Генетические детерминанты СД1

Семейные и близнецовые исследования свидетельствуют о важной роли наследственности в развитии ИЗСД. Частота семейных случаев СД1 существенно превышает популяционный уровень [424], а частота заболевания у сибсов больных СД1 в 10 раз выше, чем в общей по­пуляции (6 и 0,4 % соответственно) [513].

Генетическая предрасположенность к СД1 рассматривается как комбинация функционально неблагоприятных аллелей самых разных групп генов. Для многих генов-кандидатов СД1 хорошо установлен полиморфизм, четко идентифицированы неблагоприятные аллели. Ген­ные сети СД1 представлены на рисунке 6.3.2.

В генной сети выделяют следующие основные группы генов:

1) гены главного комплекса гистосовместимости HLA, ответственные за продукцию, транспорт и представление на клеточных мембра­нах соответствующих антигенов (HLA, класс II и III);

2) гены, контролирующие продукцию цитокинов (IL1, IL1R1, IL1N1, TNFA);

3) ген инсулина — INS;

4) гены, включающие механизмы деструкции, защиты и репарации ß-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы (SOD2, HSP-70, NOS2);

5) Известные и еще неидентифицированные гены локусов IDDM.

отводится генам HLA класса II — DRB1, DQA1 и DQB (гаплотипы DR3 и DR4), вклад которых в развитие СД1 в различных популяциях, по обобщенным данным, варьируется от 30 до 40 % [91, 147].

0,3 м. п. о. 0,9 м. п. о. 0,7 м. п. о. 1,8 м. п. о. 4 м. п. о.

Рис. 6.3.3. Хромосомная локализация и структура ИЬЛ-локуса [783]

ЯЬЛ-комплекс

Гены ИЬЛ'-комплекса расположены на коротком плече 6-й хро­мосомы (6р21) (рис.

В зависимости от структуры и функций белковых продуктов, ИЬЛ- гены подразделяют на 3 большие класса. Наиболее близко расположен­ный к теломере класс I представлен генами ИЬЛ-Л, В, С, Е, Г, С Эти гены кодируют поверхностные клеточные гликопротеины, представленные на наружной цитоплазматической мембране большинства клеток человека.

Лежащие ближе к центромере гены класса II (HLA-DR, DQ и DP) кодиру­ют а- и Р-цепи, которые формируют гетеродимеры, экспрессирующиеся на поверхности антигенпрезентирующих клеток, таких как дендритные клетки, макрофаги и В-лимфоциты. Гены класса III кодируют компонен­ты комплемента (С2, С4, Bf), а- и Р-факторы некроза опухолей, белки теплового шока, 21-ОН-гидроксилазу. Для всего HLA-региона характе­рен выраженный генетический полиморфизм [53, 663].

Ассоциация аллелей HLA-генов с СД1

Имеются данные, что продукты генов HLA II класса запускают аутоиммунный процесс при СД1 [783]. Связь между генами HLA-ло­куса и СД1 подтверждается результатами анализа частот определен­ных аллельных вариантов этих генов у больных СД1 в различных популяциях [242, 663].

Гены HLA-DQA1, DQB1 и DRB1 характеризуются выраженным полиморфизмом. Вследствие вариабельности нуклеотидной последо­вательности преимущественно во 2-м экзоне этих генов появляется множество аллельных вариантов. К настоящему моменту известно не менее 19 аллелей гена DQA1, 35 аллелей гена DQB1 и более 32 алле­лей гена DRB1 [663]. Исследования на разных популяциях показали, что определенные аллельные варианты HLA — DQ8 (DQA1 0301-DQB1 0302), DQ2 (DQA1 0501-DQB1 0201) достоверно чаще представлены у больных с СД1 (табл. 6.3.1) по сравнению с контролем [577].

Около 30 % пациентов с СД1 являются гетерозиготами DQ2/DQ8 [147]. Аллели гена DQ6 (HLA-DQA1 0102; DQB1 0602), напротив, до­стоверно реже встречаются у больных СД1 в сравнении с таковыми в популяции (табл.

В серии работ, выполненных под руководством проф. В. В. Носико- ва, по изучению частот аллелей генов DQA1 и DQB1 у больных СД1 и у здоровых индивидов русского происхождения установлено неслучайное распределение аллелей и выявлены аллельные ассоциации, близкие по частотам к таковым в других европейских популяциях. Так, у больных СД1 достоверно чаще по сравнению с контролем встречаются аллели DQA1 — 0301; 0401 и DQB1 — 0201; 0302 и достоверно реже аллели DQA1-0101; 0201 и DQB1 — 0503, 0602, 0603, 0301 [73, 147].

Наиболее «диабетогенные» аллели DQA1 кодируют остаток аргини­на в положении 52 а-цепи (Arg52+). Для «диабетогенных» аллелей DQB1

характерна замена нуклеотидов, приводящая к отсутствию аспарагина в положении 57 Р-цепи (Аяр57-).

располагающих аллелей DQA1 и DQВ1, что лишний раз свидетельствует о ведущей роли наследственности в генезе СД1.

Выявленные аллели генов DQA1 и DQВ1, безусловно, играют на­иболее важную роль в развитии СД1, в связи с чем HLA-локус полу­чил обозначение IDDM1 (Insulin Dependent Diabetes Mellitus).

В наших исследованиях родственников 1-й степени больных СД1 (РСД1) Северо-Западного региона России показано достоверное увеличе­ние частоты аллеля DQB1 0302 в ряду «контрольная выборка — РСД1 — больные СД1» (см. рис. 6.3.4). Данный факт хорошо согласуется с ранее полученными сведениями о наличии ассоциации DQB1 0302 с СД1 в ев­ропейских популяциях [663] и Центральном регионе России [147].

Для жителей Северо-Западного региона России установлена также положительная ассоциация СД1 с аллелями DQA1 0301 и DQB1 0201 и от-

Рис. 6.3.5. Положение гена MICA в составе .ffZA-комплекса

рицательная — с аллелем DQA1 0501. Протективный эффект в отношении СД1 отмечен также для аллелей DQA1 0103 и DQB 0301 (рис. 6.3.4).

В отличие от большинства других изученных популяций, ассоци­ация с СД1 аллелей другого гена HLA-класса II — DR4 — у жителей Северо-Западного региона России, согласно нашим данным, выражена довольно слабо [491].

Таким образом, для определения наследсвенного риска развития ИЗСД у родственников 1 степени больных СД1 представляется целе­сообразным тестировать аллели DQA1 0301, DQB1 0201, DQB1 0302, DQA1 0103 и DQB1 0301.

Важным для патогенеза СД1 является ген MICA на коротком плече 6 хромосомы между генами TNFA и DB (рис. 6.3.5). Предпола­гается, что MICA-ген регулирует активность натуральных киллеров и Т-лимфоцитов [243].

Полиморфизм гена MICA представляет собой тандемные GCT пов­торы в экзоне 5. Убедительно продемонстрировано, что MICA-5 аллель ассоциирован с ранней манифестацией СД1, а MICA-5.1-аллель — с поздней [294, 778]. Сочетание гаплотипов DR3, DR4 с аллелем гена MICA-5 увеличивает риск заболевания в 172 раза [294].

Результаты анализа ассоциации различных генотипов по гену MICA с СД1 у жителей Северо-Западного региона России приведены на ри­сунке 6.3.6. Установлено, что частота генотипа MICA — 4./9 в группе высокого риска по СД1 (РСД1) составляет 11 %, тогда как в контроль­ной выборке данный генотип не зарегистрирован (х² = 7,34, p < 0,01). Частота генотипа MICA — 5.1/6 также достоверно выше (х² = 5,67, p < 0,05) в группе РСД1 по сравнению с контролем.

Помимо HLA-локуса (IDDM1) методом полного геномного скри­нинга идентифицировано еще свыше 20 хромосомных локусов, опреде­ляющих наследственную предрасположенность к СД1 (табл. 6.3.2).

? РСД1 щ Популяция

25 20

з 15

о

5 0

Рис. 6.3.6. Частоты генотипов MICA в группе риска (РСД1) и в контрольной группе.

Примечание: * — достоверные отличия при p < 0,05;

# — достоверные отличия при p < 0,01

Первый по значимости «не-HLA» локус предрасположенности к СД1 находится в хромосоме 11 (11р15.5) и соответствует гену инсу­лина (INS).

Ген инсулина (INS)

Ассоциированный с СД1 полиморфизм находится в промоторной области гена INS и представляет собой тандемный повтор типа VNTR (см. главу 2), состоящий из варьирующих по числу фрагментов разме­рами 14-15 п. н. (рис. 6.3.7):

ТН — ген тирозиназы;

VNTR — вариабельная часть промоторной области гена инсулина;

INS — ген инсулина;

IGF2 — ген инсулинового фактора роста (рецептора инсулина).

Число повторов варьируется от 26 до 200. В зависимости от их числа, аллели гена INS подразделяют на 3 класса. Класс I содержит от 26 до 63 повторяющихся единиц, класс III — от 141 до 200. Промежуточный класс II состоит из аллелей, содержащих около 80 тандемных повторов, которые сравнительно редко встречаются у представителей белой расы [331].

Исследование европейских популяций указывает на достоверное уве­личение частоты аллелей гена INS класса I у больных ИЗСД по сравнению со здоровыми [331]. Присутствие двух аллелей гена INS класса I является безусловным фактором наследственной предрасположенности к СД1.

Таким образом, полиморфизм, обусловленный небольшим чис­лом тандемных повторов гена INS (класс I), увеличивает риск наследс­твенной предрасположенности к СД1. Напротив, аллели INS класс III (большое число VNTR-повторов) оказывают доминантный протектив- ный эффект. В целом неблагоприятные аллели гена INS ответственны за 5-15 % семейных случаев СД1. При совместном тестировании локусов IDDM1 и IDDM2 возможно досимптоматическое выяв­ление 40-60 % лиц группы риска с наследственной предрасполо­женностью к СД1.

Высокая частота семейного риска СД1 (более 10 ⁰%) показана для IDDM8 (6q27) и IDDM10 (10р11.2), где локализуются еще неидентифи­цированные гены предрасположенности к СД1.

Для шести других хромосомных локусов, для которых доказано не­случайное сцепление с СД1, конкретные гены-кандидаты уже идентифи­цированы. В частности, для локусов IDDM4 — ген LRP5, IDDM6 — ген DCC, IDDM12 — ген CTLA4, IDDM15 — ген TNDM, IDDM17 — ген FAS и IDDM18 — ген IL12B. Ген (CTLA4), кодирующий один из поверх­ностных антигенов цитотоксических Т-лимфоцитов, а также ген PDCD2, кодирующий активатор программируемой гибели клеток, наряду с гена­ми локуса HLA (IDDM1) участвуют в процессе программируемой ги­бели аутореактивных Т-клеток в тимусе [147]. В результате геномного сканирования, проведенного на коллекциях семей европейского проис­хождения с высоким риском СД-1, в группу генов предрасположенности к СД1 были отнесены GSK, NOS2, CD4, IL18, сцепление полиморфных маркеров которых с СД1 еще требует уточнения (табл. 6.3.2).

Ген CTLA4

Ген CTLA4 (IDDM12) локализован в области 2q33, кодирует один из поверхностных антигенов цитотоксических T-лимфоцитов, играет роль в некоторых аутоиммунных заболеваниях [300]. Установлена ассоциация двух полиморфных маркеров гена CTLA4 с диабетом в популяции Северо-Западного региона России. Один из маркеров представляет собой микро сателлит (AT)n в 3’-нетранслируемой об­ласти гена, другой расположен внутри его кодирующей части и пред­ставляет собой однонуклеотидную замену в положении 49 экзона 1 (A49G) [73]. Ассоциация этого полиморфизма с СД1 установлена для европейских популяций и недавно показана для японцев [300].

Показано достоверное увеличение частоты аллеля G (p = 0,0499) у больных СД1 с высоким уровнем антител к декарбоксилазе глютамино­вой кислоты, которые рассматриваются как удобные иммунологические маркеры для диагностики аутоиммунного диабета с манифестацией после 35 лет [671].

Масштабные исследования проводятся и по поиску ассоциаций определенных генов с частыми осложнениями СД1 [73, 147]. К таким осложнениям, прежде всего, относятся нефропатия, ретинопатия, по­линейропатия, которые нередко в клинической практике объединяются под общим термином диабетические ангиопатии. Решающая роль в патогенезе этого заболевания принадлежит внутрисосудистому и, глав­ное, внутриклеточному повышению уровня глюкозы, следствием чего является резкое увеличение концентрации свободных радикалов и пере­кисей (оксидативный стресс), а также нарушениям системы регуляции сосудистого тонуса и липидного обмена.

В частности, показана ассоциация диабетической нейропатии (ДНП) с полиморфными маркерами Ala(-9)Val гена супероксиддис- мутазы-2 (SOD2), Arg213Gly (SOD3), Т(-262)С гена каталазы (САТ), а также с 4G/5G полиморфизмом промоторной области гена NO-син­тазы (NOS2). Эти результаты позволяют предполагать важную роль окислительного стресса в возникновении ДНП у больных СД1 [147]. Достоверная ассоциация с диабетической полинейропатией установ­лена у русских пациентов города Москвы с СД1 и для полиморфного маркера Pro72Arg гена ТР53. Наличие аминокислоты пролина в 72-й позиции белка онкосупрессора р53 вдвое увеличивает риск данного осложнения. В то же время присутствие аминокислоты аргинина оказывает протективное действие в отношении диабетической поли­нейропатии [164].

Другое грозное осложнение СД1 — диабетическая нефропатия — не связано с окислительным стрессом, но является частым осложнени­ем гипергликемии, приводящей к специфическим изменениям почечной ткани. Важными нефротоксическими факторами являются также гипер­липидемия, нефросклероз и сопутствующая им гипертензия. В генезе последней важная роль отводится продуктам генов ренин-ангиотензино- вой системы, участвующих в регуляции кровяного давления и электро­литного баланса в организме. Не случайно гены ренин-ангиотензиновой системы также рассматриваются как гены-кандидаты диабетической не­фропатии [22]. Развитие осложнения ассоциировано с полиморфными вариантами генов, контролирующих тонус сосудов (I/D — ген АСЕ; 4a/4b гена NOS3), а также играющих важную роль в метаболизме и транспорте липидов (I/D — APOB; e2/e3/e4 APOE) [164]. Предполагается, что разви­тие диабетической ангиопатии у больных с СД1 инициируется наличием одного главного гена, тогда как скорость процесса определяется неблаго­приятными аллельными сочетаниями других генов. Исходя из результа­тов геномного поиска [300], «главным» геном диабетической ангиопатии является IDDM9 и он локализован в области 3q21-25 [147].

Как показывает проведенный анализ, в настоящее время возможно не только с достаточно большой уверенностью проводить генетическое тестирование семей высокого риска по СД1 с целью раннего выявле­ния лиц с наследственной предрасположенностью к заболеванию, но и судить о наиболее вероятных типах индивидуальных осложнений в случае развития болезни. Доклиническая диагностика детей с высоким риском СД1 может иметь важное значение для индивидуального мони- торирования заболевания с помощью соответствующих лабораторных тестов на наличие специфических аутоантител и для своевременного начала комплекса профилактических мер по его предупреждению.

В 2007 году в масштабных исследованиях, финансируемых консор­циумом Великобритании Wellcome Trust [766], были выявлены новые гены-кандидаты СД1. Гены были обнаружены методом общегеномного сканирования однонуклеотидных замен (техника HapMap, см. главу 2) с помощью микрочиповой технологии высокого разрешения (Affymetrix GeneChip) на образцах ДНК от 2 000 больных с СД1 и 3 000 от здоровых доноров — все потомственные жители Великобритании. В частности, высокий уровень ассоциации с СД1 был выявлен для C1858T полимор­физма гена PTPN22 (протеин-тирозин фосфатазы, не-рецептора 22), полиморфизма rs17388568 минорного A-аллеля гена IL2, полиморфизма ss52580101 rs11594656 гена IL2RA рецептора интерлейкина-2а и поли­морфизма rs1990760 гена интерферон-индуцируемой геликазы I (IFIH1/ MDA5). Высокий уровень ассоциации с СД1 обнаружен для генов хро­мосомы 12 в области 12q13-12q24, где предположительно локализова­но свыше 10 генов-кандидатов, в том числе ряд генов, ответственных за иммунные сигналы клеток: ERBB3 (рецептор тирозин-протеинкиназы), SH2B3/LNK (адапторный белок 3 SH2B), TRAFD1 (TRAF — домен типа цинковых пальцев), а также ген PTPN11 (протеин-тирозин фосфатаза, нерецепторный белок тип 1). Последний, учитывая его роль в передаче иммунного сигнала, представляет особенно большой интерес. Предпо­лагается, что именно этот ген обнаруживает наиболее тесную ассоциа­цию области 12q24 с СД1. Другой ранее неизвестный локус, сцепленный с СД1, расположен в хромосоме 16 (область 16q13), где локализованы два гена неизвестных функций К1АА0350 и ген дексаметазон-индуци- рованного рецептора. Сцепление с локусом 18р11, как предполагается, объясняется локализацией в нем гена РТРЫ2 (щ2542151), белковый про­дукт которого, подобно таковым генов РТРЫ11 и РТРЫ22, вовлечен в ре­гуляцию иммунного ответа. В хромосоме 10 достоверный уровень ассо­циации обнаружен для гена CD25, продукт которого представляет собой высокоаффинный рецептор для интерлейкина 2, ген которого в районе 4q27 также сцеплен с СД1 [148]. Естественно, что реальное участие всех обнаруженных генов и их полиморфизма в генезе СД1 требует даль­нейших уточнений. Вместе с тем проведенный впервые общегеномный скрининг ассоциаций еще раз доказывает участие многих генов (более 20) в патогенезе СД1. Основная роль при этом отводится генам, контролиру­ющим антигенные свойства клеток и модулирующим силу иммунного ответа. Не исключено, что в зависимости от наличия тех или иных не­благоприятных аллельных вариантов цепь патогенетических событий, которые приводят к гибели инсулин-продуцирующих клеток островков Лангерганса, у каждого больного имеет свои особенности. Важная роль в инициации и реализации патологических реакций, контролируемых генами предрасположенности к СД1, несомненно, принадлежит повреждающим внешним факторам.