Генетическая диагностика: полиморфизм генов цитокинов


В статье представлены данные о роли полиморфизма генов цитокинов в формировании заболеваний детского возрастадоклиническая диагностика заболеваний, инициация и течение. Несмотря на очевидную значимость проблемы, остаются до конца невыясненными факторы риска и механизмы формирования патологии.

Genetic diagnosis: polymorphism of cytokine genes

The article presents data on the role of polymorphisms of cytokine genes in the formation of diseases of childhood — preclinical diagnosis of disease, initiation and flow. Despite the obvious importance of this issue, the risk factors and mechanisms of pathology are not yet fully clarified.

Молекулярная медицина — это качественно новый раздел медицинской науки, которая стала одним из главных итогов исследования генома человека [1]. По меткому выражению академика В.С. Баранова, именно ей принадлежит будущее — это и есть медицина XXI века [2]. Характерной особенностью молекулярной медицины как науки, основанной на данных о молекулярной структуре генома человека, является ее индивидуальный характер [3]. Она направлена на коррекцию патологического процесса у конкретного человека с учетом уникальных особенностей его генома. Другая важная особенность — это выраженная профилактическая направленность, когда полные сведения о геноме могут быть получены задолго до начала заболевания и, как следствие, профилактические мероприятия могут полностью ликвидировать или предупредить развитие болезни. Основные направления молекулярной медицины: предиктивная медицина, генная терапия наследственных и ненаследственных болезней, фармакогеномика (разработка индивидуальных звеньев терапии и создание новых лекарств), фармакогенетика (анализ причин особенностей низкой или, наоборот, повышенной чувствительности индивидов или отдельных популяций к действию различных лекарственных препаратов или химических веществ) и пренатальная диагностика [4].

При исследовании заболеваний органов дыхания большое внимание уделяется патогенетическим механизмам, происходящих на клеточном и молекулярно-генетическом уровнях, в том числе роли цитокинов в патогенезе заболевания. Исследование генов, контролирующих активность цитокинов, являющихся медиаторами воспаления, — одна из важных задач в раскрытии патогенетических звеньев инициации и течения заболеваний, выявление на ранних сроках предрасположенности к заболеваниям. Знание их роли в патогенезе многих заболеваний позволяет, с одной стороны, прогнозировать риск развития патологии или тяжесть ее течения, с другой — индивидуально подобрать специфическую терапию для конкретного пациента.

Наиболее частым изменением структуры генов является полиморфизм единичных нуклеотидов (англ. single-nucleotide polymorphism, SNP). Именно SNP особенно важен для молекулярной диагностики болезней. Генетически каждый человек обладает уникальной последовательностью нуклеотидов, которых около 3 миллиардов пар в хромосомах. Ученые считают, что геном каждого человека содержит порядка 25 000 генов. Мутации или изменения в любом из этих генов могут привести к болезни, инвалидности или сократить срок жизни. Эти мутации могут передаваться от одного поколения другому так же, как унаследованные рыжие волосы матери или карие глаза отца. Мутации в некоторых случаях могут произойти спонтанно, в результате отрицательного воздействия физических (например, различные виды излучения, радиация, и т.п.), химических (канцерогены, окислительный стресс и т.п.) или биологических (вирусы) факторов окружающей среды. Эти генетические различия вносят важный вклад в индивидуальные особенности развития защитных реакций и предрасположенность к целому ряду заболеваний.


Особенности спектров генетических полиморфизмов в зависимости от географических условий, диеты, расовой (этнической) принадлежности указывают на действие естественного отбора. Другими словами, при определенных условиях некоторые генетические полиморфизмы могут либо предрасполагать, либо препятствовать проявлению различных заболеваний. Гены, аллельные варианты которых при наличии определенных условий предрасполагают к определенным заболеваниям, получили название генов предрасположенности [5].

Так как цитокины являются медиаторами воспаления, в этой связи несомненно, что изучение генов, контролирующих активность цитокинов, является важной задачей при исследовании механизмов развития и течения заболеваний и выявление предрасположенности. Гены интерлейкинов обладают чрезвычайно высокой степенью полиморфизма [6].

Генетический контроль экспрессии провоспалительных цитокинов достаточно широко изучен. Например, среди многих полиморфизмов промоутеров гена ФНОα (фактор некроза опухоли) 308G/А полиморфизм показывал корреляцию с 20-40%-ным увеличением экспрессии ФНОα [7], что в значительной степени отражало восприимчивость к инфекциям [8]. Этот полиморфизм служит четким маркером плохого прогноза у больных, перенесших церебральную малярию [9], септический шок [10], периодонтит [11], цирроз печени при гепатите C [12] и менингококковую инфекцию [13]. Ранее исследовалась ассоциация между тремя полиморфизмами генов (ФНОα-308, ИЛ-1β +3953, ИЛ-6 -174) провоспалительных цитокинов и восприимчивости к отиту у детей и было обнаружено, что ФНОα-308 и ИЛ-6-174 полиморфизм (но не ИЛ-1β +3953) существенно связан с предрасположенностью к воспалению среднего уха.

Из клинических наблюдений известно, что реализация воспалительного ответа может существенно различаться по интенсивности и продолжительности: у одних больных он протекает более остро, агрессивно и сопровождается высокими значениями лихорадки, у других имеет затяжной характер [14]. Анализ генетических основ, обуславливающих индивидуальные реакции организма, задача сложная, связанная прежде всего с тем, что генетическая предрасположенность определяет развитие заболеваний только на 20-40%, а 60-80% обусловлены фенотипическими особенностями (МакКонки Э., 2008). Поэтому поиск генетических маркеров, контролирующих ключевые звенья патогенеза болезней органов дыхания, несомненно, является одной из актуальных и перспективных задач медицинской генетики. Это тем более важно, что определенную трудность для клиницистов представляет мультифакторный характер инициации поражения легочной системы, поскольку единичный фактор не может раскрыть сложного каскада патогенетических механизмов бронхолегочных заболеваний. Менее изученным патогенетическим звеном при воспалительной патологии вообще и бронхолегочной системы в частности остается исследование по выявлению ассоциации полиморфных локусов генов — кандидатов с риском развития заболеваний легких у детей.


Молекулярно-генетическая диагностика позволяет врачу заглянуть в индивидуальную программу жизни человека, увидеть особенности его организма, предрасположенность к одним заболеваниям и устойчивость к другим.

Таким образом, осуществляется диагностика заболеваний на досимптомном этапе развития, что в свою очередь позволяет своевременно провести адекватную профилактику развития заболевания и назначить индивидуальную, подходящую именно для этого пациента схему лечения. Именно такой подход к терапии позволяет свести к минимуму неблагоприятные эффекты лекарственных препаратов, сохранить здоровье пациенту и даже жизнь. Кроме того, еще одним важным преимуществом генодиагностики перед другими методами является то, что она выполняется всего 1 раз в жизни. Результаты не изменяются в течение жизни и не зависят от физиологического состояния организма. Внедрение в современную медицину методов молекулярной диагностики сделало вполне реальной идею генетического паспорта. Выполнив один раз в жизни данное исследование, врач и пациент будут знать о слабых сторонах пациента, что позволит проводить прицельную профилактику именно этих заболеваний; также можно быть уверен в том, что лекарственные препараты будут назначены в соответствии с индивидуальными особенностями организма больного.

Генетическое тестирование полиморфизмов генов предрасположенности к различным мультифакториальным болезням в России еще только начинается и пока сосредоточено лишь в единичных лабораториях Санкт-Петербурга, Москвы, Уфы, Томска, Новосибирска и Казани [15]. Между тем тестирование аллельных вариантов гена предрасположенности дает не только богатую информацию о состоянии систем организма, но и позволяет оценить предрасположенность пациента сразу к нескольким различным, зачастую патогенетически далеко стоящим друг от друга заболеваниям. Важно подчеркнуть, что само наличие неблагоприятного аллеля не позволяет судить ни о времени начала заболевания, ни о его тяжести. Нельзя утверждать, что обследуемое лицо наверняка заболеет именно этой болезнью. Генетическое тестирование позволяет в досимптомный период выявить существующие пока только в геноме наследственные тенденции к развитию болезней и наметить пути их ранней профилактики.

Настоящий прорыв в понимании генетической книги жизни человека был достигнут в ходе реализации международной программы «Геном человека» [16]. Разработанный впоследствии каталог будет использоваться во множестве исследований геномов пациентов с определенными заболеваниями. «Новый проект повысит чувствительность диагностики. Существующие сегодня базы данных предоставляют информацию по вариантам, обнаруживающимся, по крайней мере, в 10% популяции. Используя мощности современных секвенаторов и новые методы статистической обработки данных, мы надеемся, что сможем создать карту вариаций, которые встречаются у 1% людей из популяции. «Это будет настоящим переворотом в области диагностики наследственных заболеваний», — говорит Францис С. Коллинз (Francis S. Collins), директор проекта.

Таким образом, исследования полиморфизма генов как фактора генетической предрасположенности к различным заболеваниям человека открывают новые горизонты в выявлении групп риска и выборе наиболее оптимальной терапии для каждого пациента. В будущем можно ожидать появление превентивных методов коррекции предрасположенности к широкому спектру заболеваний. Подобный подход будет, по-видимому, связан с генной терапией, которая позволяет проводить манипуляцию генетического аппарата клетки. Несмотря на определенную отрывочность наших знаний о генетической предрасположенности к заболеваниям, подобные исследования необходимы и лягут в основу качественного прорыва в области биомедицины.

Ф.Ф. Ризванова, О.И. Пикуза, Р.А. Файзуллина, Р.Ф. Гайфуллина, А.А. Ризванов, О.А. Кравцова.

Казанский государственный медицинский университет

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Ризванова Фарида Фаритовна — ассистент кафедры пропедевтики детских болезней и факультетской педиатрии с курсом детских болезней лечебного факультета

Литература:

1.    Сollins F.S. Implications of the Human Genome Project for medical science / F.S. Сollins, V.A. McKusick // JAMA. — 2001. — Vol. 285, — № 5. — P. 540-544.

2.    Баранов В.С. Молекулярная медицина: молекулярная диагностика, превентивная медицина и генная терапия / В.С. Баранов // Молекулярная биология. — 2000. — Т. 34. — № 4. — С. 684-695.

3.    Газизова Р.Г. Молекулярно-генетические маркеры предрасположенности к гипертонической болезни населения Республики Татарстан: дисс. … канд. биол. наук. — Казань, 2007. — С. 5-6.

4.    Газизова Р.Г. Молекулярно-генетические маркеры предрасположенности к гипертонической болезни населения Республики Татарстан: дисс. … канд. биол. наук. — Казань, 2007. — С. 22-23.

5.    Nebert D.W. Polymorphisms in drug metabolizing enzymes: what is their clinical relevance and why do they exist / D.W. Nebert // Am. J. Hum. Genet. — 1997. — Vol. 60. — P. 265-271.

6.    Cytokine gene polymorphism in human disease: on-line databases / J. Bidwell, L. Keen, G. Gallageher et al. — 2003.

7.    Skoner D.P., Gentile D.A., Patel A., Doyle W.J. Evidence for cytokine mediation of disease expression in adults experimentally infected with influenza A virus. J Infect Dis. 1999 Jul; 180(1): 10-4.

8.    Hajeer A.H., Hutchinson I.V. TNF-alpha gene polymorphism: clinical and biological implications. Microsc Res Tech. 2000 Aug 1; 50(3): 216-28.

9.    McGuire W., Hill A.V., Allsopp CE, Greenwood BM, Kwiatkowski D. Variation in the TNF-alpha promoter region associated with susceptibility to cerebral malaria. Nature. 1994 Oct 6; 371(6497): 508-10.

10.    Mira J.P., Cariou A., Grall F., Delclaux C., Losser M.R., Heshmati F. et al. Association of TNF2, a TNF-alpha promoter polymorphism, with septic shock susceptibility and mortality: a multicenter study. JAMA. 1999 Aug 11; 282(6): 561-8.

11.    Galbraith G.M., Hendley T.M., Sanders J.J., Palesch Y., Pandey J.P. Polymorphic cytokine genotypes as markers of disease severity in adult periodontitis. J Clin Periodontol. 1999 Nov; 26 (11): 705-9.

12.    Yee L.J., Tang J., Herrera J., Kaslow R.A., van Leeuwen D.J. Tumor necrosis factor gene polymorphisms in patients with cirrhosis from chronic hepatitis C virus infection. Genes Immun. 2000 Aug; 1(6): 386-90.

13.    Nadel S., Newport M.J., Booy R., Levin M. Variation in the tumor necrosis factor-alpha gene promoter region may be associated with death from meningococcal disease. J Infect Dis. 1996 Oct; 174(4): 878-80.

14.    Симбирцев А.С., Громова А.Ю. Функциональный полиморфизм генов регуляторных молекул воспаления. — Журнал «Цитокины и воспаление», 2005.  — № 1.

15.    Баранов В.С. Программа «Геном человека» как научная основа профилактической медицины / В.С. Баранов // Вестн. РАМН. — 2000. — № 10. — С. 27-37.

16.    Lander E.S., Linton L.M. et al. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409 (6822): 860-921.