К настоящему времени разработаны многочисленные классификации МБ. Однако ни одна из них не является исчерпывающей и полностью отражающей специфику этой патологии. Поэтому целесообразно рассмотреть только основные принципы классификаций.
Классификация по типу наследования
Тип наследования МБ связан с локализацией патологического гена в аутосоме или гоносоме и зависит от доминантности или рецессивности гена (см. главу 4). Мужчины и женщины поражаются с одинаковой частотой в случае аутосомного типа наследования и с разной частотой в случае сцепленного с полом или ограниченного полом наследования. На основе этого принципа выделяют:
• аутосомно-доминантные болезни (ахондроплазия, несовершенный остеогенез, нейрофиброматоз Реклингаузена, ретинобластома, семейная гиперхолестеринемия, синдромы Крузона, Марфана, Холт-Орама, хорея Гентингтона);
• аутосомно-рецессивные болезни (алкаптонурия, альбинизм, атаксия-телеангиэктазия, болезнь Тея-Сакса, врожденная гиперплазия коры надпочечников — АГС), галактоземия, МВ, недостаточность аденозиндезаминазы, пигментная ксеродерма, ФКУ);
• Х-сцепленные доминантные болезни (гипофосфатемия — витамин D-резистентный рахит, орофациодигитальный синдром, синдром недержания пигмента);
• Х-сцепленные рецессивные болезни (гемолитическая анемия, гемофилия АиВ, миодистрофия Дюшенна-Беккера, недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, синдромы Леша- Найяна, Лоу, Мартина-Белла, Менкеса).
Классификация по органному и системному типу
• Болезни желудочно-кишечного тракта (синдромы мальабсорбции, в том числе врожденный дефицит лактазы, врожденная хлоридная диарея, дефицит энтерокиназы, непереносимость белка коровьего молока и белка сои, первичная гипомагнеземия, целиакия).
• Болезни кожи и ее придатков (ангидротическая и гидротическая эктодермальная дисплазия, буллезный эпидермолиз, веретенообразная аплазия волос, врожденная аплазия кожи, вялая кожа, ихтиоз и ихтиозоформные дерматозы, ладонно-подошвенные
кератодермии (гиперкератозы), пигментная ксеродерма, синдром Блума, синдром недержания пигмента).
• Болезни нервной системы. Это заболевания нервной ткани, в том числе болезни пирамидной и экстрапирамидной систем, мозжечка, ангиоматозы Гиппеля-Линдау и Штурге-Вебера, атаксия-телеангиэктазия, нейрофиброматоз, туберозный склероз, миотонии (болезнь Томсена и др.), прогрессирующие мышечные дистрофии (например, болезнь Дюшенна-Беккера), спинальные мышечные атрофии (болезни Верднига-Гоффмана и Кугельбергера-Веландер).
• Болезни органов дыхания (альвеолярный микролитиаз, идиопатический диффузный фиброз легких, изолированный легочный гемосидероз, наследственный спонтанный пневмоторакс, первичная легочная гипертензия, синдром Картегенера, трахеобронхомегалия).
• Болезни почек и мочевыводящих путей (синдром Альпорта, болезнь де Тони-Дебре-Фанкони, глюкодиабет, гипофосфатемический рахит, наследственный нефрит, несахарный диабет, поликистозная болезнь — детский и взрослый типы, почечный канальцевый ацидоз).
• Болезни сердечно-сосудистой системы (семейные формы гиперхолестеринемии, гиперлипопротеинемии и гипертриглицеринемии, наследственный амилоидоз, недостаточность карнитина, семейная недостаточность липопротеиновой липазы).
• Болезни соединительной ткани и скелета (ахондроплазия, врожденная косолапость, метатропическая дисплазия, муколипидозы, мукополисахаридозы, несовершенный остеогенез, псевдоахондроплазия, спондилодисплазия и множественная эпифизарная дисплазия, синдромы Марфана, Элерса- Данлоса).
• Болезни эндокринных органов: АГС, врожденный гипотиреоз, гипофизарный нанизм).
• Болезни других органов и систем организма.
Классификация по типу обмена веществ
Благодаря данной классификации многие МБ называются НБО. Среди них выделяют:
• болезни аминокислот (алкаптонурия, альбинизм, гистидинемия, гомоцистинурия, лейциноз, ФКУ);
• болезни биосинтеза кортикостероидов (АГС, гипоальдостеронизм);
• болезни лимфоцитов и лейкоцитов (недостаточность аденозиндезаминазы, септический гранулематоз);
• болезни липидов (ганглиозидозы, гиперлипидемия, гиперхолестеринемия, муколипидозы, сфинголипидозы, цереброзидозы);
• болезни металлов (болезни Вильсона-Коновалова, Менкеса, семейный периодический паралич);
• болезни порфиринового и билирубинового обмена (синдромы Жильбера, Криглер-Найяра, Порфирии);
• болезни пуринов и пиримидинов (оротовая ацидурия, подагра, синдром Леша-Найяна);
• болезни транспорта систем почек (болезнь де Тони-Дебре- Фанкони, витамин D-резистентный рахит, тубулопатии);
• болезни углеводов (галактоземия, гликогенозы, мукополисахаридозы, непереносимость фруктозы);
• болезни эритрона: анемия Фанкони, гемолитические анемии, недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.
Кроме того, в рамках НБО выделяют особую группу болезней накопления, тезаурисмозов (см. главу 4). Эта группа МБ объединяет НБО, связанные с дефицитом ферментов лизосом (наследуются с цитоплазмой по материнской линии). Такие НБО проявляются прогрессирующим накоплением предшественников метаболических реакций в клетках разных тканей, например отложением макромолекул гликогена, гликопротеинов, гликолипидов, мукополисахаридов, сфинголипидов, которые в условиях нормального обмена веществ «самоперевариваются» лизосомальными ферментами, что необходимо при очищении организма от продуктов жизнедеятельности и мертвых клеток.
Классификация по этиологии
• Болезни с установленным первичным молекулярным (биохимическим) дефектом. Число таких болезней продолжает неуклонно расти: если по каталогу В. Мак-Кьюсика в 1990 г. насчитывалось около 100 нозологий, то в конце 1993 г. их было уже 328, в 2001 г. — 700, а в 2006 г. — 1500 (33,3\%).
• Болезни с неустановленным первичным молекулярным (биохимическим) дефектом. На эти заболевания приходится оставшаяся
часть МБ (66,7\%).
В последние годы появилось множество подтверждений ведущей роли первичного молекулярного дефекта. Например, ранее труднообъяснимый факт, что мутации в одном и том же гене (локусе) приводят к разным клиническим проявлениям, теперь объясняется наличием каждый раз разных точковых мутаций в одном гене. Так, врачам-невропатологам давно известны рано начинающаяся тяжелая форма детской миодистрофии Дюшенна и более легкая форма юношеской миодистрофии Беккера, обусловленные дефектами одного и того же гена — дистрофина (см. главу 17). Аналогичный пример касается гена адренорецептора, сцепленного с Х-хромосомой: в одном случае конкретная точковая мутация одного гена является причиной болезни Кеннеди, а в другом случае уже другая точковая мутация этого же гена служит причиной синдрома Морриса или тестикулярной феминизации (см. главы 5
и 17).
Другой пример — ген МВ, в разных точках которого выделены около 1400 мутаций, приводящих к формированию сходных в целом фенотипов, но с разной тяжестью клинических проявлений.
Вообще составление классификаций МБ на основе выявления обусловливающих их первичных молекулярных (биохимических) дефектов — чрезвычайно трудное дело. Если еще учесть, что при некоторых МБ наблюдается высокий процент вновь возникших мутаций (например, при миодистрофии Дюшенна 30\% мутаций de novo), то еще больше становится понятной ведущая роль первичного молекулярного дефекта именно на уровне гена. Следствием такого дефекта являются структурные и функциональные нарушения на другом уровне — уровне белка-дистрофина.
Более того, для осуществления простых или сложных биохимических реакций первоначально всегда требуется координированная экспрессия нескольких генов. Например, в случае ФКУ разными генами кодируются разные субъединицы олигомерного белка-фермента: фенилаланингидроксилазы, дефицит которой обусловливает развитие заболевания. При этом субъединицы олигомерного белка различаются между собой по молекулярной массе и изоэлектрическим точкам. Следовательно, при определении болезни на основе критерия первичного биохимического дефекта в рамках одной моногенной формы будут выявляться фенотипы, не только обусловленные разными мутациями в разных точках одного гена, но и связанные с мутациями в разных генах, т.е. речь идет о генокопировании сходной
клинической картины с разными особенностями течения болезни у разных больных (см. главу 5).
Таким образом, главную роль в возникновении и последующем фенотипическом проявлении первичного биохимического дефекта играет координированная генная экспрессия, которая зависит от вида клеток, периода онтогенеза, влияния генов-модификаторов и факторов среды. Подтверждением ведущей роли первичного молекулярного дефекта является также классификация МБ, опубликованная В.С. Барановым и др. (2005).
Классификации МБ на основе мутационных спектров и оптимальных алгоритмов ДНК-диагностики
Классификация базируется на двух принципах: это уникальность спектра мутационных изменений каждого гена (причины уникальности приведены в главе 5) и оптимальные алгоритмы для их ДНКдиагностики.
Авторами классификации предложено разделение МБ на два класса.
Первый класс — это болезни, вызванные немажорными мутациями, равномерно распределенными по всей нуклеотидной последовательности гена. В их число включены замены, делеции, дупликации и инсерции одного или нескольких нуклеотидов. Данный класс МБ представлен: аутосомно-доминантным врожденным поликистозом почек, гемофилией А и В, множественными эндокринными неоплазиями (МЭН), семейным раком грудной железы и раком яичников, семейным аденоматозно-полипозным раком толстого кишечника, CRASH-синдромом (болезнь LI), синдромом Смита-Лемли-Опица, Х-сцепленной формой синдрома Альпорта, Х-сцепленной гидроцефалией.
Для молекулярной диагностики этого класса МБ применяются методы ДНК-анализа для выявления неизвестных мутаций, но чаще других используется комбинация методов SSCP (анализ однонитевого конформационного полиморфизма) и методов анализа отдельных экзонов с последующим прямым сиквенированием тех фрагментов ДНК, где подозревают наличие мутаций (см. главу 19).
Второй класс — это болезни, вызванные мажорными мутациями, которые принципиально важны для ДНК-диагностики. Среди таких патологий: ахондроплазия, болезни Вильсона-Коновалова, Леша- Найяна и Ретта, болезни накопления, МВ, рецессивные формы
наследственной глухоты (несиндромальная несенсорная тугоухость), ФКУ. Для идентификации каждого типа мажорной мутации предложен оптимальный метод из общего арсенала методов ДНК-анализа, включающий мультиплексную ПЦР с анализом внутригенных полиморфных сайтов рестрикции и др. (см. главу 19).
Третий класс — это болезни, вызванные протяженными дупликациями и делециями, возникшими в результате неравного кроссинговера или неправильного спаривания гомологичных хромосом во время мейоза, которое происходит по фланкирующим повторам участка ДНК, содержащего ген. Такая мутация называется генной конверсией (см. главу 5), и если в участок нуклеотидной последовательности ДНК (область мутации) вовлечен, например, ген РМР22 (17р11.2), контролирующий синтез периферического миелинового белка 22, то возникнет аутосомно-доминантная моторно-сенсорная нейропатия Шарко-Мари-Тус.
Особенно много мутаций в результате генной конверсии возникает в псевдогенах. В этом случае происходит перенос фрагмента одного аллеля в другой аллель гена или перенос фрагмента псевдогена в нормальный ген. Например, такая мутация происходит при переносе последовательности псевдогена в ген 21-гидроксилазы (CYP21B) при
АГС.
К данному классу мутаций принадлежит мутация, обусловливающая развитие болезни Гоше — это самая частая аутосомнодоминантная болезнь накопления. В ее основе лежит мутация гена GBA (1q21), гена глюкоцереброзидазы (лизосомной гидроксилазы), рядом с которым локализован псевдоген psGBA.
В настоящее время выделены 115 точковых мутаций гена GBA. В их числе — дупликации, делеции и конверсии, возникающие в мейозе между геном и псевдогеном.
Типичной патологией этого класса МБ считается сцепленная с полом миодистрофия Дюшенна-Беккера (Хр21), обусловленная мутациями (протяженными делециями и дупликациями, микроделециями и нонсенс-мутациями) самого крупного гена человека, кодирующего белок — дистрофин, входящий в состав сарколеммы мышечного волокна. Кроме того, сюда относятся семейная мышечная атрофия трех типов, включающая болезнь Верднига-Гоффмана, болезнь Кугельбергера-Веландер и промежуточную форму. Все типы мышечной атрофии представляют собой аллельные варианты мутаций одного дуплицированного гена SMN1 (5q13).
Копия этого гена — ген SMN2 — вариант псевдогена, располагается ближе к центромере и отличается от гена SMN1 по 8 нуклеотидам, причем 5 из них находятся в интронах, а 3 — в экзонах (различия в гене и псевдогене выявляются методом SSCP и методом ПДРФанализа).
Четвертый класс — это болезни экспансии, в основе которых лежат динамические мутации (см. главу 27).
В последние годы была опубликована еще одна классификация, согласно которой все МБ делят на три группы в соответствии с видом наследственной изменчивости (см. главы 2 и 5):
• болезни, обусловленные мутационной изменчивостью генома; в каталоге В. Мак-Кьюсика (OMIM) перечислено 1100 мутаций идентифицированных, отчетливо проявляющихся в фенотипах больных при 1,5 тыс. МБ (см. выше);
• болезни, обусловленные вариационной (комбинативной) изменчивостью генома, в составе которого выделены не менее 50\% повторяющихся последовательностей ДНК, относящихся к 5 классам: повторы, возникшие из транспозонов, неактивные перемещенные копии клеточных генов, простые повторяющиеся последовательности, сегментарные дупликации, блоки тандемноповторяющихся генов. Эти повторы ДНК перестраивают геном, вызывая эктопические нарушения, приводящие к развитию болезней генома;
• болезни, обусловленные эпигенетической (эпигеномной) изменчивостью, связанной не со структурными нарушениями генома, а с изменениями регуляции генной активности, которые, хотя и наследуются, но обратимы. К примерам эпигеномных нарушений относятся: инактивация Х-хромосомы, эффект положения теломеры, сайлесинг гена, тканевая специфичность и возрастзависимая модификация ДНК, парамутации, трансфекции, импринтинг, цитодукция и гомологзависимые процессы;
• болезни, обусловленные изменениями в геноме, в том числе гонадный мозаицизм, мейотический драйв, прионизация, цитоплазматическая наследственность, экспансия нуклеотидных повторов.
Завершая рассмотрение всех известных классификаций МБ, следует отметить: в последние три десятилетия выделены новые формы МБ, не вошедшие по разным причинам в указанные классификации, которые поэтому нельзя считать совершенными.
В частности, еще в 70-80-е годы прошлого века появились первые сообщения о митохондриальных и пероксисомных болезнях, которые (совместно с тезаурисмозами — см. выше) были сначала отнесены к болезням обмена клеточных органелл, а затем причислены к классу болезней материнского наследования. В свою очередь, в 90-е годы XX в. выделены болезни геномного импринтинга и болезни экспансии числа нуклеотидных повторов, которые, правда, частично вошли в классификацию МБ, учитывающую мутационные спектры и методы ДНК-диагностики. Наконец, совсем недавно был выделен класс прионных болезней (см. главы 3 и 28).
Примеры наиболее распространенных МБ
В странах Запада в родовспомогательных учреждениях (центрах планирования семьи и репродукции) проводится обязательный неонатальный скрининг новорожденных — это либо массовое (тотальное), либо селективное (выборочное) «просеивание» доступного биологического материала, взятого от новорожденных, с целью молекулярногенетической или биохимической диагностики наиболее распространенных МБ, в том числе наследственных болезней обмена веществ. Общее количество «просеиваемых» нозологий в странах «семерки» уже достигло 300 заболеваний (в России — только 5 нозологий). Ниже приводится выборочный, примерный список таких нозологий и указаны их частоты в популяции (в порядке снижения).
• Синдром Мартина-Белл (фрагильная Х-хромосома или сцепленная с Х-хромосомой УО). Ген заболевания (FMR1) локализован в сегменте Xq27 (хромосомный маркер — fra Xq27). Частота — 0,5: 1000.
• МВ. Ген CFTR локализован в сегменте 7q32 и кодирует белокрегулятор трансмембранной проводимости ионов хлора. Частота в странах Европы и Северной Америки — 1:2 тыс.; в азиатских странах встречается редко.
• Миодистрофия Дюшенна-Беккера (Хр21) — 1:3-3,5 тыс. у мужчин.
• Нейрофиброматоз Реклингаузена, тип 1 (17q11.2) и тип 2 (22q11.2) — 1:3-5 тыс.
• Врожденный гипотиреоз (8q24.3) — 1:4,7 тыс. При незобных формах гипотиреоза гены локализованы в сегментах 1р13 и 14q31.
• Миотоническая дистрофия (миотония Томсена). Ген локализован в сегменте 19q13.6. Частота — 1:10 тыс.; в некоторых популяциях
1:1000.
• ФКУ (12q24.1). При ФКУ, обусловленной дефицитом дегидроптеридинредуктазы, ген локализован в 4p15.1. Частота — 1:10 тыс.
• Гемофилия А (Xq28). При гемофилии В ген локализован в Xq25.3. Частота — 1:10 тыс. у мужчин.
• Опухоль Вилмса (11p14.2) При втором типе опухоли Вилмса ген локализован в 11p15.3. Частота — 1:10 тыс.
• Недостаточность альфа-1-антитрипсина (14q32) — 1:3-20 тыс.
• Хорея Гентингтона (4р16) — 1:12,5-25 тыс. и гораздо выше в популяциях-изолятах.
• Ретинобластома (13q14.2) — 1:14 тыс.
• Несовершенный остеогенез (7q21.3; 17q21.4) — 1:15 тыс.
• Гистидинемия (12q21.4) — 1:23 тыс.
• Атаксия-телеангиэктазия (11q23.1) — 1:30-50 тыс.
• Галактоземия (9р13.1) — 1:35-50 тыс.
• Лейциноз или болезнь с запахом мочи, напоминающим запах кленового сиропа (болезнь кленового сиропа). Это гетерогенная группа, дефектные гены локализованы в локусах 19q13.1, 1р31.2 — тип 2, 6р22.2 — тип 3. Частота — 1:90-120 тыс.
• Аргининянтарная ацидурия (7q11.2) — 1:300 тыс.
• Болезнь Тея-Сакса (15q22.4) — 1:360 тыс. в большинстве популяций и 1:3,6 тыс. у евреев-ашкенази.
• Тирозинемия, тип I (15q22.5). При тирозинемии II типа ген локализован в локусе 16q23.2. Частота 1:900 тыс.
• ТКИД или недостаточность АДА (20q13.1) — 1:1,5 млн.
• Недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Xq28) — редкий этнический вариант; в отдельных популяциях частота у мужчин составляет от 1:4 до 1:20.
• Серповидноклеточная анемия (11р15.3) — характерна для популяций американских негров и Экваториальной Африки — 1:400.
• Талассемия альфа (16р13.1) и бета (11p15.3) — встречается в эндемичных по малярии регионах мира.
Показания для лабораторной диагностики наследственных болезней обмена
А. Симптоматика, выявляемая на первом году жизни ребенка.
• Задержка психомоторного и физического развития в сочетании со следующими признаками:
— прогредиентно развившееся к концу первого года жизни отставание психоневрологических функций, эпилептические при-
падки в первые месяцы жизни;
— рвота, дегидратация, желтуха, мышечная гипотония или гипертония, нарушение дыхания, судороги, летаргия, кома, асцит;
— необычный цвет и запах мочи и/или запах немытого тела, в том числе «мышиный» запах, запах потных ног, солода, кленового сиропа;
— диарея, гипотрофия (исключить экзогенные причины);
— гепатомегалия и/или спленомегалия неясной этиологии.
• Выявляемые при лабораторном исследовании основных биологических жидкостей больного (кровь, моча) метаболический ацидоз, алкалоз, сахар, белок, ацетон в моче, лейкоцитопения и/или тромбоцитопения, изменение иммунологических показателей.
Б. Симптоматика, выявляемая на втором году и в последующие годы жизни ребенка.
• Прогредиентное развитие УО и неврологической симптоматики после периода нормального развития разной продолжительности.
• УО в сочетании со следующими признаками:
— задержка физического развития;
— гаргоилический дисморфизм, тугоподвижность суставов, искривление позвоночника;
— гидроцефалия, глухота, помутнение роговицы, катаракта, вывих (подвывих) хрусталика;
— изменение волос и ногтей;
— гепато- и/или спленомегалия, поражение почек, экзема;
— эпилептические припадки, интоксикация, летаргия, кома, рвота, диарея, алалия, дизлексия.
• УО неясной этиологии.
• Гипотрофия неясной этиологии.
• Непереносимость отдельных продуктов питания, проявляющаяся анорексией, диареей, задержкой развития.
• Нефролитиаз.
• Лабораторные данные (те же, что и для первого года жизни).