Патогенез болезни Гиршпрунга - эмбриогенез, морфогенез
Наиболее интенсивно изучаемый аспект развития толстой кишки — механизм возникновения болезни Гиршпрунга, которая характеризуется отсутствием клеток внутренних парасимпатических ганглиев, располагающихся как в подслизистом сплетении (Мейсснера), так и в межмышечном сплетении (Ауэрбаха) задней кишки. Развитие заболевания связано с неспособностью клеток нервного гребня мигрировать в направлении дистального отдела кишечной трубки, а в клиническом отношении заболевание представляет собой наиболее распространенную форму врожденной кишечной непроходимости.
Исследование, проведенное на модели мутантных мышей, позволило объяснить причину возникновения заболевания. При изучении мышей с наличием летальной мутации конечный, дистальный отдел кишечной трубки характеризовался врожденным отсутствием ганглиев. Отсутствие ганглиев в стенке толстой кишки явилось результатом неспособности мигрирующих клеток нервного гребня проникать через аномально утолщенную базальную пластину и нормально колонизировать развивающуюся кишечную трубку. Ламинин базальной пластины взаимодействует с рецепторами клеток нервного гребня и досрочно останавливает процесс миграции.
На различных мутантных линиях мышей продемонстрировано, что врожденный мегаколон у трансгенных мышей с избыточной экспрессией hoxa-4, по-видимому, возникает вследствие аномального взаимодействия между предшественниками кишечных нейронов и гладкомышечными клетками.
Генетические и молекулярные механизмы, лежащие в основе заболевания, представляют собой предмет интенсивного изучения, что нашло отражение в огромном числе публикаций, количество которых неуклонно увеличивается. Идентифицированы многочисленные мутации, наличие которых обусловлено развитием болезни Гиршпрунга. Обнаружены мутации кодирующих регионов, включая так называемые точечные миссенс- и нонсенс-мутации и делеции, что предполагает нарушение функции белков, образующихся в результате работы генов. Наиболее интенсивно были изучены мутации генов, кодирующих рецептор к тирозинкиназе (ген ret) и рецептор к эндотелину-В.
Ген ret представляет собой протоонкоген, кодирующий трансмембранный рецептор к тирозинкиназе. Лигандом для обозначенного рецептора является нейротрофический фактор, вырабатываемый глиальными клетками (GDNF), экспрессирующийся в развивающейся кишечной трубке. В настоящее время установлено, что GDNF связывается также с другим рецептором — GDNFRa — и обе молекулы вместе образуют сигнальный комплекс с белком Ret. Гомозиготные мыши с продукцией аномального белка Ret характеризуются недостаточностью киназы, необходимой для формирования кишечных ганглиев. У пациентов с болезнью Гиршпрунга обнаружено наличие многочисленных мутаций в гене ret. Подробный обзор структуры и функции Ret-рецептора опубликован Manie и соавт..
Направленное повреждение гена, кодирующего рецептор к эндотелину-В, сопровождалось рождением мышей с мегаколоном и отсутствием ганглиев, что свидетельствует о важной роли данного рецептора, в том числе в процессах миграции и дифференцировки клеток нервного гребня, из которых и происходит формирование кишечных ганглиев. Кроме того, дефекты Ret-рецепторов и рецепторов к эндотелину-В, дефицит лигандов GDNF и эндотелина-3, так же как и дефицит эндотелинпревращающего фермента, приводят к формированию у мышей фенотипа, аналогичного болезни Гиршпрунга. Независимо от описанных комплексов рецептор/лиганд у пациентов с болезнью Гиршпрунга обнаружена мутация фактора Sox-10 — фактора транскрипции, экспрессирующегося в клетках нервного гребня на ранних стадиях развития.
В противоположность ранее использовавшимся лабораторным моделям в последнее время экспериментальные исследования выполняют на мышах, у которых отсутствуют Ret-рецепторы вследствие мутаций, обладающих доминантным негативным эффектом. В результате такие мыши являются фенотипической копией, соответствующей болезни Гиршпрунга у человека. В настоящее время у человека идентифицировано 11 генов болезни Гиршпрунга, значение которых в развитии заболевания неодинаково, и несколько других генов выявлено у мышей, у которых мутации сопровождаются развитием заболевания, идентичного болезни Гиршпрунга.
Основной фактор, приводящий к развитию болезни Гиршпрунга, — мутация гена ret. Данная мутация обнаруживается с частотой до 50% в случае наследственной формы заболевания и только лишь 20% — при спорадическом варианте. Недавно было продемонстрировано, что мутация в регуляторном фрагменте гена ret также влияет на предрасположенность к рассматриваемому заболеванию.
Анализ последовательности локуса гена ret позволил установить наличие полиморфизма, сопряженного с развитием заболевания и локализованного в консервативной области, ответственной за связывание с фактором транскрипции и, вероятно, вовлеченной в регуляцию транскрипции. Подробное описание современного состояния исследования генетических основ болезни Гиршпрунга можно найти в базе данных Менделевского наследования у человека (Mendelian Inheritance in Man).
Определение значения взаимосвязанных процессов пролиферации, миграции и функции клеток нервного гребня было одним из этапов в понимании механизмов развития болезни Гиршпрунга. Изучение изолированных стволовых клеток нервного гребня с использованием в качестве модели лабораторных мышей стало отправной точкой в объяснении некоторых процессов. Iwashita и соавт. выделили стволовые клетки нервного гребня из кишки эмбрионов крыс и исследовали экспрессию генов с использованием технологии микрочипов. Ученые обнаружили, что идентифицированные ранее гены, ассоциированные с развитием болезни Гиршпрунга, были в стволовых клетках нервного гребня активированы.
Полученные результаты подтверждали методы полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией, проточной цитометрии и функционального анализа. В экспериментах in vitro было продемонстрировано, что GDNF способствует клеточной миграции, но не влияет на пролиферацию и жизнеспособность клеток. Представленные данные также свидетельствуют о взаимодействии сигнальных путей GDNF и эндотелина в регуляции процесса миграции стволовых клеток нервного гребня. Возможность применения стволовых клеток нервного гребня в терапии исследована в экспериментах, в которых было продемонстрировано эффективное встраивание трансплантированных клеток в кишечник мышей с дефектами рецепторов к эндотелину и Ret-рецепторов.
В настоящее время установлены основные регуляторы развития ЖКТ, а также некоторые гены, необходимые для обеспечения эпителиально-мезенхимного взаимодействия — фундаментального механизма эмбрионального развития. Анализ паттернов экспрессии генов box позволяет предположить их участие в процессе формирования ЖКТ. Белки семейства hedgehog влияют на некоторые аспекты формирования ЖКТ в период раннего эмбрионального развития. Целенаправленная делеция отдельных генов, участвующих в формировании кишки, за счет создания мутантных животных выявила важную регулирующую роль продукции BMP в процессах клеточной пролиферации, возникновения характерной морфологии ворсин и определения местоположения крипт. Дальнейшее изучение генов, участвующих в регуляции механизмов развития ЖКТ, должно способствовать более глубокому пониманию процессов патогенеза и выработке новых подходов к лечению заболеваний ЖКТ.
