Генетический полиморфизм аполипопротеинов: прогностическое значение детекции и перспективы клинической аппликации

С позиции биомедицины, происходящая на данный момент технологическая революция в сфере здравоохранения, в плане изменения представлений об этиопатогенезе и лечении заболеваний человечества, связана с достижениями в области молекулярной медицины, биологии и генетики, а также фармакологии. К одной из основных тенденций практической реализации фундаментальных разработок в данном направлении относится и развитие персонифицированной медицины, связанной с развитием уникальных высокотехнологических видов диагностики и лечения и являющейся основой профилактики и лечения наиболее распространенных инфекционных и хронических неинфекционных патологий, в том числе сердечно-сосудистых. Преимущество генной диагностики заключается в том, что она дает возможность выявить склонность к развитию того или иного заболевания задолго до его клинических проявлений, а также сформировать план профилактических мероприятий, предотвращающих его развитие и облегчающих течение, с учетом индивидуальных особенностей организма пациента.

Медицинская генетика представляет собой раздел биологической науки, основное направление которой заключается в изучении особенностей наследственности и изменчивости организма применительно к заболеваниям, представленным в человеческой популяции. Основной целью медицинской генетики является изучение роли генетических составляющих в этиологии и патогенезе различных заболеваний человека, которые делятся на два класса: собственно наследственные болезни, куда входят хромосомные и генные заболевания, и болезни с наследственной предрасположенностью, которые называют мультифакториальными заболеваниями.

В этиологии мультифакториальных заболеваний наряду с действием неблагоприятных экзогенных факторов существенное влияние оказывают состояния не одного, а многих генов. Количество этих генов, формирующих наследственную предрасположенность к заболеванию, иногда исчисляется десятками или даже сотнями. К мультифакториальным относятся большинство наиболее распространенных болезней человека, в том числе сердечно-сосудистая патология и ассоциированные с ней фенотипические проявления диси гиперлипидемии.

В настоящее время происходит интенсивное изучение ассоциации различных генов человека с мультифакториальными заболеваниями. Результаты этих исследований являются основой для планомерной разработки новых этиопатогенетических методов лечения наследственных заболеваний, а также первичной и вторичной профилактики патологических состояний, к которым у человека имеется генетическая склонность.

Варианты наследственных факторов или альтернативные состояния генов (доминантный или рецессивный) носят названия аллелей. Аллели, частота которых в популяции превышает определенный уровень в 5%, называют полиморфными или полиморфизмами.

Комплекс генов, участвующих в формировании наследственной предрасположенности к заболеванию, образует «генную сеть». Каждое мультифакториальное заболевание характеризуется своей специфической «генной сетью». В настоящее время ни для одного мультифакториального заболевания не удалось выявить все гены, участвующие в формировании наследственной предрасположенности. Однако составление «генной сети», идентификация в ней центральных генов и генов-модификаторов, исследование межгенных и ген-средовых взаимодействий, разработка на этой основе комплекса профилактических и лечебно-диагностических мероприятий индивидуально для каждого пациента представляет собой стратегическую основу нового, быстро развивающегося направления, получившего название предиктивная медицина.

Применительно к мультифакториальным заболеваниям в настоящее время наибольшее практическое значение имеет анализ полиморфных аллелей или полиморфизмов. Наибольшую ценность представляют функционально значимые полиморфные аллели, оказывающие влияние на активность кодируемых белков. Следует отметить, что полиморфные варианты генов влияют на фенотип только при сочетании с другими генетическими и негенетическими факторами, то есть обладают очень низкой пенетрантностью (свойством фенотипического проявления аллеля в популяции). При этом поиск генов-кандидатов, формирующих «генную сеть» мультифакториального заболевания, осуществляют, исходя из знаний о его этиологии и патогенезе. В тех случаях, когда уровни полиморфизма в группе больных оказываются достоверно выше по сравнению с практически здоровыми лицами, эти аллели рассматривают в качестве генетических или немодифицируемых факторов риска развития конкретной мультифакториальной патологии, а специфическими генетическими факторами риска оказываются полиморфные аллели генов, продукты которых оперируют в патологических метаболических циклах.

Следовательно, генетические факторы риска в сочетании с неблагоприятным внешним воздействием (модифицируемыми факторами риска) могут быть причиной развития любой мультифакториальной патологии, в том числе сердечнососудистых заболеваний.

Тестирование состояния генов предрасположенности на основе результатов проведения методики полимеразной цепной реакции позволяет формировать группы лиц с высоким риском развития определенной мультифакториальной патологии. При этом, выявление генетической предрасположенности к какому-либо заболеванию может быть проведено задолго до появления клинических симптомов, что позволяет эффективно предупреждать его развитие или отодвигать сроки манифестации, то есть проводить комплекс лечебно-профилактических мероприятий, направленных на снижение степени риска его возникновения. Кроме того, молекулярно-генетические исследования позволяют выявлять индивидуальные особенности этиопатогенеза ряда заболеваний у различных пациентов.

Выявление специфических генетических факторов риска и оценка их вклада в развитиесердечно-сосудистых заболеваний являются основными задачами современной молекулярной кардиологии. Так, полиморфизмы в нескольких сотнях генов исследованы в качестве генетических факторов риска атеросклероза, а результаты проведенных популяционных исследований, не смотря на их противоречивость, показали аддитивный характер взаимодействия различных генетических и средовых факторов риска. генетический медицинский аполипопротеин Поскольку нарушения липидного обмена часто сопутствуют развитию сердечно-сосудистой патологии, одними из первых были исследованы функциональные полиморфизмы генов, участвующих в контроле обмена липидов. Это гены так называемых транспортных белков холестерина — аполипопротеинов, А (аро-А), В (аро-В), С (аро-С1−3), Е (аро-Е), липопротеина, а (ЬРа), рецептора липопротеина низкой плотности (ЬРЬК), параоксоназы (РОШ, препятствующей окислению липидов в липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) путем их гидролиза) и др.

К настоящему времени описано достаточно большое количество мутаций генов, приводящих к формированию весьма специфических фенотипов аполипопротеинов. В большинстве случаев влияние на композицию и концентрацию главных классов липопротеинов оказывают дефекты апо-А1. Достаточно изеченным является полиморфизм апо-Е липопротеина. Установлено, что гены, кодирующие апо-А1, апо-СШ и апо-А1У, находятся на одной хромосоме, что обуславливает частое вовлечение целого генного комплекса в процесс делеции (хромосомной перестройки, характеризующейся потерей ее участка) и рассматривается в качестве основы манифестации дефекта в виде плазменного дефицита холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), ассоциированного с ранним развитием атеросклероза и высоким кардио-васкулярным риском.

Следует отметить, что среди молекулярных дефектов дефицита аполипопротеинов выделяют гомои гетерозиготные формы, определяющие клиническое своеобразие патологии и, в большей степени, вероятность наступления неблагоприятных исходов. Большинство дисапои дислипопротеидемий, имеющих реальное клиническое значение, касается нарушения синтеза и дефектов апо-А, -В иЕ протеинов. Таким образом, оценка полиморфизма апопротеинов позволяет индивидуализировать кардиоваскулярный риск.

При этом, в настоящее время согласно действующего международного руководства, проведение генотипирования не рассматривается в качестве рекомендованного с целью оценки риска возникновения кардио-васкулярной патологии, однако результаты проведенных исследований предполагают использование в будущем генотипической панели в плане идентификации пациентов высокого риска. Особая роль при этом, в диагностике специфических генетических форм гипери дислипидемий, отводится необходимости проведения генотипирования апо-Е, являющегося одним из ключевых регуляторов уровня липидов плазмы.

По результатам проведенных исследований, изучающих особенности полиморфизма основных классов аполипопротеидов, предполагаемая ихфункция и клиническое значение представлены следующим образом. Генетическая гетерогенность апо-А1, являющегося структурным компонентом ЛПВП, принимающего участие в активации лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ — фермента, превращающего свободный холестерин ЛПВП, в эфиры холестерина, являющиеся более гидрофобной его формой и способствующего обратному транспорту последнего) и акцепции холестерина из клеток, а дефицит которого связан с ранним развитием атеросклероза и высокой частотой манифестации ишемической болезни сердца (ИБС), представлена наличием полиморфизма А1-А4, наследуемого кодоминантно. Проведенные исследования гена апо-А1 выявили позитивную корреляцию частоты верификации достаточно редкого аллеля, А полимоорфизма (-75)0>А с плазменным уровнем потенциально проатерогенных компонентов и показателей липидного спектра (общего холестерина (ОХ), ЛПНП, индекса атерогенности), имеющую при этом ассоциацию с нутритивным статусом пациентов (употребление пищи, обогащенной насыщенными жирными кислотами) и носящую популяционно-зависимый эффект.

Имеются данные о наличие полиморфизма, возможно ассоциированного с кардиоваскулярным риском и развитием атеросклероза, у апоА1У, аналогичного по функциональной активности с апо-А1, кроме того модифицирующего состав ЛПНП, липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) и модулирующего уровень триглицеридов (ТГ).

С высокой частотой манифестации ИБС и ранним развитием атеросклероза связана элевация плазменного уровня апо-В100, играющего роль в модификации состава ЛПНП, транспорте холестерина, а также выступающего в качестве структурного компонента ЛПНП, ЛПОНП и промежуточных (недоокисленных, ремнантных) форм липопротеидов, полиморфизм которого представлен изоформами апо-Вс и апо-Вg. Некоторые аллели гена апо-В также связаны с повышенным содержанием проатерогенных липидных компонентов и более высоким риском проявлений системного атеросклеротического поражения, а наличие «мутантных» аллелей гена апо-СШ (полиморфизм С32 380) связано с прогрессированием атеросклероза у пациентов с ИБС.

Наследуемый кодоминантно полиморфизм апо-Е (от Е1 к Е4) является независимым маркером кардиоваскулярного риска, спектр функциональной активности и клиническое значение которого представлены достаточно многогранно: модулирует катаболизм ТГ, ЛПОНП, лишенных ремнантов хиломикронов, активирует ЛХАТ, является лигандом для ЛПНП (последние выступают в качестве акцепторов) и рецептором для ремнантов хиломикронов, структурным компонентом ЛПВП и обогащенных ТГ липопротеидов, выступает в качестве наследуемой детерминанты содержания ОХ и холестерина ЛПНП, а также маркера риска ИБС.

Полиморфизм апо-Е был впервые описан Утерманном и соавторами (1980;1982 гг.) на основании результатов изоэлектрического фокусирования делипидированных ЛПОНП. Затем Заннис и Бреслау (1981 г.), используя двумерный электрофорез и обработку нейраминидазой для удаления остатков сиаловой кислоты, предположили, что изоформы апо-Е наследуются в одном локусе с тремя общими аллелями. Объединение разной терминологии двух групп исследователей впоследствии привело к общепринятой классификации, согласно которой наиболее часто встречающиеся аллели называются эпсилон 2, -3 и -4. Благодаря существованию трех различных аллелей в соответствующем локусе хромосом, апо-Е представлен несколькими изоформами.

При изоэлектрическом фокусировании выделяют шесть основных фенотипов: три гомозиготных (апо-Е4/4, апо-ЕЗ/3, апо-Е2/2) и три гетерозиготных (апо-Е4/3, апо-Е4/2, апо-ЕЗ/2). Различия в зарядах объясняются замещениями цистеин-аргинин в положениях 112 и 158. Так, апо-ЕЗ в положении 112 имеет аминокислоту цистеин — единственный цистеин во всей аминокислотной последовательности. У апо-Е4 в этом положении находится аргинин. У наиболее распространенного варианта ЕЗ в положении 158 находится аргинин, который у Е2 замещен цистеином. Эти замещения нейтральной аминокислоты на основную являются причиной различий в заряде, который у Е2/2 равен нулю, у ЕЗ/3 — плюс единице и у Е4/4 — плюс двум.

Изоэлектрические точки у этих форм соответственно равны 5,89; 6,02 и 6,18. Генетический полиморфизм апо-Е — важная предпосылка для возникновения гиперлипопротеинемии и развития атеросклероза в человеческой популяции (статистический предиктор), причем у женщин в большей степени, чем у мужчин.

Аллели эпсилон 2, -3 и -4 наследуются кодоминантно. Встречаемость этих аллелей различается в популяциях, например, частота наиболее распространенной аллели эпсилон 3 колеблется от 0,88 среди сингапурских индусов до 0,77 у кавказского населения. Относительная частота аллели эпсилон 2 минимальна в Японии (0,02) и максимальна во Франции (0,13). Аллель эпсилон 4 наиболее редко встречается среди китайцев (0,06), но у финнов относительная частота достигает значения 0,23. Измерение холестерина показывает, что наличие эпсилон 2 аллели определяет более низкие, по сравнению с лицами с «нормальной» аллелью эпсилон 3, средние значения холестерина сыворотки, в то время, как противоположный эффект наблюдается у имеющих аллель эпсилон 4. Различия в частоте эпсилон 2 и эпсилон 4 аллелей приводят к отличиям в уровнях холестерина в разных странах, но для отдельно взятого фенотипа соответствующая концентрация холестерина у финнов выше по сравнению с японцами, что отражает определенную приверженность к нутритивному статусу.

Рассчитано, что примерно 7% фенотипических вариаций в уровне сывороточного холестерина между индивидумами, обусловленных в значительной степени различиями холестерина ЛПНП, связаны с полиморфизмом апо-Е. Механизм этого влияния обусловлен, по-видимому, ролью апо-Е как лиганда рецептора ЛПНП и, возможно, рецептора ремнантов хиломикронов, а также участием этого апобелка в превращении липопротеидов промежуточной плотности (ЛППП) в ЛПНП. Выведение ремнантных частиц, содержащих апо-Е2 происходит очень медленно из-за неэффективного связывания апо-Е2 с соответствующими рецепторами, превращение ЛППП в ЛПНП также нарушено. Снижение вследствие этого доставки холестерина в печень приводит к увеличению синтеза рецепторов ЛПНП и, соответственно, к уменьшению концентрации ЛПНП в плазме. Клиренс частиц, несущих апо-Е4, напротив, идет быстрее, чем нормальных частиц, что замедляет синтез указанных выше рецепторов и в последующем увеличивает плазменный уровень холестерина ЛПНП. В обзоре Девигнона и соавторов (1988 г.) показано, что аллель эпсилон 4 сопряжена с повышенным риском ИБС, по сравнению с гомозиготами по эпсилон 3, в то время, как лица с аллелью эпсилон 2 имеют минимальный риск, если у них не развивается гиперлипопротеинемия III типа.

Анализ полиморфизма аллелей гена апо-Е продемонстрировал, что наличие варианта Е3/Е3, частота которого в европеоидной популяции является достаточно часто встречающейся (70−80%), как правило не ассоциировано с развитием атеросклероза, тогда как более широкий спектр альтернативных видов генетической гетерогенности данного протеина предрасполагает к процессам инициации и прогрессирования такового, а наиболее высокий уровень ОХ и ЛПНП в популяции характерен для носителей генотипа (Е4/Е4), частота встречаемости которого, считающегося наиболее ранним эволюционным вариантом, уменьшается с возрастом в противовес содержанию аллеля Е2, наличие которого предрасполагает к формированию гипертриглицеридемии. Снижение плазменного уровня ЛПВП регистрируется в подгруппе пациентов с генотипами Е2/Е4 и Е3/Е4, тогда как полиморфизм основного регулятора работы гена (промотора) апо-Е не ассоциируется с достоверными различиями показателей липидного профиля.

Изучение особенностей метаболизма апо-Е и мутаций гена липопротеинлипазы имеет большое значение в плане понимания патогенеза и адекватного подхода к лечению пациентов с первичной гипертриглицеридемией. Так, изоформа апо-Е3 является «нормальной», тогда как гомозиготность по аллелю апо-Е2 есть причиной развития достаточно редкого типа гиперлипидемии 3 типа, считающейся разновидностью полигенной гиперлипидемии, в основе развития которой лежит молекулярный дефект в виде замены или дуплификации (хромосомной перестройки, характеризующейся удвоением ее участка) аминокислот в определенном положении нуклеотидной цепи.

При анализе результатов исследований, целью которых являлась оценка критериев эффективности, безопасности и переносимости статинов у пациентов с дислипидемией на фоне различных сердечно-сосудистых заболеваний, доказаназависимость эффективности препаратов данной группы в зависимости от полиморфизма гена, кодирующего белок, являющегося основным переносчиком эфиров холестерина в процессе его обратного транспорта. Полиморфные варианты последнего рассматриваются в качестве различной степени выраженности модуляторов ответа на терапию статинами.

В тоже время, информация, полученная из раздела медицинской генетики, изучающего влияние наследственной конституции на метаболизм различных лекарственных препаратов (фармакогенетика), может явиться основой в определении преимущественных показаний в назначении тех или иных фармакологических средств при определенной патологии, выбора оптимальной дозировки в том числе. Так, например, генотипы SLCO1B1 c. 521CC и ABCG2 c. 421AA по сравнению с генотипами SLCO1B1 c. 521ТТ и ABCG2 c. 421СС транспортных белков розувастатина (ОАТР1В1 и BCRP соответственно) ассоциированы с повышением AUC (фармакокинетического параметра, характеризующего суммарную пазменную концентрацию лекарственного препарата в течение всего времени наблюдения). При этом для пациентов с генотипами c. 521CC и c. 421AA максимальная рекомендуемая суточная доза составляет 20 мг, а риск развития статининдуцированной миопатии (включая рабдомиолиз) повышается при одновременном приеме розувастатина с лекарственными средствами, способными повышать его концентрации в плазме крови через взаимодействие с данными транспортными белками.

С другой стороны, результаты молекулярного доккинга (метода молекулярного моделирования, позволяющего предсказать наиболее выгодную для образования устойчивого комплекса ориентацию и положение одной молекулы (лиганда) по отношению к другой), моделирующего возможность использования различных субстанций в единой фармакологической форме, позволяют оптимизировать эффективность проводимой комбинированной терапии.

Таким образом, совевременное выявление особенностей генетического полиморфизма аполипопротеинов, в частности апо-Е, может рассматриваться в качестве фактора индивидуализации сердечно-сосудистого риска, а также предиктора развития специфицеских форм дислипидемий, являться основой их первичной профилактики у пациентов кардиологического профиля с целью потенциального снижения частоты кардиоваскулярных осложнений. При этом определение показаний к назначению специфической комбинированной гиполипидемической терапии с учетом данных проведения молекулярного доккинга будет способствовать повышению эффективности.