Гены шизофрении? Полученные данные и их патофизиологическое значение

Харрисон П., Оуэн М. Шизофрения наследуется, но неясно, какие гены вовлечены в этот процесс. Идентификация таких генов необходима для окончательного выяснения патогенеза шизофрении, а также для разработки более эффективных методов терапии. H. Stefansson с сотрудниками [Am J Hum Genet 2002; 71: 877-92] показали ассоциацию с шизофренией гена нейрегулина (NRG1). Другие недавние исследования описывают шесть дополнительных генов предрасположенности к данному заболеванию. Участие этих генов в патогенезе шизофрении биологически допустимо, они могут оказывать конвергентное воздействие на глутаматергический и другие синапсы. Мы рассмотрим доказательства по каждому гену, возможные патогенетические механизмы, а также значение всех этих данных. Учитывая тот факт, что проводимые ранее повторные исследования были неудачны, к данным результатам следует относиться осторожно. Главное - это однозначное подтверждение при повторных исследованиях. Необходимо исследовать все: соответствующий вклад каждого гена, взаимодействие между их продуктами и эпистатические эффекты. Подтверждение предрасположенности какого-либо из генов к развитию шизофрении может привести к такому же быстрому прогрессу терапии, как это произошло недавно с болезнью Альцгеймера. Коэффициент наследуемости шизофрении составляет 80%. Тем не менее поиск ассоциированных хромосомных локусов и генов идет медленно и малорезультативно. Вероятно, это связано с тем, что существуют несколько генов, каждый из которых в отдельности производит слабый эффект, действуя в совокупности с эпигенетическими и средовыми факторами. Исследования также осложняют некоторые практические трудности, особенно недостаток моногенных (менделирующих) форм и отсутствие методов диагностики нейропатологических или других биологических маркеров синдрома (синдромов) [1]. Несмотря на это, постепенно накапливаются проверенные повторными экспериментами данные о сцеплении с несколькими хромосомными локусами. Двухфакторный мета-анализ выявил локусы 8р и 22р, а также 2, 3р, 5q, 11q, 13q и 20р [2,3]. В нескольких статьях, опубликованных в последние месяцы, описываются 7 генов, которые гарантированно можно назвать «генами шизофрении». Один из оппонентов назвал такой прогресс «действительно знаменательным событием в истории психиатрии» [4]. Безусловно, доказательством значения этих генов прежде всего являются прочные статистические данные, а также их допустимость с точки зрения нейробиологии, поскольку контролируемые ими процессы вовлечены в патогенез заболевания. Текущие исследования Большинство исследований (табл. 1) акцентировались на участках хромосом, выявленных ранее, и использовали различные методы, чтобы выявить конкретный участок сцепления, идентифицировать однонуклеотидные замены (SNP) внутри этого участка, найти их ассоциацию с шизофренией и идентифицировать гены-кандидаты, содержащие ассоциированные SNP и гаплотипы (комбинации SNP). Исландская фирма deCODE Genetics первой провела широкомасштабное исследование генома, подтвердившее информацию о сцеплении с шизофренией 8 хромосомы (8р). Затем ученые идентифицировали несколько маркеров в гене нейрегулина 1 (NRG1), образующих основной гаплотип, показавший значительную ассоциацию (относительный риск 2.1) с шизофренией [5]. Почти идентичный паттерн был обнаружен и в популяции Шотландии [6]. Straub с коллегами [7] изучали в ирландских семьях сцепленный участок внутри широкой области сцепления 6р и использовали семейный ассоциативный анализ SNP и гаплотипов для идентификации гена дисбиндина (DTNBP1). Очень важные ассоциации были найдены для SNP в 4, 5 и 6 интронах. Исследование, проведенное в Германии [8], подтвердило ассоциацию одной из SNP и гаплотипа, состоящего из трех SNP. Однако выводы, сделанные в результате этих исследований, расходились в отношении того, какие аллели, редкие или частые, чаще всего передаются для каждого маркера. Чумаков И.М. с сотрудниками [9] создали карту SNP области 13q22-34 и установили несколько ассоциаций с шизофренией как SNP, так и гаплотипов содержащегося в ней G72, нового гена, специфичного для приматов. Затем с помощью дрожжевой дигибридной системы был идентифицирован белок D-аминоацилоксидаза (DAAO), который взаимодействует с G72. DAAO сам сцеплен с шизофренией, и комбинация генотипов DAAO/G72 оказывает на развитие заболевания синергический эффект. Изучение регулятора передачи сигнала G-белка-4 (RGS4) [10], локализованного в области 1q21-22 [12], было вызвано тем, что исследование на микрочипах выявило снижение его экспрессии при шизофрении [11]. Были идентифицированы 26 SNP, затрагивающих RGS4, некоторые из них, расположенные в 5'-нетранслируемой области и в 1 интроне, показали ассоциацию с шизофренией. Ассоциация была показана на трех семейных примерах, хотя и для несколько различных паттернов [10]. Liu с сотрудниками [13] доложили о наличии комплексного паттерна ассоциаций между SNP в гене пролиндегидрогеназы (PRODH) и шизофренией. Изучение этого гена проводилось в связи с тем, что он расположен в локусе 22q11 (данный участок делетирован при велокардиофасциальном синдроме [VCFS], при котором с высокой частотой развиваются психозы [14]), а также потому, что у мышей с инактивированным PRODH наблюдались сходные с шизофренией нарушения сенсомоторики [15]. Результаты по PRODH не подтвердились повторными исследованиями [16]. Shifman с сотрудниками [17], продолжая начатую ранее работу [18], обнаружили значительные ассоциации SNP в гене катехол-О-метилтрансферазы (СОМТ) c шизофренией. Этот ген также локализован в участке, делетированном при VCFS. СОМТ играет важную роль в кортикальном метаболизме дофамина [19], деградируя катехоламины. Давно известно, что при шизофрении происходят нарушения в дофаминергической передаче, поэтому СОМТ может также являться геном-кандидатом. Что интересно, одна из SNP в 158 кодоне СОМТ (Вал/Мет) изменяет активность данного фермента, оказывая влияние на функцию передней доли [18] и пресинаптическую дофаминергическую активность [20], обусловливая биологическую корреляцию ассоциации с шизофренией. Интерпретация результатов генетических исследований Результаты генетических исследований потенциально очень важны, но к ним следует относиться осторожно. Во-первых, в каждом гене несколько SNP показывают ассоциацию с шизофренией, но при этом редки данные о большой важности индивидуальных замен. Эти данные основываются на степени ассоциации гаплотипов, вытекающей из расчетов, которые очень чувствительны даже к редким ошибкам генотипирования. Во-вторых, в ряде случаев (DTNBP1 и RGS4) ассоциации, хотя и хорошо подтвержденные, показаны для разных аллелей и гаплотипов, что затрудняет интерпретацию результатов, однако не является беспрецедентным [8]. В-третьих, за исключением, возможно, СОМТ, никакие результаты различных исследований не могут быть объяснены ассоциациями между шизофренией и вариантами с повторяющимися последовательностями, т.е. такими, которые ведут к изменению аминокислотной последовательности белка или которые воздействуют на экспрессию гена или сплайсинг. В-четвертых, ни одна ассоциация не была достаточно велика, чтобы полностью объяснить обнаруженное сцепление, служившее предпосылкой каждого исследования. Эти наблюдения можно было бы объяснить тем, что полиморфные маркеры неравновесно сцеплены с патогенетическими вариантами, расположенными в некодирующих областях, или тем, что предрасположенность к развитию заболевания возникает не в результате одиночных генных вариантов, а в результате комбинированного эффекта нескольких вариантов. Обе эти ситуации могут быть приложимы к сложным случаям [21]. Патофизиологические механизмы В превалирующей патогенетической модели шизофрения является результатом нарушений развития нервной системы [22,23], приводящих к образованию аномальных синаптических связей [24]. Также может затрагиваться глутаматергическая передача через N-метил-D-аспартатные (NMDA) рецепторы [25]. Все рассматриваемые гены вовлечены в один из этих связанных между собой процессов. G72 и DAAO направленно воздействуют на NMDA рецепторы, так как DAAO метаболизирует D-серин, эндогенный модулятор этих рецепторов [26], а G72, вероятно, является активатором DAAO [9]. Нейрегулин присутствует в глутаматергических синаптических везикулах и влияет на NMDA рецепторы путем воздействия на ErbB-рецепторы и регуляции экспрессии NMDA рецепторов [5,27]. Нейрегулин играет важную роль в развитии нервной системы, вызывая миграцию нейронов и клеточную дифференцировку, он также модулирует синаптическую пластичность, взаимодействуя с белками постсинаптической мембраны уплотнения, с которыми связаны ионотропные глутаматные рецепторы [27]. Кроме того, нейрегулин-гипоморфным мышам свойственны поведенческие реакции, сходные с шизофренией [5]. RGS4 является негативным регулятором рецепторов, связанным с G-белками, включая метаботропные глутаматные рецепторы [28], и может играть важную роль в развитии нервной системы [29]. Дисбиндин локализован на пресинаптическом конце и может участвовать в формировании и увеличении синапса, в проведении сигнала [7,30]. PRODH может воздействовать на глутаматергические синапсы несколькими путями [13,19]. В итоге СОМТ оказывает направленное воздействие на моноаминергическую нейропередачу [19] и, вероятно, сходным образом влияет на другие виды синапсов, включая глутаматергические, через множественные связи между дофаминовой и аминокислотной передающими системами [22,31]. Вероятные функции семи генов вполне согласуются с приведенным выше описанием шизофрении и представляют глутаматергические синапсы основным местом действия. На рисунке 1 показан усредненный сценарий, который согласуется с результатами изучения экспрессии и функций генов. К нему необходимо сделать три замечания. Во-первых, гены могут осуществлять другие дополнительные функции, которые, собственно, и объясняют вовлеченность в патогенез шизофрении. Во-вторых, поскольку многие гены могут влиять на фундаментальные процессы развития нервной системы, синаптической пластичности и глутаматной нейропередачи, данная модель поверхностна, и поэтому ее сложно опровергнуть. В-третьих, не очевидно, что эти процессы протекают аномально при шизофрении, также не рассмотрены другие процессы, начиная от ГАМКергических нарушений и заканчивая ретровирусами и церебральной асимметрией. Чтобы оценить подобную теоретическую интеграцию генетики и нейробиологии, требуются дополнительные молекулярно-нейробиологические исследования, включая микрочипы и протеомику, а также изучение генов, их функций и их взаимодействия с помощью трансгенных и in-vitro-технологий. Заключение Удачный прошлый опыт требует применения строгих критериев для оценки результатов, полученных по генам, предрасполагающим к развитию шизофрении. Текущие исследования - это главные качественные и количественные шаги вперед. Явные обобщения и подтверждения предполагаемых функций, и тот факт, что результаты по нейрегулину, дисбиндину и RGS4 подтвердились при повторных исследованиях, производят впечатление. Однако в случае каждого гена имеется большая или меньшая степень неясности, и необходимы независимые дальнейшие перепроверки, чтобы однозначно оценить эти данные. В равной степени некоторые отрицательные результаты также возможны по причине генетической и аллельной гетерогенности нарушений. По мере роста числа подтверждений по каждому конкретному гену необходимо изучать эффекты ассоциированных SNP на экспрессию и функцию генных продуктов. Параллельно необходимо продолжать поиск других генов шизофрении [32], с использованием стратегии сцепления, ассоциации, а также уделяя внимание эпигенетическим факторам. Также ожидает решения вопрос о корреляции между генотипом и фенотипом, включая то, в какой степени шизофрения и биполярные нарушения генетически предопределены [2,3]. Что же означает открытие одного или более генов, предрасполагающих к развитию шизофрении? Первое и главное - будет получена окончательная патофизиологическая модель. Даже если окажется, что эффект гена невелик, биохимические пути и