В области современной клинической гематологии идет интенсивный поиск маркеров предрасположенности, ранней диагностики и прогноза течения гематологических и, в первую очередь, онкогематологических заболеваний. В основе развития злокачественных заболеваний системы крови лежит наследственная предрасположенность, которая ассоциируется с генетическими факторами организма. Именно генетически детерминированные характеристики являются устойчивыми и представляют наибольшую прогностическую ценность в клиническом аспекте. Раскрытие механизмов лейкемогенеза и роли генетических факторов в этом процессе является одной из приоритетных задач современной гематологии. Существуют различные схемы лейкемогенеза, отражающие последовательность молекулярных событий, приводящих к возникновению опухоли. Для острых лейкемий предложена модель «генетического груза»: развитию опухоли предшествует накопление в геноме мутаций, повышающих пролиферативный потенциал клетки и/или блокирующих механизмы апоптоза. Этот «генетический груз» может неопределенно долгое время компенсироваться функционированием системы генов-супрессоров опухолевого роста. Последующие мутации в генах-супрессорах или делеции интактных аллелей протоонкогенов приводят к интенсивной пролиферации бластных клеток. Кроме того, накапливающиеся в геноме нарушения могут повлечь за собой качественные изменения в молекулярных механизмах регуляции основных процессов, происходящих в клетке, что также может привести к индукции опухолевого процесса. Малигнизация нормальной клетки является результатом каскадного накопления определенных изменений в ее генетическом материале. Нарушения в структуре генов могут происходить без видимых воздействий. Каждую секунду в организме человека происходит деление около 25 млн. клеток. Этот процесс находится под строгим контролем, осуществляемым комплексом молекулярных систем в определенных органах и в точное время. Все возникающие нарушения фиксируются и устраняются системами репарации клеточного генома. Однако в некоторых случаях восстановление нормальной структуры измененного гена может не состояться, кодируемый белковый продукт и его свойства изменяются. Если эта аномалия имеет принципиальный характер и затрагивает ключевые гены (потенциальные онкогены), то становится возможной трансформация клетки.

К генетическим детерминантам клетки, вовлеченным в канцерогенез, относятся протоонкогены – нормальные клеточные гены, участвующие в ключевых процессах жизнедеятельности клетки, регуляции ее транскрипции, роста, клеточного цикла, в передаче сигнала и т. д. В случае структурных изменений или при повышении уровня экспрессии протоонкогенов нарушается контроль нормального клеточного роста и дифференцировки, что приводит к трансформации клетки. Существуют два основных механизма нарушения функции протоонкогенов в лейкемических клетках:

  • аберрации, приводящие к структурным изменениям протоонкогена и формированию гибридных (химерных) генов. В результате таких аберраций происходят качественные изменения белков, приобретающих онкогенную активность;
  • генетические перестройки, сопровождающиеся переносом протоонкогена в область генов иммуноглобулина (Ig) или генов рецептора Т-лимфоцитов (TCR). Данные аберрации, характерные для зрелой В- и Т-клеточной острой лимфобластной лейкемии, приводят к состыковке кодирующих последовательностей протоонкогена с сильными промоторами генов TCR или Ig, следствием чего является повышение уровня экспрессии протоонкогена.

В настоящее время известно более 200 различных протоонкогенов, изменения структуры или гиперэкспрессия которых приводят к продукции дефектных онкобелков. Это, в свою очередь, нарушает взаимосвязь белков-партнеров, что, в конечном счете, ведет к трансформации клетки.

Таким образом, каждая нормальная клетка содержит набор протоонкогенов, необходимых для нормальной жизнедеятельности клетки и выполняющих множество разнообразных функций. Под воздействием определенных факторов изменяется генетическая программа клеток, и они начинают бесконтрольно делиться; при этом в образовавшейся опухоли удается выявить определенные изменения либо в структуре одного (или нескольких) протоонкогенов, либо в изменении их локализации, либо в увеличении числа копий (амплификации), либо в увеличении экспрессии, либо в появлении мутаций.

В геноме человека протоонкогены локализованы практически на всех хромосомах. Многие из них располагаются в участках хромосом, претерпевающих неслучайные изменения при злокачественных новообразованиях. Оказалось, что ранние перестройки хромосом являются важным условием для активации латентных онкогенов генома при их транспозиции в новое генетическое окружение. Так, наблюдавшиеся при лейкемиях нарушения в хромосомах 6, 8, 9, 15, 17, 20, 22 интересны с той точки зрения, что именно в этих хромосомах локализуются клеточные протоонкогены, которым отводится большая роль в процессах малигнизации. При транслокации могут происходить изменения положения клеточных онкогенов с последующим повышением их экспрессии. Отмеченные в ряде случаев моносомии или трисомии этих хромосом также могут играть роль в малигнизации в результате изменения соотношения нормальных и мутировавших онкогенов в клетке. Возможно, что при трисомиях появляются дополнительные копии генов и увеличивается доза активированного онкогена – онкоген многократно реплицируется, и в клетке оказывается увеличенным число его копий, что ведет как к малигнизации, так и к прогрессии.

К генетическим детерминантам клетки относятся также гены-супрессоры (антионкогены) – гены, кодирующие ключевые регуляторные белки, потеря которых влечет за собой нарушения контроля пролиферации. Наряду с активацией онкогенов, нарушения работы генов-супрессоров опухоли являются решающими в инициации туморогенных процессов, влияя на прохождение клеточного цикла, регулируя дифференцировку и программированную гибель клеток (апоптоз).

Структурные и функциональные изменения в онкосупрессорах, как и в онкогенах, могут быть следствием точечных мутаций в кодирующих и регуляторных областях гена, вставок или делеций, вызывающих нарушения процесса считывания белков, изменение их конфигурации или модуляцию белковой экспрессии.

С расшифровкой генома в 2006 г. и завершением программы «геном человека» интерес гематологов к изучению генетических механизмов развития гематологической патологии значительно возрос. Использование в клинической практике современных высокотехнологичных молекулярно-генетических методов позволило расшифровать генетические механизмы лейкемогенеза, этиопатогенеза различных заболеваний системы крови и кроветворных органов. Спектр гематологических заболеваний широк и включает в себя анемии (талассемии, серповидно-клеточная анемия); геморрагические диатезы, включающие коагулопатии (гемофилия, болезнь Виллебранда), нарушения гемостаза (геморрагический васкулит), тромбоцитопении, тромбоцитопатии и гемобластозы (хроническая лимфоцитарная лейкемия).

Большинство гематологических заболеваний являются моногенными, поэтому генетическое тестирование является важным не только для медико-генетического консультирования, но и для диагностики, дифференциальной диагностики гематологических заболеваний, а также их лечения.

Гемофилия

Одним из наиболее известных моногенных гематологических заболеваний является гемофилия, часто называемая болезнью королей. Гемофилия A является наследственным заболеванием крови и характеризуется дефицитом белка свертывания крови, известного как Фактор VIII, который приводит к аномальному кровотечению. Вызывается данное заболевание мутацией гена HEMA на X-хромосоме. Ген HEMA кодирует фактор VIII, который синтезируется, главным образом, в печени и является одним из многих факторов, вовлеченных в процесс свертывания крови. В настоящее время широко дискутируется вопрос о целесообразности применения генной терапии в лечении гемофилии.

Серповидно-клеточная анемия (СКА)

Это гемоглобинопатия, которая характеризуется эпизодическими болями, хронической гемолитической анемией и тяжелыми инфекциями, обычно начинающимися в детстве. СКА наследуется по аутосомно-рецессивному типу и вызывается точечной мутацией в гене гемоглобина бета (НВВ). Эта мутация приводит к продукции гемоглобина со структурными дефектами – HbS. Гемоглобин является протеином, переносящим кислород. При определенных условиях, например, при низком содержании кислорода или высоком содержании гемоглобина, у гомозиготных носителей HbS эритроциты приобретают серповидную форму, что приводит к блокировке небольших кровяных сосудов, развитию болевого синдрома и травмированию внутренних органов.

Талассемия

Заболевание вызывается наследственным дефектным синтезом гемоглобина, количественной гемоглобинопатией. Зрелый гемоглобин состоит из двух a- и двух b-полипептидных цепей. Существуют две копии гена a-гемоглобина (HBA1 и HBA2), каждая их которых кодирует a-цепь. Ген бета-гемоглобина (HBB) кодирует b-цепь. При a-талассемии в результате мутаций в генах HBA1 и HBA2 нарушается синтез a-цепи, избыток b-цепи недостаточно связывает кислород, приводя к низкой концентрации его в тканях (гипоксемия). Аналогично при b-талассемии нарушается синтез b-цепей. Однако, избыток a-цепи может привести к формированию нерастворимых частиц в эритроцитах. Эти частицы приводят к гибели эритроцитов и их предшественников, вызывая развитие тяжелой формы анемии. В связи с интенсивным удалением в селезенке поврежденных эритроцитов, развивается спленомегалия. Делеции в генах HBA1 и/или HBA2 являются причиной большинства случаев a-талассемии и определяют тяжесть клинических проявлений заболевания. Потеря одного или двух генов обычно является бессимптомной, в то время как потеря всех четырех генов является фатальной для будущего ребенка. В гене HBB насчитывается более 100 мутаций, однако делеции при этом редки. Тяжесть клинических проявлений заболевания зависит от локализации мутации; так, сплайсинг-мутации и мутации в области промотора HBB гена приводят к сокращению, а не полному отсутствию цепей b-глобина и, как результат, – к более благоприятному течению заболевания. Нонсенс-мутации и мутации со сдвигом рамки считывания приводят к отсутствию продукции цепей b-глобина, что обусловливает тяжелое течение болезни. В настоящее время оценивается потенциал генотерапии для лечения данного заболевания.

Гемоглобинопатия С

Гемоглобинопатия С характеризуется нарушением синтеза нормального Нb с образованием аномального глобина (НbС) вследствие мутации в гене НВВ. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. НbС имеет в своем составе аномальный глобин, что понижает кислородосвязывающую функцию Нb и нарушает пластичность эритроцитов, в результате у гомозигот формируются серповидноклеточные эритроциты.

Гемоглобинопатия E

Гемоглобинопатия Е характеризуется нарушением синтеза нормального Нb с образованием аномального глобина (НbЕ) вследствие мутации G79A в гене НВВ. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Мутация вызывает аномальный сплайсинг некоторых молекул транскрипта, что препятствует трансляции полученной мРНК. Это приводит к выраженному дефициту бета-цепей глобина и напоминает бета-талассемию. При гетерозиготной форме гемоглобинопатии Е наблюдаются легкая микроцитарная гипохромная анемия и наличие мишеневидных эритроцитов. Гомозиготная форма также протекает сравнительно легко, с резко выраженным микроцитозом, обычно без спленомегалии. У смешанных гетерозигот (HbE-, tnf-талассемия) болезнь протекает тяжелее, наблюдается спленомегалия.

Анемия Фанкони

Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно и проявляется анемией, лейкоцитопенией и тромбоцитопенией, а также ломкостью хромосом и повышенной чувствительностью к химическим мутагенам. Характерны стигмы дизэмбриогенеза и предрасположенность к развитию злокачественных новообразований. Исследования выявили несколько различных генов (FANCB, FANCC, BRCA2, FANCD2, FANCE, FANCF, XRCC9, FANCI, BRIP1, PHF9, FANCM, PALB2, RAD51C и SLX4), мутации которых обуславливают анемию Фанкони. Один из генетических вариантов заболевания – тип С – обусловлен мутацией гена FANCC, участвующего в ответе клетки на повреждение ДНК.

Болезнь фон Виллебранда

Это нарушение свертывания крови вследствие недостаточной активности фактора фон Виллебранда – гликопротеида, который находится в плазме в виде смеси олигомеров и обеспечивает прочную связь тромбоцитов с субэндотелием сосудов; служит переносчиком одного их важнейших факторов свертывания – фактора VIII. Умеренное снижение уровня фактора фон Виллебранда или его высокомолекулярных олигомеров в плазме нарушает адгезию тромбоцитов и приводит к кровоточивости. Все типы болезни (кроме типа III) наследуются аутосомно-доминантно, причем все больные гетерозиготны.

Болезнь фон Виллебранда 2 типа (нормандская) далее делится на подтипы 2A, 2B, 2M и 2N. Мутантные белки при типах заболевания 2A, 2B и 2M имеют дефекты взаимодействия с тромбоцитами, тогда как мутантный белок при типе 2N имеет дефект связывания с F8. При 2 типе болезни фон Виллебранда уровень фактора близок к норме, но его активность снижена. При типе 2a существует дефицит высоко- и среднемолекулярных олигомеров фактора фон Виллебранда. Это связано с неспособностью секретировать высокомолекулярные олигомеры или с их разрушением в кровотоке. Мутации приводят к изменению небольшого участка молекулы в домене A-2. Уровни антигена фактора фон Виллебранда и связанного с ним фактора VIII обычно нормальны. При типе 2b уровень высокомолекулярных олигомеров тоже снижен, но обусловлено это избыточным связыванием фактора фон Виллебранда с тромбоцитами. Образующиеся агрегаты тромбоцитов быстро удаляются из кровотока, что приводит к легкой циклической тромбоцитопении. 3 тип болезни (самый редкий и тяжелый) наследуется аутосомно-рецессивно. Чаще всего оба родителя страдают легкой формой первого типа болезни. Больные с 3 типом заболевания могут быть как гомозиготами, так и смешанными гетерозиготами (то есть унаследовать от родителей разные дефекты). Характерны тяжелые кровотечения слизистых и отсутствие антигена или активности фактора фон Виллебранда; снижение активности фактора VIII иногда приводит к гемартрозам, подобно легким формам гемофилии. Описаны семьи с делециями больших участков гена фактора фон Виллебранда.

Дефицит прекалликреина (фактора Флетчера)

Заболевание вызвано мутациями в гене KLKB1, который кодирует калликреин плазмы крови (под воздействием калликреина плазмы на кининогены образуется брадикинин). Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Мутации в гене KLKB1 приводят к длительному активированному частичному тромбопластиновому времени, что свидетельствует о нарушении коагуляции. Болезнь может протекать бессимптомно или, в редких случаях, наблюдаются тромботические осложнения и повторяющиеся невынашивания беременности.

Дефицит протромбина (коагуляционного фактора II)

Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно и встречается крайне редко. Вызывается мутациями в гене F2, которые приводят к двум основным типам заболевания: тип 1 известен как истинный дефицит протромбина или «гипопротромбинемия» и характеризуется пониженным содержанием протромбина в крови, составляющим 10% от нормы с сопутствующим снижением активности. У таких пациентов, начиная с момента рождения, наблюдаются тяжелые кровотечения, включая пуповинные кровотечения, гематомы, кровоподтеки, гематурию, кровотечения слизистых оболочек, гемартрозы, внутримозговое кровоизлияние, желудочно-кишечное кровотечение и меноррагию. Второй тип известен как «диспротромбинемия» и характеризуется синтезом дисфункционального протеина от нормального до пониженного. Симптомы кровотечений различны и зависят от количества оставшейся функциональной активности белка. У гетерозиготных носителей мутантных аллелей с уровнем протромбина в плазме 40–60% от нормы обычно отсутствует клиническая симптоматика, но у них могут возникать кровотечения при хирургическом вмешательстве и повышенная кровоточивость десен при чистке зубов, что подчеркивает важность диагностики носительства данных мутаций.

Rh-null синдром

Синдром вызван мутациями в гене RHAG, кодирующем связанный с резус-группой гликопротеин, который является аммонийтранспортирующим белком. Мутации в данном гене приводят к полному отсутствию Rh-антигенов, что выражается в анемии, снижении выживаемости эритроцитов, повышенной хрупкости эритроцитов, стоматоцитов и повышенному уровню фетального гемоглобина.

Врожденная амегакариоцитарная тромбоцитопения

Это редкий вид тромбоцитопении, связанный с поражением мегакариоцитопоэза, не поддающийся терапии иммуноглобулинами, стероидами и циклоспорином. Данное заболевание проявляется в младенчестве и вызывается мутациями в гене вируса миелопролиферативной лейкемии (MPL), которые ведут к возникновению двух типов заболевания. 1 тип вызывается нонсенс-мутациями и характеризуется полной потерей рецептора тромбопоэтина (полипептидного гормона, обеспечивающего созревание предшественников мегакариоцитов), что приводит к более тяжелым проявлениям – раннему началу тяжелой панцитопении, снижению активности костного мозга и очень низкому числу тромбоцитов. Второй тип вызывается нонсенс-мутациями, приводящими к снижению активности белка, и характеризуется более мягкими проявлениями с переходными увеличениями количества тромбоцитов до почти нормальных показателей в течение первого года жизни и недостаточностью костного мозга в 3-летнем возрасте и позже.

Наследственный сфероцитоз

Наследственный сфероцитоз объединяет группу заболеваний, которые характеризуются присутствием шаровидных эритроцитов (сфероцитов) в мазке крови и проявляются в виде анемии, желтухи, спленомегалии. На сегодняшний день описано пять типов наследственного сфероцитоза, которые вызваны мутациями в генах ANK1, SPTB, SPTBA, SLC4A1 и EPB42, кодирующими белки цитоскелета эритроцитов, преимущественно те, которые связывают цитоскелет с мембраной. В результате теряется часть мембраны эритроцита, уменьшается отношение площади поверхности к объему, и эритроцит превращается в микросфероцит. В большинстве случаев заболевание наследуется аутосомно-доминантно.

Хроническая лимфоцитарная лейкемия (ХЛЛ)

Заболевание характеризуется избыточной пролиферацией бластных форм лимфоидного ростка кроветворения, а клинически проявляется гиперплазией лимфатических узлов и селезенки. ХЛЛ редко встречается у азиатов, что свидетельствует о том, что в развитии болезни определенную роль играет генетический фактор. Наиболее распространенной формой ХЛЛ, составляющей почти три четверти всех случаев ХЛЛ, является В-клеточная лейкемия (В-лимфоцитарная лейкемия). Примерно в 1/3 случаев выявляются транслокации между одним из генов Т-клеточного рецептора и рядом онкогенов. Также, в 25% случаев обнаруживаются дефекты в регуляторной области гена TAL-I, участвующего в контроле гематопоэтического роста. Для зрелых В-клеточных лимфом характерна клональная перестройка генов иммуноглобулинов. При возникновении лимфомы на постфолликулярной стадии развития В-клеток также определяются мутации вариабельной области (гены V-области). В опухолях, развивающихся на стадии формирования центра размножения фолликулов, в В-клетках отмечаются продолжающиеся мутации генов V-области. Анализ генов иммуноглобулинов является надежным методом идентификации и дифференциации зрелых В-клеточных лимфом. Отсутствие соматических мутаций в вариабельном регионе генов тяжелой цепи иммуноглобулинов (IgVH) или наличие гена VH3.21 совпадает с менее благоприятным вариантом ХЛЛ. Экспрессия генов LAG3, LPL, ZAP-70 коррелирует с немутантным статусом IgVH и указывает на сокращение промежутка времени между сроком установления диагноза и началом специфической терапии. На предрасположенность к ХЛЛ указывают также дефекты в гене IRF4 – транскрипционном факторе, необходимом для развития клеток Т-хелперов (Th2), IL17-продуцирующих Th17 клеток и IL9-продуцирующих Th9 клеток. IRF4 ген априори является важным геном предрасположенности к ХЛЛ, поскольку является ключевым регулятором развития и пролиферации лимфоцитов. Кроме того, выявлено влияние полиморфизмов в генах серин/треонин протеинкиназы D2 (PKD2) и ядерного протеина SP140. Полиморфизмы гена TP53 также имеют неблагоприятный эффект. Определение статуса TP53 играет важную роль при прогнозировании чувствительности пациентов к некоторым лекарственным препаратам. Повышенная экспрессия в клетках пациентов с ХЛЛ антиапоптотического белка Mcl-1 семейства Bcl-2 ассоциируется с резистентностью к флударабину и хлорамбуцилу, а также со снижением выживаемости без прогрессии при терапии пентостатином, циклофосфамидом и ритуксимабом, что в совокупности указывает на возможную неэффективность стандартной химио- и химиоиммунотерапии.

Таким образом, возможность «обуздания» генетических секретов каждого из пациентов создает платформу для уникальной коррекции здоровья в противовес устранению отдельных симптомов заболевания. Четкая информация, полученная благодаря генетической диагностике, дает ключ к пониманию того, почему некоторые виды терапии оказываются неэффективными, а некоторые способы терапевтического воздействия являются наиболее подходящими.

Генетическое тестирование в любом возрасте, задолго до начала самого заболевания, позволяет не только идентифицировать уникальные особенности генотипа каждого человека, его генетическую индивидуальность, но и выявить предрасположенность к различным заболеваниям для своевременного проведения индивидуализированных профилактических мероприятий, направленных на предупреждение развития болезни. Именно генетические аспекты (изучение полиморфизма генов, ответственных за развитие и течение болезней крови) являются приоритетными в изучении гематологических заболеваний в настоящее время. Перспективными направлениями генетики в гематологии являются индивидуализированный подбор лекарственных препаратов на основании генетических маркеров, а также генно-инженерные методы лечения наследственной патологии системы крови.

Внедрение современных методов ДНК-тестирования в клиническую практику позволяет получить информацию о возможном риске развития у человека мультифакториальной патологии, а врач, принимая во внимание результаты молекулярно-генетического анализа, – разработать тактику упреждающей терапии предполагаемого заболевания, что позволит снизить заболеваемость, инвалидность и смертность населения. ДНК-тестирование с использованием современных молекулярно-генетических методов позволяет выявлять существующие пока только в геноме маркеры генетической предрасположенности к развитию гематологической патологии, сформировать группы «повышенного риска» по онкогематологическим заболеваниям с целью минимизации риска их развития.

Изучение генетической предрасположенности к гематологическим заболеваниям позволит лучше понять причины и механизмы развития патологического процесса, объяснить его разнообразие. Результаты ДНК-тестирования позволят разработать мероприятия по профилактике и своевременной диагностике заболеваний системы крови, будут способствовать разработке новых подходов к их лечению.