Генетические аспекты ишемического инсульта

Определение роли конкретного гена в развитии ишемического инсульта, является сложной задачей. Это связано с его взаимодействием с другими генами и факторами, а также с сопутствующими заболеваниями, такими как артериальная гипертензия, сахарный диабет, ожирение, ишемическая болезнь сердца *1+. Так, имеет место увеличение степени риска болезни, связанное с носительством одного гена в сочетании с другими генами (так называемый феномен “эффект дозы гена”, “gene dosage effect”), действия которых являются синергичными в отношении риска развития ишемического инсульта *2+. Важно отметить, что существует генетическая гетерогенность ишемического инсульта или, другими словами каждому клинико-патогенетическому варианту инсульта соответствуют уникальные комбинации генов. Фстановлено, что риск развития ишемического инсульта увеличивается не только под влиянием полиморфизма одного гена, но и при сочетании аллелей нескольких генов, т.е. имеет место полигенная наследственная предрасположенность к тромботическим поражениям мозговых сосудов.

К настоящему времени уже идентифицировано большое число генов цереброваскулярных заболеваний. В частности, к таким генам можно отнести гены системы гемостаза, ген фибриногена, тромбоцитарного гликопротеина GP IIb/IIIa, V, VIII и XII факторов свертывания, протромбина, гены, регулирующие фибринолиз (tPA, PAI-1), гены ренин-ангиотензиновой системы, NO- синтетазы, метаболизма сывороточных липидов и гомоцистеина [3].

Одним из основных пусковых механизмов патогенеза ишемической болезни мозга является нарушение функциональных свойств эндотелия, что в дальнейшем приводит к изменению тонуса сосудистой стенки и дальнейшему развитию и прогрессированию патологического процесса. Кроме того, так как важную роль в патогенезе ишемической болезни мозга могут играть изменения гемодинамики и кровяного давления, то интерес представляет изучение генов, кодирующих белки, участвующие в процессах регуляции солевого и жидкостного гомеостаза и поддержании сосудистого тонуса. Анализ литературных данных позволяют утверждать, что ангиотензин превращающий фермент (АПФ или ACE) и ангиотензиноген (AGT) являются ключевыми элементами ренин-ангиотензиновой системы (РАС) и вносят существенный вклад в развитие инсульта *4+. Ангиотензин превращающий фермент - это интегральный мембранный протеин, высвобождаемый с клеточной поверхности цинковой металлоэстеразой. Ф здоровых индивидуумов уровень концентрации ACE может варьировать 5-кратно. В гене ACE имеется инсерционно-делеционный полиморфизм, связанный с инсерцией (I) или делецией (D) Alu-повтора размером 287 п.н. в интроне 16. Данный полиморфизм ассоциирован с повышенным уровнем ACE в плазме крови и развитием целого ряда сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе и инсультов.

Среди большого числа генов-кандидатов ишемического инсульта особое внимание привлекает ген рецептора ангиотензина опосредуется ангиотензина II (AGTR1). Через этот тип рецепторов не только вазоконстрикторное действие II, но и экспрессия факторов роста и пролиферации гладкомышечных клеток сосудов. Продукт гена AGTR1 обуславливает основные кардиоваскулярные эффекты ангиотензина-II. Полиморфизм гена AGTR1 A1166C является маркером повышенного риска развития ишемического инсульта. Исследование 206 больных артериальной гипертонией и 298 доноров с нормальным давлением показало статистически значимое увеличение частоты варианта 1166C среди гипертоников (вероятность развития артериальной гипертонии при наличии у пациента генотипа 1166C увеличивается в 1,3 раза) *5+.

Взаимодействие тромбоцитов с тканевыми белками, секретируемыми при повреждении стенки сосудов происходит за счет белка α2B интегрина - специализированного рецептора тромбоцитов, который кодируется геном ITGA2. Изменение первичной структуры интегринов вследствие мутации данного гена может приводить к повышенному риску тромбофилии *6+.

Ген ITGB3 кодирует белковую компоненту тромбоцитарного рецептора фибриногена (ß-3-интегрина). Данный рецептор обеспечивает взаимодействие тромбоцитов с фибриногеном плазмы крови, в результате чего происходит агрегация тромбоцитов и образование тромба. При полиморфизме гена тромбоциты приобретают повышенную склонность к агрегации, поэтому его носители имеют повышенный риск тромбоза мозговых сосудов и развития инсульта.

Ген FGB кодирует аминокислотную последовательность бета- цепи фибриногена. Повышенная экспрессия этого гена приводит к увеличению содержания фибриногена в крови и повышает вероятность образования тромбов, что способствует увеличению риска тромбоза мозговых сосудов *7+. Исследование полиморфизма гена FGB имеет прогностическое значение и позволяют оценить относительный риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы вследствие нарушений в свертывающей системе крови.

Наряду с изучением молекулярно-генетических аспектов формирования основных факторов риска цереброваскулярной патологии проводится изучение генетических механизмов апоптоза и антиапоптозной защиты, а также исследования генов, определяющих индивидуальную чувствительность ткани мозга к ишемии *8,9+. Показано, что изменение экспрессии генов, вовлеченных в механизмы регуляции программированной клеточной гибели (семейство bcl-2, каспазы, гены немедленного реагирования, гены белков теплового шока, р53), может играть важную роль в развитии ишемического повреждения мозга.

Одним из наиболее существенных достижений в последние годы было раскрытие стадийности патофизиологического каскада острейшего периода ишемического инсульта. Фстановлены основные механизмы, обусловливающие переход обратимых гемодинамических, клеточных и молекулярных изменений в области ишемической полутени в стойкие, формирование зоны некроза. Наряду с некрозом, в момент повреждения запускается механизм отсроченного (вторичного) повреждения клеток, в основе которого лежит апоптоз, представляющий собой физиологическую гибель клеток, необходимую для обновления клеточного пула органов, дифференцировки и развития тканей *10,11,12+. Помимо этого, апоптоз активируется и тем самым предохраняет ткани от возможных последствий при сублетальных повреждениях, недостаточных для прямого уничтожения клетки путем некроза.

Возможность перехода апоптоза в некроз (апоптозно- некротический континуум, апонекроз) недостаточно изучена, и это является предметом более широкого рассмотрения проблемы.

В то время как некроз представляет собой необратимую гибель клетки, смерть в результате апоптоза на определенных этапах может быть задержана или предупреждена. Поэтому во многих лабораториях мира проводятся исследования с целью изучения механизмов активации апоптоза, его временного и пространственного распространения в клеточной популяции ткани. Выясняются индукторы, супрессоры и исполнители программы апоптоза, а так же возможные пути влияния на этот процесс, и, прежде всего его торможения, с целью повышения выживаемости клеток.

Реализация цитотоксичности связана с индукцией рецептор- опосредованного апоптоза клетки-мишени. Среди огромного множества клеточных рецепторов в особую группу выделяют так называемые рецепторы смерти (death receptors). Они представляют собой трансмембранные гликопротеиды, которые, взаимодействуя со специфическими лигандами, передают апоптотический сигнал в клетку и вызывают активацию каспаз. Большинство смертельных рецепторов относятся к надсемейству рецепторов фактора некроза опухолей (TNFR) и характеризуются сходными эктрацеллюлярными доменами, богатыми цистеином *13+. Рецепторы смерти также имеют в своей структуре гомологичные цитоплазменные участки, называемые смертельными доменами (death domain), которые принимают непосредственное участие в запуске апоптоза *14+. Наиболее изученными из смертельных рецепторов являются Fas (CD95, или Apol) и TNFR1. Человеческий Fas-рецептор состоит из 335 аминокислотных остатков с сигнальной последовательностью на N-конце и трансмембранным участком в середине молекулы, что позволяет отнести его к мембранным белкам У типа *15,16+.

Исследования последних лет позволили выявить группу (каскад) цистеиновых протеаз - каспаз, которые активируя друг друга, во многих случаях составляют основу реализации программы клеточной гибели *17,18+. С появлением каспаз была выделена третья, промежуточная фаза апоптоза, связанная с активацией так называемых исполнителей апоптоза, к которым отнесены нижние каспазы (downstream caspases) и эндонуклеазы *19,20+. Считают, что эта промежуточная фаза до начала фрагментации ДНК также является обратимой.

Кроме фрагментации ДНК, активация или индукция каспаз также является достаточно надежным признаком апоптоза. Использование иммуногистологического метода с применением антикаспазных антител позволяет регистрировать эти протеиназы на ранних этапах посттравматического апоптоза в спинном мозге. Каспаза 8 рекрутируется лиганд- активированными рецепторами посредством ассоциированного с рецепторами смертельного домена белка FADD, что привело к первой молекулярной модели апоптоза, индуцируемого смертельными рецепторами. Хотя FADD необходим для Fas- индуцированной некроз-подобной программируемой клеточной гибели, этот белок блокирует TNFR1- индуцированный некроз, возможно путем активации каспазы-8. Следовательно, FADD можно рассматривать как один из переключателей между апоптозом и некрозом, запускаемыми TNF.

Реализация программированной клеточной смерти происходит параллельно по 3 путям:

1. Рецепторный - взаимодействие рецептора и лиганда смерти приводит к последовательной активации инициаторных и эффекторных каспаз (каспазы I и II порядка соответственно), после чего процесс оказывается необратимым.
2. Митохондриальный - под воздействием индукторов апоптоза происходит увеличение проницаемости мембран митохондрий с высвобождением цитохрома С с последующей активацией каспазного каскада. Высвобождение апоптоз-индуцирующего фактора (АИФ) является митохондриальным эффектором, вызывающий конденсацию хроматина и фрагментацию ДНК независимо от действия каспазы 9.
3. Прямое повреждение ДНК ведет к активации р53, который стимулирует "рецепторы смерти" и апоптозные гены, а также активирует модулятор суицида PUMA (р53 upregulated modulator of APOptosis), блокирующий антиапоптозный белок Bcl-2, после чего происходит беспрепятственный выход цитохрома с из митохондрий.

Дефекты на любой ступени пути цитохрома с или АИФ приводят к переключению с апоптотической гибели на некротическую. Уакая гибель соответствует критериям программируемой клеточной гибели, так как может быть блокирована анти- апоптическими онкогенами Вс1-2. Подавление каспазной активности изменяет способ гибели клетки, если сигнал достиг митохондрий. Во многих моделях гибели клеток главные контролеры программируемой клеточной гибели оперируют на митохондриальном уровне, тогда как решения о форме гибели принимаются на уровне активации каспаз. В случае острой церебральной ишемии нейроны внутри одной области подвергаются воздействию разной интенсивности, что обусловливает разные программы гибели. К примеру, быстрое истощение АУФ или нарушение внутриклеточного распределения ионов нарушают цитохромом с- индуцированную активацию каспаз, а массивная продукция оксида натрия непосредственно инактивирует каспазы. Уаким образом, гибель клеток обнаруживает смешанные признаки апоптоза и некроза, в качестве «исполняющих» протеаз выступают каспазы или калпаины, или же обнаруживается активация PARP-1, как контролера запрограммированного некроза *21+.

Кольцовой К.В. *22+ изучались полиморфные варианты генов- регуляторов рецепторного пути индукции апоптоза (FADD, Fas и каспазы 8), их влияния на формирование инфаркта мозга, течение и исход острого ишемического атеротромботического инсульта. Эти гены вовлечены в комплекс генетических реакций, определяющих тканевой ответ на ишемическое повреждение и участвующих в формировании морфологического дефекта. Была обнаружена ассоциация комбинаций полиморфизмов генов рецепторного пути индукции апоптоза (FADD и Fas) и митохондриального пути (PARP-1 и р53) с тяжестью состояния больных в остром периоде ишемического инсульта и объемом инфаркта мозга. Автор предлагает применять комбинации полиморфных вариантов генов-регуляторов рецепторного пути индукции апоптоза FADD и Fas в качестве критериев для прогнозирования объема инфаркта головного мозга при ишемическом инсульте.

Выявление генетических маркеров индивидуальной чувствительности головного мозга к ишемии расширяет возможности первичной профилактики ишемического инсульта, позволяет разработать новые подходы к диспансеризации практически здоровых лиц из групп риска с целенаправленным и комплексным их обследованием и превентивным лечением. Изучение генетических основ повреждающего действия ишемии позволяет выявить новые мишени для лечения инсульта. Выявленная ассоциация между полиморфными вариантами генов FADD, Fas и размерами инфаркта головного мозга доказывает перспективность использования нейропротекторов, реализующих свое действие через торможение процессов апоптоза *23+.

Уаким образом, многочисленные исследования позволили выделить ряд кандидатных генов, вовлеченных в патогенез ишемии мозга. Однако выявить конкретные полиморфные варианты генов либо генные мутации, определяющие развитие ишемического инсульта, до сих пор не удалось. Все исследования, связанные с изучением генетических факторов риска возникновения инсультов показывают, что в их развитии задействовано большое число генов, детерминирующие различные звенья патогенеза заболевания. Дальнейшее исследование функций генома, возможно, позволит выявить новые кандидатные гены предрасположенности к сосудистым заболеваниям мозга. Возможно, будущие достижения молекулярной генетики и системной биологии позволят пролить свет на механизмы реализации полигенной предрасположенности к нарушениям мозгового кровообращения и закономерности взаимодействия генотипа с факторами внешней среды, которые провоцируют развитие заболевания в популяциях человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусев Е.И., Скворцова В. И Ишемия головного мозга// М.: Медицина.- 2001.- 328 с.
2. Brott T. Treatment of acute ischemic stroke // Engl J Med. 2000. - Vol. 343. - P. 710-722.
3. Гусев Е. И. Эпидемиология инсульта в России. // Consilium medicum : журн. доказательной медицины для практикующих врачей. - Спец. вып. — 2003. - С. 5-7.
4. Schunkert H. Association between a deletion polymorphism of angiotensin Oconverting enzyme gene and left ventricular hypertrophy // N Engl J Med. 1994. - V. 330. - P. 1634 - 1638.
5. Corral J, Vicente V et al. Genetic polymorphisms of factor VII are not associated with arterial thrombosis// Blood Coagul Fibrinolysis.- 1998; 9: 267-272.
6. Crumrine R.C., Thomas AL, Morgan PF. Attenuation of р53 expression protects against focal ischemic damage in transgenic mice// J Cereb Blood Flow Metab 1994.- 14: 887-891.
7. Скулачев В.П. Кислород и явления запрограммированной смерти// М.:2000г.-26с.
8. Шмидт Е.В. и др. Сосудистые заболевания нервной системы// М.: Медицина, 1975.- 662.
9. Evan G., Liltlewood T. A matter of life and cell death//Science. -1998.- V.281- P. 1317-1322
10. Kokubo Y., Chowdhury A.H., Date C., Yokoyama Т., Sobue H., Tanaka H, Age-dependent association of apolipoprotein E genotypes with stroke subtypes in a Japanese rural population// Stroke.- 2000.-31:1299—1306,
11. Malygina N.A., Vodolagina N.N., Serova L.D. "Genetics of stroke". //YI European Congress of Gerontology//. 2007, p. 140-141.
12. Mies G., Ishimaru S., Xie Y., Seo K., Hossmann K.A. Ischemic thresholds of cerebral protein synthesis and energy state following middle cerebral artery occlusion in rat// J Cereb Blood Flow Metab. 1991;11:753—761.
13. Oehm A., Behrmann I., Falk W. et al. Purification and Molecular Cloning of the APO-1 Cell Surface Antigen, a Member of the Tumor Necrosis Factor/Nerve Growth Factor Receptor Superfamily // J. Biol. Chem. 1992. V. 267. №15. P. 10709—10715.
14. Cai H. The Glu-298-Asp (894G-T) mutation at exon 7 of the endothelial nitric oxide synthase gene and coronary artery disease// J Mol Med 1999; 77: 6: 511-514.
15. Henskens L.H., Kroon A.A., van Boxtel M.P, et al. Associations of the angiotensin II type 1 receptor A11 66C and the endothelial NO synthase G894T gene polymorphisms with silent subcortical white matter lesions in essential hypertension. Stroke.- 2005.-36(9):1 869-73.
16. Болдырев А. А. Дискриминация между апоптозом и некрозом нейронов под влиянием окислительного стресса // Биохимия. -2000.- Т.65.- №7. - С. 21-34, 981-990.
17. Corral J, Vicente V et al. Genetic polymorphisms of factor VII are not associated with arterial thrombosis// Blood Coagul Fibrinolysis 1998; 9: 267-272.
18. Tomimoto H., I. Akiguchi, R. Ohtani, H. Yagi, M. Kanda, H. Shibasaki, and Y. Yamamoto The Coagulation-Fibrinolysis System in Patients With1.ukoaraiosis and Binswanger Disease// Arch Neurol. 2001; 58(10): 1620- 1625.
19. Tsukada T, Yokoyama K., Aral T et al. Evidence of association of the ecNOS gene polymorphism with plasma NO metabolite levels in humans// Biochem Biophys Res Commun/- 1998;245:1 90-3.
20. Dichgans M, Holtmannspotter M, Herzog J, Peters N, Bergmann M, Yousry ТА. Cerebral microbleeds in CADASIL: a gradient-echo magnetic resonance imaging and autopsy study//Stroke.- 2002; 33:67-71.
21. Кольцова К.В. Роль полиморфных вариантов генов, участвующих в рецепторном пути индукции апоптоза (FADD, Fas и каспазы-8 в патогенезе ишемического инсульта. - М.: 2007. - 136 с.
22. Скворцова В.И., Лимборская С.А., Сломинский П.А. и др. Генетические аспекты ишемического инсульта.//Вестник РГМФ. - 2003. - № 4 (30).- С. 78-84.