Список сокращений: КТ - компьютерная томография; МРТ - магнитно-резонансная томография; ЧМТ - черепно-мозговая травма; ШИГ - шкала исходов Глазго; ШКГ - шкала комы Глазго; ACE - ген ангиотензинпревращающего фермента (АПФ); COMT - катехоламин-О-метилтрансфераза; MTHFR - метилен-тетрагидрофолатредуктаза; Ngb - нейроглобин; PARP-1 - поли(АДФ-рибоза)полимераза-1.
«Было принято считать, что наша судьба скрыта в наших звездах. Однако теперь мы точно знаем, что она записана в наших генах».
Лауреат Нобелевской премии Дж. Уотсон
Еще недавно считалось, что течение и исход черепно-мозговой травмы (ЧМТ) зависят преимущественно от механизма и тяжести повреждения мозга, возраста пострадавшего и наличия сочетанных повреждений или сопутствующих заболеваний. Но, как показывает клинический опыт, даже при одинаковых конституциональных параметрах и степени тяжести повреждений, существует широкая вариабельность исходов. Современные функциональные методы мониторинга пациентов с тяжелой ЧМТ пока не позволяют выявлять скрытые механизмы развития вторичного повреждения мозга. Прогностическими факторами развития тех или иных клинических проявлений в остром и подостром периодах ЧМТ с оценкой ее исхода могут служить генетические маркеры некоторых ключевых молекул, участвующих в патогенетических и саногенетических механизмах травматического повреждения мозга.
В настоящее время ведется активное изучение полиморфных маркеров генов (см. таблицу), наличие которых предположительно может быть ассоциировано с благоприятным или неблагоприятным течением ЧМТ, развитием тех или иных осложнений, а следовательно, позволяет прогнозировать исход заболевания.
I. Гены, участвующие в механизмах оксидативного стресса
Ген фермента, превращающего ангиотензин I (ACE)
Фермент, превращающий ангиотензин I (АПФ), играет ключевую роль в синтезе основного вазоактивного пептида - ангиотензина II, регулирующего тонус артериальных сосудов. АПФ широко распространен и в мозге: в стенках сосудов, особенно хориоидального сплетения, на поверхности астроцитов перивентрикулярных областей, как в регионах мозга с высоким содержанием рецепторов ангиотензина II, так и, как это ни парадоксально, в областях с низким содержанием этих рецепторов - в базальных ганглиях.
Ген фермента, превращающего ангиотензин I (ACE), расположен на хромосоме 17 (17q23). В подавляющем большинстве исследований по ассоциации этого гена с различными заболеваниями использовался полиморфный маркер I/D гена ACE, который находится в некодирующей области гена (интрон 16) и обусловлен наличием или отсутствием вставки мобильного элемента Alu, длина которого составляет 287 пар нуклеотидов (п.н.) Показано, что данный полиморфизм коррелирует с уровнем АПФ в сыворотке крови. Для носителей генотипа II характерна наименьшая активность АПФ, в то время как для носителей генотипа DD его активность приблизительно в 2 раза выше. У гетерозиготных носителей обнаруживается промежуточный уровень этого фермента [52]. В ряде исследований [42] показано, что наличие хотя бы одной копии аллеля D увеличивает риск цереброваскулярных заболеваний, развития когнитивных нарушений и деменции.
Влияние наличия полиморфного маркера I/D гена ACE на исход было изучено у 154 пациентов испанского происхождения с ЧМТ (по шкале комы Глазго (ШКГ) <12 баллов) [8]. У 73 из обследованных пациентов проводилась также оценка нейропсихологических функций. Авторы показали, что у носителей генотипов ID и DD результаты тестов, выявляющих нарушения функций лобных долей, моторики, внимания, реактивности, были достоверно хуже, чем у носителей генотипа II. В то же время не удалось обнаружить достоверной ассоциации полиморфного маркера I/D гена ACE с замедленным физическим и психическим развитием недоношенных новорожденных [26].
Точный механизм влияния ACE на исход ЧМТ остается неясным. Полагают, что он вовлекает такие факторы, как нарушение мозгового кровообращения и/или ауторегуляции артериального давления, вызывая вазоспазм и ишемию мозга [8]. Другое возможное влияние ACE на исход ЧМТ, возможно, обусловлено его способностью угнетать агрегацию амилоидного белка, оказывающую цитотоксический эффект [30].
Таким образом, ассоциация гена ACE с течением ЧМТ очень вероятна, но необходимы дополнительные исследования на существенно больших группах пациентов и с использованием ряда других маркеров гена ACE для получения дополнительных экспериментальных данных.
Ген гемооксигеназы 1 (HMOX1)
Гемооксигеназная активность определяется двумя ферментами: индуцируемой гемооксигеназой 1 (HMOX1) и конститутивной гемооксигеназой 2 (HMOX2). Оба фермента осуществляют ключевую стадию катаболизма гема до биливердина IXα, при этом образуются также ионы двухвалентного железа (Fe2+) и окись углерода (CO). Затем биливердин IXα превращается в билирубин IXα с помощью редуктазы биливердина. Билирубин и ионы Fe2+ являются одними из наиболее действенных антиоксидантов, эффективно нейтрализующих высокореакционные соединения кислорода, перекиси и другие свободные радикалы.
Ген HMOX1, кодирующий гемооксигеназу 1 (HO-1) у человека, расположен на хромосоме 22q12. Мутации в этом гене обнаруживаются крайне редко, однако в случае, мутации в обеих копиях гена HMOX1 приводят к задержке роста, постоянной гипертермии, эритематозной сыпи, анемии, гепатомегалии и асплении [63].
В модельных исследованиях на крысах было показано, что экспрессия гена HMOX1 в глиальных клетках мозга значительно возрастает в ответ на ишемию [57] и гипотермию [24]. Кроме того, повышенная экспрессия гена HMOX1 может уменьшать объем повреждения после экспериментального внутримозгового кровоизлияния [60]. На основании этих данных авторами был сделан вывод, что способность к быстрому повышению уровня гемооксигеназы 1 в ответ на внешние факторы может иметь важное значение для эффективной нейтрализации воспалительных процессов, сопровождающихся также и окислительным стрессом [24, 57, 60].
В промоторной области гена HMOX1 человека в положении от –196 до –276 от участка инициации транскрипции (положение последней границы зависит от общей длины повтора) обнаружен полиморфный микросателлит (GT)n, число повторяющихся единиц в котором составляет от 12 до 40 [25]. Распределение аллелей по частоте является обычно бимодальным, наибольшие частоты обнаружены у аллелей 23 и 30, хотя абсолютные значения частот и общее число аллелей существенно различаются в разных популяциях [25].
Уровень экспрессии гена HMOX1 в зависимости от числа повторяющихся единиц микросателлита (GT)n был исследован in vitro с использованием конструкций с геном люциферазы [17, 64]. В этих работах было установлено, что промоторные области гена HMOX1, в которых число повторов меньше 25, обеспечивают более высокий уровень экспрессии гена, чем области с числом повторов больше 25. Это было справедливо как в случае базового уровня экспрессии [64], так и после обработки клеток перекисью водорода для индукции гена HMOX1 [17].
Эти данные были подтверждены и элегантным исследованием, в котором участвовали 12 здоровых индивидов, у 6 из них были генотипы полиморфного микросателлита (GT)n с числом аллелей от 16 до 26 (группа S), а у шести других с числом аллелей от 33 до 40 (группа L) [28]. Лимфоциты периферической крови этих пациентов были использованы для получения линий клеток, в которых затем был определен уровень мРНК гена HMOX1 и ферментативная активность гемооксигеназы 1 [28]. Средний уровень базовой экспрессии гена HMOX1 в группах S и L, установленный как по уровням синтеза мРНК, так и по ферментативной активности гемооксигеназы 1, различался незначительно. Однако после обработки клеток перекисью водорода для индукции гена HMOX1 было установлено, что если в группе L средний уровень синтеза мРНК практически не изменился, то в группе S он увеличился более чем в 2 раза (2,1±0,49).
Аналогичные данные были получены и при измерении ферментативной активности гемооксигеназы 1. Если в группе L средний уровень активности практически не изменился, то в группе S он повысился существенно (2,4±0,6). Следует отметить, что частота гибели клеток вследствие апоптоза также зависела от генотипа полиморфного микросателлита (GT)n [28]. После инкубации клеток в течение 24 ч в присутствии перекиси водорода было установлено, что клетки из группы L погибали существенно чаще, чем клетки из группы S (21,56% против 4,33%). В промоторной области гена HMOX1 обнаружены еще два однонуклеотидных полиморфных маркера: G(–1135)A и T(–413)A [49]. Вполне возможно, что они также ассоциированы с уровнем экспрессии гена HMOX1.
При сравнении распределения аллелей полиморфного микросателлита гена HMOX1 в относительно небольшой группе из 69 пациентов с аневризматическим субарахноидальным кровотечением и в контрольной группе (230) показано, что частота аллелей с длиной ≥36 была достоверно выше у пациентов с АСК (8% против 4%) [45].
Интересные данные относительно роли гена HMOX1 были получены при обследовании пациентов с семейной формой болезни Альцгеймера [56]. У пациентов с мутациями в гене APP, кодирующем предшественник амилоидного белка (APP), гемооксигеназная активность была на 45-50% ниже, чем у здоровых индивидов. Кроме того, показано, что в условиях in vitro APP также, как и белок, подобный APP (APLP1), связывается с гемооксигеназами 1 и 2 в эндоплазматическом ретикулуме и ингибирует гемооксигеназную активность на 25-35% [56]. Исходя из того, что гемооксигеназы являются антиокислительными ферментами, авторы предположили, что повышенная окислительная нейротоксичность, обнаруживаемая у пациентов с болезнью Альцгеймера, является следствием ингибирования гемооксигеназной активности за счет связывания гемооксигеназ с APP и APLP1.
Таким образом, несмотря на отсутствие данных об ассоциации гена HMOX1 с ЧМТ, данный ген следует рассматривать в качестве одного из важных потенциальных генов-кандидатов, влияющих на течение ЧМТ.
II. Гены, участвующие в механизмах апоптоза
Ген TР53, кодирующий белок р53
В большинстве случаев ЧМТ сопровождается развитием вторичных повреждений мозга за счет повышения внутричерепного давления, снижения церебральной перфузии, формирования очагов ишемии, вторичных (постдислокационных) кровоизлияний, индукции апоптоза нейронов и глиальных клеток [47]. Механизмы, индуцирующие апоптоз после ЧМТ, неизвестны, ряд авторов полагают, что причиной может служить избыточный выброс нейромедиатора глутамата [47]. Другая возможная причина – окислительный стресс, сопровождающий воспалительные процессы, развивающиеся в ответ на повреждение мозга [29].
Белок р53 играет важную роль в регуляции транскрипции и поддержании геномной стабильности, взаимодействуя со многими клеточными белками. Показано, что повреждение ДНК, в том числе и вследствие окислительного стресса, приводит к накоплению р53, который в свою очередь блокирует многие процессы в клетке до репарации повреждения. Если репарация повреждения невозможна, белок р53 запускает механизм апоптоза [33].
Ген TР53, кодирующий белок р53, расположен на хромосоме 17q13.1. В данном гене и его фланкирующих областях обнаружен ряд полиморфных участков, в том числе однонуклеотидный полиморфизм G/C, которому соответствует аминокислотный полиморфизм Pro/Arg в положении 72 полипептидной цепи [1, 7]. По всей видимости, у носителей генотипа Arg/Arg апоптоз, индуцируемый геном TР53, протекает более эффективно, чем у носителей генотипов Arg/Pro и Pro/Pro [22], что может быть использовано при изучении ассоциации полиморфного маркера Pro/Arg гена TР53 с рядом заболеваний, в том числе и с ЧМТ.
Ассоциации полиморфного маркера Pro/Arg гена TР53 с исходом ЧМТ посвящена только одна работа. В исследование были включены 90 пациентов испанского происхождения с тяжелой ЧМТ. Оценка исхода производилась на момент перевода из отделения реанимации и через 6 мес от момента травмы. У носителей генотипа Arg/Arg риск неблагоприятного исхода был в 2,9 раза выше, чем у носителей генотипов Arg/Pro и Pro/Pro [41].
Полиморфный маркер Pro72Arg гена ТР53 ассоциирован с развитием диабетической полинейропатии при сахарном диабете 1-го типа в русской популяции [4]. Повышенный риск развития диабетической полинейропатии также связан с носительством аллеля Arg (OR=1,96) и генотипа Arg/Arg (OR=2,14). Аллель Pro, напротив, ассоциирован с низким риском развития диабетической полинейропатии (OR=0,51).
В заключение следует отметить, что, хотя данных о положительной ассоциации гена TP53 с ЧМТ не много, данный ген следует рассматривать в качестве одного из наиболее важных генов-кандидатов, влияющих на течение и исход заболевания. Важность изучения ассоциации этого гена и особенно его полиморфного маркера Pro72Arg с ЧМТ определяется тем, что эффективность апоптоза разных типов клеток, в том числе нейронов, достоверно коррелирует с носительством определенных генотипов полиморфного маркера Pro72Arg гена TP53. А апоптоз в свою очередь является одним из ключевых механизмов, определяющих гибель нейронов, посттравматическую атрофию мозга и неблагоприятный исход ЧМТ.
Ген нейроглобина (Ngb)
В недавнем исследовании, проведенном у 196 пациентов с тяжелой ЧМТ, показана связь генетического полиморфизма гена нейроглобина (Ngb) с исходом ЧМТ. Пациенты с генотипом ТТ для rs3783988 (регион, кодирующий кислородсвязывающую часть белка) имели лучший исход по шкале исходов Глазго (ШИГ) и NRS-R (Neurobehavioral Rating Scale-Revised) через 3, 6, 12 и 24 мес. Ngb - белок, находящийся в нейронах, клетках эндокринной системы и сетчатке, играет важную роль в защите клеток от ишемии и гипоксии в остром периоде ЧМТ [15]. Установлено участие Ngb в следующих функциях: 1) детоксикация/ловушка для активных форм кислорода, свободных радикалов [19]; 2) гликолиз [14]; 3) переносчик кислорода в митохондрии при гипоксических состояниях [21]; 4) противоапоптотический фактор [61].
III. Гены, участвующие в репаративных процессах
Ген полимеразы 1, синтезирующей поли-АДФ-рибозные цепи (ADPRT1)
При воспалительных процессах, развивающихся вследствие травмы мозга, резко возрастает концентрация высокореакционных соединений кислорода, перекисей и других свободных радикалов, что приводит к росту числа повреждений ДНК. Для инициации процессов репарации поврежденной ДНК необходима активация синтеза специальных ферментов - полимераз PARP, функцией которых является синтез поли-АДФ-рибозных цепей (длиной 60-80 остатков). Эти цепи ковалентно присоединяются к белкам хроматина в местах расположения одноцепочечных разрывов ДНК, при этом активность PARP может возрастать в 500 раз и более [20].
Длинные цепи поли-АДФ-рибозы являются сигналом и, возможно, молекулярной основой для формирования сложного комплекса ферментов и специальных белков, осуществляющих репарацию поврежденной ДНК. Для синтеза этих цепей используется НАД+. Известно несколько видов PARP, кодируемых разными генами. Наибольшее значение имеет PARP-1, так, она ответственна за синтез около 90% цепей поли-АДФ-рибозы в клетке [5]. PARP-1 находят в эндотелиальных [51] и шванновских клетках [11]. Быстрая активация PARP-1 обнаружена и в нейронах в ответ на повреждение свободными радикалами [55].
Количество повреждений ДНК и интенсивность синтеза поли-АДФ-рибозных цепей в значительной мере определяют дальнейшую судьбу клетки: успешная репарация, апоптоз или некроз. Значительная или избыточная активация PARP, усиленный синтез поли-АДФ-рибозных цепей, истощение запасов NAD+ и следующее за ним истощение запасов АТФ могут приводить к гибели клетки от апоптоза или некроза [55].
В экспериментальных моделях было установлено, что избыточная активация PARP-1 и усиленный синтез поли-АДФ-рибозных цепей вносят существенный вклад в патогенез травмы мозга и нейродегенеративных расстройств [12]. На экспериментальных моделях ЧМТ выявлен значительный нейропротекторный эффект при применении ингибиторов PARP-1 [35].
Ген ADPRT1, который кодирует PARP-1, расположен в хромосомной области 1q41-1q42. В данном гене обнаружены два однонуклеотидных полиморфизма: C/G, которому соответствует аминокислотный полиморфизм Leu/Phe в положении 54 полипептидной цепи, и Т/С, которому соответствует аминокислотный полиморфизм Val/Ala в положении 762 полипептидной цепи.
Исследований, посвященных ассоциации полиморфных маркеров гена ADPRT1 с различными заболеваниями, сравнительно немного. Тем не менее недавно была обнаружена ассоциация между генетическими вариантами в промоторной области гена ADPRT1 и предрасположенностью к болезни Паркинсона. Кроме того, как и в случае гена ТР53 было показано, что полиморфные маркеры Leu54Phe и Val762Ala гена ADPRT1 ассоциированы с развитием диабетической полинейропатии при сахарном диабете 1-го типа [48].
Итак, до настоящего времени не изучалась ассоциация гена ADPRT1 с ЧМТ, однако важность изучения этого гена при травме мозга определяется эффективностью ингибиторов PARP-1 в экспериментальных моделях ЧМТ [32, 58] и ассоциацией его с другими заболеваниями нервной системы.
Ген, кодирующий мозговой нейротрофический фактор (BDNF)
Нейротрофический фактор мозга (НФМ) относится к семейству нейротрофинов. Нейротрофины - общее название секретируемых белков, поддерживающих жизнеспособность нейронов, стимулирующих их развитие и активность. НФМ, в частности, снижает токсичность действия глутамата и тем самым оказывает нейропротективный эффект [40]. Эксперименты на животных показали, что НФМ уменьшает тяжесть ишемии и улучшает восстановление после ЧМТ [6, 54].
НФМ синтезируется в виде предшественника длиной 247 аминокислот. Зрелый НФМ образуется после отщепления N-концевого фрагмента длиной 128 аминокислот, получившего название «про-региона», или в аппарате Гольджи протеазой фурином, или в секреторных гранулах с помощью специфических протеаз. В втором экзоне гена BDNF обнаружен однонуклеотидный полиморфизм G/A в положении 758, которому соответствует полиморфизм аминокислотных остатков Val/Met в положении 66, расположенный в N-концевой части молекулы («про-регионе»).
Проведенные в условиях in vitro исследования культур нейронов крысы, трансформированных векторной системой на основе вируса Синдбиса и гена зеленого флуоресцентного белка, показали, что в случае конструкции с аллелем Met транспорт НПФ в секреторные гранулы существенно замедлен. Более того, секреция НПФ, индуцированная деполяризацией, существенно ниже в нейронах, трансформированных конструкцией с аллелем Met, чем с аллелем Val. Причем конститутивный синтез НПФ был одинаков в обоих типах конструкций [23].
По данным, полученным в ряде работ [23], у человека полиморфный маркер Val66Met ассоциирован с комплексным нейрональным фенотипом, в который входят память и тонкие различия в морфологии мозга. Например, носители аллеля Met хуже выполняют тесты на эпизодическую память, у них меньше объем серого вещества гиппокампа и префронтальной коры головного мозга [23]. У носителей аллеля Val, напротив, отмечены большие объемы серого вещества в префронтальной, затылочной коре, преклинье, крючке, верхней височной извилине [34]. Однако в другом исследовании, проведенном у 168 вьетнамских солдат с травмой лобных долей головного мозга, показано, что пациенты-носители Met/– выполняют тест, оценивающий управленческие функции, также, как контрольная группа носитетей этого маркера. Носители аллелей Val/Val выполняли этот тест хуже, чем контрольная группа с такими же аллелями [36]. В другом исследовании показано отсутствие влияния полиморфного маркера Val66Met на выход из вегетативного состояния через 3, 6 и 12 мес после тяжелой ЧМТ [10].
Другие 7 однонуклеотидных полиморфных маркеров этого гена были изучены у 109 вьетнамских солдат до, через 10-15 и 30-35 лет после очаговой проникающей травмы [53]. Два из них (rs7124442 и rs1519480) оказались независимыми (от уровня интеллекта и степени атрофии мозга) предикторами восстановления когнитивных функций.
Таким образом, полиморфный маркер Val66Met гена BDNF, несомненно, может рассматриваться в качестве гена-кандидата, влияющего на исход ЧМТ, поэтому требует дальнейшего изучения.
IV. Гены, участвующие в регуляции нейротрансмиссии
Гены рецепторов дофамина
Семейство рецепторов дофамина включает в себя два подтипа: D1- и D2-подобные рецепторы, которые представляют собой семидоменные трансмембранные G-белки. D1-подобные рецепторы (D1 и D5) кодируются двумя генами, D2-подобные рецепторы (D2, D3 и D4) - тремя генами. Полиморфизм D2 рецептора может оказывать влияние на когнитивные нарушения (преимущественно фронтальные), обусловленные дисфункцией дофаминергической системы мозга, а также участвует в регуляции эмоционального состояния, связан с выраженностью активации миндалины и префронтальной коры [13]. Полиморфизм гена ANKK1 (Ankyrin repeat and protein kinase domain-containing protein 1) (гаплотип из трех SNP: rs11604671, rs4938016 и rs1800497 (TAQ1A)), который регулирует экспрессию генов D2 рецептора, приводит к уменьшению количества этих рецепторов [43]. Полиморфизмы D3 и D4 рецепторов дофамина имеют большое значение для фармакогеномики - области генетики, изучающей связи между генетическим полиморфизмом и эффектом препаратов, т.е. индивидуальный ответ организма на введение ксенобиотиков. Так, полиморфизм Ser9Gly гена D3 рецептора ассоциирован с развитием поздних дискинезий - осложнением, наблюдающимся у 50% пациентов, длительно принимающих нейролептики [50]. Полиморфизм по количеству повторов 48 п.н. в участке гена D4 рецептора, кодирующем третью внутрицитоплазматическую петлю рецептора, влияет на эффективность применения атипичного нейролептика клозапина (H. Hwu и соавт., 1998).
Гены, кодирующие рецептор к дофамину D2 и киназу ANKK1
Распространенность гена D2 рецептора дофамина наиболее высока в лимбической системе. В работе [44] обсуждается возможность ассоциации гена, кодирующего рецептор к дофамину D2 (DRD2), со степенью восстановления когнитивных функций (памяти, внимания и функций премоторной области лобных долей) через 1 мес после ЧМТ средней тяжести.
В одной работе T. McAllister и соавт. [44] использовался один однонуклеотидный полиморфный маркер С/Т (rs1800497), который исходно обозначался TaqIA по названию рестриктазы TaqI, расщепляющей только фрагмент ДНК с аллелем С [59]. Аллель Т ассоциирован с меньшим уровнем синтеза D2 рецептора (на 40%) в клетках стриатума и соответственно с его меньшей плотностью на поверхности клеток. Следует подчеркнуть, что сродство D2 рецептора к дофамину у носителей аллелей С и Т идентично. В группе 39 пациентов с ЧМТ средней тяжести и в контрольной группе из 29 пациентов аллель T гена DRD2 был ассоциирован с худшим выполнением теста на вербальную память [44]. На момент проведения этого исследования считалось, что полиморфный маркер С/Т расположен в промоторной области гена DRD2 и аллель T ассоциирован с более низким уровнем экспрессии этого гена.
Однако в 2004 г. M. Neville и соавт. [46] установили, что полиморфизм rs1800497 расположен в другом гене, а именно, в гене ANKK1, который локализован в 10 тыс. п.н. от промоторной области гена DRD2 и кодирует сериновую/треониновую киназу с 11 анкириновыми повторами. Установлено, что полиморфизм С/Т (rs1800497) расположен в последнем 8-м экзоне гена ANKK1 и ему соответствует полиморфизм аминокислотных остатков Glu/Lys в положении 713 внутри 11-го анкиринового повтора киназы ANKK1.
В таком случае ассоциацию полиморфного маркера rs1800497 с уровнем экспрессии гена DRD2 можно объяснить либо неравновесием по сцеплению rs1800497 с неким функционально значимым полиморфным маркером в гене DRD2, либо тем, что именно ген ANKK1 каким-то образом определяет уровень экспрессии гена DRD2.
В другой работе T. McAllister и соавт. [43] сделали попытку прояснить этот вопрос. В работе использовали 31 полиморфный маркер в трех генах, расположенных близко друг к другу в этой области хромосомы 11q23: NCAM, ANKK1 и DRD2. В трех генах обнаружены четыре группы сцепления. В одну из групп наряду с полиморфизмом rs1800497 вошли еще два полиморфизма (rs11604671, rs4938016), причем все они расположены внутри гена ANKK1. Группа пациентов с ЧМТ средней тяжести была увеличена до 54 пациентов, а в контрольную группу был включен 21 пациент. Как и в предшествовавшем исследовании, в обеих группах аллель T полиморфного маркера rs1800497 был ассоциирован с худшим выполнением задач Калифорнийского теста на вербальную память [43]. Естественно, аналогичные результаты были получены и в случае полиморфных маркеров rs11604671 и rs4938016. Но ни один из полиморфных маркеров, расположенных в гене ANKK1 и использованных в данном исследовании, не был ассоциирован с худшим выполнением теста на вербальную память.
На настоящий момент функции гена ANKK1 изучены недостаточно. Про анкириновые повторы известно, что они вовлечены во взаимодействие между белками, а белки, содержащие эти повторы, участвуют в широком спектре внутриклеточных процессов, в том числе в инициации транскрипции. Члены семейства сериновых/треониновых киназ осуществляют передачу сигналов внутри клеток и опосредуют ответ клетки на внешние раздражители. Хотя наличие разных аминокислотных остатков в положении 713, по всей видимости, не влияет на пространственную структуру киназы в целом, но может влиять на специфичность и/или эффективность связывания субстрата. В таком случае разница в активности двух изоформ киназы ANKK1 может объяснять различную эффективность передачи сигнала и разный уровень синтеза рецептора дофамина типа D2 в клетках стриатума. Против этого предположения говорит тот факт, что экспрессия гена ANKK1 в клетках мозга до сих пор не обнаружена [46].
Для окончательного решения этого вопроса необходимо проведение дополнительных исследований как по поиску функционально важного маркера в генах ANKK1 и DRD2, так и по выявлению функций продукта гена ANKK1.
Ген, кодирующий катехоламин-О-метилтрансферазу (COMT)
Ген COMT, несомненно, может рассматриваться в качестве гена-кандидата при изучении генетической предрасположенности к неблагоприятному исходу при ЧМТ, так как кодируемый им фермент катехоламин-О-метилтрансфераза (COMT) участвует в метаболизме катехоламинов (дофамина, норадреналина и адреналина). COMT осуществляет метилирование катехоламинов, тем самым регулируя уровень дофамина и норадреналина в синапсах.
В 4-м экзоне гена COMT был обнаружен однонуклеотидный полиморфизм G/А, которому соответствует полиморфизм аминокислотных остатков Met/Val в положении 158. Аллель Met по сравнению с аллелем Val ассоциирован со снижением активности этого фермента в 4 раза [62].
Поскольку в нейронах префронтальной коры отсутствует экспрессия гена переносчика дофамина (DAT1, или SLC6A3), который обеспечивает обратный захват дофамина из синаптической щели в других отделах мозга, то, вероятно, ферментативная активность COMT определяет эффективность синаптической трансмиссии в этой области коры головного мозга. Таким образом, можно ожидать, что у носителей генотипа Met/Met уровень эндогенного дофамина в префронтальной коре будет существенно выше, чем у носителей генотипа Val/Val, а у носителей генотипа Met/Val - будет иметь промежуточное значение.
В связи с этим была изучена ассоциация полиморфного маркера Met158Val гена СОМТ с эффективностью выполнения нейропсихологических тестов у 113 пациентов через 1 год после ЧМТ [37]. Использовались нейропсихологические тесты, позволяющие оценить память, внимание, скорость реакций, речевые функции, поведение. Связи между характером повреждений, по данным МРТ, и носительством определенных генотипов выявлено не было.
Однако при сравнении групп пациентов с низкой и высокой активностью фермента были обнаружены достоверные различия при выполнении тестов, оценивающих управленческие функции лобных долей мозга. Пациенты с генотипом Val/Val, высокой активностью фермента и более низким уровнем эндогенного дофамина выполняли тесты хуже, чем пациенты с генотипом Met/Met, низкой активностью фермента и соответственно более высоким уровнем эндогенного дофамина в префронтальной области. Следует также отметить, что у пациентов с генотипом Val/Val и высокой активностью фермента исход ЧМТ был существенно хуже [39].
Таким образом, по данным литературы обнаружена ассоциация полиморфного маркера Met158Val гена СОМТ с реализацией управленческих функций лобных долей мозга и неблагоприятным исходом ЧМТ, поэтому необходимо дальнейшее изучение значения данного маркера при травме мозга.
Гены, участвующие в нейротрансмиссии серотонина
В этнически неоднородной группе из 107 пациентов с ЧМТ и контрольной группе из 66 индивидов была изучена ассоциация депрессивных состояний с полиморфными маркерами гена, кодирующего переносчик серотонина (SLC6A4 - старое название этого гена 5-HTT). Авторы использовали два полиморфных маркера. Маркер S/L представляет собой вставку или отсутствие вставки длиной 44 п.н. внутри тандемного повтора, расположенного на расстоянии 200 п.н. от 1-го экзона гена SLC6A4. В условиях in vitro с использованием гена люциферазы было показано, что аллель S по сравнению с аллелем L ассоциирован со снижением уровня экспрессии гена SLC6A4 в 2-3 раза [27].
Другой полиморфный маркер rs25531 представляет собой однонуклеотидный полиморфизм A/G, расположенный на расстоянии около 300 п.н. от тандемного повтора в сторону, противоположную участку инициации транскрипции. По некоторым данным [65], полиморфный маркер rs25531 также может быть ассоциирован с уровнем экспрессии гена SLC6A4. Использованные методы определения аллелей позволяли определять как гаплотипы, так и генотипы этих двух полиморфных маркеров, однако ассоциации с развитием депрессивных состояний после ЧМТ обнаружено не было [16, 65].
Несмотря на то что наличие тех или иных полиморфных маркеров генов, кодирующих переносчики серотонина, не оказывало влияния на течение и исход ЧМТ, гены, модулирующие активность серотонинергической системы, могут влиять на эффективность проводимого фармакологического лечения посттравматической депрессии. Так, при обследовании 90 пациентов с посттравматической депрессией было выявлено влияние полиморфизма C-(677)T гена метилен тетрагидрофолатредуктазы (MTHFR), на эффективность лечения циталопрамом, а промотерная часть гена (5HTTLPR), кодирующего белок-транспортер серотонина, - на развитие побочных эффектов (сухость рта, тошнота, сомноленция, расстройство полового поведения). Фермент MTHFR участвует в деметилировании гомоцистеина, при котором образуется метионин, а оставшаяся метильная группа используется в дальнейшем для синтеза серотонина. C-(677)T полиморфизм ассоциирован с низкой активностью MTHFR, а следовательно, со снижением синтеза серотонина в мозге.
5HTTLPR имеет два аллеля - короткий (S) и длинный (L). Наличие S-аллеля ассоциировано со снижением транскрипционной активности гена 5HTT и, следовательно, меньшим ответом на антидепрессанты - ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС). Кроме того, наличие однонуклеотидного полиморфизма rs25531 в L аллеле также ассоциировано со снижением уровня экспрессии гена 5HTT [38].
Таким образом, дальнейшее изучение генов, влияющих на нейротрансмиссию серотонина, может иметь более важное значение для оценки эффективности фармакологического лечения и индивидуального подбора терапии, чем для прогнозирования течения и исхода ЧМТ.
Заключение
За последние несколько лет большое значение приобрели генетические исследования при полифакторных заболеваниях и травматических повреждениях нервной системы. Результаты этих исследований чаще противоречивы, но в целом свидетельствуют о влиянии многих генов (факторов воспаления, апоптоза, дегенерации, оксидативного стресса, репаративных процессов и нейропластичности) на течение и исход ЧМТ. До сих пор нет однозначной оценки степени риска развития неблагоприятных исходов или осложнений ЧМТ, обусловленных наличием того или иного полиморфизма. Тем не менее именно это имеет наибольшее значение для разработки алгоритмов диагностики и стратегии лечения травматической болезни мозга с целью предупреждения вторичного повреждения и ускорения восстановления таких пациентов с учетом их индивидуальных молекулярно-генетических особенностей.
Наиболее изученными для прогнозирования течения и исходов ЧМТ оказались полиморфизмы генов apoE, интерлейкинов, р53. Однако интересным представляется не только изучение полиморфизмов отдельно взятых генов, но и выявление сочетаний полиморфизмов различных генов (гаплотипов), обусловливающих важнейшие патофизиологические механизмы (отек, вазоспазм, ишемию, нарушение гематоэнцефалического барьера, митохондриальную дисфункцию и др.) травматической болезни мозга. Перспективным направлением представляется фармакогеномика, которая позволяет предсказать эффективность использования фармакологических средств, опираясь на генотипические особенности пациента. Таким образом, безусловно необходимы дальнейшие, более масштабные исследования и более детальное изучение полиморфизма всех перечисленных выше генов, а также поиск новых генов-кандидатов (генов эритропоэтина, ферментов стероидогенеза в мозге, рецепторов нейростероидов, ядерных транскрипционных факторов, ростовых факторов и др.) для глубокого понимания патогенеза ЧМТ у каждого конкретного пациента и подбора индивидуальных методов лечения.