Генетика семейной гиперхолестеринемии. Наследование, молекулярные основы

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 21.12.2024

В данной статье рассматривается роль наследственных факторов в формировании семейной гиперхолестеринемии (СГ). СГ-является наследственной болезнью, причиной которой служит в большинстве случаев мутации в гене рецептора ЛНП (липопротеины низкой плотности). Спектр мутаций в гене рецептора ЛНП характеризуется выраженной гетерогенностью: выделяют 5- классов мутаций в зависимости от патологического изменения функции рецептора. Процент диагностированных случаев СГ на сегодняшний день невелик, поэтому изучение наследственных факторов в формировании СГ, способствует открытию новых методов терапии данного заболевания.

Ключевые слова

Статья

Семейная гиперхолестеринемия: причины, особенности наследования и прогнозирования

Научный руководитель: д.б.н., доцент Дурнова Н.А.

ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ

Кафедра общей биологии, фармакогнозии и ботаники

В настоящее время рост смертности людей, страдающих сердечно-сосудистыми расстройствами, связан, прежде всего, c ишемической болезнью сердца (ИБС) и инфарктом миокарда. Одним из основных традиционных факторов риска развития ИБС, наряду с артериальной гипертензией и курением, является гиперхолестеринемия – патологическое состояние, которое характеризуется повышением уровня атерогенных липидов в крови. Выделяют два вида гиперхолестеринемии: семейная (первичная) и алиментарная (вторичная). При алиментарной гиперхолестеринемии уровень липидов в крови возрастает из-за неблагоприятных факторов, например, чрезмерном употреблении жирной пищи. Семейная гиперхолестеринемия (СГ) была впервые описана норвежским ученым К.Мюллером в 1938 г., а в 70-80-х гг. Джозеф Л. Гольдштейн и профессор Майкл С. Браун описали её генетическую причину [1]. Так как в России процент диагностированных случаев СГ в настоящее время не превышает 0,08% и, как следствие, своевременное лечение получают менее 1% пациентов [2], поэтому актуальным является информирование как врачей, так и населения о формах, причинах и профилактике гиперхолестеринемии.

Цель данного обзора – проанализировать роль наследственных факторов в формировании СГ.

СГ – одно из наиболее распространенных моногенных заболеваний человека, наследующихся по аутосомно-доминантному типу [1, 3]. В настоящее время изучены три гена, мутации в которых приводят к возникновению СГ [3, 4]: ген рецептора липопротеина низкой плотности (ЛНП), локализованный в коротком плече 19-й хромосомы; ген аполипопротеина B (APOB), расположенный в коротком плече 2-й хромосомы, ген пропротеиновой конвертазы субтилизин-кексинового типа 9 (PCSK9), находящийся в коротком плече 1-й аутосомы. Мутации в гене, кодирующем рецептор ЛНП, — самая частая причина семейной гиперхолестеринемии. Рецептор представляет собой поверхностный клеточный белок, ответственный за связывание ЛНП и доставку его внутрь клетки [13]. У больных СГ возникают мутации гена ЛНП, нарушающее развитие холестериновых рецепторов [5,6].

Начиная с 2008 года и по настоящее время, происходит активное накопление сведений о мутациях гена рецептора ЛНП [3]. Спектр мутаций гена рецептора ЛНП характеризуется выраженной гетерогенностью и специфичностью. Уже к 2008 году было известно более 860 мутаций в гене рецептора ЛНП [3,4,7], к настоящему времени описано уже более 1000 мутаций гена рецептора ЛНП, приводящих к развитию СГ [4,5].

Мутации в гене рецептора ЛНП можно сгруппировать в пять классов, в зависимости от патологического изменения функции рецептора [13,14]: при мутации 1-го класса которая возникает в экзоне 2 гена рецептора ЛНП — полностью нарушается синтез ЛНП-рецепторного белка; в остальных четырех классах рецептор синтезируется, но нарушены его функции вследствие изменения структуры белка. Мутации 2-го класса нарушают перенос рецепторов ЛНП, и они накапливаются в месте их синтеза — эндоплазматическом ретикулуме вместо перемещения в комплекс Гольджи, вследствие мутации в другом участке ЛНП рецепторного белка. Мутантные рецепторы 3-го класса достигают мембраны клеток, но не способны связывать ЛНП. Мутации 4-го класса нарушают прикрепление рецептора к окаймленной ямке и связанный ЛНП не переносится в клетку. При мутации 5-го класса рецептор не может освободиться от прикрепленной ЛНП-частицы в цитоплазме клетки. Причинами всех видов дисфункции рецептора ЛНП является изменения его морфологии, связанные с мутациями разных участков гена ЛНП рецепторных белков [13,14].

Cпектр мутаций гена рецептора ЛНП существенно отличаются в разных популяциях и этнических группах [4, 10], в связи с чем все популяции можно разделить на три группы:

1. Популяции с "эффектом основателя": белое население ЮАР, франкоговорящие жители Канады, евреи-ашкенази Восточной Европы и жители Финляндии; в этих популяциях распространено небольшое число мутаций, но частота проявления составляет 90-95% [4, 10].

2. Популяции средней гетерогенности: жители Италии, Дании, Греции, Норвегии. Учеными выявлено в этих популяциях 20-30 различных мутаций гена ЛНП рецептора, но частота их проявления составляет 10% [4, 10].

3. Популяции с высокой степенью гетерогенности: жители Англии, Японии, Германии. Число мутаций в популяции составляет 50, а частота проявления 2% [4, 10]. В России исследования спектра мутаций гена рецептора ЛНП на популяционном уровне не проводились[3].

Процент диагностированных случаев СГ на сегодняшний день невелик, поэтому изучение механизмов, лежащих в основе СГ, способствует открытию новых подходов к терапии этого заболевания. Сравнивая профили экспрессии генов в клетках больных семейной гиперхолестеринемией и здоровых индивидов, можно идентифицировать гены в клетках больных, экспрессия которых изменяется при этом заболевании[11]. На сегодняшний день существует определенная терапевтическая стратегия, принимаемая при СГ,-это таргетная молекулярная терапия. Таргетная терапия (англ. target «цель, мишень») -избирательное и направленное действие лекарственных средств на специфические сигнальные пути и молекулярные мишени [11, 12]. Разработка таргетных методов терапии СГ сильно зависит от идентификации сигнальных путей, вовлеченных в прогрессию СГ, которые могут стать специфическими мишенями потенциальных лекарственных средств.

Литература

3. Воевода М.И. Спектр мутаций гена рецептора липопротеинов низкой плотности в российской популяции / / Генетика, 2008. Том 44. №10. С. 1374-1378.

4. Комарова Т.Ю. "Финские" мутации в гене рецептора ЛНП – редкая причина семейной гиперхолестеринемии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2013. Том 55. №3. С. 359-362.

5. L. Wang, H. Chen. Экспрессия генов при семейной гиперхолестеринемии // Молекулярная биология, 2014. Том 48. №1. С. 185-192.

6. Корнева В.А. Семейная гиперхолестеринемия, обусловленная новой мутацией гена рецептора ЛНП человека // Клиническая медицина, 2014. Том 92. № 7. С. 49-53.

7. Комарова Т. Ю. Новые мутации гена рецептора ЛНП у пациентов с семейной гиперхолестеринемией // Генетика, 2013. Том 49. №6. С. 773-777.

11. Мандельштан М.Ю. Семейная гиперхолестеринемия: новые гены, новые мишени для лечения // Генетика, 2008. Том 44. № 10. С. 1309-1316.

12. Липовецкий Б.М. Семейная и полигенная гиперхолестеринемия: сходство и различия по данным многолетних клинических наблюдений // Терапевтический архив, 2009. Том 81. №1. С. 61-64.

14. Дориан Дж. Притчард, Брюс Р.Корф/ Наглядная медицинская генетика.М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. С. 49-53.

Семейная гиперхолестеринемия ( Наследственная гиперхолестеринемия , Первичнся гиперхолестеринемия )

Семейная гиперхолестеринемия (СГХС) – наследственная патология, характеризующаяся выраженным повышением количества липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) в кровотоке и высоким риском раннего развития ишемической болезни сердца. В большинстве случаев протекает бессимптомно. Иногда отмечается боль в груди, волдыри на руках, коленях и вокруг глаз, сухожильные и подкожные отложения холестерина. Основные методы диагностики – сбор наследственного анамнеза, анализ крови на общий холестерин и ЛПНП. Для лечения используется гиполипидемическая диета, регулярные физические нагрузки, медикаментозная коррекция липидоснижающими препаратами, аферез атерогенных липопротеидов.

МКБ-10

Общие сведения

Причины

СГХС является наследственной аутосомно-доминантной патологией, которая вызывается мутацией генов, ответственных за метаболизм ЛПНП и активность их рецепторов. При наличии одного дефектного гена в паре возникает гетерозиготная гиперхолестеринемия – легкое и умеренное нарушение метаболизма липидов. В редких случаях у пациентов присутствует два парных измененных гена (от матери и от отца), развивается гомозиготная гиперхолестеринемия – тяжелое расстройство липидного обмена со злокачественным течением. Причиной семейной гиперхолестеринемии является мутация в одном из следующих генов:

LDLR. Ген задает функциональность ЛПНП-рецептора, расположенного, в основном, на поверхности клеток печени. При мутации его активность снижается, процесс связывания и выведения из кровотока циркулирующих липопротеидов нарушается. Выявлено более 1600 видов мутаций гена LDLR. Их доля в общем количестве СГХС составляет 85-90%.
APOB. Дефект гена приводит к изменению структуры аполипопротеина B100, входящего в состав ЛПНП, обеспечивающего их связывание с рецептором. Мутационные изменения APOB имеются у 5-10% больных наследственной гиперхолестеринемией. Они провоцируют менее выраженное повышение ЛПНП, чем мутации LDLR.
PCSK9. Этот ген кодирует фермент пропротеиновую конвертазу субтилизин-кексинового типа 9, которая усиливает разрушение ЛПНП-рецепторов. Мутации в гене PCSK9 увеличивают активность фермента, в результате чего количество рецепторов уменьшается. Патология такого типа встречается в 5% случаев СГХС.

Патогенез

В основе семейной гиперхолестеринемии лежит генетически обусловленное повышение уровня ЛПНП. Чаще всего оно вызывается снижением активности специфического рецептора, ответственного за выведение липопротеинов. ЛПНП – наиболее атерогенные частицы. Атеросклеротические бляшки формируются при их накоплении в субэндотелиальном пространстве. Чем выше уровень липопротеинов с низкой плотностью в крови, тем интенсивнее протекает процесс.

Хуже всего ЛПНП выводятся у людей с гомозиготной первичной гиперхолестеринемией: оба парных гена имеют мутацию, функциональность рецептора снижена на более чем на 50%, концентрация ЛПНП высокая, плохо поддается коррекции при помощи медикаментов и диеты. Атеросклероз и его осложнения развиваются в детском и подростковом возрасте. При гиперхолестеринемии гетерозиготного типа только один ген дефектный, половина или более рецепторов остаются функциональными, количество ЛПНП повышается, но долгое время не проявляется клинически. Зачастую первым признаком СГХС становится атеросклероз, ишемическая болезнь сердца или инфаркт миокарда.

Симптомы

СГСХ развивается с рождения, но часто не имеет выраженных клинических признаков. Диагноз устанавливается с опозданием при манифестации сердечно-сосудистых заболеваний, таких как ИБС, инфаркт сердечной мышцы, атеросклероз. Симптомы гиперхолестеринемии наблюдаются менее чем у половины больных. Примерно у трети пациентов формируются сухожильные ксантомы – уплотнения из жироподобного вещества (холестерина), прощупываемые над сухожилиями. Узелки особенно легко определяются на кистях. Холестерин откладывается под кожей век, возле глаз в виде ксантелазм – желтоватых или не имеющих специфического цвета плоских узелков.

Патогномоничный признак СГСХ – липоидная дуга роговицы. Она представляет собой скопления холестерина по краю роговицы, которые обнаруживаются при офтальмологическом осмотре и выглядят как белый или серо-белый ободок. В отдельных случаях больные отмечают боль и дискомфорт в области груди, водянистые высыпания на коже рук, локтей и коленей. На стадии развития атеросклероза выявляются мозаичные симптомы поражения внутренних органов.

Осложнения

При отсутствии лечения гомозиготная первичная гиперхолестеринемия способствует развитию атеросклероза до 20-летнего возраста, продолжительность жизни больных не превышает 30 лет. Нелеченые пациенты с гетерозиготной формой патологии имеют высокий риск развития ИБС, к 60 годам диагноз подтверждается у 85,5% мужчин и у 53% женщин. Средние показатели продолжительности жизни для мужчин составляют 53 года, для женщин – 62 года. ИБС становится причиной смерти половины мужчин с наследственной гетерозиготной гиперхолестеринемией. Около 20% случаев инфаркта миокарда до 45 лет связаны с наличием СГХС.

Диагностика

Обследованием пациентов занимаются терапевт, кардиолог, врач-генетик. Важным этапом диагностики является сбор личного и семейного анамнеза. Учитывается возраст больного и время начала симптомов, потому что для наследственной патологии характерен ранний дебют. В пользу диагноза семейной гиперхолестеринемии рассматривается наличие двух и более близких родственников (особенно детей) с повышенным холестерином крови, ксантомами и/или липоидными дугами роговиц. Основная задача дифференциальной диагностики – исключение вторичной гиперхолестеринемии. Обследование больных проводится следующими методами:

Физикальный осмотр. При тщательной пальпации сухожилий стоп, голеней и кистей обнаруживаются ксантомы. На роговице определяется наличие полной или частичной липоидной дуги, у лиц моложе 45-48 лет она указывает на СГХС. Отсутствие ксантом, ксантелазм и роговичной дуги не исключает наличия гиперхолестеринемии.
Липидограмма. Комплексное лабораторное исследование липидного профиля является наиболее информативным методом диагностики. Показатель общего холестерина при гетерозиготной патологии составляет 7,5-14 ммоль/л, при гомозиготной – 14-26 ммоль/л. Уровень ЛПНП соответственно повышается до 3,3-4,9 ммоль/л и до 4,15-6,5 ммоль/л.
Генетический скрининг. Выявление мутаций и их характера необходимо при невозможности подтвердить диагноз другими способами, а также для составления оптимального плана лечения. У 80% пациентов обнаруживаются дефекты в генах LDLR, APOB или PCSK9. У оставшихся 20% генетические изменения не диагностируются даже при развернутых симптомах СГХС.

Лечение семейной гиперхолестеринемии

Терапия включает комплекс мероприятий, нацеленных на снижение количества ЛПНП. Тактика определяется формой гиперхолестеринемии, величиной отклонения показателей липидограммы от нормы, выраженностью симптомов и возрастом пациента. Значительная часть лечебных процедур проводится амбулаторно при регулярном контроле эффективности лечащим врачом. Пациентам назначается:

Медикаментозная терапия. Применяются препараты, понижающие уровень липидов в плазме крови. Наиболее целесообразен комбинированный прием статинов, фибратов, секвестрантов желчных кислот и ингибиторов абсорбции холестерина в кишечнике.
Коррекция образа жизни. Исключаются все факторы риска гиперлипидемии: требуется полный отказ от курения, контроль артериального давления, нормализация массы тела, регулярная физическая нагрузка. Диетотерапия основана на ограничении количества насыщенных жиров и трансжиров. Ежедневное поступление холестерина с пищей – не более 200 мг.
Аферез ЛПНП. При гомозиготном типе гиперхолестеринемии медикаментозное лечение зачастую оказывается недостаточно результативным. Проводятся процедуры удаления липопротеинов из крови. Аферез также может быть показан больным ИБС и атеросклерозом с СГХС гетерозиготной формы, особенно если прием лекарств не дает ожидаемого положительного эффекта.
Стимуляция ЛПНП-рецепторов. С недавних пор в медицинскую практику внедряется патогенетическая терапия СГХС. Используется препарат, стимулирующий увеличение количества рецепторов ЛПНП в клетках печени. В итоге усиливается захват и выведение из организма липопротеинов.

Прогноз и профилактика

Благоприятное течение семейной гиперхолестеринемии наиболее вероятно при гетерозиготном типе, раннем начале лечения и периодическом контроле уровня холестерина на протяжении всей жизни. Из-за наследственного характера патологии предупредить ее развитие невозможно. Профилактические меры нацелены на раннюю диагностику гиперхолестеринемии, что позволяет сократить вероятность атеросклероза, ИБС, инфаркта мышцы сердца. Для этого проводится каскадный скрининг – исследование уровня липидов крови у всех ближайших родственников пациента.

1. Семейная гиперхолестеринэмия: скрининг, диагностика и лечение детей и взрослых пациентов: клиническое руководство, подготовленное группой экспертов по семейной гиперхолестеринемии при Национальной липидной ассоциации США// Атеросклероз и дислипидемии – 2012 - №1.

2. Семейная гиперхолестеринемия у детей: клинические проявления, диагностика, лечение/ Садыкова Д.И., Галимова Л.Ф.// Российский вестник перинатологии и педиатрии – 2017 - №5.

3. Российские рекомендации по диагностике и лечению семейной гиперхолестеринемии/ Ежов М.В. , Сергиенко И.В. , Рожкова Т.А. // Евразийский кардиологический журнал – 2017 - №2.

4. Семейная гиперхолестеринемия: причины, особенности наследования и прогнозирования/ Джейранова М.О.// Медицинские интернет-конференции – 2018.

Генетика семейной гиперхолестеринемии. Наследование, молекулярные основы

Мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК). Митохондриальные болезни

Первые патогенные мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК) обнаружены в начале 1990-х годов. Неожиданным и до сих пор необъяснимым оказалось то, что геном митохондриальной ДНК (мтДНК) мутирует с частотой в 10 раз больше, чем ядерной ДНК. Спектр клинических проявлений, вызванных мутациями мтДНК, разнообразен, хотя преобладает нервно-мышечная патология.

В митохондриальной ДНК (мтДНК) обнаружено более 100 различных перестроек и около 100 разных точковых мутаций, вызывающих заболевания. Распространенность мутаций митохондриальной ДНК (мтДНК), в по крайней мере в одной европейской популяции, приблизительно 1 на 8000. В мтДНК обнаружены три типа мутаций:
(1) миссенс-мутации в кодирующих регионах генов, изменяющие активность белков окислительного фосфорилирования;
(2) точковые мутации в тРНК или генах рРНК, нарушающие белковый синтез в митохондриях; и
(3) перестройки, вызывающие делеции или дупликации молекулы мтДНК.

Связанные с болезнью делеции в митохондриальной ДНК (мтДНК) обычно сначала появляются как соматические мутации, хотя небольшая их часть наследуется при некоторых болезнях.

Гетероплазмия вызывает три других характеристики генетических нарушений митохондриальной ДНК (мтДНК), важные для их патогенеза. Во-первых, риск передачи потомству делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), частого класса мутаций мтДНК, низкий; механизм обсуждается позже.

В отличие от этого, женщины-носители гетероплазматической митохондриальной ДНК (мтДНК) с точковыми мутациями или дупликациями обычно передают некоторое количество мутантной митохондриальной ДНК (мтДНК) потомству. Во-вторых, число молекул мтДНК в пределах каждого овоцита сначала уменьшается, а затем резко увеличивается до огромных количеств, наблюдаемых в зрелых овоцитах. Это уменьшение и последующее увеличение мтДНК в овогенезе образует генетическое «бутылочное горлышко».

Следовательно, изменчивость в части мутантных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), наблюдаемая в потомстве матери, несущей мутацию митохондриальной ДНК (мтДНК), возникает, по крайней мере частично, вследствие увеличения в течение овогенеза только небольшого подмножества митохондриальной ДНК (мтДНК).

В-третьих, несмотря на изменчивость степени гетероплазмии, возникающей из-за «бутылочного горлышка», мать с высоким содержанием мутантных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) имеет большую вероятность родить клинически больного ребенка, чем мать с более низким содержанием, что следует из случайного разделения молекул митохондриальной ДНК (мтДНК).

Тем не менее даже женщины, несущие очень малое количество патогенных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), имеют определенный риск родить больного ребенка, поскольку «бутылочное горлышко» может случайно привести к выделению и последующему клональному накоплению даже редкого вида мутантной мтДНК.

Делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) и патология

В отличие от материнского наследования большинства болезней митохондриальной ДНК (мтДНК), большинство случаев синдрома Кирнса-Сейра и синдрома Пирсона — следствие спорадических соматических мутаций; только около 5% случаев вызвано передачей делеции матерью. Причина низкой частоты передачи неизвестна, но это может просто отражать то, что женщины с высокой долей делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) в половых клетках имеют выраженный фенотип (синдром Кирнса-Сейра) и редко участвуют в воспроизводстве.

Значение делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) как причины болезней недавно было подчеркнуто открытием, что соматические делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) часто встречаются в допаминергических нейронах черного вещества среднего мозга (substantia nigra), как у здоровых стареющих людей, так и, возможно, более часто, у лиц с болезнью Паркинсона. Делеции, происходящие в отдельных нейронах стареющих здоровых лиц и при болезни Паркинсона, оказались уникальными для каждого нейрона.

Это указывает, что увеличение разных делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) происходило в каждой клетке. Значит, соматические делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) — важная причина гибели допаминергических нейронов в стареющем черном веществе. Эти данные увеличивают возможность того, что частая спорадическая форма болезни Паркинсона может быть вызвана накоплением делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) в черном веществе и, следовательно, ухудшением окислительного фосфорилирования. В настоящее время механизмы, ведущие к делециям и клональному накоплению, до конца не поняты.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Открытие класса болезней, вызванных дефектами в молекулах рецепторов, произошло после идентификации в 1974 г. Голдстейном и Брауном рецептора ЛПНП как полипептида, повреждаемого при наиболее частой форме семейной гиперхоле-стеринемии. Это заболевание, приводящее к значительному повышению риска инфаркта миокарда, характеризуется повышением холестерина плазмы, переносимого ЛПНП, главным транспортным белком холестерина в плазме.

Открытие Голдстейна и Брауна в общих чертах прояснило нормальный метаболизм холестерина и биологию поверхностных рецепторов клетки. Недостаточность рецептора ЛПНП — первый пример из множества выявленных впоследствии нарушений, вызванных дефектами рецепторов.

Семейная гиперхолестеринемия: генетическая гиперлипидемия

Семейная гиперхолестеринемия относится к группе метаболических нарушений, получивших название гиперлипопротеинемий, характеризующихся высокими уровнями липидов (холестерина, триглицеридов, или и того и другого сразу) и специфических липопротеинов плазмы. Описаны также и другие моногенные гиперлипопротеинемий, каждая с четким биохимическим и клиническим фенотипом.

Оказалось, что, кроме мутаций в гене рецептора ЛПНП, к семейной гиперхолестеринемии также ведут аномалии в трех других генах. Примечательно, что все четыре гена, ответственные за семейную гиперхолестеринемию, нарушают либо функцию или количество рецептора ЛПНП в правильном положении на поверхности клетки, либо апопротеин В-100, белковый компонент лиганда ЛПНП-рецептора. Неудивительно, что клинические фенотипы индивидуумов, несущих мутации в этих четырех генах, трудноразличимы. Вследствие ее значимости рассмотрим семейную гиперхолестеринемию, вызванную мутациями в рецепторе ЛПНП.

Мы обсудим также мутации в гене протеазы PCSK9; хотя некоторые мутации в этом гене вызывают гиперхолестеринемию, большее значение PCSK9 в том, что ее некоторые частые варианты понижают уровень ЛПНП-холестерина плазмы в общей популяции, защищая от заболевания коронарных сосудов сердца.

Семейная гиперхолестеринемия вследствие мутаций в рецепторе ЛПНП

Мутации в гене, кодирующем рецептор ЛПНП, — самая частая причина семейной гиперхолестеринемии. Рецептор представляет собой поверхностный клеточный белок, ответственный за связывание ЛПНП и доставку его внутрь клетки. Как у гетерозигот, так и у гомозигот развивается ранняя патология сердца в результате появления атером (отложения производных холестерина и ЛПНП в венечных артериях), ксантом (холестерин депонируется в коже и сухожилиях) и старческой дуги (отложение холестерина вокруг периферии роговицы).

Так тщательно пока изучены немногие болезни; полностью подтверждена вся последовательность патологических событий от мутантного локуса до его эффекта на уровне человека и популяции.

Генетика семейной гиперхолестеринемии вследствие мутаций в рецепторе ЛПНП. Семейная гиперхолестеринемия, вызванная мутациями в рецепторе ЛПНП, наследуется как аутосомный полудоминирующий признак. Известны как гомозиготные, так и гетерозиготные фенотипы, очевиден эффект дозы генов; болезнь обнаруживается раньше и проявляется сильнее у гомозигот, чем у гетерозигот, отражая большее снижение числа рецепторов ЛПНП и большее повышение ЛПНП в плазме.

Гомозиготы могут уже в детстве иметь клинически значимое заболевание коронарных сосудов сердца, немногие доживают до 40 лет. Гетерозиготная форма болезни с популяционной частотой около 1 на 500 — одно из наиболее частых моногенных заболеваний человека. Гетерозиготы имеют высокие уровни холестерина плазмы, почти в 2 раза выше, чем в контрольной группе. По причине наследственной природы семейной гиперхолестеринемии важно подтвердить или отвергнуть этот диагноз, встречающийся приблизительно у 5% выживших после инфаркта миокарда гетерозигот по дефекту рецептора ЛПНП. В то же время семейную гиперхолестеринемию имеет только около 1 из 20 в общей популяции лиц с повышенным холестерином и гиперлипопротеинемией, аналогичной имеющейся при гетерозиготной недостаточности рецептора ЛПНП, чаще такие индивидуумы имеют гиперхолестеринемию многофакторного происхождения.

Захват холестерина рецептором ЛПНП. Нормальные клетки получают холестерин, или синтезируя его, или захватывая из плазмы внешний холестерин, связанный с ЛПНП. Захват осуществляет рецептор ЛПНП, распознающий апопротеин В-100, белковый остаток ЛПНП. Рецепторы ЛПНП на поверхности клетки локализуются в углублениях (закрытых ямках), создаваемых белком клатрином. Связанный рецептором ЛПНП переносится в клетку за счет эндоцитоза ямок, которые в конце концов попадают в лизосомы, где ЛПНП гидролизуются, освобождая холестерин. Увеличение свободного внутриклеточного холестерина уменьшает внутренний синтез холестерина, подавляя ограничивающий фермент пути синтеза (3-гидрокси-З-метилглутарил-коА-редуктазу). Холестерин, ненужный для клеточного метаболизма или синтеза мембран, может реэтерифицироваться и накапливаться в виде эфиров холестерина. Этот процесс стимулируется активацией ацетилкоэнзим-А-холестерол-ацилтрансферазы. Увеличение внутриклеточного холестерина также уменьшает синтез рецептора.

Классы мутаций в рецепторе ЛПНП. В гене рецептора ЛПНП обнаружено более 700 различных мутаций, распределенных по всей его длине. (Часто остается неясным, все ли эти варианты нуклеотидной последовательности патогенны или некоторые из них — варианты нормы без фенотипического проявления.) Подавляющее большинство аллелей — однонуклеотидные замены, небольшие инсерции или делеции; структурные перегруппировки занимают в большинстве популяций всего от 2-10% аллелей рецептора ЛПНП.

Зрелый рецептор ЛПНП имеет пять четких структурных областей, в основном имеющих различающиеся функции. В определении функций этих областей заметную роль сыграл анализ эффекта мутаций в каждой области рецептора. Эти исследования демонстрируют тот вклад, который может внести генетический анализ в определение связей между структурой и функциями белков.

Для исследования мутантных рецепторов и получающихся сбоев в клеточном метаболизме холестерина проведены исследования в культурах фибробластов больных. Мутации в гене рецептора ЛПНП можно сгруппировать в шесть классов, в зависимости от нарушаемого мутацией этапа нормального клеточного цикла рецептора. Мутации 1-го класса — аллели, полностью нарушающие синтез рецептора, наиболее частый тип патогенных мутаций в этом локусе. В остальных пяти классах рецептор синтезируется нормально, но нарушены его функции.

Мутации в классах 2, 4 и 6 определяют характеристики полипептида, критичные для его субклеточной локализации. Сравнительно частые мутации 2-го класса нарушают перенос рецепторов ЛПНП, и они накапливаются в месте их синтеза — эндоплазматическом ретикулуме вместо перемещения в комплекс Гольджи. Эти аллели нарушают соответствующую третичную структуру белка, необходимую для его выхода из эндоплазматического ретикулума. Мутантные рецепторы 3-го класса достигают поверхности клетки, но не способны связывать ЛПНП.

Таким образом, эти аллели позволили исследователям идентифицировать область связывания ЛПНП. Мутации 4-го класса нарушают прикрепление рецептора в клатриновой ямке и связанный ЛПНП не переносится в клетку. Данные мутации изменяют или удаляют цитоплазматическую область в карбоксильном конце рецептора, доказывая, что этот участок в норме направляет рецептор в ямку. Мутации 5-го класса — аллели, нарушающие восстановление рецептора. Для восстановления рецептора необходима его диссоциация со связанным ЛПНП в эндосоме. Мутации в гомологичном участке предшественника фактора роста эпидермиса нарушают освобождение лиганда ЛПНП. Это приводит к распаду рецептора, возможно, вследствие того, что занятый рецептор не может вернуться на поверхность клетки.

Протеазы PCSK9 и их отношения с ЛПНП и холестерином при гиперхолестеринемии

Миссенс-мутации с увеличением функции в гене, кодирующем протеазу PCSK9, оказались причиной редкой аутосомно-доминантной семейной гиперхолестеринемии. Эксперименты показывают, что повышенная активность протеазы PCSK9 ведет к распаду рецептора ЛПНП (хотя неясно, является ли рецептор ее прямой мишенью), регулируя тем самым уровень рецептора в гепатоцитах. Следовательно, протеаза действует как механизм, уменьшающий количество молекул рецептора и предохраняющий от чрезмерного захвата холестерина, что необходимо, например, в случае низкохолестериновой диеты.

Миссенс-мутации в протеазах PCSK9, связанных семейной гиперхолестеринемией, оказывается, вызывают болезнь, увеличивая активность протеаз, тем самым снижая содержание рецептора ЛПНП до аномально низкого уровня. Мутации в гене PCSK9 с увеличением функции, вызывающие семейную гиперхолестеринемию, показали, что протеазы PCSK9 — основной регулятор метаболизма холестерина ЛПНП.

Защитное действие некоторых вариантов нуклеотидной последовательности гена PCSK9 от ишемической болезни сердца

Связь между семейной гиперхолестеринемией и геном PCSK9 позволяет предполагать, что частые варианты нуклеотидной последовательности в гене PCSK9 могут быть связаны как с очень высоким, так и очень низким уровнем холестерина ЛПНП в общей популяции (несмотря на то что, к сожалению, для частых вариантов в других генах, включая три других, связанных с семейной гиперхолестеринемией, связь с изменениями уровня холестерина плазмы в общей популяции убедительно не доказана). Обнаружено несколько вариантов последовательности гена PCSK9, тесно связанных с низким уровнем холестерина ЛПНП в плазме.

Например, в афроамериканской популяции с очень низким уровнем холестерина ЛПНП один из двух нонсенс-вариантов PCSK9 обнаруживается в 2,6% всех случаев; присутствие любого варианта приводит к уменьшению уровня холестерина ЛПНП на 40%.

Это снижение холестерина ЛПНП оказывает мощный защитный эффект против ИБС, уменьшающий ее риск почти на 90%; только около 1% чернокожих носителей любого из двух вариантов нонсенс-мутаций за 15-летний период наблюдения имели ИБС, по сравнению с почти 10% без любой из этих двух мутаций. Другой аллель (Arg46Leu) — более частый (3,2%) у европеоидов и вызывает только 15% уменьшение уровня холестерина ЛПНП, но, что удивительно, на 50% уменьшает заболеваемость ИБС.

Эти сведения имеют большое значение для здравоохранения, поскольку они позволяют предполагать, что незначительное, но продолжающееся всю жизнь уменьшение холестерина ЛПНП плазмы на 20-40 мг% должно значительно уменьшить встречаемость ИБС в популяции. Наконец, эти открытия показывают, как исследование редкого генетического нарушения может привести к важному новому знанию о генетическом вкладе в частые генетически комплексные болезни.

Патогенез атеросклеротических бляшек при семейной гиперхолестеринемии

Несмотря на более чем 30-летний период исследований, приведший к впечатляющему расширению знаний биологии рецептора ЛПНП и семейства молекулярных дефектов, влияющих на развитие семейной гиперхолестеринемии, механизмы, которыми повышение уровня ЛПНП приводит к образованию атеросклеротических бляшек в артериях, все еще не ясны.

У гомозигот повышенный уровень ЛПНП снижается во внеклеточной жидкости альтернативными рецепторами — «падалыциками» некоторых клеток, например макрофагов. Исследования макрофагов in vitro показывают, что избыточный холестерин хранится в виде микрокапель эфиров холестерина, вызывая появление пенистых клеток, обычно обнаруживаемых в ксантомах и атеросклеротических бляшках, но значимость этого процесса in vivo в настоящее время не определена.

Наконец, выяснение биохимической основы семейной гиперхолестеринемии оказало глубокое влияние на лечение значительно более частых форм спорадической гиперхолестеринемии, приведя к созданию статинового класса лекарств, тормозящих биосинтез холестерина.

Семейная гиперхолестеринемия: причины, диагностика, лечение

Этиология и встречаемость семейной гиперхолестеринемии. Семейная гиперхолестеринемия (MIM №143890) — аутосомно-доминантное заболевание метаболизма холестерина и липидов, вызываемое мутациями в гене LDLR. Семейная гиперхолестеринемия встречается во всех расах и имеет распространение 1 на 500 в большинстве европеоидных популяций. Это составляет чуть меньше 5% всех пациентов с гиперхолестеринемией.

Патогенез семейной гиперхолестеринемии

Рецептор ЛПНП, трансмембранный гликопротеид, преимущественно экспрессирующийся в печени и коре надпочечников, играет ключевую роль в гомеостазе холестерина. Он связывает аполипопротеин В-100, единственный белок ЛПНП, и АроЕ, белок ЛПОНП, липопротеинов средней плотности, остатков хиломикронов и некоторых ЛПВП. Рецепторы ЛПНП печени захватывают из кровотока приблизительно 50% липопротеинов промежуточной плотности и 66-80% низкой плотности за счет эндоцитоза; остаток захватывается недостаточно изученным путем, не зависящим от рецептора ЛПНП.

Мутации, связываемые с семейной гиперхолестеринемией, наблюдают в гене LDLR; от 2 до 10% таких мутаций — большие инсерции, делеции или перестройки, вызванные рекомбинацией между повторами Alu в пределах гена LDLR. Некоторые мутации — доминантные. Большинство мутаций достаточно редкие, хотя некоторые популяции — например, ливанцы, французские канадцы, южноафриканские индийцы, южноафриканские евреи ашкенази и африканеры (жители ЮАР голландского происхождения) имеют общие мутации и высокое распространение болезни из-за эффекта родоначальника.

Гомозиготные или гетерозиготные мутации в гене LDLR уменьшают эффективность эндоцитоза ЛПНП и липопротеинов средней плотности и вызывают накопление ЛПНП плазмы за счет увеличения их синтеза из липопротеинов средней плотности и уменьшения печеночного захвата. Высокий уровень ЛПНП в плазме вызывает атеросклероз, увеличивая захват ЛПНП через рецептор-независимые пути, например эндоцитоз окисленных ЛПНП макрофагами и гистиоцитами.

Моноциты, проникающие через интиму артерий и захватывающие ЛПНП, образуют пенистые клетки и выбрасывают цитокины, вызывающие пролиферацию гладкомышечных клеток артериальной стенки. Первоначально гладкомышечные клетки производят достаточно коллагена и матричного белка, чтобы сформировать над пенистыми клетками волокнистый колпачок; но, поскольку пенистые клетки продолжают эндоцитоз окисленных ЛПНП, в конечном счете, они прорываются через колпачок в просвет артерии и инициируют образование тромба. Такое образование тромба — основная причина инсультов и инфарктов миокарда.

Окружающая среда, пол и генетический фон модифицируют эффект мутаций рецептора ЛПНП на их уровень в плазме, и тем самым частоту возникновения атеросклероза. Основной средовой модификатор уровня ЛПНП в плазме — диета; в Тунисе большинство гетерозигот по семейной гиперхолестеринемии имеют уровень ЛПНП в диапазоне «нормы» для жителей США и редко страдают сердечно-сосудистыми болезнями и ксантомами.

Аналогично китайские гетерозиготы по семейной гиперхолестеринемии, проживая в Китае, редко имеют ксантомы и сердечно-сосудистую патологию, тогда как китайцы, гетерозиготы по семейной гиперхолестеринемии, проживающие в западных странах, имеют клинические проявления, сходные с гетерозиготами по семейной гиперхолестеринемии европейского происхождения. Пищевой холестерин подавляет синтез рецепторов ЛПНП и тем самым поднимает уровень ЛПНП в плазме; этот эффект усиливается насыщенными жирными кислотами, например пальмитиновой (из молочных продуктов), и ослабляется ненасыщенными жирными кислотой, например олеиновой и линолевой.

Поскольку аналогичная диета неодинаково поднимает уровень ЛПНП среди разных пациентов, на метаболизм ЛПНП также должны влиять и другие средовые и генетические факторы. Некоторые семьи с семейной гиперхолестеринемией передают другой доминантный локус, уменьшающий уровень ЛПНП в плазме, что подтверждает наличие генетического модификатора.

Фенотип и развитие семейной гиперхолестеринемии

Гиперхолестеринемия, самый ранний симптом при семейной гиперхолестеринемии, обычно появляется уже при рождении и остается единственным клиническим симптомом в первом десятилетии жизни у гетерозиготных пациентов; во всех возрастных периодах концентрация холестерина в плазме выше 95-го процентиля у более чем 95% пациентов. «Старческая» дуга роговицы и ксантомы сухожилий начинают появляться к концу второго десятилетия жизни, к моменту смерти уже 80% гетерозигот по семейной гиперхолестеринемии имеют ксантомы. Почти 40% взрослых пациентов имеют рецидивирующие непрогрессирующие полиартриты и тендосиновиты.

Подсчитано, что развитие ИБС среди гетерозигот по семейной гиперхолестеринемии зависит от возраста и пола. Чаще всего при отсутствии лечения концентрация холестерина превышает 300 мг/дл.

Гомозиготная форма семейной гиперхолестеринемии проявляется ксантомами сухожилий и дугой роговицы уже на первом десятилетии жизни. Без энергичного лечения гомозиготная семейная гиперхолестеринемия обычно летальна к возрасту 30 лет. Концентрация холестерина без лечения колеблется между 600 и 1000 мг/дл.

Особенности проявлений семейной гиперхолестеринемии:
• Возраст начала: для гетерозигот — молодость или средний возраст; для гомозигот — детство
• Гиперхолестеринемия
• Атеросклероз
• Ксантомы
• Старческая дуга

Лечение семейной гиперхолестеринемии

Повышение холестерина ЛПНП плазмы крови и наличие в семейном анамнезе гиперхолестеринемии, ксантом или ранней ИБС заставляет предположить диагноз семейной гиперхолестеринемии. Тем не менее подтвердить диагноз трудно, поскольку для этого нужно определить функции рецептора ЛПНП в фибробластах кожи или мутации в гене LDLR. В большинстве популяций большое количество мутаций в гене LDLR затрудняет прямой анализ ДНК, если не подозревается конкретная мутация.

Тем не менее отсутствие ДНК-подтверждения не создает помех для оказания помощи пациентам с семейной гиперхолестеринемией, поскольку окончательный молекулярный диагноз не дает прогностической или терапевтической информации, в основном зависящей от семейного анамнеза и уровня холестерина в плазме.

Независимо от того, семейная это гиперхолестеринемия или нет, все пациенты с повышенным уровнем холестерина ЛПНП требуют энергичных мер по нормализации концентрации для уменьшения риска ИБС. Тщательная нормализация уровня холестерина может предохранить и обратить развитие атеросклероза. Гетерозиготам по семейной гиперхолестеринемии необходимо строжайшее соблюдение высокоуглеводной диеты с резким уменьшением потребления жиров, обычно приводящей к 10-20% снижению уровня холестерина ЛПНП.

Поскольку такого уменьшения обычно недостаточно, пациентам также назначают лечение одним из трех классов лекAPCтвенных средств (или их комбинацией): секвестрантами желчных кислот, статинами (ингибиторы 3-гидрокси-3-метилглутарил КоА редуктазы) и никотиновой кислотой. Текущие рекомендации — начало лекарственной терапии в 10-летнем возрасте у пациентов с концентрацией холестерина ЛПНП выше 190 мг/дл и отрицательным семейным анамнезом по ранней ИБС, и для пациентов с уровнем холестерина ЛПНП выше 160 мг/ дл с положительным семейным анамнезом.

У гомозигот по семейной гиперхолестеринемии уровень холестерина плазмы можно уменьшить до 70% с помощью плазмафереза. Терапевтическая эффективность плазмафереза повышается, если его проводить на фоне энергичной терапии статинами и никотиновой кислотой. В редких случаях проводят пересадку печени.

Показатели зависимости ИБС и смерти от возраста и пола (в %) у гетерозигот по семейной гиперхолестеринемии

Риски наследования семейной гиперхолестеринемии

Поскольку семейная гиперхолестеринемия — аутосомно-доминантное заболевание, каждый ребенок больного родителя имеет 50% шанс унаследовать мутантный аллель гена LDLR. Без лечения гетерозиготы по семейной гиперхолестеринемии имеют 100% риск развития ИБС к 70 годам для мужчин и 75% риска для женщин. Постоянное лечение заметно уменьшает этот риск, нормализуя концентрацию холестерина в плазме.

Пример семейной гиперхолестеринемии. У Л.Л., ранее здорового 45-летнего французского канадца, произошел инфаркт миокарда. У него была небольшая ксантома в ахилловом сухожилии справа. У его брата также была ИБС; его мать, бабушка по матери и два дяди по матери умерли от осложнений ИБС. Кроме семейного анамнеза и пола, факторы риска по ИБС и атеросклерозу для Л.Л. включали повышенный уровень ЛПНП, небольшое ожирение, малую физическую активность и курение. На основе семейного анамнеза заподозрена аутосомно-доминантная форма гиперхолестеринемии.

В подтверждение этого подозрения при молекулярном анализе обнаружено, что он гетерозиготен по делеции 5'-конца гена рецептора ЛПНП (LDLR), эту мутацию обнаруживают у 59% французских канадцев с семейной гиперхолестеринемией. Обследование детей Л.Л. показало, что у двоих из трех детей уровень ЛПНП повышен.

Кардиолог сказал Л.Л., что дополнительно к лекарственной терапии эффективное лечение его ИБС требует изменения диеты и образа жизни, т.е. снижения в рационе питания насыщенных жиров и холестерина, повышения физической активности, снижения массы тела и прекращения курения. Больной не последовал этим рекомендациям и умер годом позже от повторного инфаркта.

Читайте также: