Этиопатогенез лизосомных болезней накопления. Лизосомные болезни (болезни лизосомного накопления). Лизосомальные болезни накопления

7149 0

Лизосомные болезни накопления (ЛБН) — класс наследственных болезней обмена веществ, включающий около 40 нозологических форм. Молекулярные механизмы обусловлены генетическими изменениями лизосомальных ферментов, от которых зависят процессы внутриклеточного расщепления гликозаминогликанов, гликолипидов и гликопротеинов . В результате внутри лизосом накапливаются нерасщепленные макромолекулы.

Будучи многоядерными арильными лигандами , они быстро вызывают развитие полимикроэлементоза . Являясь субстратом N-ацетилтрансферазы (N-AT ), они подавляют её активность и ингибируют остальные металлсодержащие ферменты, в том числе ферменты антиокислительной системы (АОС), изымая из них центральные атомы переходных металлов. Клетки, лишенные энергии в виде АТФ и нормального синтеза соединительнотканных белков, погибают. Морфологически лизосомные болезни проявляются возникновением в разных тканях «пенистых» клеток. Скорость развития процесса зависит от степени нарушения функции ферментов.

Лейкодистрофии (ЛД) (греч. leukos белый + дистрофия ) — группа наследственных заболеваний, характеризующихся прогрессирующей дистрофией белого вещества головного и спинного мозга. В основе патогенеза лежит генетически детерминированный дефект обмена липидов и миелина в лизосомах. Демиелинизация происходит в виде активной пролиферации микроглии с фагоцитозом продуктов распада миелина. Метахроматическая ЛД (основная) названа вследствие свойственной этим продуктам метахроматической окраски. Помимо нарушения психических функций, наблюдаются спастический тетрапарез, экстрапирамидные и мозжечковые симптомы, часто — атрофия зрительных нервов, судорожные припадки, причем течение болезни прогрессирующее.

Диагностика основана на определении степени снижения активности арилсульфатазы А в лейкоцитах. Возможна пренатальная диагностика в ранние сроки беременности по активности фермента в клетках амниотической жидкости. Лечение симптоматическое. Применяют противосудорожные, дегидратационные средства, витамины и др., но прогноз заболевания неблагоприятный.

Адренолейкодистрофия характеризуется сочетанием симптомов аддисоновой болезни (поражение надпочечников и прекращение синтеза глюко- и минералокортикоидных гормонов) и лейкодистрофии. Начинается в возрасте 4-8 лет с появления бронзовой окраски кожи, затем присоединяются деменция, спастический тетрапарез, мозжечковые и экстрапирамидные нарушения, гиперкалиемия. Течение прогрессирующее. Смерть наступает через 6-8 лет. При адекватном лечении и восстановлении электролитного баланса продолжительность жизни увеличивается более чем на 20 лет.

Гиперлипопротеинемии

Важность обмена липидов мембран выявляется при нарушениях их транспорта и локализации на мембране, в результате чего в здоровой клетке на разных сторонах мембраны образуется четкая асимметрия липидов. В плазматической мембране и в комплексе Гольджи АТФ-зависимая транслоказа (аминофосфолипидтранслоказа ) переносит в цитозольный слой мембраны большую часть глицеролфосфолипидов , но не переносит сфинголипиды . В итоге дифференцированного перемещения липидов фосфатидилсерин, фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилинозит оказываются на внутренней стороне мембраны, а церамиды и сфингозин — на внешней .

При нарушении одного или обоих механизмов транспорта мембранных липидов (везикулярного , то есть отпочковывания от мембраны ЭР пузырьков, или мономернообменного , то есть процесса непосредственного переноса липидов с поверхности ЭР к митохондриям и пероксисомам с помощью белков обмена липидов ) развиваются около 20 заболеваний, объединяемых под термином гиперлипопротеинемии . Например, общая β-болезнь, наследственная гиперхиломикронемия, болезнь Вольмана (накопление эфиров холестерина), семейная гипертриацилглицеринемия, гиперлипопротеинемия, акантоцитоз (отсутствие хиломикронов, липидов низкой и очень низкой плотности — ЛНП, ЛОНП), семейные гиперальфалипопротеинемия и гиnepano-β-липопротеинемия, дефицит гормонально-высвобождаемой липазы печени, семейная гипо-β-липопротеинемия, болезнь Танжье , или болезнь рыбьего глаза (семейная недостаточность α-липопротеина).

Подобные нарушения обмена липопротеинов могут не только вызывать развитие заболеваний, но оказываться, напротив, полезными для здоровья. Например, очень редкое состояние — семейная гипер-α-липопротеинемия — сопровождается повышением уровня липидов высокой плотности (ЛВП) в крови, что оказывает благотворное влияние на состояние здоровья и продолжительность жизни.

По-видимому, обмен липидов можно фармакологически скорректировать не только для лечения вышеназванных болезней, но и для укрепления здоровья. Для этого нужно лишь на основе бионеорганических механизмов распределения липидов на мембранах клеток найти эффективные методы воздействия на это распределение.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.

Лизосомные болезни накопления

Н. В. Ольхович
Заведующая биохимической лабораторией медико-генетического центра УДСБ ОХМАТДЕТ, г. Киев

Лизосомные болезни накопления (ЛБН) - это обширный класс наследственных болезней обмена веществ, который включает около 40 нозологических форм. Молекулярные механизмы этиопатогенеза ЛБН сходны. Все они обусловлены генетическими изменениями лизосомных ферментов, контролирующих процесс внутриклеточного расщепления таких макромолекул, как гликозаминогликаны, гликолипиды, гликопротеины. Патогенетическими следствиями этих изменений являются внутрилизосомное накопление нерасщепленных макромолекул и увеличение числа лизосом в клетках различных тканей организма, что морфологически выявляется как наличие так называемых «пенистых» клеток в этих тканях. Такое накопление приводит к нарушению нормального функционирования клеток и их гибели. Чем сильнее функция фермента нарушена мутацией, тем быстрее наступает гибель клеток в тканях и тем быстрее прогрессирует заболевание.

Накопление нерасщепленных макромолекул при ЛБН может достигать значительных размеров, обусловливая в большинстве случаев несовместимость этих заболеваний с жизнью. Например, при болезни Тея-Сакса вес накопленного ганглиозида достигает 10-15% по отношению к сухой массе головного мозга. Однако известны и обратные примеры, к числу которых принадлежат болезни Краббе и Фабри. Накопление нерасщепленных метаболитов при этих заболеваниях носит умеренный характер и даже не является надежным диагностическим признаком.

В зависимости от природы накапливаемых макромолекул различают четыре группы ЛБН: мукополисахаридозы, муколипидозы, гликопротеинозы и сфинголипидозы.

Клиническая характеристика, возраст возникновения и тяжесть протекания отдельных заболеваний этих групп варьируют в довольно широких пределах. Они определяются генетическими особенностями нарушений, физиологической значимостью пораженного мутацией метаболического пути, а также тканью-мишенью, в которой нерасщепленные макромолекулы накапливаются.

Так, накопление метаболитов в паренхиматозных органах при некоторых заболеваниях приводит к развитию у больных гепатоспленомегалии с появлением таких признаков гиперспленизма, как анемия и тромбоцитопения (болезнь Гоше, мукополисахаридозы); тогда как ряд болезней протекает без вовлечения печени и селезенки в патологический процесс накопления (метахроматическая лейкодистрофия, болезни Фабри и Краббе).

Накопление метаболитов в костной ткани способствует развитию широкого спектра нарушений, обозначаемых термином «множественный дизостоз». Отмечаются также изменения в суставах, часто с ограничением объема движений в них (мукополисахаридозы, муколипидозы, болезнь Гоше). Хотя некоторые заболевания не имеют признаков поражения костной ткани (метахроматическая лейкодистрофия, болезни Фабри и Краббе).

Накопление нерасщепленных макромолекул в нервной ткани, как правило, обусловливает дегенеративные изменения в центральной нервной системе и развитие умственной отсталости у пациентов (метахроматическая лейкодистрофия, болезнь Краббе, мукополисахаридозы, муколипидозы, гликопротеинозы). Однако некоторые заболевания протекают без вовлечения нервной ткани в патологический процесс накопления и характеризуются нормальным интеллектуальным развитием пациентов (болезни Гоше I типа и Фабри).

Целый ряд заболеваний из групп мукополисахаридозов, муколипидозов и гликопротеинозов отличаются характерным внешним видом пациентов. Большинству таких больных свойственны грубые, гротескные черты лица, с чем связано использование в прошлом названия этих заболеваний «гаргоилизм». Внешний вид пациентов, страдающих другими лизосомными болезнями, такими как болезнь Гоше, метахроматическая лейкодистрофия, болезнь Фабри, не имеет особенностей.

Таким образом, достаточно четко выражен клинический полиморфизм лизосомных болезней накопления. Однако, несмотря на это, существуют признаки, характерные для всех заболеваний этого класса, а именно:

Полисистемность, то есть вовлечение в патологический процесс многих органов и тканей;
прогредиентное течение - возникновение и прогрессирование заболевания после некоторого периода нормального развития.
В большинстве своем эти болезни приводят к ранней инвалидизации и преждевременной смерти. Лишь немногие формы болезней характеризуются близкой к норме продолжительностью жизни. Говорят, что такие дети умирают трижды: сначала в умах родителей, когда поставлен диагноз, затем при помещении ребенка в специализированное учреждение, если его туда направляют, и, наконец, когда больной действительно умирает. Безысходность заболевания и серьезные генетические прогнозы формируют сложную психологическую проблему в семье. Отсутствие эффективных способов лечения этих изнуряющих нейродегенеративных заболеваний требует от врача, имеющего дело с родителями больных детей, огромного такта. Трудно передать то опустошающее влияние на семью, которое оказывают быстрое ухудшение состояния и неизбежная гибель ранее здорового ребенка.

Именно поэтому разработка эффективного метода лечения, хотя бы одного заболевания из этой группы фатальных болезней, в высшей степени важна. Первым реальным шагом, предпринятым в этом направлении, стало появление в 1991 году метода лечения болезни Гоше с помощью модифицированной формы недостающего при этом заболевании фермента.

Болезнь Гоше - наследственное заболевание из группы сфинголипидозов, обусловленное недостаточной активностью одного из лизосомных ферментов - глюкоцереброзидазы, которая участвует в гидролизе глюкоцереброзида. В результате, глюкоцереброзид накапливается в лизосомах макрофагов с образованием клеток Гоше, являющихся отличительной особенностью данного заболевания. Этими клетками изобилует красная пульпа селезенки, синусоиды печени, лимфатические узлы, костный мозг, а также многие другие ткани.

Безболезненная спленомегалия - обычно самый ранний симптом болезни Гоше. Если в норме объем селезенки находится в пределах 50-200 см3, то у пациентов, страдающих болезнью Гоше, он составляет 1500-3000 см3, в отдельных случаях - до 10000 см3 и более. В самых тяжелых случаях вес селезенки может достигать 20% веса тела пациента. У большинства больных гиперспленизм развивается параллельно с панцитопенией и геморрагическим диатезом.

Хотя увеличение печени и ее дисфункция при болезни Гоше являются обычными для всех типов болезни, но случаи тяжелой печеночной недостаточности встречаются редко. Объем печени, как правило, в 1,5-2 раза больше нормы, но в тяжелых случаях может увеличиваться в 10 раз.

Основной причиной стойкой инвалидизации при этом заболевании является одно из главных осложнений - поражение скелета. Изменения в костной ткани - следствие замещения нормальных элементов костного мозга инфильтратами клеток Гоше, которое сопровождается нарушением нормальных физиологических процессов. Костная патология наблюдается приблизительно у 75% пациентов, страдающих болезнью Гоше. В первую очередь обычно поражается бедренная кость, затем другие трубчатые кости и позвоночник. Накопление клеток Гоше в костном веществе вызывает появление остеолитических очагов, что приводит к отеку, увеличению внутрикостного давления и острым болевым ощущениям, которые известны как «костные кризы».

Следует отметить, что болезнь Гоше представляет собой группу из трех клинически различных, но генетически общих нозологических форм. Кроме вышеприведенных симптомов, характерных, как правило, для всех типов болезни Гоше, существует и принципиальное различие между типами, которое состоит в наличии и скорости прогрессирования неврологических осложнений. Так, первый, самый распространенный тип этого заболевания не затрагивает нервной системы; на первый план выступает увеличение паренхиматозных органов с преимущественным поражением селезенки. Второй и третий типы характеризуются развитием неврологических осложнений у пациентов в разном возрасте.

Таким образом, в случае неясной спленомегалии (с геморрагическим диатезом и без него) у пациента любого возраста, особенно в случаях безболезненного увеличения селезенки в сочетании с другими патологическими проявлениями со стороны печени и скелета, всегда нужно помнить о вероятности наличия у больного болезни Гоше.

Наличие клеток Гоше в костном мозге и других тканях с высокой степенью вероятности подтверждает диагноз болезни Гоше. Однако он не может быть принят как основополагающий, так как подобные клетки встречаются и при других лизосомных болезнях (болезнь Нимана-Пика и другие). Поэтому для подтверждения диагноза, наряду с гистологическим исследованием костного мозга, необходимо определять активность мутантного фермента в клетках периферической крови.

Программа диагностики наследственных лизосомных болезней накопления, включая болезнь Гоше, существует в лаборатории Киевского медико-генетического центра Украинской детской специализированной больницы ОХМАТДЕТ. В тесном сотрудничестве с Центром детской онкогематологии УДСБ ОХМАТДЕТ региональные медико-генетические центры и другие медицинские учреждения Украины проводят комплексное клинико-лабораторное обследование пациентов с этой патологией.

До недавнего времени медицина предлагала только симптоматические методы лечения болезни Гоше. Единственным способом облегчить такие тяжелые проявления гиперспленизма, как анемия и тромбоцитопения, было удаление селезенки. Проведение спленэктомии у этих пациентов позволяло достичь временного облегчения. Однако накопление нерасщепленного глюкоцереброзида в организме не прекращалось, и основная нагрузка при отсутствии селезенки ложилась на костную ткань. Таким образом, эта операция приводила к ускорению деструктивных изменений в костной системе.

С выделением и очисткой глюкоцереброзидазы стало возможным замещение мутантного фермента у больных. Десятилетний опыт применения ферментозаместительной терапии во всем мире свидетельствует о том, что этот метод лечения останавливает прогрессирование заболевания, способствует обратному развитию симптомов болезни Гоше и значительно улучшает качество жизни больных. Сегодня во всем мире тысячи больных с болезнью Гоше получают внутривенные инъекции модифицированной человеческой глюкоцереброзидазы. В Украине двум детям проводится специфическое лечение в качестве гуманитарной помощи фирмы Джензайм.
Благодаря успехам генетики и современной медицинской науки эффективное лечение наследственных болезней становится реальностью, уменьшает боль и страдания многих людей, дарит ранее безнадежным пациентам надежду на полноценную жизнь.

Митохондриальныезаболевания - группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности - человека.Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии, к детям обоих полов, так как сперматозоиды переносят половину геномной информации, а яйцеклетка - поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.Дефекты и симптомы

Эффекты митоходриальных заболеваний очень разнообразны. Из-за различного распределения дефектных митохондрий в разных органах, мутация у одного человека может привести к заболеванию печени, а у другого - к заболеванию мозга. Величина проявления дефекта может быть большой или малой, и она может существенно изменяться, медленно наростая во времени. Некоторые небольшие дефекты приводят лишь к неспособности пациента выдерживать физическую нагрузку, соответствующую его возрасту и не сопровождаются серьёзными болезненными проявлениями. Другие дефекты могут быть более опасны, приводя к серьёзной патологии.

В общем случае митоходриальные заболевания проявляются сильнее при локализации дефектных митохондрий в мышцах, мозге, нервной ткани, поскольку эти органы требуют больше всего энергии для выполнения соответствующих функций.

Несмотря на то, что протекание митохондриальных заболеваний сильно отличаются у разных пациентов, на основании общих симптомов и конкретных мутаций, вызывающих болезнь, выделено несколько основных классов этих заболеваний. (Сахарный диабет)

Пероксисомные болезни - группа наследственных заболеваний, связанных с нарушением функционирования пероксисом - клеточных органелл, в которых осуществляются окисление жирных кислот с длинной цепью, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, участвующих в построении миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фетановой кислоты и т.д.

К этой группе относятся синдром Цельвегера,ризомелическая точечная остеохондродисплазия, неонатальная адренолейкодистрофия, болезнь Рефсума (младенческая форма), акаталазия и др. К концу 90-х описано 18 нозологических форм. Основное патологическое звено при всех пероксисомных болезнях локализовано в пероксисомах в виде биохимических нарушений, обусловленных генными мутациями. Биохимическая сущность многих пероксисомных болезней уже раскрыта на уровне мутантных ферментов. Клинически болезни проявляются в виде множественных врожденных пороков развития, в целом сходных при разных нозологических формах (множественные черепно-лицевые дизморфии, катаракта, кожные складки на шее, почечные кисты и др.). Пероксисомные болезни являются примером наследственных болезней обмена, при которых множественные пороки развития объясняются молекулярным дефектом.

Лизосомные болезни накопления

Концепция лизосомных болезней накопления сложилась в результате изучения гликогеноза II типа (Помпе). Факт накопления гликогена в лизосомах вследствие недостаточности a-глюкозидазы, а также данные, полученные при исследовании других аномалий, позволили Эру определить врожденную лизосомную болезнь как такое состояние, при котором:

1) определяется недостаточность какого-либо одного лизосомного фермента

2) внутри связанных с лизосомами вакуолей появляются необычные отложения (субстрат).

Это определение можно видоизменить, включив в него дефекты одиночных генов, влияющие на один лизосомный фермент или более, и тем самым распространить на такие болезни, как муколипидозы и множественная сульфатазная недостаточность. Определение можно расширить и далее с тем, чтобы оно распространялось на недостаточность и других белков, необходимых для функционирования лизосом (активирующие ферменты разрушения сфинголипидов). Данные биохимических и генетических исследований свидетельствуют о том, что эти активирующие белки принимают участие в гидролизе некоторых субстратов.

Лизосомные болезни накопления объединяют большинство болезней накопления липидов, мукополисахаридозы, муколипидозы, болезни накопления гликопротеинов и другие. Недостаточность ферментов имеет аутосомно-рецессивную основу, за исключением мукополисахаридоза II (МПС II) Хантера, который наследуется как сцепленный с Х-хромосомой рецессивный признак, и болезни Фабри, которая сцеплена с Х-хромосомой и часто проявляется у женщин. Органами-мишенями оказываются обычные места разрушения той или иной макромолекулы. Например, у лиц с нарушением процесса разрушения миелина в процесс вовлекается белое вещество головного мозга, при нарушении процесса разрушения гликолипидов стромы эритроцитов развивается гепатоспленомегалия, а при нарушении процесса разрушения вездесущих мукополисахаридов - генерализованное повреждение тканей. Накапливающийся материал часто вызывает висцеромегалию или макроцефалию, но может развиться и вторичная атрофия, особенно мозга и мышц. Вообще симптоматика соответствующих болезней обусловливается повреждающим действием накапливающихся веществ, но часто неясно, каким именно образом они вызывают гибель или дисфункцию клеток. Все эти болезни прогрессируют, и многие из них заканчиваются смертью в детском или юношеском возрасте. Для окончательного диагноза наиболее важны результаты определения конкретных ферментов в сыворотке, лейкоцитах или культивируемых фибробластах кожи; соответствующие тесты выбирают, исходя из клиники заболевания. Эти болезни имеют широкие фенотипические колебания, причем многие из них связаны с возрастом, т. е. различают инфантильные, ювенильные и взрослые их формы. Кроме того, при болезнях, обусловленных дефектом одиночного гена, возможны различные сочетания висцеральных, костных и неврологических аномалий.

Общее название наследственных заболеваний, связанных с нарушением функции лизосом - внутриклеточных органелл, которые осуществляют переваривание экзогенного материала или отработавших органелл клетки с помощью ферментов. Генетически детерминированное нарушение синтеза одного или нескольких ферментов лизосом приводит к накоплению в них специфического субстрата этих ферментов. Проявляются прогресирующим отложением вещества определенного типа (например, гликогена , гликозаминогликанов (мукополисахаридов)) в клетках различных тканей. Примерами таких заболеваний являются гликогенозы , мукополисахаридозы .

Болезни накопления липидов характеризуются рядом постоянных признаков:

1) в тканях накапливаются сложные липиды, структурным компонентом которых является церамид ;

2) скорость синтеза запасаемого липида сравнима со скоростью его биосинтеза у здоровых людей;

3) при этих заболеваниях наблюдается недостаток специфичного фермента в лизосомах , необходимого для гидролиза липида;

4) степень снижения активности фермента во всех тканях одинакова. С учетом всех вышеизложенных признаков были разработаны специальные методы диагностики данных заболеваний. Стало возможным также выявлять гетерозиготных носителей дефектных генов, ответственных за развитие этих заболеваний, и определять сфинголиподистрофию у плода.

Лизосомные болезни накопления сыграли решающую роль в раскрытии механизма сортировки лизосомных гидролаз . Эти болезни обусловлены генетическими нарушениями, в результате которых одна или несколько лизосомных гидролаз оказываются дефектными. Нерасщепленный субстрат такой гидролазы накапливается в лизосомах, что и обусловливает патологию. Обычно такие болезни вызываются мутацией в структурном гене, кодирующем отдельную гидролазу. Наиболее тяжелые симптомы характеризуют редкую форму патологии, называемую I-клеточной болезнью (inclusion cell disease). У таких больных в лизосомах фибробластов отсутствуют почти все гидролитические ферменты, а соответствующие нерасщепленные субстраты накапливаются в клетках в виде крупных "включений. I-клеточная болезнь обусловлена рецессивной мутацией единственного гена. Это означает, что она проявляется только у людей, получивших дефектные копии гена от обоих родителей.

При изучении I-клеточной болезни оказалось, что в лизосомах все гидролазы отсутствуют, но в крови они обнаруживаются. Из этого следует, что структурные гены, кодирующие их, не повреждены. Аномалия в данном случае вызвана нарушениями процесса сортировки в аппарате Гольджи , в результате чего гидролазы вместо того, чтобы поступать в лизосомы, секретируются. Неправильная сортировка происходит из-за повреждения или отсутствия GlcNAc-фосфотрансферазы . Лизосомные ферменты в таких клетках не фосфорилируются и маннозофосфатный рецептор не может собрать их окаймленные пузырьки в транс-сети Гольджи . Вместо этого они доставляются к клеточной поверхности и секретируются. Те олигосахариды, которые у нормальных лизосомных ферментов содержали бы М6Ф , превращаются в олигосахариды "сложного" типа, содержащие GlcNAc, галактозу и сиаловую кислоту. Это показывает, что в норме фосфорилирование маннозы в цис- компартменте Гольджи предотвращает последующий процессинг олигосахаридов гидролаз в сложные формы в промежуточном компартменте Гольджи и транс- компартменте Гольджи.

Установлено, что все лизосомные ферменты имеют общий маркер - маннозо-6-фосфат ; выделены и очищены рецептор маннозо-6-фосфата, GlcNAc- фосфотрансфераза, кроме того была выяснена роль аппарата Гольджи в механизме сортировки лизосомных гидролаз.

При I-клеточной болезни лизосомы в клетках некоторых типов, например, в гепатоцитах , содержат нормальный набор лизосомных ферментов. Это означает, что существует и другой механизм, направляющий гидролазы в лизосомы, который используется в одних клетках и не используется в других. Природа этого М6Ф - независимого пути в настоящее время неизвестна. Возможно, в данном случае сортировка гидролаз происходит путем прямого узнавания их сигнальных участков. Подобный М6Ф-независимый путь существует во всех клетках в транс-сети Гольджи для сортировки лизосомных мембранных белков и направления их в эндолизосомы . Непонятно, почему клетке необходим более чем один способ построения лизосом.

Гипертриглицеридемия является одним из признаков как болезни Гоше , так и нарушения запасания гликогена , и, как было показано, исчезает после операции

Артур Л. Боде (Arthur L . Beaudet )

Определение. Лизосомы представляют собой цитоплазматические органеллы, в кислой среде которых содержатся многочисленные ферменты, гидролизующие большинство биологических макромолекул. Первичные лизосомы представляют собой особые тельца, образующиеся из пластичного комплекса (аппарат Гольджи). Они могут сливаться с другими окруженными мембраной пузырьками, формируя вторичные лизосомы. Последние содержат материал, попавший в клетку извне в результате эндоцитоза, или внутриклеточный материал, поглощаемый в процессе аутофагии. Основная функция лизосом заключается в разрушении использованных макромолекул по ходу их нормального кругооборота и тканевой перестройки. Исследования метаболизма витамина В 12, липопротеинов, пептидных гормонов и факторов роста свидетельствуют о роли лизосом в поглощении этих молекул путем адсорбтивного эндоцитоза. Начальная клеточная вакуоль, образующаяся при адсорбтивном эндоцитозе (рецептосома, или эндосома) сливается с лизосомами. Лизосомные ферменты представляют собой гликопротеины, синтезирующиеся в эндоплазматической сети. Исходные продукты белкового синтеза подвергаются существенным изменениям, в том числе протеолитическому отщеплению, присоединению комплекса олигосахаридов, синтезу маркеров распознавания (в некоторых случаях маннозо-6-фосфата) и компартментализации в первичные лизосомы. Эти процессы протекают в эндоплазматической сети, пластинчатом комплексе и, вероятно, в первичных, если не вторичных, лизосомах.

Концепция лизосомных болезней накопления сложилась в результате изучения гликогеноза II типа (Помпе). Факт накопления гликогена в лизосомах вследствие недостаточности а -глюкозидазы, а также данные, полученные при исследовании других аномалий, позволили Эру определить врожденную лизосомную болезнь как такое состояние, при котором: 1) определяется недостаточность какого-либо одного лизосомного фермента и 2) внутри связанных с лизосомами вакуолей появляются необычные отложения (субстраст). Это определение можно видоизменить, включив в него дефекты одиночных генов, влияющие на один лизосомный фермент или более, и тем самым распространить на такие болезни, как муколипидозы и множественная сульфатазная недостаточность. Определение можно расширить и далее с тем, чтобы оно распространялось на недостаточность и других белков, необходимых для функционирования лизосом (активирующие ферменты разрушения сфинголипидов). Данные биохимических и генетических исследований свидетельствуют о том, что эти активирующие белки принимают участие в гидролизе некоторых субстратов.

Диагностика. Подозрение на лизосомную болезнь появляется обычно при прогрессирующей дисфункции нервной системы, висцеромегалии, нарушениях скелета или каких-то более специфических аномалиях. Отличительной особенностью этих болезней служат прогрессирующие или дегенеративные процессы. Дегенеративные процессы у нормально развивающегося ребенка приводят к замедлению развития, а затем уже к утрате им ранее приобретенных навыков. При сборе анамнеза необходимо обращать особое внимание на развитие в детстве, неврологические симптомы, включая судороги, а также нарушения зрения и слуха, физический рост и более специфические показатели, такие как огрубение черт лица, помутнение роговицы, усиление ранних рефлюксов, растяжение живота, боли в суставах, их тугоподвижность, грыжи и рецидивирующие инфекции. При сборе семейного анамнеза в случае аутосомных рецессивных заболеваний можно выявить аналогичные симптомы у сиблингов или других кровных родственников, а в случае Х-сцепленных аномалий обнаружить других больных членов семьи мужского пола. Целесообразно учитывать этническую принадлежность больного, так как ряд болезней накопления липидов чаще регистрируется у евреев ашкенази, а маннозидозы и аспартилглюкозаминурия - у жителей Скандинавии. Ювенильная форма сиалидоза распространена в Японии.

При осмотре можно обнаружить увеличение окружности черепа. В начале развития некоторых мукополисахаридозов и гликогенозов отмечается гигантизм, тогда как более поздним проявлением многих заболеваний служит низкорослость. При офтальмологическом обследовании с помощью щелевой лампы тщательно осматривают глазное дно. Могут увеличиваться размеры языка, черты лица становятся грубыми, присоединяется гепатоспленомегалия. Аномалии скелета могут заключаться в кифозе, ширококостности и тугоподвижности суставов. Изменения кожи встречаются редко, обычно только при фукозидозе, сиалидозе, болезнях Фабри и болезни Гунтера. При тщательном неврологическом обследовании необходимо попытаться определить степень повреждения серого и белого вещества мозга, а также периферических нервов. Предварительные диагностические исследования должны включать изучение мазков периферической крови для выявления вакуолизированных или гранулированных лейкоцитов, пробу на мукополисахариды в пятне мочи и обзорную рентгенографию скелета. Предпочтительный алгоритм диагностики заключается в использовании всех этих методов для выбора фермента, активность которого требует проверки при исследовании сыворотки, лейкоцитов или культуры фибробластов кожи. При положительном скрининг-тесте на мукополисахариды или при убедительных клинических данных можно провести количественный анализ на мукополисахариды. При неопределенности результатов обследования целесообразно произвести биопсию кожи, костного мозга, слизистой оболочки прямой кишки, печени, периферического нерва, конъюнктивы или других тканей для проведения световой и электронной микроскопии. Результаты электронно-микроскопического исследования в зависимости от наличия или отсутствия переполненных лизосом могут подтвердить или отвергнуть общее предположение о лизосомной болезни. И в этих случаях определение ферментов - наиболее подходящий способ диагностики. Если получены веские данные в пользу лизосомной болезни накопления, но не выявлена недостаточность какого-либо фермента, целесообразно начать дальнейшие исследования с химического анализа биоптатов печени или мозга.

Гетерогенность. Лизосомные болезни накопления значительно различаются по клиническим и биохимическим признакам. Коротко говоря, структурный ген лизосомного фермента производит продукты, которые после посттрансляционной модификации превращаются в гликопротеины, но при этом часто образуется несколько вариантов последних с разными электрофоретическими свойствами - изоферменты. Эти изоферменты способны гидролизовать один или несколько субстратов, причем субстратная специфичность разных изоферментов может различаться. Различия в субстратной специфичности обусловлены также присутствием сходных, но генетически разных ферментов, например р -галактозидаз. Мутация гена может полностью лишить фермент активности или только снизить ее, изменить способность фермента к посттрансляционной модификации или его активность по отношению к конкретным субстратам.

В большинстве случаев различия в тяжести заболевания у разных больных, равно как и разные сочетания висцеральных, скелетных, неврологических, глазных и других проявлений одной и той же болезни, определяются разными мутациями структурных генов лизосомных ферментов. Гетерогенность еще больше увеличивается из-за рецессивной природы большинства этих болезней, так как у каждого больного должно быть два мутантных гена в одном локусе. Точный характер мутаций в двух копиях одного гена может быть неодинаковым, что делает больного генетически компаунд-гетерозиготой. В этом случае один или оба гена могут кодировать фермент с некоторой остаточной активностью по отношению к одному или нескольким субстратам. Вероятными примерами компаунд-гетерозигот могут служить больные с промежуточными клиническими фенотипами мукополисахаридоза I типа (МПС I). На молекулярном уровне большинство больных с лизосомными болезнями накопления можно, вероятно, отнести к компаунд-гетерозиготам. Несмотря на то что с клинической точки зрения целесообразно различать инфантильный, ювенильный, взрослый, нейропатический или ненейропатический фенотипы болезни, существование разных мутантных аллелей и генетических комбинаций объясняет случаи аберрантности или промежуточности состояний по сравнению с их обычным фенотипом. Другой тип гетерогенности подтверждают МПС III А, В, С и D , представляющие собой весьма сходные болезни, но обусловленные дефектами разных генов. Таким образом, в основе внешней клинической гомогенности может лежать биохимическая гетерогенность.

Еще большую сложность проблеме придает тот факт, что активность некоторых ферментов определяется сочетанием неодинаковых субъединиц молекулы. В результате недостаточность одного и того же фермента может быть обусловлена разными мутациями (например, недостаточность гексаминидазы А при болезнях Тея- Сакса и Сендхоффа), которые объясняют также множественную недостаточность ферментов при дефекте одиночного гена, например при болезни Сендхоффа. Лизосомные болезни накопления могут быть результатом генетических аномалий и на уровне посттрансляционной модификации лизосомных ферментов, равно как и общих дефектов целостности и функции лизосом. Муколипоидозы II и III отражают ситуацию, при которой дефект одиночного гена меняет способность ряда лизосомных ферментов проникать в лизосомы. Таким образом, гетерогенность может обусловливаться и мутациями, не затрагивающими структурные гены самих ферментов. Лучшему пониманию природы фенотипической и генотипической гетерогенности должна способствовать дальнейшая расшифровка биохимической идентичности, структуры субъединиц, посттрансляционного процессинга и субстратной специфичности лизосомных ферментов.

Установлению клинического диагноза способствует, но в то же время в чем-то и осложняет широкое использование синтетических субстратов при определении активности лизосомных ферментов. С помощью таких субстратов зачастую регистрируется активность группы близких, но разных ферментов. Так, при использовании искусственного субстрата активность р-галактозидазы на самом деле может отражать сумму действия разных р -галактозидаз, кодируемых разными структурными генами и имеющих разную субстратную специфичность. Для того чтобы придать клиническую значимость результатам этих определений, приходится варьировать условия in vitro для того, чтобы вычленить действие именно того фермента, недостаточность которого характерна для данного заболевания. Однако генетическая гетерогенность проявляется в том, что мутантный фермент либо гидролизует природный, но не искусственный субстрат, либо наоборот. Например, если использовать искусственный субстрат, то у здорового человека можно обнаружить недостаточность гексозаминидазы А, а у больного с синдромом Тея- Сакса - весьма высокую ее активность. Патология коррелирует со способностью фермента гидролизовать только природный субстрат - ганглиозид G M 2 . Все это очень важно для скрининга гетерозигот и для пренатальной диагностики. Эти феномены требуют не ограничиваться определением активности ферментов в отношении искусственных субстратов, если результаты определений противоречат отчетливым клиническим, электронно-микроскопическим или химическим признакам болезни.

Лечение и профилактика. В настоящее время отсутствуют эффективные специфические средства лечения, поэтому оно остается в основном симптоматическим. Во многих случаях болезнь неумолимо прогрессирует, и облегчить состояние больного невозможно. При болезни Фабри, часто сопровождающейся почечной недостаточностью, помогает пересадка почки, а у взрослых при болезни Гоше - спленэктомия. Большое внимание привлекла возможность заместительной терапии ферментами путем трансплантации органов или фибробластов, инфузии плазмы, лейкоцитов и ферментов в чистом виде или заключенных в эритроциты или липосомы. Несмотря на то что эти мероприятия могли бы смягчить симптоматику, не связанную с повреждением центральной нервной системы, их эффективность остается недоказанной. Наибольшие проблемы при лечении связаны именно с повреждением центральной нервной системы, поскольку гематоэнцефалический барьер служит дополнительным препятствием для проявления эффекта при заместительной ферментной терапии.

Важно при этих болезнях генетическое консультирование. Все лизосомные болезни накопления, при которых известна недостаточность конкретного фермента, могут или могли бы быть диагностированы in utero , поскольку активность лизосомных ферментов экспрессируется в культивируемых клетках амниотической жидкости, равно как и в культуре фибробластов кожи. Для пренатального диагноза можно также прибегать к помощи биопсии ворсинок плаценты. Несмотря на то что при этом несколько повышается частота выкидышей, члены семей с высоким генетическим риском очень заинтересованы в возможности ранней диагностики. Иногда удается выявить гетерозигот среди близких родственников, но обычно трудно получить согласие достаточного для статистического анализа числа лиц. Выявление гетерозигот осложняет также случайная инактивация Х-хромосом у 46 ХХ-носителей болезней, сцепленных с Х-хромосомой, но следует настойчиво проводить генетическое консультирование женщин из группы риска. Более эффективным профилактическим методом служит выявление гетерозигот перед их вступлением в брак и рождением детей. Реальность этого подхода доказана программами выявления гетерозигот по болезни Тея-Сакса. Эти программы способствовали снижению частоты соответствующих болезней, вероятно, в связи с широким тестированием и влиянием на планирование рождения детей супружескими парами из группы риска по рождению больных детей; высокая частота гетерозигот среди евреев ашкенази и доступность биохимических методов выявления носительства гена болезни Тея-Сакса облегчили проведение этой программы. Распространение этого подхода при других болезнях и в популяциях с меньшей частотой гетерозигот требует разработки надежных методов выявления последних. Даже в оптимальных условиях генетические варианты могут обусловливать ложноположительные или ложноотрицательные результаты любой программы скрининга.

Клонирование генов лизосомных ферментов. Сообщается о клонировании ДНК, кодирующих ряд лизосомных ферментов, и в конце концов большинство этих генов будет клонировано. Работа в этом направлении должна обеспечить лучшее понимание биохимии и генетики лизосомных болезней. Основная надежда возлагается на то, что доступность клонированных генов позволит осуществить генную заместительную терапию в той или иной форме.

T.P. Harrison. Principles of internal medicine. Перевод д.м.н. А. В. Сучкова, к.м.н. Н. Н. Заваденко, к.м.н. Д. Г. Катковского