Введение

Грыжи являются одной из сложных проблем в практической хирургии. Заболеваемость ими достаточно высока, а нехирургических методов профилактики и ее лечения не существует. Так, становится очевидной необходимость оперативного лечения, которое зачастую сопряжено с развитием множества осложнений: кишечная непроходимость, ущемление, рецидив грыжи [1, 2]. Таким образом, поиск решений предиктивной диагностики высокого риска образования грыж с целью профилактических мероприятий является важным направлением современной науки.

В настоящее время популярность набирает модель предиктивной медицины как современного способа профилактики, это позволяет выявлять на ранних стадиях и дифференцировать мультифакторные заболевания, протекающие на раннем этапе субклинически. На данный момент уже имеются многочисленные способы диагностики различных заболеваний на генном уровне (атеросклероз, онкологические заболевания, сахарный диабет) при воздействии факторов окружающей среды и образа жизни [3, 4]. В то же время анализ генетического тестирования позволяет более точно выявлять различные патогенетические особенности течения болезни. Обнаружение среди населения групп риска развития тех или иных проблем здоровья позволяет снизить заболеваемость за счет своевременных профилактических мер, что являет собой эффективный метод сокращения экономических затрат и неблагоприятных исходов. Каждый организм несет в себе индивидуальную, неповторимую генетическую структуру, состоящую из многообразия нуклеотидных последовательностей генов и их мутаций. Мультифакторные заболевания, к которым в том числе относятся грыжи передней брюшной стенки (ГПБС), возникают под воздействием на организм внешних факторов, имеют наследственную предрасположенность. Предиктивная медицина имеет целью выявление таких пациентов, а также обеспечение меры профилактики воздействия внешних факторов и коррекцию генетического фона. Анализ специфических особенностей разнообразия генетической структуры позволяет выявить центральные гены и гены-модификаторы, а также их ассоциации, лежащие в основе предрасположенности к той или иной болезни.

В условиях клиники меры предиктивной медицины могут осуществляться путем использования молекулярно-генетического тестирования. В данном исследовании определено наличие и количественная характеристика генов, кодирующих предрасположенности к развитию ГПБС. Особенности полиморфной генетической структуры определяются различными методами на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Установление аминокислотной последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) осуществляется при помощи метода секвенирования, что является необходимым диагностическим способом. Секвенирование представляет собой высокоточный метод, позволяющий выявить детерминированные минорные варианты генов. Сложность использования данного метода обусловлена его высокой стоимостью и ограниченностью исследуемого участка, несмотря на его большую величину. Для проведения секвенирования используется различный материал: кровь, слюна, соскоб буккального эпителия, волосы и т.д. Учитывая специфику генетических методов исследования, становится очевидным, что внедрение принципов предиктивной медицины сопряжено с высокими финансовыми затратами [5]. Однако экономическая эффективность данных методов однозначно превысит затраты, а также станет огромным шагом на пути к персонализированному подходу в медицине.

Материал и методы

Поиск литературных источников для обзора проводился в базах данных РИНЦ и PubMed среди отечественных и зарубежных публикаций. В процессе поиска использовались следующие ключевые слова: «послеоперационные вентральные грыжи», «паховые грыжи», «бедренные грыжи», «пупочные грыжи», «генетическая архитектура», «генетическая предрасположенность», «широкогеномные исследования (GWAS)», «полиморфизмы (SNP)». Отбор публикаций проводился на основании содержания и результатов клинических исследований. Критериями исключения были исследования, проведенные на животных, исследования пациентов с диафрагмальными грыжами. Для построения генетической архитектуры использовался онлайн-ресурс string-db.org.

В исследовании приняли участие 577 человек, из них 278 (57 мужчин, 221 женщина) относительно здоровых добровольца без грыж в анамнезе и признаков дисплазии соединительной ткани и 299 (68 мужчин, 231 женщина) пациентов с ГПБС (117 паховые, 95 послеоперационные грыжи, 53 пупочные грыжи, 34 грыжи белой линии), которые находились на лечении в отделении общей хирургии Курской областной многопрофильной клинической больницы в период с 2013 по 2022 г. Возраст в исследуемых группах 55,9±13,9 и 56,2±11,0 года.

Исследование было одобрено Региональным этическим комитетом Курского государственного медицинского университета.

Из венозной крови пациентов выделяли геномную ДНК. Из выделенной ДНК методом ПЦР в режиме реального времени путем дискриминации аллелей с помощью TaqMan-зондов на амплификаторе CFX96 Bio-Rad (США) с использованием праймеров и зондов, синтезированных компанией Синтол (Москва), проводили генотипирование. Анализ ассоциаций генотипов с риском развития ГПБС осуществляли с помощью логистически регрессионного анализа. Расчеты были выполнены в программе SNPStats.

Результаты и обсуждение

В результате поиска литературы найдено 5 статей с широкогеномным поиском ассоциаций (genome-wide association study — GWAS) у пациентов с ГПБС различных локализаций (табл. 1).

Таблица 1. Публикации с широкогеномным поиском ассоциаций

Ученые разных стран мира на протяжении нескольких лет изучали основу генетической предрасположенности к образованию ГПБС. Коллектив ученых США в ходе широкогеномного исследования ассоциаций (GWAS) развития паховых грыж идентифицировали новые 4 локуса, влияющие на образование грыж в популяции: WT1, EFEMP1, EBF2 и ADAMTS6. Каждый из генов экспрессируется в соединительной ткани и отвечает за образование как прямых, так и непрямых грыж. Механизм влияния WT1, EFEMP1 на функции соединительной ткани заключается в воздействии на ферменты внеклеточного матрикса, в частности на матриксные металлопротеиназы, разрушающие волокна коллагена и эластина [6].

Японскими учеными проведен метаанализ особенностей генетической предрасположенности представителей тех или иных национальностей, т.к. данная информация играет важную роль при создании методов профилактики и терапии на территории различных государств, что являет собой меры индивидуального подхода в медицине. Они провели полногеномный поиск ассоциаций (GWAS), целью которого было выявление популяционно-специфических и общегенетических особенностей образования паховых грыж. Проводился анализ данных японского биобанка, а также сравнение полученных результатов с исследованиями британского биобанка. Так, локус rs118109209 в межгенной области гена ELN/TMEM270 седьмой хромосомы достоверно был взаимосвязан с риском образования паховой грыжи. В этом исследовании идентифицированы 23 генетически значимых локуса, из которых 5 выявлены впервые: TGFB2, RNA5SP214/VGLL2, LOC646588, HMCN2, ATP5F1CP1/CDKN3. В образовании паховой грыжи в этом исследовании большую роль играл белок TGFB2. Изоформы TGF-бета, а также TGF-бета2 обусловливают повреждение фибробластов, что влечет за собой образование грыжи. Из выявленных однонуклеотидных полиморфизмов в этом исследовании 15 оказались общими как для японского, так и для британского биобанков, что подтверждало этническую общность факторов образования грыж. Выявленные локусы отвечали за образование внеклеточного матрикса, а также способствовали увеличению количества путей очаговой адгезии, что также являлось предиктором образования грыж посредством изменения мультимолекулярных комплексов белков, соединяющих пучки актиновых филаментов и трансмембранных интегринов [7].

В большом исследовании с метаанализом расовых особенностей развития паховых грыж установлено, что предрасположенность к их возникновению среди неиспаноязычных европейских групп имеется у 2 дополнительных предрасполагающих локусов (CMPK1, PLEKHM3). При генетическом исследовании афроамериканских групп также были установлены 2 патогенетически значимых локуса (LYPLAL1-AS1/SLC30A10, STXBP6-NOVA1), в то время как у латиноамериканских и азиатских групп не было выявлено предрасполагающих особенностей. Авторами также исследована взаимосвязь генетических вариантов этих локусов с прочими фенотипами грыж, в результате которого установлена взаимосвязь паховой грыжи с бедренными, пупочными, а также с вентральными грыжами [8].

При анализе корреляции риска развития паховой грыжи с прочими коморбидными состояниями установлена положительная генетическая связь между паховой грыжей и физической активностью, а также отрицательная связь с индексом массы тела (ИМТ). Было доказано, что возникновению паховой грыжи подвержены люди с высокими ИМТ и уровнем физической активности [9—12].

В другом исследовании доказана гипотеза о более частой заболеваемости паховых грыж у мужчин относительно женщин [13]. При анализе предрасположенности, специфичной для пола, выявлено 2 дополнительных локуса у женщин (MYO1D, ZBTB7C), которые отсутствовали у мужчин, а также 2 локуса у мужчин, которые отсутствовали у женщин (VCL, FAM9A/FAM9B). Однако данные, характерные для пола, присущи лишь группам европеоидной расы, т.к. лица прочих рас участвовали в исследовании в недостаточном количестве. В этих выявленных локусах преимущественно присутствовали гены, кодирующие сшивание эластина, коллагена и эластических волокон. В ходе этого полногеномного многоцентрового анализа установлены закономерности влияния коллагена и эластина на патогенез образования грыж, которые играют ведущую роль в каркасной функции соединительной ткани [14], поэтому было уделено внимание генам, относящимся к группе ADAMTS, которые кодируют конвертацию проколлагена в коллаген во внеклеточном матриксе. Особый интерес представляли ADAMTS16, находящийся в вариативном локусе хромосомы 5p15.32, а также ADAMTSL3 в хромосоме 15q25.2, участвующие в регуляции работы внеклеточного матрикса. Аналогичную роль играли локусы FBLN2 и MFAP4. Ген LOX в хромосоме 5q23.2 отвечал за сшивание коллагена с молекулами эластина. Кроме того, установлена роль фактора роста β, кодируемого локусами: TGFB2, BMP5 и BMP7, — участвующими в функционировании клеточных регуляторных белков [15].

Особый интерес исследователей представляла генетическая предрасположенность к образованию нескольких ГПБС разных локализаций. Образование множественных грыж кодируют 5 локусов: 1q41 (ZC3H11B), 2p16.1 (EFEMP1), 6p22.1 (MHC region), 7q33 (CALD1) и 11p13 (WT1). Локус 1q41 (ZC3H11B) имеет достоверную связь с образованием трех фенотипов грыж: паховой, бедренной и пупочной. Белок ZC3H11B имеет значение при образовании паховой, бедренной, пупочной и вентральных грыж, а также детерминирует некоторые фенотипы близорукости за счет ремоделирования соединительной ткани заднего отдела роговицы. В этом исследовании, как и в других, вновь выявлен полиморфизм гена EFEMP1, который влияет на многие аспекты физиологии соединительной ткани: обусловливает предрасположенность к синдрому запястного канала, истощение эластических волокон, а также отвечает за предрасположенность к развитию варикозной болезни вен и пролапсу тазовых органов. Локус 5p15.33 (CEP72) кодирует сателлитный белок, отвечающий за функционирование микротрубочек и центросомы. Увеличенное число копий данного локуса было обнаружено у пациентов с разрывом внутричерепной аневризмы, что подтверждает его роль в организации соединительной ткани. Кроме того, мутации данного локуса встречаются у пациентов с пищеводом Барретта, для которого диафрагмальная грыжа является предшествующим заболеванием. Стоит отметить роль гена GDF7 в функционировании соединительной ткани, что подтверждается его ролью в образовании дивертикулов, аневризмы брюшной аорты и пролапсе тазовых органов [16].

На основании анализа найденных статей с помощью ресурса string-db.org мы провели анализ связей взаимодействия белок-белок. При построении диаграммы 1-го и 2-го уровней была выявлена прямая связь как раз между тремя из пяти общих выявленных полиморфизмов (рис. 1). Были взаимосвязаны WT1, EFEMP1, TGFB2 через белок ELN.

Рис. 1. Диаграмма связей белок-белок 1-го уровня (а), 2-го уровня (б).

При дальнейшем анализе на максимальном уровне взаимосвязей лишь 6 полиморфизмов пока не были связаны с остальными, а другие гены связаны между собой множественными связями, которые образуются за счет участия уже других генов. Что доказывает взаимосвязанность генетической архитектуры грыж (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма связей белок-белок максимального уровня.

После анализа всех полиморфизмов, связанных с ГПБС, из пяти найденных широкогеномных исследований, единственный полиморфизм гена, который встречался в каждом исследовании, был EFEMP1. Результат генотипирования этого полиморфизма в русской популяции представлен в табл. 2.

Таблица 2. Анализ ассоциаций полиморфизмов rs 2009262 EFEMP1 с развитием ГПБС

Примечание. p — уровень значимости с коррекцией на пол, возраст; ОШ — отношение шансов; 95% ДИ — 95% доверительный интервал; * — показаны статистически значимые различия между группами; ^! — показатели, рассчитанные для лог-аддитивной регрессионной модели с коррекцией на пол, возраст.

В ходе нашего исследования обнаружена ассоциация rs2009262 EFEMP1 по рецессивной (p=0,023) и логаддитивной (p=0,033) моделям, в которых выявлен протективный эффект минорного аллеля C, что означает рисковую ассоциацию по главному Т-аллелю. С практической точки зрения мы оценили влияния выявленной нами связи полиморфизма rs2009262 EFEMP1 с помощью метода бинарной логистической регрессии, которая позволила построить статистическую модель для прогнозирования болезни в нашем случае — ГПБС. В результате мы установили, что при выявлении у пациентов генотипа ТТ риск возникновения грыжи составляет 81,5%, а учитывая полученный протективный эффект по генотипу CC гена EFEMP1, вероятность не развития ГПБС составляет 77,3%.

Обсуждение

Определение генетической предрасположенности к развитию тех или иных фенотипов грыж имеет практическую значимость для нехирургической коррекции, а также и оперативного лечения. В настоящее время существует технология CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats), которая может быть использована как метод нехирургической коррекции. Это короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, способные при помощи нуклеаз индуцировать целевые делеции, вставки и точные изменения последовательностей. Гомологичная репарация может использоваться для введения специфических точечных мутаций или для вставки желаемых последовательностей посредством экзогенно-поставляемых «донорских матриц» ДНК. Данная система делает возможным прицельное редактирование генома [17]. С позиции хирурга выявление у пациента рискового генотипа ТТ полиморфизма гена rs2009262 EFEMP1 может помочь спрогнозировать развитие у больного грыжи и определить тактику оперативного лечения с использованием современных синтетических герниоимплантатов, а также установить показания для коллаген-стимуляции во избежание рецидива грыжевого выпячивания.

Заключение

Таким образом, данный систематический разбор систематизирует новые данные на тему генетической архитектуры ГПБС. Наиболее значимыми локусами, упоминаемыми в нескольких исследованиях, оказались WT1, EFEMP1, EBF2 и ADAMTS6. Определена важная роль локусов TGFB2, RNA5SP214/VGLL2, LOC646588, HMCN2, ATP5F1CP1/CDKN3, открытых японскими учеными. Наиболее значимые факторы риска образования ГПБС представлены высоким ИМТ и тяжелыми физическими нагрузками. Большое значение в образовании ГПБС имеют гены группы ADAMTS. Кроме того, практическую значимость имеют локусы, ответственные за развитие множественных грыж разных локализаций: 1q41 (ZC3H11B), 2p16.1 (EFEMP1), 6p22.1 (MHC region), 7q33 (CALD1) и 11p13 (WT1). Полученные данные открывают широкие возможности для коррекции геномных мутаций при помощи методики CRISPR и предотвращения развития грыжи. Предотвращение образования грыжи позволит существенно снизить заболеваемость, чем привнесет значительный прогресс в хирургическую практику, а также сократит экономические затраты на таких пациентов и позволит исключить прогностически неблагоприятные оперативные вмешательства. У больных с запланированной лапаротомией выявление генотипа ТТ полиморфизма гена rs2009262 EFEMP1 может определить показания для укрепления передней брюшной стенки синтетическими герниоимплантатами.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.