Моногенные варианты ранних эпилептических энцефалопатий (РЭЭ) — гетерогенная группа заболеваний, характеризующихся фармакорезистентными судорогами, манифестирующими в раннем детском возрасте при отсутствии инфекционного и травматического повреждения мозга, и задержкой психомоторного и речевого развития [1—4]. К настоящему времени идентифицировано 74 генетических варианта РЭЭ, их поиск продолжается. Большинство заболеваний наследуется аутосомно-доминантно и аутосомно-рецессивно, лишь 7 из них имеют сцепленный с Х-хромосомой тип наследования. Одним из редких Х-сцепленных вариантов является РЭЭ 9-го типа (РЭЭ 9), наследование которой определяется как Х-сцепленное, ограниченное женским полом.

Первое описание семьи с 15 больными женского пола с младенческими судорогами, сопровождавшимися задержкой психомоторного и речевого развития, было сделано R. Juberg и C. Hellman в 1971 г. [5]. В 1990 г. К. Fabisiak и R. Erickson описали еще одну семью, в которой у больных женщин рождались больные дочери, при этом все сыновья были здоровы [6]. Однако картирование и идентификация гена PCDH19, мутации в котором приводят к возникновению заболевания, была проведена Т. Wolverton только в 2001 г. [7]. Ген расположен на хромосоме Хq22.1 и состоит из 6 кодирующих экзонов. Структура и функции белкового продукта гена достаточно хорошо изучены. Показано, что он относится к подсемейству протокадеринов — кальцийзависимых протеаз, осуществляющих клеточную адгезию, имеющую существенное значение в процессах миграции нейронов и формирования синапсов в структурах коры головного мозга в эмбриональном периоде [8—10]. Показано, что протокадерин 19-го типа состоит из трех сегментов: внеклеточного, трансмембранного и внутриклеточного. Основная роль в функционировании белка отводится внеклеточному сегменту, состоящему из 6 функциональных доменов. К настоящему времени идентифицировано 229 мутаций и 14 крупных хромосомных перестроек в области гена PCDH19. Основное количество мутаций у больных с PCDH19-асоциированной эпилепсией обнаруживается в 1-м экзоне гена PCDH19, кодирующем внеклеточный, трансмембранный и часть внутриклеточного домена белка [10].

Клинические проявления РСDH19-ассоциированной эпилепсии полиморфны и характеризуются сочетанием судорожных пароксизмов, когнитивных расстройств и нарушений поведения [11—13]. В большинстве случаев судороги возникают в младенческом возрасте и часто провоцируются подъемом температуры. Характерно возникновение кластеров коротких генерализованных тонико-клонических или фокальных судорог. Миоклонии, атипичные абсансы и атонические пароксизмы регистрируются редко. У некоторых пациенток частота приступов может снижаться с возрастом вплоть до продолжительной ремиссии к 12 годам жизни. Показано существование выраженного полиморфизма когнитивных расстройств — от умеренного до выраженного интеллектуального дефицита, при этом у части больных снижения интеллекта выявлено не было, несмотря на продолжающиеся судороги [11]. До настоящего времени не выявлено четких корреляций между типом и локализацией мутации в гене и особенностями клинических проявлений заболевания, однако исследования в этом направлении продолжаются. Обнаружение таких особенностей при различных мутациях в гене может способствовать совершенствованию представлений о патогенетических механизмах заболевания и в перспективе окажется полезным для разработки терапевтических подходов.

Цель настоящего исследования — анализ клинико-генетических характеристик РСDH19-ассоциированной эпилепсии в выборке больных из популяции РФ.

Анализируемая выборка состояла из 16 больных женского пола в возрасте от 10 мес до 30 лет из 15 неродственных семей, проживающих на территории РФ и находящихся под наблюдением в научно-консультативном отделе ФГБНУ «МГНЦ». Диагноз PCDH19-ассоциированной эпилепсии устанавливали на основании особенностей клинических проявлений и течения заболевания, а также обнаружения патогенной мутации в гене PCDH19 при проведении секвенирования полного или клинического экзома методом NGS (NGS — Next Generation Sequencing — секвенирование следующего поколения).

Выделение геномной ДНК проводили из лейкоцитов периферической крови с помощью набора реактивов для выделения Wizard Genomic DNA Purification Kit («Promega», США) по протоколу производителя. Для пробоподготовки использовали реактивы Illumina TruSeq DNA Exome. Секвенирование проведено на приборе Illumina NextSeq500 методом парно-концевого чтения (2×75 п.о.). Среднее покрытие полного экзома пациента составило ×98,5; количество таргетных областей с покрытием ≥×10 — 93,16%; равномерность покрытия (uniformity Pct >0,2*mean) — 83,4%.

Для картирования полученных последовательностей на референсный геном hg19 использовали программное обеспечение BWA. Для дальнейшего анализа выявленных вариантов использовали алгоритмы GATK. Аннотация вариантов проведена с использованием программного обеспечения Illumina Base Space Variant Interpreter. Патогенность несинонимичных не классифицированных ранее по патогенности вариантов определяли с использованием программ прогнозирования Polyphen2, Mutation Taster, Provean и SIFT.

Выявленные у пациенток варианты были верифицированы с использованием метода прямого секвенирования по Сэнгеру на приборе ABI3130 genetic analyser.

Видеоэлектроэнцефалографический (ЭЭГ) мониторинг осуществляли в соответствии с международной системой 10—20 с использованием электродных шапок или чашечковых электродов, которые крепили с помощью коллодиевого клея. В соответствии с международной классификацией ЭЭГ-паттернов интериктальная эпилептиформная активность была разделена на регионарную, мультирегионарную, латерализованную и генерализованную. Для магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга использовали аппараты c индукцией магнитного поля 1,5 и 3 Тесла, в части случаев — по эпилептологическому протоколу [14].

От родителей пациенток было получено письменное согласие на проведение исследования и обработку полученных данных.

В результате анализа анамнестических данных, клинического осмотра, проведения видео-ЭЭГ-мониторинга, МРТ головного мозга и секвенирования экзома нового поколения выявлено 15 больных женского пола из 14 неродственных семей, в возрасте от 2 до 30 лет с PCDH19-ассоциированной эпилепсией.

Клинико-генетические характеристики больных представлены в таблице.

Возраст манифестации заболевания удалось установить у 13 из 15 больных. В большинстве случаев (у 12 больных) первые симптомы возникли до 2-летнего возраста и лишь у 1 больной судороги впервые отмечены в возрасте 7 лет. Первые признаки характеризовались генерализованными тонико-клоническими судорогами, которые у 7 пациенток возникли на фоне повышения температуры тела, а у остальных — без видимой причины. По мере прогрессирования заболевания зарегистрирован значительный полиморфизм судорожных пароксизмов, в том числе у отдельных больных. Наиболее часто возникали короткие серийные генерализованные или фокальные тонико-клонические судорожные пароксизмы. В большинстве случаев (в 13 из 15) судороги были фармакорезистентными. Лишь у 3 больных в результате назначения одного или нескольких противоэпилептических препаратов, в том числе вальпроевой кислоты и леветирацетама, удавалось достичь длительных ремиссий. Интересно отметить, что возникновение кластеров судорог, особенно повторяющихся в течение нескольких дней, приводило к утрате приобретенных двигательных и психоречевых навыков, которые частично восстанавливались во время даже кратковременной ремиссии. По мере прогрессирования заболевания, спустя несколько лет от момента манифестации, у 10 из 15 больных отмечена задержка раннего психомоторного и речевого развития, с формированием когнитивных расстройств различной степени выраженности. У 3 больных возникали пароксизмы агрессивного поведения, а у 9 диагностирован аутизм. У 2 пациентов в возрасте 2 лет и 10 мес с наличием судорог в течение 3 и 5 мес соответственно значимой задержки психомоторного развития выявлено не было. В частности, отсутствие когнитивных нарушений и задержки психомоторного и речевого развития не выявлено нами у пробанда — девочки 2 лет и ее 30-летней матери с вновь выявленной мутацией с. 615del (p.Phe206Serfs*) в гене PCDH19 в гетерозиготном состоянии.

У большинства пациентов при неврологическом осмотре выраженной очаговой неврологической симптоматики выявлено не было. Лишь у 3 больных обнаружены нерезковыраженные нарушения координации и снижение сухожильных рефлексов с ног.

У большинства пациенток при проведении видео-ЭЭГ-мониторинга зарегистрирована эпилептическая активность преимущественно в виде комплексов «острая—медленная волна». На МРТ головного мозга у 4 больных отмечены неспецифические изменения в виде наличия зон задержки миелинизации, нерезковыраженной гипоплазии мозжечка, арахноидальной кисты височного рога правого бокового желудочка, формирующегося «пустого» турецкого седла и субатрофии больших полушарий.

При проведении секвенирования экзома обнаружено 12 различных мутаций в гене PCDH19 в гетерозиготном состоянии. Из них 3 мутации [c.1091dup (p.Tyr366Leufs*10), c.1019A>G (p.Asn340Ser), c.695A>G, (p.Asn232Ser)] были описаны ранее [10, 15, 16], а 9 обнаружены впервые. Большинство выявленных нами мутаций приводили к сдвигу рамки считывания или образованию терминирующего кодона, что приводило к прекращению трансляции белкового продукта. Из них 6 были представлены дупликацией, 4 — делецией одного нуклеотида, а 3 — нонсенс-мутациями. Найдено лишь 3 миссенс-замены, нарушающие аминокислотную последовательность внеклеточного домена белка. Локализация аминокислотных замен в белковой молекуле представлена на рис. 1.

Интересно отметить, что у 3 пациенток нашей выборки обнаружена мутация c.1091dup (p.Tyr366Leufs*10). В литературе описаны еще 10 пациентов с делецией или дупликацией нуклеотида в данной позиции, что позволяет рассматривать ее как «горячую точку» в гене PCDH19. Впервые эту мутацию в гене PCDH19 обнаружили L. Dibbens и соавт. в 2008 г. [15], обследовавшие большую семью, у пораженных членов которой заболевание протекало в относительно легкой форме. Судороги и нарушения поведения не препятствовали пациенткам создавать семьи и рожать детей. Однако к настоящему времени обнаружен значимый полиморфизм клинических проявлений у больных с данной мутацией. Описаны как бессимптомные носители мутаций, так и пациенты с выраженными клиническими проявлениями, сходными с таковыми при синдроме Драве [12, 16, 17]. У наблюдаемых нами больных в возрасте от 5 мес до 2 лет клинические симптомы были выражены нерезко и не сопровождались значимой задержкой раннего психомоторного развития.

Также одной из наиболее часто встречающихся в мировой литературе мутаций в гене PCDH19 является c.1019A>G (p.Asn340Ser). В литературе эта замена описана в ряде работ [12, 16, 18], что позволяет отнести ее к категории часто встречающихся в этом гене мутаций. Впервые ее обнаружили С. Depienne и соавт. в 2009 г. [16], обследовавшие большое число пациентов с РЭЭ, которые находились под наблюдением у эпилептологов с диагнозом синдрома Драве и имели отрицательный результат при анализе гена SCN1A, ответственного за подавляющее большинство наследственных РЭЭ. Таким образом, изначально предполагалось, что эта мутация приводит к возникновению выраженной клинической картины — тяжелой задержке развития и фармакорезистентным судорогам, однако спустя несколько лет, в 2011 г. N. Specchio и соавт. [12] описали пациентку с такой же мутацией и более легким течением заболевания — у девочки судороги были фокальными, не отмечено эпилептических статусов, задержка развития была умеренной. У наблюдаемой нами больной с этой мутацией в возрасте 6 лет клинические симптомы были выражены нерезко, на ЭЭГ не отмечена эпилептиформная активность, а умственная отсталость была умеренной и сопровождалась расстройством аутистического спектра (РАС).

Еще одной ранее описанной заменой, встретившейся в нашей выборке, оказалась мутация c.695A>G (p.Asn232Ser). Пациентов с этой мутацией в различных статьях описывали 5 авторов, первыми из которых были С. Depienne и соавт. в 2012 г. [10]. В статье приводятся общие характеристики выборки пациенток с мутациями в гене PCDH19 — судорожный синдром различной степени выраженности, средний возраст дебюта — 10 мес, приступы часто (в 90% случаев) фебрильно-провоцируемые, как правило, тонические, клонические, тонико-клонические и/или фокальные, редко встречаются атипичные абсансы, атонические судороги и миоклонии, кроме того, присутствуют нарушения поведения в виде РАС, обсессивных или агрессивных состояний. Вариабельность клинической картины у описываемых им пациенток относится и к интеллекту — степень выраженности нарушений варьирует от полного их отсутствия до тяжелой степени умственной отсталости. У описываемой нами пациентки с такой же мутацией судороги дебютировали в возрасте 1 года, отмечена легкая степень умственной отсталости и умеренная задержка психомоторного развития без аутистических черт поведения.

Мутации в гене PCDH19 — одна из наиболее частых причин возникновения РЭЭ у пациентов женского пола. Заболевание имеет специфический тип наследования — Х-сцепленный, ограниченный женским полом. Мужчины — носители патогенных вариантов в гене PCDH19 на единственной Х хромосоме, как правило, не имеют клинических проявлений. Лишь у некоторых носителей мутации обнаруживается ригидность мышления и обсессивные расстройства [1]. Нами проанализированы клинико-генетические характеристики 15 больных с 12 различными мутациями в гене PCDH19, 9 из которых выявлены впервые. Как и в большинстве случаев, описанных в литературе, в анализируемой нами выборке больных большинство мутаций обнаруживали в самом протяженном первом экзоне гена. При проведении клинико-генетического анализа показано наличие полиморфизма клинических проявлений, характеризующихся различной интенсивностью судорожных пароксизмов и степенью интеллектуального дефицита, однако мы не выявили значимых различий тяжести течения заболевания у больных с различными типами и локализацией мутаций в гене PCDH19. Полученные результаты подтверждают данные литературы о наличии полиморфизма клинических проявлений у больных с мутациями в гене PCDH19. Для объяснения причины возникновения выраженного клинического полиморфизма у больных женского пола, а также отсутствия клинических проявлений у мужчин — носителей мутации в гене выдвигались различные гипотезы. Отсутствие клинических проявлений у мужчин — носителей мутации в гене PCDH19 определенное время связывалось с наличием на Y-хромосоме гена PCDH11, кодирующего еще один белок семейства протокадеринов. Предполагалось, что этот белок замещает отсутствие мутантного протокадерина 19-го типа на мембране нейронов [19, 20]. Однако вскоре стало ясно, что эта модель не может полностью объяснить отсутствие клинических проявлений у мужчин, так как А. Terracсiano и соавт. в 2016 г. [20] описали больных мужского пола с мозаицизмом по делеции гена PCDH19 и наличием функционального гена PCDH11Y, имеющих выраженные симптомы РЭЭ 9-го типа. Полученные результаты позволили авторам высказать предположение о том, что потеря протокадерина 19 у лиц мужского пола компенсируется каким-то другим механизмом.

В настоящее время большинство авторов в качестве основного патогенетического механизма заболевания рассматривают нарушение межнейрональных взаимодействий в результате существования двух субпопуляций нейронов с наличием или отсутствием белка протокадерина 19-го типа. Различия в спектре клинических проявлений и тяжести течения заболевания у больных женского пола объясняются наличием несбалансированной инактивации Х-хромосом в структурах головного мозга, обусловливающей образование двух субпопуляций нейронов, которые не могут взаимодействовать друг с другом в полном объеме, препятствуя формированию устойчивых нейрональных связей. Возникновение клинического полиморфизма заболевания, обусловленного мутациями в гене PCDH19, согласно этой гипотезе объясняется различными пропорциями нейронов, содержащих мутантую и нормальную Х хромосому. В пользу этой гипотезы могут свидетельствовать также данные, полученные рядом авторов, которые описали нескольких мужчин с мозаичными вариантами мутаций в гене PCDH19, часть из которых имела специфические клинические проявления РЭЭ 9-го типа, а другие были бессимптомными носителями мутации. Интересно отметить, что бессимптомные носители мутации были отцами больных дочерей и имели не только соматический, но и гонадный мозаицизм, который был обнаружен при исследовании сперматозоидов [18, 20, 21].

Патогенетические механизмы PCDH19-ассоциированной эпилепсии при наличии несбалансированной инактивации Х-хромосом у женщин и мозаицизма у мужчин схематически представлены на рис. 2.

Дальнейшее изучение клинико-генетических характеристик больных с мутациями в гене PCDH19, а также совершенствование новых способов исследования головного мозга, возможно, позволит более детально изучить патогенез нарушения функционирования нейронных сетей.

PCDH19-ассоциированная эпилепсия — это один из наиболее частых вариантов моногенных РЭЭ. Мутации в гене PCDH19 приводят к возникновению судорог, дебютирующих в младенческом или раннем детском возрасте, а в ряде случаев только к задержке психомоторного развития и РАС, что объясняется важностью белкового продукта для функционирования нервной системы, прежде всего для формирования сигнальной трансдукции в синапсах и нейрональных цепях. Нами проведен анализ клинико-генетических характеристик пациентов с PCDH19-ассоциированной эпилепсией из РФ. В ходе научной работы установлены генотипы пробандов и обнаружено наличие «горячей» точки в гене PCDH19 в позиции 1091, которая трижды возникла de novo в группе наших больных. Патогенные варианты в данном нуклеотиде были описаны ранее, что позволяет сделать вывод о том, что данная точка является одной из самых частых причин возникновения PCDH19-ассоцированной эпилепсии. Сложный молекулярный механизм развития заболевания не позволяет установить корреляции между генотипом и ожидаемым фенотипом у пробанда, что показано нашим наблюдением за группами пациентов как с одинаковым патогенным вариантом, так и с другими вариантами, приводящими к отсутствию белкового продукта. Мы преподалагаем, что тяжесть заболевания зависит от других эпигенетических факторов, при которых ведущую роль играет соотношение популяций нейронов с инактивацией хромосомы Х с патогенным вариантом и хромосомы Х «дикого типа».

Новые данные о долгосрочном наблюдении за группой пациентов с PCDH19-ассоцированной эпилепсией указывают на увелечение риска развития у них психических заболеваний, таких как шизофрения и РАС. Среди наших пациентов не было выявно случаев биполярных расстройств, но почти у всех отмечены поведенческие расстройства, в том числе РАС.

С учетом многообразия клинических проявлений наиболее оптимальным способом диагностики PCDH19-ассоцированной эпилепсии является проведение высокопроизоводительного экзомного секвенирования.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России на выполнение НИР в 2019 г.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Дадали Е.Л. — https://orcid.org/0000-0001-5602-2805

Мишина И.А. — https://orcid.org/0000-0002-9092-6581

Боровиков А.О. — https://orcid.org/0000-0001-5871-8005

Шарков А.А. — https://orcid.org/0000-0002-0980-2638

Канивец И.В. — https://orcid.org/0000-0003-0499-5167

Автор, ответственный за переписку: Акимова Ирина Алексеевна — e-mail: akimova@med-gen.ru