Болезни с выясненным первичным биохимическим дефектом.

По существующим биохимическим оценкам, основанным на изучении метаболических превращений известных продуктов обмена, в организме человека должно функционировать не менее 10000 различных ферментов. К настоящему времени наследственные дефекты найдены приблизительно для 140-150 ферментов, то есть для 1-2% от числа теоретически возможных. Анализ состава ферментов, для которых известны генетические дефекты, позволяет охарактеризовать обнаруженные генетические дефекты и наметить перспективы дальнейших их поисков.

Обмен любых веществ в организме складывается из двух сопряжённых процессов – ферментального расщепления молекул на более простые соединения (катаболизма) и ферментативного синтеза сложных молекул из более простых предшественников (анаболизма). Оказывается, что подавляющее число дефектов касается ферментов, которые осуществляют катаболизм различных биологических субстратов: аминокислот, сахаров, а также более сложных полимеров (гликогена). Сравнительно редки мутантные ферменты, осуществляющие анаболизм биологических субстратов.

Обнаружены единичные мутации, связанные с ферментами репарации ДНК, ферментами энергетического обмена циклотрикарбоновых кислот, системы цитохромов. Не имеется сведений о мутациях генов, которые кодируют ферменты ключевых биосинтетических процессов в клетке, связанных с клеточной репродукцией (синтез ДНК, белков) и делением клеток. Другая особенность известных энзимопатий заключается в том, что их можно диагностировать по состоянию доступных биологических жидкостей (кровь, моча, желудочный сок) или клеток (клетки крови, кожи, костного мозга). Поэтому можно предполагать, что дальнейший прогресс в обнаружении новых наследственных болезней обмена веществ, обусловленных дефектами ферментов, будет связан с доступностью для анализа, особенно для культивирования вне организма клеток более специализированных тканей. Можно предполагать, что этим путём будут открыты как новые типы ферментов, так и их генетические дефекты. По-видимому, дефекты большинства ферментов, известных и ещё неоткрытых, которые участвуют в жизненно важных для клетки функциях, являются летальными, и соответствующие гаметы или эмбрионы погибают.

Для открытых наследственных энзимопатий характерно несколько общих особенностей, которые учитываются при клинической диагностике, расшифровке биохимического дефекта и выделении новых генетических форм.

1.Мутации соответствующих генов влияют на структурно-функциональное состояние фермента различными путями, что зависит от типа мутации и её локализации в гене.

2.Мутация может затрагиватьбиосинтез фермента, приводя к снижению его интенсивности.

3.Часто мутации касаются активности фермента, не отражаясь на абсолютном его содержании. Степень снижения активности может быть разной при различных энзимопатиях. Разработанные в последнее время чуствительные методы позволяют в большинстве случаев обнаружить даже небольшую остаточную активность ферментов. Снижение активности или её отсутствие может быть связано не с изменением самого фермента, а с мутационным дефектом кофактора, если фермент активируется кофактором.

4.У гетерозиготных носителей мутантного гена присутствие нормального аллея обеспечивает сохранение примерно 50% активности фермента по сравнению с её нормальным уровнем. Поэтому наследственные дефекты ферментов клинически проявляются у гомозигот, патологические состояния наследуются, следовательно, по аутосомно-рецессивному или сцепленному с Х-хромосомой рецессивному типу. Недостаточная активность фермента у гетерозиготного носителя может быть обнаружена путём непосредственного определения активности фермента в клетках по изменённому количеству метаболита после нагрузки организма соответствующим субстратом.

5.Большинств ферментов существует в виде двух или более изоферментов. Мутации могут затрагивать состояние одного из них, и если этот изофермент имеет тканеспецифическое распределение, дефект на клеточном уровне проявится лишь в тех клетках, которые содержат изофермент.

6.Разные мутации (независимые случаи заболевания) по данному ферменту, происходящие в разных кодонах гена, могут затрагивать разные физико-химические свойства фермента, отражаясь на его термоустойчивости, кинетических параметрах, электрофоретической подвижности и других свойствах.

Физико-химическая характеристика фермента является основой выделения генетических вариантов мутации, установления генетической гетерогенности энзимопатии.

7.Для данной энзимопатии степень снижения активности фермента у разных больных может коррелировать с тяжестью клинических проявлений, поэтому по каждой из нозологических форм всегда имеется спектр различающихся по тяжести проявлений. Проявление каждой энзимопатии зависит от специфической функции фермента, характера дополнительных нарушений обмена, обусловленных основным ферментным дефектом.

8.Биохимический патогенез энзимопатий определяется значением фермента в данном метаболическом пути, характером его функционирования. Можно выделить следующие в катаболизме:

а) накопление субстрата, который должен расщепляться мутантным ферментом; избыток субстрата может обнаруживаться чаще всего в крови и моче, а также в клетках при дефектах лизосомных ферментов;

б) недостаточное содержание продуктов обмена данного субстрата, вторичные сдвиги в содержании метаболитов других ступеней данного метаболического пути;

в) активация минорных путей биосинтеза со сдвигами в активности ферментов и субстратов смежных метаболических путей.

9.Наследственные дефекты индивидуальных ферментов редки, для разных ферментов частота дефектов различна, в целом же они составляют значительную часть моногенных наследственных дефектов.

Ниже, на примере нескольких энзимопатий, относящихся к разным видам обмена веществ, высказанные положения будут рассмотрены.

БОЛЕЗНИ, СВЯЗАННЫЕ С НАРУШЕНИЕМ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА.

К наследственным заболеваниям углеводного обмена относится галактоземия, фруктозурия, рецессивная врождённая семейная негемолитическая желтуха, хроническая идеопатическая желтуха, рецессивная негемолитическая желтуха, доминантная идеопатическая желтуха, болезнь Гирке и сахарный диабет, являющийся самым распространённым заболеванием углеводного обмена. Сахарный диабет характеризуется повышенным содержанием сахара в крови.

Гипергликемия является одним из существенных симптомов диабета. При этом заболевании уровень сахара в крови варьируется от 130 до 600 мг. При концентрации сахара в крови выше 350-400 мг наступает коматозное состояние.

Стёртые или лёгкие формы диабета могут протекать при нормальном уровне сахара в крови. Поэтому в таких случаях единичная или двойная нагрузка глюкозой имеет диагностическое значение. При диабете одновременно с гипергликемией наблюдается и резко выраженная гиперлипемия, вызываемая сверх мобилизацией жиров из жировых запасов. У больных значительно снижается способность синтезировать липиды в эритроцитах по сравнению со здоровыми людьми. По-видимому, у больных диабетом важную роль играют нарушения ферментативной деятельности системы, учавствующей в образовании жира. В перспективе, для лечения людей, больных диабетом, будут использовать ферменты, которые осуществляют окисление жирных кислот в тканях. Сахарный диабет, связанный с нарушением углеводного обмена, распространён по планете неравномерно. В таких странах, как США, Канада, Новая Зеландия, Австралия, Россия, Швеция, Дания, Норвегия, Голландия, Япония, Португалия, Израиль, Испания, Германия это заболевание распространено настолько широко, что считается социальной болезнью. В мире насчитывается около 40 миллионов человек, страдающих сахарным диабетом.

Заболевание диабетом встречается и у домашних животных, достигает средней частоты 1:1000 и проявляется во всех возрастах. Смертность увеличивается с возрастом. Наследственный характер сахарного диабета подтверждается многочисленными данными. Описаны родословные семей, в которых заболеванию сахарным диабетом были подвержены целые поколения.

В 1956 году ученый Каза обнаружил наличие диабета: из 16 обследованных людей в 4 случаев у двух братьев, в двух случаях у одного из родителей, в трёх случаях у одного дяди и одного племянника. В семьях обнаруживались случаи как гипергликемии, так и гипогликимии. Однако формы наследования при диабете в настоящее время в достаточной мере не выражены.