууму осознанно формировать образ жизни, выбирать род деятельности. Курение значительно уменьшает возраст появления первых симптомов ХОБЛ у больных с дефицитом А1АТ. Учитывая частое начало курения в подростковом возрасте, генетический анализ по выявлению недостаточности А1АТ у детей имеет значительный потенциал в профилактике легочной патологии [42]. Несмотря на важное значение проблемы дефицита А1АТ в клинической практике, до настоящего времени в Республике не налажен скрининг генетического дефекта. Угроза развития тяжелой патологии легких и печени у лиц с дефицитом А1АТ является серьезным основанием для внедрения скрининговой диагностики, а раннее выявление заболевания позволяет проводить профилактику манифестных форм дефицита А1АТ. Литература
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям