Роль наследственности в этиологии эпилепсии была очевидна еще с древних времен. Уже позднее, в 1770 году, о предрасположенности мозга к судорогам писал Тиссо в своем трактате об эпилепсии. В XIX веке британский ученый Джон Рассел Рейнольдс ближе всех подошел к ответу на вопрос о наследственности, отметив, что приблизительно у ¹/₃ пациентов с идиопатической эпилепсией были родственники, страдавшие эпилепсией. Также им было отмечено, что в целом соотношение семейной и несемейной эпилепсии одинаково для мужчин и женщин [1].

Впоследствии из-за недостатка информации о механизмах возникновения и передачи генетических нарушений наследственному фактору как причине эпилепсии придавалось чрезмерное значение. В рамках появившегося евгенического течения, ограничивавшего больных эпилепсией в правах, им запрещалось иметь детей. Это, помимо прочего, на определенный период значительно затормозило изучение эпилепсии как наследственного заболевания [2].

Бурное развитие генетических исследований в последние годы, расшифровка генома человека, развитие, доступность и удешевление многих технологий при проведении молекулярно-генетических тестов, особенно метода секвенирования нового поколения — next generation sequencing (NGS), позволило улучшить понимание роли генетических факторов в развитии эпилепсии. Последние десятилетия можно рассматривать как эпоху открытия многих генов эпилепсии. Идентифицированные гены связаны с различными компонентами нервных клеток и их связей, включая потенциал-зависимые каналы, лиганд-ассоциированные ионные каналы, субъединицы рецепторов и синаптические белки [3]. Исследование функции соответствующих генов ведет к пониманию механизмов развития эпилепсии. Причем генетика эпилепсии смещается от чисто научного поиска причинных генов к реальной клинической практике, которая как использует ее на этапе диагностики, так и помогает в реализации таргетной терапии.

В настоящее время идет переосмысление этиологии эпилепсии, которое основывается на сделанных в этой области открытиях. Считается, что приблизительно 20—30% случаев эпилепсии вызваны приобретенными состояниями, такими как инсульт, опухоль или травма головного мозга, а оставшиеся 70—80% случаев обусловлены одним или несколькими генетическими факторами [4].

Выделяют собственно генетические эпилепсии, где генетический дефект ведет непосредственно к развитию эпилепсии (синдром Драве, детская абсансная эпилепсия др.), и эпилепсии, возникающие как симптом других генетических заболеваний, при которых генетические мутации вызывают, например, обменные нарушения, митохондриальные заболевания, развитие пороков головного мозга (лиссэнцефалия, фокальные корковые дисплазии, голопрозэнцефалия), нейродегенеративные заболевания (лейкодистрофии, нейрональный цероидный липофусциноз, лейкоэнцефалопатии и др.). Причем в зависимости от типа приступов, возраста начала, электроэнцефалографических паттернов, прогрессирования заболевания, собственно генетические эпилепсии можно разделить на три группы с множеством вариантов в каждой из них: генерализованные формы, при которых все приступы первично генерализованы, генетические фокальные эпилепсии и эпилептические энцефалопатии [5].

По типу наследования выделяют моногенные эпилепсии, при которых мутации в одном гене рассматриваются как причинные, непосредственно ведущие к развитию всех фенотипических особенностей заболевания, и мультифакториальные генетические эпилепсии, где основой заболевания является комбинаторный эффект генетических факторов и факторов окружающей среды [5].

Достижения в изучении генетики эпилептических энцефалопатий

Попытки обнаружить определенные гены, лежащие в основе развития эпилепсий, привели к совместной работе исследователей из разных стран. Масштабные исследования, включавшие в том числе полноэкзомное секвенирование для значительного числа больных с эпилепсией по всему миру, лежат в основе проводимой работы [6]. Наибольшие успехи достигнуты преимущественно при изучении генетики моногенных эпилепсий, и особенно эпилептических энцефалопатий. Эпилептические энцефалопатии, как правило, начинаются в раннем возрасте и характеризуются некурабельными приступами и тяжелыми нарушениями развития высших психических функций. Обнаружено, что чаще всего эпилептические энцефалопатии развиваются у детей с началом в возрасте до 18 мес. Несколько неожиданным было открытие того, что чаще всего причиной тяжелых эпилептических энцефалопатий являются мутации de novo [6]. Несмотря на то что эти расстройства редки в популяции, правильное объяснение причины эпилептической энцефалопатии имеет решающее значение. Эта находка также позволяет устранить ложное представление в сознании родителей того, что вакцинация, травма при рождении или другие события в раннем возрасте могли вызвать заболевание у ребенка, и тем самым освободить их от чувства вины [7].

Количество описанных генов, в которых мутации de novo могут вызывать эпилептическую энцефалопатию, в настоящее время превышает несколько десятков, причем новые гены идентифицируются почти ежемесячно [6, 8].

Любая генная мутация, которая объясняет эпилепсию человека, важна, но некоторые гены, такие как STXBP1 [9], PCDH19 [10] SCN2A [11] и CDKL5 [12], мутируют чаще, являясь «горячими точками» генома при эпилепсии. Знание патогномоничных симптомов этих наиболее распространенных расстройств позволяет клиницистам уже на начальных стадиях заболевания идентифицировать их характерные клинические признаки, такие как, например, двигательные расстройства и стереотипные движения головы при энцефалопатии STXBP1 [13] или серийные фокальные приступы с аффективными симптомами (во время приступов ребенок вскрикивает от страха) при эпилепсии с умственной отсталостью, ограниченной женским полом (обусловлена мутациями в гене PCDH19) [14]. Ранняя идентификация подобных форм необходима для своевременного лечения и реабилитации больных [15].

Генетика фокальных эпилепсий

Фокальные эпилепсии долгое время считались в основном приобретенными расстройствами. Первая серия открытий генов при фокальной эпилепсии с менделевским наследованием включала мутации в гене CHRNA4, который кодирует субъединицу никотинового рецептора, вызывающую аутосомно-доминантную ночную лобную эпилепсию [16, 17], и мутации в гене LGI1, вызывающие аутосомно-доминантную эпилепсию со слуховыми симптомами [18]. К сожалению, эти находки не способствовали пока полному пониманию генетики всех фокальных эпилепсий. Несмотря на изобилие публикаций с примерами мутаций генов или генетических вариантов, в которых авторы часто преждевременно называют их причиной фокальных эпилепсий, исследования последних лет не подтвердили патогенетической роли для многих из них. Однако поломки в некоторых генах, безусловно, должны рассматриваться в качестве кандидатов, и их обнаружение может быть толчком для новых исследований. Например, перспективным является обнаружение в больших родословных с фокальными формами эпилепсии мутации гена DEPDC5. Этот ген не кодирует белки ионных каналов, но является негативным регулятором комплекса mTOR1 (белка «мишени рапамицина у млекопитающих»). Было установлено, что нонсенс- и миссенс-мутации в DEPDC5 обнаруживаются у больных с такими генетическими фокальными эпилепсиями, как семейная фокальная эпилепсия с вариабельным фокусом, аутосомно-доминантная ночная лобная эпилепсия, семейная височная эпилепсия без структурного поражения [17]. Обнаружение мутаций DEPDC5 у больных с фокальной эпилепсией и фокальными корковыми дисплазиями [19] наводит на мысль, что, вероятно, в некоторых случаях структурные поражения, будучи генетически детерминированными, впоследствии вторично становятся причиной развития фокальной эпилепсии, как это, например, случается при туберозном склерозе [20].

Мультифакториальные полигенные формы эпилепсии

Многие генетические формы эпилепсии являются расстройствами с неменделевским наследованием. Это обусловливает низкий процент родственников, страдающих эпилепсией в подобных семьях. Если при аутосомно-доминантных расстройствах с полной пенетрантностью страдают 50% родственников первой степени, то при сложных мультифакториальных расстройствах обычно менее 5—10% родственников первой степени имеют фенотип заболевания. Проведение полногеномного поиска ассоциаций в семьях с подобными заболеваниями, включая родственников, имеющих фенотипы одного заболевания, помогает приблизиться к разгадке роли наследственности при мультифакториальных заболеваниях. Изучение больших отягощенных по эпилепсии родословных, безусловно, дает значительные плоды для определения типа наследования, хотя современные семьи являются преимущественно немногочисленными. Нередко существуют реальные трудности в сборе самого семейного анамнеза, когда члены семьи просто не знают подробностей состояния здоровья дальних родственников или родственников в других поколениях. Стигма и психосоциальные последствия часто являются причиной того, что наличие эпилепсии может попросту скрываться [21].

Классическими представителями мультифакториальных вариантов эпилепсии являются идиопатические генерализованные эпилепсии (ИГЭ) — детская абсансная, юношеская абсансная, юношеская миоклоническая и эпилепсия с изолированными генерализованными судорожными приступами.

Изучение наследования близнецовым методом показало, что у монозиготных близнецов риск развития эпилептических приступов у второго ребенка при наличии эпилепсии у первого 62%, у дизиготных — 18%, в то время как при ИГЭ у монозиготных — 62%, а у дизиготных — 33% [22].

Как и при любых других заболеваниях со сложным наследованием, пропорция вызвана вариантами мутаций в отдельных генах. Например, дефекты в гене субъединицы рецептора гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) GABRG2 могут вызывать детскую абсансную эпилепсию, но, по-видимому, не являются частой причиной возникновения ИГЭ в целом [22].

Делеции и дупликации хромосомных сегментов, также называемые вариациями числа копий (CNV — copy number variation), являются достаточно важной причиной нарушений развития нервной системы, включая ИГЭ. В частности, рецидивирующие делеции на 15 (15q13.3, 15q11.2) и 16 (16p13.11) хромосомах связаны с ИГЭ, причем около 3% людей с ИГЭ являются носителями делеций именно на 15-й хромосоме [23]. Несмотря на то что они обычно включают несколько генов, эти CNV также иногда наблюдаются у здоровых представителей общей популяции и поэтому действуют как факторы риска, а не как причинные аллели. В любой семье с больным ИГЭ могут быть идентифицированы и здоровые носители, и члены семьи с эпилепсией. CNV в этом случае играет роль генетического фактора риска, а не менделевской причины заболевания [24]. Расчеты свидетельствуют, что приблизительно у 1 носителя из 3, имеющего аллель наибольшего риска (15q13.3), разовьется ИГЭ. Подобный механизм развития — возникновение вариации числа копий — описан и при таких заболеваниях, как умственная отсталость, шизофрения и расстройства аутистического спектра [25].

При проведении полногеномного поиска ассоциаций в исследование включают большие группы пациентов с заболеванием, представляющим интерес, наряду с аналогичной большой группой контроля. Часто встречающиеся однонуклеотидные мутации сравнивают в группах исследования и контроля. Поскольку обычно набирается несколько миллионов общих SNP, это требует нескольких сравнений с контролем. Комбинированный анализ множественного полногеномного поиска ассоциаций для ИГЭ и фокальной эпилепсии, проведенный Международной противоэпилептической лигой в рамках международного проекта, выявил даже ряд общих локусов для ИГЭ [26].

В исследовании E. Heinzen и соавт. [27] анализ 3897 выявленных точечных редких мутаций у 878 пациентов с ИГЭ при полноэкзомном секвенировании в сравнении с контролем свидетельствовал о высокой гетерогенности ИГЭ и не обнаружил вариантов, которые достоверно были бы связаны с каким-либо конкретным фенотипом ИГЭ. Это свидетельствует о том, что влияние на проявление ИГЭ любого индивидуального однонуклеотидного варианта невелико.

Генетика как инструмент для выбора клинической классификации эпилепсии

Открытие того факта, что многие мутации в генах при эпилепсии могут возникать de novo и не обязательно передаваться от родителей к ребенку (это наблюдается особенно часто при таких тяжелых формах, как злокачественные эпилептические энцефалопатии), привело к тому, что принципиально были пересмотрены терминология и классификация эпилепсий. Поэтому в новой Классификации эпилепсий 2017 г. термин «наследственная эпилепсия» уже не используется, рекомендуется использовать понятие «генетическая эпилепсия» [28].

Вновь описанные гены при моногенных формах эпилепсии первично связаны с ее развитием, поэтому нередко эти формы заболевания могут быть названы с учетомпричинного гена, например «энцефалопатия SCN8A» [29] или «энцефалопатия GRIN2» [30]. Однако зачастую гены, приводящие к развитию эпилепсии, широко экспрессируются в ЦНС, и их патогенные варианты могут вызывать различные фенотипы, включая нарушения движения, неспособность к обучению и аутистические особенности, которые даже более выражены и клинически значимы, чем сама эпилепсия [31]. В настоящее время один из основных вопросов — следует ли считать подобные состояния только генетической эпилепсией или же генетическими нарушениями развития, при которых эпилепсия может (или не может) быть компонентом целого симптомокомплекса.

В то же время благодаря новым технологиям было выявлено, что мутации в одном и том же гене могут привести к появлению целого спектра фенотипов эпилепсии (или даже различных форм неврологических расстройств). Однако это не исключает и генетическую гетерогенность, лежащую в основе некоторых относительно четко определенных фенотипов эпилепсии, когда одну и ту же форму эпилепсии могут вызвать генетические поломки в различных генах [32].

Генетика для персонифицированного лечения эпилепсии

Установление точного диагноза вполне позволяет подобрать правильное лечение. Так, например, при дефиците Glut1 наиболее эффективной является кетогенная диета [33]. При синдроме Драве, эпилептической энцефалопатии, вызываемой мутацией SCN1A, определение точной генетической этиологии позволяет выбрать стирипентол как наиболее эффективное терапевтическое средство при данной форме эпилепсии, а также избегать назначения блокаторов натриевых каналов, которые могут усугублять тяжелое состояние больного [34].

Индивидуальный подбор необходимого эффективного лечения эпилепсии постепенно становится реальностью. Примером персонифицированной медицины может являться лечение, направленное на устранение молекулярных изменений, вызванных патологической работой гена. Определенные успехи были достигнуты относительно форм эпилепсий, связанных с мутациями, которые усиливают функции в генах ионных каналов. Одним из первых сообщений о таргетной терапии при эпилепсии было использование хинидина в лечении ребенка с младенческой эпилепсией с мигрирующими фокальными припадками, причиной которой, как было установлено, являются миссенс-мутации с усилением функции в гене KCNT1 (Arg428Gln) [35]. В исследованиях in vitro установлено, что хинидин является блокатором каналов KCNT1. Было высказано предположение, что этот препарат может помочь при эпилепсии, связанной с мутацией KCNT1 с усилением функции. Лечение хинидином пациентов с этой формой эпилепсии, особенно у детей до 4-летнего возраста, привело к заметному снижению частоты приступов и улучшению психомоторного развития [35].

Однако необходимо отметить, что со временем публикации об эффективности хинидина при злокачественных мигрирующих фокальных приступах младенчества становятся все более противоречивыми, что говорит о необходимости дальнейшего изучения этого вопроса.

Другим примером, иллюстрирующим потенциал прецизионной медицины при эпилепсии, является использование блокатора NMDA-рецепторов для пациентов с мутациями de novo в GRIN2A [36] и GRIN2D [37]. Мутации в гене GRIN2A ведут к измененной активности NMDA-рецепторов и могут стать причиной развития таких эпилептических энцефалопатий, как эпилептический статус медленноволнового сна и синдром Ландау—Клеффнера с развитием приобретенной афазии [38]. T. Pierson и соавт. [36] сообщили об эффективности в отношении уменьшения количества приступов и снижении индекса эпилептиформной активности на электроэнцефалограмме при использовании мемантина, блокатора NMDA-рецепторов, у ребенка с ранней эпилептической энцефалопатией, вызванной поломкой GRIN2A. Положительный ответ при рефрактерных к лекарственной терапии приступах был получен при лечении мемантином детей с мутацией гена GRIN2D, также влияющей на состояние NMDA-рецепторов, вызывая развитие тяжелой эпилептической энцефалопатии с грубой задержкой развития [37].

Миссенс-мутации гена SCN8A могут приводить к усилению функции натриевых ионных каналов и развитию тяжелой детской фармакорезистентной эпилептической энцефалопатии. R. Boerma и соавт. [39] сообщили о 4 пациентах с подобной тяжелой эпилепсией, где контроль приступов был достигнут с помощью приема блокатора натриевых каналов фенитоина.

Ценность различных видов генетических исследований при диагностике эпилепсии

Развитие технологий массового параллельного секвенирования значительно удешевило проведение молекулярно-генетических исследований и сделало возможным осуществление полноэкзомного и полногеномного исследований не только для научных, но и для клинических целей. В масштабном исследовании K. Splinter и соавт. [40] у пациентов с ранее не диагностированным заболеванием точный диагноз после проведенного полногеномного или полноэкзомного анализа ДНК удалось установить у 35% больных.

Учитывая генетическую сложность и гетерогенность эпилепсии, можно заключить, что использование таргетных панелей в настоящее время является наилучшим и наиболее дешевым способом получать в рутинной медицинской практике ответ в отношении причинных мутаций. В работе J. Lemke и соавт. [41] приводятся результаты исследования, в котором при использовании панели из 256 генов потенциально причинные мутации были обнаружены у 50% пациентов. Однако частота обнаружения мутаций зависит от того, насколько адекватно были отобраны пациенты для исследования, а также от генного состава панели. Кроме того, процесс идентификации генов, ответственных за развитие эпилепсии, пока продолжается. Поэтому не во всех случаях таргетное секвенирование может ответить на поставленные диагностические вопросы. Преимущество секвенирования целого экзома заключается в том, что этот метод не ограничивается узким набором генов, а позволяет идентифицировать гены, которые в настоящее время еще не описаны или которые ранее не учитывались [5]. В то же время расшифровка последовательности всего экзома создает новые этические, биостатистические и процедурные проблемы, которые исследователи эпилепсии как сообщество должны понимать, исследовать и решать [42].

Полноэкзомное секвенирование стало преобладающим вариантом генетического анализа для научных исследований последних лет. Например, в международный крупнейший за последнее время научный проект Epi25 Collaborative были включены больные эпилепсией из 37 стран Европы, Азии, Северной Америки, Австралии. 17 606 пациентам было проведено полноэкзомное секвенирование. Пациенты были разделены на 3 группы. В первую группу были включены пациенты с эпилептическими энцефалопатиями, во вторую — с идиопатическими генерализованными эпилепсиями, в третью — с фокальными неприобретенными эпилепсиями [43].

Интересно, что во всех трех группах часто обнаруживались миссенс-мутации в генах, ингибирующих ГАМК-А-рецепторы, в то время как в генах возбуждающих рецепторов мутации встречались нечасто.

Практически все находки, сделанные в ходе этого большого проекта, подчеркивают повсеместную роль ГАМКергического торможения в этиологии эпилепсии.

При идиопатических генерализованных формах эпилепсии чаще всего мутации обнаруживались в генах CACNA1G, EEF1A2 и GABRG2, а при фокальных формах — в LGI1, TRIM3 и GABRG2 [43].

Большинство мутаций, имеющих медицинскую значимость, локализуется именно в экзонах, но технология секвенирования экзома еще далека от совершенства, не все поддается интерпретации, отчасти из-за значительной степени вариабельности генома, наблюдаемой даже у здоровых людей. Кроме того, секвенирование целого экзома не является всеобъемлющим как минимум потому, что в тени остаются регуляторные области генома. Полногеномное секвенирование покрывает и некодируемые участки, выявляя при этом значительное количество клинически незначимых мутаций, требующих интерпретации и тщательного сравнения с контролем. Коморбидность также является основной проблемой при попытке расшифровать генетическую архитектуру для различных типов эпилепсии и определить специфические генетические риски для каждого человека с эпилепсией [44].

Полногеномные исследования раскрыли новые варианты возможных генетических поломок у больных эпилепсией. Значительное разнообразие генотипов по вариациям количества копий у человека стало очевидным именно после появления возможности проведения секвенирования всего генома. Оказалось, что каждый геном в результате несбалансированных хромосомных перестроек, таких как делеции и дупликации, изобилует особым видом генетического разнообразия, который заключается в наличии повторов копий хромосомных сегментов размером от 1 тыс. до нескольких миллионов пар оснований. В настоящее время очень крупные делеции и дупликации можно выявить с помощью микроскопического исследования хромосом, но более мелкие перестройки можно обнаружить с помощью сравнительной геномной гибридизации и при полногеномном генотипировании. Результатом вариации может явиться снижение или повышение количества копий определенного гена, и, следовательно, пониженная или повышенная экспрессия продукта гена — белка или некодирующей РНК, отчего, безусловно, может меняться фенотип, включая степень выраженности симптомов отдельных заболеваний, в случае, если какие-то вариации являются унаследованными и передаются из поколения в поколение. Наибольшее клиническое значение в этом случае имеет значительное увеличение количества копий определенного гена, в том числе при эпилепсии [25]. Хромосомный микроматричный анализ, позволяющий обнаружить вариации количества копий генов, уже вошел в рутинное клиническое использование и в значительной степени заменил кариотипирование в качестве ключевого инструмента генетической диагностики, хотя кариотипирование все еще необходимо для диагностики редких форм эпилепсии, таких как, например, синдром кольцевой хромосомы. Хромосомный микроматричный анализ позволяет обнаружить генетическую причину эпилепсии как минимум в 5—10% случаев [45].

Таким образом, решение вопроса, какой именно из методов молекулярно-генетического анализа в настоящее время является наиболее информативным и выгодным, зависит от поставленной клинической задачи.

Перспективы развития

Молекулярно-генетические тесты становятся все более доступными, однако существует опасность того, что любая имеющаяся мутация de novo будет переоценена как вероятная причина эпилепсии. В настоящее время идет накопление информации о фенотипической картине, соответствующей определенному генотипу, и чем больше данных о клинике пациентов будет опубликовано, тем объективнее будет корреляция генотип—фенотип. Пока же эпилептологи полагаются на зарождающиеся стратегии биоинформатики для стратификации возможных генов-мишеней по семействам генов, предполагаемой функции их продукта и толерантности к полиморфизму. Перед идентификацией генов-кандидатов, ответственных за развитие заболевания, они нуждаются в валидации через не только накопление клинической информации, но и проведение исследований по изучению функций соответствующих белков, кодируемых генами-кандидатами, степени нарушений, возникающих при разных вариантах мутаций. В настоящее время клиницистам приходится сталкиваться с проблемой интерпретации генетических вариаций неопределенного значения или генов неизвестного значения для клинического контекста, т.е. решать вопрос, соответствуют ли фенотип и генетические данные пациента тем, которые характерны для типичного проявления расстройства, возможно, с некоторыми нетипичными признаками, и является ли данное генетическое (или фенотипическое) обнаружение диагностически значимым.

Заключение

Необычайный прогресс в разработке методов геномного анализа за последние 15 лет, и особенно прорыв в массовом параллельном секвенировании за последнее десятилетие, привел к расширению знаний о геноме человека и его связи с заболеваниями, роли генетики в этиологии эпилепсии. Усовершенствование технологий постепенно обеспечивает более быстрые, дешевые и точные результаты, что позволит, вероятно, в ближайшем будущем перейти от генных панелей не только к экзомам, но и к регулярному секвенированию всего генома в клинике. Однако становится все более очевидным, что для того, чтобы максимально использовать большие, сложные генерируемые наборы данных, ученые и клиницисты должны консолидировать свои усилия для достижения конечной цели преобразования геномных данных в клинически действенные результаты, из которых пациенты могут напрямую получить пользу для своего здоровья. В связи с тем, что создание геномных баз становится все проще и дешевле, интерпретация больших объемов данных и выявление соответствующих вызывающих заболевание факторов окружающей среды будут, вероятнее всего, самыми существенными проблемами в предстоящие годы. Однако в будущем можно ожидать дальнейших открытий, которые могут значительно изменить современное представление о генетике эпилепсии. В то же время польза от все более глубокого понимания генетических причин, лежащих в основе как распространенных, так и редких форм эпилепсий, уже постепенно начала проявляться в клинической практике. И, безусловно, наиболее желанным результатом будет возможность терапевтического влияния на генетические факторы эпилепсии.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-29-09096.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.