uwarunkowania genetyczne powikłań sercowo

uwarunkowania genetyczne powikłań sercowo

Uwarunkowania genetyczne powikłań sercowo-naczyniowych u chorych...
9.2
UWARUNKOWANIA
GENETYCZNE
POWIKŁAŃ SERCOWO-NACZYNIOWYCH
U CHORYCH Z PRZEWLEKŁĄ
CHOROBĄ NEREK
Stanisław Czekalski,
Andrzej Ciechanowicz
Ryzyko chorób układu kra˛żenia wśród pacjentów
z przewlekła˛choroba˛nerek (PChN), a zwłaszcza z jej
schyłkowa˛ postacia˛, jest znamiennie wie˛ksze niż
w populacji ogólnej. U chorych dializowanych powikłania sercowo-naczyniowe sa˛ główna˛ przyczyna˛
śmierci i stanowia˛ aż połowe˛ przyczyn zgonów.
W przypadku analizy wszystkich chorych leczonych
dializami skorygowany wskaźnik zgonów z przyczyn sercowo-naczyniowych jest wśród nich ok.
10–20 razy wyższy niż w populacji ogólnej. Gdy
jednak taka˛ analize˛ ograniczyć wyła˛cznie do młodszych chorych, to wtedy wartość wskaźnika jest
nawet 1000 razy wie˛ksza.
Główna˛ przyczyna˛ ,,epidemii’’ powikłań sercowo-naczyniowych w tej grupie chorych jest bez
wa˛tpienia bardzo znaczne rozpowszechnienie czynników ryzyka chorób układu kra˛żenia, które wyste˛puja˛ nawet we wste˛pnych stadiach upośledzenia
czynności nerek. Dane epidemiologiczne wskazuja˛,
że przy rozpoczynaniu dializoterapii aż u 1/3 chorych
stwierdza sie˛ kliniczne objawy zastoinowej niewydolności serca, 1/4 z nich ma dusznice˛ bolesna˛, a ok.
10% przebyło zawał serca.
Lista czynników ryzyka chorób układu kra˛żenia
u tych chorych jest długa i oprócz tzw. czynników
klasycznych obejmuje również wskaźniki swoiste
dla przewlekłej choroby nerek czy też powia˛zane
wyła˛cznie z terapia˛ nerkozaste˛pcza˛.
Dostrzeżono jednak istnienie znacznych różnic
osobniczych w wyste˛powaniu powikłań sercowo-naczyniowych u chorych z ta˛ sama˛ przyczyna˛ PChN,
z bardzo zbliżona˛ charakterystyka˛ kliniczna˛ i poddawanych podobnej, jeśli nie identycznej, terapii
nerkozaste˛pczej. Sugeruje to, że przynajmniej niektóre z tych osobniczych różnic moga˛ być wyrazem
istnienia określonej predyspozycji genetycznej. Takiej
predyspozycji (podatności) genetycznej nie należy
utożsamiać z uje˛tym w ścisłe ramy praw Mendla
dziedziczeniem określonych mutacji pojedynczych
genów. Mimo że echokardiograficzne kryteria przerostu lewej komory serca (PLKS) spełnia ok. 75%
chorych hemodializowanych, to z pewnościa˛ przyczyna˛ tego zjawiska nie jest ,,endemia’’ przypadków
115
nosicielstwa mutacji dota˛d niezidentyfikowanego
genu ,,PLKS’’. W odróżnieniu od cech mendlowskich (chorób jednogenowych), w kształtowaniu
predyspozycji do złożonych cech fenotypowych,
którymi bez wa˛tpienia sa˛ czynniki ryzyka chorób
układu kra˛żenia i powikłania sercowo-naczyniowe,
do pełnego ujawnienia sie˛ fenotypu prowadzi dopiero ła˛czne działanie licznych i do końca jeszcze
niepoznanych czynników genetycznych i środowiskowych. Ta złożona wieloczynnikowa, a w tym
i wielogenowa, natura cechy fenotypowej oraz jej
wewne˛trzna niejednorodność stanowia˛ istotne utrudnienia w wiarygodnej identyfikacji rzeczywistych
genów kandydatów.
Dwie podstawowe strategie stosowane w określaniu predyspozycji genetycznej to tzw. badanie
zwia˛zku lub badanie asocjacyjne (association study),
znane też jako badanie kliniczno-kontrolne (case-control study) oraz analiza sprze˛żeń (linkage analysis). Bez wa˛tpienia analiza sprze˛żeń przy zastosowaniu wysoko polimorficznych mikrosatelitarnych
markerów DNA odgrywa główna˛ role˛ w identyfikacji loci genów, których mutacje stanowia˛ przyczyne˛
chorób jednogenowych. Jednak dla złożonych cech
fenotypowych, jakimi sa˛powikłania sercowo-naczyniowe u chorych z przewlekła˛ choroba˛ nerek, szansa
identyfikacji regionów, w których zlokalizowane
sa˛ geny, których produkty wywieraja˛ jedynie nieznaczny wpływ na te cechy, jest niewielka.
To zapewne ten fakt oraz trudności metodologiczne sprawiły, że w piśmiennictwie medycznym
nie ma doniesień poświe˛conych identyfikacji
loci sprze˛żonych z powikłaniami sercowo-naczyniowymi w tej szczególnej populacji. Doste˛pne
sa˛ natomiast wyniki takich badań prowadzonych
wśród osób w populacji ogólnej.
Badania zwia˛zku opieraja˛ sie˛ na prostym porównaniu cze˛stości wyste˛powania określonych alleli
danego genu kandydata w grupie niespokrewnionych
osób z dana˛ cecha˛ (case) i grupie kontrolnej osób
bez tej cechy fenotypowej (control). W tabeli 9-6 zestawiono najważniejsze analizowane ta˛
metoda˛ warianty genów kandydatów wia˛zane
z predyspozycja˛ do powikłań sercowo-naczyniowych u chorych z przewlekła˛ choroba˛ nerek. W odróżnieniu od podobnego zestawienia dokonanego
przez Liangosa i wsp., tabela ogranicza sie˛ jedynie
do fenotypów klinicznych, pomijaja˛c biochemiczne czynniki ryzyka chorób układu kra˛żenia. Ponieważ wszystkie spośród zestawionych w tej tabeli wariantów 10 genów kandydatów były uprzednio analizowane pod ka˛tem ich powia˛zania z ryzykiem chorób układu kra˛żenia w populacji ogólnej, nie powinny być postrzegane jako predyktory
ryzyka powikłań sercowo-naczyniowych swoiste
wyła˛cznie dla szczególnej populacji, która˛ stanowia˛
chorzy z PChN. Warto również w tym miejscu
Nefrologia molekularna
116
Tabela 9-6. Predyspozycje genetyczne do występowania powikłań sercowo-naczyniowych u chorych z przewlekłą chorobą
nerek
Gen
Wariant
Związek
ACE
I/D
AGT
M235T
MTHFR
C677T
Genotyp TT czynnikiem ryzyka ChUK
Genotyp TT i allel T związane ze zwiększeniem stosunku grubości błony wewnętrznej do
błony środkowej tętnic szyjnych
IL6
IL10
C(-174)G
G(-1082)A
Wyższe RCT, większy IMLK i częstość PLKS u nosicieli allela C
Zwiększenie ryzyka niekorzystnych zdarzeń sercowo-naczyniowych u homozygot AA
TGFB1
Zwiększenie ryzyka PLKS u homozygot DD bez nadciśnienia tętniczego
Allel D czynnikiem ryzyka zwiększenia stosunku grubości błony wewnętrznej do błony
środkowej tętnic szyjnych
Zwiększenie ryzyka PLKS u homozygot T/T
T869C
G915C
PAI-1 (SERPINE1) 4G/5G
Allel T869 i haplotyp T869/G915 czynnikiem ryzyka ChUK
Allel C915 czynnikiem ryzyka ChUK i śmierci z przyczyn sercowych
Genotyp 4G/4G czynnikiem ryzyka zawału serca zakończonego zgonem
MPO
G(-436)A
Większe rozpowszechnienie ChUK u homozygot GG
eNOS (NOS3)
T(-786)C
a/b
C1165G
Allel C(-786) czynnikiem ryzyka zdarzeń sercowo-naczyniowych
Allel ,,a’’ czynnikiem ryzyka zdarzeń sercowo-naczyniowych
Wyższy IMLK u homozygot GG
ADRB1
ACE – konwertaza angiotensyny I
AGT – angiotensynogen
MTHFR – reduktaza metylenotetrahydrofolianowa
IL6 – interleukina 6
IL10 – interleukina 10
TGFB1 – transformujący czynnik wzrostu β1
PAI-1 (SERPINE1) – inhibitor aktywatora plazminogenu typu 1
MPO – mieloperoksydaza
eNOS (NOS3) – śródbłonkowa syntaza tlenku azotu
ADRB1 – receptor β1-adrenergiczny
PLKS – przerost lewej komory serca
ChUK – choroba układu krążenia
RCT – rozkurczowe ciśnienie tętnicze
IMLK – indeks masy lewej komory
uświadomić sobie rzeczywista˛ wartość oceny predyspozycji genetycznej prowadzonej w modelu
opartym na analizie zwia˛zku. W takich badaniach, oprócz odpowiedniej liczebności badanych
grup, wysokiego stopnia etnicznej jednorodności
grupy badanej i kontrolnej oraz szczegółowej
i zbliżonej charakterystyki fenotypowej osób
w obu grupach, zasadnicze znaczenie ma określenie wiarygodnego genu kandydata, a naste˛pnie
wybór polimorfizmu o istotnym znaczeniu dla
funkcji produktu kodowanego przez ten gen. Wybór
genu, a naste˛pnie jego polimorfizmu, jest dokonywany na podstawie posiadanej a priori szczegółowej wiedzy patofizjologicznej, a wnioski z badań
kliniczno-kontrolnych wycia˛ga sie˛ na podstawie
udokumentowania różnic w rozpowszechnieniu poszczególnych genotypów pomie˛dzy grupami. Jednak cze˛ść osób w grupie kontrolnej to również
nosiciele ,,złego’’ allela (alleli) predysponuja˛cego
czy to do przerostu lewej komory serca, czy to do
choroby wieńcowej lub do miażdżycy te˛tnic szyjnych. Wśród przyczyn tego zjawiska wymienia sie˛:
brak u danego nosiciela wystarczaja˛cej liczby pozostałych alleli ,,chorobotwórczych’’ niezbe˛dnych do
ujawnienia sie˛ fenotypu, równoważenie wpływu
genów kandydatów cechy przez geny ,,ochronne’’,
niepełna˛ penetracja˛, tj. wyste˛powanie zmian fenotypowych jedynie u cze˛ści nosicieli mutacji oraz
różnice w narażeniu na niekorzystne wpływy środowiska. Jednak niepowodzenie w potwierdzeniu zwia˛zku wariantu allelicznego genu kandydata z fenotypem niekoniecznie stanowi dowód przeciwko istnieniu tego powia˛zania. Niepowodzenie może być
wynikiem różnic etnicznych (tab. 9-7), demograficznych, zmian proporcji płci czy też po prostu zbyt
małej liczebności ocenianych grup.
Wszystkie te trudności można w pełni zilustrować na przykładzie badań ogniskuja˛cych sie˛ na
Tabela 9-7. Polimorfizm I/D ACE w różnych populacjach
Populacja
Afroamerykanie
Jamajczycy
Polacy
Francuzi
Nigeryjczycy
Japończycy
Tajwańczycy
Koreańczycy
Indianie Pima
Indianie Yanomami
Samoańczycy
Aborygeni australijscy
Częstość
występowania allela
I
D
0,37
0,41
0,45
0,46
0,46
0,64
0,64
0,65
0,71
0,85
0,91
0,97
0,63
0,59
0,55
0,54
0,54
0,36
0,36
0,35
0,29
0,15
0,09
0,03
Uwarunkowania genetyczne powikłań sercowo-naczyniowych u chorych...
ocenie polimorfizmu insercyjno/delecyjnego (I/D)
genu koduja˛cego enzym konwertuja˛cy angiotensyne˛ I (ACE). Odkryty w 1990 r. polimorfizm
I/D ACE (odpowiednio: obecność lub brak 287 pz
w 16 intronie genu ACE) to najche˛tniej analizowany i najlepiej zbadany wariant sekwencji w ludzkim genomie. Cze˛ść autorów sugeruje, że polimorfizm ten ma duże znaczenie funkcjonalne, ponieważ w regionie delecji zlokalizowany jest
13-nukleotydowy motyw ,,wyciszacza’’ (silencer)
ekspresji genu, tj. miejsce wia˛ża˛ce białko regulatorowe hamuja˛ce ekspresje˛ genu. Brak tego motywu
u osób z allelem D ma prowadzić do wie˛kszej
ekspresji genu ACE, a w rezultacie do wie˛kszej
aktywności konwertazy, zarówno w surowicy, jak
i w tkankach.
Inni autorzy sa˛dza˛, że intronowy polimorfizm I/D
pozostaje raczej w ścisłym sprze˛żeniu z innym,
ważnym funkcjonalnie polimorfizmem genu ACE.
Badania na temat roli polimorfizmu I/D genu ACE
w patogenezie nadciśnienia nie przyniosły rozstrzygaja˛cych wniosków. Przeważa jednak pogla˛d, że
obecność allela D lub raczej homozygotycznego
genotypu DD usposabia nie do nadciśnienia per se,
lecz raczej do rozwoju jego powikłań narza˛dowych.
W przytoczonym w tab. 9-6 doniesieniu Osono
i wsp. wykazali, że wśród hemodializowanych,
normotensyjnych Japończyków z PChN cze˛stość
przerostu lewej komory serca była znamiennie
wie˛ksza (OR = 5,04, 95% CI 1,15–24,8) u homozygot DD w porównaniu z nosicielami allela I
(II + ID). Jednak Wang i wsp. po dokonaniu oceny
246 Chińczyków poddawanych dializie otrzewnowej
nie potwierdzili istotnego zwia˛zku pomie˛dzy polimorfizmem I/D ACE a ocenianymi echokardiograficznymi wymiarami lewej komory serca. Obserwacji
autorów japońskich nie potwierdzili również Ecder
i wsp., którzy analizowali grupe˛ ponad 400 chorych
rasy kaukaskiej dotknie˛tych wielotorbielowatościa˛
nerek typu dorosłych (ADPKD). Trudno wie˛c na
podstawie tak rozbieżnych wyników wycia˛gać ostateczne wnioski o znaczeniu tego polimorfizmu
w kształtowaniu jednego z wielu (i to najlepiej
zdefiniowanego klinicznie) powikłań sercowo-naczyniowych, na które sa˛ narażeni chorzy w schyłkowym stadium przewlekłej choroby nerek. Według
naszej wiedzy, niedoste˛pne sa˛, jak dota˛d, także
zbiorcze opracowania i metaanalizy poświe˛cone
temu zagadnieniu.
Mimo że powikłania sercowo-naczyniowe u chorych z przewlekła˛ choroba˛ nerek, analogicznie jak
choroby układu kra˛żenia w populacji ogólnej, maja˛
złożona˛ wieloczynnikowa˛ i wielogenowa˛ etiologie˛,
to nie podje˛to jeszcze na wie˛ksza˛ skale˛ prób ła˛cznej
analizy wariantów wielu genów w celu opisania
swoistych kombinacji alleli (haplotypów), których
odziedziczenie rzeczywiście warunkuje skłonność
117
do rozwoju tych powikłań. Bezsporny wydaje
sie˛ bowiem fakt, że dopiero ła˛czne wyste˛powanie
i działanie wielu określonych alleli genów kandydatów, różnia˛cych sie˛ niekiedy w swojej sekwencji jedynie pojedynczymi nukleotydami
(SNPs – single nucleotide polymorphisms), w niekorzystnych warunkach środowiskowych prowadzić be˛dzie do pełnego ujawnienia sie˛ niekorzystnego fenotypu, którym sa˛ powikłania ze strony
układu kra˛żenia. Przykładem takiej próby podje˛tej
w populacji ogólnej jest studium autorstwa Halushki
i wsp. Autorzy ci u osób reprezentuja˛cych różne
grupy etniczne dokonali równoczesnej analizy aż
874 SNP w 75 genach kandydatach nadciśnienia
(analiza˛ obje˛to fragment genomu o długości
28 000 000 pz).
Wydaje sie˛, że dzie˛ki takiemu poste˛powi metodycznemu i technologicznemu w analizie DNA
(high-throughput genotyping) już w cia˛gu kilku
lat dokonana również zostanie weryfikacja rzeczywistej patofizjologicznej roli produktów poszczególnych wariantów genów kandydatów fenotypu,
któremu poświe˛cony jest niniejszy rozdział.
Warto jednak zaznaczyć, że najważniejszym dla
klinicysty celem oceny polimorfizmu DNA nie
jest odpowiedź na pytanie, czy korelacja pomie˛dzy
szczególnym układem alleli a ryzykiem wysta˛pienia cechy fenotypowej jest statystycznie znamienna,
lecz to, jakie jest praktyczne znaczenie tej korelacji.
Jak dota˛d bowiem wykazanie klinicznej użyteczności takiej analizy było dosyć trudne. Jednak
to właśnie polimorfizm genetyczny wydaje sie˛
kluczem do zrozumienia patogenezy złożonych
cech wielogenowych, w tym i powikłań sercowo-naczyniowych u chorych z PChN. Wykrycie swoistego układu alleli predysponuja˛cych do tych powikłań mogłoby stać sie˛ podstawa˛ opracowania
testów diagnostycznych pozwalaja˛cych na określenie indywidualnego ryzyka. Rodzi sie˛ jednak
uzasadniona wa˛tpliwość, czy be˛dzie w ogóle możliwe pełne poznanie genetycznego podłoża powikłań
sercowo-naczyniowych? Stale wzrastaja˛ca liczba
genów kandydatów wydaje sie˛ sugerować, że te
cechy klinicznego przebiegu przewlekłej niewydolności nerek sa˛ determinowane przez bardzo znaczna˛
liczbe˛ młodych ewolucyjnie, a wie˛c i rzadkich,
swoistych etnicznie alleli wywieraja˛cych jedynie
niewielki indywidualny wpływ na kształtowanie sie˛
fenotypu. Bardziej optymistyczny scenariusz zakłada istnienie tylko kilku głównych, starszych ewolucyjnie, a przez to znacznie bardziej rozpowszechnionych, wariantów genów warunkuja˛cych fenotyp
podwyższonego ryzyka powikłań sercowo-naczyniowych u chorych z przewlekła˛ choroba˛ nerek.
Doste˛pne obecnie narze˛dzia genetyki molekularnej
nie pozwalaja˛ jednak na wiarygodne rozstrzygnie˛cie
tego problemu.
118
Nefrologia molekularna
Piśmiennictwo
1. Ciechanowicz A.: Genetyka nadciśnienia te˛tniczego, [w:] ,,Nadciśnienie te˛tnicze’’, red. A. Januszewicz, W. Januszewicz, E. Szczepańska-Sadowska, M. Sznajderman, Medycyna Praktyczna, Kraków
2004.
2. Ecder T. i wsp.: No effect of angiotensin-converting
enzyme gene polymorphism on disease progression
and left ventricular hypertrophy in autosomal dominant polycystic kidney disease, Am. J. Nephrol. 2003,
23(6), 466–470.
3. Foley R. N. i wsp.: Clinical and echocardiographic
disease in patients starting end-stage renal disease
therapy, Kidney Int. 1995, 47 (1), 186–192.
4. Francke S. i wsp.: A genome-wide scan for coronary heart disease suggests in Indo-Mauritians
a susceptibility locus on chromosome 16p13 and
replicates linkage with the metabolic syndrome
on 3q27, Hum. Mol. Genet. 2001, 10 (24), 2751–
–2765.
5. Halushka M. K. i wsp.: Patterns of single-nucleotide
polymorphisms in candidate genes for blood pressure
homeostasis, Nat. Genet. 1999, 22 (3), 239–247.
6. Lester S. i wsp.: The low genotype of the angiotensin-converting enzyme occurs in very low frequency in
Australian Aboriginals, Nephrol. Dial. Transplant.
1999, 14 (4), 887–890.
7. Liangos O., Balakrishnan V. S., Jaber B. L.: DialGene
Consortium: Model for gene-environment interaction:
the case for dialysis, Semin. Dial. 2005, 18 (1), 41–46.
8. Myśliwiec M., Brzósko S.: Możliwości zmniejszenia
śmiertelności z powodu powikłań sercowo-naczyniowych u chorych na mocznice˛ leczonych dializami,
[w:] ,,Poste˛py w nefrologii i nadciśnieniu te˛tniczym’’,
t. III, red. A. Wie˛cek, F. Kokot, Medycyna Praktyczna,
Kraków 2004.
9. Osono E. i wsp.: Insertion/deletion polymorphism in
intron 16 of the ACE gene and left ventricular hypertrophy in patients with end-stage renal disease, Am. J.
Kidney Dis. 1998, 32 (5), 725–730.
10. Pozzoni P. i wsp.: Epidemiology and prevention of
cardiovascular complication in chronic kidney disease
patients, Semin. Nephrol. 2004, 24 (5), 417–422.
11. Wang A. Y. i wsp.: Cardiac hypertrophy and remodeling in relation to ACE and angiotensinogen genes
genotypes in Chinese dialysis patients, Kidney Int.
2003, 63 (5), 1899–1907.