Генетические факторы риска сепсиса. Наследственные основы

Генетические факторы риска сепсиса. Наследственные основы

Роль генетических различий в риске и исходе инфекционного процесса подтверждают результаты ранее выполненного эпидемиологического исследования приемных детей и их биологических и приемных родителей. При анализе случаев смерти от инфекционных осложнений выявлена высокая корреляция между детьми и их биологическими (но не приемными) родителями, указывающая на вклад генетических факторов в риск и исход инфекционной болезни. Позднее ученые продемонстрировали, что у родственников умерших от менингококковой инфекции больных воспалительный ответ крови существенно отличался от ответа у родственников больных, переживших менингококковый сепсис. Хотя принципиальных генетических различий выявлено не было, результаты проведенного исследования являются веским аргументом в пользу представлений о генетической составляющей, определяющей исход тяжелой бактериальной инфекции. За этими начальными наблюдениями последовала серия исследований, в которых были выявлены связи между SNPs определенных генов и сепсисом. В подтверждение этих установленных ассоциаций были раскрыты молекулярные механизмы, лежащие в основе риска развития тяжелых инфекционных процессов, таких как менингококковая инфекция, внебольничная пневмония или септический шок.

Сепсис и сопутствующая ему полиорганная недостаточность вносят основной вклад в смертность больных с тяжелой травмой. В то время как черепно-мозговая травма и некупируемое кровотечение остаются главными причинами летальных исходов после травмы, больные с прогнозируемым летальным исходом вследствие тяжелых повреждений, обычно умирают от нозокомиальной инфекции. Более того, посттравматическая госпитальная инфекция и полиорганная недостаточность ведут к продолжительному и дорогостоящему стационарному лечению.

В тяжелых случаях, связанных с органной дисфункцией и шоком, летальность, обусловленная сепсисом, остается стабильно высокой и варьирует от 30 до 50%. По опубликованным данным, в США случаи смерти от сепсиса в 1995 г. составили 9,3% от общего числа всех смертельных исходов. Последние нововведения, касающиеся поддерживающей терапии, положительно сказались на исходах в отдельных группах больных с сепсис-индуцированной органной недостаточностью. Тем не менее, частота неблагоприятных исходов не имеет тенденции к снижению.

Специфические антимедиаторные препараты, часто показывающие себя эффективными при доклинических и небольших по размерам выборки клинических испытаниях, не улучшали исходов в фазе III клинических исследований. Этот факт можно объяснить одним из двух общих обстоятельств. Первое, многие аспекты релевантной сущности сепсиса и ответа на инвазию микроорганизмов остаются невыясненными. Второе, генетическое разнообразие создает достаточный фоновый «шум», за которым трудно уловить подлинные эффекты лечения. Эмпирические данные допускают существование каждого из этих обстоятельств.

Во-первых, новые научные открытия продолжают совершенствовать наши знания об ответах на микробную интоксикацию и воспаление, что способствует лучшему пониманию патогенеза и танатогенеза воспалительного процесса и сепсиса у человека. Во-вторых, научные наблюдения показали, что, например, противовоспалительные средства улучшают исходы в определенных группах больных, что дает возможность предположить, что формирование более однородных групп риска в зависимости от клинических и, по возможности, генетических факторов, позволит более грамотно использовать находящиеся на вооружении врача лекарственные препараты для лечения больных, имеющих большие шансы на выживание.48 Вариабельность исходов среди больных с тяжелым сепсисом по-прежнему плохо поддается оценке с помощью действующих клинических скриринговых программ. Поиск ответов на вопрос, повлияет ли идентификация соответствующих генетических факторов риска на улучшение прогнозов, представляет собой важное направление будущих исследований. Вероятно, генетическая вариабельность ограничивает нашу способность опознавать те аспекты воспалительного ответа, которые являют собой истинные детерминанты риска и исхода. Что более важно, такое варьирование может приводить к отказу от подлинно эффективных лечебных мероприятий из-за неумения распознавать терапевтические эффекты на фоне генетической изменчивости.

Многое из того, что мы знаем о сущности воспаления, накоплено благодаря тщательному анализу результатов научных наблюдений. Примером является открытие природы и роли в воспалительном ответе туморнекротического фактора альфа (TNF-а) и толл-подобного рецептора 4 (TLR4). Капитализации наших знаний естественной изменчивости этих и других генов, несомненно, будут способствовать не так давно предпринятые исследования, направленные на установление отличий индивидуального ответа на инфекционное или травматическое воздействие.

TNF-a — это важный по значению и всесторонне изученный медиатор воспаления. В промоторной области гена TNF-a идентифицируется множество полиморфизмов. Один из них — замена гуанина на аденин в нуклеотидной позиции -308 (G-308A)— был подробно изучен. Два аллеля этого гена получили название TNF1 (-308G) и TNF2 (-308А). Полиморфный маркер TNF2 ассоциирован с избыточной продукцией TNF-a предположительно за счет повышения активности промотора. Связь TNF2 с предрасположенностью к сепсису и его исходом особенно четко прослеживается при менингококковой этиологии заболевания.
В общем случае бактериальной инфекции эта связь менее очевидна. Тем не менее, как минимум в двух исследованиях выявлена ассоциация TNF2 с исходами септического шока.

Наиболее убедительные подтверждения значимости SNPs как маркеров тяжести сепсиса и его исхода получены из опубликованных данных, касающихся больных, в том числе травматологических, с септическим шоком разной этиологии, получавших лечение в семи блоках интенсивной терапии (БИТ) во Франции. На основании сравнения частоты TNF2 полиморфизма у больных с септическим шоком и испытуемых здоровых доноров крови, была установлена ассоциация полиморфного маркера G-308A с предрасположенностью и летальными исходами при септическом шоке. Мы обнаружили ту же ассоциацию в результате исследования 152 больных с тяжелой и умеренной по тяжести травмой. Риск развития тяжелого сепсиса (сепсиса, осложненного дисфункцией органов или гипотонией) у пациентов — носителей хотя бы одной копии аллеля -308 А был в 2,5 раза выше, чем у больных с гомозиготным генотипом GG. Хотя несколько больных умерли (13%), смерть чаще наступала у носителей аллеля-А (отношение шансов (ОШ) = 2,1). В ряде научных работ изучались другие SNPs в промоторных областях TNF-a и CD14 (LPS-рецептор), а также в первом интроне гена TNF-b.

Из этих других SNPs в когорте из 110 больных выявлена тесная связь между тяжелым посттравматическим сепсисом и полиморфным интронным маркером TNF-b. Риск развития тяжелого сепсиса у больных, гомозиготных по так называемой аллели TNF-b2, был значительно выше, чем у негомозиготных (ОШ = 3,1, р=0,004). В совокупности эти данные позволяют предположить, что тяжесть посттравматической нозокомиальной инфекции в определенной степени сопряжена с полиморфизмом в генах, играющих, как считается, стержневую роль в воспалительном и иммунном ответе.

Два относительно распространенных косегрегирующих SNPs имеются в кодирующей области гена TLR4. С одним из них связано изменение внеклеточного домена рецептора, приводящее к снижению реактивности на ингаляционную нагрузку токсинами. Эти научные наблюдения отражают принципиальное значение третичной структуры белка TLR4 в эндотоксин-активируемом сигнальном каскаде и позволяют предположить, что связанное с SNPs изменение структуры белковой молекулы может иметь клинические проявления.

Ген TLR4 кодирует крайне консервативный трансмембранный рецептор, имеющий решающее значение в опознавании инфекционных патогенов и инициации многих ответных реакций, наблюдаемых при сепсисе. По этой причине резонно признать, что несинонимические полиморфизмы кодирующей области гена могут серьезно нарушить функции этого протеина. В последнее время исследования сосредоточились на нескольких полиморфизмах-кандидатах в локусе TLR4, в том числе на двух миссенс-SNPs, с которыми связывают изменения в экто-домене рецептора. Первый представляет собой замену основания А на G в позиции +896, приводящую к замене аспарагиновой кислоты на глицин в позиции 299 аминокислотной последовательности во внеклеточном домене рецептора (обозначается как Asp299Gly, или A+896G).

Второй, часто косегрегирующий SNP, содержит в себе замену С-Т в позиции +11996, приводящую к замене треонина на изолейцин в позиции 399 (обозначается как Thr399Ile или С+11996Т).

Имеется не так много данных, касающихся роли подобных полиморфных вариантов в развитии инфекционных заболеваний в госпитальных условиях. Две группы авторов в результате научных наблюдений подтвердили ассоциацию между маркером A+896G гена TLR4 и частотой развития грамотрицательной инфекции, а также септического шока у больных, лечившихся в БИТ. Однако другие клинические и экспериментальные исследования не продемонстрировали связи между вариациями TLR4 и изменением воспалительного ответа по причине низкой воспроизводимости полученных результатов. Так же как и с однонуклеотид-ными полиморфизмами в TNF-a, данные о функциональных эффектах, обусловленных полиморфными вариантами TLR4, особенно SNP в позиции +896, не смогли быть расценены как строгое доказательство клинической ассоциации генотип-фенотип.

Несмотря на серию научных работ с подтверждающими результатами, остается много заметных пробелов, которые необходимо заполнить, прежде чем можно будет использовать SNPs в клинической практике. Самое главное, практическая значимость индивидуальных SNPs в прогнозировании и ответных реакциях была поставлена под сомнение в свете данных, свидетельствующих о частом отсутствии воспроизводимости многих ассоциаций SNP-болезнь в последующих исследованиях.

Даже с учетом тех немногих ассоциаций, которые представляются объективными, пока не установлено, какой из SNPs и, что более важно, сколько их потребуется для того, чтобы гарантировать достоверную оценку степени индивидуального риска сепсиса или вероятности смерти после травмы. Сразу после идентификации прогностических SNPs необходимо определить, поможет ли таргетное лечение больных с высоким генетическим риском увеличить число благоприятных исходов.

Еще одна, вероятно, важная особенность состоит в том, что SNPs имеются в неслучайных структурах, называемых гаплотипами (труппа сцепленных аллелей, распределенных по длине локусов индивидуальной хромосомы и наследуемых в виде единого блока). Существует гипотеза, что SNP-гаплотипы более информативны, чем отдельные SNPs, так как гаплотипы позволяют с большей степенью достоверности объяснить, какую роль играет взаимодействие множества SNPs в риске и исходе заболевания. Известно, что гаплотипы имеются в генах, относящихся к регуляции воспаления. Некоторые из них, как было доказано, определяют in vivo ответ организма на генерализованный воспалительный каскад, в том числе ответы IL10 на эндотоксин и сигнальный каскад b2-рецептора. Наиболее распространенные гаплотипы (частота встречаемости >5%), как правило, отличаются сравнительно небольшим количеством SNPs («гаплотип-меченые» SNPs или tag-SNPs). Несмотря на это, продолжают существовать разногласия по вопросу, будет ли переключение внимания на эти распространенные гаплотипы способствовать идентификации ассоциаций генотип-фенотип.

Определяя понятие «гаплотип», многие не уделяют должного внимания прогностической значимости «гаплотип-меченых» SNPs и считают, что конкретный гаплотип может быть просто маркером другого — нераспознанного, но функционально значимого SNP. Был предложен альтернативный подход, основанный на идентификации функциональных SNPs, особенно тех, что локализуются в кодирующей области и приводят к изменению последовательности аминокислот (примером этой концепции являются рассмотренные выше мутации TLR4). Как указывалось ранее, такие SNPs встречаются не так часто, но влекут за собой высочайший риск неблагоприятных исходов.

Индивидуальный риск и клиническое течение сепсиса и шока, так же как и наиболее социально значимых заболеваний, таких как болезни сердца, диабеты, гипертензия и злокачественные опухоли, определяют множественные генетические факторы и факторы внешней среды. В рамках инфекционных и воспалительных нарушений, факторы пациента, такие как возраст и коморбидные состояния, и факторы, связанные с болезнью, такие как патогенные штаммы, длительность экспозиции и сопутствующая травма, повышают степень риска заболевания и тяжесть его течения, усложняя изучение генетических факторов риска.

- Читать далее "Значение генетики для современной травматологии. Основные проблемы"

Оглавление темы "Особые состояния в травматологии":