Дисбаланс в минеральном обмене как следствие повреждений в транскриптоне
Попытки чёткой классификации различных заболеваний, в том числе наследственных, не всегда успешны. Примером могут служить генетические повреждения в синтезе паратгормона (гл. 6.2), клиника которых в своей основе имеет нарушения в статусе ионов кальция. Состояние, противоположное апаратирозу, - идиопатическая гиперкальциемия – наследственная болезнь, проявляющаяся в раннем возрасте полиурией, гипостенурией, анорексией, рвотой, запорами, мышечной гипотонией, задержкой роста. Повышенная концентрация ионизированного кальция провоцирует нефрокальциноз с вероятным возникновением почечной недостаточности. Из-за крайне редких подобных случаев затруднены изучение характера наследования, точная диагностика и эффективность коррекции.
Некоторое клиническое сходство с описанной патологией имеет синдромФанкони-Шлезингера (syndrome Fanconi-Schlesinger), у страдающих им детей, кроме гиперкальциемии, карликового роста, нефропатии с протеинурией, гиперкальциурией, гиперфосфатурией, развиваются слабоумие, специфический внешний вид - «лицо эльфа»: большой выпуклый лоб, узкое лицо, косоглазие, открытый рот, микрогнатия; часты врождённые пороки сердца.
Среди заболеваний, в которых патология обмена кальция также связана с аномалиями функционирования почек, можно назвать почечный тубулярный ацидоз (синдром де Тони-Дебре-Фанкони, syndrome de Toni-Debrè-Fanconi). Это наиболее тяжёлая проксимальная тубулопатия с аутосомно-рецессивным типом наследования. В её основе лежат генетически обусловленные дефекты ферментативного фосфорилирования в почечных канальцах, что приводит к нарушению энергообеспечения транспорта фосфатов, а также глюкозы, аминокислот и повышенной их экскреции с мочой, сдвигу рН. Спровоцированные при этом метаболический ацидоз и недостаток фосфатов отражаются на формировании костной ткани по типу остеомаляции и рахитоподобных изменений скелета.
Первые признаки в виде полидипсии, полиурии, длительного субфебрилитета и рвоты появляются в 6-8 месяцев. На втором году жизни регистрируются отставание в физическом развитии и различные костные деформации. Рентгенологически определяется системный остеопороз, при лабораторных исследованиях – гипокальциемия, гипофосфатемия, повышение активности щелочной фосфатазы, метаболический ацидоз, в моче – глюкозурия, гипераминоацидурия.
Мало того, симптоматика синдрома сходна с рахитом (генерализованная остеомаляция, деформация костей, спонтанные переломы), что затрудняет своевременную диагностику, которая возможна лишь в специализированных клиниках. Лечение из-за развившихся повреждений скелета не эффективно.
Рахитоподобные изменения конечностей могут возникнуть у детей с генетическим дефектом, обусловливающим блок щелочной фосфатазы (гипофосфатазией, или фосфоэтаноламинурией).
Кроме наследственных поражений фосфорно-кальциевого обмена, описаны патологии, являющиеся следствием мутаций генов, отвечающих за метаболизм других макро- и микроэлементов.
В основе наследственных гипомагнезиемий лежат мутации транскриптонов, продукты которых или непосредственно участвуют в транспорте магния (гипомагнезиемия с вторичной гипокальциемией, ГВГ), или, котролируя перемещение одновалентных катионов, оказывают существенное влияние на перенос Мg2+ (синдромы Барттера I-IV типов). В любом случае к гипомагнезиемии ведут как дефекты всасывания катионов металла в кишечнике, так и нарушение их реабсорбции в почках. Оба типа аномалий можно корригировать введением соединений магния.
Аутосомно-рецессивная ГВГ проявляется в младенческом возрасте неврологическими симптомами (мышечными судорогами, хореическими движениями, затруднённой речью). Без лечения может закончиться фатально на первом году жизни.
Подобный же тип наследования характерен и для других вариантов синдрома Барттера, причинами которых служат мутации в генах, кодирующих транспортёры ионов натрия, калия и хлора. Клиника чрезвычайно варьирует, однако большинство детей отстаёт в физическом развитии, появляется метаболический алкалоз, потеря почками соли, хондрокальциноз, при IV типе - глухота.
Гемохроматоз – одно из наиболее распространённых наследственных заболеваний. Его частота среди населения в различных регионах земного шара составляет 0,4-4,4%. В Германии у мужчин эта патология диагностируется почти с такой же частотой, как и железодефицитная анемия. У женщин встречается реже, что обусловлено повышенными потерями железа во время месячных, беременности, родов, лактации.
Гемохроматоз наследуется по аутосомно-рецессивному типу; его ген HFE локализуется в коротком плече 6-ой хромосомы и тесно связан с локусом HLA-A. Функциональная роль транскриптона HFE в обмене железа остаётся не до конца изученной. Доказан увеличенный перенос ионов этого металла из энтероцитов кишечника в плазму крови; считают, что на основе аномального гена синтезируются рецепторы, усиленно связывающие трансферрин, что способствует неадекватному поступлению железа в клетки и отложению в них в свободном виде. Катионы этого переходного металла могут служить прооксидантами, то есть усиливать образование свободных радикалов, приводить к повреждению клеточных и органоидных (лизосомальных, митохондриальных) мембран. Эти изменения в сочетании со стимулированным ионами железа синтезом коллагена провоцируют развитие фиброза паренхимы печени, миокарда, суставов, эндокринных желёз и других органов.
У преобладающего большинства больных отмечаются диффузная пигментация кожи (меланодермия), прогрессирующая гепатомегалия с последующим возникновением цирроза, эндокринопатии (сахарный диабет, гипогонадизм), поражение сердечно-сосудистой системы (нарушения ритма и проводимости, тенденция к гипертензии). Сердечная недостаточность часто приводит к инвалидизации и нередко служит причиной летального исхода.
Для диагностики используют определение концентраций свободного железа, ферритина в сыворотке крови, процента насыщения трансферрина металлом, величин глюкозы (из-за сахарного диабета).
Лечение зависит от стадии заболевания, выраженности клинических проявлений и включает диетотерапию (умеренное ограничение употребления мяса и мясных продуктов, кофе, какао, шоколада, красных вин, но целесообразен приём молока, рыбы, птицы), кровопускания и применение комплексонов – веществ, связывающих и выводящих железо из организма.
Церулоплазмин - медьсодержащий α2-гликопротеид (1046 аминокислот) плазмы крови, обладающий оксидазной активностью и участвующий в обмене Fe2+ и Cu2+. Его содержание изучают для установления диагноза следующих заболеваний: гепатоцеребральной дистрофии, дефицитов трансферрина и церулоплазмина, синдрома Менкеса, болезни Альцгеймера.
Болезнь Вильсона-Коновалова (morbusWilson, гепатоцеребральная дистрофия) развивается из-за повреждения гена, расположенного на длинном плече 13-ой хромосомы, кодирующего медьтранспортирующую АТФ-азу протонного типа, следствием чего является нарушение основного механизма поддержания баланса меди в организме – экскреции её с жёлчью. Параллельно провоцируется снижение выхода этого металла в плазму в составе церулоплазмина, но повышается концентрация свободных ионов, что стимулирует избыточное их поступление в различные органы и ткани, в первую очередь, легко преодолевая гемато-энцефалический барьер, ионы меди задерживаются в нейронах головного мозга.
Распространённость болезни составляет примерно 0,33:100 000, а частота носительства дефектного гена 1:90-100; имеет аутосомно-рецессивный тип наследования.
У 40–50% больных первыми клиническими проявлениями, нередко выявляемыми лишь у взрослых, являются признаки поражения печени (цирроз), почек, парезы, параличи, артралгии, панцитопения, васкулиты, эндокринные нарушения (зоб, гинекомастия или вирилизм, ожирение).
Диагноз может быть установлен на основании двух критериев: снижении уровня церулоплазмина и обнаружении отложений зеленоватого пигмента (Cu-содержащего) по периферии роговицы (кольцо Кайзера-Флейшера). Кроме того, регистрируется уменьшение экскреции меди с жёлчью.
Диетотерапия с ограничением меди (исключают шоколад, орехи, печень, сухофрукты), введение витаминов, препаратов цинка.
Без лечения заболевание прогрессирует и является фатальным.
Дефицит трансферрина и церулоплазмина – две очень редко встречающиеся генетически обусловленные патологии; из-за недостатка первого белка железо накапливается в печени; подобная ситуация возникает и при повреждении синтеза церулоплазмина, так как он является ферроксидазой, необходимой для окисления Fe2+ до Fe3+, только в таком виде железо связывается с трансферрином и выводится из печени в кровь. Из-за генетического дефекта ионы этого металла тоже начинают в избытке кумулироваться в различных тканях, в первую очередь, в печени, в головном мозге, эндокринных органах; клиника этих недугов напоминает болезнь Вильсона-Коновалова.
При синдроме Менкеса (syndromeMenkes, синдроме скрученных волос) – рецессивном, сцепленным с Х-хромосомой наследственном заболевании, также наблюдается блок синтеза церулоплазмина. Характерной особенностью пациентов, страдающих данной патологией, являются короткие и толстые волосы с узловатыми и веретёнообразными утолщениями и перехватами, их повышенная ломкость. У детей регистрируются отставание в росте, резкая задержка умственного развития, микроцефалия, иногда микрогнатия, протеинурия, преждевременное закрытие черепных швов.
В плазме крови снижен уровень церулоплазмина; гистологическое исследование головного мозга обнаруживает обширную атрофию белого вещества. Прогноз неблагоприятный, смерть наступает в первые годы жизни.
Определённый интерес представляет наследуемый по аутосомно-рецессивному типу энтеропатический акродерматит; в его основе лежит дефект гена, обеспечивающего синтез цинксвязывающего фермента, который регулирует абсорбцию ионов Zn из полости желудочно-кишечного тракта в кровь.
Заболевание начинается в грудном возрасте симптомами поражения кожи и её придатков (симметричными очагами повреждений дермы, дистрофией ногтевых пластинок, выпадением волос), желудочно-кишечного тракта (анорексией, диареей, глосситом), возможна гипертермия.
Для диагностики необходимо выяснение уровня плазменного цинка.
Лечение – введение препаратов данного металла (оксида или сульфата цинка), пищеварительных ферментов, антибактериальных средств. Подобная коррекция эффективна, но должна производиться постоянно.
Среди наследственных нарушений минерального обмена самым частым является муковисцидоз (mucus – слизь, viscidus – липкий), обусловленный мутацией гена МВТР (суstic fibrosis transmembrane regulator – CFTR). Каждый 20-й житель планеты носитель дефектного транскриптона. Частота колеблется 1:2000 – 1:12300. В России ежегодно диагностируется 700 новых случаев.
Ген МВТР был выделен в 1989 г. (Kommens I. et al.). Он содержит 27 экзонов, охватывает 250 тыс. пар нуклеотидов и расположен в середине длинного плеча 7-й хромосомы. МВТР состоит из регуляторного R-домена с большим числом сериновых остатков, являющихся мишенью для протеинкиназы А. Последняя осуществляет фосфорилирование этого белка. Кроме того, данное соединение имеет два АТФ-связывавших участка (NBF1 и NBF2), а также 2 гидрофобных трансмембранных домена, каждый из которых представляет собой 6 витков спирали, пронизывающих клеточную мембрану. В настоящее время описано более 1000 мутаций в гене муковисцидоза, однако лишь 6 из них (DF508, G542X, G551D, R553X, W1282X и N1303K) (таблица 10) в странах Западной Европы встречаются с частотой более 1 %. Одной из самых
распространенных мутаций является DF508. Это делеция трех нуклеотидов, кодирующих молекулу фенилаланина. В России частота подобного дефекта у больных муковисцидозом составляет больше 50%, в Москве — 41%, в Санкт-Петербурге — 47,3% (табл. 11).
|
Муковисцидоз наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Если оба родителя гетерозиготны, риск рождения в семье больного муковисцидозом ребенка равняется 25% (рис. 9). Частота гетерозиготного носительства составляет 2—5 %. При каждой последующей беременности этот показатель остается неизменным: "риск не имеет памяти".
Клинические проявления MB развиваются только у гомозигот по аномальному гену МВТР, у его носителей обычно не выявляется никаких симптомов заболевания.
Таблица 10
Классификация мутаций МВТР по тяжести фенотипического проявления(Kerem, 1996)
| "Тяжелые" | "Мягкие" | "Варьирующие" |
| ΔF 508 | R117H | G85E |
| G542X | 3849+10kbC-T | R334W |
| G551D | R 374P | 5Т |
| R553X | T338I | |
| W128 2Х | G551S | |
| N1303K | ||
| 1677delTA | ||
| 621+1G-A | ||
| 1717-1G-A |
Протеин СFTR (МВТР), состоящий из 1480 аминокислот, локализуется в апикальной части плазмолеммы эпителиальных клеток, выстилающих выводные протоки экзокринных желез (кишечника, поджелудочной железы, бронхолегочной системы, урогенитального тракта), является собственно
Таблица 11