IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Вопрос о наследственности психических заболеваний сегодня стоит довольно остро.

Шизофрения – тяжелое хроническое инвалидизирующее мозговое заболевание, поражающее около 1% популяции земного шара. Гетерогенность симптоматики, лежащая в основе современного выделения форм и вариантов течения данной патологии, может быть частично обусловлена разнообразием генетической природы заболевания, а также сложными взаимодействиями генетических механизмов и средовых влиянийШизофрения (F20) - эндогенное хроническое психическое заболевание, в целом характеризуется фундаментальными и характерными расстройствами мышления, восприятия, неадекватным или сниженным аффектом, волевыми расстройствами в виде снижения или извращения побуждений, часто нарушениями двигательной активности. Расстройства, свойственные шизофрении, поражают фундаментальные функции, которые придают человеку чувство своей индивидуальности, неповторимости и целенаправленности.

Шизофрения рассматривается некоторыми авторами как одна из форм неудачного приспособления личности к жизни. Невозможность полноценного приспособления объясняют особой дефектностью личности, сформированной в результате неправильных интерперсональных внутрисемейных отношений в раннем детском возрасте. Такое мнение о природе шизофрении было опровергнуто. Показано, что риск возникновения шизофрении у детей, адаптировавшихся в раннем возрасте в других семьях, обусловлен не особенностями внутрисемейных отношений в них, а наследственной отягощенностью.

Общая характеристика заболевания

Шизофрения — психическое заболевание непрерывного или приступообразного течения, начинается преимущественно в молодом возрасте, сопровождается характерными изменениями личности (аутизация, эмоционально - волевые расстройства, неадекватное поведение), мыслительными расстройствами и различными психотическими проявлениями. 50% коек в психиатрических больницах занимают больные шизофренией.

Код по международной классификации болезней МКБ-10:F20

Психопатологические проявления шизофрении отличаются большим многообразием. По своим особенностям они подразделяются на негативные и продуктивные. Негативные отражают выпадение или извращение функций, продуктивные - выявление особой психопатологической симптоматики: галлюцинаций, бреда, аффективного напряжения и т. д. Их соотношение и представленность в психическом состоянии больного зависят от прогредиентности и формы заболевания.

Несмотря на многочисленные фактические находки, имеющие отношение к этиологии и патогенезу шизофрении, представить эти данные в виде стройной концепции пока невозможно. В связи с этим в последние годы наиболее широкое признание получила так называемая модель «стресс-диатеза», согласно которой для возникновения заболевания необходимы наличие специфической уязвимости индивида (диатеза) и действие стрессора окружающей среды. Стрессор может быть биологическим (например, инфекция, физическая травма) или психосоциальным (неблагоприятная семейная обстановка, длительно сохраняющаяся психотравмирующая ситуация). Шизофренный диатез представляет собой генетическую предрасположенность, которая может быть выражена в разной степени, но в течение жизни - усугубляться под влиянием эпигенетических факторов, как биологических, так и психосоциальных.

Упрощенно механизм развития шизофрении можнопредставить следующим образом. Человек рождается с определенной выраженностью генетической неполноценности, обусловленной наследственностью либо генетическими аномалиями вследствие неблагоприятных факторов эмбриогенеза. В наибольшей степени у этих пациентов мутациям подвержены те гены, которые ответственны за регуляцию метаболизма нейромедиаторов. Нарушаются синтез нейромедиаторов, и тогда их количества недостаточно для осуществления синаптической передачи, а также структура нейромедиатора, и тогда рецептор не «узнает» его, что тоже препятствует передаче нервного импульса, и, наконец, распад нейромедиаторов, когда в результате остаются короткоживущие токсичные вещества, оказывающие аутоннтоксикационное воздействие. В результате нарушения синаптической передачи нарушается синтетическая, интегральная деятельность ЦНС, а аутоинтоксикация приводит к нарушению соотношения процессов возбуждения и торможения, с преобладанием последнего и переходом клеток мозга в аномальные фазовые состояния (парадоксальная, ультрапародоксальная фазы).

В зависимости от степени выраженности генных мутаций состояние пациентов может быть компенсировано (при минимальной выраженности, не достигая уровня, приводящего к проявлению даже отдельных признаков болезни, однако такой человек становится носителем патологического гена, который может проявиться в последующих поколениях), субкомпенсировано (что может проявляться в виде шизотипического расстройства) либо декомпенсировано, и тогда при воздействии дополнительных патогенных факторов - стрессоров начинается собственно шизофрения.

Несмотря на то, что пока нет неопровержимых доказательств того, что шизофрения является генетически обусловленным заболеванием, существуют некие сведения, позволяющие подтвердить существующую гипотезу. Если у человека без «плохой» наследственности риск заболеть составляет примерно 1%, то при наличии генетической предрасположенности, эти цифры возрастают:

• до 2% если шизофрения обнаруживается у дяди или тети, двоюродного брата или сестры;

• до 5% при выявленном заболевании у одного из родителей либо бабушки/дедушки;

• до 6%, если болен сводный брат или сестра и до 9% для родных братьев и сестер;

• до 12%, если болезнь диагностирована у одного из родителей, а у бабушки или дедушки;

• до 18% составляет риск возникновения болезни для разнояйцевых близнецов, тогда как у однояйцевых эта цифра повышается до 46%;

• также 46% составляет риск развития болезни в случае, когда болен один из родителей, а также оба его родителя, то есть и дедушка, и бабушка.

Раздел диагностики - один из самых важных и сложных в наследственной патологии. Сложность обусловлена тем, что наследственных болезней очень много, клиническая картина каждой формы разнообразна, имеется много сходных симптомов при разных болезнях. Даже в пределах каждой специальности наследственные заболевания многочисленны и многообразны: в неврологии - свыше 300 наследственных болезней, в дерматологии - свыше 250, в офтальмологии - свыше 250. К тому же большинство форм наследственных болезней встречается крайне редко (1 на 100 000 и реже), и врач в своей практике мало или совсем не встречает таких пациентов.

Диагностика наследственных болезней основывается на данных врачебного осмотра и обследования, генеалогического анализа, параклинических и лабораторно-генетических методов. Ход постановки диагноза наследственной болезни должен быть, по меньшей мере, двухэтапным: общее клиническое обследование в соответствии с характером клинической картины (анамнез, осмотр, врачебные методы, лабораторные анализы, инструментальные исследования); при подозрении на конкретную наследственную болезнь необходимо провести специализированное дифференциально-диагностическое обследование вместе с врачом-генетиком с использованием диагностических атласов, компьютерных диагностических программ, лабораторно-генетических методов.

С генетической точки зрения при общем клиническом обследовании больного диагностика должна завершиться одним из трех заключений: четко поставлен диагноз ненаследственного заболевания; чётко поставлен диагноз наследственной болезни; имеется подозрение, что основная или сопутствующая болезнь является наследственной.

Современные генетические методы исследования шизофрении

Для раскрытия роли генетики в этиологии шизофрении принято использовать несколько дизайнов исследования

Исследование сцепления

Исследование сцепления (linkage study) дает ответ на вопрос: «Имеется ли связь между участками или отдельным участком ДНК и определенным фенотипическим признаком?». Анализ сцепления применяется для картирования генетических локусов путем изучения распределения определенного признака внутри семей. Он является наиболее надежным методом для выявления регионов генома, содержащих локусы «больших эффектов» или региональных кластеров редких локусов повышенного риска. Однако разрешение этого метода невелико: выявленный участок хромосомы может содержать несколько миллионов пар оснований, а значит – тысячи генов.

Исследование ассоциаций

Исследования ассоциаций между фенотипами, фенотипами и генетическими полиморфизмами или двумя генетическими полиморфизмами отвечают на вопрос: «Чем обусловлено различное проявление признака среди разных людей в популяции?». Если частота присутствия определенного гена-кандидата или его аллеля в группе лиц с конкретным заболеванием достоверно выше, чем в группе контроля, данный аллель рассматривается как ассоциированный с заболеванием и становится маркером области генома человека, в которой локализуется ген-кандидат. Разработаны следующие дизайны исследований для выявления генетических ассоциаций: случай – контроль, семейный дизайн, ассоциация количественных признаков.

Если изучение сцепления генов позволяет определить и локализовать ген-кандидат, то ассоциативные исследования определяют потенциальную этиологическую роль аллелей этого гена в развитии заболевания.

Новые стандарты

В области генетических исследований существует общая тенденция ухода от изучения отдельных генов и белков. Новый стандарт исследований – это анализ коэкспрессированных генных сетей (карты всех активных генов в ЦНС в настоящее время) или генных продуктов (proteoms), анализ метаболических путей, исследования общегеномных эпигенетических моделей, таких как модели связывания факторов транскрипции (transcriptomes), модели метилирования (methylomes), изучение специфических условий среды с их специфическими патогенными и защитными эффектами (enviromics). Принимая во внимание, что экспрессия генов управляется не только спецификой унаследованных аллелей, но и эпигенетическими факторами, некодирующими РНК, взаимодействием с продуктами генов, также вовлеченных в данный процесс и т. д., правильный подход к изучению молекулярного патогенеза шизофрении и связанных с ней психических расстройств должен включать одновременный анализ всех этих эффектов .

Исследование эндофенотипов

Очевидно, что гены могут действовать на нескольких уровнях, начиная от самого генного продукта, через клеточный, системный и поведенческий, вплоть до комплексных фенотипов, таких как терапевтический эффект или нарушения социальных взаимодействий, причем эффект гена не обязательно одинаков на каждом из уровней.

Одной из стратегий, которая нашла много последователей в психиатрии, является отход от болезни как сущности к более конкретным биологическим уровням, таким как клеточный, системный, или данным нейрокогнитивных исследований, в надежде, что эффект генов будет более заметным на этих уровнях и легче будет обнаружить новые генетические варианты, повышающие риск заболевания. Эта стратегия получила название концепции эндофенотипов, и ее правомочность особенно убедительно подтверждается, когда в качестве метода количественной оценки структуры и функционирования мозга используется нейровизуализация.

Экспериментальные модели

Современные экспериментальные модели заключаются в «имплантации» животному гипотетического биологического фактора, например, вариации количества повторов (CNV), содержании его в различных условиях высокого риска и контроле за развитием структурных и функциональных последствий. Кроме того, возможно применение межвидового генетического картирования, которое сравнивает результаты картирования генов пациентов с функциональными данными, полученными путем картирования рекомбинантных инбредных линий мышей. При этом для выявления генетических вариантов, которые влияют на развитие мозга у людей, используется свойство эволюционного консерватизма, присущего генам, которые участвуют в формировании ЦНС .

Генетические причины шизофрении

Генетическая склонность к шизофрении, возможно, определяется сотнями, и даже тысячами, генов .

Применение метода генетических ассоциаций позволило собрать базу данных генов шизофрении, объединившую однонуклеотидные генетические полиморфизмы (SNP), ассоциация которых с шизофренией имеет серьезное научное обоснование (табл. 1). Общегеномные ассоциативные исследования путем изучения до 1% нормальных и патологических геномов идентифицировали лишь малую часть генов, вовлеченных в этиопатогенез шизофрении, но при этом показали, что за повышение риска шизофрении ответственны очень большое количество генов, однако общепопуляционный риск каждой из генетических поломок невелик.

Многие из выявленных аллелей являются рецессивными . Это дает основание думать, что при эволюции человека происходил отбор аллелей, которые увеличивают риск развития шизофрении.

Общегеномные исследования сцепления выявили редкие мутации/варианты, которые повышают восприимчивость к семейной шизофрении почти на каждой хромосоме, но лишь некоторые регионы показали воспроизводимость в других исследованиях. Один из таких регионов находится вблизи теломер хромосомы 13q. Эти регионы также были связаны с биполярным расстройством (БПР).

В метаанализе Lewis et al. (2003) систематизированы данные 20 исследований по изучению сцепления определенных хромосомных регионов и шизофрении. Показано, что только одна область на длинном плече 2-й хромосомы (2q22.1) с высокой степенью достоверности (р < 0,000417) фигурировала во всех 20 исследованиях. Других локусов, тесно связанных с заболеванием, выявить не удалось, хотя еще 9 хромосом (5q, 3p, 11q, 6p, 1q, 22q, 8p, 20q, 4р) были идентифицированы как носители номинально значимых регионов с пограничной (р < 0,05) достоверностью.

Данное исследование практически положило конец поиску одного гена, повышающего риск шизофрении. Кроме того, были определены участки генома, повышающие восприимчивость к шизофрении и выявлено их совпадение с нестабильными сегментами генома, характеризующимися высокой частотой CNV, неоднократно упоминавшимися в связи с шизофренией

Частота SNP – мутации одной пары оснований в определенном локусе, в популяции составляет более 1%, а у каждого человека их насчитывается более 1 млн. Недавний доклад Международного консорциума по шизофрении показал, что сотни и тысячи частых аллелей, каждая с малым эффектом, в совокупности могут объяснить примерно 30% генетического риска заболевания.

В дополнение к SNP, в качестве этиологических факторов шизофрении были предложены CNV (вариация числа копий).

В отличие от SNP, CNV встречаются в популяции редко (менее 1%). Они включают дупликации и делеции, по меньшей мере, 1 тыс. пар оснований, что представляет собой большие (протяженные) генетические повреждения (до 12% генома), которые затрагивают обычно несколько генов (по некоторым данным, от нескольких тысяч до нескольких миллионов пар нуклеотидов. Вследствие этого индивидуальные геномы могут отличаться по количеству копий сегментов ДНК и определенных генов, то есть меняется «доза гена». В случае дупликации может появиться лишняя копия гена, а при делеции, наоборот, одной копией гена может стать меньше и, следовательно, понижается или повышается экспрессия продукта гена – белка или некодирующей РНК . Дупликации и делеции фрагментов ДНК также могут встраиваться в нуклеотидную последовательность гена или выпадать из нее, вызывая разрыв, что нарушает нормальную экспрессию гена. Ввиду большого масштаба поломок, вклад CNV в вариативность генома сопоставим с вкладом однонуклеотидных полиморфизмов или даже превышает его . CNV ответственны за 2-4% генетической предрасположенности к шизофрении. Использование более тонких технологий может увеличить этот показатель до 10-20%. При шизофрении повышена частота CNV, которые затрагивают гены, участвующие в развитии ЦНС, особенно нейрегулин- и глутаматергических путей .

Индивидуальные CNV достоверно повышают риск шизофрении по сравнению с менее масштабными генетическими вариациями (табл. 2), но поскольку CNV наблюдаются и у здоровых лиц, а также увеличивают риск других психических расстройств (например, аутизма), они не могут в полной мере объяснить генетический риск шизофрении . С другой стороны, работы по изучению роли CNV при шизофрении отличает хорошая воспроизводимость результатов .

Большинство CNV не унаследованы, а являются результатом спонтанных мутаций ДНК в момент зачатия или развития, которые могут быть ответственны за спорадические случаи шизофрении . Так, у пациентов с шизофренией без семейного анамнеза заболевания обнаружено в восемь раз больше редких спонтанных мутаций, чем в контрольной группе. Данные мутации в основном затрагивали пути формирования мозга. Эта находка может также объяснить, почему шизофрения персистирует в популяции, а не подчиняется естественному отбору. Так у 27 из 53 пациентов со спорадическими случаями шизофрении выявлено 40 мутаций

de novo, затрагивающих 40 генов.

Имеется несколько групп доказательств, подтверждающих роль мутаций de novo в качестве механизма возникновения шизофрении. Во-первых, мутации de novo генерируются с высокой частотой в популяции. Очень высокая конкордантность монозиготных близнецов и очень низкая – дизиготных также поддерживает гипотезу о том, что значительная часть случаев шизофрении может возникнуть в результате новых мутаций . Кроме того, несмотря на снижение репродуктивной функции и чрезвычайно разнообразные факторы риска окружающей среды, распространение шизофрении сохраняется во всем мире на относительно высоком и стабильном уровне – около 1%. Рост риска данного заболевания с повышением возраста отца также может быть объяснен увеличением у него количества мутаций de novo .

Сообщается, что у больных шизофренией инсерции чаще встречаются на хромосоме Xq23 (52%), а делеции – в основном на хромосоме 3q13.12 (32%) . В последнее время в ряде крупных статей сообщали об ассоциации целого ряда CNV с шизофренией (табл. 2). Носителями делеций в регионах 22q11.2, 1q21.1 и 15q13.3 могут быть до 2% лиц с данной патологией .

Среди генов, функция которых нарушается путем CNV, – ген нейрексина 1 (NRXN1), последовательность нуклеотидов которого разрывается делецией в участке 2p16, и ген белка А2, связывающего предшественник амилоида (APBA2), в котором происходит дуплика- ция . Оба гена необходимы для образования и функционирования синапсов.

Помимо модификации гена, пол родителя, у которого произошла CNV, также имеет значение, особенно если затронут проксимальный сегмент длинного плеча 15-й хромосомы . Распространенность психотических нарушений значительно выше у пациентов, унаследовавших 2 копии материнской 15-й хромосомы, чем в случае делеции региона 15q11-q13 отцовской хромосомы . У части пациентов с шизофренией также выявлены дупликации в регионе 15q11-q13 хромосомы материнского происхождения . Этот локус содержит регион управления импринтингом, с различным способом метилирования материнских и отцовских аллелей, что влияет на экспрессию нескольких генов, необходимых для развития нервной системы .

Эти исследования достоверно показывают, что некоторые носители de novo и унаследованных CNV, особенно при условии, что они нарушают функции генов, подвергаются высокому риску развития шизофрении. В большинстве случаев у носителей этих генетических вариантов развивается типичная шизофрения, однако может возникнуть и синдром шизофрении в виде неспособности к обучению.

Для обнаружения редких CNV необходимы выборки больших объемов, которые удалось сформировать, объединив усилия многих научных коллективов в Консорциуме по шизофрении. При полногеномном исследовании редких вариантов CNV у 3391 пациента с шизофренией и 3181 человека из контрольной группы у 1% всех обследованных обнаружены участки CNV длиной более 100 тыс. пар оснований. При этом у больных они встречались чаще, чем в контроле.

Эпигенетические механизмы: взаимодействия среды и генома

Эпигенетику можно определить как процесс взаимодействия генотипа организма со средой при формировании фенотипа. Она изучает механизмы, при помощи которых на основе генетической информации, заключенной в одной клетке (зиготе), за счет различной экспрессии генов в разных типах клеток может осуществляться развитие многоклеточного организма, состоящего из дифференцированных клеток. Благодаря эпигенетическим механизмам, патогены среды способны достичь ядер клеток и изменить геном, потенцируя существующие или создавая новые генетические риски развития заболевания. Эпигенетические нарушения были предложены в качестве патогенетического механизма шизофрении

Геномная восприимчивость к воздействиям окружающей среды продолжается в течение всей жизни: от гаметогенеза до стадии зрелых, дифференцированных соматических клеток. Основными механизмами эпигенетического контроля считаются:

• метилирование ДНК;

• ремоделирование хроматина;

• регуляция на уровне РНК (в частности, РНК-интерференция);

• прионизация белков;

• инактивация X-хромосом

Чаще всего экспрессия гена регулируется на этапе его транскрипции с помощью ковалентной модификации гена-промотора. В частности, метилирование 5’-цитозина в последовательности промотора нарушает связывание с ним транскрипционных факторов и обычно уменьшает экспрессию гена . Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида в позиции С5 цитозинового кольца.

У человека метилировано около 1% геномной ДНК.

В то время как упорядоченное метилирование ДНК необходимо для определения уникальных свойств клетки, аберрантное метилирование ДНК может коррелировать с шизофренией и другими заболеваниями.

Анализ посмертных образцов мозга пациентов с шизофренией предоставил доказательства гиперметилирования промотора генов реелина (RELN), факторов транскрипции SOX10 и FOXP2, серотонинового рецептора 2А (HTR2A), в результате чего снижалась экспрессия этих генов. Гипометилирование промотора гена мембраносвязанной катехол-О-метилтрансферазы (MB-COMT), напротив, ведет к его гиперэкспрессии .

Недавние исследования показали повышение базального уровня диметилированного лизина в 9-м положении 3-го гистона (H3K9 мет2), маркера репрессивного хроматина в лимфоцитах пациентов с шизофренией по сравнению с нормальным контролем. Более высокий уровень H3K9 мет2 также ассоциируется с более ранним дебютом заболевания. Повышенный уровень H3-(метил)-аргинина 17 ассоциируется со снижением экспрессии некоторых метаболических генов, таких как CRYM, кодирующий синтез регулируемого НАДФ белка, связывающего тиреоидные гормоны, генов цитохрома С1 (CYTOC/CYC1), малатдегидрогеназы и орнитинаминотрансферазы в префронтальной коре у пациентов с шизофренией.

В то время как с возрастом у здоровых усиливается метилирование H3K4 в промоторе гена глутаматдекарбоксилазы (GAD1), ГАМК-ергического гена, как правило, у пациентов с шизофренией в префронтальной коре отмечается его гипометилирование. Последующие исследования на мышах показали, что клозапин, но не галоперидол, может увеличить метилирование H3K4 .

На этом фоне недавние сообщения об обнаружении в ДНК, полученной из слюны лиц с шизофренией, гипометилирования первого экзона гена HTR2A и промотора гена MB-COMT показывают, что эпигенетические изменения могут служить периферическими диагностическими биомаркерами шизофрении и потенциальными мишенями для терапии.

Посттрансляционное динамическое ремоделирование хроматина путем ковалентной модификации хвостов гистонов в нуклеосомах, вокруг которых обернута молекула ДНК, также считается эпигенетическим механизмом регуляции экспрессии генов. Хвосты гистонов являются предметом динамической ковалентной модификации в виде ацетилирования, метилирования и фосфорилирования, которые определяют, будет ли ДНК доступной для регуляторных и транскрипционных факторов.

Например, ацетилирование лизина в хвосте гистона, 9-м положении гистона H3 (H3K9 ац), создает отрицательно заряженные амидные группы, которые отталкивают отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что разрыхляет структуру хроматина и облегчает транскрипцию генов за счет увеличения доступности молекул ДНК для транскрипционных факторов и РНК-полимераз, тогда как ацетилирование гистона и метилирование лизина в 9-м положении гистона H3 (H3K9 мет), напротив, являются доминирующими чертами конденсированного хроматина, где экспрессия генов подавлена В этом контексте ингибиторы гистондеацетилазы, такие как вальпроат натрия, который индуцирует экспрессию молчащих генов, уже давно рассматриваются как важные препараты в психиатрической практике

Накапливаются доказательства того, что связь между средовыми воздействиями, с одной стороны, активностью и экспрессией генов, с другой, реализуется через динамические конформации хроматина. Это справедливо не только для патогенов химической или биологической природы, но и для негативных психосоциальных воздействий

Одним из первых доказательств аберрантной регуляции модификации гистонов при шизофрении было изменение ультраструктуры хроматина нейтрофилов, что может служить периферическим суррогатным маркером, который отражает эпигенетические нарушения в мозге, и может быть использовано для эффективной ранней диагностики и терапии шизофрении Пимозид (типичный антипсихотик) может ослаблять увеличение количества богатых аргинином гистонов у лиц с шизофренией

В целом, эти исследования наглядно демонстрируют, что выбор эпигенетических изменений в качестве мишени может стать основной стратегией разработки терапии шизофрении.

В последнее время большое внимание привлечено к изучению роли в процессах регуляции генетической активности малых интерферирующих РНК и микро-РНК [100]. Интерферирующие РНК могут изменять стабильность и трансляцию мРНК путем моделирования функций полисом и структуры хроматина

Микро-РНК – это малые некодирующие РНК длиной 21-25 оснований, которые либо ингибируют трансляцию мРНК, либо участвуют в деградации целевых мРНК. Посмертный анализ 260 микро-РНК из лобных долей пациентов с шизофренией и шизоаффективным расстройством выявил повышение экспрессии miR-106b и снижение экспрессии 16 других микро-РНК, среди которых miR-24, miR-26b, miR-30e and miR-92

При шизофрении обнаружено увеличение биогенеза микро-РНК в дорсолатеральной префронтальной коре и верхней височной извилине, причиной чего является увеличение количества РНК-связывающего белка Dgcr8, необходимого для созревания первичных микро-РНК

Показано, что при шизофрении увеличивается содержание в постсмертном мозге miR-181b, miR-15a, miR-15b, miR-195, и miR-107, среди генов-мишеней которых гены рецепторов глутумата: GRM5, GRM7, GRIK2, GRIN1 и GRID, серотонина (HTR1B, HTR2C и HTR4), ГАМК (GABR1, GABRA1), дофамина (DRD1), М-холинорецептора 1, и другие гены-кандидаты, вовлеченные в патогенез заболевания: мозгового нейротрофического фактора (BDNF), нейрегулина 1 (NRG1), RELN, атаксина 2.

В целом, несмотря на противоречивые данные ряда исследований, одни из которых показали снижение, а другие повышение содержания микро-РНК при развитии шизофрении, последнее исследование 453 микро-РНК в постсмертном мозге установило, что содержание 19% исследуемых микро-РНК снижено при шизофрении, тогда как изменений в сторону увеличения экспрессии не было вовсе

Эпигенетические нарушения могут быть одной из причин половых различий в восприимчивости к шизофрении. Так, общегеномный анализ в постсмертном мозге пациентов, умерших от шизофрении или БПР, обнаружил более 12 тыс. CpG-островков, наряду с большим количеством специфичных для пола метилированных генов Среди последних – гиперметилирование ДНК гена WDR18 у мужчин, больных шизофренией, и ненормальное метилирование ДНК ГАМК- и глутаматергических генов при шизофрении и БПР. В других исследованиях было продемонстрировано ослабление экспрессии, чувствительной к эстрогену miR-30b, в мозге женщин с шизофренией

Несмотря на возрастающее количество доказательств роли эпигенетических аберраций в патогенезе шизофрении, существует точка зрения, что лишь некоторые из них могут быть этиологическими факторами заболевания, в то время как большинство из эпигенетических модификаций вторичны и обусловлены болезнью, эффектами препаратов или ненормальным образом жизни пациентов. Следовательно, для того чтобы выявить ген-кандидат (а не вторично измененный ген), необходим поиск факторов, вызывающих эпигенетические нарушения и раскрытие механизмов их действия.

Возможные мишени нарушений эпигенетической регуляции

Унаследованные полиморфные гены. По аналогии с гипотезой «двойного удара» в канцерогенезе генетический дефект (рецессивная мутация) не приведет к болезни, если только не будет сочетаться с другим генетическим (соматическая мутация) или средовым фактором (эпигенетическое подавление второй (нормальной) аллели), что приводит к проявлению мутации.

К примеру, имеется SNP, повышающий активность пролиндегидрогеназы и увеличивающий риск шизофрении. Он может сочетаться с двумя другими SNP, снижающими активность пролиндегидрогеназы и, соответственно, риск шизофрении .В этом случае наличие мутации или эпигенетического воздействия повысит риск шизофрении, если они снизят активность протективного аллеля

Нормальные гены. Нарушение эпигенетической регуляции нормальных генов, вовлеченных в развитие ЦНС (например, DISC1, NRG1, рецептора подсемейства эпидермального фактора роста ErbB4, COMT, BDNF, DTNP1 и др.) может привести к ряду генетических аномалий, таких как аберрантная моноаллельная экспрессия, неадекватная доза гена и рассинхронизация геномной активности

Гены-протекторы. Так можно обозначить гены, обладающие положительными эффектами на когнитивные способности, мотивации, эмоции и развитие ЦНС. Например, Met/Met вариант гена COMT ассоциируется со снижением риска шизофрении, имеет благоприятное влияние на оперативную память и предотвращает развитие психоза у наркоманов, употребляющих каннабис . Если гомозиготность Met/Met будет нарушена эпигенетически, это, вероятно, увеличит и риск шизофрении, и тяжесть ее симптомов .

Патологическая активация генов. «Патологичность» генома шизофрении характеризуется не только гипер-, но и гипометилированием нуклеотидов Хотя модифицирование активности генов нервной ткани путем гипометилирования не настолько эффективно, как в случае гиперметилирования, оно может проявляться некоторой активацией генов Например, при шизофрении не происходит возраст-зависимого подавления экспрессии генов, участвующих в развитии ЦНС, но имеет место продолжающаяся их экспрессия, по-видимому, вследствие гипометилирования промоторов

Условно патологические гены. Термин относится к нормальным генам глии и других соматических клеток, регулирующих межклеточные взаимодействия и иммунный ответ (например, гены, кодирующие цитокины). Индуцированная инфекцией активация этих генов во время критических периодов внутриутробного развития нарушает нормальное формирование ЦНС .

Метастабильные эпиаллели. Пока идентифицированы лишь несколько генов с метастабильными эпиаллелями . Они представляют собой локусы, которые могут претерпевать разнообразные эпигенетические модификакции обратимого характера.

В результате генетически идентичные организмы могут иметь широкий ряд фенотипов (здоровых и больных лиц). Метастабильные эпиаллели особенно чувствительны к средовым факторам в период внутриутробного развития .

Средовые факторы риска при шизофрении

Нарушения эпигенетической регуляции и пренатальные факторы риска «первого удара»

Экологические факторы являются неотъемлемой частью патогенеза шизофрении. В ряде исследований установлена взаимосвязь данного заболевания с рождением зимой или ранней весной, рождением в городе, возрастом отца, голодом, нарушениями питания и перинатальными осложнениями.

В зависимости от срока беременности, с которым совпадает воздействие средового фактора, повреждаются различные нейробиологические мишени, вовлекаются разные патогенетические механизмы и возможны различные фенотипические проявления. Пренатальные факторы в основном влияют на геном и/или развивающиеся ткани головного мозга. Их можно обозначить как факторы риска «первого удара»

В основном это факторы биологической природы (вирусы, бактерии, токсины), влияющие на беременную с генетической предрасположенностью к психозу, особенно в 1-м и 2-м триместрах . Поскольку большинство вирусов не проникают через плаценту, предполагается непрямое влияние на плод, вероятно, связанное с противовирусным ответом иммунной системы матери, например, путем секреции провоспалительных цитокинов . Действительно, высокий уровень интерлей- кина 8 в крови женщины во время беременности увеличивает риск шизофрении у ребенка и приводит к структурным изменениям в структурах ЦНС, вовлеченных в патогенез шизофрении .

В настоящее время раскрыты три различных механизма реализации эффекта пренатальной инфекции .

Эпигенетическое подавление генов плаценты/плода. В эксперименте на мышах Y. Bobetsis et al. (2010) выявили 74 гена, регуляция которых была эпигенетически нарушена вследствие бактериальной инфекции во время беременности [27]. Большинство генов, участвующих в развитии плода, были подавлены. Среди них внимание обращали 3 гена, вовлеченных в развитие ЦНС, – синаптотагмин X (SYT10), нейропептид галанин (GAL) и его рецептор (GALR3). SYT10 регулирует секрецию нейротрансмиттеров и, соответственно, сигнализацию между нейронами, в то время как мутации гена галанина лежат в основе распространенных нарушений в ЦНС, включающих, например, меньшее количество сенсорных нейронов и снижение способности к регенерации нервов.

Нарушение эпигенетической регуляции уже предрасположенного к развитию заболевания генома, вероятно, является основным механизмом эффектов пренатальных или ранних послеродовых воздействий окружающей среды. Эпигеном особенно чувствителен к нарушению в пренатальный период, во время быстрой репликации клеток и точной установки эпигенетических маркеров для управления развитием .

Предполагается и другой механизм патогенетических эффектов пренатальных средовых факторов. Они часто вызывают прямое повреждение мозга (например, этанол, отравление свинцом и т. д.). Последовавшее за этим аберрантное развитие ЦНС формирует ранние аберрантные нейронные структуры и функции («продромальная ЦНС») с повышенной чувствительностью к воздействиям окружающей среды. Этот продромальный мозг становится независимым фактором риска шизофрении, субстратом для взаимодействия с окружающей средой, которое в отдельных случаях может привести к фенотипу шизофрении .

Факторы риска постнатального «второго удара»

После рождения изначально генетически предрасположенная к развитию заболевания ЦНС, скомпрометированная пренатальными нарушениями может подвергаться различным средовым воздействиям, достоверно увеличивающим риск шизофрении . Период, в котором реализуются эффекты средовых факторов риска «второго удара», простирается от раннего послеродового периода, через детство, до поздней юности или даже позже. Доказанные факторы риска «второго удара» включают в себя воздействия социальной среды (проживание в городах, а не в сельской местности, международная миграция), психологических патогенов (стресс), химических веществ (употребление каннабиса) и др..

Точные механизмы реализации эффектов постнатальных средовых факторов в значительной степени неизвестны, но, по-видимому, неоднородны. Известно, например, что динамическое регулирование метилирования ДНК продолжается и в дифференцированных нейронах коры под влиянием различных социальных факторов, алкоголя и метамфетаминов .

В дополнение к нарушению эпигенетической регуляции генома (как описано выше), факторы окружающей среды могут нарушить развитие ЦНС посредством потенцирования биологических путей, вовлеченных в патогенез шизофрении . Например, употребление каннабиса подростками увеличивает риск данного заболевания во время чувствительных периодов кортикогенеза. В частности, носители аллеля COMT Val (этот вариант связан с быстрым метаболизмом дофамина, низким содержанием дофамина в коре и высоким – в среднем мозге) были более склонны к развитию психоза, если они употребляли каннабис, по сравнению с носителями аллеля COMT Met или взрослыми наркоманами-носителями полиморфизма COMT Val . Провоцирующий эффект канабиса объясняется тем, что конопля вызывает значительное снижение коркового содержания дофамина и увеличение его содержания в среднем мозге . Данный пример демонстрирует, как уже существующая наследственная дисфункция дофаминергической системы мозга, усиленная средовыми воздействиями, приводит к повышению риска психоза. Он также свидетельствует в пользу смешанной модели генетического риска шизофрении: эпигенетические воздействия потенцируют предсуществующую полигенно-обусловленную уязвимость .

Острый психосоциальный стресс повышает риск шизофрении через взаимодействие геном – среда, возможно, с участием цитокинов. Кроме того, стресс также приводит к увеличению содержания дофамина в стриатуме – хорошо известный фактор развития позитивной симптоматики шизофрении, особенно в контексте имеющейся предрасположенности.

Миграция и ассоциированный с ней низкий социально-экономический статус могут создать так называемый стресс «социального фиаско» или «нестабильной социальной иерархии», в развитии которых участвуют ядра ЦНС и кортикальные пути, вовлеченные в патогенез шизофрении.

Хотя кортикогенезом в первую очередь управляет генетическая информация, эффективность ее реализации зависит также от интенсивности и способа использования. Генетический и «пользовательский» механизмы сосуществуют в определенной пропорции вплоть до конечной стадии развития мозга . Другими словами, в некоторых случаях экологические патогены увеличивают риск путем активации биологических путей, вовлеченных в патогенез шизофрении.

Заключение

Шизофрения представляет собой сложное многофакторное заболевание с чрезвычайно вариабельным течением и клиническими проявлениями, что обусловливается динамическим взаимодействием между многими патогенными и протекторными факторами. Воздействие средовых факторов является неотъемлемым компонентом патогенеза шизофрении. Одним из доказанных молекулярных механизмов реализации средовых воздействий самой разной модальности является эпигенетическая модуляция генной активности.

В настоящее время необходима трансляция накопленных результатов генетических и эпигенетических исследований шизофрении в практику психиатрической генетики.

Список литературы

Медицинская генетика Н.П. Бочков, А.Ю. Асанов, Н.А. Жученко, Т.И. Субботина, М.Г. Филиппова, Т.В. Филиппова 2014

Психиатрия Незнанов Н.Г. 2010

Психиатрия Обухов С.Г. 2007

Психиатрия Цыганков Б.Д., Овсянников С.А. 2009

Журнал «НейроNews: психоневрология и нейропсихиатрия»номер 6 (41) «Генетика и эпигенетика шизофрении»

19

Код для цитирования: Скопировать