Основные принципы лечения наследственных болезней. Генотерапия

Хирургическую помощь больным  с наследственной патологией в общей  форме можно подразделить на 3 вида: удаление, коррекция, трансплантация. Операции часто могут рассматриваться  как устранение симптомов болезни. Однако в некоторых случаях хирургическая  помощь выходит за рамки симптоматического  лечения, по эффекту приближаясь  к патогенетическому лечению. Например, для изменения пути патологического  превращения субстратов патологических реакций можно использовать технику  хирургического шунтирования. При гликогенозах I и III типа делают анастомоз между воротной и нижней полой венами. Это позволяет части глюкозы после всасывания в кишечнике обходить печень и не откладываться в ней в виде гликогена. Сходный обходной путь предложен при семейной гиперхолестеринемии (тип Па) — анастомоз между тощей и подвздошной кишкой. Это приводит к снижению всасывания холестерина.

Примерами общехирургических  видов лечения могут быть операция по поводу наследственного полипоза толстой кишки (её удаление), спленэктомия при гемоглобинопатиях, удаление глаза при ретинобластоме, почки — при опухоли Вильмса и др. В ряде случаев хирургическое лечение является частью комплексной терапии. Например, при муковисцидозе может быть меконие-вый илеус у новорождённых, в процессе развития болезни встречается пневмоторакс. То и другое устраняется хирургическим путём.

Большое место в лечении  наследственных болезней занимает реконструктивная хирургия, которая применяется при  незаращении верхней губы, врождённых пороках сердца, атрезии отделов ЖКТ, гипоспадии, дефектах костно-мышечной системы и т.д.

Трансплантация органов  и тканей как метод лечения  наследственных болезней всё больше входит в практику. Аллотрансплантация может рассматриваться как передача нормальной генетической информации пациенту с нарушением обмена веществ. Такой подход предполагает пересадку клеток, тканей и органов, содержащих нормальную ДНК, для продукции активных ферментов или других продуктов гена у реципиента. Он особенно эффективен, если патологический процесс ограничен одним органом или тканью, которые и пересаживают. Исходя из этого, некоторые авторы развивают даже концепцию «ферментной трансплантации» клеток, ткани или органа. На самом деле эффект трансплантации сложнее. Вряд ли он ограничивается только синтезом недостающего фермента.

Аллотрансплантация уже выполняется при разных наследственных болезнях и позволяет непрерывно восполнять недостаток фермента, гормона, иммунных функций или эффективно предохранять орган от функциональных нарушений, обусловленных мутацией структурного гена.

Синдромы ДиДжорджи и Низелофа (поражение Т-лимфоцитов) Синдром Вискотта—Олдрича; мукополисахаридозы; липидоз; тяжёлый комбинированный иммунодефицит; Х-сцепленная агаммаглобулиемия; талассемия; серповидно-клеточная анемия; младенческий агранулоцитоз; остеопетроз; болезнь Гоше; анемия Фанкони; недостаточность аденозиндезаминазы и др. Болезнь Гоше (III тип); гемофилия А Сахарный диабет Первичные кардиомиопатии

Болезнь Вильсона—Коновалова; недостаточность а,-антитрипсина; тяжёлый комбинированный иммунодефицит (печень плода); болезнь Нимана—Пика; тирозинемия

Болезнь Фабри; цистиноз (Фанкони); болезнь Гоше (II тип): амилоидоз; подагра; оксалоз; синдром ногтей—надколенной чашечки; синдром Альпорта; семейная средиземноморская лихорадка; кистоз мозгового вещества почки; семейный поликистоз почек; диабет Адренокортикальная недостаточность

Современная трансплантология обладает большими возможностями, и  её успехи могут быть использованы в лечении наследственных болезней. Имеются многочисленные сообщения  об успешных пересадках органов (костного мозга, вилочковой железы, печени плода, печени, поджелудочной железы, селезёнки  и особенно почки) при упомянутых в табл. 9.4 состояниях. Трансплантация исправляет патологические механизмы  наследственных нарушений.

Помимо пересадки органов, разрабатываются методы пересадки  клеток, функция которых занимает ключевое место в патогенезе наследственных нарушений обмена.

При мукополисахаридозах производят подкожную подсадку культивированных фибробластов от нормальных индивидов. Эти клетки секретируют ферменты и исправляют нарушенный у пациентов обмен гликозаминогликанов (мукополисахаридов). Как долго пересаженные клетки будут сохранять такую активность, какое количество их требуется для хорошего лечебного эффекта, предстоит ещё выяснить. Можно проводить соответствующие эксперименты на животных, поскольку мукополисахаридозы обнаружены у кошек.

В заключение следует обратить внимание на огромные возможности хирургического лечения наследственных болезней, использованные ещё не в полной мере. В этом плане  весьма перспективны микрохирургия и эндоскопическая хирургия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Этиологическое лечение наследственных заболеваний.

Наиболее перспективным  и эффективным способом лечения наследственной патологиичеловека является коррекция генетического дефекта на уровне генов, то есть воздействие на этиологические факторы возникновения заболевания. Именно это направление влечении наследственной патологии часто обозначают как гемотерапия («молекулярное протезирование»). Разрабатываются три основные подхода к коррекции генетических дефектов посредством генотерапии: 1) компенсация экспрессии функционально неактивных аллелей введением в клетку дополнительных копий гена; 2) угнетение избыточной экспрессии гена; 3) усиление иммунного ответа организма. Первый подход основан на введении в определенные клетки и ткани организма дополнительного генетического материала, корригирующего нарушение экспрессии одного или нескольких мутантных генов. Этот подход наиболее часто используют для коррекции генетического дефекта при моногенных и некоторых мультифакториальных заболеваниях. Коррекция генетического дефекта осуществляется как в половых, так и в соматических клетках организма. Более предпочтительна генотерапия на уровне соматических клеток, так как она позволяет модифицировать экспрессию генов в определенном типе клеток и тканей и не приводит к передаче измененной генетической информации в ряду поколений. Второй подход основан на подавлении избыточной функции генов и их продуктов в клетках. Этот подход чрезвычайно перспективен для лечения онкологических заболеваний. В этом случае используют несколько генотерапевтических методов: 1) введение генов, продукты которых приводят к гибели избыточно пролиферирующих клеток (генов-убийц); 2) блокирование экспрессии онкогенов путем введения антисмысловых нуклеотидных последовательностей или генов, продукты экспрессии которых являются антителами для ряда белковых продуктов опухолевой клетки; 3) введение в опухолевые клетки нормальных копий генов-супрессоров. Третий подход направлен на повышение иммунореактивности клеток-мишеней или активации иммунной системы организма и разрабатывается для онкологических и вирусных заболеваний.

Рассмотрим более подробно использование этих трех способов генотерапии.  
Коррекцию функции мутантных генов и восстановление их экспрессии можно осуществить двумя путями: I) заменой мутантного гена его нормальной копией; 2) введением нормальной копии гена при сохранности мугантной. Наиболее часто применяют второй подход генотерапевтической коррекции наследственных дефектов, что обусловлено техническими трудностями, возникающими как при удалении мутантного аллеля, так и при последующем встраивании его нормальной копии.

 

Первые успешные опыты  по генотерапии наследственных заболеваний проведены в 1990 г. в США. Они были направлены на коррекцию генетического дефекта при тяжелом комбинированном иммунодефиците, обусловленном мутацией в гене аденозиндезаминазы. Снижение активности этого фермента приводит к выраженному подавлению иммунного ответа в результате накопления в организме дезоксиаденозина, оказывающего токсическое действие на Т- и В-лимфоциты, Введение двум больным с этим тяжелым заболеванием нормальной копии гена с Т-лимфоцитами или стволовыми клетками костного мозга привело к практически полной компенсации иммунодефицита. На сегодняшний день проведено уже более 600 клинических испытаний по генотерапии ряда моногенных и онкологических заболеваний человека. Однако до настоящего времени генотерапевтическая коррекция наследственных дефектов не нашла широкого применения в клинической практике. Это связано прежде всего с проблемой доставки генетического материала и невозможностью существующими методами добиться стабильной экспрессии трансдуцированного гена в клетках и тканях больного. Разрабатываются два основных способа доставки генов в соматические клетки человека — in vitro и in vivo. Первый способ предполагает перенос генов в культуру клеток человека, после чего трансдуцированные клетки вводятся в организм хозяина. При втором способе доставка нормального гена осуществляется непосредственно в организм человека. Используются два основных способа доставки генетического материала в клетки человека: прямой перенос некомпактизированной («голой») плазмидной ДНК, свободной от бел ков, с которыми она обычно связана в хромосомах, и доставка генных конструкций с помощью векторных систем.

Для прямого переноса генетического материала в клетку используют флуоресцентно-меченную плазмидную ДНК, методику гидродинамического шока, насыщение ДНК полианионом (гепарином, декстран-сульфатом), а также ряд физических способов доставки ДНК. Среди физических методов доставки генетических конструкций в организм человека: электропорация, баллистическая трансфекция («генное ружье») и безигольное введение (бомбардировка клеток молекулами ДНК, связанными с различными металлами - Аu+, Са++).

В качестве векторных систем могут быть использованы некоторые вирусы, липосомы (липидные пузырьки с включенными в них фрагментами ДН К) и катионные полимеры (полиэтиленамин, полилизин, лизин-гистидиновый полимер).

Наиболее перспективными при проведении генотерапии считаются вирусные векторные системы, содержащие человеческий ген, встроенный в определенный участок генома вируса. Более чем в 80% всех генотерапевтических испытаний для доставки генетического материала были использованы именно вирусные векторы. Известно, что вирусы легко проникают в клетку, взаимодействуя с белками мембраны и клеточными рецепторами, и могут интегрироваться в ядерный геном. Наличие специфического набора поверхностных белков позволяет различным вирусам внедряться в определенный тип клеток, осуществляя тканеспеиифическую экспрессию гена. Наиболее часто в качестве векторных систем используются аденовирусы, ретровирусы и лентивирусы, которые различаются по ряду характеристик:  
1) способности трансфекции пролиферирующих и непролиферирующих клеток;  
2) способности интеграции в геном хозяина и, следовательно, длительности и направленности экспрессии;  
3) уровню иммуногенности (степени иммунного ответа на введение векторной системы);  
4) степени риска возникновения инсерционных мутаций;  
5) пакующей способности вектора, определяющей размер генетического материала, который может быть введен в вектор.

Необходимо отметить, что  не существует универсального носителя, который обеспечил бы эффективную доставку генетического материала при всех наследственных заболеваниях. В последние годы рассматривается возможность создания невирусных носителей, представляющих собой мультифунациональные самособирающиеся комплексы с ДНК, в которых каждый компонент имеет определенную функцию по преодолению различных барьеров в организме человека.

Среди новых перспективных  подходов к коррекционной генотерапии следует отметить метод химеропластики, основанный на генной конверсии в клетках, полученных от больного. Показано, что при добавлении в культуру делящихся клеток различных фрагментов геномной ДНК (химеропластов) можно добиться их гомологичной рекомбинации с нативной ДНК. В состав химеропластов входят короткие цепочки ДНК (около 25 нуклеотидов) и комплементарные им цепочки РНК. При этом в последовательность ДНК/РНК шпилечной структуры включается основание, по которому планируется замена. Замещение нужного кодона в структуре ДНК (конверсия) в клетках мишенях происходит достаточно эффективно и обнаруживается в 25%-40% клеток in vitro. После осуществления химеропластики клетки мишени возвращаются в организм больного. Возможно, также проводить замену не всего гена, а только некоторых его экзонов, несущих мутацию. Этот метод получил название метода перепрыгивания экзонов (exon-skipping). Его суть состоит в возникновении гибридизации in vitro в культуре клеток больного его ДН Кс короткими антисмысловыми последовательностями РН К, комплементарных местам сплайсинга первичного РНК-транскрипта. Это, в свою очередь, приводит к проскальзыванию петли сплайсинга и удалению из мРНК мутантных экзонов,

В последние годы разрабатывается  еще один, принципиально новый  подход к коррекции генетического дефекта при моногенных заболеваниях. Он основан на специфической активации нормальных генов, являющихся гомологами мутантных генов, путем введения химических стимуляторов. Этот подход наиболее интенсивно разрабатывается при двух заболеваниях - прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшена/Бекера и серновидноклеточной анемии. При прогрессирующей мышечной дистрофии Дюшенна/Бекера активируют ген белка утрофина, локализованный на хромосоме 6q24. Показано, что этот ген, подобно гену дистрофина, экспрессируется в мышцах, мозге и висцеральных тканях и его продукт - утрофин- способен взаимодействовать с белками дистрофин-ассоциированного комплекса в раннем эмбриогенезе. Возможно, утрофин представляет собой фетальную изоформу дистрофина и его ген можно рассматривать как аутосомный гомолог гена дистрофина. В опытах на утрофин/дистрофин дефицитных линиях трансгенных мышей показано, что введение им укороченной формы утрофина приводит к восстановлению функций дистрофин-ассоциированного комплекса белков и коррекции основных миопатических симптомов.

Сравнительная характеристика различных способов доставки генетического материала в клетки человека представлена в таблице.  
При онкологических заболеваниях наиболее часто используются генотерапевтические подходы, направленные на прекращение или резкое снижение репликации ДНК опухолевой клетки, подавление экспрессии онкогенов или введение генов-супрессоров (например, ТР53). Снижения синтеза ДНК в опухолевой клетке можно добиться путем введения генов, экспреосирующих ферменты, которые тормозят репликациюДНК. Один изтакихферментов--тимидинкиназа вируса простого герпеса. Тимидинкиназа фосфорилирует ганцикловир, превращая его в ганцикловир-трифосфат, который способен встроиться в нуклеотидную последовательность ДНК, терминируя ее синтез и приводя к гибели делящейся опухолевой клетки.

Блокирование  экспрессии онкогенов может осуществляться двумя путями: введением антисмысловых нуклеотидных последовательностей, связывающих мРНК онкогенов, или генов, кодирующих антитела к мутантному белку,

Большое количество попыток генотерапии опухолевых заболеваний основаны на стимуляции иммунной системы целого организма и повышении иммуннореактивности самих опухолевых клеток. Активация иммунного ответа организма может быть достигнута при помощи введения генов, продукты которых являются стимуляторами иммунитета, например цитокинами. Повышения иммуннореактивности опухолевых клеток можно добиться и введением в биоптат опухолевых клеток больного генов-белков иммунностимуляторов (интерлейкинов, интерферона, фактора некроза опухолей и др,) in vitro. Трансформированные таким образом высоко иммунногенные и инактивированные путем облучения опухолевые клетки вводят, как вакцину, в организм больного.