Журнал «Боль. Суставы. Позвоночник» 2 (06) 2012

Вступ

Недосконалий остеогенез (osteogenesis imperfecta, НO) включає в себе групу генетичних захворювань, що супроводжуються порушеннями будови колагену та проявляються структурним дефектом, який призводить до надмірної крихкості кісток. У кінці 70-х років ХХ століття Девід Сіленс (David Sillence) розробив першу систематичну класифікацію захворювання, в основі якої лежить тяжкість клінічного перебігу захворювання [1].

Причиною хвороби є неправильна будова та/або недостатність колагену 1-го типу в кістках, що призводить до зниження міцності кістки та її деформації внаслідок розтягнення або стиснення. У переважній більшості в основі НО лежать мутації в генах, що кодують ланцюги α1 і α2 колагену 1-го типу (COL1A1 і COL1A2) [2]. В останні роки описуються нові випадки НО, що, незважаючи на ідентичну або дуже схожу клінічну картину, не пов’язані з мутаціями в генах, які кодують ланцюги колагену, а пов’язані з мутаціями генів, які беруть участь у трансформації проколагену. На сьогодні в базі ОMIM® (Online Mendelian Inheritance In Man: http://omim.org/) можна знайти 12 типів НО з різними клінічними проявами й типами успадкування [3–7]. Нові типи НО були виділені в більшості випадків у зв’язку з відкриттям нових генів, що беруть участь у біо­синтезі колагену, але без зв’язку з фенотипом. Ці розбіжності між генетичним субстратом та фенотипом захворювання стали причиною великої плутанини в класифікації та насамперед показали труднощі в застосуванні нової розширеної класифікації Сіленс у клінічній практиці. Таким чином, за останні десятиліття були зроблені спроби щодо рекласифікації НО, в основі якої лежить клінічна картина хвороби, яка, напевно, має бути більш корисною в клінічній практиці.

І. Історія назви та епідеміологія недосконалого остеогенезу

Недосконалий остеогенез (osteogenesis imperfecta, незавершене окостеніння, синдром Лобштейна — Екмана, синдром Вроліка, glass-bone disease (захворювання скляних кісток), brittle bone disease (захворювання крих-ких кісток)) — група спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням структури колагену, які проявляються в надмірній крихкості кісток (так звані крихкі кістки). Найдавніший випадок захворювання пацієнта на НО налічує понад 3000 років і відноситься до опису мумії дитини з часів Стародавнього Єгипту [8]. Натомість у кінці вісімнадцятого століття (1788) Олаус Якоб Екман представив першу наукову доповідь про пацієнта з НО, у якій описав випадок вродженої крихкості кісток і запропонував назву «вроджена остеомаляція» [9]. Термін «недосконалий остеогенез» був уперше використаний для опису хвороби голландським лікарем Віллемом Вроліком (1801–1863), який уперше запідозрив генетичний субстрат хвороби [10]. Перші відомості про механізми успадкування НО сягають кінця дев’ятнадцятого століття та представлені Мартіном Шмідтом Бенно.

НО зустрічається з частотою 1 : 15 000 пологів [11], але до епідеміологічних даних слід ставитися з обережністю у зв’язку з можливістю безсимптомного перебігу захворювання. Зокрема, у значної частини пацієнтів із легшими типами захворювання та невеликою кількістю переломів діагноз НО не встановлюється, що іноді викликає серйозну клінічну проблему. Хвороба зустрічається з однаковою частотою серед представників обох статей та в усіх етнічних та расових групах.

II. Патофізіологія недосконалого остеогенезу: нові відкриття

Спочатку хворобу пов’язували із нонсенс- (non-sense) або місенс- (missense) мутаціями у двох генах кодування ланцюгів α1 (I) і α2 (I) проколагену першого типу — COL1A1 (локус: 17q21.3) і COL1A2 (локус: 7q21.3) відповідно. Таким чином, колишнє визначення цієї хвороби — колагенопатія першого типу. На сьогодні виявлено понад 2000 різних мутацій у генах колагену, що викликають НО та включені в міжнародну базу даних (http://www.le.ac.uk/ge/collagen/) [12, 13]. Для того щоб зрозуміти патогенез захворювання, потрібно мати загальне уявлення про різні етапи біосинтезу колагену типу I.

Ланцюги першого типу колагену, основного структурного білка матриксу кістки, за структурою є гетеротримерами та побудовані із трьох лівозакручених ланцюжків проколагену: двох α1 і одного α2, які закручені за годинниковою стрілкою один з одним, щоб сформувати суперспіраль. Спочатку ланцюги синтезуються у вигляді про-α-поліпептидів, які завершуються N- та C-пропептидами, необхідними для з’єднання α1- і α2-ланцюгів у потрійну спіраль. Кожен із ланцюгів характеризується певною первинною структурою: домен білка складається з трипептидних фрагментів гліцину (Gly)-XY, які часто повторяються. Наявність залишків Gly у кожному третьому положенні білкового ланцюга колагену є абсолютно необхідною умовою для створення потрійної спіралі. Це пов’язано з тим, що залишки Gly є настільки малими, що це дозволяє їм поміститися в осьовому положенні компактної структури потрійної спіралі. Найбільш поширеним складом трипептидних фрагментів у ланцюзі колагену є Gly-Pro-X і Gly-X-Hyp, де X — будь-яка інша амінокислота, крім Gly, Pro (проліну) і Hyp (оксипроліну). Крім того, досить часто в складі трипептидів зустрічаються залишки амінокислоти лізину (Lys). Гідроксипролін (також гідроксилізин) утворюється в процесах гідроксилювання посттрансляційної модифікації проколагенових ланцюгів, тому дефекти в генах, що кодують ферменти, які беруть участь у цьому важливому процесі, є одним із недавно виявлених патологічних механізмів розвитку рецесивних форм НО, які будуть обговорюватися пізніше в цій статті. Декілька інших білків мають таку ж закономірність. Описана будова дозволяє α-ланцюгам прийняти чітку конформацію внаслідок взаємодії між залишками амінокислот. Як уже згадувалося раніше, три молекули проколагену, скручуючись, утворюють тропоколаген, структура якого має потрійну компактну спіраль. Ковалентний та водневий зв’язки (останній утворюється між гідроксилізином і гидроксипроліном) відіграють ключову роль у стабілізації колагенової спіралі, а також суттєво впливають на остаточну форму колагенових волокон [14, 15].

Існує два основних класи мутацій генів колагену першого типу, які пов’язані з НО.

1. Перший клас мутацій — це нонсенс-мутації або мутації, пов’язані із зсувом рамки зчитування (frameshift), поява (наявність) кодона із достроковим припиненням транскрипції викликає кількісні дефекти колагену І типу, при цьому виробляється лише половина необхідної кількості колагену (haploinsufficiency). У даному випадку структура колагену в нормі. Описаний тип мутацій викликає легкий перебіг НО І типу.

2. Другий клас мутацій пов’язаний з неправильною послідовністю амінокислот в α1- або α2-ланцюгах, що викликає патологічну внутрішню структуру колагену типу I. Найбільш поширеним типом мутацій є заміна залишків Gly на залишки інших амінокислот, у результаті чого виникає деформація компактної потрійної спіральної структури колагену та її нестабільність.

За останні роки знання про процес біосинтезу колагену й роль генів, залучених у його різних етапах радикально змінилися, хоча багато чого ще залишається невідомим. Було декілька відкриттів щодо мутацій в інших генах, які не є структурними генами колагену, але відіграють важливу роль у метаболізмі посттрансляційних змін: з’єднанні α1- і α2-ланцюгів [17], закручуванні потрійної спіралі [18], від’єднанні N- та C-термінальних пропепдидів та стабілізації потрійної спіралі в процесі з’єднання ланцюгів колагену в колагенові волокна (формування фібрил). Мутації в цих генах є патологічним механізмом розвитку рідких, часто тяжких і рецесивно успадкованих форм НО. На сьогодні відомо принаймні вісім таких генів: CRTAP, LEPRE1, PPIB, SERPINH1, FKBP10, PLOD2, SP7 і SERPINF1. Молекулярно-генетичні відкриття також привели до необхідності по-новому поглянути на НО та на нові концепції даної хвороби.

CRTAP, LEPRE1 i PPIB

Хрящ-асоційований білок CRTAP (cartilage associated protein) разом із проліл-3-гідроксилазою-1 (prolyl-3-hyd­ro­xylase-1; P3H1) і циклофіліном B (cyclophilin B; CyPB) формують білковий комплекс CRTAP/P3H1/CyPB, закодований генами CRTAP, LEPRE1 і PPIB, чия роль полягає в 3-гідроксилюванні залишку проліну в положенні 986 ланцюгів α1 (I) проколагену [19]. Комплекс CRTAP/P3H1/CyPB, імовірно, діє як цис-транс-пролін-ізомераза і виконує шаперонну функцію (molecular chaperone), беручи участь у процесі формування потрійної спіралі з проколагенових ланцюгів [20, 21].

Мутації в гені CRTAP (локус: 3p22) пов’язані з виникненням рецесивно успадкованого НО VII типу [6, 22]. Мутації в гені LEPRE1 (локус: 1p34.2) викликають VIII тип НО [7]. Мутації в гені PPIB (локус: 15q22.31) зумовлюють НО IX типу [23].

SERPINH1

Ген SERPINH1 (локус: 11q13.5) кодує колаген-зв’язуючий білок HSP47, який виконує шаперонну функцію в ендоплазматичному ретикулумі. HSP47 контролює цілісність потрійної спіралі й відповідає за транспорт проколагенового ланцюга з ендоплазматичного ретикулуму в апарат Гольджі. Дисфункція гену лежить в основі X типу НО [24].

FKBP10 i PLOD2

Нещодавно виявлені гени FKBP10 (локус: 17q21) і PLOD2 (локус: 3q24) відіграють важливу роль у виникненні синдромів перекриття (overlap sydromes) — рецесивні формі НО (XI тип) та синдром Брука [25–27].

SP7

Ген SP7 (локус: 12q13) кодує Osterix, тобто фактор транскрипції остеобластів, відіграє провідну роль у кісткоутворенні, лежить в основі XII типу НО [28, 29].

SERPINF1

Ген, розташований на хромосомі 17p13.3, кодує фактор пігментного епітелію (PEDF), який, окрім того, що є потужним інгібітором ангіогенезу, відіграє важливу роль у формуванні кісткової тканини та її ремоделюванні. Вважається, що втрата PEDF у результаті мутації гена SERPINF1, викликає рецесивно успадкований VI тип НО [30].

IІІ. Типи успадкування НО

У більшості випадків (85–90 %) НО успадковується аутосомно-домінантним шляхом і пов’язаний з мутаціями у структурних генах колагену COL1A1 і COL1A2. Решта 10–15 % — аутосомно-рецесивним шляхом і є результатом мутації в генах, які беруть участь на різних етапах біосинтезу колагену.

IV. Клінічні прояви

Клінічні прояви хвороби залежать від типу захворювання, а також можуть відрізнятися в межах одного типу. Найважливішим симптомом НО є дуже велика кількість низькоенергетичних переломів кісток, деколи переломи відбуваються під час сну. Іншими дуже характерними симптомами є: остеопороз (визначається багатьма факторами, але він не є основою хвороби) та кондуктивна/змішана втрата слуху з пізньою маніфестацією (у 20–30 років) у результаті фіксації основи стремінця та мікропереломів слухових кісточок.

До інших клінічних симптомів залежно від типу захворювання відносять:

— голубі/сіро-голубі склери (blue sclerae) — не є патогномонічним симптомом, але він дуже характерний для НО;

— низькорослість;

— скелетні деформації: шаблеподібні деформації довгих кісток, сплощення черепа (platycephalia), викривлення хребта (надмірний кіфоз, сколіоз), бочко-, воронко- або кілеподібна грудна клітка, трикутна форма лицевого скелета;

— недосконалий дентиногенез (dentinogenesis imperfecta), який іноді є основою для виділення підтипів захворювання: А — без порушення дентиногенезу, B — з порушенням дентиногенезу;

— обмеження здатності рухатися та самостійно себе обслуговувати, у тому числі повна інвалідність;

— надмірне розтягнення зв’язок;

— загальна дистонія м’язів;

— рестрикційна вентиляційна недостатність за рахунок деформації грудної клітки;

— запори;

— дефіцит маси тіла або ожиріння.

V. Діагностика недосконалого остеогенезу

Незважаючи на детальне вивчення генетичної основи й шляхів успадкування хвороби, діагностика НО продовжує базуватися на клінічній картині захворювання. Молекулярне дослідження (для виявлення відповідних мутацій) є можливим, однак перешкодами є недоступність цих методів та їх висока ціна. У той самий час наявність мутацій не є достатнім фактором для встановлення діагнозу та жодним чином не впливає ні на терапевтичний процес, ні на рішення щодо початку медикаментозного лікування. Це пов’язано з нез’ясованою залежністю генотипу і фенотипу. Ступінь тяжкості захворювання залишається головним критерієм оцінки хворих на НО. Молекулярні дослідження можуть бути дуже корисними в пренатальній діагностиці та для підтвердження клінічного діагнозу в пацієнтів з уродженим НО, що зумовлено значним скороченням витрат на визначення однієї, вже відомої мутації, раніше виявленої в батьків або ж у братів та сестер.

IV. Класифікація НО: дилеми та інновації

НО — це захворювання з різноманітною клінічною картиною, ступенем тяжкості, кількістю переломів, ступенем деформації скелета та існуванням інших клінічних ознак, таких як недосконалий дентиногенез (dentinogenesis imperfecta), голубі склери (blue sclerae), трикутна форма обличчя, низькорослість. У 1979 році Девід Сіленс запропонував першу класифікацію на підставі клінічних критеріїв, що використовується до сьогодні для опису певного континууму клінічної тяжкості захворювання [1].

У наступні роки на основі гістоморфометрії та рентгенологічної картини, що спостерігалася в деяких пацієнтів, з початково встановленого діагнозу НО IV типу було відокремлено два нових види захворювання:

— НО V типу: характеризується ретикулярною структурою кісткової тканини при мікроскопії. У пацієнтів спостерігається часте утворення великої, гіперпластичної кісткової мозолі в місці перелому (hyperplastic callus). Ще однією дуже характерною рисою є кальцифікація міжкісткової мембрани, що приводить до обмеження ротації передпліччя/гомілки. Досі невідомим залишається механізм успадкування (ймовірно, AD) та не відокремлено відповідальний ген [3, 31]. На сьогодні у світі описані 36 випадків.

— НО VI типу: характерна мікроскопічна картина: вигляд риб’ячої луски в біоптатах кістки. Тип успадкування — аутосомно-рецесивний. У 2011 році виявили ген, швидше за все, пов’язаний із проявами хвороби, — SERPINF1 [4, 29, 32]. На сьогодні описані 11 випадків.

Широке впровадження молекулярної діагностики дозволило виявити те, що деякі пацієнти з летальною та тяжкою формою НО, яка супроводжується множинними деформаціями, не мали мутацій у структурних генах колагену [33]. Таким чином, було відкрито два нових типи НО:

— НО VII типу: спочатку був відокремлений на основі аутосомно-рецесивного шляху успадкування [34]. Клінічно нагадує IV або частіше II тип, залежно від типу мутації у відповідальному гені CRTAP. Фенотипічні риси: білі склери, мікроцефалія, кругле обличчя, вкорочення плечової та стегнової кістки (rhizomelia), варусна деформація шийки стегнової кістки (coxa vara), низькорослість.

— НО VIII типу зумовлений дефіцитом проліл-3-гідроксилази-1 (P3H1), викликаної мутацією в гені LEPRE1. Клінічно нагадує II або III тип і характеризується наявністю звичайного забарвлення склер, значної затримки росту та вираженого порушення мінералізації [7].

Зрештою це призвело до розширення класифікації Сіленса. У 2004 році було опубліковано змінену класифікацію Сіленса, у якій виділяли сім типів НО — I–VII [35]. У 2007 році після відкриття причинного зв’язку між НО та мутацією в гені LEPRE1 список був розширений до VIII типу НО [7].

В останні декілька років після відкриття чергових генів (PPIB, SERPINH1, FKBP10 і SP7), що беруть участь у біосинтезі колагену, виділені та описані наступні типи НО, яким присвоєні порядкові номери від IX до XII. Клінічно нові типи НО суттєво не відрізняються від описаних раніше Сіленсом, а їх відмінність полягає в мутації гену, який відповідає за виникнення симптомів НО. Таку велику кількість типів захворювання розрізняють на основі моделі успадкування, у той самий час відсутність характерного фенотипу викликає плутанину в термінології та недостатнє застосування такої класифікації на практиці. Таким чином, в останні роки продовжується дискусія щодо перегляду класифікації й спроби стандартизувати термінологію.

У 2010 році Ван Дійк (van Dijk) та співавтори запропонували нову класифікацію [36], в основі якої лежить ступінь тяжкості симптомів і характерний фенотип, подібно до загальноприйнятої класифікації Сіленса. Тільки в даному випадку автори пропонують визначати зв’язок з конкретним геном, мутація якого відповідає за прояв даного типу захворювання. На сьогодні типи захворювання представлені як VII–XII у зв’язку з аналогічною симптоматикою, запропоновано класифікувати залежно від клінічної картини як II, III або IV тип, із зазначенням гену, що відповідає за фенотип. V тип було вирішено залишити, з огляду на характерну рентгенологічну картину. VI тип класифікації автори виділяють окремо лише через наявність характерної гістологічної картини.

Подібний підхід до вирішення проблеми представляють автори праці «Нозологія та класифікація генетичних захворювань скелета — 2010 р. перегляду» (Nosology and Classification of Genetic Skeletal Disorders — 2010 Revision). У розділі, присвяченому недосконалому остеогенезу, підкреслюють недостатність зв’язків між клінічною картиною захворювання, тяжкістю клінічних проявів хвороби та окремими типами мутацій гену, які відповідають за прояви хвороби. Дослідники пропонують використовувати класифікацію Сіленса, як загальноприйняту форму опису ступеня тяжкості НО, та відокремити дану класифікацію від генетичної складової. На думку авторів зазначеної праці тільки примноження типів захворювання лише на підставі нововиявлених генів, залучених у патогенез захворювання, приносить більше плутанини і не знаходить застосування в клінічній практиці [37].

На нещодавній 11-й Міжнародній конференції з недосконалого остеогенезу в Дубровнику (2–5.10.2011 р.) відбулася тривала дискусія, присвячена питанням перегляду класифікації й термінології НО. Більшість дослідників (у тому числі присутній на цій конференції автор історичної класифікації 1979 р. Девід Сіленс з Австралії) погодилися, що тільки генетичний підхід у відриві від клінічної картини є дуже клопітким на практиці. Крім того, виділення чергових видів захворювання в міру відкриття нових генів не змінює тактики та способу лікування хворих. Тому необхідним є раціональний і практичний консенсус лікування НО, який виходить із клінічної класифікації, що ґрунтується на молекулярній основі та підтверджується думкою як Ван Дійка (van Dijk) [36], так і Варманна (Warmann’a) [37], хоча і в дещо іншому трактуванні.

VІІ. Післямова

Нова класифікація недосконалого остеогенезу очікувалася протягом тривалого часу. Сьогодні ми є свідками еволюції поглядів та систематичного перегляду типів НО. Сучасна класифікація й термінологія НО відображає значний прогрес у галузі генетичних досліджень цього захворювання. Точне визначення мутацій та молекулярна діагностика є дуже важливою з пізнавальної та наукової точки зору, а також в аспекті генетичного консультування та прогнозування. У новій переглянутій класифікації істотно впорядковані механізми хвороби та насамперед підкреслена важливість клінічних симптомів у практичному підході до недосконалого остеогенезу. Слід ще раз відзначити, що НО не передбачає значної узгодженості між генотипом, фенотипом та клінічною формою. Ось чому фенотип (збільшення кількості симптомів) і прогресування захворювання відіграють вирішальну роль у прийнятті рішень щодо лікування, вибору й тривалості фармакотерапії, ортопедичного лікування, фізіотерапії та реабілітації.

Перекладачі В.В. Кузів, Н.І. Балацька