Введение к работе
Актуальность проблемы
Мультифакториальные заболевания по сравнению с моногенными и хромосомными болезнями, являются менее изученной группой болезней человека. В то же время мультифакториальные заболевания широко распространены и имеют наследственную предрасположенность, что определяет высокий уровень пожизненного риска (lifetime risk). К этой группе болезней относятся и заболевания проводящей системы сердца. Следует отметить, что такие первичные заболевания проводящей системы сердца, как синдром слабости синусового узла (СССУ), первичные атриовентрикулярные (АВБ) и внутрижелудочковые блокады (ВЖБ), остаются наименее изученными среди когорты сердечно-сосудистых заболеваний.
Этиология нарушений сердечной проводимости разнообразна. Среди причин, приводящих к развитию данной патологии, можно выделить различные кардиальные и некардиальные заболевания [Калебина Е. Н., 2000; Кирюшин Д. Н., 2011; Романенко В. В., 2012; Merghani A., 2012; George A.L., 2013; Vranic I., 2013]. В то же время нередко нарушения сердечного ритма и проводимости генетически детерминированы, и эти аритмии обусловливают значительную часть случаев внезапной смерти [Андерсон А.Г., 2005; Школьникова М. А., 2011; ., 2005; ., 2013; Perrin, M. J., 2013].
Среди большого числа генов, которые могут принимать участие в формировании предрасположенности к развитию данных нарушений сердечного ритма и проводимости, внимание привлекают гены 2 - адренорецептора (ADRA2B), эндотелиальной NO – синтазы (NOS3), натриевых сердечных каналов (SCN5A), коннексина 40 (Сх40), тяжелых цепей сердечного миозина (MYH6), как отвечающие за структуру и играющие значимую роль в функционировании проводящей системы сердца.
Стимуляция 2 - адренорецепторов приводит к пресинаптическому торможению выделения норадреналина из симпатических окончаний [Suzuki N., 2003], подавлению липолиза в липоцитах [Fava C., 2009], угнетению секреции инсулина [Laaksonen D.E., 2008], стимуляции агрегации тромбоцитов и сужению сосудов некоторых органов [Woldemussie E., 2007]. Носители генотипов DD и ID гена ADRA2B в значительно большей степени подвержены риску внезапной сердечной смерти, чем носители II генотипа полиморфизма I/D этого гена [Laukkanen J.A., 2009].
Ген NOS3 кодирует фермент синтазу окиси азота. Оксид азота угнетает пролиферацию гладкомышечных клеток, ингибирует агрегацию тромбоцитов и адгезию нейтрофилов к эндотелию сосудов [Мoйбенко О.О., 1997; Досенко В.Є., 2002], участвует в активации циклоГМФ-зависимых протеинкиназ, открывающих ионные каналы кардиомиоцитов. Циркуляция ионов через мембрану кардиомиоцита обеспечивает функции возбудимости и проводимости сердечной мышцы [Marsden P.A., 1993]. Носители 4b\4b генотипа имеют более низкий уровень оксида азота [Косянкова Т.В., 2002]. Наличие полиморфизмов гена эндотелиальной синтазы окиси азота в геноме человека является предиктором развития таких заболеваний, как эссенциальная гипертония, инфаркт миокарда, фибрилляция предсердий [Alvarez R., 2001; Augeri A.L., 2009; Saini V., 2011].
Ген SCN5A обеспечивает формирование натриевых каналов в сердечной мышце. Мутации в гене SCN5A приводят к синдрому удлиненного интервала QT [Ye B., 2003; Vitved T., 2008], синдрому Бругада [Chen Q., 1998; Zhang Z.-S., 2007], прогрессирующим расстройствам сердечной проводимости [Schott J.J., 1999; Rosen M.R., 2004; Viswanathan P.C., 2005; Lei M., 2007], синдрому внезапной детской смерти [., 2013], идиопатической фибрилляции желудочков [Splawski I., 2002]. Определена роль мутации гена SCN5A в развитии СССУ [Selly J.B., 2012]. Мутация наследуется аутосомно-рецессивно и обусловливает образование нефункционирующих натриевых каналов в клетках синоатриального узла [Benson D.W., 2003].
Ген Cx40 участвует в быстром проведении импульса в системе Гиса-Пуркинье [Boyett M.R., 2006]. Проведенные исследования показали, что полиморфизмы гена Cx40 в сочетании с мутациями гена SCN5A приводят к развитию семейной формы атриовентрикулярной блокады [Makita N., 2012] и фибрилляции предсердий [Gollob M.H., 2006; Juang J.M., 2007; Yang Y.Q., 2010; Wirka R.C., 2011; Tchou G.D., 2012].
Ген MYH6 тяжелых цепей сердечного миозина является важным компонентом саркомера и строительным элементом сократительной системы сердца [Epp T.A., 1993]. Доказано, что аномалии указанного гена играют важную роль в развитии дефекта межпредсердной перегородки [Ching Y.-H.,2005], семейной гипертрофической кардиомиопатии [Tanigawa G., 1990], дилатационной кардиомиопатии [Niimura H., 2005], синдрома слабости синусового узла [Holm H., 2011].
Концептуальную основу предиктивной медицины составляют представления о генетическом полиморфизме. В отличие от мутаций, приводящих к патологическим изменениям и снижающих жизнеспособность, генетический полиморфизм проявляется в фенотипе менее отчетливо. Вместе с тем, генетический полиморфизм далеко не всегда является нейтральным, значительно чаще он приводит к появлению белковых продуктов с несколько измененными свойствами и, соответственно, параметрами функциональной активности [Баранов В.С., 2010].
В период жизни индивидуума, когда еще нет проявлений заболевания, генетическое тестирование дает возможность выявить существующие пока только в геноме наследственные тенденции к развитию будущих болезней, и, исходя из современного врачебного опыта, наметить пути их ранней профилактики и дать необходимые рекомендации.
Таким образом, следует констатировать, что определение генетических детерминант нарушений сердечной проводимости в нашем исследовании будет направлено на определение генных «ансамблей», позволяющих разработать генетический рискометр развития нарушений сердечного ритма и проводимости в семьях, что отвечает принципам персонифицированной медицины.
Кроме того, данных о проспективных наблюдениях за больными с различными нарушениями сердечного ритма и проводимости чрезвычайно мало или они носят характер описания единичных семей. В доступной нам литературе мы не встретили также данных о пенетрантности синдрома слабости синусового узла, нарушений атриовентрикулярной и внутрижелудочковой проводимости.
Цель исследования
Изучение предикторной роли полиморфных аллельных вариантов генов ADRA2B, NOS3, SCN5A, Сх40, MYH6 на развитие нарушений сердечной проводимости для осуществления генетического прогноза и первичной профилактики этих заболеваний.
Задачи исследования
1. Определить динамику семейной агрегации нарушений сердечной проводимости за 10-летний период (на примере популяции г. Красноярска).
2. Изучить пенетрантность синдрома слабости синусового узла, нарушений атриовентрикулярной и внутрижелудочковой проводимости в семьях, проживающих в г. Красноярске.
3. Исследовать полиморфные аллельные варианты генов 2 -адренорецептора (ADRA2B), эндотелиальной NO - синтазы (NOS3), натриевых сердечных каналов (SCN5A), коннексина 40 (Сх40) у больных с нарушением атриовентрикулярного проведения, их родственников и лиц контрольной группы и провести анализ ассоциаций аллельных вариантов включенных в исследование генов с нарушениями атриовентрикулярного проведения различной степени.
4. Исследовать полиморфные аллельные варианты генов 2 - адренорецептора (ADRA2B), эндотелиальной NO - синтазы (NOS3), натриевых сердечных каналов (SCN5A), коннексина 40 (Сх40) у больных с нарушением внутрижелудочковой проводимости, их родственников и лиц контрольной группы и провести анализ ассоциаций аллельных вариантов включенных в исследование генов с нарушениями внутрижелудочкового проведения.
5. Исследовать полиморфные аллельные варианты генов 2 - адренорецептора (ADRA2B), эндотелиальной NO - синтазы 3 типа (NOS3), натриевых сердечных каналов (SCN5A), коннексина 40 (Сх40), тяжелых цепей сердечного миозина (MYH6) у больных с синдромом слабости синусового узла, их родственников и лиц контрольной группы и провести анализ ассоциаций аллельных вариантов включенных в исследование генов с клиническими вариантами СССУ.
6. Разработать критерии генетического прогноза нарушений сердечного ритма и проводимости путем создания аналитического программного комплекса «Генетический рискометр наследственных нарушений сердечного ритма и проводимости» для ранней диагностики и персонифицированного подхода к лечению.
Научная новизна результатов исследования
В настоящей работе впервые определена динамика семейной отягощенности нарушений сердечной проводимости в семьях г. Красноярска за десятилетний период.
Впервые определена пенетрантность атриовентрикулярных и внутрижелудочковых блокад, синдрома слабости синусового узла в семьях, проживающих в г. Красноярске.
Впервые изучены ассоциации полиморфизма генов 2-адренорецептора (ADRA2B), эндотелиальной NO - синтазы 3 типа (NOS3) натриевых сердечных каналов (SCN5A), коннексина 40 (Cx40) у больных с нарушением атриовентрикулярной, внутрижелудочковой проводимости и синдрома слабости синусового узла, их родственников и лиц контрольной группы и проведен анализ ассоциаций аллельных вариантов, включенных в исследование генов, с различными вариантами и степенями нарушений сердечного проведения.
Впервые установлено, что гомозиготный генотип DD гена ADRA2B, гомозиготный генотип 4b/4b по редкому аллелю гена NOS3, гомозиготный генотип GG по редкому аллелю гена SCN5A, гомозиготный генотип 44AA гена Cx40 ассоциированы с нарушением атриовентрикулярной, внутрижелудочковой проводимости и синдромом слабости синусового узла.
Разработаны критерии генетического прогноза нарушений сердечного ритма и проводимости путем создания аналитического программного комплекса «Генетический рискометр наследственных нарушений сердечного ритма и проводимости» для ранней диагностики и персонифицированного подхода к лечению.
Практическая значимость работы
Оценка частоты встречаемости нарушений сердечного ритма и проводимости в семьях имеет значение как для изучения структуры генетического груза в популяции, так и для планирования объема специализированной медицинской помощи населению. Кроме того, динамическое наблюдение за частотой встречаемости нарушений сердечного ритма и проводимости в популяции позволяет оценить эффективность программ профилактики и лечения.
Разработана новая технология оценки риска развития нарушений сердечного ритма и проводимости с применением генетических и компьютерных технологий. Сформирован необходимый потенциал, обеспечивающий развитие инновационных профилактических стратегий и создания эффективной системы первичной профилактики нарушений сердечного ритма и проводимости. Полученные данные расчетов пенетрантности СССУ, АВБ и ВЖБ позволяют предполагать генетический риск развития этой патологии в семьях.
Изучение полиморфных аллельных вариантов ADRA2B, NOS3, SCN5A, Сх40, MYH6 в семьях больных с различными нарушениями сердечного ритма и проводимости позволяет выявлять молекулярно-генетические различия при этих заболеваниях, а также осуществлять генетический прогноз развития заболеваний в семьях с помощью разработанных компьютерных технологий.
Формирование новых стратегий персонифицированной диагностики и профилактики будет иметь значительный социальный и экономический эффект. Разработанные технологии диагностики могут послужить основой последующих работ для прогнозирования социально-значимых заболеваний.
Внедрение результатов исследования в практику
По теме диссертационного исследования внедрены рационализаторские предложения:
1.«Молекулярно-генетическое исследование полиморфизма гена 2-адренорецептора у пациентов с наследственным синдромом слабости синусового узла».
2. «Молекулярно-генетическое исследование полиморфизма гена NOS3 у больных с первичными нарушениями сердечного ритма и проводимости».
3.«Молекулярно-генетическое исследование полиморфизма гена SCN5A у больных с первичными нарушениями сердечного ритма и проводимости».
4.«Молекулярно-генетическое исследование полиморфизма гена Сх40 у больных с первичным синдромом слабости синусового узла».
5. «Аналитический программный комплекс «Генетический рискометр наследственных нарушений сердечного ритма и проводимости» в диагностике данных патологий.
Результаты исследования апробированы и внедрены в лечебно-диагностическую практику специализированного кардиологического отделения МБУЗ ГКБ №20 им. И. С. Берзона г. Красноярска, кардиологического отделения ФГБУ НИИ медицинских проблем Севера.
Теоретические и практические положения, развиваемые в диссертации, используются в учебном процессе при подготовке студентов на кафедре внутренних болезней №1 и кафедры кардиологии и функциональной диагностики ИПО КрасГМУ им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Семейная агрегация атриовентрикулярных блокад в семьях г. Красноярска в 2011 г. составила 33,01%, 57,01% для больных с БПНПГ и 31,79% для больных с БЛНПГ (БПВЛНПГ).
-
Пенетрантность атриовентрикулярных блокад в семьях г. Красноярска достигла 70%, блокады правой ножки пучка Гиса – 70%, блокады левой ножки пучка Гиса – 92%, синдрома слабости синусового узла – 78%, что свидетельствует о высокой экспрессии мутантных аллелей исследуемых генов.
-
Гомозиготный генотип DD по редкому аллелю гена ADRA2B, гомозиготный генотип 4b/4b по редкому аллелю гена NOS3, гомозиготный генотип GG по редкому аллелю гена SCN5A и гомозиготный генотип 44AA Cx40 являются генетическими предикторами нарушений атриовентрикулярной, внутрижелудочковой проводимости и синдрома слабости синусового узла.
-
Уровень детерминации согласно логистической регрессионной модели составляет для АВБ – 39,0%, для ПБПНПГ– 28,0%, для ПБЛНПГ (БПВЛНПГ) – 29,0%, для СССУ – 77,0%.
-
Аналитический программный комплекс «Генетический рискометр наследственных нарушений сердечной проводимости» – необходимый информационный продукт для генетического прогноза нарушений сердечной проводимости.
Личный вклад автора
Диссертация является самостоятельным научным трудом, выполненным на базе кафедры внутренних болезней №1 Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого и лаборатории молекулярно-генетических исследований терапевтических заболеваний ФГБУ НИИ терапии СО РАМН. Автором осуществлялся набор обследованных лиц, оценка их клинического состояния, постановка диагноза, проведение клинико-инструментального и молекулярно-генетического исследования. Автор самостоятельно проводила электрокардиографию, эхокардиографию, атропиновую пробу, велоэргометрию, холтеровское мониторирование ЭКГ, чреспищеводную стимуляцию левого предсердия, выделение ДНК. Автором проведен поиск и анализ литературы по теме диссертации, статистическая обработка результатов, анализ полученного материала, написание публикаций и диссертации.
Апробация основных положений работы
Основные положения исследования доложены и обсуждены на Национальном конгрессе «Человек и лекарство» – доклад «Молекулярно-генетические исследования нарушений сердечного ритма» (Красноярск, 2009 г.), в виде стендовых докладов на The 10th International Dead Sea Symposium – IDSS, доклады «Homozygous Polymorphism of Gene Transcription Factor SP4 is Associated with Hereditary Sick Sinus Syndrome» и «Polymorphism Gene Alpha 2B-Adrenergic Receptor is Associated with Hereditary Sick Sinus Syndrome» (Израиль, Тель-Авив, 2010 г.), на международном симпозиуме Acute Cardiac Care, постерный доклад «The transcription factor SP4 is associated with sick sinus syndrome» (Дания, Копенгаген, 2010 г.), на съезде кардиологов Сибирского Федерального округа, доклад «Генетические предикторы сердечных аритмий» (Красноярск, 2010 г.), на V национальном конгрессе терапевтов, доклад «Мутация гена эндотелиальной NO-синтазы – независимый предиктор синдрома слабости синусового узла» (Москва, 2010 г.), на XIV краевой кардиологической конференции, доклад «Клинико-генетические предикторы СССУ» (Красноярск, 2011 г.), на Российском Национальном конгрессе кардиологов, доклад «Клинико-генетические предикторы нарушений сердечной проводимости» (Москва, 2011 г.), на выставке инновационных проектов и научно-технических разработок, МВДЦ Сибирь, доклад «Инновационные методы диагностики сердечных аритмий» (Красноярск, 2011 г.) и выставке НИОКР к визиту губернатора, «Новые протоколы в диагностике жизнеугрожающих сердечно-сосудистых заболеваний (Красноярск, 2011 г.), на международном симпозиуме «ESC WG on Myocardial Function and Cellular Biology of the Heart», постерный доклад «New genetic marker of sick sinus syndrome» (Варена, Италия, 2011 г.), на VI Национальном конгрессе терапевтов, доклад «Роль гена 2-адренергического рецептора в генезе наследственного синдрома слабости синусового узла (Москва, 2011 г.), в виде стендовых докладов на The 11th International Dead Sea Symposium on Cardiac Arrhythmias and Device Therapy– IDSS, постерный доклад «The Сх40 polymorphism of sick sinus syndrome» (Израиль, Тель-Авив, 2012 г.), на симпозиуме Frontiers in CardioVascular Biology, стендовый доклад «Alpha2-adrenergic receptor gene is associated with sick sinus syndrome» (Великобритания, Лондон, 2012 г.), на I международном форуме молодых кардиологов, доклад «Наследственная отягощенность и генетические предикторы нарушений сердечной проводимости» (Самара, 2012 г.), на Российском Национальном конгрессе кардиологов, доклад «Взаимосвязь полиморфизмов генов коннексина 40 и синтазы окиси азота с развитием синдрома слабости синусового узла» (Москва, 2012 г.), на X Международном славянском конгрессе по электростимуляции и клинической электрофизиологии сердца «Кардиостим», доклад «Ген ADRA2B как генетический предиктор нарушений сердечной проводимости», на ESC Congress 2013, доклад «» (Амстердам, 2013 г.), а также на заседании проблемной комиссии по терапии ГБОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В. Ф. Войно - Ясенецкого Министерства здравоохранения Российской Федерации».
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 85 научных работ в центральной и местной печати, из них 29 – в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 6 публикаций в международной печати, 1 монография, 2 заявки на патент. Работа поддержана 3 федеральными, 2 региональными грантами: грант конкурса индивидуальных проектов молодых ученых КГАУ Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности «Инновационный метод диагностики и первичная профилактика фатальных нарушений сердечной проводимости», № 14 от 18.07.2011 и «Первичная профилактика нарушений проводящей системы сердца с использованием клинико-генетического прогнозирования», № 14 от 18.07.2011; грант фонда Содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере «Исследование новых технологий диагностики и мер профилактики сердечных аритмий», договор № 50-12 от 22.08.2012 г.; «Создание «Генетического паспорта сердечных аритмий» для осуществления персонифицированного подхода к лечению», договор № 75-12 от 28.12.2012 г.; грант в рамках государственного задания министерства здравоохранения РФ по фундаментальным исследованиям в кардиологии: «Изучение полиморфизма генов, приводящих к развитию сердечных аритмий и инфаркта миокарда», 2011-2014 гг. и 1 travel-грантом.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 397 страницах, иллюстрирована рисунками и таблицами. Она состоит из введения, глав: обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов и практических рекомендаций. Библиографический указатель включает 400 источников: 108 отечественных и 292 зарубежных.
Похожие диссертации на Клинико-генетические предикторы первичных нарушений сердечного ритма и проводимости
