Гипофосфатазия (ГФ) (код по МКБ-10 - Е83.3) - редкое наследственное прогрессирующее метаболическое заболевание, обусловленное низкой активностью щелочной фосфатазы (ЩФ) в результате мутации в гене ALPL (aLkaLine phosphatase Liver/bone/kidney-type), кодирующем тканевой неспецифический изофермент ЩФ (тнЩФ). Чем раньше начинается заболевание, тем, как правило, тяжелее оно протекает. ГФ с дебютом внутриутробно и в первом полугодии жизни относится к жизнеугрожающим заболеваниям [1, 2].
Предполагается, что первые случаи ГФ были описаны в 1934 г. у сибсов, проживающих в штате Манитоба Канады, однако тогда заболевание трактовалось как "ренальный рахит" [2-4]. Следующее описание ГФ датируется 1948 г. У 3-недельного мальчика наблюдались переломы костей, краниотабес, отставание в росте, выраженное беспокойство, приступы судорог на фоне высокого уровня кальция, нормального/повышенного уровня фосфора и очень низкого уровня ЩФ в крови. Лечение ребенка было безуспешным. Обнаружение резкого снижения активности ЩФ в костях при аутопсии послужило доводом в пользу определения ведущей роли недостаточности ЩФ в развитии данного заболевания [5]. В последующие годы было показано первичное значение дефекта гена ALPL, кодирующего тнЩФ [6].
ГФ относится к редким заболеваниям и встречается преимущественно у представителей европеоидной расы; у афроамериканцев она крайне редка. Частота тяжелых форм ГФ составляет 1 на 100 тыс. живорожденных, согласно педиатрическому реестру Канады, и 1 на 300 тыс., согласно европейской молекулярно-генетической диагностике. Наиболее высокая встречаемость ГФ - в канадской провинции Манитобе, где частота летальных форм достигает 1 на 2500 новорожденных. Нетяжелые формы ГФ встречаются гораздо чаще; частота мутаций гена ALPL, предполагающих развитие нетяжелых форм, составляет 1 на 6370 среди европейского населения, однако только у 4% проявляются клинические симптомы болезни [6-8]. В России распространенность ГФ неизвестна [9].
Роль щелочной фосфатазы и этиопатогенез гипофосфатазии
ЩФ - обширное семейство цинк-содержащих изоферментов, кодируемое четырьмя различными генами. 3 гена, расположенные на 2-й хромосоме, кодируют тканевые специфические изоферменты щелочной фосфатазы: кишечную, плацентарную и зародышевую. Четвертый ген - ALPL, расположенный на коротком плече 1-й хромосомы, кодирует тнЩФ. Ген представляет собой 12 экзонов, состоящих из 50 000 нуклеотидов. К настоящему времени описано более 340 мутаций данного гена, обусловливающих развитие ГФ и ее чрезвычайную клиническую неоднородность. Тип наследования ГФ может быть как аутосомно-доминантным, так и аутосомно-рецессивным. Для большинства случаев тяжелых форм (летальной перинатальной и инфантильной) характерен аутосомно-рецессивный тип наследования. Спорадические мутации считаются крайне редкими [6, 8, 10].
Тканевая неспецифическая ЩФ - семейство изоферментов, которые экспрессируются во всех тканях. Различают костную, печеночную и почечную изоформы тнЩФ, отличающиеся по физико-химическим свойствам вследствие неодинакового посттрансляционного гликозилирования (различия транскрипции экзонов гена ALPL). Хотя наибольшее количество тнЩФ содержится в костях, большое значение этот фермент имеет и в других органах и тканях. В нервной системе тнЩФ (по-видимому, в форме костной изоформы) участвует в метаболизме витамина В6, метаболизме трансмиттеров, передаче нервных импульсов, миелинизации, а на ранних стадиях развития - в нейрональной пролиферации, дифференцировке и миграции. Физиологическое значение тнЩФ в ЦНС, эндотелии, печени, почках и других тканях продолжает оставаться предметом изучения [8, 11-13].
Фермент тнЩФ закреплен на внешней стороне клеточной мембраны с помощью якоря - фосфатидилинозитолгликана, тем самым имея возможность взаимодействовать с субстратами внеклеточного пространства. Фермент осуществляет процесс дефосфорилирования, при котором обязательным кофактором выступают ионы магния. Также высокое содержание тнЩФ отмечается в мембране везикул, которые выделяются из остеобластов и хондроцитов [6, 11, 12, 14]. Под действием фосфолипаз клеточных мембран тнЩФ высвобождается в кровь, где ее уровень и определяется при лабораторном исследовании [8, 11]. Около 95% циркулирующей тнЩФ составляют костная и печеночная формы, при этом у взрослых они распределяются примерно поровну. У детей в период роста уровень тнЩФ повышается в 2-3 раза и более, при этом костная изоформа значительно превалирует и составляет до 80-95% [6, 11, 14, 15].
Минерализация костей невозможна без участия тнЩФ, она происходит в 2 этапа: 1) начальное образование кристаллов гидроксиапатита из кальция и фосфора внутри мембранных везикул остеобластов; 2) разрыв мембранных везикул с высвобождением содержимого в костный матрикс, в котором происходят дальнейший рост и отложение гидроксиапатита. При ГФ нарушается второй этап минерализации. Находясь на мембране остеобласта, тнЩФ дефосфорили-рует неорганический пирофосфат (PPi), освобождающийся при этом неорганический фосфор (Рi) соединяется с кальцием (Ca2+) с образованием гидроксиапатита (рис. 1). Низкая активность фермента при ГФ ведет к внеклеточному накоплению неорганического пирофосфата (РРi), который является ключевым ингибитором формирования гидроксиапатита костного матрикса, т.е. минерализации. Кальций, не использованный для минерализации костного матрикса, накапливается в крови, что приводит, в свою очередь, к гиперкальциемии, гиперкальциурии, нефрокальцинозу, эктопической кальцификации в связках, суставах, глазах [2, 6, 14, 16, 17].
&hide_Cookie=yes)
В настоящее время частично изучена роль тнЩФ в функционировании ЦНС, в частности значение фермента в метаболизме витамина В6 и нейротрансмиттеров. После всасывания в желудочно-кишечном тракте различные формы витамина B6 превращаются в печени в пиридоксаль 5'-фосфат (PLP) - активную форму витамина В6 и основную его циркулирующую форму. Располагаясь на мембране нейрона, тнЩФ дефосфорилирует пиридоксаль 5'-фосфат, превращая его в пиридоксаль (PL), который может пройти внутрь клетки. Пиридоксаль проходит через мембрану нейрона и внутри клетки рефосфорилируется обратно в пиридоксаль 5'-фос-фат, который становится кофактором в реакциях синтеза нейротрансмиттеров - γ-аминомасляной кислоты, допамина, серотонина, адреналина, норадреналина (рис. 2) При тяжелых формах ГФ создается дефицит пиридоксаль 5'-фосфата внутри нейрона, что становится причиной развития витамин B6-зависимых судорог, при этом концентрация пиридоксаль 5'-фосфата в крови, как правило, повышается [2, 6, 11, 13, 14, 18]. Наличие пиридоксин-зависимых судорог ухудшает прогноз заболевания, без фермент-заместительной терапии такие пациенты погибают до 18 мес [4, 19].
&hide_Cookie=yes)
При ГФ часто наблюдается повышение уровня фосфоэтаноламина, компонента фосфатидилинозитолгликанового якоря, в плазме и моче. Предполагают, что фосфоэтаноламин может накапливаться из-за деградации якоря или из-за нарушения его метаболизма в печени, так как для этого требуется пиридоксаль 5'-фосфат [14, 18].
Накопление неорганического пирофосфата, который нарушает кальциево-фосфорный обмен, и расстройства метаболизма витамина В6 обусловливают наиболее выраженные клинические симптомы ГФ (рис. 3).
&hide_Cookie=yes)
Формы гипофосфатазии
ГФ может дебютировать в любом возрасте в зависимости от формы. Описана широкая вариабельность тяжести течения ГФ - от катастрофической деминерализации скелета и антенатальной гибели плода до изолированных зубных проблем у взрослого человека. Чем раньше манифестирует ГФ, тем тяжелее она протекает (за исключением доброкачественной пренатальной формы). Ранее выделяли 5 основных форм ГФ: перинатальную, инфантильную, детскую, взрослую и одонтогипофосфатазию [1, 2, 20]. По мере накопления данных стали выделять дополнительные варианты течения ГФ. Перинатальная форма стала подразделяться на летальную и доброкачественную; инфантильная форма - на раннюю и позднюю; детская - на тяжелую и легкую [6].
Перинатальная форма. Особенности течения
Перинатальная форма проявляется внутриутробно, и, соответственно, клинические признаки определяются уже при рождении ребенка.
Летальная перинатальная форма
До 90% перинатально выявленной ГФ относится к летальной форме. Это самая тяжелая форма ГФ, при которой смертность в отсутствие фермент-заместительной терапии наблюдалась во всех случаях. Большинство новорожденных погибают сразу после рождения или в первые недели жизни, главным образом от дыхательной недостаточности. Описана также антенатальная гибель плода [2, 6, 8, 17, 21]. Согласно исследованию E.C. Leung и соавт. (2013), из 15 пациентов с перинатальной формой ГФ более 9 мес не прожил ни один ребенок; в 13% случаев регистрировалось мертворождение [4].
Основные симптомы у плода диагностируются при антенатальном ультразвуковом исследовании, начиная со II триместра беременности, при этом необходимо проводить дифференциальную диагностику с другими скелетными дисплазиями, прежде всего с несовершенным остеогенезом II типа, а также с кампомелической дисплазией, ахондрогенезом/ гипохондрогенезом.
Для ГФ плода при антенатальном ультразвуковом исследовании характерны [22-27]:
■ многоводие;
■ укорочение и искривление конечностей;
■ чашевидные метафизы, придающие кости Y-образную форму;
■ отставание в росте от гестационного срока;
■ уменьшение эхогенности костей;
■ снижение оссификации грудного отдела позвоночника (гипоэхогенность) с наличием демаркационной линии между оссифицированными и неоссифицированными частями;
■ неоднородная (пятнистая) оссификация позвонков и ребер (эффект исчезновения отдельных ребер и позвонков);
■ шпоры, растущие из середины диафиза локтевой или малоберцовой кости, - патогномоничный признак ГФ [часто не оссифицированы, поэтому могут быть не обнаружены, однако могут выявляться при 3D (объемной) эхографии];
■ уменьшение окружности/объема грудной клетки;
■ короткие и тонкие ребра;
■ мягкий "мембранозный" череп (caput membranaceum - деформация головы при внешнем давлении ультразвуковым датчиком);
■ гиперэхогенный серп мозга;
■ иногда переломы костей.
В отличие от ГФ, для незавершенного остеогенеза более характерны переломы костей, наличие коротких и широких трубчатых костей/ребер; нехарактерны шпоры, чашевидные метафизы, "пятнистая" оссификация и признаки снижения оссификации грудного отдела позвоночника [22, 25].
Подтвердить диагноз ГФ антенатально можно, обнаружив мутацию в гене ALPL с помощью молекулярно-генетических методов диагностики, при кордоцентезе [8, 24].
После рождения состояние ребенка с летальной перинатальной формой ГФ очень тяжелое, обусловленное тяжелейшей дыхательной недостаточностью на фоне выраженной деминерализации скелета, уменьшения объема грудной клетки и мышечной гипотонии, так же характерны пиридоксин-зависимые судороги (табл. 1) [2, 8, 21, 23, 28].
В настоящее время накоплен опыт фермент-заместительной терапии детей с летальной перинатальной формой ГФ, благодаря чему новорожденные могут выживать в течение первого года жизни. Ведение таких пациентов требует значительных усилий, в дальнейшем могут присоединяться другие симптомы: тугоухость, краниосиностоз, трахеобронхомаляция, задержка физического и психомоторного развития [21, 23].
Доброкачественная пренатальная форма
До 1990-х гг. считалось, что выявленная внутриутробно ГФ относится к летальной форме. Однако накопленные к 1999 г. данные показали, что существует доброкачественная пренатальная ГФ, встречающаяся с частотой около 10%. При этом варианте скелетные изменения разной степени тяжести выявляются внутриутробно, но после рождения ребенка заболевание самопроизвольно принимает менее агрессивный характер, охватывая фенотипы -от инфантильной формы до одонтогипофосфатазии.
Нередко скелетные изменения, выявленные во II триместре беременности, имеют положительное обратное развитие уже в течение III триместра [10, 29-31].
При антенатальном ультразвуковом исследовании у детей с доброкачественной пренатальной ГФ диагностировались следующие скелетные изменения: укорочения костей конечностей, их деформация, переломы, остеохондральные шпоры Боудлера (поперечные отростки на длинных костях, часто на малоберцовой), гипоминерализация скелета; при этом обращалось внимание на то, что окружность грудной клетки и живота плода оставалась нормальной [10, 31-33].
После рождения у большинства детей сохранялись выявленные внутриутробно искривления и/или укорочения костей конечностей, что подтверждалось рентгенологически. В единичных случаях отмечено полное исчезновение искривления костей к моменту рождения ребенка. Одним из характерных симптомов у ребенка после рождения являлось углубление на коже в области внутриутробного искривления кости конечности (рис. 4).
Такие кожные ямки относятся к неспецифическим признакам, указывающим на внутриутробное искривление кости конечности [10, 34]. Данный симптом описан более чем у 50% детей с доброкачественной пренатальной ГФ [10].
Интересно отметить, что не обнаружено четкой корреляции между гестационным возрастом появления скелетных изменений плода и тяжестью течения ГФ после рождения ребенка. И хотя выраженная гипоминерализация скелета плода характерна для летальной перинатальной формы, однако в редких случаях она может встречаться и при доброкачественной форме, усложняя различение этих форм на внутриутробном этапе [10, 30, 32].
Для определения прогноза внутриутробно выявленной ГФ в некоторой степени может помочь генетический анализ. Наличие только одного дефектного АLPL-аллеля у плода со скелетными изменениями (доминантный тип наследования) предполагает доброкачественный вариант течения перинатальной формы ГФ. Однако следует учитывать, что наличие двух дефектных АLPL-аллелей (рецессивный тип наследования) не исключает доброкачественного течения перинатальной ГФ [10].
Инфантильная форма
Инфантильная форма манифестирует в первом полугодии жизни ребенка (ранняя инфантильная форма - до 1 мес, поздняя - с 1 до 6 мес). Характерны полиорганные симптомы [1, 2, 6, 8, 35] (табл. 2). Без фермент-заместительной терапии смертность в младенческом периоде достигает 50% [6, 36].
&hide_Cookie=yes)
Лабораторно-инструментальная диагностика
Рентгенологическая диагностика
Для детей с перинатальной и инфантильной формами ГФ характерны неравномерная деминерализация костей, короткие и искривленные трубчатые кости, переломы, истонченные ребра, диафизы укорочены, метафизарные зоны расширены с нечеткими "изъеденными" контурами, эпифизы расширены и содержат так называемые языки просветления, которые проецируются от зон роста в метафизы, ядра окостенения не формируются. Остеохондральные шпоры являются важным признаком перинатальной формы ГФ [2, 8].
Лабораторная диагностика
Основным лабораторным признаком ГФ является снижение уровня ЩФ в крови по отношению к возрастной гендерной норме. Для тяжелых форм ГФ характерно повышение уровня кальция в крови/моче, может также наблюдаться повышение уровня фосфора. Концентрация паратгормона остается нормальной или может снижаться на фоне гиперкальциемии. При возможности в качестве диагностических критериев могут использоваться повышения метаболитов: пиридоксаль 5'-фосфата в крови, фосфоэтаноламина в моче, неорганического пирофосфата -в крови/моче. Однако исследование 2 последних маркеров доступно только в специализированных научных лабораториях [2, 6].
Дифференциальная диагностика ГФ у детей первых месяцев жизни проводится прежде всего с несовершенным остеогенезом, витамин D-дефицитным и гипофосфатемическим рахитом [1, 2]. У недоношенных детей может потребоваться дифференциальная диагностика с метаболической болезнью костей (остеопенией недоношенных).
От всех вышеназванных заболеваний ГФ отличает снижение уровня ЩФ в крови. Однако до настоящего времени основной проблемой при интерпретации показателя ЩФ остается недостаточное знание о нормальных референсных значениях ЩФ в зависимости от гестационного и постнатального возраста ребенка, а также частое отсутствие нижней границы референтного интервала активности ЩФ. Также существование различных тест-систем мешает установлению единых референсных значений для уровня ЩФ.
Молекулярно-генетическая диагностика
Диагностика ГФ основывается на сочетании анамнестических, характерных клинических, рентгенологических и лабораторных признаков. Молекулярно-генетическая диагностика с секвенированием гена ALPL и обнаружением характерных мутаций является важным дополнением к диагностике [8, 9]. Однако ее отсутствие или отсутствие мутаций в гене ALPL не является препятствием для установления диагноза [8].
Лечение
Единственной патогенетической терапией тяжелых форм ГФ является фермент-заместительная терапия рекомбинантной щелочной фосфатазой - асфотазой альфа. Показано значимое улучшение минерализации костей, улучшение дыхательной функции и показателей роста у детей с ранними формами ГФ. Выживаемость в группе пациентов с перинатальной и инфантильной формами ГФ, получавших фермент-заместительную терапию, в сравнении с группой исторического контроля составила 95 против 42% на первом году жизни и 84 против 27% в течение 5 лет [8, 17, 21, 23, 36]. В России также появился опыт успешной фермент-заместительной терапии инфантильной формы ГФ [35]. Симптоматическая терапия включает респираторную поддержку (искусственную вентиляцию легких, в том числе высокочастотную осцилляторную вентиляцию легких, дотацию кислорода, трахеостомию), лечение легочной гипертензии (ингаляция оксида азота), при пиридоксин-зависимых судорогах - введение высоких доз пиридоксина. На фоне лечения асфотазой альфа усиливаются процессы минерализации костей, что может вести к гипокальциемии и, соответственно, требует дополнительного назначения препаратов кальция; также может потребоваться дотация невысоких доз витамина D при его доказанном дефиците [2, 17, 23].
В отсутствие патогенетического лечения назначение препаратов кальция, фосфора и высоких доз витамина D ухудшает течение ГФ [1, 2, 6]. В связи с этим очевидна необходимость своевременной корректной диагностики ГФ и проведения дифференциальной диагностики с другими заболеваниями, протекающими с поражением скелета.