а) Анеуплоидия и полиплоидия. Число хромосом в клетках человека кратно 23 (n=23). Гаплоидная клетка (n) имеет 23 хромосомы (обычно в яйцеклетке/сперматозоиде). Клетки, содержащие количество хромосом, кратное 23 (46, 69, 92 у человека), называют эуплоидными. Полиплоидные клетки — это эуплоидные клетки с более чем нормальным диплоидным числом 46 (2n) хромосом: 3n, 4n.
Полиплоидные зачатия обычно нежизнеспособны, но присутствие мозаицизма с кариотипически нормальной клеточной линией может обусловливать выживание. Мозаицизм — это наличие >2 клеточных линий у одного человека. Полиплоидия — частая патология, наблюдаемая при потере беременности в I триместре. Триплоидные клетки — клетки с тремя гаплоидными наборами хромосом (3n), которые жизнеспособны только в мозаичной форме. Новорожденные с триплоидией могут родиться живыми, но не живут долго. Триплоидия часто является результатом оплодотворения яйцеклетки двумя спермиями (диспермия).
Сбой одного из мейотических делений, приводящий к диплоидной яйцеклетке/сперматозоиду, также может привести к триплоидии. Фенотип триплоидного зачатия зависит от происхождения лишнего набора хромосом. Если дополнительный набор имеет отцовское происхождение, это приводит к частичному пузырному заносу (чрезмерный рост плаценты) с плохим эмбриональным развитием, но триплоидные зачатия с дополнительным набором материнских хромосом приводят к тяжелой эмбриональной ограниченности с небольшой фиброзной плацентой (недостаточное развитие плаценты), которая обычно прерывается самопроизвольно.
Аномальные клетки, которые не содержат кратное гаплоидное число хромосом, называются анеуплоидными клетками. Анеуплоидия — наиболее распространенный и клинически значимый тип хромосомной патологии человека, встречающийся как минимум в 3-4% всех клинически подтвержденных беременностей. Моносомия возникает, когда только одна копия (вместо нормальных двух копий) данной хромосомы присутствует в диплоидной клетке. У человека большинство аутосомных моносомий являются смертельными на раннем этапе развития, и выживание возможно в мозаичных формах / посредством «спасения хромосомы» (восстановления нормального числа путем дублирования одной моносомной хромосомы).
Исключение из этого правила — моносомия по Х-хромосоме (45,X), наблюдаемая при синдроме Тернера; считается, что большинство из эмбрионов 45,X теряются на ранних сроках беременности по пока еще не объяснимым причинам.
Наиболее частая причина анеуплоидии — нерасхождение: неспособность хромосом нормально разъединяться во время мейоза (см. рис. ниже). Нерасхождение может происходить во время мейоза I / мейоза II / митоза, хотя наиболее часто при анеуплоидиях (напр., синдром Дауна, трисомия 18) нерасхождение происходит в материнском мейозе I. После мейотического нерасхождения полученная гамета либо лишена хромосомы, либо имеет две копии вместо одной нормальной, что приводит к моносомной/ трисомной зиготе соответственно.
Образование мозаицизма: А — постзиготическое нерасхождение у изначально нормального продукта зачатия. В этом примере одна клеточная линия (моносомная 21) впоследствии утеряна с образованием окончательного кариотипа 46,N/47,+21; В — постзиготное нерасхождение в первоначально 46,XX продукте зачатия, в результате возникает мозаицизм 45,Х/46,ХХ/47,ХХХ; C — постзиготная задержка анафазы у первоначально 47,+21 продукта зачатия
Трисомия характеризуется наличием трех хромосом вместо любой из нормальных хромосомных пар. Трисомия — наиболее частая форма анеуплоидии. Трисомия может возникать во всех клетках / быть мозаичной. Большинство людей с трисомией демонстрируют устойчивый и специфический фенотип в зависимости от вовлеченной хромосомы.
FISH — это метод, который можно использовать для быстрой диагностики при пренатальном выявлении распространенных анеуплоидий плода, включая хромосомы 13, 18 и 21, а также половые хромосомы (см. рис. ниже). Прямое обнаружение внеклеточной ДНК плода из материнской плазмы для трисомии плода является безопасным и высокоэффективным скрининговым тестом на анеуплоидию плода. Наиболее распространенными числовыми хромосомными аномалиями у живорожденных детей являются трисомия 21 (синдром Дауна), трисомия 18 (синдром Эдвардса), трисомия 13 (синдром Патау) и такие анеуплоидии половых хромосом, как синдром Тернера (обычно 45,X), синдром Клайнфельтера (47,XXY), 47,XXX и 47,XYY. Самый распространенный тип трисомии у живорожденных детей — трисомия 21 (47,XX,+21/47,XY, +21) (см. табл. 1).
А — FISH-анализ интерфазных клеток периферической крови пациента с синдромом Дауна с использованием специфичного зонда для хромосомы 21. Три красных сигнала обозначают наличие трех хромосом 21; В — FISH-анализ препарата метафазных хромосом от клинически здорового человека, с использованием полнохромосомного зонда, специфичного для хромосомы 5. Обе хромосомы 5 полностью окрашены (желтым цветом) по всей своей длине; C — FISH на метафазных клетках с использованием зонда к уникальной последовательности, который гибридизируется с геном эластина на хромосоме 7q11.23, в пределах критического участка генома, ответственного за развитие синдрома Вильямса. Эластиновый зонд помечен красным, а контрольный зонд на хромосоме 7 помечен зеленым. На рисунке слева изображена нормальная гибридизация с хромосомой 7, с двумя сигналами для области эластина и двумя для контрольного зонда. На рисунке справа: справа показана нормальная хромосома с сигналами контроля и эластина, а слева — делеция хромосомы 7, о чем свидетельствует единственный сигнал контрольного зонда. Это изображение принадлежит пациенту с делецией генетического материала из области, ответственной за развитие синдрома Вильямса; D — FISH в интерфазных клетках с использованием ДНК-зондов, которые гибридизуются с повторяющимися последовательностями α-сателлитов в перицентромерной области половых хромосом. Слева: интерфазные клетки с двумя сигналами, один из которых отмечен красным для Х-хромосомы и зеленым для Y-хромосомы, что соответствует нормальному набору мужских хромосом. Справа: интерфазная клетка, показывающая два красных сигнала для Х-хромосомы, соответствующие нормальному набору женских хромосом
Трисомия 18 и трисомия 13 встречаются относительно реже и сопровождаются характерными врожденными аномалиями и тяжелой умственной отсталостью (табл. 3). Риск возникновения трисомии 21 и др. трисомий ↑ с увеличением возраста матери (>35 лет). Из-за этого повышенного риска женщинам в возрасте >35 лет на момент родов следует предложить генетическое консультирование и пренатальную диагностику (включая скрининг сыворотки, УЗИ и определение внеклеточной ДНК плода, амниоцентез/забор проб ворсинок хориона).
б) Синдром Дауна. Трисомия 21 — наиболее распространенная генетическая причина умственной отсталости. Общая заболеваемость синдромом Дауна среди живорожденных младенцев составляет 1:733; частота при зачатии более чем в два раза выше; разница объясняется потерями плода во время беременности на ранних сроках. Помимо когнитивных нарушений, синдром Дауна связан с врожденными аномалиями и характерными дисморфическими особенностями (рис. 1, 2, табл. 4). Несмотря на вариабельность клинических симптомов, совокупность фенотипических признаков довольно последовательна и позволяет клинически распознавать трисомию 21. Затронутые заболеванием люди более склонны к ВПС (50%), таким как дефекты атриовентрикулярной перегородки, ДМЖП, изолированные ДМПП, ОАП и тетрада Фалло.
Рисунок 1. А — лицо ребенка с синдромом Дауна; В — кариотип мужчины с трисомией 21 при синдроме Дауна. Этот кариотип показывает 47 хромосом вместо 46 с дополнительной хромосомой в паре 21
Рисунок 2. Широкий передний отдел стопы, увеличение расстояния между первой и второй плюсневыми костями у ребенка с синдромом Дауна в возрасте 1 мес.
Легочные осложнения включают рецидивирующие респираторные инфекции, нарушение дыхания во сне, ларинго-/трахеобронхомаляции, трахеальный бронх, легочную гипертензию и БА. Часто наблюдаются врожденные и приобретенные желудочно-кишечные аномалии (целиакия) и гипотиреоз (табл. 5). Среди др. наблюдаемых аномалий — мегакариобластный лейкоз, иммунная дисфункция, СД, судороги, алопеция, ЮИА, а также проблемы со слухом и зрением. Деменция, подобная болезни Альцгеймера, является частым осложнением, которое возникает уже после 30 лет и встречается в 2-3 раза чаще, чем спорадическая болезнь Альцгеймера. Большинство мужчин с синдромом Дауна бесплодны, но некоторые женщины смогли воспроизвести потомство с 50%-й вероятностью беременности с трисомией 21. Два гена (DYRK1A, DSCR1) в предполагаемой критической области хромосомы 21 могут являться мишенью для терапии.
Задержка развития наблюдается у всех пациентов (табл. 6, 7, рис. 3). Когнитивные нарушения неодинаково распространяются на все области развития. Социальное развитие часто бывает относительно щадящим, но может возникнуть РАС. Дети с синдромом Дауна испытывают значительные трудности с выразительностью речи. Понимание сильных сторон и проблем индивидуального развития необходимо для максимизации учебного процесса. Программы, направленные на когнитивное обучение, стимуляцию, развитие и образование, во многих случаях доказали свою результативность для пациентов с синдромом Дауна. Детям с синдромом Дауна также показано упреждающее консультирование, которое определяет протокол для скрининга, обследования и ухода за пациентами с генетическими синдромами и хроническими заболеваниями (табл. 8).
Рисунок 3. Область, заштрихованная желтым, обозначает диапазон интеллектуальных функций большинства детей с синдромом Дауна.
До 15% детей с синдромом Дауна имеют смещение I шейного позвонка (С1), что подвергает их риску травмы спинного мозга в результате перерастяжения / чрезмерного сгибания шеи.
Всемирная организация «Специальная Олимпиада» (Special Olympics) рекомендует занятия спортом и тренировки, но требует предварительного рентгенологического обследования (вид полного разгибания и сгибания) шеи перед такими упражнениями, при которых существует вероятность перерастяжения, радикального сгибания / давления на шею / верхнюю часть позвоночника. К таким видам спорта относятся прыжки в воду, в плавании — баттерфляй и ныряние, пятиборье, прыжки в высоту, конный спорт, гимнастика, футбол, горные лыжи и упражнения на разминку, создающие нагрузку на голову и шею. Пациенты с диагнозом «атлантоаксиальная нестабильность» получают разрешение на участие в Специальной Олимпиаде в случае получения запроса от родителей/опекунов, и только после получения письменного свидетельства от врача и признания риска родителем/опекуном.
По сравнению с общей популяцией дети с синдромом Дауна подвергаются повышенному риску поведенческих проблем; риск сопутствующих психических расстройств в этой группе оценивается в 18-38%. Общие поведенческие трудности, возникающие у детей с синдромом Дауна, включают невнимательность, упрямство и потребность в рутине и однотипности. Агрессивное и самоповреждающее поведение встречается в этой группе пациентов реже, чем у детей с аналогичной степенью умственной отсталости др. этиологии. Все эти формы поведения могут отвечать на образовательные, поведенческие/фармакологические вмешательства.
Средняя продолжительность жизни больных с синдромом Дауна сокращена и составляет 50-55 лет. Однако проспективной информации о вторичных мед. проблемах взрослых с синдромом Дауна собрано мало. Ретроспективные исследования показали преждевременное старение и повышенный риск возникновения болезни Альцгеймера у взрослых с синдромом Дауна. Эти исследования также обнаружили неожиданные негативные (защитные) ассоциации между синдромом Дауна и сопутствующими заболеваниями. Смертность от солидных опухолей и ИБС среди пациентов с синдромом Дауна меньше ожидаемой. В этом же исследовании сообщается о повышенном риске смертности от ВПС, судорожных припадков и лейкозов у взрослых.
По результатам одного крупного исследования, лейкозы составляли 60% всех случаев ЗНО у пациентов с синдромом Дауна и 97% всех случаев ЗНО у детей с синдромом Дауна. Риск возникновения солидных опухолей ниже во всех возрастных группах с синдромом Дауна, включая нейробластомы и нефробластомы у детей и эпителиальные опухоли у взрослых.
Большинство взрослых с синдромом Дауна могут заниматься повседневными делами. Однако большинство из них сталкивается с трудностями при принятии сложных финансовых, юридических/мед. решений, и поэтому им м.б. назначен опекун.
Риск рождения ребенка с трисомией 21 наиболее высок у женщин, которые забеременели в возрасте >35 лет. Несмотря на то что более молодые женщины подвержены риску в меньшей степени, они составляют половину всех матерей с младенцами с синдромом Дауна из-за более высокой общей рождаемости. Всем женщинам следует предложить скрининг на синдром Дауна во II триместре беременности, состоящий из четырех тестов материнской сыворотки (свободный β-ХГЧ, неконъюгированный эстриол, ингибин и АФП), так называемый четверной тест. Он может обнаружить <80% беременностей с синдромом Дауна против 70% при тройном скрининге. Оба теста имеют 5% л/п-результатов. Скрининг в I триместре включает измерение воротникового пространства (индекс NT), который может проводиться отдельно/совместно с анализом β-ХГЧ материнской сыворотки и ассоциированным с беременностью белком плазмы А (РАРР-А).
В I триместре один только индекс NT может выявить <70% беременностей с синдромом Дауна, но с применением β-ХГЧ и РАРР-А частота выявления ↑ до 87%. Если скрининг I и II триместра совместить с определением индекса NT и биохимических профилей (интегрированный скрининг), частота обнаружения возрастет до 95%. Если проводится только четверной скрининг в I триместре, в качестве последующего наблюдения во II триместре рекомендуется измерять уровень АФП в сыворотке крови матери (который снижается при беременностях плодом с синдромом Дауна)*.
P.S. * В РФ пренатальный скрининг на болезнь Дауна проводится по другой схеме, определенной приказом МЗ РФ от 20.10.2020 № 1130н «Об утверждении Порядка оказания медицинской помощи по профилю “Акушерство и гинекология”». Основным является скрининг I триместра, во II триместре используют комбинацию белков ХГЧ и АФП. Анализ фетальной ДНК входит в стандарты оказания МП и используется в качестве дополнительного метода по желанию женщины в ряде коммерческих клиник.
Обнаружение внеклеточной ДНК плода в материнской плазме также является средством диагностики и заменяет обычные скрининги в I и II триместрах. Неинвазивное обнаружение трисомии 21 плода путем анализа внеклеточной ДНК плода в сыворотке крови матери является важным шагом вперед в пренатальной диагностике синдрома Дауна. Секвенирование ДНК следующего поколения снизило стоимость этой процедуры, которая имеет высокую степень точности (98% обнаружения) и применимости. Пренатальный скрининг также эффективен для др. трисомий, хотя частота выявления может отличаться от таковой для синдрома Дауна. Современные тесты могут обнаруживать микроделеции, включая синдром делеции 22q11.2, синдром Ангельмана, делецию, обусловливающую синдром Прадера Вилли, синдром «кошачьего крика», синдром Вильямса и синдром делеции 1р36.3.
Следует помнить, что возможность неинвазивного пренатального тестирования на основе бесклеточных ДНК, особенно при микроделециях, следует рассматривать лишь для скрининговых тестов, для окончательного диагноза необходимо проведение последующих инвазивных тестов (напр., амниоцентез).
В 95% случаев синдрома Дауна существует три копии хромосомы 21. В 97% случаев избыточная хромосома 21 имеет материнское происхождение и возникает в результате ошибок в мейозе. Большинство из них происходит в материнском мейозе I (90%). Примерно 1% пациентов с трисомией 21 — «мозаики», у которых часть клеток содержит 46 хромосом, оставшиеся 4% больных имеют транслокацию, которая затрагивает хромосому 21. Большинство транслокаций при синдроме Дауна — так называемые робертсоновские транслокации, возникающие при слиянии центромер между хромосомами 13, 14, 15, 21 и 22. Транслокации могут возникать de novo / быть унаследованными.
Очень редко синдром Дауна диагностируется у пациента, у которого только часть длинного плеча хромосомы 21 представлена в трех экземплярах (частичная трисомия). Изохромосомы и кольцевые хромосомы — другие, более редкие причины трисомии 21. Реже всего встречаются пациенты с синдромом Дауна без видимых хромосомных аномалий. Практически невозможно различить фенотипы пациентов с полной трисомией 21 и с транслокацией. Репрезентативные гены на хромосоме 21 и их потенциальное влияние на развитие указаны в табл. 9. Пациенты с мозаицизмом, как правило, имеют более мягкий фенотип.
Хромосомный анализ показан каждому человеку с подозрением на синдром Дауна. При выявлении транслокации м.б. предложено провести исследование кариотипа родителей, чтобы определить, является ли один из родителей носителем транслокации, что несет в себе высокий риск повторного рождения больного ребенка. Другие члены семьи этого родителя м.б. также подвержены риску. Носители транслокации (21;21) имеют 100%-й риск повторного случая рождения ребенка с хромосомными аномалиями, а носители таких робертсоновских транслокаций, как t(14;21), имеют 5-7%-й повторный риск при передаче от женщин. Дисбаланс дозировки гена прямо и косвенно влияет на фенотип синдрома Дауна и его фенотипические вариации.
Таблицы 10 и 11 предоставляют дополнительную информацию о др. анеуплоидиях и частичных аутосомных анеуплоидиях (рис. 11-14).
Рисунок 4. Внешний вид ребенка с трисомией 13
Рисунок 5. Трисомия 18: наложение пальцев и гипоплазия ногтей
Рисунок 7. Младенец мужского пола с трисомией 18 в возрасте 4 дней. Обратите внимание на выступающий затылок, микрогнатию, низко посаженные уши, короткую грудину, узкий таз, выступающую пяточную кость и патологический изгиб пальцев
