Возможность оценки генетического риска развития сахарного диабета 1 типа у детей и подростков в Республике Карелия

СД 1 типа представляет собой важнейшую медико-социальную проблему во всем мире, так как является наиболее часто встречающейся эндокринной патологией у детей. В последние годы происходит значительный подъем СД 1 типа, наиболее выраженный у детей и подростков [1], [9], [12], [15], [16], [17], [20]. Заболеваемость существенно варьирует в разных странах мира, наблюдается географический градиент заболеваемости СД 1 типа с юга на север и с востока на запад [10], [20]. Самая высокая частота СД 1 типа у детей (в возрасте до 15 лет) обнаружена в Скандинавских странах, а именно в Финляндии – 63/100000 заболевших в год [15], [20].

Аналогичные процессы происходят и в российской детской популяции, отличаясь значительной вариабельностью в зависимости от региона проживания [1]. Высокая частота заболеваемости СД 1 типа детского населения в соседней с Карелией Финляндии, имеющей общие этнические и культурные корни, а также климатогеографическую близость, повышает актуальность изучения этой эндокринной патологии.

В последние два десятилетия молекулярно-генетические исследования заняли прочное место в комплексном обследовании при диагностике

ранних стадий СД 1 типа, а обнаружение новых сильных генетических маркеров СД 1 типа не только в HLA-области, но и в некоторых других локусах открывает большие перспективы на пути дальнейшего изучения патогенеза и прогнозирования заболевания [4].

Развитие СД 1 типа определяется неблагоприятной комбинацией нормальных генов, большинство из которых контролируют разные звенья аутоиммунного процесса. Известно, что примерно до 50–60 % случаев СД 1 типа обусловлено генами HLA-2 класса; еще 40 % – связаны с другими генами (инсулина, генами CTLA-4, PTPN-22 и т. д.), участвующими в координации иммунного ответа. Генетические факторы участвуют в развитии СД 1 типа не только в процессе аутоиммунной индукции, но и в течение всего периода до возникновения заболевания [7]. Молекулы HLA-2 класса экспрессируются клетками, представляющими антигены, и участвуют в связывании и экспонировании на поверхности макрофагов фрагментов различных антигенов. В дальнейшем через посредство Т-клеточного рецептора происходит распознавание антигенов и инициируется иммунный ответ. Сила сродства между разнообразными молекулами класса II и гипотетическими диабетогенными пептидами должна определять запуск механизмов диабетической аутоиммунности [8].

Система HLA обеспечивает регуляцию иммунного ответа, осуществляя презентацию антигена Т-лимфоцитам, обучение Т- и В-лимфоцитов в отношении «своего» и «не своего», взаимодействие клеток иммунной системы организма, распознавание «своего» и «чужого» в структуре клеток, участие в реакциях «хозяин против трансплантата» и «трансплантат против хозяина», запуск, реализацию и генетический контроль иммунного ответа, обеспечение иммунной толерантности. HLA включает три класса генов:

• •    гены класса I (HLA-A, HLA-B, HLA-C) отличаются высоким полиморфизмом и кодируют синтез молекул HLA класса I. Сюда же относят «неклассические» гены HLA-E, HLA-F, HLA-G, HLA-H. Молекулы генов HLA-E презентируют пептиды собственных молекул и распознаются с помощью рецептора CD94/ NKG2. Клетки, лишенные молекул HLA-I (инфицированные или опухолевые), не экспрессируют HLA-E;

• •    гены класса II (HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR) контролируют синтез молекул HLA класса II;

• •    гены класса III кодируют молекулы врожденного иммунитета (компоненты комплемента С2, С4, лимфотоксин, белки теплового шока и др.).

Связь между генами HLA и СД 1 типа подтверждается результатами множественных популяционных исследований и семейного анализа. К настоящему времени сформирован список генов-кандидатов СД 1 типа ( http://www.tldbase . org/page/Candidate Genes). В геноме человека выявлены локусы, сцепленные с заболеванием, однако большая часть из них не отождествлена с какими-либо генами.

В результате широкомасштабных полногеномных скринингов выявлено более 40 полиморфных маркеров СД 1 типа, локализованных на 20 аутосомных хромосомах и Х-хромосоме [13], [14]. Следует отметить, что данные анализов сцепления локусов предрасположенности к заболеванию, проведенных в разных странах, являются противоречивыми.

С изучением генетических основ СД 1 типа открываются перспективы в решении медицинских и социальных проблем, связанных с заболеванием. Программы первичной профилактики СД 1 типа проводятся в США, Канаде, Австралии, странах Западной Европы и в России [2], [11]. Так, в США действует широкомасштабная программа прогнозирования и профилактики СД 1 типа (Diabetes Prognosis and Prevention Trial Type 1). В Финляндии и на о. Сардиния в Италии, где отмечена высокая распространенность заболевания, новорожденных детей проверяют на носительство аллелей DO Al и DQB1 [11].

Наиболее важным генетическим маркером является локус IDDM1, определяющий 35 % семейной кластеризации СД 1 типа и обладающий наивысшими значениями lS (то есть отношения риска развития заболевания у потомков больных СД 1 типа к уровню общепопуляционного риска) среди других локусов предрасположенности. Локус предрасположенности IDDM1 находится на хромосоме 6p21 и занимает область размером до 20 сантиморганид. По сравнению с другими локусами предрасположенности IDDM1 обладает максимальными значениями lS, колеблющимися в различных популяциях европеоидов от 1,7 до 4,2. Локус IDDM1 отождествляется с генами главного комплекса гистосовместимости класса II. Локусы предрасположенности к СД 1 типа были сначала определены как гаплотипы DR3 и DR4 серологическими методами.

Риск развития СД 1 типа зависит от аллелей DR/DQ системы HLA DRB1*03-DQB1*0201 (DR3) или DRB1*04-DQB1*0302 (DR4) [15]. Эпитопы HLA, наиболее сильно связанные с развитием СД 1 типа: DQB1 A(57), DQA1 V(76), DRB1 H(13), DRB1 K(71), менее значительно DPB1 YD(9,57), HLA-B C(67) и HLA-C YY(9,116). Эпитопы HLA, обеспечивающие резистентность: DQB1 D(57), DQA1 Y(80), DRB1 R(13) и DRB1 A(71) [21].

При помощи полиморфизма длины рестрикционных фрагментов и генотипирования с использованием олигонуклеотидных зондов, специфических к определенным последовательностям, было установлено, что локус HLA-DQ является наиболее вероятным кандидатом на связь с СД 1 типа. У больных СД 1 типа наряду с повышенным содержанием DR3 и DR4 отмечено снижение частоты встречаемости антигенов Dw2/DR2 и В7, что позволило говорить о них как о факторах, предохраняющих от раннего развития СД 1 типа [6].

Для генов HLA-DQA1 и DQB1 характерен полиморфизм, выражающийся во множественных аллельных вариантах вследствие вариабельности нуклеотидной последовательности 2-го экзона данных генов.

Доказана различная роль в обеспечении риска развития СД 1 b-цепей, несущих в 57-м положении либо аспарагиновую кислоту (Асп57), либо другой аминокислотный остаток [22]. Генетическая роль DQ a-цепи выявлена в исследованиях популяций, относящихся к различным расам. Разную роль в предрасположенности к СД 1 типа двух наиболее общих для европейцев гаплотипов DQ2 (предрасполагающий DR3-DQ2 и нейтральный DR7-DQ2) можно объяснить различиями в строении a-цепи: гаплотипам DR3 соответствует аллель DQA1*0501, а гаплотипам DR7 – аллель DQA1*0201.

Белковые продукты генов DQA1 и DQB1 (a- и b-цепи) вступают друг с другом во взаимодействие, образуя гетеродимеры. Если гетеродимер образован продуктами генов, расположенных на разных родительских хромосомах, то говорят о транс-комбинации a- и b-цепей (транс-гетеродимер); продукты генов, находящихся на одних и тех же хромосомах родителей, вступают в цисвзаимодействие. Генетический риск развития диабета зависит от числа «диабетогенных» гетеродимеров (a-Арг52+/b-Асп57-), образуемых каждым генотипом, и увеличивается с возрастанием их доли в генотипе («дозовый эффект») [8].

Полиморфизм генов главного комплекса гистосовместимости класса III также может быть связан с предрасположенностью к СД 1 типа. Эти гены кодируют компоненты С2 и С4 комплемента и пропердиновый фактор В. Так, в гаплотипе А1, В8, DR3, DQ2, ассоциированном с повышенным риском развития СД 1 типа, обнаружен аллель С4А0null. В южных регионах Европы более ранний возраст дебюта заболевания связан с иным вариантом гаплотипа DR3, DQ2, который ассоциирован с А30, В18 и BfF1 [22]. В Северной Европе данный вариант мало распространен, однако наиболее часто встречаемый гаплотип A2, B15, Cw3, DR4- содержит аллель С4В3, в свою очередь, являющуюся редкой в других гаплотипах. Этот гаплотип также связан с наивысшим риском развития заболевания.

У больных СД 1 типа детей и подростков российской популяции выделены пять предрасполагающих и три защитных гаплотипа [7]. Защитные гаплотипы в российской и европейской популяциях совпадают [18], [40]. Это следующие виды гаплотипов:

• •    DRB1*15-DQA1*102-DQB1*602/8 (OR = 0,16);

• •    DRB1*11-DQA1*501-DQB1*301 (OR = 0,14);

• •    DRB1*13-DQA1*103-DQB1*602/8(OR = 0,08).

Наиболее высокий генетический риск развития СД 1 типа определяется гетерозиготным генотипом DQA1*0501-DQB1*0201\DQA1*0301-DQB1*0302 – DQ2/DQ8.

Средний или умеренный риск определяется сочетанием гаплотипа высокого риска с другими гаплотипами (DQ2; DQ8).

Низкий генетический риск (X/X) определяется у тех лиц, которые не имеют гаплотипов высокого риска и у которых отмечается наличие защитных, нейтральных гаплотипов или гаплотипов низкого риска [5], [19].

На первом месте по силе риска гаплотип DQ8 – DRB1*4-DQA1*301-DQB1*302 (OR = 4,7), характерный для Северной Европы.

На втором – специфический гаплотип для российской популяции – DRB1*4-DQA1*301-DQB1*304 (OR = 4).

На третьем – гаплотип DQ2, типичный для Южной Европы, DRB1*17-DQA1*501-DQB1*201 (OR = 2,7).

* Исследование поддержано РГНФ, проект № 14-06-00313.

На четвертом – специфический для российской популяции DRB1*16-DQA1*102-DQB1*502/4 (OR = 2,4).

На пятом месте – тоже предрасполагающий гаплотип, типичный для российской популяции и Европы, DRB1*-DQA1*101-DQB1*501 (OR = 1,9).

Для сравнения: в Финляндии HLA-B*39 аллель значительно повышает риск заболевания при DRB1*04:04-DQA1*03-DQB1*03:02 и (DR8)-DQB1*04 гаплотипах. Такой же эффект наблюдается на уровне генотипов, содержащих DRB1*04: 04-DQA1*03-DQB1*03:02 или (DR8)-DQB1*04 гаплотипы [18].

Более ранний возраст дебюта СД 1 типа коррелирует со значительно большим количеством антигенных детерминант восприимчивости и меньших антигенных детерминант сопротивления [3].

Нарастающая заболеваемость СД 1 типа, наблюдающаяся в последние десятилетия, может быть обусловлена неблагоприятным прессингом факторов окружающей среды и возможным изменением с течением времени вклада генетических факторов в развитии СД.

Главный комплекс гистосовместимости (HLA) является одной из наиболее полиморфных генетических систем человека. Широкий полиморфизм позволяет использовать HLA-гены в антропологических, популяционно-генетических исследованиях, а также в исследованиях ассоциативных связей HLA-генов и заболеваний. В основе всех трех направлений исследований лежит изучение иммуногенетической структуры той или иной популяции, представленной особым, этнически обусловленным характером распределения частот аллельных вариантов HLA-генов, а также их комбинаций – гаплотипов, наследуемых совместно благодаря феномену неравновесного сцепления [8].

Изучение генетической предрасположенности к СД 1 типа у детей Республики Карелия является актуальным с учетом высокой распространенности и роста СД 1 типа у детей и подростков в 1,5 раза за последние 10 лет, схожести климато-географических и этнических факторов с Финляндией. При молекулярно-генетическом изучении любых многофакторных заболеваний, в том числе СД 1 типа, для расчета индивидуального прогноза и создания основанных на нем рекомендаций необходимо учитывать специфику конкретной популяции.

Результаты работы могут быть использованы при разработке основ медико-генетического консультирования больных СД 1 типа и членов их семей. Полученные данные позволят прогнозировать развитие СД 1 типа, формировать группы риска и осуществлять в них активный мониторинг.

POSSIBILITIES OF GENETIC RISK ASSESSMENT OF TYPE 1 DIABETES MELLITUS IN CHILDREN AND ADOLESCENTS IN KARELIAN REPUBLIC