Болезнь Коатса (OMIM 300216, экссудативный ретинит, телеангиэктазия сетчатки, болезнь Коутса) — редкая форма дистрофии сетчатки, которая характеризуется врожденным локальным расширением мелких сосудов сетчатки и приводит к микрогеморраргиям, образованию субретинальных экссудатов и отслойке сетчатки. Для болезни Коатса характерно поражение только одного глаза (в 95% случаев), она встречается преимущественно у молодых мужчин (в 75% случаев) [1].

S. Kase и соавт. (2013), исследуя гистологию энуклеированных глаз пациентов с болезнью Коатса, обнаружили инфильтрацию макрофагов и накопление холестерола в субретинальном пространстве, измененный ход сосудов и гиалинизацию их стенок. На эндотелиальных клетках, выстилавших измененные кровеносные сосуды, наблюдалась эктопическая экспрессия рецепторов фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR1, 3) [2].

Дифференциальная диагностика болезни Коатса проводится с несколькими нозологическими формами наследственных патологий сетчатки, среди которых некоторые формы экссудативных витреоретинопатий (OMIM PS133780), ретинобластома (OMIM #180200) и псевдоглиома [3, 4]. В одном из случаев в гене NDP, большинство герминальных мутаций в котором отвечают за болезнь Норри [5], обнаружены соматические мутации в энуклеированном глазу у пациента с болезнью Коатса [6]. Тем не менее общая или частая генетическая причина самой болезни Коатса не установлена. Ранее ее считали ненаследственной патологией, характеризуя как спорадическую или идиопатическую отслойку сетчатки [7].

Полноэкзомное секвенирование с использованием методов высокопроизводительного секвенирования (ВПС) дает возможность собрать сведения об ассоциированных мутациях в разных случаях болезни Коатса и в будущем установить генетические причины и молекулярный механизм ее патогенеза.

Клиническое наблюдение

Пробанд, мужчина 17 лет, от первой беременности, первых срочных родов. В акушерском анамнезе матери упоминается об угрозе прерывания беременности в I триместре. В неонатальном периоде наблюдались последствия внутриутробной гипоксии, развившейся, как предполагается, на фоне обвития пуповиной. При рождении оценка по шкале Апгар составила 5/6 баллов. Длина и масса тела при рождении — 50 см, 3000 г. Раннее развитие происходило в соответствии с возрастными нормами. В анамнезе заболевания отмечается снижение зрения с 14 лет. По данным осмотра генетиком, педиатром и офтальмологом, у пациента наблюдаются: гиперстенический тип телосложения, череп без дисморфий; патологических изменений со стороны опорно-двигательного аппарата, системы кровообращения, ЛОР-органов, нервной и мочеполовой систем не выявлено, интеллектуальное и ментальное развитие в соответствии с возрастом. При описании глазного статуса пациента отмечается: роговица прозрачная, сферичная, зеркальная, радужка структурная без дефектов, зрачок правильной формы, передняя камера средняя, влага передней камеры прозрачная, хрусталик прозрачный, в центре плавающие помутнения в стекловидном теле. При офтальмоскопии справа: диск зрительного нерва розовый, с четкими контурами, макулярный рефлекс отсутствует, артерии извитые, вены расширенные, в нижнем квадранте сетчатки субретинальное отложение желтоватого экссудата, на 12 часах множественные лазеркоагуляты, отграниченные пигментом, на крайней периферии на 14 часах проминирующий узлоподобный очаг белесого цвета диаметром 1 ДД; на 18 часах проминирующий округлый очаг диаметром 3 ДД с лазеркоагулятами на его поверхности, в центре видны мелкие сосудистые клубки. Левый глаз интактен. Дополнительное ультразвуковое исследование правого глаза позволило выявить наличие проминирующих очагов периферических отделов глазного дна. При оптической когерентной томографии заднего отрезка пораженного глаза зарегистрированы деформация витреоретинального комплекса, дезорганизация пигментного эпителия и фоторецепторов.

Пациенту выполнено обследование с применением рутинных, клинических, инструментальных методов обследования: прямой офтальмоскопии с использованием щелевой лампы 700GL Takagi Seiko (Япония) и высокодиоптрийных линз (78Д, 90Д), ультразвуковой диагностики глазного яблока с помощью прибора Sonomed VuPad A/B Scan (США) и оптической когерентной томографии заднего сегмента глаз, используя прибор CIRRUS HD OCT 5000 АНГИО (Carl Zeiss, США). Ввиду выраженных структурных и функциональных изменений глаз у пациента, а также физико-вербального контакта врача с пациентом некоторые дополнительные офтальмологические исследования (включая фотографирование глазных доньев — фундус-снимки) не могли быть выполнены.

Следующим этапом диагностики являлись молекулярно-генетические исследования: прямое секвенирование по Сенгеру кодирующей последовательности и прилегающих интронных областей гена NDP с последующим полноэкзомным секвенированием методом ВПС на платформе BGISEQ-500 с использованием парно-концевого чтения (2×100 п.н.) со средним покрытием не менее 179,0×. Для пробоподготовки использована методика селективного захвата участков ДНК MGIEasy Exome Capture V4, относящихся к кодирующим областям более чем 20 тыс. генов (59 Мб). Биоинформатический анализ проводился с использованием собственного программного обеспечения, разработанного для выявления как однонуклеотидных вариантов, так и вариаций числа копий, как описано ранее [8]. Дальнейшая фильтрация проводилась по функциональным последствиям и популяционным частотам, а также по клинической значимости.

Клинический диагноз установлен на основании комплексного офтальмологического обследования. Молекулярно-генетическое исследование выполнено в два последовательных этапа. Проведено исследование образца ДНК пациента на наличие мутации в гене NDP методом прямого автоматического секвенирования. В кодирующей последовательности и прилегающих экзон-интронных областях гена NDP патогенные или вероятно патогенные варианты не обнаружены. Следующим этапом выполнено полноэкзомное секвенирование методом ВПС с целью поиска патогенных генетических вариантов, ассоциированных с витреоретинальной дегенерацией и другой наследственной офтальмопатологией. Обнаружен редкий вариант нуклеотидной последовательности гена HMCN1 в гетерозиготном состоянии: NM_031935.2(HMCN1):c.9571C>T, приводящий к замене аминокислоты p.(Arg3191Cys) в одном из иммуноглобулиновых доменов белка HMCN1 (домене Ig-like C2-type 30 — подобном иммуноглобулину 30-м домене типа C2) (рисунок). Ген HMCN1 кодирует крупный белок базальной мембраны гемицентин, выполняющий функцию поддержания полярности, стабилизации положения клеток и архитектуры межклеточных контактов [9]. Патогенные варианты нуклеотидной последовательности гена HMCN1 в гетерозиготном состоянии связаны с возрастной дегенерацией макулы 1 (OMIM #603075), которая у некоторых пациентов может сопровождаться отслойкой сетчатки. Вариант зарегистрирован в популяции здоровых индивидов; частота варианта в gnomAD [10] составляет 0,000035: он встретился на 10 аллелях из 281 384 изученных только в гетерозиготном состоянии, большая часть носителей варианта (6 из 10) — младше 50 лет. По данным базы RUSeq [11], в России частота аллеля составляет 0,0008826 (8 аллелей из 9064). Предсказательные алгоритмы оценивают вариант как повреждающий функцию. По совокупности данных обнаруженный вариант нуклеотидной последовательности следует рассматривать как вариант с неизвестным клиническим значением с уровнем значимости PM2, PP3, PP4. Однако, по данным литературы, возрастная дегенерация сетчатки манифестирует в более зрелом возрасте [12].

Результаты подтверждения найденных у пробанда вариантов нуклеотидной последовательности с помощью секвенирования по Сенгеру.

а — секвенограмма ДНК пациента, демонстрирующая вариант c.9571C>T в гене HMCN1 в гетерозиготном состоянии; б — секвенограмма ДНК пациента, демонстрирующая вариант c.2930C>T в гене NPHP4 в гетерозиготном состоянии. Красной стрелкой отмечено положение вариантов на рисунке.

У пациента также обнаружено гетерозиготное носительство известного патогенного варианта нуклеотидной последовательности гена NPHP4: NM_015102.4(NPHP4):c.2930C>T, приводящего к замене аминокислоты в высококонсервативном положении p.(Thr977Met), зарегистрированного в базе HGMD [13] (CM178914), где он обнаружен при сочетании нефронофтиза с дистрофией сетчатки (см. рисунок). Частота варианта в gnomAD составляет 0,0003581, он встретился на 100 аллелях из 279 232, один раз — в гомозиготном состоянии. В базе данных RUSeq зарегистрирован не был. Ген NPHP4 кодирует один из белков-нефроцистинов, образующих мультифункциональные белковые комплексы, ассоциированные с цитоскелетом, он вовлечен в процессы сигнальной трансдукции [14, 15]. Белок NPHP4 регулирует развитие и поддержание функции нефронов, а также межклеточные контакты и передачу сигналов в эндотелии сосудов сетчатки. Биаллельные патогенные варианты в гене NPHP4 ассоциированы с синдромом Сеньора—Локена 4-го типа (OMIM #266900), характеризующимся сочетанием нефронофтиза и пигментного ретинита, экссудативной витреоретинальной дегенерацией. Других вариантов в данном гене у пробанда не обнаружено.

Обсуждение

Пациенту мужского пола 17 лет с односторонним поражением сетчатки и предположительным диагнозом экссудативная витреоретинопатия / болезнь Коатса проведено комплексное клинико-генетическое обследование с применением полноэкзомного секвенирования методом ВПС. Обнаружены варианты нуклеотидной последовательности в двух разных геномных локусах: вариант неясного клинического значения c.9571C>T в гене HMCN1, приводящий к замене аминокислоты p.(Arg3191Cys), и описанный ранее патогенный вариант c.2930C>T в гене NPHP4, приводящий к замене аминокислоты в высококонсервативном положении p.(Thr977Met), — оба в гетерозиготном состоянии.

Случай, казалось бы, так и остался бы нерешенным, если бы не несколько объективных обстоятельств, которые заставляют считаться и с единственным найденным патогенным вариантом в гене NPHP4, биаллельные патогенные варианты в котором описаны у пациентов с синдромом Сеньора—Локена 4-го типа, и с редким генетическим вариантом с неясным клиническим значением в гене HMCN1, отвечающем за возрастную дистрофию макулы с аутосомно-доминантным типом наследования, которая может развиваться при неблагоприятном сочетании нескольких факторов риска [12].

До сегодняшнего дня роль модифицирующих генетических факторов продолжает изучаться и может быть оценена только в будущем. Очень вероятно, что два выявленных варианта способны усугублять функциональные последствия друг друга, действуя во взаимосвязанных регуляторных модулях. Известно, что белки NPHP4 и HMCN1 задействованы в регуляции и поддержании целостности гематоретинального барьера; кроме того, нефроцистин NPHP4 участвует в регуляции транспорта, осуществляемого соединительной ресничкой фоторецепторов.

Один из вариантов обнаружен в гене, кодирующем белок HMCN1, который является компонентом базальных мембран и участвует в белковых комплексах, формирующих межклеточные контакты, отвечая также за структурную целостность внеклеточного матрикса. Ген HMCN1 экспрессируется в пигментном эпителии сетчатки и отвечает за нормальное состояние той части гематоретинального барьера, которая формируется клетками пигментного эпителия [16]. Второй вариант выявлен в гене, кодирующем белок NPHP4 и регулирующем целостность гематоретинального барьера со стороны эндотелия сосудов сетчатки. Ген NPHP4 кодирует один из белков мультифункционального комплекса, ассоциированного с актином и структурами на основе микротрубочек. NPHP4 экспрессируется в слое фоторецепторов сетчатки в соединительной ресничке, которая осуществляет транспорт веществ между внутренним и наружным сегментами фоторецепторов [17]. Белок NPHP4 негативно регулирует сигнальный путь Hippo [18]. Hippo-YAP/TAZ в свою очередь контролирует пролиферацию эндотелиальных клеток сосудов, рост сосудов, формирование васкулярного барьера и процессы ремодуляции васкуляризации, а обнаруженный патогенный генетический вариант может активировать рост новых сосудов в сетчатке и приводить к нарушению гематоретинального барьера на уровне эндотелия сосудов.

Несмотря на то что второй патогенный вариант в гене NPHP4 не обнаружен, выявленная в гетерозиготном состоянии мутация может приводить к снижению функции белка NPHP4. J. Hoefele и соавторы обосновали возможность дигенного и олигогенного механизма действия мутаций, которые затрагивают последовательности генов, кодирующих разные нефроцистины [19].

Патогенные варианты гена NPHP4 могут служить и каузативными, и модифицирующими аллелями в спектре дистрофий сетчатки [20].

В пользу предполагаемой роли гена NPHP4 в формировании экссудативной ретинопатии Коатса говорит известный ранее опубликованный случай сочетания синдрома Сеньора—Локена и болезни Коатса у одного пациента [21].

Предполагаемый механизм развития наблюдаемой клинической картины, скорее всего, затрагивает несколько уровней регуляции нормального развития и функционирования сетчатки и заключается в нарушении проницаемости гематоретинального барьера за счет снижения барьерной функции эндотелия сосудов сетчатки из-за изменений в гене NPHP4 и за счет нарушения межклеточных контактов и целостности базальной мембраны пигментного эпителия сетчатки из-за изменений в гене HMCN1. Возможно, что в патогенезе играют роль дополнительные факторы, такие как инфильтрация макрофагами субретинального пространства и модификация экспрессии системы комплемента [22], которые могли бы усугублять исходно субклинические проявления единственной мутации в гене NPHP4. Возможно также, что внутриутробная гипоксия, описанная в анамнезе пациента, также спровоцировала неоваскуляризацию и дегенерацию сетчатки, весьма чувствительной к процессам нарушения нормального снабжения кислородом [23, 24].

Предполагаемые молекулярные механизмы патогенеза описываемого случая болезни Коатса, вероятно, напоминают известные механизмы развития дифференциально диагностируемых фенотипов. Эти механизмы заключаются в нарушении регуляции роста сосудов как при экссудативной витреоретинальной дегенерации 6-го типа (OMIM #616468), обусловленной мутациями в гене ZNF408 (а в данном примере — в гене NPHP4), в нарушении целостности эпителия за счет разрушения межклеточных контактов и сигнальной трансдукции, как при экссудативной витреоретинальной дегенерации 5-го и 7-го типов (OMIM #613310, #617572), обусловленных мутациями в генах TSPAN12 и CTNNB (в данном случае — в генах NPHP4 и HMCN1), а также в нарушении регуляции сигнальных путей, задействованных в онкогенезе, как при ретинобластоме (в настоящем описании — сигнального пути Hippo).

Заключение

Олигогенное наследование при наследственных болезнях сетчатки — современная активно развивающаяся парадигма. Сочетание сразу несколько разных генетических факторов, вполне вероятно, может служить причиной развития болезни Коатса. Возможно, в дальнейшем будут получены функциональные доказательства или же описаны новые случаи сочетания этой патологии с вариантами в разных генах, отвечающих за нарушение гематоретинального барьера и/или гиперваскуляризации сетчатки. Однако не исключено также, что в развитии фенотипа задействованы и другие механизмы.

Исследование выполнено при финансировании грантом РФФИ №20-015-00061 и в рамках государственного задания Министерства образования и науки России.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Т.В., Н.П., В.К., А.М.

Сбор и обработка материала: Р.З., В.К., А.М., Т.В., И.К., С.А., Ф.К., Д.П.

Написание текста: Т.В.

Редактирование: А.М., Р.З., В.К., Т.В., С.К.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.