Полиморфизм генов цитокинов, ассоциированных с инфекционным эндокардитом | Самойленко Е.С., Колесникова Н.В.

Введение

Инфекционный эндокардит (ИЭ) является заболеванием бактериальной природы с преимущественной локализацией возбудителя на клапанах сердца и эндокарда и сопровождается иммунопатологическими проявлениями с возможной генерализацией септического процесса. Группу высокого риска возникновения ИЭ составляют пациенты с пороками сердца, дегенеративными изменениями клапанного аппарата, иммунодефицитами, искусственными клапанами, кардиологическими операциями, употребляющие наркотики внутривенно, но все чаще (в 30–50% случаев) заболевание возникает в отсутствие явных факторов риска, что свидетельствует о возможном вовлечении в патогенез генетических факторов [1, 2].

В настоящее время причинами смерти пациентов с ИЭ зачастую становятся тромбоэмболические осложнения (инфаркт миокарда, ишемический инсульт, тромбоэмболия легочной артерии и др.), выраженность которых зависит от варианта течения ИЭ [3]. При этом если для острого варианта течения чаще характерен септический процесс с выраженной интоксикацией организма и неблагоприятным прогнозом, то подострый вариант ИЭ характеризуется преобладающим поражением клапанного аппарата сердца, преходящей септицемией и развитием выраженной иммунокомплексной патологии в виде васкулита, серозита, гломерулонефрита, миокардита [1].

Основу диагностики ИЭ составляют критерии Duke (2015), включающие клинические особенности, результаты эхокардиографии и посева крови [4]. Между тем диагностика ИЭ затруднена в связи с выраженным полиморфизмом клиники, широким спектром возбудителей и ростом доли полимикробной инфекции в генезе заболевания, а отсутствие специфических диагностических признаков на ранних этапах ИЭ не позволяет дифференцировать его с другими инфекционными и опухолевыми заболеваниями, которым также свойственны анемия, лейкоцитоз, ускорение СОЭ, повышение уровня С-реактивного белка (СРБ), микрогематурия и протеинурия в общем анализе мочи, т. е. у пациентов имеют место лабораторные признаки, свойственные ряду других заболеваний [1, 5, 6].

Актуальность уточнения вопросов иммунопатогенеза ИЭ обусловлена непрерывной активацией гуморального и клеточного иммунитета в условиях постоянной бактериемии, сопровождающейся существенными изменениями спектра про- и противовоспалительных цитокинов. При этом изучение структуры и особенностей экспрессии генов, кодирующих белковые молекулы человека, а также внедрение в рутинную лабораторную практику новых диагностических технологий тестирования различных генных полиморфизмов сегодня считаются перспективными направлениями в отношении прогноза риска развития определенных заболеваний у конкретного индивидуума [1]. В целом если исследование патогенетической роли цитокинов может позволить прогнозировать риск развития и тяжесть течения заболевания и подобрать специфическую персонифицированную терапию, то исследование генов цитокинов помогает обнаружить предрасположенность к ИЭ [7].

Таким образом, с точки зрения актуальности изучения и внедрения в практику дополнительных иммуногенетических критериев лабораторной оценки прогноза и риска неблагоприятных исходов у больных ИЭ представляют интерес анализ и систематизация современных научных сведений о полиморфизме генов цитокинов, ассоциированных с данным заболеванием.

Генетический полиморфизм цитокинов при инфекционном процессе

Важное место в индукции иммунного дисбаланса при инфекционном процессе отводят нарушениям межклеточного взаимодействия, опосредованного цитокин-рецепторной сетью [8]. При этом синтез и секреция цитокинов, обладающих широким спектром биологических эффектов, регулируются генетическими механизмами экспрессии их генов, исследование которых активно продолжается в настоящее время [9]. В норме многие гены цитокинов экспрессируются с высокой степенью индивидуальной вариабельности, тогда как при патологиях могут наблюдаться характерные изменения экспрессии как в виде активации конкретных генов, так и в виде репрессии исходно активных, наряду с чем часто можно наблюдать каскадную экспрессию генов, когда активация одного гена вызывает экспрессию другого или даже группы генов [10]. Известно, что экспрессия генов биомолекул зависит от их полиморфизма: если при однонуклеотидном полиморфизме (SNPs) в результате точечных мутаций имеет место изменение последовательности ДНК (в один нуклеотид) в гомологичных участках гомологичных хромосом, то полиморфные генетические сайты могут рассматриваться как маркеры предрасположенности или резистентности к различным заболеваниям, в патогенезе которых важную роль играют цитокины [11]. Генетически детерминированное нарушение регуляции образования цитокинов обусловливает не только хронизацию, но и генерализацию воспалительного процесса, а также может определять возникновение ранних рецидивов заболеваний. В частности, нарушения продукции цитокинов семейства интерлейкина (IL) 1 (IL-1β, IL-1RA, IL-1RI) определяют характер течения воспаления и являются одним из пусковых механизмов патологических процессов [12], а маркерами прогностически неблагоприятного ответа на проводимую терапию могут являться аллели -308G TNF-α, -31T IL-1β, -592A IL-10.

Известен ряд полиморфных вариантов в промоторных и интронных областях генов провоспалительных цитокинов TNF, IL-1β и их рецепторов, ассоциированных с уровнем их продукции, необходимой для регуляции пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток, коагуляции и метаболизма липидов (cм. таблицу) [13–15].

Промоторная область гена TNF-α включает 8 полиморф-ных участков с единичными нуклеотидными заменами: -1031T>C, -863C>A, -857C>T, -575G>A, -376G>A, -308G>A, -244G>A, -238G>A, но наиболее значимыми считаются однонуклеотидные замены гуанина на аденин в позициях -308 и -238, которые вызывают изменения уровня продукции TNF-α. Так, выявление полиморфного аллеля TNF-α -308*А при малярии является фактором высокого риска формирования церебральной формы инфекции [16], а наличие хотя бы одной копии аллеля -308*А в геноме ребенка с менингококковой инфекцией увеличивает вероятность ее неблагоприятного исхода в 2,5 раза [17, 18]. При этом клетки доноров, гомозиготных по генотипу А/А, синтезируют в 3 раза больше TNF-α, чем клетки лиц с генотипом G/G, а при замене гуанина на аденин, напротив, имеет место снижение продукции данного цитокина.

Функциональный полиморфизм генов, кодирующих белки семейства провоспалительного IL-1 (IL-1β), обусловлен точечными заменами нуклеотидов и тандемными повторами отрезка гена [19], что обусловливает дефекты фагоцитоза и инициации воспаления, ведущие к хронизации инфекционно-воспалительного процесса [20]. Наряду с этим выявленная связь между генетическим полиморфизмом IL-1 и IL-4 в процессе формирования сенсибилизации к антигенам Streptococcus pyogenes существенно увеличивает риск развития осложнений в присутствии данного патогена [21]. Несмотря на недостаточность данных об экспрессии гена IL-4, имеются убедительные сведения о том, что полиморфизм гена IL-4RA (1902А>G) приводит к замене аминокислоты глутамина на аргинин в 551-м положении (551G>A), что может влиять на передачу сигнала IL-4 [22], и присутствие полиморфных вариантов генов IL-4 и IL-17A чаще можно обнаружить у лиц с инфекционно-зависимой бронхиальной астмой (70,2 и 67,5%) [23].

Наиболее изученными членами семейства IL-17 являются IL-17A и IL-17F, в реализации эффектов которых принимают участие олигонуклеотидные полиморфизмы генов IL-17A (rs2275913) и IL-17F (rs763780), ассоциации которых с уровнями IL-17 в сыворотке крови выявлены у женщин с невынашиванием беременности инфекционного генеза [24–26].

Вариабельность концентрации противовоспалительного IL-10 на 50–70% обусловлена генетическими факторами [27]. Cреди полиморфизмов промоторного региона гена IL-10, влияющих на уровни транскрипции мРНК IL-10, наиболее изученными являются SNPs IL-10 А-1082G (rs1800896) и А-592C (rs1800872), ассоциируемые с уровнем продукции данного цитокина, а также с характером течения и исходом различных заболеваний [28, 29].

Hа важную регуляторную роль IFN-γ и полиморфизма его генов в инфекционно-воспалительном процессе указывает дефицит продукции IFN-γ у детей с рецидивирующей инфекцией, сопровождающийся нарушением миграционной функции нейтрофилов и активности естественных киллеров [30]. Существует также предположение, что полиморфизм IFN-γ, способствующий формированию ослабленного противоинфекционного иммунитета, может предотвращать связанные с воспалением заболевания (сердечно-сосудистые, остеоартрит, остеопороз и диабет) [31].

Таким образом, появляется все больше сведений, подтверждающих концепцию о влиянии генетического полиморфизма на восприимчивость к инфекционным заболеваниям и на их исходы. В частности, установлена связь SNPs TNF-α и IL-6 с развитием и исходами сепсиса [32]; между восприимчивостью к тяжелому сепсису и вариантом rs1800629 гена TNF [33]; между генетическими вариантами TNF-рецептор-ассоциированного фактора 6 (TRAF6) и повышенной восприимчивостью к острому повреждению легких, вызванному сепсисом [34]; между генетическими вариантами β2-адренорецептора и повышенной восприимчивостью к бактериальному менингиту [35]; между вариантами генов Toll-подобных рецепторов (TLR) и инфекционными и аутоиммунными заболеваниями [36]; а также между вариабельностью генов IL-17A и чувствительностью к грамположительной инфекции и тяжелым сепсисом [37]. При этом значительная часть генетического компонента инфекционного заболевания может быть связана с кумулятивным эффектом многих редких мутаций с ограниченной пенетрантностью [38], в то время как вероятность того, что какой-либо один ген будет связан с инфекционным заболеванием, весьма низкая [39].

Особый интерес представляет оценка генетических предикторов эндотелиальной дисфункции, среди которых хорошо изученными генами-кандидатами являются гены эндотелина 1, ангиотензин-конвертирующего фермента, ангиотензин-II-рецептора 1-го типа, предрасполагающие к развитию сердечно-сосудистых заболеваний и оказывающие неблагоприятное влияние на их течение [40]. В этой связи важно отметить факт обнаружения ассоциации между экспрессией провоспалительного IL-6, TNF-α и активностью ангиотензина II, что подтверждает положение о вовлеченности провоспалительных цитокинов в процессы развития атеросклероза и формирования эндотелиальной дисфункции [41]. Между тем весьма немногочисленными и требующими более детального анализа являются сведения о влиянии полиморфизмов генов медиаторов воспаления «первой волны» — IL-17A (G197A, rs2275913), IL-1β (T511C, rs16944), TNF-α (G308A, rs1800629) и IL-4 (C589T, rs2243250) на риск развития сердечно-сосудистых заболеваний в мировых популяциях [42, 43].

Роль однонуклеотидного полиморфизма генов цитокинов в развитии ИЭ

До 30–50% случаев ИЭ развиваются без какого-либо очевидного участия классических факторов риска (инвазивные процедуры или эндоваскулярные расстройства), что свидетельствует о возможном вовлечении в патогенез заболевания, а также его осложнений молекулярно-генетических факторов [44]. Как и при других заболеваниях инфекционной природы, инициация и прогресс ИЭ являются следствием сложнейшей связи огромного количества генов с различными факторами окружающей среды, а различия в восприимчивости к ИЭ могут быть связаны с генетической изменчивостью не только организма хозяина, но и микроорганизма, так как изменчивость генов, кодирующих вирулентность S. aureus, его устойчивость к антибиотикам, а также адаптационные возможности организма хозяина, могут способствовать возникновению ИЭ в ходе бактериемии [45].

Весьма немногочисленные молекулярно-генетические исследования ИЭ, проводимые в последнее десятилетие, в основном посвящены изучению ассоциаций ИЭ с полиморфизмом генов системы врожденного иммунитета, среди которых особый интерес представляют экспрессируемые кардиомиоцитами и эндотелиоцитами TLR [46], гены которых обусловливают восприимчивость к бактериальным агентам и могут являться генами-кандидатами ИЭ. В частности, выявлена диагностическая значимость полиморфизма гена TLR-6 (rs3775073), при котором синонимичная мутация в первом экзоне TLR6 приводит к уменьшению риска развития ИЭ в среднем в 2 раза, тогда как несинонимичный полиморфизм в том же экзоне TLR-6 (C745T, rs5743810) связан с увеличением риска развития ИЭ [47].

Известная ключевая роль экспрессии генов про- и противовоспалительных цитокинов в развитии и течении многих патологических процессов в организме человека позволяет предположить, что однонуклеотидные полиморфизмы генов диагностически значимых цитокинов могут также влиять на развитие и течение ИЭ. Так, полиморфизм гена rs1817537 триггерного рецептора миелоидных клеток (TREM-1), контролирующего секрецию ряда провоспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6, TNF-α) и хемокинов (IL-8, MCP-1), связан со сниженным риском развития ИЭ [47], тогда как об увеличении риска развития ИЭ у гетерозиготных носителей минорного аллеля Т свидетельствуют маркеры эндотелиальной дисфункции, в частности rs5370 Е-селектина (EDN1) [48].

В настоящее время факт влияния единичных SNPs на инфекционный процесс убедительно доказан в отношении сепсиса и других инфекций кровотока, между тем информация о связи SNPs с индукцией и характером течения ИЭ весьма ограничена [49]. В связи с этим интерес представляют данные M. Weinstock et al. [50] о трех вариантах SNPs цитокинов, которые могут обусловливать восприимчивость к ИЭ: IL-1β c.315C>T; IL-6 c.471+870G>A и IL-6 c. -237C>G). Несмотря на то, что полученные авторами данные о высокой частоте аллеля T варианта «IL-1β c.315C>T» у пациентов с ИЭ не были подтверждены другими исследователями [51], особого внимания заслуживает убедительно доказанное увеличение частоты полиморфизмов гена IL-6 (вариант «c.471+870G>A»), определяющих чувствительность индивидуумов к ИЭ [50].

Для генов таких провоспалительных цитокинов, как TNF и IL-1β, необходимых для регуляции дифференцировки, пролиферации, и апоптоза клеток, существует много SNPs в промоторных и в интронных зонах генов, связанных с уровнем их продукции [13]. При этом снижение риска развития ИЭ ассоциировано не только с генотипом A/G полиморфизма rs1130864 гена СРБ и G-аллелем полиморфизма rs1801197 гена рецептора кальцитонина (CALCR), но и с генотипом G/A полиморфизма rs1143634 гена IL-1β, генотипом G/T полиморфизма rs3212227 гена IL-12B, в то время как выявление гетерозиготных генотипов полиморфизмов (rs1143634 и rs3212227) сопровождалось повышением содержания IL-1β и IL-12 в плазме крови, что указывает на их патогенетическую роль при ИЭ [51, 52]. Кроме того, известно, что TNF посредством связывания со специфическими мембранными рецепторами может вызывать активацию факторов транскрипции, регулирующих гены других провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6), простагландинов, фактора активации тромбоцитов, трансформирующего фактора роста β (TGF-β), некоторых гормонов (адреналина) [53], а носительство аллелей минорной частоты А в -238 промоторной области гена TNF, а также присутствие любого из трех гаплотипов GGA/GAA/AGA было более частым у пациентов с ИЭ [54].

Однако существуют исследования, в которых не удалось подтвердить результаты связи генов IL-6 и TNF с ИЭ, что может быть связано с небольшой выборкой и внутригрупповыми различиями (пол, возраст, этническое происхождение, этиология и клиника заболевания) [55]. Вот почему определение патогенетической связи ИЭ и формирования его осложнений с генетическими факторами остается открытым вопросом, нуждающимся в более глубоком изучении с определением истинного влияния полиморфизма генов расширенного спектра цитокинов в патогенезе ИЭ.

Заключение

Эпоха персонализированной геномной медицины на данном этапе ее развития характеризуется широкими возможностями. Новейшие достижения молекулярной генетики позволяют выделить и исследовать иммуногенетические маркеры у пациентов с различными заболеваниями. Уникальность современной молекулярной медицины заключается в ее нацеленности на разрешение заболевания у конкретного пациента с учетом особенностей его генома, а также профилактику, когда информация о генах получена еще до болезни, что может предотвратить развитие патологического состояния.

Поскольку функционирование цитокиновой сети базируется на механизмах, лежащих в основе регуляции экспрессии генов цитокинов, то изучение таких генетических факторов, как аллельные варианты полиморфных локусов и экспрессия генов цитокинов, как и содержание самих цитокинов в крови, позволит оценить их ключевую роль в патогенезе разных вариантов течения ИЭ, а также определить их прогностическую значимость в отношении развития его тромбоэмболических осложнений. Идентификация генетических вариантов, связанных с инфекционным заболеванием, позволяет на ранней стадии выявить пациентов с более высоким риском неблагоприятного исхода от конкретных заболеваний — пневмонии, ИЭ, сепсиса, острого респираторного дистресс-синдрома и др., что способствует разработке новых, возможно, индивидуально подобранных методов лечения этих пациентов.

Между тем часто встречающаяся противоречивость данных мировой литературы относительно патогенетической роли генетического полиморфизма может быть обусловлена общим недостатком всех генетико-эпидемиологических работ по ИЭ, в частности недостаточной по объему выборкой вследствие сравнительно низкой частоты ИЭ, низкой воспроизводимостью результатов из-за смещения выбора генов-кандидатов, а также влиянием множества других генов и факторов окружающей среды на фенотип, эпигенетику, как и недостаточным представлением о паттернах вариации в геноме человека.

Тем не менее есть надежда, что возможности современных молекулярно-генетических исследований и новые технологии, более доступные с экономической точки зрения, позволят минимизировать влияние перечисленных факторов на результаты исследований и успешно решить проблему диагностики ИЭ и прогноза его возможных осложнений на основе полиморфизма генов патогенетически значимых цитокинов.

Сведения об авторах:

Самойленко Екатерина Сергеевна — аспирант кафедры клинической иммунологии, аллергологии и лабораторной диагностики ФПК и ППС ФГБОУ ВО «КубГМУ» Минздрава России; 350063, Россия, г. Краснодар, ул. им. Митрофана Седина, д. 4; ORCID iD 0000-0003-3147-0286.

Колесникова Наталья Владиславовна — д.б.н., профессор, профессор кафедры клинической иммунологии, аллергологии и лабораторной диагностики ФПК и ППС ФГБОУ ВО «КубГМУ» Минздрава России; 350063, Россия, г. Краснодар, ул. им. Митрофана Седина, д. 4; ORCID iD 0000-0002-9773-3408.

Контактная информация: Колесникова Наталья Владиславовна, e-mail: nvk24071954@mail.ru.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в пред- ставленных материалах или методах.

Конфликт интересов отсутствует.

Статья поступила 13.01.2023.

Поступила после рецензирования 07.02.2023.

Принята в печать 03.03.2023.

About the authors:

Ekaterina S. Samoylenko — post-graduate student of the Department of Clinical Immunology, Allergology and Laboratory Diagnostics of the Faculty of Retraining and Advanced Training, Kuban State Medical University; 4, Mitrofan Sedin str., Krasnodar, 350063, Russian Federation; ORCID iD0000-0003-3147-0286.

Natalia V. Kolesnikova — Dr. Sc. (Bio.), Professor of the Department of Clinical Immunology, Allergology and Laboratory Diagnostics of the of the Faculty of Retraining and Advanced Training, Kuban State Medical University; 4, Mitrofan Sedin str., Krasnodar, 350063, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-9773-3408.

Contact information: Natalia V. Kolesnikova, e-mail: nvk24071954@mail.ru.

Financial Disclosure: no authors have a financial or property

interest in any material or method mentioned. There is no conflict of interest.

Received 13.01.2023.

Revised 07.02.2023.