Г.Н. ЛЕВИЦКИЙ (1,2) , О.С.ЛЕВИН (3 )
1- ООО Клинико-диагностический центр «Реал Хэлс», Москва.
2- Благотворительный фонд помощи больным боковым амиотрофическим склерозом, Москва,
3- Кафедра неврологии Российской академии последипломного образования
Резюме
В данном обзоре изложены сведения о генетических маркерах бокового амиотрофического склероза (БАС), известных на настоящее время. Обсуждаются правила генетического тестирования и аспекты медико-генетического консультирования при БАС, ограничения и прогностическая ценность, показания и противопоказания к тестированию. Рассмотрены предварительные результаты исследования preFALS, проводимого в США, Швеции и РФ. Описаны результаты диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии и магнитно-резонансной спектроскопии центральной нервной системы, подсчета двигательных единиц, транскраниальной магнитной стимуляции у пока здоровых носителей мутаций каузативных генов БАС на предполагаемой доклинической стадии болезни.
Ключевые слова: боковой амиотрофический склероз, генетические маркеры, доклиническая стадия
Боковой амиотрофический склероз (БАС) – неуклонно прогрессирующее и смертельное нейрогенераративное заболевание, которое сопровождается поражением центральных и периферических мотонейронов, двигательной инвалидизацией, нарушениями общения, глотания, алиментарной и дыхательной недостаточностью.
В данном обзоре мы представляем доступную на сегодняшний день информацию о генетике БАС, а также рассказываем об американском исследовании preFALS, которое посвящено изучению доклинической стадии БАС у здоровых носителей мутаций, которые вызывают БАС.
Генетика БАС
Семейный БАС представлен 5-10% случаев, прочие случаи являются спорадическими. Семейный БАС генетически гетерогенен. Большинство семейных случаев БАС характеризуется аутосомно-доминантным типом наследования, при этом описаны аутосомно-рецессивные и Х-сцепленные случаи. Пока описано 16 генов, мутации в которых могут вызывать БАС. Некоторые типы семейного БАС от FALS1 до FALS16 описаны на примере двух семей, и корреляции между генотипом и фенотипом сильнее для одних, чем для других форм семейного БАС. К мысли о семейном БАС клинициста должно склонять не только наличие семейного анамнеза, но и клинические особенности, такие как наличие атипичных черт в виде чувствительных расстройств, деменции, молодого возраста начала болезни (1).
Аутосомно-доминантный (АД) семейный БАС.
При данном типе наследования, который характерен для большинства случаев, достаточно лишь одной копии гена для развития болезни носителя. Обычно мутация наследуется от одного из родителей У большинства больных с АД наследованием есть семейный анамнез БАС. Дети родителя с АД наследованием имеют 50% шансов заболеть БАС. АД мутации при спорадическом БАС могут возникать de novo,возможна низкая пенетрантность, недостаток данных в семейном анамнезе.Частота возникновения de novo мутаций при БАС неизвестна. Самые частые АД мутации при БАС – это мутации гена супероксиддисмутазы-1 (СОД-1) и мутации гена C9orf72.
Ген С9orf72. Экспансия гексануклеотидного повтора GGGGCC в данном гене на хромосоме 9р21 может вызывать классический БАС, лобно-височную деменцию и их сочетание в 24-47% семейных случаев и 4-20% спорадических случаев (2-8). Деменция может предшествовать развитию БАС, развиваться одновременно или же после развития симптоматики БАС. Отмечаются поведенческие, исполнительные(экзекуторные) и речевые нарушения (2-4). Количество копий гексануклеотидного повтора варьируется от 250 до 1600, не превышая 24 у лиц контрольной группы. В исследовании семейного БАС, проведенном в Ирландии, количество больных БАС с экспансией повтора составило 41% (20 из 49 случаев), при этом были выявлены следующие статистически значимые закономерности:
1) более ранний возраст начала болезни (56-61 год);
2) более высокая частота сочетанной лобно-височной деменции (50 против 12%);
3) меньшая продолжительность жизни (20 против 26 месяцев у лиц контрольной группы) (5 ).
Ген СОД-1. FALS1 представлен 12-20% случаев семейного БАС и связан с мутациями гена СОД-1 на хромосоме 21q22 (9-11). В основном отмечается АД тип наследования, за исключением мутаций D96S и D90A. При БАС описано около 140 мутаций гена СОД-1(12). Клинические особенности этого вида семейного БАС следующие:
1) в 41% случаев имеет место мутация A4V (13); клиническая картина характеризуется крайне быстрым прогрессированием и продолжительностью жизни не боле 1,5 лет; имеет место сегментарно-ядерный вариант заболевания с преимущественным поражением периферических мотонейронов (ПМН), однако факт поражения центральных мотонейронов (ЦМН) при мутации A4V подтвержден нейрофилизологическими методами (транскраниальой магнитной стимуляцией) при патоморфологическом исследовании обнаруживаются экстрамоторные изменения центральной нервной системы (14);
2) в 16% случаев имеет место мутация I113T, характерна низкая пенетрантность (9,15); средний возраст начала болезни – 59 лет. Описано как быстрое, так и медленное прогрессирование с продолжительностью жизни от 2 до 20 лет (15,16); поражаются и ЦМН, и ПМН, у одного пациента описано поражение задних столбов (17);
3) при мутации A4T течение БАС столь же быстрое, как и при мутации A4V, при этом возраст начала вариабелен, но в среднем составляет 37 лет. Преобладают симптомы поражения ПМН (18);
4) у 17 больных из трех японских семей с мутацией H46R средняя продолжительность жизни составила 12 лет, отмечается поясничный дебют болезни с развитием минимальной бульбарной симптоматики и отсутствием деменции (19);
5) мутация A89V характеризуется неполной пенетрантностью, различным возрастом начала, и наличием полиневропатии с нейропатической болью (19);
6) мутация G93C характеризуется преимущественным поражением ПМН и отсутствием бульбарных симптомов, средним возрастом начала 46 лет и медленным прогрессированием с продолжительностью жизни до 13 лет (20);
7)мутация G12 R, первоначально описанная в итальянских семьях, приводит к развитию медленно прогрессирующего поясничного дебюта БАС со средним возрастом начала болезни 45 лет, преобладанием поражения ЦМН; в то же время в Российской Федерации в 2006 году была выявлена пациентка с такой мутацией, но быстрым прогрессированием болезни и возрастом дебюта 62 года (21,22).
Мутация D90A приводит к развитию поясничного дебюта БАС, средний возраст начала болезни 45 лет. Данная мутация может проявлять себя как по АД, так и , в основном по аутосомно-рецессивному типу. Характерен поясничный дебют БАС с равномеррым порадением ПМН и ЦМН. Во многих случаях при данной мутации отмечается поражение задних столбов и/или спиноцеребеллярных трактов. Больные с этой мутацией были описаны в РФ в 1999 году. Интересно, что все больные с рецессивной мутацией D90A произошли 43 поколения назад от одного скандинавского предка и несут один и тот же гаплотип. Больная с гетерозиготной мутацией D90A и клиникой БАС, выявленная в РФ, также была носителем данного гаплотипа, то есть у нее была на самом деле рецессивная мутация, а БАС был вызван каким-то другим не найденным каузативным генетическим фактором (22).
ALS4. Данный вид семейного БАС вызывается мутациями в гене SETX (сентксин) на хромосомном локусе 9q34, кодирующем ДНК-хеликазу. Это ювенильный БАС, как и FALS2. Характерна дистальная слабость рук и ног с последующим присоединением проксимальных парезов. Прогрессирование крайне медленное, есть минимальные чувствительные нарушения. Инвалидной коляской больные начинают пользоваться в возрасте 50-60 лет. При патоморфологическом исследовании выявляется гибель ЦМ Н и ПМН наряду с дегенерацией задних столбов спинного мозга. Рецессивные мутации в этом гене приводят с развитию наследственной атаксии с полиневропатией (24-27).
ALS6. Мутации гена FUS (гена липосаркомы или TLS) на хромосомном локусе 16q12 приводят к развитию типичной клинической картины БАС в среднем возрасте 45 лет в различных этнических группах. Средняя продолжительность жизни 33-41 мес (28,29). Описан больной, который прожил 18 лет (29). Чаще встречается шейный дебют заболевания (28). Выявлены больные БАС с деменцией и паркинсонизмом с мутациями в этом гене (29).На эти мутации приходится 3-5% семейного БАС (эта статья). Белок, кодируемый геном FUS/TLS , локализуется в ядре, где принимает участие в регуляции транскрипции, сплайсинга и транспорта РНК (28).
ALS7. Данный вид семейного БАС описан на примере одной семьи. Он картирован к хромосомному локусу 20р13. Средний возраст начала 65 лет, средняя продолжительность жизни 3 года, поражаются как ПМН, так и ЦМН (19 ).
ALS8. Данный вид семейного БАС ассоциирован с геном VAPB (везикуло-ассоциированного белка В), картирован к локусу 20q13.3 и описан на примере одной бразильской семьи (30). Начало болезни в возрасте 30-50 лет, развивается сегментарно-ядерный вариант БАС. У некоторых больных выявляются чувствительные нарушения, прогрессирование медленное, причиной является миссенс-мутация в гене VAPB. Мутации данного гена в ассоциации с БАС описаны и в некоторых других семьях, где встречались случаи быстропрогрессирующего БАС и спинальной амиотрофии взрослых (31). В РФ нами описана одна семья, где у одной больной имела место прогрессирующая мышечная атрофия с длительностью болезни 14 лет, а у ее родственника – классический БАС с продолжительностью жизни 4 года (32).
ALS 9. Мутации в гене ангиогенина, который регулирует активность сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) описаны в ирландских, шотландских, скандинавских и, нами, в одной русской семье (33-35). В данной семье бульбарным дебютом БАС страдали мать и бабушка ныне живущих взрослых здоровых детей, у одного из которых, мужчины, была обнаружена мутация гена. Клиническая БАС с мутациями в данном гене очень разнообразна. У одного из описанных в международной литературе больных имели место паркинсонизм (в дебюте), БАС и деменция (33,34,36).
ALS 10. Мутации в гене TARDBP или TDP-43, TAR-ДНК связывающем белке, вызывают как случаи семейного, так и спорадического БАС, ассоциированные с наличием TARDBP-позитивных убиквитинированных / тау-негативных включений, при этом могут приводить к развитию случаев БАС с деменцией. Ген локализован на хромосоме 1р36.22, наследование мутаций происходит по АД типу (37). Мутации этого гена встречаются у 5-6% больных семейным БАС (11,23,25). Характерно боле раннее начало болезни, шейный дебют, медленное прогрессирование (38). У некоторых больных развивается лобно-височная деменция. Один больной описан в РФ. Описаны случаи лобно-височной деменции без БАС, ассоциированные с мутациями этого гена.
ALS 11. Это АД БАС, связанный с мутациями в гене FIG4 на хромосомном локусе 6q21 .Мутации данного гена были найдены у 2% больных БАС, в том числе 6 спорадических и 3 семейных из 364 спорадических и 149 семейных случаев БАС. Белок, кодируемый этим геном, называется фосфоинозитид-5-фосфатаза, он регулирует активность сигнального липида в процессе перемещения везикул через мембрану клетки. Мутациями этого гена также вызывается наследственная мотосенсорная полиневропатия Шарко-Мари-Тута типа 4J, которая начинается в раннем детском возрасте и имеет аутосомно-рецесивное наследование, поражая как двигательные, так и чувствительные волокна(39).
ALS12. Мутации гена оптиневрина (OPTN) впервые обнаружены у больных БАС из Японии. Возраст начала БАС колебался от 33 до 54 лет, прогрессирование было медленным. Мутации этого гена обнаруживают у 1-2% больных семейным и у 3,5% больных спорадическим БАС (40).
ALS13. Полиглутаминовые экспансии в гене атаксин 2 могут приводить к развитию БАС (19).
ALS14.Мутации валозин-содержащего белка (VCP) были впервые выявлены в итальянских семьях больных БАС. Они выявляются у 1-2% больных семейным БАС.Кроме того, данные мутации вызывают семейную миопатию с клеточными включениями с болезнью Педжета и лобно-височной деменцией (41).
ALS16. Мутации в гене профилина-1 (PFN1), локализованного на хромосомном локусе 17р13.2, выявлены в нескольких семьях с АД наследованием БАС. Средний возраст начала болезни 45 лет, дебют с конечностей. Считается, что профилин-1 может играть такие роли в патогенезе БАС, как снижение уровня связанного актина, подавление роста аксонов с формированием внутриклеточных включений (42).
Обсуждается роль таких генов, как ген хроматин-модифицирующего белка 2b, ген D-аминооксидазы в развитии БАС и лобно-височной деменции (43). Мутации в гене тяжелой цепи нейрофиламентов на 22q12.1-13.1 выявляли в английской и скандинавской семьях в ассоциации с мономелической формой БАС, бульбарным дебютом БАС и деменцией (44).
Аутосомно-рецессивное наследование БАС.
ALS2. Мутации гена алсин приводят к развитию ювенильного БАС или первичного бокового склероза. Описаны семьи в Тунисе (45,46).
ALS5. Данный вид семейного БАС описан в одной семье и картирован к локусу 15q15. Это ювенильный аутосомно-рецессивный БАС, точный ген неизвестен. Течение медленно прогрессирующее. Мутации данного гена также вызывают наследственую спастическую параплегию с атрофией мозолистого тела (47,48)
Х-сцепленное доминантное наследование БАС.
Данный тип наследования предполагает расположение каузативного гена на Х хромосоме и способность лишь одной копии гена вызывать заболевание с 50% вероятностью как у сыновей, так и у дочерей носителя. ALS 15 (ген убиквилин-2, UBQLN2) вызывается мутациями на хромосомном локусу Xq11.21. Возраст начала БАС при данных мутациях от 16 до 71 года, у мужчин отмечается боле раннее начало, средняя продолжительность жизни равна примерно 4 годам независимо от пола, некоторые случаи БАС с этими мутациями сопровождаются деменцией (49).
Неопределенный тип наследования.
Тип наследования БАС, ассоциированного с мутациями в гене SQSTM1 (секвестосомы 1), кодирующем белок р62, который связывает убиквитин и участвует в деградации белков, пока не установлен (50).
Генетическое тестирование и медико-генетическое консультирование
Генетические тестирование очень полезно для постановки диагнозу на ранней стадии БАС и у больных молодого возраста, в частности, с ювенильным дебютом, а также для оценки степени риска развития БАС у членов семьи больного, у которого найден конкретный генетический дефект. Однако, прогностическая ценность генетического тестирования при БАС ограничена по следующим причинам: 1) в случаях, когда диагноз клинически ясен, генетическое тестирование не является ценным методом диагностики и не влияет на лечение больного, есть у него семейный анамнез или нет; у больного меняется лишь диагностическая категория на «достоверный лабораторно- подтвержденный БАС»; 2) генетическое тестирование дает лишь ограниченную прогностическую информацию, например, о крайне быстром прогрессировании при мутации A4V гена СОД-1;однако существуют межсемейные различия течения БАС, что делает такой прогноз относительным; 3) генетическое тестирование может помочь поставить диагноз другого заболевания, например , болезни Кеннеди или взрослой формы болезни Тая-Сакса – двух генетических заболеваний, которые схожи с БАС клинически (19)
Риск развития БАС в семье больного. Установление этого риска строится на определении типа наследования БАС в семье больного. Тип наследования может быть аутосомно-доминантным, аутосомно-рецессивным или Х-сцепленным доминантным. Тип наследования устанавливается путем сбора семейного анамнеза в семье больного БАС, то есть путем проведения генеалогического исследования. Необходимо собрать информацию о родителях больного, его братьях и сестрах, дядях и тётях, племянниках, дедушке и бабушке. Нужно установить их возраст, состояние здоровья, причину смерти, перенесенные заболевания, уточнить, не было ли у кого-то из них симптомов БАС . даже если диагноз не ставился(19). Следует отметить, что семейный анамнез может быть неполным по следующим причинам: преждевременная смерть членов семьи в ряде поколений, гиопдиагностика БАС у членов семьи, усыновление члена семьи из детского дома, низкая пенетрантность каузативной мутации БАС или позднее начало болезни у членов семьи. В исследовании Г.Н.Левицкого в 2003 году преждевременная смерть членов семьи регистрировалась в 58% семей (32). Полагают, что при спорадическом БАС риск развития БАС у членов семьи не превышает такового в общей популяции. В то же время точный риск без установления генетического маркера определить невозможно.
Кого нужно тестировать? Обязательным считается тестирование любого члена семьи, у которого есть семейный анамнез АД и ювенильного БАС. Так, тестирование на мутации в гене C9orf72 может помочь прогнозировать развитие БАС и деменции, а в случае БАС с мутациями гена СОД-1 A4V и D90A прогнозировать крайне быстрое или крайне медленное прогрессирование БАС соответственно. При наличии других мутаций гена СОД можно определить примерный возраст начала болезни и ее примерную продолжительность. Кроме того, в мире проводятся клинические испытания специально для больных БАС с мутациями СОД-1 и здоровых носителей этих мутаций, имеется в виду испытание антисмысловых олигонуклеотидов к гену СОД-1 (51). При тестировании родителей больного БАС можно определить, унаследовал ли больной мутацию от родителей или же мутация появилась de novo.
При медико-генетическом консультировании нужно учитывать следующее: 1) значение положительного или отрицательного теста, принимая во внимание возможность ложноположительного или ложноотрицательного результата; 2) психологические аспекты преподнесения информации; 3) возможность генетической дискриминации здорового носителя мутации. У детей и подростков генетическое тестирование с положительным результатом может привести к развитию несамостоятельности, стигматизации, возможной дискриминации и т.д. (52).
Как проводится тест. Молекулярно-генетическая диагностика проводится по анализу крови, слюны или образца ткани. Золотым стандартом тестирования является полное секвенирование исследуемого гена, которое позволяет обнаружить мутацию в любом участке гена. Генотипирование – это тестирование человека на конкретную мутацию. Оно проводится у членов семьи, если у больного БАС из данной семьи генетический дефект уже известен. Тест следует проводить на мутации в генах СОД-1, C9orf72, FUS, TDP-43, VAPB, ANG, OPTN, FIG4, UBQLN2 (50). Гены алсин и SETX тестируют при наличии ювенильного в. в первом случае, аутосомно-рецессивного БАС. Можно провести тесты и на другие гены.
Если у больного БАС или здорового члена семьи обнаруживается мутация в каузативном гене БАС это означает положительный результат теста. При отрицательном результате теста следует иметь в виду следующие обстоятельства: 1) возможно, были исследованы не все гены; 2) при выполнении теста были допущены погрешности (ложноотрицательный результат); 3) известны не все генетические причины БАС; 4) в случае, если БАС развился более, чем у одного члена семьи, но их анализы отрицательные, больные называются фенокопиями, а в случае, если у одного больного БАС из семьи мутация выявлена, а у другого больного – нет, это может означать, что у другого больного БАС вызван мутацией другого неизвестного гена, либо из-за факторов окружающей среды (19).
Исследования доклинической стадии БАС
С 2005 года в США на базе университета Майами проводится исследование preFALS, посвященное изучению доклинической стадии БАС. К данному исследованию в 2009 году подключились специалисты из Швеции и наша группа.
Цели исследования: 1) изучить решения, которые принимают участники, получая сведения от доклинического тестирования; 2) оценить психологические аспекты этих решений; 3) оценить предпочтения участников получать результаты по телефону или лично; 4) обследовать здоровых носителей мутаций в каузативных генах БАС путем диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга и магнитно-резонансной спектроскопии (МРС) шейного утолщения спинного мозга, подсчета двигательных единиц при электромиографии, транскраниальной магнитной стимуляции (ТКМС), эластометрии или биопсии кожи, макроэлектромиографии и тромбодинамики (53-56).
Так, у участников, которые пожелали узнать результаты тестирования были следующие аргументы: 1) появилась определенность, заболеют они или нет; 2) у них не было детей, значит дети не увидят, как болеют их родители. У участников, которые не пожелали узнать результаты тестирования, были следующие аргументы: 1) они ничем не лучше своих больных родственников, чтобы точно знать заранее, заболеют они или нет; 2) просто нет желания обладать этой информацией; 3) большинство участников предпочитало получать сведения о результатах по телефону (53).
При отслеживании доклинической стадии БАС у пока здоровых носителей мутаций каузативных генов БАС были получены следующие данные: 1) за 10 месяцев до начала БАС отмечалось снижение количества двигательных единиц при их подсчете при электромиографии; 2) за 3-8 месяцев до начала БАС отмечалось увеличение возбудимости моторной коры при ТКМС; 3) двустороннее снижение фракционной анизотропии заднего бедра внутренней капсулы; 4) снижение среднего соотношения N-ацетиласпартат/креатин и N-ацетиласпартат/миоинозитол (54).
Сбор данных по макроэлектромиографии, эластометрии/биопсии кожи и тромбодинамике для данного исследования осуществляется нашей группой в РФ. Результаты пока находятся на стадии обработки.
Данное исследование может помочь установить, когда начинается доклиническая стадия БАС. Как показали макроэлектромиографические исследования, в непораженных мышцах у больных БАС выявляется укрупнение амплитуды потенциалов, что говорит о перестройке двигательных единиц в течение доклинической стадии (56). Исследование может помочь выбрать кандидатов для клинического испытания рилузола, хлорита натрия, антисмысловых олигонуклеотидов к гену СОД-1, другим генам БАС на доклинической стадии БАС, определить эффективность этих методов профилактики.
Список литературы
12. ALS online genetics database. https://alsod.iop.kcl.ac.uk/Als/index.aspx (Accessed on September 20, 2010).
18. McCluskey L. Falcone D. Familial amyotrophic lateral sclerosis. 2016.
21. Penco S, Schenone A, Bordo D et al. A SOD 1 gene mutation in a patient with slowly progressive familial ALS. Neurology 1999 Jul22;53(2) 404-6
22. Skvortsova VI, Slominsky PA, Levitsky GN et al. Molecular genetic and biochemical studies of Russian patients with sporadic motor neuron disease. In:Amyotrophic lateral sclerosis: new research. Ed. C.Murray, Nova Biomedical books, New York, 2006;323-346.
32. Левицкий Г.Н.Боковой амиотрофический склероз – лечение и теоретические вопросы, М., Практическая медиина. 2010, 562 стр.
51. Miller T , Pestronk A , David W et al. Results of Phase 1, double-blind, placebo-controlled study of safety, tolerability and pharmacokinetics of ISIS 333611 administered intrathecally to patients with familial ALS due to SOD-1 mutations. Amyotrophic Lateral Sclerosis, 2012; 13(Suppl. 1): 26.
53. Fanos JH, Gronka S, Wuu J et al. Impact of presymptomatic genetic testing for familial ALS. Genetics in Medicine, 2011
54. Benatar M, Wuu J. Presymptomatic studies in ALS:rationale, challenges and approach. Neurology 2012;79;1732.
55. Swash M, Ingram D. Preclinical and subclinical events in motor neuron disease. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1988; 51: 785-789.
56. Шулутко А.М. (ред.). Применение теста тромбодинамики для оценки состояния системы гемостаза. Учебно–методическое пособие. Москва, 2015.
