Генетические основы гипертрофической кардиомиопатии. |
|
Согласно современным представлениям, гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) является наследственным заболеванием, которое в 57–60 % случаев носит семейный характер, наследуется по аутосомно-доминантному типу, но может быть обусловлено и мутацией de novo. В 40 % больных ГКМП установить первичный генный дефект не представляется возможным [1, 28].
В последние годы было проведено большое количество генетических исследований, по идентификации генов, ответственных за развитие ГКМП. Большинство выявленных мутаций обнаружены в генах, кодирующих сократительные, регуляторные и структурные белки саркомера (структурной единицы миофиламентов кардиомиоцита). Выявлена связь заболевания с мутациями b-миозина тяжелых цепей, миозин-связывающего белка С, сердечного тропонина Т, сердечного тропонина I, сердечного тропонина С, a-тропомиозина, легких цепей миозина обязательных и регуляторных, сердечного a-актина, a-миозина тяжелых цепей, тайтина. Предполагается также связь ГКМП с мутациями в генах, кодирующих белок винкулин [33], человеческий мышечный LIM-протеин [10], миозенин 2 [26], протеинкиназу А. Отдельно выделяют семейную форму ГКМП, передающуюся по материнской линии и связанную с мутациями в митохондриальном геноме [4, 30].
Фенотипические проявления заболевания зависят от сочетанного влияния нескольких факторов – мутаций генов, кодирующих белки саркомера (основная мутация, ответственная за развитие ГКМП), генетического фона (модифицирующие гены, усиливающие или ослабляющие проявления заболевания) и факторов внешней среды [21].
В качестве генов-модификаторов рассматриваются гены ренин-ангиотензин-альдостероновой системы – D/D полиморфизм гена, кодирующего ангиотензинпревращающий фермент, А/С замещение в позиции 1666 I типа рецепторов к ангиотензину II, A/G обмен в позиции 1903 сердечной химазы А, М235Т миссенс-мутация в гене, кодирующем ангиотензиноген, С/Т обмен в позиции 344 в гене альдостерон-синтазы, которые играют важную роль в развитии гипертрофии миокарда и миокардиального фиброза [8, 19, 20, 25, 27, 31]. Полиморфизм гена эндотелиальной NO-синтазы и дельта-саркогликана ассоциируется с наличием ГКМП и коронарного ангиоспазма [12]. Полиморфизм гена эндотелина-2 может быть фактором риска развития фибрилляции предсердий у больных с ГКМП [24].
На величину гипертрофии миокарда левого желудочка при ГКМП может влиять уровень физической нагрузки, наличие сопутствующей артериальной гипертензии.
Мутации b-миозина тяжелых цепей как причина ГКМП
Миозин является основным белком, входящим в состав толстых нитей, выполняющим сократительную функцию. В процессе сокращения миозин связывается с активными центрами актина с помощью поперечных мостиков, образуя актино-миозиновый комплекс, в результате чего происходит конформационное изменение головок миозина и поворот их на 45 градусов относительно нитей актина. Это приводит к смещению тонких нитей актина по отношению к толстым нитям миозина на 10 нм, что, в конечном счете, способствует сокращению. Этот процесс развивается за счет энергии, выделяемой при гидролизе АТФ миозином, который активируется Ca2+ [4].
В человеческом организме существуют две изоформы миозина – a и b, преобладающим в миокарде взрослого человека является b-миозин [9].
Ген b-миозина тяжелых цепей является первым геном, мутации которого были идентифицированы в 1990 г. в качестве причины, вызывающей развитие ГКМП [4].
Ген b-миозина тяжелых цепей локализуется на хромосоме 14q1, состоит из 41 экзона, 38 из которых кодируют цепь из 1935 аминокислот, молекулярный вес белка 223 кД [1, 9]. В настоящее время идентифицировано 194 мутации в гене b-миозина тяжелых цепей, которые вызывают развитие ГКМП, и 13 мутаций, вызывающих развитие дилатационной кардиомиопатии (ДКМП) [34]. Большая часть описанных мутаций представляет собой миссенс-мутации (с заменой), располагается в начальной части гена, соответствующей головке b-миозина, шейке и подвижному региону, и приводят к уменьшению активности миозиновой АТФазы, нарушению двигательных свойств белка и сократительных свойств саркомера [9].
Фенотипические проявления мутаций в гене b-миозина тяжелых цепей представляют собой широкий спектр от легкого благоприятного течения заболевания до тяжелого с высокой пенетрантностью и риском внезапной смерти. Выделяют «злокачественные», «доброкачественные» и «промежуточные» мутации. «Злокачественные» мутации (Arg403Gln, Arg719Gln, Arg453Cys, Arg723Gly) характеризуются высокой пенетрантностью, выраженной гипертрофией миокарда, частыми эпизодами ишемии миокарда (вплоть до развития инфаркта миокарда) и высоким риском внезапной смерти (50 %) в молодом возрасте. «Доброкачественные» мутации (Leu908Val, Gly256Glu, Val606Met) характеризуются низкой пенетрантностью, стертыми клиническими проявлениями, низким риском внезапной смерти (2–10 %) и обычной продолжительностью жизни. «Промежуточные» мутации (Gly930Lys, Arg249Gln) характеризуются относительно доброкачественным течением, риск возникновения внезапной смерти составляет 16– 20 % [4, 13].
Существуют различные данные о распространенности мутаций в гене b-миозина тяжелых цепей. Исследования, проведенные среди американской популяции больных c ГКМП, свидетельствуют о том, что данные мутации являются одними из наиболее распространенных – 40 %, занимая второе место после мутаций в гене миозинсвязывающего белка C – 42 % [28]. В российской популяции больных ГКМП они составили 12 %, и были схожими по распространенности в немецкой и датской популяциях (13 %), в испанской популяции – 10 %, в то время как роль гена b-миозина тяжелых цепей в финской и шведской популяциях была значительно меньше (соответственно 3 и 4 %) [3, 18].
Миозинсвязывающий белок С
Миозинсвязывающий белок С входит в состав толстых филаментов и выполняет структурную и регуляторную функцию. В организме человека экспрессируются три изоформы белка – медленная и быстрая скелетные и кардиальная [9].
Ген миозинсвязывающего белка С расположен на хромосоме 11р11 и состоит из 37 экзонов, кодирующих белок из 1274 аминокислот [9]. В настоящее время идентифицировано 149 мутаций, которые являются причиной ГКМП, и 1 мутация, вызывающая ДКМП [34].
Характерными чертами ГКМП, вызванной мутациями в гене миозинсвязывающего белка С, является поздняя манифестация заболевания, доброкачественное течение, низкая частота синдрома внезапной смерти. Для этих мутаций также может быть характерно развитие систолической дисфункции и переход в дилатационную стадию ГКМП [2]. В последних исследованиях японских ученых было выявлено несколько мутаций в гене миозинсвязывающего белка С с тяжелым течением заболевания. Мутация c.2067+1G®A вызывала развитие выраженной гипертрофии миокарда левого желудочка и средний риск развития внезапной смерти, мутация Arg820Gln была связана с развитием конечной стадии (end stage) ГКМП с развитием выраженной систолической сердечной недостаточности [16].
Сердечный тропонин Т
Сердечный тропонин Т является регуляторным белком, который участвует в процессе сокращения путем перевода a-тропомиозина в активную форму.
Ген сердечного тропонина Т локализуется на хромосоме 1q3 и состоит из 17 экзонов, кодирующих цепь из 288 аминокислот. На данный момент выявлена 31 мутация в гене, ассоциированная с развитием ГКМП, и 6 мутаций, ответственных за развитие ДКМП [34]. Большинство выявленных мутаций являются миссенс-мутациями.
Характерными чертами заболевания, вызванного мутациями в гене сердечного тропонина Т, является небольшая степень гипертрофии миокарда, однако при этом высок риск внезапной сердечной смерти. Предполагается, что в данном случае основным фактором, приводящим к развитию опасных для жизни аритмий, а следовательно, и к развитию внезапной смерти, является не высокая степень гипертрофии миокарда, а выраженность дезорганизации мышечных волокон миокарда (феномен dysarray) [32]. Мутации гена тропонина Т являются причиной 5–10 % заболевания.
Сердечный тропонин I
Ген сердечного тропонина I расположен на 19-й хромосоме (19р13.2-q13.2) и состоит из 9 экзонов, кодирующих белок длиной в 210 аминокислот.
Интересной особенностью мутаций данного гена является то, что они могут быть причиной развития трех кардиомиопатий – гипертрофической, дилатационной и рестриктивной. В настоящее время определены – 27 мутаций гена сердечного тропонина I, приводящих к развитию ГКМП, одна мутация, вызывающая ДКМП, и 6 мутаций, являющихся причиной рестриктивной КМП [34].
Мутации могут затрагивать ингибиторный регион молекулы тропонина I и дистальную его часть, при этом клинические проявления будут различными. При повреждении ингибиторного участка молекулы будет нарушаться способность тропонина I блокировать миозиновую
АТФазу, вследствие чего, даже во время диастолы, часть молекул актина будут оставаться связанными с миозином и будет нарушаться процесс изоволюмического расслабления миокарда, что, в свою очередь, будет приводить к развитию диастолической дисфункции. Повреждение дистальной части молекулы может нарушать взаимодействие тропонина I с тропонином С и снижать чувствительность тропонинового комплекса к ионам Са2+. Клинической особенностью данных мутаций является развитие изолированной верхушечной ГКМП [2,6].
Мутации гена сердечного тропонина I могут приводить к развитию «рестриктивного фенотипа» семейной ГКМП, который ассоциируется с плохим прогнозом заболевания [17]. По данным британских авторов, распространенность мутаций сердечного тропонина I – 3,1 % [22].
Альфа-тропомиозин
Альфа-тропомиозин входит в состав тропонин-тропомиозинового комплекса и при низкой концентрации ионов Са2+ в кардиомиоците способствует ингибированию актин-миозинового взаимодействия.
Ген a-тропомиозина локализован на хромосоме 15q2 и состоит из 15 экзонов, кодирующих 284 аминокислоты [9]. Идентифицировано 11 мутаций в гене, приводящих к развитию ГКМП, и 2 мутации, вызывающие ДКМП [34].
Мутации гена приводят к возникновению дефекта белка a-тропомиозина, вследствие чего повышается чувствительность сократительных волокон к ионам Са2+ и развивается диастолическая дисфункция миокарда, при этом не отмечается выраженной гипертрофии левого желудочка или фиброза. Клинически это будет проявляться умеренной гипертрофией миокарда левого желудочка и ранним развитием диастолической дисфункции миокарда [2]. Фенотипическими проявлениями некоторых мутаций гена a-тропомиозина являются злокачественное течение заболевания с высокой пенетрантностью и высоким риском возникновения внезапной смерти в молодом возрасте (мутация Glu62Gln), а также развитие систолической дисфункции с переходом в дилатационную фазу ГКМП [14].
Легкие цепи миозина
Легкие цепи миозина – обязательные (эссенциальные) и регуляторные – участвуют в образовании толстых нитей саркомера. Они выполняют структурные и регуляторные функции – стабилизируют a-спиральные шейки миозина и принимают участие в продукции сокращения, модулируя кинетику поперечных мостиков [9].
Ген эссенциальных легких цепей миозина желудочков располагается на хромосоме 3p21.2-p21.3, состоит из 7 экзонов, 6 из которых кодируют полипептид из 195 аминокислот. На сегодняшний день определено 5 миссенс-мутаций данного гена, ассоциированных с развитием ГКМП. Ген регуляторных легких цепей миозина находится хромосоме 12q23-q24.3 и состоит из 7 экзонов, кодирующих белок из 166 аминокислот. Выявлено 10 мутаций гена, ответственных за развитие ГКМП [9,34].
Мутации генов легких цепей миозина являются редкой причиной развития заболевания и встречаются в менее 5 % случаев заболевания [28]. Мутации данных генов могут быть связаны как с легким течением заболевания, так и с тяжелым, связанным с высоким риском развития внезапной смерти [15].
Сердечный a-актин
Актин является основным белком, формирующим тонкие нити кардиомиоцита. Он выполняет одновременно функцию сокращения, соединяясь с головками миозина, формирующими мостики, и структурную функцию, взаимодействуя с якорными и трансмембранными белками.
Ген сердечного актина локализуется на хромосоме 1q42.13-42.2 и состоит из 6 экзонов, кодирующих 375 аминокислот. Выявлено 7 мутаций гена, приводящих к развитию ГКМП, и 2 мутации, связанные с развитием ДКМП [34].
Мутации гена сердечного актина являются редкими и встречаются менее чем в 1 % случаев заболевания. Наиболее часто данные мутации ассоциируют с развитием апикальной формы ГКМП. Мутации гена сердечного актина были одними из первых мутаций, которые ассоциировались с развитием ГКМП и ДКМП. По данным последних работ испанских ученых, мутация Е101К гена сердечного актина может проявляться развитием апикальной ГКМП, левожелудочковой некомпактности и частым развитием септальных дефектов [5, 23].
Альфа-миозин тяжелых цепей
Альфа-миозин тяжелых цепей представляет собой вторую изоформу миозина, в меньшей степени представленную в человеческом сердце.
Мутации гена a-миозина тяжелых цепей характеризуются развитием как ГКМП, так и ДКМП. При этом ДКМП протекает в легкой форме с поздним началом заболевания и медленным прогрессированием. В то же время мутация Q1065H гена a-миозина тяжелых цепей приводящая к ГКМП, проявляется ранней манифестацией заболевания, тяжелой гипертрофией миокарда левого желудочка, эволюцией заболевания до дилатационной фазы с развитием тяжелой систолической дисфункции и смерти от рефрактерной сердечной недостаточности, а также возникновением внезапной смерти в молодом возрасте [7].
Тайтин
Тайтин является гигантским белком саркомера, выполняющим роль цитоскелета. Он участвует в обеспечении структурной целостности и эластических свойств саркомера.
Ген тайтина расположен на 2-й хромосоме (2q31) и состоит из 363 экзонов, кодирующих белок, состоящий из 27 000 аминокислот. Тайтин является самым крупным из известных полипептидов в организме человека, он составляет 10 % всей белковой массы клетки [9].
В настоящее время идентифицированы мутации во 2, 14 и 49 экзонах гена, кодирующего тайтин, ассоциирующиеся с развитием ГКМП. Клиническое течение данных мутаций изучено не достаточно [11, 29].
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о многообразии возможных генных мутаций, ответственных за развитие ГКМП, что обусловливает значительный полиморфизм клинического течения заболевания и прогноза больных. Уточнение ведущего генного дефекта сегодня позволит выделить группы больных с неблагоприятным течением и высоким риском развития осложнений, завтра – возможно, разработать дифференцированные подходы к терапии, базирующиеся на тонкостях фармакогенетики.
Литература
В.И. Целуйко, Е.А. Белостоцкая.
Харьковская медицинская академия последипломного образования.
Укркардіо