Глава и мультифакториальное наследование

Генетическая природа частых хронических заболеваний продолжает оставаться одной из самых сложных проблем в медицинской генетике. Считают, что заболевания, в этиоло­гии которых существенна генетическая компонента, но ха­рактер наследования не может быть объяснен простыми мен- делевскими правилами, образуют группу так называемых мулътифакториалъных заболеваний. К ним относят такие бо­лезни, как ИБС, эссенциальная гипертония, бронхиальная астма и атопические состояния, сахарный диабет, псориаз, шизофрения, эпилепсия и многие другие заболевания, а так­же изолированные врожденные пороки развития. Мульти- факториальные заболевания, хотя и не наследуются как мен- делевские признаки, тем не менее проявляют семейное на­копление, поэтому частота заболевания в отдельных семьях, выявленных через одного или большего числа больных, ока­зывается в несколько, а иногда и в десятки раз выше, чем ча­стота этого же заболевания в популяции.

В 30-е, 40-е и даже 50-е годы XX в. медицинские генетики делали многочисленные попытки объяснить генетическую основу этих болезней с помощью эффектов единичных доми­нантных или рецессивных генов. Для доказательства выбира­ли отдельные семьи, в которых характер передачи заболева­ний (как правило, в двух поколениях) внешне соответствовал тому или другому типу наследования. В то же время было очевидно, что в тех же популяциях встречается большое чис­ло семей с аналогичным по клинике заболеванием, для кото­рых невозможно подтвердить тот же тип наследования, что и для специально отобранных семей. Примеров подобного рода можно привести множество. Все они имеют не только исто­рический интерес, но и являются характеристикой опреде­ленного этапа развития медицинской генетики, когда иссле­дователи легко могли оперировать только отдельными менде- левскими факторами.

1. ГЕНЕТИКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ КАК МОДЕЛЬ ГЕНЕТИКИ МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Ситуация принципиально изменилась, когда Д.С. Фолк­нер в 1965 г. предложил использовать для изучения генетики частых заболеваний (врожденных пороков развития) биомет­рический подход, широко применявшийся для исследования

Рис. 11.1. Кривая нормального распределения количественного признака.

генетики количественных признаков у разных организмов, в том числе человека. Суть биометрического подхода, впервые разработанного и примененного в генетике человека Френ­сисом Гальтоном и его учеником К. Пирсоном, сводится к возможности оценки значимости генетических и внешнесре- довых факторов в изменчивости того или иного количествен­ного признака на основе изучения корреляций по этому при­знаку между родственниками.

Многие количественные признаки человека, такие как рост, масса тела, цвет кожи, многие антропометрические признаки, кровяное давление, лабораторные показатели и др., в популяции распределены непрерывно, причем характер распределения во многих случаях соответствует так называе­мому нормальному распределению. Нормальное распределение имеет форму симметричной по отношению к среднему значе­нию количественного признака куполообразной кривой (рис. 11.1). Отклонение распределения от среднего значения изме­ряется так называемым стандартным отклонением', 68 % всех измерений какого-либо количественного признака у случай­но взятых из популяции индивидуумов попадают в границы среднего значения для этого признака плюс или минус одно стандартное отклонение. Из 95 % измерений попадают в гра­ницы среднего значения плюс или минус два стандартных отклонения, а 99,7 % измерений — в границы среднего зна­чения плюс или минус три стандартных отклонения.

Можно показать, что количественные признаки, которые имеют нормальное распределение в популяции, способны определяться действием многих генов. Каждый из этих генов вносит небольшой количественный эффект, и эти эффекты суммируются. Обычно это иллюстрируется на примере роста. Если рост определяется одним геном с двумя аллелями, встречающимися в популяции с равной частотой, то это при­водит к образованию трех групп фенотипов, встречающихся с частотой: 1 высокий, 2 средний и 1 низкий. Если рост опре­деляется двумя генами, каждый с двумя аллелями, то уже об­разуются 5 групп фенотипов с частотами: 1 (4 гена высокого роста): 4 (3 гена высокого и 1 низкого роста): 6 (2 гена высо­кого и 2 низкого роста): 4 (1 ген высокого и 3 низкого роста):

1. (4 гена низкого роста). Уже при сравнении распределений по росту, когда он определяется одним или двумя генами, видно, что в случае двух генов доля крайних вариантов начи­нает уменьшаться, а средних — повышаться. По мере увели­чения числа генов, которые влияют на рост, форма кривой, описывающей распределение индивидуумов в популяции по росту, все больше приближается к кривой нормального рас­пределения.

Теперь представим себе, что рост определяется большим количеством генов, т.е. наследуется полигенно, и мы хотим узнать, насколько будут сходны по росту родственники раз­ной степени родства. У родственников 1-й степени родства (родители и дети, а также братья и сестры) 50 % генов общие. Если только гены определяют рост (напоминаем, что число генов, влияющих на рост, большое, а влияние каждого гена незначительное), то родственники 1-й степени родства дол­жны быть сходны друг с другом по росту на 50 %. Эта сте­пень сходства между родственниками по количественному признаку называется корреляцией. В ряде исследований дей­ствительно было показано, что корреляция между сибсами по росту составляет 50 %. Вместе с тем для многих других коли­чественных признаков корреляция между родственниками 1-й степени родства оказывается существенно меньше 50 %. Это объясняется тем, что не только генетические, но и внеш- несредовые факторы влияют на изучаемый количественный признак, а также тем, что взаимодействие между генами не всегда имеет аддитивный характер. Некоторые гены могут проявлять доминантный эффект или гены могут взаимодей­ствовать между собой так, что один ген подавляет действие другого гена (эпистатический эффект). В генетике количест­венных признаков было введено понятие наследуемости как меры вклада генетических факторов в изменчивость изучаемого признака. Наследуемость можно было определить, зная коэф­фициенты корреляции по изучаемому количественному при­знаку между родственниками.

2. МОДЕЛЬ МУЛЫИФАКТОРИАЛЬНОГО

НАСЛЕДОВАНИЯ С ПОРОГОВЫМ ЭФФЕКТОМ

Д.С. Фолкнер сделал элегантное предположение о том, как можно использовать такую модель, предназначенную для изучения генетики количественных признаков, при изучении генетики заболеваний у человека, не имеющих количествен­ного выражения и проявляющихся только качественно: забо­левание есть или его нет. Это предположение сводилось к тому, что для каждого мультифакториального заболевания существует предрасположенность, определяемая наследствен­ными и внешнесредовыми факторами, которая имеет количе­ственное выражение и нормально распределена у людей, со­ставляющих популяцию, поэтому есть люди более или, на­против, менее предрасположенные к развитию определенно­го частого заболевания. Предрасположенность к возникнове­нию заболевания зависит от большого числа генов с аддитив­ным эффектом и значительного количества независимо дей­ствующих внешнесредовых факторов. Для того чтобы разви­лось заболевание, количественное значение предрасположен­ности должно превысить некий порог. Положение порога на нормальной кривой предрасположенности к заболеванию определяется частотой заболевания в популяции (рис. 11.2). Кривая предрасположенности к заболеванию у родственни­ков также имеет нормальное распределение, но оно сдвинуто вправо по сравнению с распределением в популяции, так как предрасположенность к заболеванию у родственников боль­ного выше, чем в среднем в популяции.

Такая модель наследования мультифакториальных забо­леваний позволяла сделать некоторые предположения о том, как должно «себя вести» заболевание в семьях и популяции. В частности, при мультифакториальном наследовании забо­левания ожидается, что уменьшение частоты заболевания у родственников 2-й степени родства по сравнению с родст­венниками 1-й и у родственников 3-й степени родства по сравнению с родственниками 2-й степени родства будет бо­лее резким, чем при доминантном наследовании с неполной пенетрантностью. Частота заболевания будет больше у род­ственников больных с более тяжелыми клиническими про­явлениями заболевания, так как кривая предрасположенно­сти таких больных должна быть расположена дальше за по­рогом. Если существуют различия в частоте заболевания для

^

Родственники пробандов

Ч /Чга

Хга^

R т

Рис. 11.2. Гипотетические кривые предрасположенности к мульти- факториальному заболеванию в популяции и у родственников про- бандов.

q_g — частота заболевания в популяции; q_ra — частота заболевания у родст­венников; G — среднее значение предрасположенности в популяции; x_g — расстояние от среднепопуляционного значения предрасположенности до порога (Т); a_g — расстояние от среднепопуляционного значения предраспо­ложенности до среднего значения предрасположенности у больных (A); R — среднее значение предрасположенности у родственников больных; х_га — расстояние от среднего значения предрасположенности у родственников бо­льных до порога.

разных полов, то родственники больного менее поражаемо­го пола болеют чаще, чем родственники больного, относя­щегося к чаще поражаемому полу. В этом случае также пред­полагают, что кривая предрасположенности индивидуумов, относящихся к менее поражаемому полу, должна быть рас­положена дальше от порога. Частота мультифакториального заболевания среди родственников больного 1-й степени род-

частота болезни в

ства приблизительно равна

популяции. Разные исследователи предлагали и другие кри­терии для выявления мультифакториального наследования

Среднюю предрасположенность родственников больного можно определить по частоте заболевания родственников с помощью статистик нормального распределения. В этом слу­чае единицей измерения является стандартное отклонение, которое используют для вычисления корреляций между род­ственниками¹. Корреляции необходимы для того, чтобы рас­считать наследуемость соответствующего заболевания. Насле­дуемость можно определить как долю предрасположенности к заболеванию, обусловленную действием аддитивных гене­тических факторов, от всей предрасположенности, обуслов­ленной действием как генетических, так и внешнесредовых факторов. Здесь следует пояснить, что распределение любого количественного признака в популяции (предрасположен­ность рассматривается как количественный признак) харак­теризуется средним значением и дисперсией, т.е. наблюдаю­щейся изменчивостью значений количественного признака «вокруг» его среднего значения. Общая фенотипическая дис­персия признака (V_P), которая наблюдается непосредственно при изучении популяции, может быть подразделена на ком­поненты, такие как генотипическая дисперсия (Vg) и средо- вая дисперсия (V_E), В свою очередь генотипическую диспер­сию можно подразделить на аддитивную (V_A) и доминантную (V_D) компоненты. Доминантная компонента измеряет откло­нение от простой аддитивной модели за счет доминирования и эпистаза. Для выявления доминантной компоненты необ­ходимо сравнение корреляций по изучаемому количествен­ному признаку между сибсами, с одной стороны, и родителя­ми и детьми — с другой. Подозрение на наличие доминант­ной компоненты возникает в том случае, когда корреляция между сибсами оказывается выше, чем между родителями и детьми. Можно ввести и другие компоненты в общую фено­типическую дисперсию, но, как правило, это не делают из-за сложности их оценки. В результате наиболее часто использу-

Частота в популяции (%)

Рис. 11.3. Графы корреляций по предрасположенности (г) между родственниками и пробандами.

С их помощью можно получить оценку наследуемости (h²), так как h² = г для монозиготных близнецов и 2г для родственников 1-й степени родства и т.д. (из: A.E.H.Emery. Methodology in Medical Genetics. — Churchill Livingsto­ne, 1976. - P. 60).

емая схема разложения общей фенотипической дисперсии выглядит так: Vp=V_a+V_d+Ve. В этом случае наследуемость Ь²=Уд/Ур. Оба коэффициента наследуемости, т.е. рассчитан­ные через дисперсии, или корреляции, называются еще ко­эффициентами наследуемости в узком смысле, так как пред­ставляют часть генетической изменчивости заболевания, обу­словленную аддитивным действием генов. Коэффициент на­следуемости в широком смысле равен V_A+V_D/Vp. Коэффици­ент наследуемости может принимать любые значения от 0 до 100 %. В том случае, когда он приближается к 100 %, может возникнуть подозрение, что изучаемое заболевание определя­ется действием одного главного гена.

Графы корреляций по предрасположенности между боль­ными и их родственниками представлены на рис. 11.3. С их помощью можно легко определить приблизительные значе­ния наследуемости (h²) для любых предположительно муль- тифакториальных заболеваний.

Мулътифакториалъная модель наследования частых заболе­ваний была очень популярной у медицинских генетиков в 60—70-е годы XX в. Были получены оценки коэффициентов наследуемости для десятков хронических заболеваний, кото­рые варьировали в широких пределах от 0,3 для инсулинза­висимого сахарного диабета до 0,9 в случае биполярных психозов и системной красной волчанки. Большинство ис­следователей понимали, однако, что мультифакториальная модель наследования имеет небольшую практическую зна­чимость, хотя и позволяет получать оценки повторного рис­ка возникновения заболевания в семьях пробандов для род­ственников любой степени родства (эти оценки имеют не индивидуальный, а групповой или даже популяционный ха­рактер), которыми пользовались и продолжают пользоваться медико-генетические консультации. Теоретическая значи­мость модели мультифакториального наследования также не очень высока. Она очень абстрактна и неизбежно упрощает взаимодействие между генами, формирующими предраспо­ложенность.

Для оценки доминантной и эпистатической компоненты требуется большой материал, включающий сотни или даже тысячи семей. Главное, модель мультифакториального насле­дования не дает возможности индивидуализировать гены, и потому путь от генов к заболеваниям через гипотетическую предрасположенность остается для исследователей, по образ­ному выражению Ф. Фогеля и А. Мотульского, черным ящи­ком.

3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И МОДЕЛИ НАСЛЕДОВАНИЯ С ЭФФЕКТАМИ ГЛАВНОГО ГЕНА

Стремление генетиков упростить ситуацию в изучении частых заболеваний и перевести ее в форму удобную и перс­пективную для изучения — выявлять эффекты главного гена на мультифакториальном фоне привело к созданию нового класса моделей наследования частых заболеваний и количе­ственных признаков и даже целого направления, получив­

шего название генетической эпидемиологии. Уместно заме­тать, что понятие главного гена, которое используют для по­строения моделей, несколько отлично от классического. В классическом понимании главный ген — это ген, эффекты которого необходимы и достаточны для формирования при­знака на любом генетическом и внешнесредовом фоне. В ге­нетико-эпидемиологических моделях эффекты главного гена должны быть заметны на любом фоне, т.е. этот ген необхо­дим, но не утверждается, что он достаточен для формирова­ния признака. Иными словами, главный ген может быть не­полно пенетрантен. При этом проблема, при какой пене- трантности можно считать ген главным, решается чисто ста­тистическими методами. Первыми моделями такого рода были смешанная модель для аутосомного локуса Н. Морто­на и С.МакЛина, общая модель для генетического анализа родословных Р.Эльстона и Дж.Стюарта и др. Эти модели позволяли на основе количественного сравнения теоретиче­ски ожидаемых частот пораженных родственников пробан- дов от разных типов браков, а также в родословных при раз­ных моделях наследования с реально наблюдаемыми часто­тами выбирать наиболее адекватную модель наследования признака. Предполагалось, что таким путем можно будет найти частые заболевания, наследование которых лучше описывается моногенной моделью, чем мультифакториаль- ной моделью или моделью культурального, т.е. негенетиче­ского, наследования. Модели обычно сравнивали с помо­щью теста отношение правдоподобий. На деле лучшее соот­ветствие наследования заболевания моногенной модели дол­жно было означать, что в исследованной выборке семей с определенным заболеванием могут присутствовать в боль­шем или меньшем количестве семьи, в которых наблюдается менделирование, а заболевание обусловлено главным геном. При этом, правда, всегда оставался открытым вопрос, нет ли еще одной или многих моделей наследования, которые дадут еще лучшее соответствие теоретически ожидаемых и наблюдаемых частот пораженных тем или иным заболевани­ем. Так или иначе использование комплексного сегрегаци­онного анализа для выявления моногенно наследуемых форм среди мультифакториальных заболеваний оказалось успешным лишь в очень ограниченном числе случаев: при раке молочной железы (после чего были идентифицированы два гена рака молочной железы BRCA1 и BRCA2), рака пред­стательной железы и такого количественного признака, как уровень IgE. В большинстве случаев однозначно выбрать между моделью менделевского наследования и моделью мультифакториального наследования было чрезвычайно трудно или даже невозможно.

4. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Следует заметить, что сама идея генетической гетероген­ности мультифакториальных заболеваний и наличие в их со­ставе редких менделирующих форм, которая эксплуатируется в моделях комплексного сегрегационного анализа, оказалась плодотворной для выделения таких форм на основе клиниче­ского подразделения с выявлением каких-то особенностей в симптоматике или течении заболевания с последующим под­тверждением менделевского наследования этих форм с помо­щью классического сегрегационного анализа. Первым при­мером такого рода явилось выделение из ИБС Гольдштейном и Брауном в конце 70-х годов XX в. особой формы, так назы­ваемой семейной гиперхолестеринемии, обусловленной, как позднее было показано, дефектом рецепторов липопротеинов низкой плотности (ЛНП) и соответственно мутациями в гене рецепторов ЛНП. Семейная гиперхолестеринемия наследует­ся как неполно доминантный признак. Еще одним примером успешного выделения менделирующих форм из в целом мультифакториального заболевания на основе особенностей клинической симптоматики является MODY, или диабет взрослых у молодых. В последнее время MODY был подразде­лен еще на несколько форм, но для этого подразделения ис­пользовали уже методы анализа сцепления и картирования генов, как для классических моногенных заболеваний. Ред­кие менделирующие формы, выделенные на клинической основе, были обнаружены при многих мультифакториальных заболеваниях (табл. 11.1).

Таблица 11.1. Редкие мутантные формы некоторых мультифак­ториальных заболеваний

М

Заболевание

Редкая форма

утации в гене

Гиперлипиде- мия (ИБС)

Эссенциаль- ная гиперто ния

Семейная гиперхолесте­ринемия

Семейный дефект Аро-В-100

Альдостеронизм, исп­равляемый глюкокорти­ко идам и

Синдром Лиддля (псев- доальдостеронизм)

Псевдогипоальдостеро- низм, тип 2 (синдром Гордона)

LDLR, 19р13.2

Аро-В_} 2р23—р24

Неравный кроссинговер между генами синтазы альдостерона и стероид- 11|3-гидроксилазы

Ген эпителиального нат­риевого канала (SCNN2, SCNN3)

М

Редкая форма

Заболевание

утации в гене

Инсулиннеза- MODY2 висимый са-

MODY3

Синдром избытка минералокортикоидов

Ген почечной lip-гидро- кс и стер о идде гидр о ген азы

Ген инсулина

Ген рецептора инсулина Ген глюкокиназы

Я

MODY1

дерный фактор гепато- цитов 1а

Ядерный фактор гепато- цитов 4а

Кроме тех заболеваний, которые в качестве примера пред­ставлены в табл. 11.1, известны многие другие мультифакто- риальные заболевания, в рамках которых выделены мендели- рующие заболевания (язвенная болезнь желудка — синдром Золлингера, хронический панкреатит — семейный панкреа­тит и т.д.).

5. АССОЦИАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ

С МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ

Даже раньше, чем была предложена модель мультифакто- риального наследования Д.Фолкнером, в литературе появи­лись результаты первых исследований по ассоциациям между отдельными полиморфными генами и частыми неинфекци­онными и инфекционными заболеваниями. Идеология этих исследований проста: если гены имеют отношение к разви­тию частых заболеваний, то их определенные аллели, кото­рые можно назвать предрасполагающими, должны встречать­ся у больных чаще, чем в популяции . Другие аллели того же

гена должны встречаться реже, чем в популяции, и формаль­но должны выполнять защитную роль. Первые исследования ассоциаций между группой крови АВО и различными заболе­ваниями были выполнены еще в 20-е годы XX в. в Институте им. Н.К.Кольцова, хотя в литературе в качестве первых упо­минаются работы английских авторов по ассоциации группы крови АВО и рака желудка, проведенные в 50-е годы. Поиск ассоциаций между различными полиморфными системами и разными заболеваниями активно продолжается до сих пор. Его всплеск связан с изучением генов главного комплекса гистосовместимости HLA, для которых был показан очень высокий полиморфизм, а вскоре выявлены ассоциации со многими хроническими заболеваниями, особенно теми, в па­тогенезе которых предполагалась существенная аутоиммун­ная компонента. К последним относятся анкилозирующий спондилит, при котором антиген В27 встречается у 90 % бо­льных, болезнь Рейтера (тот же антиген В27 встречается поч­ти у 80 % больных при его частоте в популяции 5 %), псориаз (частота антигена Cw6 у больных составляет почти 80 %, а в популяции 33 %) и т.д. Второй всплеск интереса к поискам ассоциаций связан с изучением ДНК-полиморфизма разных типов, который выявляется практически во всех генах чело­века по мере их идентификации. Исследование ассоциаций генов системы HLA и ДНК-полиморфизмов в других генах в отличие от первых исследований ассоциаций между поли­морфными генами и хроническими заболеваниями, которые имели случайный характер, стали более целенаправленными, исходящими из имеющихся представлений о патогенезе забо­левания, с которым пытаются установить ассоциацию опре­деленной генетической системы, т.е. используется представ­ление о генах-кандидатах. В табл. 11.2 представлены некото­рые данные об ассоциациях ДНК-полиморфизма ряда локу­сов и некоторыми частыми хроническими заболеваниями.

Принципиально важен вопрос о том, что означают ассо­циации между полиморфными генами и хроническими заболева­ниями. Теоретически возможны несколько вариантов. Пер­вый предполагает, что соответствующий ген имеет непосред­ственное отношение к формированию предрасположенности, поскольку его продукт прямо или косвенно задействован в патогенезе заболевания. Из табл. 11.2 ясно, что гены АроЕ или АроВ, например, имеют самое непосредственное отноше-

<

ставленных данных по частоте аллелей маркерного локуса среди боль­ных и здоровых в независимых исследованиях. Следует помнить, что риск выявления ложных ассоциаций (особенно при одновременном изучении большого количества маркерных систем) достаточно высок, а обнаружение специфической ассоциации только в одном исследовании считается недостаточным для доказательства такой ассоциации.

Таблица 11.2. Ассоциации между некоторыми молекулярными маркерами и мультифакториальными заболеваниями

Заболевание	Ген	Предрасполагающие аллели
Г иперлипидемия	Аро-Е	е4
(ИБС)	Аро-В	ЛГ-аллель ПДРФ
	Apo-AI— СЗ—А4	?
	Печеночная липаза (LIPC)	Редкие аллели
Эссенциальная	Ген ангиотензинпревра-	Делеционный аллель
гипертония	щающего фермента (АСЕ)	в 16 интроне
	Ангиотензиноген	Thrl 74 -» Met
		Met235 -> Thr
	ATI	AI 166 ->• С

ние к липидному обмену и, следовательно, могут влиять на возникновение гиперлипидемии. В других случаях патогене­тический механизм ассоциаций остается неясным.

Второй вариант возникновения ассоциации более сложен. В этом случае ассоциирующий ген не имеет никакого отно­шения к заболеванию, но неравновесно сцеплен с другим ге­ном, который и является собственно предрасполагающим ге­ном. На основании стандартной процедуры выявления ассо­циаций выбрать, какой из вариантов является правильным, не представляется возможным. Ген, обнаруживающий ассо­циацию, или неравновесно сцепленный с ним ген предраспо­ложенности по определению не может быть главным геном. Напомним, что операционально главным геном может быть такой ген, в котором есть мутации, не встречающиеся у здо­ровых индивидуумов. В то же время в случае ассоциации мы имеем дело с полиморфным геном и аллели этого гена, чаще встречающиеся у больных, реже, но обязательно встречаются и у здоровых людей. Ассоциации могут также обусловливать­ся эпистатическим взаимодействием между генами, страти­фикацией популяции, в которой исследуют ассоциации, и другими причинами. В целом выявленные ассоциации между полиморфными генами и частыми заболеваниями не проти­воречат представлениям о мультифакториальном наследова­нии этих заболеваний. Есть только отдельные работы, в кото­рых предпринимались попытки подтвердить это эксперимен­тально. Одна из таких работ была сделана Н.Мортоном, ко­торый показал, что два гена, ассоциирующие с ИБС, взаимо­действуют между собой аддитивно.

В то же время другая линия исследований — изучение факторов риска при МФЗ — убедительно показывает слож­ную природу многих частых заболеваний. Эта линия исследо­ваний может рассматриваться тоже как поиск ассоциаций, но факторы риска могут быть не только генетическими, но и внешнесредовыми и достаточно сложными по своей природе. Например, для ИБС в качестве установленных факторов рис­ка выступают позитивный семейный анамнез, повышенное содержание холестерина липопротеинов низкой плотности и пониженное — холестерина липопротеинов высокой плотно­сти, высокий уровень апоВ, липопротеина а, фибриногена плазмы, гипертония, ожирение и увеличенное количество го- моцистеина. Все перечисленные факторы риска сами по себе наследуются мультифакториально и в значительной степени независимы друг от друга, поэтому при расчете риска для конкретного индивидуума их эффекты суммируются. Кроме генетически обусловленных факторов риска ИБС, в обшир­ных эпидемиологических исследованиях выявлены внешне- средовые факторы риска, в том числе диета с высоким содер­жанием жиров, сидячий образ жизни и курение. Сходным образом картина выглядит для других мультифакториальных заболеваний (МФЗ), таких как гипертоническая болезнь или сахарный диабет, бронхиальная астма и т.д.

Совершенно очевидно, что патогенетические представле­ния о природе частых заболеваний больше соответствуют мультифакториальной обусловленности их предрасположен­ности, хотя существование моногенных форм для большин­ства МФЗ заставляет нас с осторожностью относиться к та­кой параллели, как сложность патогенеза — сложность гене­тики.

6. КАРТИРОВАНИЕ ГЕНОВ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К МУЛЬТИФАКТОРИАЛЬНЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ

Новые возможности в изучении генетики МФЗ появились в связи с успешной реализацией программы «Геном челове­ка». Как известно, одной из основных целей этой программы является картирование генов, составляющих геном. Для того чтобы картировать ген наследственного заболевания, надо обнаружить его сцепление с маркерными генами. Маркерный ген должен обязательно быть полиморфным. Чем выше по­лиморфизм маркерного гена, тем больше его информативная ценность для анализа сцепления. У человека, учитывая небо­льшой размер семей, сцепление маркерного гена и гена забо­левания можно выявить только тогда, когда оба гена не толь­ко находятся в одной хромосоме, но и физически расположе­ны достаточно близко друг к другу. Из этого следует, что если мы заранее не имеем предположений о том, где распо­ложен ген, вызывающий заболевание, то для его локализации в нашем распоряжении должно быть большое количество по­лиморфных генетических маркеров, достаточно близко рас­положенных друг к другу, чтобы как можно реже разделяться кроссинговером и перекрывающих таким образом все 23 хро­мосомы (хромосому Y в большинстве случаев можно исклю­чить). По расчетам Ботстейна, таких маркеров должно быть несколько сотен на геном. Очевидно также, что должна быть известна локализация этих генетических маркеров в каждой хромосоме относительно друг друга. Этим условиям удовлет­воряют только ДНК-маркеры. Сначала это были маркеры, проявляющие ПДРФ, затем им на смену пришли микро- и мини-сателлиты, различающиеся числом простых повторов нуклеотидов в определенных участках хромосомы. Наконец, в настоящее время наиболее часто для анализа сцепления ис­пользуют так называемый однонуклеотидный полиморфизм (ОНП). ОНП теоретически наблюдаются с частотой 1 на 100—300 нуклеотидов, по форме они представляют собой диаллельные полиморфизмы. При такой частоте ОНП удов­летворяют требованиям, которые предъявляются к маркерам для широкомасштабного исследования сцепления.

Сама идея картировать гены предрасположенности к МФЗ существует давно, однако ее реализация, как должно быть яс­ным из предыдущих рассуждений о маркерах, не могла до последнего времени осуществиться. Действительно, если есть гены предрасположенности к определенному МФЗ, то они должны быть сцеплены с заболеванием. Однако в отличие от менделирующих заболеваний, когда только один ген должен быть сцеплен с заболеванием, но зато это сцепление должно быть абсолютным, при МФЗ сцепление должно выявляться для всех генов, участвующих в формировании предрасполо­женности, однако это сцепление будет неполным, так как со­ответствующий ген встречается не у всех больных с МФЗ. Чем меньший вклад гена в формировании предрасположен­ности, тем слабее он должен быть сцеплен с заболеванием. Первыми кандидатами на обнаружение сцепления являются гены, ассоциирующие с МФЗ, но они вовсе не обязательно действительно должны оказаться сцепленными с заболевани­ем, поскольку теоретически ассоциация, как уже было сказа­но, может быть обусловлена неравновесием по сцеплению с другим геном, собственно определяющим предрасположен­ность, а этот ген может быть расположен в другой хромосоме и физически может быть не сцеплен с полиморфным геном, проявляющим ассоциацию.

К настоящему времени проведено большое число исследо­ваний сцепления между различными генами-кандидатами и разными мультифакториальными заболеваниями. Вместо того чтобы анализировать результаты этих многочисленных

исследований, в качестве примера остановимся на анализах сцепления для бронхиальной астмы, проведенных методом геномного скрининга, который позволяет одновременно вы­являть все участки всех хромосом, проявляющих сцепление с бронхиальной астмой (табл. 11.3).

Таблица 11.3. Результаты изучения сцепления бронхиальной астмы с различными участками генома человека

Исследовательские проекты	Хромосомы с потенциальным сцеплением	Хромосомы с подтвержденным сцеплением
Оксфорд — амери­канское совместное исследование	4, 6, 7, 11, 13, 16	16, 13, 4
европеоиды	5q23-31, 6р2].3-23, 11р15, 12ql4-24.z, 13q2L3, 14ql 1.2-13, 19ql3, 5pl5, 17pll.l-ql 1.2
негры латиноамериканцы	2q33, 12q 14—24.2, 21q21
Гаттериты	5q23-31, 12ql5-24.1, 19ql3, 21q21, 3p24.2~22

Одно исследование было проведено в Оксфорде, второе в США в рамках совместного проекта по изучению генетики астмы и третье — для гаттеритов Северной Дакоты. Из резуль­татов этих трех исследований вытекает, что достаточно боль­шое количество локусов возможно сцеплено с бронхиальной аст­мой. Однако только часть из них выявлена больше чем в одном исследовании. К последним относятся локусы в 5q, 6р, llq, 12q и 13q. В ряде случаев ранее с помощью ассоциаций было показано, что в сцепленных с астмой регионах хромосом лока­лизуются гены-кандидаты. Так, в llql3 картирован ген рецеп­тора иммуноглобулина Е, в 5q — гены цитокинов, в 12q — гены инсулинподобного фактора роста, синтазы закиси азота, альфа-интерферона и ряд других генов, в 6q — ген фактора не­кроза опухолей и главный комплекс гистосовместимости и т.д. В других работах, в которых также использовали геномный скрининг для выявления хромосомных регионов, проявляю­щих сцепление с бронхиальной астмой, сцепление локусов, картированных в 5q, бр, llq, 12q и 13q, не подтвердилось.

Мы не будем далее развивать тему генетической основы патогенеза бронхиальной астмы, а отметим, что сходные по форме результаты геномного скрининга на выявление регио­нов хромосом, сцепленных с тем или иным частым заболева­нием, проведены для обеих форм сахарного диабета, колита, ожирения, псориаза, рассеянного склероза, атеросклероза и др. Это сходство заключается в том, что ряд хромосомных ре­гионов обнаруживает не очень ярко выраженное сцепление с перечисленными заболеваниями, т.е. пока условно картиру­ется множество локусов, формирующих предрасположен­ность к МФЗ, и это является еще одним доказательством того, что природу частых заболеваний, по крайней мере основной массы случаев каждого заболевания, не удается упростить до эффектов главного гена.

В то же время еще сохраняется надежда на то, что плано­мерное и масштабное изучение ассоциаций и сцепления ге- нов-кандидатов по патогенезу позволит выявить такие МФЗ (или отдельные клинические формы МФЗ), предрасположен­ность к которым может быть описана взаимодействием адди­тивным или неаддитивным небольшого числа генов в рамках так называемых олигогенных моделей. Мерилом реальности таких моделей будет служить то, какая часть предрасполо­женности к тому или иному МФЗ может быть объяснена олигогенной моделью.

Заболевания, в этиологии которых существенна генетиче­ская компонента, но характер наследования которых не может быть объяснен простыми менделевскими правила­ми, образуют группу так называемых мультифакториаль- ных заболеваний. К ним относятся практически все час­тые неинфекционные заболевания и изолированные врожденные пороки развития. Предполагают, что в основе мультифакториальных заболеваний лежит взаимодействие большого количества генетических и внешнесредовых факторов.

Для объяснения характера наследования мультифакто­риальных заболеваний предложена так называемая поро­говая модель, согласно которой генетическая и внешне- средовая компоненты предрасположенности к заболева­нию имеют нормальное распределение в популяции. Пред­расположенность больных превышает гипотетический по­рог, положение которого на кривой нормального распреде­ления задается частотой заболевания в популяции.

При мультифакториальных заболеваниях (в отличие от моногенных) повторный риск не является постоянной ве­личиной, а зависит от числа пораженных родственников в семье, тяжести заболевания у пробанда, а при разной по- ражаемости полов — от пола пробанда.

Наследуемость служит оценкой доли в общей фенотипи­ческой изменчивости предрасположенности к заболеванию, изменчивости, обусловленной генетическими факторами.

В развитие модели мультифакториального наследования были разработаны многочисленные статистические моде­ли наследования с учетом возможного эффекта главного гена. Все эти модели в большей или меньшей степени ба­зируются на отклонении в характере распределения пред­расположенности от кривой нормального распределения.

Использование этих моделей, а также иных подходов позволило выделить среди некоторых мультифакториаль­ных заболеваний моногенно наследующиеся формы, при­мерами которых являются MODY (диабет взрослых у мо­лодых) и семейная гиперхолестеринемия, обусловленная недостаточностью рецепторов липопротеинов низкой плотности.

Одним из способов выявления генов, которые могут иметь отношение к предрасположенности к мультифакто- риальным заболеваниям, является изучение ассоциаций между различными генетически полиморфными система­ми и соответствующими заболеваниями. В качестве меры силы ассоциации используют коэффициент Вульфа.

В настоящее время предпринимаются попытки выявле­ния генов предрасположенности к различным мультифак- ториальным заболеваниям с помощью анализа сцепления заболеваний с полиморфными генетическими маркерами.

Главу «Фармакогенетика» логично расположить за главой «Мультифакториальное наследование», поскольку в особен­ностях генетической обусловленности реакций организма на лекарства и, в частности, метаболизма лекарственных препа­ратов и связанных с ним побочных реакций в ответ на прием лекарственных препаратов, с одной стороны, и генетической природой предрасположенности к мультифакториальным за­болеваниям — с другой, есть много общего.

Термин «фармакогенетика» был предложен А.Мотульски в 1957 г. для раздела генетики, который изучает генетический контроль метаболизма лекарств. Позднее к фармакогенетике стали относить также изучение тех наследственных болезней, симптомы которых проявляются или усиливаются при прие­ме некоторых лекарственных средств. В более общем виде фармакогенетику можно определить как изучение генетиче­ской изменчивости, ассоциирующей с дифференциальным отве­том разных индивидуумов на прием лекарств.

То что эффективность действия различных лекарств на разных людей значительно различается, факт хорошо изве­стный. По тому, какой лечебный эффект достигается от применения любого препарата, вся популяция может быть разделена на хорошо отвечающих, слабоотвечающих и средне- отвечающих. Последняя группа в большинстве случаев коли­чественно является основной. В европейской популяции, например, примерно 20 % людей не отвечают на прием p-блокаторов, более 50 % — на прием р-агонистов и более 30 % — на прием трициклических антидепрессантов. Широ­ко варьирует также процент лиц с повышенной чувствитель­ностью к действию разнообразных лекарственных средств. Причинами такой различной чувствительности могут быть особенности метаболизма лекарств, различная способность лекарств связываться с мишенями для их действия, разли­чия в количестве мишеней, различия в патогенезе опреде­ленного заболевания у разных лиц. Все эти причины могут быть обусловлены в большей или меньшей степени генети­чески. Кроме того, различия в ответе на лекарственные пре­параты могут быть обусловлены факторами внешней среды, такими как стиль жизни, диета, прием других медикаментов и др.

Фармакогенетика наиболее интенсивно изучала связь между эффективностью действия лекарств и особенностями их метаболизма у разных индивидуумов.