Определение структуры и функции генома — одно из величайших научных достижений XX в. Важность фактора наследственности для здоровья и болезней, пожалуй, признавалась на протяжении всей истории, но только в течение прошлого столетия были описаны принципы наследования и механизмы, посредством которых генетическая информация сохраняется и используется. Использование этих знаний в медпрактике долгое время было актуальным в применении к редким моногенным и хромосомным заболеваниям.
В этих областях был сделан значительный вклад в генетическое консультирование, генетический анализ, пренатальную диагностику, скрининг новорожденных, исследование на носительство и, в определенных пределах, лечение. Сейчас мы живем в эпоху геномной медицины, предлагающей более эффективные подходы к диагностике и лечению как редких, так и распространенных заболеваний.
Можно утверждать, что ни одно заболевание не определяется целиком генетически или не определяется целиком негенетическими факторами. Даже проявление моногенных заболеваний, таких как фенилкетонурия, определяется окружающей средой, в данном случае потреблением фенилаланина с пищей. Известно, что генетически детерминированные факторы организма изменяют восприимчивость к инфекции или другим факторам окружающей среды.
Даже лица, пострадавшие от травмы, могут оказаться в опасности отчасти из-за генетических особенностей, которые влияют на поведение или способность осознавать опасность или избегать ее.
С медицинской точки зрения полезно разделить генетический вклад в заболевание на три категории: 1) моногенные или хромосомные нарушения с высокой пенетрантностью; 2) моногенные формы часто встречающихся расстройств и 3) сложные, мультифакторные нарушения. Каждая из них по-своему влияет на осуществление медпрактики.
а) Моногенные или хромосомные заболевания с высокой пенетратностью. Моногенные или хромосомные нарушения с высокой пенетрантностью — это расстройства, которые большинство врачей называют «наследственными заболеваниями». К ним относятся редкие, семейные моногенные заболевания, такие как нейрофиброматоз, синдром Марфана и муковисцидоз, а также хромосомные аномалии, такие как трисомия по 21-й хромосоме (синдром Дауна). Несколько тысяч различных генетических заболеваний человека были описаны и включены в каталог «Менделевское наследование у человека».
К ним относятся менделевские доминантные, рецессивные и связанные с полом расстройства, а также состояния, связанные с генетическими вариантами, которые содержатся в митохондриальном геноме, размер которого составляет 16,6 килобазы. Они также включают основные хромосомные синдромы, связанные с дупликацией или делецией небольших областей генома, которые приводят либо к воспроизводимым синдромам, таким как синдром Вильямса (делеция смежных участков из области 7-й хромосомы), а также к некоторым вариантам умственной неполноценности и РАС.
1. Роль врача общей практики в лечении редких генетических заболеваний. В связи с редкостью многих из этих состояний большинство практикующих врачей имеют небольшой опыт работы с данным расстройством и, вероятно, вынуждены направить пациента к соответствующему специалисту для помощи в диагностике и лечении. Однако ВОП имеет множество различных функциональных обязанностей в наблюдении этих пациентов. Эти обязанности начинаются с понимания того, что у пациента может быть такая патология, и составления плана соответствующей диагностической оценки.
Многие генетические нарушения имеют видимые признаки или симптомы, которые требуют направления к специалисту, даже если они не сразу дают возможность предположить диагноз. Другие могут быть более скрытыми и тем не менее иметь серьезные последствия, если был поставлен ошибочный диагноз. Примером может служить синдром Марфана. Врач должен быть внимателен к физическим характеристикам пациентов с синдромом Марфана, поскольку опасного для жизни расслоения аорты можно избежать при соответствующем наблюдении и лечении. В табл. 1 приведены примеры некоторых моногенных состояний, проявляющихся во взрослом возрасте, с которыми должен быть знаком врач-терапевт.
- Лечение пациентов с редкими генетическими заболеваниями. Для лечения пациентов с редкими генетическими нарушениями может потребоваться помощь специалиста, но, скорее всего, при наличии данного заболевания пациент сначала обратится к непрофильному врачу. ВОП должен быть знаком с заболеванием и основными возможными осложнениями. Например, у пациента с нейрофиброматозом, который испытывает хроническую боль в спине, может быть злокачественная опухоль оболочки периферических нервов, требующая более активного обследования в сравнении с типичным обследованием здорового человека с болью в спине.
Для обеспечения эффективного наблюдения чрезвычайно важно выстроить качественное сотрудничество между специалистом и ВОП.
ВОП также играет важную роль в поддержке пациента и помощи в объяснении возможных решений, которые могут быть предложены для схемы лечения. Это включает оказание поддержки пациентам с заболеваниями, которые не поддаются лечению, и эмоциональную поддержку при информировании о том, что заболевание может передаваться по наследству или может быть выявлено у других родственников. Большинство пациентов плохо знают основы генетики и не понимают механизм развития генетического заболевания. Хотя ответственность за объяснение этих вопросов может быть возложена на специалистов, ВОП играет важную роль, оказывая поддержку пациентам.
2. Геномные подходы в диагностике редких заболеваний. Большинство расстройств в группе наследственных патологий известны давно, но достижения в области геномики значительно улучшили подходы к диагностике и лечению. Выявление основных генов, патологические варианты которых приводят к развитию заболевания, позволяет проводить молекулярные диагностические тесты, определяющие патогенные варианты в диагностических целях.
Базы данных молекулярных основ наследственных заболеваний, составленных различными исследовательскими лабораториями с использованием широкого арсенала методов, можно найти в Интернете.
Например, цитогеномный микроматричный анализ может выявлять небольшие делеции или дупликации генома у пациентов с такими заболеваниями, как РАС, которые не могут быть выявлены ранее с использованием стандартного хромосомного анализа. Секвенирование всего кодирующего участка генома («полное секвенирование экзома») или полного генома («полный геномный сиквенс») также в настоящее время применяется в клинической практике.
Массовое обследование популяции на предмет носительства генетических вариантов некоторых АуР-расстройств проводится в течение многих лет, при этом для определенных этнических групп предлагается обследование дополнительных вариантов при условии их высокой распространенности в данной группе. Геномные подходы в настоящее время позволяют значительно расширить объем обследования, увеличивая количество тестируемых заболеваний и позволяя предложить аналогичный комплексный скрининг десятков или даже сотен генов независимо от этнической принадлежности.
Проведение пренатального скрининга на наличие трисомии и некоторых других патологических состояний генома, заключающихся в изменении числа копий генетическиго материала, может осуществляться неинвазивно, путем секвенирования ДНК плода, полученной из крови матери. С появлением тандемной масс-спектрометрии и доступности стандартизированной панели анализов скрининг новорожденных выходит за пределы врожденного нарушения обмена веществ, таких как фенилкетонурия и галактоземия.
Наконец, становится возможным лечение некоторых моногенных заболеваний. Для многих заболеваний используются или тестируются новые методы лечения, в которых используются либо фармацевтические ЛП, либо стратегии замены генов или ферментов. Принципы лечения генетических нарушений быстро развиваются, и наблюдение пациентов все чаще требует активного участия специалистов и ВОП. Более того, пациенты с врожденными нарушениями, такими как синдром Дауна, обычно доживают до состояния зрелости и нуждаются в ВОП, которые знакомы с их особыми потребностями.
б) Моногенные варианты в структуре распространенных заболеваний. Не все моногенные заболевания проявляются редкими фенотипами, и не все распространенные заболевания имеют сложные мультифакторные причины. Некоторые из них возникают в отдельных семьях как признаки, контролируемые одиночным геном (табл. 2). Обычно это верно только для части больных, но в некоторых случаях это значительная доля, представляющая важную группу пациентов, которую следует учесть.
1. Наследственная предрасположенность к раку. Генетические варианты, предрасполагающие к раку, являются ярким примером моногенных факторов риска распространенного заболевания. Все виды рака обусловлены накоплением генных мутаций, которые лишают клетки нормального контроля роста, и это обычно генетические изменения в соматических клетках. Однако в некоторых случаях первый генетический шаг к ЗНО наследуется в зародышевой линии. Примером может служить наследственный синдром рака груди и яичников. Было установлено множество генов, которые передают повышенный риск рака груди или яичников; наиболее распространены и известны гены BRCA1 или BRCA2.
Женщины, унаследовавшие патогенный вариант одного из этих генов, сталкиваются с высоким риском развития рака груди или яичников — риск развития рака груди возрастает до 80% или более в возрасте 70 лет. Фенотипически женщины с генетическим риском не отличаются от женщин со спорадическим раком груди, но их можно отличить по многим характеристикам, включая семейный анамнез рака груди или яичников у нескольких родственников, ранний возраст начала рака и мультифокальность рака (например, двусторонний рак груди или рак груди и яичников).
Выявлено все большее количество синдромов генетической предрасположенности к раку, например риск рака толстой кишки и других видов рака ЖКТ (например, синдром Линча и наследственный аденоматозный полипоз). Генетические анализы для групп заболеваний, ассоциированных с раком, теперь доступны в виде мультигенных панелей и обычно используются при диагностической оценке и консультировании.
2. Клиническая значимость выявления распространенных моногенных заболеваний. В ряде случаев для коррекции симптоматики наследственных заболеваний может потребоваться консультация врача-специалиста. Так, например, при ранней диагностике гемохроматоза осложнения заболевания могут быть предотвращены с помощью флеботомии с последующим контролем запасов железа. Однако при развитии осложнений они не могут быть обращены вспять. Пациентам с риском развития рака толстой кишки может быть предложено периодическое обследование с использованием колоноскопии или хирургическая резекция толстой кишки для снижения риска развития онкологического заболевания.
Пациентам с риском развития рака груди и яичников также может быть предложено наблюдение, проведение XT или хирургическое вмешательство. В некоторых случаях польза от осведомленности о генетических рисках менее очевидна. Нет показаний применения лечения антикоагулянтами для носителей лейденской мутации V фактора свертывания крови (FV Leiden) до развития тромбоза, и лечение может не отличаться для носителя данной мутации и неносителя. Однако и в данном случае иногда знание о носительстве мутации может обеспечить более быструю постановку диагноза или избежать ситуации увеличения риска развития заболевания.
3. Генетический анализ. Как и в случае с другими медицинскими анализами, врач должен обстоятельно учитывать риски, преимущества и клиническую ценность, принимая решение об использовании генетического анализа. На отдельные генетические анализы могут распространяться некоторые специальные этические и юридические риски. Они могут включать дополнительную обеспокоенность, общественное осуждение, чувство вины и возможную дискриминацию при страховании на случай смерти или нетрудоспособности.
Некоторые из этих рисков могут быть устранены с помощью законодательства, обеспечивающего конфиденциальность генетической информации, например Акта о запрещении дискриминации, связанной с генетической информацией, 2008 г., но риск обеспокоенности, вины и общественного осуждения не может быть устранен законодательно. Можно ожидать, что дальнейшие исследования до некоторой степени сформируют базу для наблюдения течения заболевания или разработки эффективной терапии. В настоящее время молекулярная диагностика ряда патологий дает одновременно новые и полезные знания, но также и информацию, которая может навредить пациенту.
4. Функциональные обязанности врача общей практики в оказании медицинской помощи. Роль врача при работе с моногенными заболеваниями включает выявление пациентов, находящихся в группе риска развития заболевания, и участие в разработке плана их ведения. Пациенты из группы риска могут быть не идентифицированы по внешнему виду, при анализе истории болезни или при проведении физического обследования. Один из наиболее эффективных подходов — сбор семейного анамнеза заболевания. Направленное проведение опроса о семейной истории распространенных наследственных заболеваний, особенно рака груди, яичников или толстой кишки, так же, как и гиперхолестеринемии, АГ, ТГВ, цирроза и СД, может выявить отдельных пациентов с менделевским наследованием этих распространенных заболеваний.
Даже если достоверность информации не очевидна, выяснение семейного анамнеза может стать причиной дальнейшего выявления и документирования семейного анамнеза, а также рассмотрения вопроса о возможности проведения генетического тестирования. Работа врача заключается не просто в выявлении лиц с повышенным риском развития заболевания; некоторые пациенты считают, что они подвержены высокому риску даже при отсутствии подтвержденных факторов риска. В подобных случаях после беседы с врачом и устранения заблуждений генетический анализ не требуется.
Проведение экзомного или геномного секвенирования для диагностики редких заболеваний открыло возможность идентификации лиц с повышенным риском других наследуемых заболеваний. Американский колледж медицинской генетики и геномики рекомендовал исследовательским лабораториям определить перечень генов (в настоящее время насчитывающий 59), для которых идентификация патогенного варианта может привести к существенному снижению риска развития заболевания. При выявлении патогенных вариантов в данных генах рекомендуется информировать пациента, даже если секвенированию подвергается генетический материал ребенка, поскольку выявленный генетический фактор риска может иметь отношение к будущему здоровью ребенка, а также его родителей и других родственников.
в) Сложные мультифокальные заболевания. Понимание генетической предрасположенности к распространенным заболеваниям — одна из важнейших задач современной медицины, которая позволит надеяться на профилактику, диагностику и лечение заболеваний. Этиология этих болезней сложна по той причине, что они являются результатом взаимодействия работы нескольких генов между собой и с факторами окружающей среды. Конкретный набор генов — предрасположенности к данному заболеванию может различаться у разных индивидуумов.
Данная гетерогенность, а также незначительность вклада каждого гена в этиологию заболевания у данного пациента затрудняет выявление данных конкретных генов предрасположенности.
1. Популяционные исследования. Генетический вклад в этиологию распространенного мультифакторного заболевания невозможно определить, используя стандартные генетические подходы, включающие тестирование редких генетических вариантов или проведение генеалогического анализа.
В последнее время основные подходы для выявления вклада генетической составляющей в этиологию распространенных заболеваний были основаны на сравнении частот определенных генетических маркеров в группе пациентов и контрольной группе. Описание миллионов генетических вариантов в геноме, а также быстрое развитие недорогих подходов к их выявлению сделали возможным проведение полногеномных ассоциативных исследований (GWAS) с целью выявления генетических маркеров, ассоциированных с распространенными заболеваниями. Сотни таких ассоциаций были обнаружены либо потому, что сами генетические маркеры способствуют риску, либо по причине того, что они тесно сцеплены с другой генетической последовательностью, которая влияет на развитие заболевания (неравновесное сцепление).
Для большинства заболеваний, однако, исследования GWAS не позволили выявить общий вклад генетической составляющей в заболевание.
2. Оценка генетического риска. Целью оценки генетического риска служит выявление лиц с повышенным риском заболевания до появления признаков или симптомов данного заболевания (рис. ниже). В принципе, генетические факторы можно было бы определять при рождении или в любое время жизни путем анализа образца ДНК. Любым лицам, у которых обнаружен фактор риска, может быть предложена терапия до начала заболевания, чтобы избежать осложнений, или же рекомендовано изменение образа жизни во избежание взаимодействия с факторами окружающей среды, которые могут увеличить риск заболевания.
Полиэтиология заболевания. Человек рождается с генетической предрасположенностью, но в течение некоторого времени остается в досимптомном состоянии до тех пор, пока не произойдут дополнительные события, включая воздействие факторов окружающей среды, которые приведут к превышению порога, определяемого как болезнь. В случаях моногенных заболеваний с высокой пенетрантностью генетическая предрасположенность может быть огромной. В других случаях генетические факторы могут лишь незначительно способствовать риску заболевания
Хотя концепция оценки геномного риска может выглядеть перспективной парадигмой, возникает множество вопросов относительно ее практического применения и реализации. Во-первых, прогностический анализ полезен только в той части, в которой он определяет дальнейшую МП. Разные люди могут по-разному оценивать пользу вмешательств. Это стало уже очевидным, например, при выявлении генетического риска развития такого заболевания, как рак груди. Некоторые женщины из группы риска предпочитают не знать свой статус по наличию мутаций в генах BRCA, потому что варианты, включая наблюдение или профилактическую операцию по удалению груди, для них неприемлемы.
При наличии недорогого, безопасного и эффективного метода лечения, который нейтрализовал бы любой риск, решение о выполнении анализа было бы простым, но суть в том, что существуют разумные доводы за и против проведения анализа. При многих заболеваниях потребуется много времени, чтобы продемонстрировать эффективность любого вмешательства, поскольку между анализом и началом болезни может пройти много лет. В случае невозможности идентификации и отслеживания суррогатных маркеров задача доказать преимущества прогностического анализа в некоторых случаях может потребовать от нескольких лет до десятилетий.
- Прогностическая ценность генетического анализа. Вторая проблема связана с тем, до какой степени генетический анализ может предсказать развитие заболевания. Так, у пациентов с подозрением на генетические заболевания полное секвенирование экзома в настоящее время приводит к постановке диагноза в 25% случаев. Большинство генетических тестов, однако, будут выявлять относительно распространенные полиморфные аллели, которые вносят небольшой вклад в вероятность развития заболевания. Прогностическая ценность этих анализов будет умеренной, возможно, слишком низкой, чтобы побудить человека изменить поведение или начать принимать ЛП.
Ошибочная классификация доброкачественных генетических вариантов в качестве патогенных также может быть проблемой за исключением случаев, когда в качестве сравнения доступны геномы достаточно разнообразных групп бессимптомных индивидуумов. Недавний прогресс в разработке шкал полигенного риска некоторых распространенных заболеваний может привести к повышению способности выявлять лиц с высоким риском.
- Социальные и этические вопросы. Третья проблема связана с социальными и этическими аспектами. Будут ли люди использовать результаты анализа в качестве предлога для продолжения саморазрушающего поведения после получения того, что может быть ложным подтверждением «иммунитета»? Будут ли люди неверно интерпретировать результаты анализа с точки зрения упрощенной трактовки генетического детерминизма, ошибочно полагая, что их будущее предопределено и не оставляет им другого выхода, кроме как идти навстречу своей судьбе? Быстрые темпы технологических изменений поставят под вопрос возможности социальных и правовых систем идти с ними в ногу.
- Геномное тестирование для прямого потребителя. В связи с тем что стоимость геномного тестирования снизилась, некоторые компании предлагают геномное тестирование потребителям напрямую. Несмотря на то что изначально предлагалось тестирование, учитывающее риски распространенных заболеваний, были подняты важные вопросы относительно их клинической валидности и клинической ценности. FDA ввело ограничения на интерпретацию результатов такого тестирования для прямого потребителя. В настоящее время подобное тестирование для прямого потребителя больше направлено на родство, «признаки» (такие как цвет глаз), носительство АуР-заболеваний и некоторые хорошо изученные вызывающие болезнь генетические варианты.
3. Стратификация болезней. Еще одно применение геномики в медпрактике — стратификация болезней. Даже если генетическое тестирование не применяется для выявления пациентов с повышенным риском заболевания, его можно использовать для определения наиболее адекватного лечения клинически диагностированного заболевания. Это часто относится к «прецизионной медицине». В настоящее время проводятся крупные национальные научно-исследовательские работы по выявлению факторов риска заболеваний и соответствующих методов лечения. Наиболее распространенные болезни, такие как АГ и СД, представляют собой симптомокомплексы, которые, вероятно, являются следствием множества причин. Конкретная комбинация причин может различаться у разных пациентов, их проявление отвечать на разные виды лечения.
Например, АД имеет существенный генетический компонент, и выбор гипотензивных ЛП может в конечном итоге определяться генетическим тестированием для определения специфической причины АГ у отдельного пациента. Концепция стратификации болезней особенно хорошо развита при лечении рака, где целевые мультигенные анализы и даже секвенирование генома все чаще используются для направленного лечения. Вероятно, что генетические анализы в перспективе будут сопутствовать многим, если не большинству, решениям о терапии.
4. Фармакогенетическое тестирование. Помимо помощи в подборе наиболее эффективного ЛС, генетическое тестирование может сыграть роль в предотвращении побочных эффектов и в правильной дозировке ЛП. Известно, что многие ЛС являются причиной развития редких побочных эффектов, в некоторых случаях достаточно серьезных, что может приводить к изъятию ЛС из употребления. Некоторые из этих побочных эффектов могут возникать только у лиц, имеющих факторы риска за счет наличия в полиморфном локусе определенного аллеля. Примером может служить ассоциация аллелей некоторых генов, кодирующих натриевые или калиевые каналы, с риском развития аритмии при применении конкретных ЛС.
Всасывание и метаболизм ЛС в значительной степени находятся под генетическим контролем. Известно, что полиморфные варианты в ряде генов приводят к особенно быстрому или медленному метаболизму ЛП, что приводит к дозозависимым побочным действиям или отсутствию эффективности при стандартных дозах (табл. 3). Обнаружение этих генетических вариантов позволило бы персонализировать дозу ЛС в соответствии с паттерном метаболизма, имеющимся у пациента, повышая вероятность эффективности без длительного периода подбора дозы.
Величайшая помощь генетики и геномики медицине может заключаться в способности определять новые мишени для ЛС и разрабатывать новые подходы к лечению. Идентификация генов, способствующих распространенным заболеваниям, раскрывает клеточные механизмы, ведущие к заболеванию. Эти знания дают возможность разработать новые фармацевтические вещества, которые будут более точно воздействовать на физиологические механизмы, что приведет к созданию более эффетивных ЛП с меньшими побочными действиями.
Также могут быть разработаны новые подходы к замене генов или встраиванию генов в клетки в качестве направленных систем доставки лекарств. Лечение распространенных заболеваний, вероятно, повлечет за собой использование подходов, разработанных благодаря геномике, даже в случаях, когда генетическое тестирование не используется для прогнозирования лиц, находящихся в группе риска.
г) Заключение. Большинство практикующих в настоящее время врачей обучались до того, как была открыта последовательность генома человека. И все же в ближайшие годы геномная медицина будет все в большей степени входить в повседневную практику врачей. Независимо от того, оказывают ли они помощь пациенту с редким генетическим заболеванием или пациенту с распространенным заболеванием, которое обычно не считается генетическим, выбор тактики оказания МП будет определяться анализами и методами лечения, которые так или иначе основаны на геномной информации.
д) Контрольные вопросы:
1. У пары есть ребенок с РАС, ему был проведен хромосомный анализ, результат которого в норме. Что из перечисленного ниже рекомендуется для поиска возможной генетической причины?
A. Цитогеномный микроматричный анализ.
B. Флуоресцентная цитологическая гибридизация.
C. Высокоразрешающий бэндинг хромосом.
D. Полноэкзомное секвенирование.
E. Полногеномное секвенирование.
Ответ А. Цитогеномный микроматричный анализ теперь может обнаруживать небольшие изменения числа копий (делеции или дупликации), которые не могут быть обнаружены стандартным цитогенетическим анализом, включая высокоразрешающий бэндинг. (См. Генетический анализ - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше.)
2. Мужчина прошел геномное тестирование для прямого потребителя, и было установлено, что вероятность заболеть СД-2 у него увеличена в 1,2 раза. Что из перечисленного ниже является основанием для этого тестирования?
A. Секвенирование гена, который, как известно, участвует в СД-2.
B. Вариант генотипирования однонуклеотидных полиморфных маркеров.
C. Анализ последовательностей РНК в образце слюны.
D. Полноэкзомное секвенирование.
E. Полногеномное секвенирование.
Ответ В. Геномное тестирование «напрямую к потребителю» в настоящее время основано на генотипировании большого количества вариантов однонуклеотидных полиморфных маркеров. (См. Популяционные исследования - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше.)
3. Женщина просит провести ей генетическое тестирование на риск рака груди. Что из перечисленного ниже может стать фактором риска семейного рака груди и яичников?
А. Употребление табака в анамнезе.
B. Рак груди, диагностированный у сестры в возрасте 40 лет.
C. Рак яичников, диагностированный у матери в возрасте 80 лет.
D. Рак легких в анамнезе у отца.
E. Рак толстой кишки у дяди по материнской линии.
Ответ В. Родственник первой степени родства, имеющий рак груди с ранним началом, может стать фактором риска наследственного рака груди и яичников. (См. Функциональные обязанности врача общей практики.)
4. 40-летний пациент с синдромом Марфана обращается за консультацией по поводу меднаблюдения. Что из следующего представляет наибольший риск для здоровья и можно решить благодаря медицинскому вмешательству?
A. Вывих суставов.
B. Вывих хрусталика.
C. Дилатация корня аорты.
D. Кардиомиопатия.
E. Повреждения кожи.
Ответ С. Дилатация корня аорты и риск расслоения аорты являются наиболее важными рисками, угрожающими жизни людей с синдромом Марфана, и подлежат наблюдению и вмешательству. (См. «Функциональные обязанности врача общей практики» - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше.)
