Синдром Клайнфельтера (СК) — одно из наиболее распространенных врожденных генетических заболеваний. Частота выявляемости у новорожденных мальчиков составляет 0,1—0,2%; возрастает до 3—4% среди бесплодных мужчин и у пациентов с азооспермией диагностируется в 10—12% случаев [1]. Полисомия по половым хромосомам у мужчин проявляется наличием не менее двух Х-хромосом. Наиболее часто (80—90%) при СК встречается кариотип 47, XXY. На оставшиеся 10—20% приходятся другие варианты анеуплоидии: 48, XXXY; 48, XXYY; 49, XXXXY или мозаицизм 47, XXY/46,XY.

В 1942 г. H. Klinefelter, работая ассистентом профессора F. Albright в Массачусетской клинике общих болезней, впервые дал клиническое описание синдрома [2], и с этого периода начал собирать сведения об этом заболевании. Описываемые признаки постепенно складывались в академическое представление СК: увеличение роста на 6,5 см от средних значений, узкие плечи, широкий таз, гинекомастия, малый объем яичек, отсутствие сперматогенеза, нормальная или умеренно сниженная функция клеток Лейдига, увеличенная секреция ФСГ, дефицит андрогенов, нормальный или незначительно сниженный интеллект [3].

Существенным прорывом в понимании синдрома становятся появившиеся в 1956 г. первые сообщения, связывающие клиническую картину синдрома с присутствием лишнего женского хроматина в буккальном эпителии [4, 5]. Однако официально принято считать, что установила этиологию синдрома — наличие дополнительной Х-хромосомы — P. Jacobs в 1959 г. [6]. В ее работе были исследованы мазки крови и буккального эпителия у мужчины с клинической картиной СК. В лейкоцитах и эпителиоцитах слизистой щеки был обнаружен женский половой хроматин, а анализ кариотипа клеток костного мозга этого пациента показал присутствие лишней Х-хромосомы.

Помимо кариотипа 47, ХХY, описанного P. Jacobs в 1959 г., начинают появляться сообщения и о других видах полисомии по гоносомам, объединенные под общим названием — синдром Клайнфельтера. Так, Ferguson-Smith (1960) и Carr (1961) сообщили о случае трисомии по Х-хромосоме — 48, ХХХY. Muldal и Ockey (1960), Carr (1961) — о 48, ХХYY. Ford (1959), Crooke и Hayward (1960) первыми опубликовали данные о мозаичной форме СК — 47, ХХY/46,ХY. Fraccaro 1960, Anders (1960), Miller (1961) сообщили о случае тетросомии по Х-хромосоме — 49, ХХХХYY [7].

В отличие от трисомий аутосом, которые только в 10% случаев имеют отцовское происхождение, при СК дополнительная Х-хромосома равновероятно может быть материнского или отцовского генеза. Ошибки в прогенезе чаще всего возникают при нерасхождении хромосом в мейозе I, а в случае материнского происхождения еще и в мейозе II [8].

Диагностика СК в пренатальном периоде осуществляется цитогенетическим анализом материала, полученного при биопсии ворсин хориона, кордоцентезе и/или амниоцентезе. Кроме классического анализа, в настоящее время начали применяться методы неинвазивной диагностики: пренатальный ДНК-тест Panorama («Illumina», США) и протеомный тест. При выполнении теста Panorama из крови матери (начиная с 9-й недели беременности) выделяется и исследуется ДНК плода, что позволяет получить достоверные результаты по сравнению с обычным биохимическим скринингом. При протеомном тесте исследуется кровь женщины во II триместре беременности. При вынашивании плода с СК выявляются три маркерных белка эмбриона, преодолевающие гематоплацентарный барьер: церулоплазмин, аполипопротеин А1 и плазма-ретинолсвязывающий белок, которые демонстрируют другие уровни активности по сравнению с контролем [9]. Новые тесты относятся к скрининговым. Они не диагностируют заболевание, а определяют его вероятность. Несмотря на современные возможности, СК обнаруживается до пубертата менее чем в 3% случаев и в течение жизни мужчин с СК — всего у 25% [10].

На протяжении более 30 лет считалось, что пациенты с СК не могут иметь биологических детей. Однако с наступлением эры ЭКО ученые и клиницисты стали разрабатывать стратегии для преодоления их бесплодия.

Первые попытки лечения пациентов с наиболее частой и тяжелой формой первичного мужского гипергонадотропного гипогонадизма, сопровождающегося необструктивной формой азооспермии, появились с внедрением в практику ЭКО микрохирургического извлечения сперматозоидов из ткани яичка — микро-ТЕСЕ (microdissection testicular sperm extraction). Эта техника использует 20—30-кратное увеличение для нахождения немногочисленных расширенных участков извитых семенных канальцев, в которых возможно сохранение в той или иной степени сперматогенеза. В публикациях за последнее время показано, что у более чем 50% пациентов с СК в ходе операции микро-ТЕСЕ удается найти сперматозоиды. Эти цифры сопоставимы с результатами микро-ТЕСЕ у пациентов с необструктивной азооспермией и нормальным кариотипом [11—15].

Первая публикация о беременности с использованием сперматозоидов, полученных микрохирургическим путем от пациента с немозаичной формой СК, относится к 1996 г. [16]. В 1997 г. родился первый ребенок [17], и в настоящее время обзоры литературы [18, 19] сообщают о рождении уже более сотни детей от мужчин с С.К. Есть опыт и повторного использования микро-ТЕСЕ у пациентов с неудачным исходом при первой операции. По сообщениям А. Haliloglu и соавт. [20], в 16,7% случаев удавалось выделить сперматозоиды и получить эмбрионы. Беременность наступила у одной пары и закончилась рождением здоровой девочки. Среди всех детей, рожденных от мужчин с СК, только у одного ребенка отмечался кариотип 47, XXY, несмотря на увеличение доли анеуплоидных сперматозоидов у пациентов с СК по сравнению со здоровыми мужчинами [19].

Как можно объяснить отсутствие высокой частоты азооспермии у детей, рожденных после микро-ТЕСЕ-ИКСИ от мужчин с СК? Почему у одних пациентов с СК обнаруживают сперматозоиды, а у других нет? Вопросы подобного рода свидетельствуют о том, что наши представления о молекулярных и клеточных механизмах, лежащих в основе СК, ограничены и противоречивы. Анализ научных фактов и проведение собственных научных исследований — единственный способ расширить и уточнить наши знания по этиологии и патогенезу СК.

Цель исследования — представить обзор современных данных литературы по этиологии и патогенезу СК на основании данных молекулярной биологии и генетики. Показать динамику изменения морфофункциональных характеристик в возрастном аспекте у мужчин с СК.

В основе фенотипических и клинических проявлений СК лежит генетическая патология — наличие дополнительной Х-хромосомы. Согласно теории инактивации Х-хромосомы, одна Х-хромосома во всех соматических клетках женщин инактивируется примерно на 16-е сутки эмбрионального развития (гипотеза M. Lyon, 1962), что выравнивает экспрессию генов этой хромосомы у мужчин и женщин. Выбор инактивируемой Х-хромосомы случайный и равновероятный для Х-хромосомы отцовского и материнского происхождения. Все женщины мозаичны по экспрессии Х-сцепленных генов: некоторые клетки экспрессируют аллели, унаследованные от отца, другие — от матери. В дальнейшем «переактивации» Х-хромосом не происходит. Гетеропикнотическое состояние одной из Х-хромосом передается дочерним соматическим клеткам во всех последующих клеточных поколениях. Однако при наличии структурных аномалий Х-хромосомы (делеция, дупликация, изохромосома) инактивируется поврежденная Х-хромосома. Это явление неслучайной инактивации отражает отбор генетически несбалансированных клеток, снижает и даже устраняет клинические последствия конкретного хромосомного дефекта. Неактивная Х-хромосома — это гетерохроматиновая масса в интерфазных клетках женщин, идентифицируемая как тельце Барра [21], расположенное по периферии ядра, генетический материал которой реплицируется в конце S фазы клеточного цикла.

Центр Х-инактивации расположен в проксимальном отделе Xq, в участке Xq13. Центр инактивации содержит ген Xist (X inactivate specific transcript), который экспрессируется только на неактивной хромосоме; на активной хромосоме он отключен как в женских, так и в мужских клетках. Ген Xist обладает удивительным свойством: он кодирует не белок, а РНК, которая локализуется на длинном плече инактивированной Х-хромосомы. Некодирующая РНК обеспечивает формирование оболочки вокруг экстра Х-хромосомы и молчание ее генов в соматических клетках человека [22, 23]. Это молчание обеспечивается присоединением метильной группы к цитозину под влиянием фермента ДНК-метил-трансферазы в области промотора многих генов в неактивной Х-хромосоме. Такое метилирование ДНК связано с CpG динуклеотидами (CpG — сокращенно цитозин и гуанин, разделенные фосфатом, связывающим эти два нуклеотида вместе в ДНК) и приводит к неактивному состоянию хроматина. Ген не может быть транскрибирован и, следовательно, не может быть транслирован в белок.

Расширенный анализ экспрессии генов Х-хромосомы показал, что почти 15% генов избегают инактивации [24—29]. Однако механизм поддержания в активном состоянии этих генов на фоне молчащего генетического окружения остается неизвестным. Примечательно, что гены, избегающие инактивации, расположены не произвольным образом, а на коротком плече Х-хромосомы (Хр) и 10% из них имеют переменную инактивацию, т. е. у одних женщин они заблокированы, а у других — нет.

Аналогичная ситуация отмечается и у мужчин с СК: избыточная Х-хромосома инактивируется, но не тотально. Те гены, которые избежали инактивации, имеют выше уровень экспрессии у мужчин с СК в сравнении с мужчинами с кариотипом 46, XY. При этом сверхдозы генных продуктов у пациентов с СК тоже могут быть разными, что приводит к широчайшему спектру клинических и фенотипических проявлений заболевания. Так, при полногеномном SNP-генотипировании (Single nucleotide polymorphism), когда можно найти различия последовательности ДНК размером в один нуклеотид между гомологичными участками гомологичных хромосом, были установлены вариации числа копий генов (CNVs) у более чем 40% пациентов с СК, которые возникают в результате несбалансированных хромосомных перестроек: делеций, дупликаций. Обнаружено, что CNVs у пациентов с СК в 94,4% случаев проявляются дупликациями генов. Причем у половины из этого числа CNVs включали 8 генов инактивированной Х-хромосомы, избегших инактивации. К этим генам относятся SHOX, CSF2RA, SLC25A6, PCDH11X и IL9R, расположенные в псевдоаутосомальных областях (PARs) и Xq21.31. Вышеуказанные гены имеют гомологи на Y-хромосоме, что означает присутствие 2 копий у здоровых мужчин и женщин и 3 копий у пациентов с СК без дупликации и 4 копий — с дупликацией. Два гена: STS, PNPLA4 присутствуют только на Х-хромосоме. Следовательно, у здоровых женщин и у пациентов с СК без дупликации имеется 2 копии этих генов, а в ситуации с дупликацией — 3 копии [30]. Эти данные согласуются с результатами другого современного исследования, согласно которым у пациентов с СК отмечается различная экспрессия генов Х-хромосомы [31]. В настоящее время установлены не только гены, подвергающиеся дупликации у пациентов с СК, но и генные продукты, а также метаболические пути, где они задействованы.

SHOX кодирует транскрипционный фактор, необходимый для развития скелета. Специфического описания фенотипа при дупликации данного гена на сегодняшний момент нет, кроме сообщений об ассоциации этой дупликации с ростом от нормального до высокого [32, 33].

CSF2RA кодирует белок-рецептор семейства цитокинов. Увеличение экспрессии связано с инсулиновой резистентностью, концентрацией прокоагуляторного вещества PAI-1 и цитокинами [31]. Экспрессия CSF2RA обусловливает высокий риск инсультов [34], что, возможно, связано с ангиогенными свойствами белка [35].

SLC25A6 кодирует мембранный белок с функцией митохондриального переносчика, транспортирующий АДФ из цитоплазмы в митохондриальный матрикс и АТФ из митохондриального матрикса в цитоплазму. Белок регулирует освобождение митохондриальных продуктов, которые индуцируют апоптоз через активацию каспаз и деградацию ДНК. Любая дисфункция этого белка ведет к серьезным последствиям для клеточного метаболизма [36].

PCDH11X кодирует белок, принадлежащий к семейству d1-протокадхеринов, который может участвовать в регуляции уровня цитоплазматического β-катенина, влияющего на формирование размера коры головного мозга [37], и предполагается, что он играет роль в клеточном взаимодействии при развитии ЦНС. Неадекватная работа гена приводит к развитию дислексии.

IL9R кодирует белок-рецептор цитокинов, который опосредует эффекты интерлейкина-9.

STS содержит информацию о стероидной фосфатазе, локализованной в эндоплазматическом ретикулуме. Она гидролизует 3β-гидроксистероид сульфаты, являющиеся предшественниками для эстрогенов, андрогенов и холестерина.

PNPLA4 кодирует фосфолипазу, обладающую триацилглицероллипазной и трансацилазной активностью. Фермент может быть вовлечен в триглицеридный гомеостаз в адипоцитах [30].

В настоящее время показано, что дополнительная Х-хромосома, помимо увеличения генных продуктов, оказывает влияние и на экспрессию генов аутосом. Анализ ДНК лимфоцитов у пациентов с СК с использованием ДНК микрочипов показал, что 480 генов аутосом имели повышенную экспрессию, а более 200 — пониженную [38].

Транскрипционный анализ клеток Сертоли, Лейдига и герминативных клеток сперматогенного эпителия показал сходную картину — дисрегуляцию генов аутосом [39]. Тканеспецифические различия метилирования и экспресиии ДНК аутосом были идентифицированы в посмертном мозге мужчины с кариотипом 47, XXY; это касалось и гена SPAG1 (sperm associated antigen 1), расположенного на длинном плече 8-й хромосомы. Продукт SPAG1 — это белок, который принимает участие в сперматогенезе [40, 41].

Результаты приведенных исследований показывают, что анеуплоидия может приводить к эпигенетическим трансформациям генов аутосом, что усложняет понимание патофизиологии заболевания СК.

Данные научных работ свидетельствуют о том, что при увеличении числа Х-хромосом ряд генов экспрессируется в герминативных клетках яичка [42], что может влиять на мейотическое деление и играть роль в этиологии бесплодия мужчин с СК [43—46]. Это подтверждается фактом увеличения экспрессии специфического белка TEX11 (белка герминативных клеток яичка, кодируемого генами Х-хромосомы), который наиболее отчетливо выявляется в сперматогониях и ранних сперматоцитах и проявляется подавлением клеточной пролиферации в семенных канальцах [47].

Если переместиться с молекулярного уровня организации биологических систем на клеточный, то необходимо проследить гормональную регуляцию и связанные с ней становление и динамику изменений репродуктивной системы у пациентов с СК.

Моделью для понимания механизма потери сперматогенных клеток при СК послужили мыши с кариотипом 41, XXY [48]. Установлено, что примордиальные стволовые клетки в нормальном количестве мигрируют в генитальные валики у XXY эмбрионов мышей, и ухудшение митотической пролиферации становится очевидным только с началом дифференцировки яичек [49]. На мышиной модели было обнаружено, что в постнатальный период потеря герминативных клеток в извитых семенных канальцах начинается с возобновления митоза и до начала их мейоза. В это время сперматогонии должны сменить свою центральную локализацию в канальцах на периферическую. На новом месте эти клетки формируют популяцию сперматогоний, А типа под влиянием факторов экстрацеллюлярного матрикса, проникающих через базальную мембрану канальца. Все те герминативные клетки, которые не сменили свою локализацию и сохранили центральное положение в канальце, дегенерируют [50].

Данные о редукции числа стволовых клеток в извитых семенных канальцах, полученные на плодах человека с кариотипом 47, XXY, подтверждают наблюдение, установленное на модели животных [51, 52]. W. Coerdt и соавт. [53] обнаружили только половинный набор сперматогоний у плодов с СК на 19—22-й неделе беременности в сравнении с нормальными XY плодами. Однако ряд исследователей [54, 55] не подтверждают эти данные, говоря о нормальной тестикулярной гистологии у плодов с кариотипом 47, XXY на 17—20-й неделе гестации.

Существуют данные о нетипичной работе клеток интерстициальной ткани яичка у мужских плодов с С.К. Клетки Лейдига синтезируют два основных гормона: тестостерон и инсулиноподобный фактор 3 (INSL3). Одна из функций последнего — инициация перемещения яичек в мошонку. Показано, что частота крипторхизма при СК в 3 раза выше [10], чем у мужчин c кариотипом 46, XY. Распространенность кариотипа 47, XXY увеличивается в 4—10 раз у пациентов с крипторхизмом [56—58]. Это наблюдение выдвигает предположение о частичном повреждении клеток Лейдига во второй половине внутриутробной жизни [59].

Известно, что гормональные всплески уровня тестостерона во внутриутробном периоде чрезвычайно важны для нормального физического и умственного развития мальчика. Плоды с кариотипом 46, XY выдают тестостероновые пики с 12-й до 15-й недели внутриутробной жизни, а плоды с кариотипом 47, XXY демонстрируют уровень тестостерона, соответствующие таковым у плодов женского пола [60]. Установлено, что соотношение между длиной II пальца правой руки к IV является суррогатным маркером, говорящим о внутриматочной экспозиции плода к половым гормонам. Женщины имеют большее соотношение длины, чем мужчины [61], также как и мужчины с СК в сравнении с контролем [62].

В постнатальном периоде, в период минипубертата у всех мальчиков отмечается транзиторная активация гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы. В это время происходит увеличение объема тестикул на 36% и длины полового члена на 1 см [63]. Со 2-й недели жизни показатели гонадотропинов, тестостерона и антимюллерова гормона (АМГ) прогрессивно увеличиваются и достигают максимума ко 2—3-му месяцу жизни, а к концу первого полугодия жизни их концентрация снижается, за исключением АМГ [64], и практически не определяется до наступления периода полового созревания [63, 65, 66].

Ранняя стимуляция яичек ФСГ приводит к развитию и пролиферации клеток Сертоли, секреции АМГ и ингибина B [67]. Показатели последних, содержание и функция клеток Сертоли в ранний постнатальный период у мальчиков с СК не отличались от контроля. Эти данные поддерживают версию вторичного повреждения клеток Сертоли при дегенерации герминативных клеток [68].

Активная выработка ЛГ в течение первых 2—6 мес жизни способствует интенсивной продукции тестостерона клетками Лейдига, концентрация которого у детей с СК находилась в пределах нормы, но была ниже средних значений контроля, что может свидетельствовать о некоторой дисфункции клеток Лейдига, а также может отражать факт нефункционирования системы обратной связи [69].

Начало пубертата у пациентов с СК происходит в то же время, что и у здоровых юношей [70], что свидетельствует о достаточных концентрациях тестостерона как для начала полового созревания, так и для развития вторичных половых признаков [71].

В период пубертата у юношей с СК отмечается резкое снижение уровня ингибина В, тестостерона и INSL3, тогда как показатели ФСГ и ЛГ в сыворотке крови значительно увеличиваются, предопределяя тестикулярное повреждение. Макроскопически это проявляется сначала увеличением объема яичек до 5—6 мл, которое затем сменяется их уменьшением до 2—4 мл, т. е. до препубертатного объема. Микроскопически это повреждение проявляется нарушением сперматогенеза и угнетением эндокринной функции яичек. В этот период происходит апоптотическая гибель герминативных клеток и сустентоцитов вместо их мейотического деления [72, 73]. Предполагается, что критическим фактором для выживания стволовых клеток в зрелых семенниках служит доза активных Х-хромосомных генов. Молекулярные механизмы, индуцированные измененной дозой генов Х-хромосомы, могут в период полового созревания инициировать дегенеративные процессы в яичках у юношей с СК [72].

На сегодняшний день существуют две теории, описывающие сперматогенез у мужчин с СК (см. рисунок).

Согласно одним исследованиям [74—78], сперматогонии 47, XXY потенциально способны пройти все стадии мейоза, давая при этом клетки с анеуплоидией гоносом и нормальные гаплоидные сперматозоиды (см. рисунок, а).

Согласно другим исследованиям [79—81], сперматозоиды при СК образуются из небольшого количества сперматогоний 46, XY, которые, возможно, образуются из клонов сперматогоний, потерявших одну из Х-хромосом в период высокой их митотической активности. Такое утверждение основывается на FISH анализе с зондами на Х-центромеру. Увеличение концентрации сперматозоидов с анеуплоидией в сравнении с нормальным контролем происходит в результате ошибок мейоза, вызванных измененной эндокринной микросредой яичка. При этом клетки Сертоли демонстрируют кариотип 47, XXY (см. рисунок, б).

Исходя из вышеизложенного, становится очевидным, что прежний термин «абсолютная стерильность» для пациентов с СК не применим.

Проведенный анализ данных литературы показывает, что вероятность получения сперматозоидов у пациентов с СК с применением операции микро-ТЕСЕ составляет 50%. Эта вероятность сопоставима с результатами операции у пациентов с необструктивной азоспермией и нормальным кариотипом. Приведенные современные данные, возможно, позволят разрушить врачебный стереотип о бесполезности работы с этими пациентами для преодоления их бесплодия.

Пациенты с СК и положительным результатом микро-ТЕСЕ не имеют существенных отличий по объему яичек и гормональному статусу от пациентов группы с отрицательным исходом. В настоящее время критерием для успешной экстракции сперматозоидов в ходе микродиссекции являются возраст пациента до 35 лет и ранняя диагностика синдрома. Вопрос о назначении заместительной андрогенотерапии, начиная с пубертата, остается спорным. По мнению некоторых авторов, вовремя назначенная терапия сможет минимизировать не только комплекс фенотипических проявлений синдрома, но и, возможно, отсрочить быструю потерю клеток сперматогенеза, что позволит помочь этим пациентам в реализации их репродуктивной функции.

Для всех супружеских пар с СК программы ЭКО/ИКСИ должны сопровождаться генетическим скринингом для исключения переноса бластоцист с анеуплоидией, увеличение доли которых может быть связано с повышением доли сперматозоидов с анеуплоидией в сравнении с контролем.

Отсутствие высоких значений анеуплоидий у детей, рожденных от мужчин с СК, возможно, связано с уменьшением имплантационных возможностей эмбрионов с патологией кариотипа.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.