Врожденный дефицит белков сурфактанта
РезюмеВ обзоре на основании данных современной литературы представлены сведения о биологии, физиологии и метаболизме сурфактанта, идентифицированных в настоящее время врожденных дефектах сурфактантных протеинов В, С, АВСА3. Приведена характеристика генетики, патофизиологии, клинической манифестации и терапии врожденных дефицитов сурфактанта. Описаны морфологическая и имидждиагностика, а также исходы данных заболеваний.
Неонатология: новости, мнения, обучение. 2014. № 1. С. 80-90.
Сурфактант представляет сложную смесь фосфолипидов, нейтральных липидов и специфических сурфактант-ассоциированных белков. Компоненты сурфактанта секретируются альвеолоцитами II типа, расположенными в дистальных отделах дыхательных путей, накапливаются во внутриклеточных органеллах под названием ламеллярные тельца, и выделяются из клетки путем экзоцитоза. Сурфактант покрывает внутреннюю поверхность альвеол и терминальных бронхиол в виде монослоя липидов с низкой сжимаемостью и высоким давлением растекания, противодействуя направленной внутрь просвета силе поверхностного натяжения [1]. Сурфактант способен снижать поверхностное натяжение на конечном этапе выдоха, что уменьшает количество жидкости в альвеолах, препятствует коллабированию альвеол, формированию ателектазов и развитию вентиляционноперфузионного несоответствия [2, 3].
Существует несколько заболеваний, в патогенезе которых основная роль принадлежит качественным и количественным аномалиям сурфактанта. Дефицит сурфактанта связан в первую очередь с дефектами его образования из-за незрелости легочной ткани. В этом случае дефицит сурфактанта приводит к развитию респираторного дистресс-синдрома новорожденных (РДСН), наблюдающегося у недоношенных детей. Заместительная терапия сурфактантом в настоящее время является стандартом лечения детей с РДСН. Она привела к улучшению показателей заболеваемости и смертности недоношенных новорожденных с РДСН. Хотя причинно-следственная связь между дефицитом сурфактанта и развитием РДСН впервые была обнаружена более 50 лет назад [2], исследования, проведенные в XXI в., показали, что дефицит сурфактанта может возникнуть в результате нарушения одного гена, которое изменяет процесс образования сурфактанта и его метаболизм. В отличие от недоношенных детей с РДСН, дети с такой патологией рождаются, как правило, доношенными и имеют более тяжелое течение заболевания, часто со смертельным исходом. Полагают, что частота выявления врожденных дефектов сурфактантных протеинов у недоношенных детей отражает популяционную частоту недоношенности. В условиях современной интенсивной терапии новорожденных дети с такими генетическими аномалиями могут жить в течение многих месяцев, но им часто требуются длительная искусственная вентиляция легких (ИВЛ), поддерживающая терапия, затрачивающая значительные медицинские ресурсы. Кроме того, легкие формы этих заболеваний могут быть патогенетической основой для некоторых форм интерстициальных заболеваний легких (ИЗЛ) у детей старшего возраста и взрослых [4].
В тяжелых случаях РДСН переходит в бронхолегочную дисплазию (БЛД). Этот процесс характеризуется сохранением повышенной проницаемости легочного эпителия, свойственной для РДСН [5], вследствие чего происходит абсорбция альвеолярного транссудата/экссудата через альвеолярную стенку с последующим развитием интерстициального фиброза.
Для трансформации РДСН в БЛД большое значение имеет персистирующая недостаточность сурфактанта у новорожденных с данным хроническим заболеванием легких. Степень выраженности фибропластических процессов при БЛД обратно пропорциональна степени угнетения активности сурфактанта и нарушения содержания различных фpакций фосфолипидов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа [6]. J.D. Merrill и соавт. (2004), исследовав 247 трахеальных аспиратов 68 длительно вентилируемых недоношенных новорожденных, выявили снижение количества сурфактантных белков А, В и С (SP-A, SP-B, SP-C) на 50, 80 и 72% соответственно [7].
Частичное снижение SP-B у пациентов с БЛД ассоциируется с развитием дыхательной недостаточности во время легочного повреждения и инфекции [8]. Доказана связь между тяжестью БЛД и минимальным поверхностным натяжением [9], обнаружено значительное снижение уровня фосфатидилхолина сурфактанта в бронхоальвеолярном лаваже у детей, развивших в последующем БЛД по сравнению с недоношенными детьми без респираторной патологии [10].
Генетические заболевания, связанные с мутациями генов сурфактантных белков, встречаются редко, а возможности для лечения таких детей в настоящее время ограничены. Очень важно, чтобы врачи своевременно выявляли данную патологию, ставили точный диагноз и информировали должным образом родителей о прогнозе и рисках данного заболевания. С научной и практической точки зрения, изучение патофизиологии этих расстройств потенциально обеспечивает как понимание нормального метаболизма сурфактанта, так и выявление генетических механизмов, способствующих развитию дефицита сурфактанта при таком распространенном заболевании, как РДСН. В данном обзоре представлены существующие на данный момент знания о клинических и лабораторных исследованиях, относящихся к трем признанным в настоящее время генетическим заболеваниям, которые связаны с изменением метаболизма сурфактанта и приводят к возникновению острых и хронических заболеваний легких. Вполне вероятно, что дополнительные генетические механизмы развития заболеваний легких у новорожденных и детей старшего возраста вскоре будут найдены, учитывая последние научные достижения в области развития легких и метаболизма сурфактанта в совокупности с имеющимися данными о геноме человека [4].
Белок сурфактанта в и его наследственный дефицит
Сурфактантный протеин В представляет небольшой гидрофобной белок, состоящий из 79 аминокислот и образующий около 2% массы сурфактанта [11]. Данный белок связывается с фосфолипидами и направляется в ламеллярные тельца. Он способствует поверхностной адсорбции липидов и усиливает способность фосфолипидов сурфактанта снижать поверхностное натяжение в альвеолах [12]. Кроме того, SP-B необходим для формирования трубчатого миелина [13].
SP-B кодируется одним геном, который охватывает около 10 000 пар оснований на 2-й хромосоме человека, содержащий 11 экзонов. Ген транскрибируется в 2000 пар нуклеотидов матричной РНК (мРНК), которая транслируется на 381 аминокислоту препропротеинов. Первые 23 аминокислоты содержат сигнальный пептид, который удаляется посредством трансляции. Остальные пропротеины (Pro-SP-B) проходят несколько этапов протеолитической обработки до формирования зрелых пептидов, которые соответствуют экзонам 6 и 7 [14]. Ген SP-B экспрессируется также в нереснитчатых бронхиолярных эпителиальных клетках, хотя только альвеолоциты II типа могут полностью преобразовывать про-SP-B в зрелый SP-B [15].
Дефицит SP-B наследуется по аутосомнорецессивному типу, возникает у детей, имеющих мутацию обоих аллелей. Наиболее распространенная мутация включает в себя 2 базовые вставки в кодон 121 (121ins2), в результате чего возникает мутация со сдвигом рамки считывания и преждевременный стоп-кодон. Мутация 121ins2 составляет примерно 2/3 мутантных аллелей, выявленных на сегодняшний день. Она была найдена в основном у лиц из Северной Европы. Были идентифицированы также более 20 других мутаций гена SP-B [16-19]. Большинство этих мутаций уникальны для конкретных семей, что ограничивает чувствительность генетического тестирования, хотя несколько мутаций были выявлены более чем в одной несвязанной родственными связями семье определенных этнических групп. Среди них мутации 122 delT (ливанское происхождение), c.479G>T (франко-канадское), R295X (испанское), и 1043ins3 (азиатское) [16].
Частичный дефицит SP-B, связанный с мутациями, при которых Pro-SP-B не может быть эффективно преобразован в зрелый SP-B, приводит к снижению, но не к отсутствию SP-B. Данный вариант дефицита сопровождается более длительной выживаемостью. Полный дефицит SP-B является смертельным [20, 21]. Этот факт позволяет предположить, что существует критический уровень SP-B, необходимый для нормального функционирования легких. Этот довод подтверждается экспериментами с генетически модифицированными мышами [22].
В легочной ткани детей с дефицитом SP-B присутствуют неспецифические изменения в виде интерстициального фиброза и гиперплазии альвеолоцитов II типа. Морфологическая картина альвеолярного протеиноза, выявленная в легких у первых пациентов с диагностированным дефицитом SP-B в 1987 г., не является универсальной. Гистопатология альвеолярного протеиноза может быть не только результатом дефицита SP-B, но и результатом генной мутации SP-C и дефицита ABCA3, а последние исследования показали, что генные мутации SP-B наблюдались у меньшей части детей с гистологически подтвержденным альвеолярным протеинозом [18].
Дефицит SP-B впоследствии был признан основной причиной болезни легких более чем у 75 детей и 50 семей во всем мире [16-28]. Заболевшие дети, как правило, рождались доношенными, у них отмечались симптомы и признаки дефицита сурфактанта, а рентгенограммы грудной клетки напоминали рентгенограммы недоношенных детей с РДСН (рис. 1 В, С) [29, 30].
Первичное заболевание легких с дефицитом SP-B протекает весьма тяжело и проявляется некорригируемой дыхательной недостаточностью, осложняющейся легочной гипертензией. Дети часто нуждаются в высокочастотной ИВЛ, ингаляционном введении оксида азота, и даже в экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО). Тем не менее у некоторых детей имеет место "светлый промежуток" - им не требуется проведения ИВЛ от нескольких дней до нескольких недель. Однако заболевание прогрессирует, все перечисленные методы лечения неэффективны, смерть обычно наступает в результате гипоксической дыхательной недостаточности через 3-6 мес, даже при проведении максимальной медицинской помощи. Преходящее улучшение может возникнуть при применении системных стероидов или экзогенного сурфактанта [30].
Интересно, что у младенцев и животных с дефицитом SP-B имеются вторичные изменения в метаболизме других компонентов сурфактанта, что указывает на роль SP-B в снижении поверхностного натяжения в альвеолах. Эти вторичные изменения включают наличие аномальных ламеллярных телец и накопление аномальных SP-C пептидов [31, 32]. Зрелые SP-C также являются производными протеолиза белков-предшественников (Pro-SP-C). Окончательные этапы формирования зрелых SP-C происходят в ламеллярных тельцах, однако при дефиците SP-B ламеллярные тельца неправильно сформированы, в них определяются рыхлые пластинки и вакуольные включения, они имеют вид мультивезикулярных или сложных телец (рис. 2) [33-35]. Следовательно, возникают аномалии образования SP-C. Блок процессинга SP-C может привести к развитию дефицита зрелого белка у детей с дефицитом SP-B, так как частично преобразованные пептиды ProSP-C недостаточно функционально активны [36].
Показатель заболеваемости врожденным дефицитом SP-B составляет 1:1 000 000. Частота мутации 121ins2 - примерно 1 на 1000 человек в США [37]. Вместе с тем относительная частота заболевания в других странах может быть различной. В 2-х недавних исследованиях дефицит SP-B стал причиной возникновения заболеваний легких у 12-18% обследованных доношенных новорожденных с заболеваниями легких неясной этиологии [18, 38].
Диагноз врожденного дефицита SP-B должен рассматриваться у родившихся в срок детей с клиническими или рентгенологическими признаками дефицита сурфактанта, состояние которых не улучшается после 7-10-го дня жизни, или когда присутствует семейный анамнез тяжелых заболеваний легких у новорожденных. Диагноз подтверждается выявлением мутации гена SP-B по обоим аллелям [39]. Исследование легочной ткани посредством электронной микроскопии (рис. 2 D) может быть полезно для постановки диагноза, но оно обычно не выполняется [35]. По данным B. Newman и соавт. (2001), при проведении высокоразрешающей компьютерной томографии (ВРКТ) органов грудной клетки у детей с дефицитом SP-B наиболее часто обнаруживаются изменения, характерные для альвеолярного протеиноза: диффузные уплотнения по типу "матового стекла", утолщение междольковых перегородок, что придает легким вид "булыжной мостовой". Кроме того, на некоторых снимках визуализируется умеренная "туманность" (рис. 3) [40].
Практически все дети с дефицитом SP-B умирают во время первого года жизни. Традиционные лечебные вмешательства могут поддерживать функцию внутренних органов в течение ограниченного времени (от недель до месяцев). Заместительная терапия препаратами сурфактанта неэффективна при данной патологии. Трансплантация легких может быть единственным эффективным методом лечения, но предтрансплантационная, трансплантационная и пострансплантационная медицинская и хирургическая помощь является высокоспециализированной, и доступна она только в детских центрах трансплантации легких. Таким образом, решение о выполнении трансплантации должно приниматься очень быстро. 5-летняя выживаемость пациентов с дефицитом SP-B после трансплантации составляет примерно 50%, что соответствует показателю выживаемости при других причинах трансплантации легких. Анти-SP-B антитела могут образовываться, но они не оказывают влияния на трансплантат [41].
Белок сурфактанта с и его наследственный дефицит
Сурфактантный протеин С (SP-C) состоит из 35 аминокислот, является чрезвычайно гидрофобным белком, кодируется одним геном (SFTPC), который охватывает примерно 3000 пар нуклеотидов 8-й хромосомы человека. Этот ген содержит 6 экзонов, транскрибируется мРНК, состоящей из 900 тыс. пар нуклеотидов. Эта мРНК имеет альтернативный сплайсинг в начале 5-го экзона. Таким образом, после трансляции образуются пропротеины, состоящие либо из 191, либо из 197 аминокислот. Посттрансляционные модификации включают пальмитизацию (присоединение длинных жирных кислот) цистеина, при этом происходит образование зрелого пептида SP-C, который является протеолипидом [42-44].
)
)
Как SP-C, так и SP-B дополняет функцию сурфактантных фосфолипидов в снижении поверхностного натяжения и присутствует в препаратах экзогенного сурфактанта, использующихся для лечения новорожденных с РДСН [12, 14]. В то время как дефицит SP-B обычно приводит к неонатальным заболеваниям легких с быстрым развитием смертельного исхода, проявления аномалий, связанных с нарушениями SP-C, гораздо более разнообразны.
Впервые аномалии гена SP-C были выявлены у ребенка, чья наследственность по поводу ИЗЛ была изучена в течение трех поколений. Она характеризовалась наличием десквамативного интерстициального пневмонита, наследовавшегося по аутосомно-доминантному типу. У ребенка не было нарушений со стороны органов дыхания при рождении, но из-за такого семейного анамнеза его состояние тщательно контролировалось. В возрасте трех месяцев у ребенка появились респираторные симптомы (цианоз, кашель) и изменения в рентгенологической картине органов грудной клетки, в связи с чем была проведена биопсия легких. При гистологическом исследовании легочной ткани был обнаружен неспецифический интерстициальный пневмонит, или хронический пневмонит раннего детского возраста (CPI). Зрелых SP-C в легочной ткани выявить не удалось, а анализ последовательности ДНК гена SP-C показал замену первого нуклеотида в интроне IV SP-C гена, которая привела к пропуску экзона и укорочению пропротеина. Та же мутация была выявлена у матери ребенка, у которой, как и у ребенка, был снижен уровень экспрессии Pro-SP-C, выявленный иммуногистохимическим методом. Мутация была выявлена только в одном аллеле гена SP-С [45, 46]. Так как заболевание характеризуется аутосомно-доминантным типом наследования, сложно объяснить отсутствие зрелых SP-C в легочной ткани ребенка [47]. Доминантное отрицательное влияние аномального Pro-SP-C на образование SP-C могло бы объяснить отсутствие зрелых SP-C. Исследования, в которых Pro-SP-C, содержащий эту мутацию, был экспрессирован в различных клеточных линиях in vitro, подтвердили существование этого механизма, так как аномальный Pro-SP-C не был преобразован в зрелый SP-C, не направлялся надлежащим образом в клетки и быстро разрушался [48, 49].
)
На рис. 4 представлена морфологическая картина легких при врожденном дефиците SP-C.
Последующие исследования подтвердили и расширили данные о связи генетических аномалий SP-C и заболеваний легких. A.Q. Thomas и соавт. (2002) сообщили о наблюдении семьи, в 5 поколениях которой имелись случаи семейного легочного фиброза, связанного с SP-C миссенсмутацией (L188Q) [50]. У членов этой семьи легочная патология характеризовалась гетерогенностью и включала как неспецифический интерстициальный пневмонит, так и обычный интерстициальный пневмонит (у пациентов более старшего возраста). Кроме того, отмечалась тяжелая клиническая картина заболеваний с манифестацией в возрасте от рождения до 60 лет, однако встречалось и бессимптомное течение у взрослых больных с мутацией с неполной пенетрантностью. И генетическая связь, и наблюдения клеточной токсичности в связи с экспрессией мутации в клеточной линии in vitro поддерживают теорию причинно-следственной связи возникновения мутации и легочного заболевания. A. Havmas и соавт. (2004) сообщили о ребенке без семейного анамнеза легочных заболеваний, который перенес трансплантацию легких по поводу прогрессирующего ИЗЛ, ассоциированного с хроническим пневмонитом раннего детского возраста.
У этого ребенка, очевидно, была мутация de novo гена SP-C, в результате которой возникла делеция трех аминокислот в Pro-SP-C [51]. Также сообщалось о спорадическом заболевании легких с проявлениями альвеолярного протеиноза у ребенка с миссенс-мутацией SP-C (173T) [52]. Мутация 173Т была также обнаружена у нескольких других неродственных детей с наличием и семейного анамнеза, и спорадических ИЗЛ. Кроме того, на аллелях SP-C, повидимому, существовала генетическая предрасположенность к тому, что этот участок гена SP-C может стать "горячей точкой" для мутации [53]. Легочные заболевания, связанные с мутацией SP-C, могут, таким образом, иметь аутосомно-доминантное наследование с неполной пенетрантностью. В случае отсутствия семейного анамнеза они могут быть связаны с мутациями de novo в сочетании с разнообразной манифестацией симптомов поражения легких, прежде всего с разными вариантами ИЗЛ. Заболеваемость и распространенность легочной патологии, связанной с генными мутациями SP-C, неизвестна.
Патофизиология легочных заболеваний в результате мутации SP-C сложна и не до конца изучена. Недостаток зрелых SP-C, предположительно возникающий из-за подавления образования SP-C, вероятно, вносит свой вклад в развитие болезней легких. У мышей, которые не в состоянии производить SP-C за счет прицельной инактивации гена SP-C, постепенно по мере их взросления развиваются эмфизема и интерстициальное воспаление легочной ткани [54]. Так как у таких мышей с дефицитом SP-C наблюдается недостаток сурфактанта, их легкие нестабильны при малых легочных объемах, а дефицит SP-C может привести к систематическому появлению ателектазов, с последующим развитием хронического заболевания легких [55]. Однако фенотип SP-C нулевых мышей является штамм-зависимым. Предполагается, что генымодификаторы могут играть важную роль в развитии SPCдефицитных заболеваний легких. Пока не существует данных о заболеваниях легких человека, являющихся результатом нулевой мутации по обоим аллелям гена SP-C. Тем не менее наблюдались пациенты с наследственными ИЗЛ, связанными со значительным снижением выраженности SP-C в легочной ткани и отсутствием SP-C по данным бронхоальвеолярного лаважа, но без мутаций гена SP-C [56]. Эти наблюдения подтвердили роль дефицита SP-C в патогенезе ИЗЛ и выявили, что есть и другие гены, помимо SFTPC, мутации которых могут результироваться дефицитом SP-C (так называемая локусная или генетическая гетерогенность).
Кроме того, мутации SP-C могут стать причиной заболевания легких из-за токсичности аномального ProSP-C (механизм токсического усиления функции). Все мутации SP-C, связанные с заболеваниями легких у людей, которые были выявлены на сегодняшний день, могли бы стать результатом образования аномального пропротеина, у которого, вероятно, неправильно формируется третичная структура [57]. Гидрофобные эпитопы неправильно свернувшихся препротеинов могут оказывать прямое токсическое действие на эпителий легочной ткани, особенно если они образуются в достаточном количестве и не могут быть быстро разрушены. Этот механизм подтверждается исследованиями in vitro, экспериментами на животных, а также данными пациентов с мутацией SP-C. Остаток Pro-SP-C, кодируемых экзоном 4 (в соответствии с эффектом мутации, выявленной в исследуемых семьях), был идентифицирован в легочных эпителиальных клеточных линиях. Он накапливался в виде перинуклеарных скоплений, в то время как нормальный Pro-SP-C располагался в цитоплазматических гранулах [48]. В других экспериментах на трансгенных мышах, у которых была экспрессирована нехватка ProSP-C экзона 4, были выявлены значительные нарушения развития легких, что коррелировало с уровнем аномальной трансгенной экспрессии, которая поддерживала потенциальные токсические эффекты мутаций SP-C. Тяжелые нарушения в развитии легких у этих животных также предполагают наличие механизма, посредством которого мутации SP-C могут вызвать раннее начало серьезных заболеваний легких, наблюдающихся у некоторых детей с мутациями SP-C [49]. Аномальные перинуклеарные скопления Pro-SP-C, выявляемые иммунофлюоресцентными методами, наряду с интенсивным иммуногистохимическим окрашиванием Pro-SP-C, наблюдались в исследуемой легочной ткани детей с различными типами мутаций SP-C, что доказывало наличие механизма токсического действия аномального Pro-SP-C [51]. Количество SP-B в жидкости бронхоальвеолярного лаважа, полученной во время трансплантации легких ребенка с врожденным дефицитом SP-C, было заметно снижено по сравнению с контрольными образцами, что свидетельствует о глобальных нарушениях метаболизма сурфактанта. Эти наблюдения показывают, что патофизиология заболеваний легких, связанных с мутацией SР-C, является сложной. Различные типы мутаций обусловливают возникновение определенных особенностей, т.е. выявляется некоторая клиническая неоднородность.
У детей и взрослых при заболеваниях, связанных с мутацией SP-C, наблюдаются такие клинические проявления, как хронические респираторные симптомы (учащенное дыхание, кашель, цианоз). Систематический анализ клинических и лабораторных особенностей заболеваний легких, связанных с SP-C, в настоящее время недоступен. Возраст начала заболевания разный, у некоторых детей сразу же после рождения развивается РДСН с типичной рентгенологической картиной (рис.1 А), у других - оно может протекать бессимптомно вплоть до совершеннолетия [29, 57]. У некоторых детей легочные заболевания вызываются или усугубляются вирусными инфекциями [50]. Диагноз должен быть заподозрен у детей с прогрессивными формами ИЗЛ, особенно при наличии таких результатов биопсии, как десквамативный интерстициальный пневмонит (DIP), хронический пневмонит раннего детского возраста или неспецифический интерстициальный пневмонит. По данным M. Mechri и соавт. (2010), при проведении ВРКТ органов грудной клетки у детей с дефицитом SP-C наиболее часто обнаруживаются уплотнения по типу "матового стекла". Помимо этого могут быть выявлены участки консолидации легочной ткани, утолщение междольковых перегородок, периацинарная эмфизема, а также кистозные изменения (рис. 5) [58].
В настоящее время нет специфической терапии для пациентов с мутацией SP-C. Лечение включает кортикостероиды и гидроксихлорохин, но эффективность этих препаратов при заболеваниях легких, связанных с мутацией SP-C, неизвестна; подобрать лечение сложно из-за естественной вариабельности течения заболевания. Частым результатом мутации является неправильное свертывание белков сурфактанта, которые либо быстро разрушаются, либо накапливаются на пути секреции. Методы лечения, направленные на улучшение упаковки белка и его выведение, могут быть полезными для пациентов с мутацией SP-C. Однако если препарат увеличивает образование Pro-SP-C, который не полностью выводится и накапливается внутриклеточно, такое лечение может усугубить токсичность аномального Pro-SP-C [47, 59, 60].
Дефицит abca3
ABCA3 принадлежит к семейству АТФ-связывающих кассетных белков (ABC-белков). Это большая группа трансмембранных белков, функцией которых является транспорт веществ через биологические мембраны. Ген ABCA3 расположен на 16-й хромосоме и содержит 33 экзона. Ген кодирует 1704 аминокислоты белка, преимущественно экспрессирующегося в легочной ткани, хотя он может присутствовать и в ряде других органов, включая почки, кишечник, щитовидную железу и мозг [37]. Экспрессия ABCA3 может регулироваться в процессе развития, она увеличивается на поздних сроках гестации у крыс, а также при введении глюкокортикостероидов [59, 60]. В легких ABCA3 присутствует преимущественно в альвеолоцитах II типа, а именно на базальной мембране ламеллярных телец [60, 60]. Функция ABCA3 неизвестна, но, так как другие ABCбелки участвуют в транспорте липидов, экспрессия АВСА3 в легких и локализация в альвеолоцитах II типа позволяют сделать предположение, что он играет важную роль в метаболизме сурфактанта. Гипотеза состоит в том, что АВСА3 либо транспортирует липиды, необходимые для функционирования сурфактанта в ламеллярные тельца, либо транспортирует липиды, отрицательно влияющие на функцию сурфактанта, из этих органелл. Мутации в различных генах, кодирующих другие ABC-белки, были связаны с большим количеством разнообразных генетических заболеваний человека [62]. Учитывая потенциальную роль в метаболизме сурфактанта, вероятнее всего предположить, что ABCA3 вносит свой вклад в развитие неонатальных заболеваний легких, связанных с дефицитом сурфактанта.
Дефицит ABCA3 был признан причиной заболевания у 16 из 21 новорожденного с клиническими и рентгенологическими признаками тяжелого неонатального дефицита сурфактанта и с выявленными патологическими мутациями [37]. Группы исследуемых детей были тщательно отобраны, у большинства детей наблюдались случаи тяжелых неонатальных заболеваний легких у членов семьи и/или родственников, таким образом, делая наиболее вероятным генетический механизм легочной патологии. Гистологическое исследование легочной ткани 9 детей продемонстрировало результаты, подобные тем, что наблюдались у пациентов с мутацией SP-B или SP-C: накопление белковоподобного материала, заполняющего альвеолы (альвеолярной протеиноз), скопление в них пенистых макрофагов с различной выраженностью интерстициальных утолщений (DIP, CPI). Аномалии генов SP-B и SP-C при этом были исключены сочетанием экспрессии белков и генетических исследований.
Клинически дети с дефицитом ABCA3 были похожи на детей с дефицитом SP-B. 15 из 16 детей умерли в первые 3 мес жизни. Выявленные мутации были разбросаны по всему гену, присутствовали бессмысленные (нонсенс-) мутации, мутации со сдвигом рамки считывания, а также миссенс-мутации. Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Частых мутаций не выявлено, хотя дети из близкородственных браков были гомозиготны по мутации, обнаруженной в их семье. У 1 ребенка с длительной выживаемостью были выявлены миссенс-мутация на одном аллеле и неизвестная мутация в другом, что позволило предположить, что некоторые аллели могут быть ассоциированы с более легкими заболеваниями. Так как в 1-й группе детей, отобранных для анализа, часто возникали смертельные исходы, зависимость дефицита ABCA3 и хронических болезней легких требует дальнейшего изучения [37]. Рентгенологическая картина врожденного дефицита АВСА3 приведена на рис. 1 D. По данным M. Mechri и соавт. (2010), при проведении ВРКТ органов грудной клетки у детей с данной патологией обнаруживаются уплотнения по типу "матового стекла", кистозные изменения, участки консолидации легочной ткани, утолщение междольковых перегородок (рис. 5) [58].
)
)
ABCA3 локализуется в ламеллярных тельцах. Образование аномальных ламеллярных телец наблюдалось у детей, у которых соответствующие материалы были доступны для анализа, в том числе пары братьев и сестер с ранее выявленными аномальными ламеллярными тельцами в связи с неизвестным механизмом [63]. Эти ламеллярные тельца часто были более плотными, гораздо меньшими по размеру, на более высоком увеличении наблюдались плотно упакованные мембраны. Эксцентрично расположенные плотные включения часто наблюдаются в аномальных ламеллярных тельцах, иногда придавая им вид яичницы-глазуньи. Ультраструктурное описание отличалось от SP-B-дефицита, при котором аномальные ламеллярные тельца были больше по размеру, рыхлые, с везикулярными включениями, часто с появлением композитных или мультивезикулярных телец (рис. 6) [28, 29, 35]. Эти выводы показывают, что ультраструктурное исследование легочной ткани, полученной при биопсии или аутопсии, может быть полезно при установлении диагноза дефицита ABCA3 и дифференциального диагноза с другими врожденными нарушениями метаболизма сурфактанта.
Заболеваемость и распространенность дефицита ABCA3 неизвестны. Поскольку ген ABCA3 значительно больше (содержит 30 кодирующих экзонов, охватывающих почти 60 000 пар оснований), чем те, которые кодируют SP-B и SP-C, было бы неудивительно, если бы его дефицит был более частой причиной заболевания легких, чем патологии, связанные с дефицитом SP-B или SP-C. Большой процент детей с заболеваниями легких неустановленной этиологии в этом первом исследовании мутаций АВСА3 показал, что на дефицит ABCA3 может приходиться значительная доля новорожденных с явными генетическими заболеваниями легких, для которых основная причина заболевания неизвестна. В 2-х исследованиях, которые изучали роль сначала мутаций гена SP-B, а затем и SP-C, из 40 детей с тяжелыми респираторными заболеваниями неясной этиологии, лишь у 5 пациентов были идентифицированы такие мутации, а клиническая картина многих пациентов без этих мутаций была похожа на дефицит ABCA3 [18, 64].
В настоящее время нет специфической терапии для пациентов с мутацией АВСА3. Дети с прогрессирующей дыхательной недостаточностью могут быть кандидатами на трансплантацию легких [41].
Таким образом, на сегодняшний день были определены 3 отдельные нарушения гена, приводящие к нарушениям метаболизма сурфактанта и его дефициту. Особенности этих заболеваний приведены в таблице. Следует отметить, что белки сурфактанта А и D также являются важными компонентами неспецифической защиты респираторного тракта [65, 66, 67]. В процессе ответа макроорганизма на внедрение инфекционных агентов SP-А и SP-D выполняют иммуномодулирующую роль, оказывая как про-, так и противовоспалительное действие. Свое влияние на клетки макроорганизма SP-A и SP-D реализуют через взаимодействие с рецепторами - C1qR, SP-R210, гликопротеином gp 340, CD91, коингибиторным рецептором SIRP-a. Взаимодействие белков сурфактанта SP-A, SP-D с рецептором SP-R210 макрофагов, гликопротеином gp-340, CD91, C1qR сопровождается провоспалительным, а с SIRP-a - противовоспалительным эффектом. Установлено, что генетически обусловленное снижение концентрации сурфактантного белка D сопровождается увеличением частоты острых респираторных вирусных инфекций у детей, в то же время избыток его коррелирует с аллергическими заболеваниями органов дыхания [66].
В клинической картине дефицита SP-B и ABCA3, как правило, выявляются признаки острого дефицита сурфактанта в неонатальном периоде, в то время как аномалии гена SP-C имеют гораздо более вариабельное течение. Существует гистопатологическое сходство заболеваний, связанных с каждым из этих расстройств. Так как сурфактант состоит в основном из липидов, накопление пенистых макрофагов, поглотивших аномальный сурфактант, широко распространено при этих расстройствах. Хотя такие нагруженные липидами макрофаги могут наблюдаться в сочетании с аспирацией, у очень маленьких детей, у которых болезнь возникла в неонатальном периоде, могут выявляться аномалии метаболизма эндогенных липидов в легких. Ультраструктурное обследование легочной ткани может дать важную информацию о причине нарушения, оно должно быть обязательно проведено при биопсии легких у детей с дыхательной недостаточностью неясной этиологии или ИЗЛ.
)
Литература
1. Crouch E., Wright J. Surfactant proteins A and D and pulmonary host defense // Annu. Rev. Physiol. - 2001. - Vol. 63. - P. 521-554.
2. Avery M.E., Mead J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease // Am. J. Dis. Child. - 1959. - Vol. 97. - P. 517-523.
3. LeVine A.M., Jobe A.H. The Surfactant System // Kendig’s Disorders of the Pespiratory Tract in Children. 7th ed. - Elsevier, 2006. - P. 17-22.
4. Nogee L.M. Genetic Causes of Surfactant Deficiency // Kendig’s Disorders of the Pespiratory Tract in Children. 7th ed. - Elsevier, 2006. - P. 359-367.
5. Jefferies A.L., Coates G., O’Brodovich H. Pulmonary epithelial permeability in hyaline-membrane disease // N. Engl. J. Med. - 1984. - Vol. 311. - P. 1075-1080.
6. Cogo P.E., Zimmermann L.J., Pesavento R. et al. Surfactant kinetics in preterm infants on mechanical ventilation who did and did not develop bronchopulmonary dysplasia // Crit. Care Med. - 2003. - Vol. 31(5). - P. 1532-1538.
7. Merrill J.D., Ballard R.A., Cnaan A. et al. Dysfunction of pulmonary surfactant in chronically ventilated premature infants // Pediatr. Res. - 2004. - Vol. 56. - P. 918-926.
8. Ballard P.L., Gonzales L.W., Godinez R.I. et al. Surfactant composition and function in a primate model of infant chronic lung disease: effects of inhaled nitric oxide // Pediatr. Res. - 2006. - Vol. 59(1). - P. 157-162.
9. Ballard P.L., Merrill J.D., Truog W.E. et al. Surfactant function and composition in premature infants treated with inhaled nitric oxide // Pediatrics. - 2007. - Vol. 120(2). - P. 346-353.
10. Awasthi S., Coalson J.J., Crouch E. et al. Surfactant proteins A and D in premature baboons with chronic lung injury (Bronchopulmonary dysplasia). Evidence for an inhibition of secretion // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 1999. - Vol. 160(3). - P. 942-949.
11. Whitsett J.A., Weaver T.E. Hydrophobic surfactant proteins in lung function and disease // N. Engl. J. Med. - 2002. - Vol. 347. - P. 2141-2148.
12. Weaver T.E., Conkright J.J. Function of surfactant proteins B and C // Annu. Rev. Physiol. - 2001. - Vol. 63. - P. 555-578.
13. Rиdiger M., Kolleck I., Putz G. et al. Plasmalogens effectively reduce the syrface tension of surfactant-like phospholipid mixtures // Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. - 1998. - Vol. 274. - P. 143-148.
14. Weaver T.E. Synthesis, processing and secretion of surfactant proteins B and C // Biochim. Biophys. Acta. - 1998. - Vol. 1408. - P. 173-179.
15. Nogee L.M., de Mello D.E., Dehner L.P., Colten H.R. Brief report. Deficiency of pulmonary surfactant protein B in congenital alveolar proteinosis // N. Engl. J. Med. - 1993. - Vol. 328. - P. 406-410.
16. Nogee L.M. Alterations in SP-B and SP-C expression in neonatal lung disease // Annu. Rev. Physiol. - 2004. - Vol. 66. - P. 601-623.
17. Nogee L.M., Wen S.E., Proffit S.A. et al. Allelic heterogeneity in hereditary surfactant protein B (SP-B) deficiency // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2000. - Vol. 161. - P. 973-981.
18. Tredano M., Griese M., de Blie J. et al. Analysis of 40 sporadic or familial neonatal and pediatric cases with severe unexplained respiratory distress. Relationship to SFTPB // Am. J. Med. Genet. - 2003. - Vol. 119A. - P. 324-339.
19. Tredano M., van Elburg R.M., Kaspers A.G. et al. Compound SFTPB 1549C<ra>GAA (121ins2) and 457delC heterozygosity in severe congenital lung disease and surfactant protein (SP-B) deficiency // Hum. Mutat. - 1999. - Vol. 14. - P. 502-509.
20. Ballard P.L., Nogee L.M., Beers M.F. et al. Partial deficiency of surfactant protein B in an infant with chronic lung disease // Pediatrics. - 1995. - Vol. 96. - P. 1046-1052.
21. Dunbar A.E.III, Wen S.E., Ikegami M. et al. Prolonged survival in hereditary surfactant protein B (SP-B) deficiency associated with a novel splicing mutation // Pediatr. Res. - 2000. - Vol. 48. - P. 275-282.
22. Melton K.R., Nesslein L.L., Ikegami M. et al. SP-B deficiency causes respiratory failure in adult mice // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. - 2003. - Vol. 285. - P. 1543-1549.
23. Nogee L.M., Garnier G., Dietz H.C. et al. A mutation in the surfactant protein B gene responsible for fatal neonatal respiratory disease in multiple kindreds // J. Clin. Invest. - 1994. - Vol. 93. - P. 1860-1863.
24. Andersen C., Ramsay J.A., Nogee L.M. et al. Recurrent familial neonatal deaths. Hereditary surfactant protein B deficiency // Am. J. Perinatol. - 2000. - Vol. 17. - P. 219-224.
25. Ball R., Chetcuti P.A., Beverley D. Fatal familial surfactant protein B deficiency [Letter] // Arch. Dis. Child. Fetal Neonatal Ed. - 1995. - Vol. 73. - P. 53.
26. Somaschini M., Wert S., Mangili G. et al. Hereditary surfactant protein B deficiency resulting from a novel mutation // Intensive Care Med. - 2000. - Vol. 26. - P. 97-100.
27. Williams G.D., Christodoulou J., Stack J. et al. Surfactant protein B deficiency. Clinical, histological and molecular evaluation // J. Paediatr. Child Health. - 1999. - Vol. 35. - P. 214-220.
28. Lin Z., deMello D.E., Wallor M., Floros J. An SP-B gene mutation responsible for SP-B deficiency in fatal congenital alveolar proteinosis. Evidence for a mutation hotspot in exon 4 // Mol. Genet. Metab. - 1998. - Vol. 64. - P. 25-35.
29. Munson D., Epelman M., Millar D., Kirpalani H. The chest // Imagine of the Newborns / Eds H. Kirpalani, M. Epelman, J.R. Mernagh. - Cambridge University Press, 2011. - P. 179.
30. Hamvas A., Nogee L.M., Mallory G.B.Jr et al. Lung transplantation for treatment of infants with surfactant protein B deficiency // J. Pediatr. - 1997. - Vol. 130. - P. 231-239.
31. deMello D.E., Heyman S., Phelps D.S. et al. Ultrastructure of lung in surfactant protein B deficiency // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. - 1994. - Vol. 11. - P. 230-239.
32. Stahlman M.T., Gray M.P., Falconieri M.W. et al. Lamellar body formation on normal and surfactant protein B-deficiency fetal mice // Lab. Invest. - 2000. - Vol. 80. - P. 395-403.
33. Vorbroker D.K., Profitt S.A., Nogee L.M., Whitsett J.A. Aberrant processing of surfactant protein C in hereditary SP-B deficiency // Am. J. Physiol. - 1995. - Vol. 268. - P. 1647-1656.
34. Weaver T., Na C.L., Stahman M. Biogenesis of lamellar bodies, lysosome-related organelles involved in storage and secretion of pulmonary surfactant // Semin. Cell Dev. Biol. - 2002. - Vol. 13. - P. 263.
35. Leland L. Fan, Megan K. Dishop. Childhood Interstitial Lung Disease. Interstitial Lung Disease / Eds Marvin I. Schwarz, Talmadge E. King Jr. - 5th ed., 2011. - P. 179-180.
36. Li J., Ikegami M., Na C.L. et al. M-terminally extended surfactant protein (SP) C isolated from SP-B-deficient children has reduced surface activity and inhibited lipopolysaccharide binding // Biochemistry. - 2004. - Vol. 43. - P. 3891-3898.
37. Hamvas A., Trusgnich M., Brice H. et al. Population-based screening for rare mutations. High-throughput DNA extraction and molecular amplification from Guthrie cards // Pediatr. Res. - 2001. - Vol. 50. - P. 666-668.
38. Shulenin S., Nogee L.M., Annilo T. et al. ABCA3 gene mutations in newborns with fatal surfactant deficiency // N. Engl. J. Med. - 2004. - Vol. 350. - P. 1296-1303.
39. Floros J., Fan R. Surfactant protein A and B genetic variants and respiratory distress syndrome, Allele interactions // Biol. Neonate. - 2001. - Vol. 80(Suppl. I). - P. 22-25.
40. Newman B., Kuhn J.P., Kramer S.S., Carcillo J.A. Congenital surfactant protein B deficiency - emphasis on imaging // Pediatr. Radiol. - 2001. - Vol. 31. - P. 327-331.
41. Hamvas A., Nogee M.L., Sessions F.C. Inherited Disorders of Surfactant Metabolism // Nelson Textbook of Pediatrics. 18th ed. / Ed. Robert M. Kliegman, Richard E. Behrman, Hal B. Jenson, Bonita F. Stanton. - 2007. - P. 1454-1455.
42. Curstedt T., Johansson J., Persson P. et al. Hydrophobic surfactant-associated polypeptides. SP-C is a lipopeptide with two palmitoylated cysteine residues, whereas SP-B lacks covalently linked fatty acyl groups // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 1990. - Vol. 87. - P. 2985-2989.
43. Ten Brinke A., Posthuma G., Batenburg J.J. et al. The transmembrane domain of surfactant protein C precursor determines the morphology of the induced membrane compartment in CHO cells // Eur. J. Cell Biol. - 2003. - Vol. 82. - P. 285-294.
44. Vorbroker D.K., Dey C., Weaver T.E., Whitsett J.A. Surfactant protein C precursor is palmitoylated and associates with subcellular membranes // Biochim. Biophys. Acta. - 1992. - Vol. 1105. - P. 161-169.
45. Nogee L.M., Dunbar A.E., Wert S.E. et al. A mutation in the surfactant protein C gene associated with familial interstitial lung disease // N. Engl. J. Med. - 2001. - Vol. 344. - P. 573-579.
46. Katzenstein A.L., Gordon L.P., Oliphant M., Swender P.T. Chronic pneumonitis of infancy. A unique form of interstitial lung disease occurring in early childhood // Am. J. Surg. Pathol. - 1995. - Vol. 19. - P. 439-447.
47. Conkright J.J., Bridges J.P., Na C.L. et al. Secretion of surfactant protein C, an integral membrane protein, requires the N terminal propeptide // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 14658-14664.
48. Wang W.J., Mulugeta S., Russo S.J., Beers M.F. Deletion of exon 4 from human surfactant protein C results in aggresome formation and generation of a dominant negative // J. Cell Sci. - 2003. - Vol. 116. - P. 683-692.
49. Bridges J.P., Wert S.E., Nogee L.M., Weaver T.E. Expression of a human surfactant protein C mutation associated with interstitial lung disease disrupts lung development in transgenic mice // J. Biol. Chem. - 2003. - Vol. 278. - P. 52739-52746.
50. Thomas A.Q., Lane K., Phillips J.III et al. Heterozygosity for a surfactant protein C gene mutation associated with usual interstitial pneumonitis and cellular nonspecific interstitial pneumonitis in one kindred // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 2002. - Vol. 165. - P. 1322-1328.
51. Hamvas A., Nogee L.M., White F.V. et al. Progressive lung disease and surfactant dysfunction with a deletion in surfactant protein C gene // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. - 2004. - Vol. 30. - P. 771-776.
52. Brasch F., Griese M., Tredano M. et al. Interstitial Lung disease in a baby with a de novo mutation in the SFTPC gene // Eur. Respir. J. - 2004. - Vol. 24. - P. 30-39.
53. Cameron H.C., Somaschini M., Carrera P. et al. A common mutation in the surfactant protein C gene associated with lung disease // J. Pediatr. - 2005. - Vol. 146. - P. 370-375.
54. Glasser S.W., Detmer E.A., Ikegami M. et al. Pneumonitis and emphysema in SP-C gene targeted mice // J. Biol. Chem. - 2003. - Vol. 278. - P. 14291-14298.
55. Glasser S.W., Burhans M.S., Korghagen T.R. et al. Altered stability of pulmonary surfactant in SP-C-deficient mice // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2001. - Vol. 98. - P. 6366-6371.
56. Amin R.S., Wert S.E., Baughman R.P. et al. Surfactant protein deficiency in familial interstitial lung disease // J. Pediatr. - 2001. - Vol. 139. - P. 85-92.
57. Nogee L.M., Dunbar A.E.III, Wert S. et al. Mutations in the surfactant protein C gene associated with interstitial disease // Chest. - 2002. - Vol. 124(Suppl.). - P. 20-21.
58. Mechri M., Epaud R., Emond S. et al. Surfactant Protein C Gene (SFTPC) Mutation-Associated Lung Disease: High-Resolution Computed Tomography (HRCT) Findings and Its Relation to Histological Analysis // Pediatr. Pulmonol. - 2010. - Vol. 45. - P. 1021-1029.
59. Yoshida I., Ban N., Inagaki N. Expression of ABCA3, a causative gene for fatal surfactant deficiency, is up-regulated by glucocorticoids in lung alveolar type II cells // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 2004. - Vol. 323. - P. 547-555.
60. Mulugeta S., Gray J.M., Notarfrancesco K.L. et al. Identification of LBMI80, a lamellar body limited membrane protein of alveolar type II cells, as the ABC transporter protein ABCA3 // J. Biol. Chem. - 2002. - Vol. 277. - P. 22147-22155.
61. Yamano G., Funahashi H., Kawanami O. et al. ABCA3 is a lamellar body membrane protein in human lung alveolar type II cells // FEBS Lett. - 2001. - Vol. 508. - P. 221-225.
62. Dean M., Rzhetsky A., Allikments R. The human ATP-binding cassette (ABC) transporter superfamily // Genome Res. - 2001. - Vol. 11. - P. 1156-1166.
63. Tryka A.F., Wert S.E., Mazursky J.E. et al. Absence of lamellar bodies with accumulation of dense bodies characterizes a novel form of congenital surfactant defect // Pediatr. Dev. Pathol. - 2000. - Vol. 3. - P. 335-345.
64. Trenado M., Griese M., Brasch F. et al. Mutation of SFTPC in infantile pulmonary alveolar proteinosis with or without fibrosing lung disease // Am. J. Med. Genet. - 2004. - Vol. 126A. - P. 18-26.
65. Тюменцева Е.С., Петрова И.В. Анализ полиморфизма генов, ассоциированных с развитием у детей комбинированного аллергического поражения различных органов и систем. // Вопр. диагностики в педиатрии. - 2011. - № 3(3). - С. 21-26.
66. Абатуров А.Е. Опсонирующая сеть протеинов системы неспецифической защиты респираторного тракта. 3. Коллектины: белки сурфактанта (часть 2). // Здоровье ребенка. - 2011. - № 2. - С. 125-129.
67. Беляева И.А., Давыдова И.В. Роль генетических факторов в формировании бронхолегочной дисплазии у детей // Вопр. диагностики в педиатрии. - 2012. - Т. 4, № 5. - С. 5-9.