Bronchopulmonary dysplasia in children in the focus of phenotype-associated candidate gene polymorphisms


DOI: https://dx.doi.org/10.18565/pharmateca.2021.10.46-51

I.V. Vyazovaya, P.B. Khishtilova

Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia
A literature review is dedicated to the analysis of the studies considering the influence of genetic polymorphisms of the genes of surfactant proteins, vitamin D receptor, matrix metalloproteinases, and immune inflammation factors as candidates for the implementation of bronchopulmonary dysplasia (BPD) in children, as well as affecting the variants of the course and possible outcomes of the disease. The collection of information was carried out using search information search systems and library databases by analyzing and interpreting the material. The data presented in the review dictate the need for further detailed study of the pathogenetic mechanisms of BPD in the focus of phenotype-associated candidate gene polymorphisms, which will expand the understanding of the pathogenetic links of BPD, specify the variants of genetic variability, taking into account the severity and outcomes of the disease.
Keywords: bronchopulmonary dysplasia, surfatant, matrix metalloproteinases, vitamin D receptor

Введение

Бронхолегочная дисплазия (БЛД) – полиэтиологическое хроническое заболевание морфологически незрелых легких, развивающееся у новорожденных, главным образом глубоко недоношенных детей, в результате интенсивной терапии респираторного дистресс-синдрома (РДС) и/или пневмонии [2]. Совершенствование технологий выхаживания и респираторной поддержки позволяет сохранять жизнь детям, однако при этом отмечается рост частоты БЛД в последнее десятилетие. Целью обзора литературы стал анализ проведенных исследований, рассматривающих влияние генетических полиморфизмов генов белков сурфактанта, рецептора витамина D (VDR), матриксных металлопротеиназ, факторов иммунного воспаления в качестве кандидатных в реализации БЛД у детей, а также влияющих на варианты течения и возможные исходы заболевания. Сбор информации проводили с помощью поисковых информационных систем и библиотечных баз данных методом анализа и интерпретации материала. Проведен анализ исследований, в которых освещены изученные генетические предикторы БЛД у детей.

Обсуждение

На сегодняшний день БЛД лидирует среди форм хронической бронхолегочной патологии в детском возрасте. Несмотря на успехи, достигнутые в понимании патогенеза заболевания, разработки программ лечения и реабилитации детей с данным недугом, заболевание характеризуется частыми обострениями, приводящими к госпитализации детей, высоким уровнем инвалидизации и экономических затрат, что и обусловливает высокую медико-социальную значимость проблемы в современных условиях [1, 2].

В исследованиях последних лет доказано, что возникновение первичной воспалительной реакции легочной ткани у недоношенных детей практически всегда неизбежно [2, 3]. Однако развитие БЛД у новорожденных и особенности его течения зависят от ряда эндогенных и экзогенных факторов. [4–6]. Генетические полиморфизмы могут реализовывать свое действие и влиять на различные патогенетические звенья БЛД, чем и объясняется вариабельность клинического течения и исходов заболевания при идентичных условиях выхаживания [7, 8]. Учитывая многообразие фенотипического влияния генов на течение и прогноз заболевания, в настоящее время происходит перенос внимания на генетические основы БЛД. Согласно данным современных медицинским обзоров, наибольший интерес представляет изучение генов модификаторов сурфактанта, клеточных протеиназ, иммунного воспаления [7–9].

Доказана интерференция полиморфных вариантов генов иммунного реагирования на клиническую вариабельность, особенности течение и прогноз таких хронических заболеваний, как сахарный диабет, муковисцидоз, ревматоидный артрит, бронхиальная астма, за счет влияния на направленность и интенсивность иммунологических реакций как при инфекционном, так и при асептическом воспалении. На сегодняшний день имеется ограниченное количество работ как в нашей стране, так и за рубежом, раскрывающих влияние генов модуляторов иммунного ответа на течение БЛД [8, 9].

В последнее десятилетие проведено несколько исследований по геномным ассоциациям (GWAS) для выявления потенциальных однонуклеотидных полиморфизмов с фенотипическим эффектом на реализацию, особенности течения и исходов БЛД у детей. Наиболее репрезентативное исследование оценивало более 1700 недоношенных детей. Авторами проанализированы многочисленные локусы генов, однако не выявлены конкретные полиморфизмы, которые были бы ассоциированы с предрасположенностью к заболеванию [9]. Согласно данным другого крупного генетического исследования, включившего 1470 больных с диагнозом БЛД, было доказано, что ген SPOCK2 может быть кандидатным и являться ключевым регулятором альвеоляризации, таким образом оказывать влияние на вероятность реализации заболевания [8, 9]. Достижения в области геномики и протеомики позволяют предположить, что регуляторы восприимчивости могут быть в конечном итоге идентифицированы, что потенциально позволяет проводить таргетную персонифицированную терапию у детей с БЛД.

Варианты полиморфизмов генов затрагивают большинство звеньев патогенеза заболевания: систему сурфактанта, внутриклеточного матрикса, ферментов перекисного окисления липидов, фактора роста фибробластов, цитокинов, ксенобиотиков и ферментов антиоксидантной системы. По данным исследования А.С. Панченко, полиморфный генотип His/His гена микросомальной эпоксидгидролазы (ЕРНХ113) и С/С гена эндотелиальной системы оксида азота (NOS3 786), а также гетерозиготный вариант С/Т гена фермента митохондриальной супероксиддисмутазы (MnSOD 60) встречались чаще у детей с БЛД, что позволяет оценить влияние данных полиморфизмов на вероятность возникновения заболевания [8, 9].

Согласно современным представлениям, свободно радикальное окисление может являться ключевым звеном в механизме формирования хронических бронхолегочных заболеваний [3, 5]. Таким образом, углубление понимания влияния полиморфных локусов генов детоксикации ксенобиотиков, ферментов антиоксидантной защиты, ангиотензинпревращающего фермента, синтетазы окиси азота и различных интерлейкинов на клинические особенности остается перспективным направлением для уточнения патогенетических основ БЛД на современном этапе.

Генетический полиморфизм ферментов антиоксидантной системы организма человека в последнее время стал одним из наиболее привлекательных объектов в изучении этиологии и патогенеза сердечно-сосудистых заболеваний и бронхолегочной системы детей и взрослых [9]. Среди многочисленных механизмов антиоксидантной защиты и системы цитопротекции особое место занимает семейство ферментов глутатион-S-трансфераз (ГSТ), внутри которого наиболее частыми объектами для молекулярно-генетических исследований являются гены ГSTM1, ГSTT1 и ГSTP1. В 2013 г. были представлены итоги проведенного генетического исследования под руководством P. Karagianni. Выявлено, что гомозиготные генотипы Ile/Ile полиморфизма c.313A>G (p.Ile105Val) гена ГSTP1 с одинаковой частотой встречались как у недоношенных детей с реализацией заболевания, так без формирования БЛД. Таким образом, анализ полученных данных не выявил различий в распределении частоты аллелей и генотипов полиморфизма p.Ile105Val гена ГSTP1 между группами детей, сформировавших и не сформировавших БЛД, при идентичных условиях выхаживания младенцев [10].

Е.Б. Павлиновой (2011) рассмотрена вероятность влияния полиморфных вариантов генов митохондриальной супероксиддисмутазы (MnSOD) и глутатионцистеинлигазы (GCL) у недоношенных детей группы риска на развитие БЛД. В ходе исследования автором доказано, что пациенты данной когорты статистически значимо чаще являлись носителями минорных аллелей 129Т GCLC и 60Т SOD2 [10, 11]. Прогностическая значимость признаков, влияющих на формирование БЛД, была достоверно выше у недоношенных из группы риска, имевших гетерозиготное и гомозиготное носительство минорных аллелей гена GCL. Половина детей, развивших БЛД, имели гетерозиготный генотип 129 СТ GCLC, полиморфный генотип 58ТС SOD2 был диагностирован у 25% пациентов [11–13].

В исследованиях В.А. Невзорова (2013) показана связь риска формирования БЛД и однонуклеотидная замена гена глутатион-S-транферазы Р1. Выявлено, что полиморфизм 105 I/V и 114 А/V глютатионтрансферазы и полиморфизм 113Т/Н микросомальной эпоксидгидролазы ЕРНXI оказывают влияние на варианты исхода БЛД, а именно ассоциированы с развитием хронического бронхита с обструктивным компонентом [9].

В патогенезе развития БЛД имеет значение участие ферментов деградации внеклеточного матрикса – металлопротеиназ (ММП). Как известно, MMП-9 (желатиназа-B) – один из ферментов, участвующих в ремоделинге структур внеклеточного матрикса, в процессах воспаления, заживления ран, мобилизации матрикс-связанных факторов роста и процессинге цитокинов. ММР-9 способна секретироваться различными клетками, например моноцитами, макрофагами, нейтрофилами, кератиноцитами, фибробластами, остеокластами, хондроцитами, сателлитными клетками скелетных мышц, эндотелиальными клетками.

К субстратам для MMP-9 относятся различные варианты белковых матриксов, в т.ч. и денатурированный коллаген I типа (желатин), а также нативные коллагены типов IV, V, VII, X и XI, фибронектин, витронектин, ИЛ-1β и энтактин, молекула которого соединяет ламинин и коллаген IV типа [9, 14, 15].

В 2013 г. было опубликовано масштабное исследование под руководством M. Rezvani, в котором отмечалось, что из 284 глубоконедоношенных детей около 15% (45 детей) сформировали БЛД различной степени тяжести. В ходе проведенной работы установлен генотип, определявший развитие БЛД у глубоконедоношенных детей, ассоциированный со снижением активности ММП-2 и ММП-16, уровень которых определялся в трахеобронхиальном аспирате на 3-й день жизни. С учетом массы тела и этнической принадлежности ребенка произведен генетический анализ, выявивший, что ТТ-генотип ММП-16, С/Т (rs2664352) и GG-генотип ММП-16 являлись упреждающими для развития заболевания [15].

В исследованиях M. Yang (2013) при анализе профиля экспрессии генов, связанных с ангиогенезом, и генов ММП у недоношенных детей с БЛД показано, что из 27 обнаруженных ММП и ТИМП, MMП-8, -9, -25, ТИМП-2 и -3 подвергались генетической вариабельности. Уровни тромбоспондина-1, MMП-8, -9, -25, ТИМП-2 и -3 были ассоциированы с генетическими полиморфизмами и увеличивались по мере нарастания тяжести БЛД и ретинопатии недоношенных, тогда как ETS1, LEF1 и SPOCK2 демонстрировали противоположную тенденцию. Была доказана положительная корреляционная связь между уровнями тромбоспондина-1 и CD36 (рецептор тромбоспондина-1) в образцах сыворотки крови недоношенных детей. Данное исследование указывает на то, что повышенная регуляция тромбоспондина-1 и пониженная регуляция ETS1, LEF1 стимулируют БЛД у недоношенных детей, нарушая образование кровеносных сосудов, не нарушая регуляции ММПs и ТИМП [16].

Большой интерес представляет исследование российских ученых под руководством В.К. Пожарищенской, представленное в 2019 г. В работе изучено влияние возможных кандидатных генов ММП, влияющих на формирование БЛД у недоношенных младенцев, а именно ММП-2 (rs7201, rs17301608, rs243865), ММП-9 (rs20544, rs3918242, rs17576), ММП-12 (rs2276109, rs652438), ММП-16 (rs2664352) и формированием БЛД. Согласно полученным данным, варианты rs652438 и rs694739 были ассоциированы с формированием БЛД у недоношенных детей. Достоверно чаще в группе недоношенных детей, сформировавших БЛД, по сравнению с группой контроля встречались мутантный аллель С и ассоциированные с ним генотипы (СС и СТ) варианта g.102736642T>C (rs652438) гена MMП-12 и варианта rs 694739 гена LOC102823878 [17].

Представляет интерес исследование, проведенное П.Б. Хиштиловой в 2020 г.

В ходе работы были исследованы полиморфизм rs3918242 гена MMП-9, полиморфизм rs721917 гена SFTPD и полиморфизм FokI (rs2228570) гена VDR у детей с диагнозом БЛД на этапе пересмотра диагноза. Автором проанализированы ассоциации клинических проявлений БЛД и вариантов исхода с полиморфными вариантами представленных генов, изучена частота этих полиморфизмов в выборках пациентов с БЛД и в контрольной группе [18].

В ходе работы доказано, что, несмотря на связь генотипа СС полиморфизма rs 3918242 гена ММП-9 с краткосрочной респираторной поддержкой, наблюдается повышение частоты развития синдрома бронхиальной обструкции под воздействием триггерных факторов, риска инфицирования дыхательных путей грам- микрофлорой, высокой заинтересованностью в длительной ингаляционной кортикостероидной терапии для сохранения ремиссии [18].

Как известно, сурфактантный белок D (SFTPD) является одним из основных факторов неспецифической иммунной защиты в отношении различных микроорганизмов в бронхиальном дереве на уровне респираторных отделов. Биологическое воздействие SFTPD опосредовано за счет взаимодействия с специфическими рецепторами альвеолярных макрофагов, которые в свою очередь осуществляют выработку про- и противовоспалительных цитокинов [19–23]. Согласно системным обзорам, генетически обусловленное снижение концентрации SFTPD сопровождается увеличением кратности бактериально-вирусных инфекций респираторного тракта у детей и подростков, в то же время избыточное количество сурфактантного протеина D ассоциировано с ростом атопических заболеваний органов дыхания в детской когорте. В иностранной литературе имеется много исследований, посвященных изучению ассоциации полиморфизмов генов белков сурфактанта с развитием БЛД [21, 23]. Несмотря на многообразие исследований, их отличает крайне противоречивый характер. Согласно данным, представленным B. Weber, определено повышение частоты полиморфизма 6A6 гена SFTPА у детей с БЛД по сравнению с группой недоношенных новорожденных, не сформировавших БЛД. В дополнение к ранее установленным факторам риска развития БЛД полиморфизм 6А6 для гена SFTPА является независимым кофактором [24]. В 2004 г. M. Rova et al. был представлен многопараметрический анализ в результате которого определено влияние аллеля варианта делеции интрона 4 SFTPB в качестве генетического фактора риска развития БЛД. Интерес представляет исследование A. Haataja (2013), согласно результатам которого выделен полиморфный вариант гена сурфактантного белка A2 как кандидатный полиморфизм, связанный с повышением риска развития респираторного дистресс-синдрома у недоношенных новорожденных [25, 26]. Доказана ассоциация интрона 4 гена сурфактантного белка-В с развитием БЛД у глубоконедоношенных детей [26].

В исследовании К.В. Данилко установлено, что генетическими маркерами предрасположенности новорожденных к дыхательным расстройствам являются гаплотип 32T/478G гена сурфактантного белка D и аллель-D полиморфного локуса гена ангиотензинпревращающего фермента. Предрасположенность к развитию РДС маркируют гаплотипы -18A/1580C/VNTR:Inv гена сурфактантного белка B, 511T/3953T/VNTR:*A2 генов ИЛ-1B и антагониста рецептора ИЛ-1. Маркерами устойчивости к развитию респираторного дистресс-синдрома являются генотип Inv/ЗЗО мини-сателлитного локуса гена сурфактантного белка B, а также гаплотипы -18A/1580T/VNTR:Inv гена сурфактантного белка B и -511T/3953T/VNTR:*A1 генов ИЛ-B и /L7tfJV. Важными генетическими компонентами мультифакторной структуры РДС и врожденной пневмонии новорожденных являются полиморфные варианты генов протеинов сурфактанта-В и сурфактанта-D, фактора некроза опухоли-α (ФНО-α), ИЛ-1р ИЛ-1B, рецепторного антагониста ИЛ-1, -10 [27].

В 2014 г. G.L. Sorensen et al. изучили влияние полиморфизмов сурфактантного белка D на уровень в сыворотке крови и альвеолярном лаваже. В ходе исследования были идентифицированы 3 гаплотипа, которые значимо оказывали влияние на снижение уровня SFTPD в сыворотке крови (минорные аллели rs1923534, rs721917 и rs3088308). При этом наблюдалось повышение заинтересованности в объеме и удлинении сроков респираторной поддержки [28].

Таким образом, результаты проведенных исследований указывают, что изменения в системе сурфактантных белков, ассоциированных с генетическими полиморфизмами, – важный диагностический и прогностический фактор, влияющий на систему легочной адаптации у недоношенных новорожденных.

В последние годы интерес ряда авторов возрос к роли генетической изменчивости VDR (рецептора витамина D) и витамин D-связывающих белков при ряде заболеваний, что обусловлено геномным и негеномным влиянием витамина D на иммунологические реактивность организма. В настоящее время ведется активный поиск фенотип-ассоциированных полиморфизмов VDBPs при таких хронических легочных заболеваниях, как хроническая обструктивная болезнь легких – ХОБЛ, туберкулез, интерстициальные заболевания легких, муковисцидоз, БЛД [29]. VDBPs помимо своей основной функции связывания витамина D c VDR, тем самым модулируя его различные клеточные функции, обладает также способностью связываться с внеклеточным актином и эндотоксином, усиливать хемотактическую активность фактора комплемента-5а для нейтрофилов, который может действовать как макрофаг-стимулирующий фактор, что имеет позитивное значение при тяжелых инфекциях легких и остром повреждении легочной ткани. Идентифицированы 3 изоформы данного белка – 1F, Gc-1 и -2 [8, 9].

По данным F. Kueppers et al., у больных ХОБЛ частота генотипа Gc-2 гена VDBP достоверно ниже, что свидетельствует о протективном эффекте данного генотипа в формировании хронических заболевай легких. Аналогичные результаты продемонстрировали Horne et al., подтвердив защитные эффекты гомозиготного Gc-2 аллеля в отношении развития ХОБЛ [18]. Напротив, у носителей гомозиготного генотипа 1F по сравнению с контролем риск (ОР=4,8) возникновения ХОБЛ выше [30].

В 2014 г. L.N. Xue и А.К. Ozge продемонстрировали, что генотипы Ff полиморфизма Fok I VDR является предрасполагающим к развитию БЛД; тогда как tt-генотип полиморфизма Taq 1 оказывает протективный эффект в отношении развития БЛД у недоношенных детей. Полиморфизмы Taq 1, Bsm 1 и Apa 1 оказались диагностически не значимыми [31]. В работе группы авторов под руководством Д.Ф. Сергиенко в 2020 г. доказано влияние генотипа F/f полиморфного локуса FOK1 гена VDR на вероятность реализации частых эпизодов острых респираторных вирусных инфекций, их старт на первом году жизни и модификацию чувствительности к инфекционным агентам с воплощением тяжелого бронхообструктивного синдрома [14]. Таким образом, проведенные исследования, с одной стороны, позволяют предполагать, что генетическая вариабельность рецептора витамина D и VDBPs способна модифицировать уровень иммунного воспаления посредствам активации альвеолярных макрофагов, тем самым трансформировать течение хронической бронхолегочной патологии, в т.ч. и БЛД у детей. С другой стороны, нехватка исследований в данном направлении о связи между уровнями витамина D и функцией легких, а также механизмы, лежащие в их основе, требуют его дальнейшего изучения [8, 9, 14, 32].

Заключение

Анализ литературы свидетельствует о том, что несмотря на высокий интерес к изучению молекулярно-генетических аспектов БЛД, исследования носят фрагментарный характер, в то же время являются крайне перспективными, позволяющими расширить представления о генетических основах формирования заболевания, конкретизировать варианты генетической изменчивости с учетом степени тяжести и исходов БЛД у детей. В то же время комплексный анализ клинико-иммунологических показателей, включая генетические аспекты иммунного реагирования, позволил бы не только уточнить патогенез болезни и выделить предикторы тяжести течения, но и был бы полезным для прогнозирования исхода заболевания и оптимизации персонифицированных подходов к терапии и профилактике.

Вклад авторов. П.Б. Хиштилова, И.В. Вязовая – концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала. П.Б. Хиштилова, И.В. Вязовая – написание текста. П.Б. Хиштилова, И.В. Вязовая – редактирование.


About the Autors


Corresponding author: Inna V. Vyazovaya, Cand. Sci. (Med.)., Associate Professor at the Department of Pediatrics and Neonatology, Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia; gazken@rambler.ru
Address: 121 Bakinskaya St., Astrakhan 414000, Russian Federation


Бионика Медиа