Пероксисомные болезни представляют собой группу заболеваний, вызванных врожденными дефектами биогенеза в пероксисомах с возникающим в результате генерализованным дефектом пероксисомных ферментов, или дисфункцией одного или множества пероксисомных ферментов. Данные нарушения могут приводить к формированию широкого диапазона фенотипов. Прототипами являются синдром Цельвегера, точечная дисплазия тазобедренного сустава, сцепленная с Х-хромосомой лейкодистрофия и болезнь Рефсума, при которых отмечается сочетание всех характерных симптомов.
Кроме данных «классических» синдромов, у многих пациентов отмечаются вариантные формы, с отсутствием одного или нескольких характерных признаков, что осложняет диагностику без адекватного биохимического скрининга (подробнее см. работы Wanders, 2004; Poll-The et al., 2006).
а) Пероксисомы и их метаболические функции. Пероксисомы являются повсеместно распространенными органоидами, содержащими цельные мембранные белки, мембраноассоциированные белки и более 50 матричных ферментов, участвующих в ряде метаболических процессов. Пероксисомы в большем количестве находятся в клетках, специализирующихся на метаболизме сложных белков (сверхдлинноцепочечных жирных кислот и плазмалогенов), и развивающейся нервной системе, чем в зрелых клетках, что предполагает их важную роль в физиологии функций центральной нервной системы.
б) Биохимические процессы в пероксисомах. Пероксисомные нарушения в зависимости от специфического ферментного дефекта характеризуются накоплением метаболитов, в норме разрушающихся пероксисомными ферментами, или уменьшением количества метаболитов, в норме синтезируемых пероксисомами. Описаны только те заболевания, для которых разработана достоверная прямая диагностика.
1. Пероксисомное бета-окисление. Пероксисомное бета-окисление является основным метаболическим путем, в котором возможны несколько врожденных ошибок. Основным субстратом, окисляемым в пероксисомах, являются сверхдлинноцепочечные жирные кислоты (VLCFA), ди- и тригидроксихолестановые кислоты (DHCA, ТНСА), являющиеся промежуточными субстратами в синтезе желчных кислот из холестерина, пристановой кислоты и длинноцепочечных дикарбоновых кислот. Система пероксисомного бета-окисления кислот VLCFA, DHCA и пристановой кислоты включает три основных этапа. Первый этап, приводящий к формированию субстрата кофермента А, опосредован тремя особыми ацетил-СоА-карбоксилазами. Второй этап катализируется двумя специфическими пероксисомными оксидазами.
Дальнейшее окисление кислот VLCFA, DHCA и пристановой кислоты происходит с помощью D-бифункционального белка, в то время как две тиолазы участвуют в последнем этапе. Отсутствие пероксисом является причиной генерализованного нарушения бета-окисления (синдрома Цельвегера, адренолейкодистрофии новорожденных, болезни Рефсума), в то время как изолированные дефекты могут затрагивать каждый этап данной системы пероксисомного бета-окисления и приводить к формированию специфических биохимических аномалий.
Схематическое изображение основных биохимических функций пероксисом.
2. Биосинтез плазмапогена. Плазмалогены представляют собой особый класс эфиров фосфолипидов. Их роль неизвестна, но данные вещества в большом количестве обнаруживаются в центральной нервной системе. Первые два этапа синтеза плазмалогена катализируются пероксисомной дигидроксиацетонфосфат-ацилтрансферазой и алкил-дигидроксиацетонфосфат-синтазой. Недостаточность активности данных ферментов является причиной недостаточного синтеза плазмалогена у пациентов, страдающих дефектами пероксисомного биогенеза или изолированным дефицитом одного из указанных ферментов.
3. Окисление фитана. Фитановая кислота представляет собой разветвленную цепь жирной кислоты, полученную из пищи. Расщепление данного вещества происходит альфа-окислительным путем с образованием пристановой кислоты. Дальнейшее окисление происходит путем пероксисомного бета-окисления. Вследствие дефекта окисления фитановой и пристановой кислот оба вещества накапливаются в случае нескольких пероксисомных болезней. Альфа- и бета-окисление фитановой кислоты происходят в пероксисомах.
4. Катаболизм пипеколина. Оксидаза L-пипеколата является пероксисомным ферментов, катализирующим гидрирование L-пипеколата. Дефицит данного фермента является причиной высокого содержания пипеколиновой кислоты в плазме, спинномозговой жидкости и моче пациентов с синдромом Цельвегера.
в) Молекулярный и генетический фон. Пероксисомные болезни могут быть разделены на две основные группы (Gartner, 2000; Wanders, 2004). Первая группа заболеваний характеризуется утратой активности множества пероксисомных ферментов, часто сочетающейся с морфологическими аномалиями органоидов (Roels et al., 1988). При заболеваниях данной группы практически все пероксисомные матричные белки синтезируются, но располагаются не на своем месте в цитоплазме, что связано с дефектом переноса структуры пероксисомных белков. И пероксисомные, и матриксные белки синтезируются свободными рибосомами и направляются в пероксисомы через разные пероксисомные целевые последовательности (PTS1, PTS2).
Данные целевые белки распознаются цитоплазматическими рецепторами PTS1 и PTS2, которые кодируются генами РЕХ5 и РЕХ7. Белки затем перемещаются к механизму транслокации. В ходе исследований комплементации с использованием фибробластов пациентов было выявлено не менее 16 комплементарных групп. Данное обстоятельство обусловлено мутациями различных генов РЕХ, кодирующих пероксины, белки, участвующие в биогенезе и пролиферации пероксисом. Наиболее многочисленная 1 комплементарная группа включает более половины всех дефектов биогенеза пероксисом. Что касается клинических синдромов, комплементарные группы не имеют явной взаимосвязи с клиническими фенотипами, за исключением 11-й группы, которая коррелирует с точечной хондродисплазией тазобедренного сустава I типа и вызвана мутацией гена РЕХ7.
Все генерализованные пероксисомные болезни являются рецессивными заболеваниями, частота которых в совокупности достигает приблизительно 1 на 50000 живых новорожденных.
При заболеваниях второй группы структура органоидов остается неизмененной, а дефекты затрагивают только активность пероксисомных ферментов. Каждое нарушение соответствует комплементарной группе. Ген сцепленной с Х-хромосомой адренолейкодистрофии (X-АЛД) был клонирован и располагается на Х-хромосоме (Xq28). Ген кодирует интегральный мембранный белок, который является одним из АТФ-связывающих транспортеров в мембране пероксисом. Данный транспортер импортирует производные кофермента А и сверхдлинноцепочечных жирных кислот для бета-окисления в пероксисомах. Различные мутации гена X-АЛД приводят к повреждению данной функции.
Идентифицировано около 500 мутаций, большая часть из которых является индивидуальными мутациями в каждой семье (Aubourg, 2007). За исключением Х-АЛД все виды дефицитов отдельных ферментов пероксисом наследуются аутосомно-рецессивным путем.
Все пероксисомные болезни поддаются пренатальной диагностике в ворсинах хориона или амниоцитах, используются те же тесты, что и при постнатальной диагностике. Определение уровня сверхдлинноцепочечных жирных кислот в плазме и/или фибробластах помогают идентифицировать почти 80% женщин-носительниц гена Х-АЛД, а молекулярная биология позволит проводить более точное определение (Moser et al., 1999).
