Методы обследования при метаболическом и нейродегенеративном заболевании
Заболевания, вызванные врожденными нарушениями метаболизма, являются причиной значимой части болезней центральной нервной системы. В настоящее время известно несколько сотен генетических заболеваний, а развитие биохимии и молекулярной биологии непрерывно расширяет этот перечень.
Метаболические и нейродегенеративные заболевания центральной нервной системы традиционно подразделяются на три группы. К первой группе относятся заболевания с известным ферментным дефектом, что позволяет осуществлять точную и обычно пренатальную диагностику, а также обеспечивает понимание механизма заболевания. Вторая группа состоит из заболеваний с накоплением запасных веществ внутри нервных клеток, указывающим на наличие катаболического дефекта и имеющим практическое значение для диагностики. Третья группа включает гетерогенные прогрессирующие неврологические заболевания, обычно генетически детерминированные, по своему проявлению сходными с первыми группами, но биохимическое или молекулярное нарушение не идентифицируется и не предполагается.
Они обычно описываются как нейродегенеративные заболевания.
В настоящее время разделение приобрело абсолютный характер, так как подавляющее большинство, если не все случаи данных заболеваний являются результатом метаболического нарушения или с большой вероятностью связаны с таким нарушением. Нарушение обычно является результатом мутации ДНК, но другие генетические процессы, особенно эпигенетические, такие как альтернативный сплайсинг, ошибки трансдукции и т.д., могут оказывать воздействие на вещества с ферментативным действием, приводя к формированию «классических» метаболических болезней.
Сходные генетические нарушения могут затрагивать структурные белки (например, глиальный кислый белок при болезни Александера) или другие белки или пептиды путем повреждений, затрагивающих их локализацию и транспорт в клетке, внутриклеточное перемещение, процессинг (например, в аппарате Гольджи), катаболизм или другие функции, необходимые для выживания или функционирования клеток; большое количество заболеваний определенно или предположительно связано с такими аномалиями. Часть этих заболеваний может быть связана с наличием внутриклеточных или внутриядерных включений, как при болезни Гентингтона или некоторых типах спиноцеребеллярной дегенерации. К сожалению, слишком мало известно о механизмах этих состояний для создания целесообразной классификации. Таким образом, в данной главе заболевания будут рассматриваться на основании предположения, что большинство, если не все, нейродегенеративные заболевания вызваны генетически детерминированными нарушениями метаболизма с действием ряда известных или (чаще всего) неизвестных механизмов, затрагивающих не только ферментные процессы, но и синтез и процессинг белков и, в меньшей степени, других веществ.
Недавние открытия в области молекулярной генетики позволили картировать гены, отвечающие за многие такие заболевания, с клонированием значительной части таких генов. Белки, кодируемые данными генами, относятся к множеству типов, включая белки цитоскелета и сигнальные белки, регуляторы и факторы роста и мембранные рецепторы. Точная природа белков в настоящее время является основным предметом исследования. Несмотря на клонирование аномального гена и определение структуры белка, механизмы большинства заболеваний остаются неизвестными, тем не менее, данные открытия позволяют уточнить классификацию и иногда диагноз (включая в некоторых случаях пренатальную диагностику) данных нарушений путем прямого исследования аномальной ДНК или белка или путем анализа групп сцепления.
Для метаболических и дегенеративных заболеваний ранняя диагностика представляет не только академический интерес, так как в некоторых случаях возможно проведение специфической терапии; во многих случаях возможна пренатальная диагностика, и во всех случаях прогноз и генетическое консультирование зависят от правильной диагностики. Открылась возможность путем исследования генотипа индивидуума определять не только имеющееся заболевание, но и индивидуальную восприимчивость к определенным заболеваниям (то есть предрасположенность к сосудистому тромбозу у гетерозигот при гомоцистинурии, повышенный риск некоторых видов рака у носителей определенных генов, таких как гены BCRA при раке молочной железы, или гетерозигот по гену атаксии-телеангиэктазии). Таким образом, открывается совершенно новая область, где пока еще сложно говорить о границах, медицинских, этических и социологических последствиях.
Данная часть разделена на две главы. В главе 8 рассматриваются установленные врожденные дефекты метаболизма. Основные неврологически значимые подгруппы включают нарушения метаболизма аминокислот и органических кислот, лизосомальные болезни, пероксисомные болезни и дефекты энергетического метаболизма, особенно митохондриальные болезни, но поражение центральной нервной системы возможно и при ряде других нарушений. В главе 8 рассматриваются болезни накопления, вызванные известной биохимической ошибкой, а в главе 9 — «нейродегенеративные заболевания», метаболическая причина которых не установлена. Доля заболеваний с выявленным биохимическим нарушением, несмотря на необязательное поражение катаболизма, в настоящее время растет, граница между группами размывается с перспективой исчезновения после открытия всех молекулярных механизмов. В результате клиническая картина все еще принимается во внимание, например, лейкодистрофии описаны в главе 9, хотя дефект метаболизма изучен. Некоторые редкие заболевание, которые могут характеризоваться полностью отличными механизмами, включены в данную главу для удобства, даже если в некоторых случаях их прогрессирующая природа не установлена.
В действительности, все метаболические и дегенеративные заболевания центральной нервной системы генетически детерминированы и передаются как аутосомные рецессивные признаки, реже как аутосомные доминантные или сцепленные с Х-хромосомой. В последние годы были открыты другие способы генетического воздействия, такие как повторы тринуклеотидов, часто с антиципацией, импринтингом или однородительской дисомией, что обеспечивает большую точность генетического консультирования. Для выявления заболеваний со специфическими биохимическими дефектами имеется большое количество тестов, а многие из них могут быть диагностированы до рождения путем исследования амниотических клеток или биопсии ворсин хориона. Некоторые болезни могут быть выявлены в половых клетках, что позволяет проводить преимплантационную диагностику после селекции непораженных клеток, устраняя, таким образом, риск рождения больных детей.
Диагностические возможности данных методов невероятно широки. В настоящее время возможна пренатальная диагностика возрастающего количества состояний, при которых может быть продемонстрирована специфическая аномалия ДНК. Систематический скрининг доступен для некоторых заболеваний с достаточно высокой частотой, особенно при возможности профилактики. Тем не менее, диагностика гередодегенеративных заболеваний с неизвестным молекулярным или метаболическим дефектом представляет особые трудности, так как может основываться исключительно на клинических признаках, если клиническая медицина в широком понимании определяется как «интеллектуальный процесс в ходе которого обобщается и обретает форму полноценного заключения информация из любых источников, как чисто клинических (ограниченных восприятием), так и полученная при лабораторных исследованиях или с помощью иных технических методов» (Aicardi, 1987). Во многих случаях не существует технической методики, позволяющей клиницисту получить однозначный ответ. Нельзя полностью полагаться даже на определение генотипических аномалий, так как генетическая гетерогенность и вариабельное экспрессирование многих генов зависят от взаимодействия мутантных генов с остальным геномом, эпигенетическими факторами и факторами окружающей среды.
Наиболее важным клиническим признаком большинства метаболических и гередодегенеративных заболеваний центральной нервной системы является их прогрессирующий характер. Прогрессирующая энцефалопатия, выявленная на основании когнитивного регресса и/или регресса развития ребенка, при отсутствии опровергающих сведений, является генетической болезнью, хотя при отсутствии точных диагностических признаков следует исключить подострое или хроническое воспалительное заболевание (чаще всего инфекцию, например, СПИД или воспаление). Подтверждение прогрессирующего характера далеко не всегда просто.
Два основных аргумента могут быть получены из анамнеза: (1) сведения о благополучном периоде с нормальным развитием, (2) потеря уже приобретенных навыков. Данные проявления могут быть явными при позднем дебюте заболевания с резкой или стремительной деградацией. Нередко сложно распознать случаи с очень ранним (или неонатальным) началом с постепенным развитием ухудшения и без периода нормального развития. Сочетанные эпилептические приступы, применение сильнодействующих препаратов или другие сопутствующие патологические состояния в дальнейшем усугубляют проблему.
Появление новых неврологических признаков не обязательно должно интерпретироваться как признак прогрессирования, так как данное обстоятельство часто отмечается в первые два или три года жизни детей с различными типами церебрального паралича.
Некоторые формы действительной деградации не свидетельствуют о неуклонном деструктивном процессе в головном мозге. Потеря приобретенных навыков встречается при эпилепсии, особенно при синдроме Веста и синдроме Леннокса-Гасто, но через несколько месяцев или лет деградация прекращается с возможным возобновлением прогресса. Сходным образом, регрессия, связанная с некоторыми случаями аутизма, отличается от дегенеративных заболеваний отсутствием явно прогрессирующей патологии головного мозга.
Во всех случаях следует исключить деградацию, причины которой известны (метаболические или другие), так как при этом возможно лечение. Такие заболевания включают воспалительные болезни, некоторые случаи опухолей головного мозга, обструктивную гидроцефалию, сосудистые нарушения (такие как болезнь моя-моя или серповидноклеточная анемия с повторными инсультами) и артериовенозные мальформации, являющиеся причиной деградации вследствие «сброса» крови через мальформации с последующей ишемией соседних участков.
За последние годы выяснилось, что генетические причины заболеваний центральной нервной системы не исключают явного отсутствия клинического прогрессирования. В настоящее время установлено, что генетические дегенеративные состояния иногда сложно отделить от стойких энцефалопатий, вызванных мальформациями или пренатальными инсультами. Привлекалось внимание (Barth, 1992) к прогрессирующим заболеваниям мозга плода, имеющимся при рождении, часто в форме практически стойких энцефалопатий. Постепенно становится известным все возрастающее количество таких медленно прогрессирующих врожденных состояний, включая пероксисомные болезни (Shimozawa et al., 2005; Wanders и Waterham, 2005), митохондриальные болезни (Zeviani, 2004; DiMauro и Davidzon, 2005; Di Mauro и Hirano, 2005; Taylor и Turnbull, 2005), лактоацидоз и другие нарушения обмена органических кислот (De Meirleir, 2002), дефекты биосинтеза холестерина (Hennemann, 2005); некоторые из данных состояний являются причиной истинных мальформаций центральной (и периферической) нервной системы, что приводит к размыванию границ между нозологическими группами, традиционно считавшимися обособленными.
Данное обстоятельство может привести к соблазну углубленно изучать большое количество случаев с точки зрения выявления генетических болезней. Цена такого подхода, не только с экономической, но и с социальной точки зрения (учитывая боль, госпитализацию и вызванную тревогу), безусловно, является ограничивающим фактором, но невозможно дать точное определение «оправданным» показаниям и ограничениям, и врачам следует полностью полагаться на здравый смысл и клиническую интуицию. Семейный анамнез неврологических заболеваний может стать решающим аргументом в пользу нейродегенеративного или метаболического заболевания.
Для ряда нейродегенеративных заболеваний, МРТ, в особенности спектроскопия, позволяют проводить некоторую оценку химического состава головного мозга, его энергетического метаболизма (Tzika et al., 1993) и нейротрансмиттеров (Novotny et al., 2003). Морфологический диагноз сохраняет важность, и во многих случаях возможна биопсия периферических тканей, а не головного мозга.
Биопсия кожи и конъюнктивы и (в более редких случаях) биопсия других органов (например, десен) достаточна для постановки большинства диагнозов. Биопсия головного мозга показана редко, за исключением случаев, когда обращает на себя внимание воспалительное заболевание, так как в такой ситуации могут быть сделаны практические выводы. Разработка новых минимально инвазивных стереотаксических методик в связи с легкостью применения и относительной безвредностью может расширить применение биопсии головного мозга при таких состояниях как опухоли или нейродегенеративные заболевания (Linskey, 2004). Тем не менее, данный метод диагностики все еще редко применяется при дегенеративных заболеваниях, так как предположительный диагноз генетического заболевания не всегда можно исключить в случае отрицательного результата биопсии (например, в связи с возможной ошибкой сбора образцов), в то время как положительный результат биопсии не оказывает существенного воздействия на генетическое консультирование в связи с высокой вероятностью рецессивного аутосомно-го наследования при выявлении прогрессирующего характера заболевания.
Молекулярно-генетические методики необходимы для официального подтверждения диагноза многих заболеваний. Тем не менее, следует помнить, что пока наличие аномального мутантного гена имеет большое значение для диагностики, выявления такого гена недостаточно, так как некоторые частые генетические аномалии могут не приводить к развитию заболевания у конкретного пациента. Кроме того, выявление аномального гена не обязательно является достаточным для определения прогноза или для предупреждения многих практических проблем, которые имеют большое значение для пациента и его семьи.
Методы обследования, которые могут быть показаны детям с подозрением на прогрессирующее заболевание центральной нервной системы, приведены в таблице ниже. Выбор метода обследования существенно зависит от клинических проявлений, и количество проводимых анализов должно быть сведено к минимуму (Stephenson и King, 1989). Специфичность и достоверность тестов варьирует (см. следующие главы); например, резко уменьшенная по амплитуде электроретинограмма имеет определенное значение для диагностики восковидного липофусциноза или пероксисомных болезней, в то время как у некоторых пациентов с данными заболеваниями отмечается нормальная электроретинограмма. Даже ферментные тесты могут быть ошибочны и являться источником как ложноположительных (псевдодефицит аурилфосфатазы), так и ложноотрицательных результатов. Во всех случаях необходимо пристальное клиническое наблюдение и контроль интерпретации лабораторных анализов.
