Клинико-патогенетическое обоснование возникновения и манифестации синдрома трисомии 21 Арбузова, Светлана Борисовна

Введение к работе

Актуальность темы. Синдром Дауна (трисомия 21) является самой маетой хромосомной патологией, сопровождающейся грубым интеллектуальным дефектом и пороками развития.

Несмотря на множество работ исследователей всех стран, начиная о г выделения данной патологии в отдельную нозолопіческую единицу (Даун, 1866) и открытия хромосомной этиологии (Лежен, 1959) до настоящего времени, причины возникновения синдрома окончательно не выяснены. Более того, по-прежнему не известно, что определяет фенотипические и клинические признаки синдрома Дауна (Mikkelsen, 1981, 1990; Фогель, Мотульски, 1990).

Неисследованными остаются причины повы'шенной частоты лейкозов, новообразовании, раннего старения у пациентов с трисомией 21. Нуждаются в объяснелн:! сочетания синдрома Дауна с болезнью Алынеймера и аутоиммунными заболеваниями, различная степень тяжести и проірессируїощий характер патологии.

Высокая смертность и иньалндность пациентов с трисомией 21 ставят эту патологию в разряд важных нерешенных медицинских проблем. Актуальность проблемы усиливается широкой распространенностью синдрома, популяпионная частота которого примерно одинакова во всех странах и в среднем составляет 1:800 живорожденных детей.

В различных аспектах обсуждаются в литературе возможные причины возрастзависнмон частоты синдрома: гормональные¹ нарушения, ослабление физиологического контроля оогенеза, снижение способности эчнминировать аномальный плод, однако доказательного обоснования не найдено. Загадкой также является преимущественное - в 85-95 случаев - материнское происхождение хромосомы 21,

Существует много теорий и научных предположений о влиянии зн-

догенных и экзогенных факторов на нерасхождеиие хромосом при возникновении трисомии 21, но эти данные неоднородны и противоречивы (Hook, 1981; Подугольникова, 1988).

Разработка эффективных мер профилактики синдрома Дауна является первоочередной задачей, успешное решение которой зависит от выяснения механизмов индукции анеуплоидий и единого аргументированного объяснения имеющимся сведениям.

Среди всех известных факторов, вызывающих повышение частоты синдрома Дауна, наиболее существенными признаны: возраст матери, что подтверждено всеми исследователями, и влияние радиации, показанное в большинстве работ. Получены также данные, указывающие на определенную зависимость между низкими дозами облучения и возрастом при нерасхождении хромосом. Установлено, что эффект материнского возраста усиливается при действии радиации (Uchida et al., 1975, 1981; Strigini et al., 1990).

Причины этих явлений не установлены, но есть все основания полагать, что связь между ними существует. Известно, что в основе радиационного поражения лежит образование свободных радикалов. Согласно свободнорадикальной теории старения, накопление свободных радикалов происходит с возрастом, что получило подтверждение в целом ряде исследований, суммирующих влияние активных форм кислорода на биологические системы (Воскресенский и др., 1982; Нагтап, 1991, 1992).

В то же время нами обнаружено большое сходство клинических проявлений синдрома Дауна с изменениями, сопровождающими естественное старение и действие радиации.

Целью настоящего исследования является изучение роли свобод-норадикальных процессов в возникновении и манифестации трисомии 21.

Чадач'и исследования.

і. Определить попучяционную часюїу синдрома Дауна в Донецкой области

2. Изучить полиморфизм и возрастную изменчивость клинических
нроят-.-ний синдрома.

3. Выявить характер наследственного отягощения и предраспо-

ЛОЖСІІ.ЮСІИ К. ВиїИИМІокеНЧЮ паТОЧРП!!! п семьях К РОДОСЛОВНЫХ.

4. Определить специфичность изменения кариотипа у доноров
экстрахромосомы 21 на основании углубленного комплексного
цнтогенетического обследованич семей.

5. Изучить интенсивность свободнорадикальных процессов и
состояние антиокендантной системы в семьях с трисомией 21.

1. Провести молекулярно-генетичеект", aiuLim міггохондриальпой ili-lK. \ доноров скстрлчромосомы 21.

2. Co'ua'i;. новый п.дход к формированию групп высокого іеиеіи-чесчою риска і: разработать меры профилактики синдрома.

Научная новизна исследования.

!. Впервые обнаружен повышенный уровень свободных радикалов, усиление процессов перекисіюго окисления липидов и нарушение антиокендантной защиты у доноров экстрахромосомы и пациентов с трисомией 21.

2. Впервые проведена комплексная оценка клинических, иитогене-тических и биохимических изменений в семьях с трисомией 21 и установлена причинно-следственная связь выявленных нарушений.

3. Впервые отмечено высокое сходство пороков развтия и заболевай!:!! при синдроме Дауна с последствиями радиационного поражения.

4. Впервые показано, что различия клинических проявлений,
тяжесть течения синдрома, раннее старение и прогрессирующий харак
тер патологии у пациентов с трисомией 21 обусловлены степенью

свободнорадикального поражения, усиливающейся с возрастом.

5. Впервые возрастзависимое повышение частоты синдрома Дауна обосновано накоплением свободных радикалов, продуктов перекисного окисления липидов, интенсификацией процессов пероксидации при старении организма.

6. Впервые выявлено цитоплазматическое наследование предрасположенности к возникновению трисомии 21.

7. Впервые изучена роль митохондриального генома в патогенезе трисомии 21 и обнаружены не описанные ранее мутации в мтДНК у донора экстрахромосомы.

8. Впервые дано объяснение преимущественному материнскому происхождению дополнительной хромосомы 21, гетерогенности клинических проявлений и сочетанию патологий у членов семьи и родственников.

9. Впервые обнаружен разнонаправленный характер активности ключевого фермента антирадикальной защиты - СОД - у доноров экстрахромосомы и пациентов с трисомией 21 и вскрыты механизмы межсистемного взаимодействия, способствующие сохранению беременности аномальным плодом.

10. Предложен новый патогенетически обоснованный подход к
формированию групп высокого генетического риска и профилактике
синдрома.

Практическая и теоретическая значимость исследования.

1. Установленная популяционная частота синдрома Дауна в Донецкой области и распределение данной патологии в различных возрастных группах женщин имеют первостепенное значение для организации и проведения комплексной программы пренатальной диагностики синдрома и оценки вероятности рождения ребенка с трисомией 21.

2. Обнаруженное питоплазматическое наследование предрасполо
женности к возникновению трисомии 2! и выявленная связь синдрома с
другой патплоіией и заболеваниями в родослоьных указывают на целе
сообразность диспансерного наблюдения за семьями и родственниками
по материнской линии.

3. Разработаны новые клинико-диагностические критерии и
показания дл.т еоіочсліія семей ь группу ньипкого генетического риска.
Необходимо учитывать, что экзогенные факторы, вызывающие повыше
ние уровня свободных радикалов, увеличивают риск возникновения три
сомии 21 у потомства.

4. Разбалансировка оксидантно-антиоксидантной системы, выявленная у пациентов с трисомией 21 и доноров экстрахромосомы, является основанием для поиска высокоспецифичных метаболических маркері)!: синдрома Дауна во время беременности.

5. Реіульїачьі проведенного исследования обосновывают применение ачіиоксіианпюп терапии ;мя профилакіиь.н трисомии 21, широкого спектра заболеваний и пороков развития плода. Показано, чго использование комплекса витаминов и микроэлементов на примере назначения донорам эксграхромосомы 21 препарата "Superantioxidant" эффективно защищает организм от развития свободнорадикальных повреждений, ишибируя реакции липопероксидацни.

6. Представленные в работе доказательства накопления свободных радикалов и продуктов перекисного окисления липндов с возрастом не только у доноров экстрахромосомы, но и в процессе естественного старения, вносят вклад в развитие геронтологии.

7. Доказанная роль свободнорадикальною поражения в возникновении и манифестации синдрома и обнаруженные точковые мутации в ми-тохондриалыюй ДНК у донора экстрахромосомы 21 открывают принципиально новое направление в изучении анеуплоидий.

Внедрение в практику.

Полученные результаты исследования легли в основу проспективного и ретроспективного медико-генетического консультирования. Внедрена качественно новая схема обследования семей и беременных женщин, выявления заболеваний и нарушений, которые могут служить предвестниками рождения ребенка с синдромом Дауна.

На основании установленных в работе критериев отягощения родословных, возрастзависимого распределения частоты синдрома Дауна, факторов, повышающих вероятность рождения больного ребенка, формируются группы высокого генетического риска, оцениваются результаты исследования маркеров материнской сыворотки во время беременности, рассчитывается прогноз пото.мства, назначаются инвазивные методы пренатальной диагностики. В семьях с отягощенной родословной проводится изучение состояния оксидантно-антиоксидан-тной системы и цитогенетических показателей хромосомной нестабильности.

Использованные в настоящем исследовании усовершенствованные методы получения хромосомных препаратов и биокультуральные технологии внедрены в работу ряда медико-генетических центров Украины:

1. Способ получения хромосомных препаратов из культуры лимфоцитов периферической крови (рац. предложение N 3416, 1996 г.).

2. Способ получения хромосомных препаратов из культуры амнно-тической жидкости (рац. предложение N 3417, 1996 г.).

3. Способ получения фитогемагглютинина из семян фасоли
Phaseolus coccineus L для культуральных исследований
(рац. предложение N 3418, 1996 г.).

Выпущены методические рекомендации "Гормонодиапюстика патологии беременности", Донецк, 1995 г.

Основные положения работы вошли в национальную программу

"Дети Украины", утвержденную Указом Президента Украины N 63/96 от 18.01.96.

Основные положения, выносимые на защиту.

!. Возникновение и манифестация синдрома Дауна обусловлены ме-іаболическими нарушениями, наступающими вследствие повышенного уровня свободных радикалов, активации перекисного окисления липи-доіі. нарушении ферментных и неферментных звеньев антиоксидантної! защиты у доноров экстрахромосомы и пациентов с трисомией 21.

2. Важная роль в возникновении трисомии 21 принадлежит установленному цитоплазматпческому наследованию предрасположенности к патологии и точковым мутациям в митохондриальной ДНК.

3. Полиморфизм клинических проявлений и прогрессирующий характер патологии у пациентов с трисомией 21, возрастзависимая частота синдрома и патогенетические нарушения у допоров экстрахромосомы 21 завися! от степени разбалансировки оксидангно -аптиоксидантной системы, усиливающейся с возрастом.

4. Сохранению беременности плодом с трисомией 21 способствует разнонаправленный характер изменения активности СОД - резкий дефицит у матери восполняется за счет эффекта дозы гена СОД плода.

5. Применение аптиоксидантной терапии приводит к снижению пероксидашш организма, нормализует пигогеметическис и биохимические показатели у доноров экстрахромосомы 21.

Личный вклад в разработку основных положений, выносимых на залшту.

Автор лично разработал новый подход к изучению патоіенеза трисомии 21 и сформулировал методологию исследования. Исследования проводились на базе Межобластного медико-генетического центра г.Донецка при непосредственном участии и научном руководстве соискателя. В рамках организованной автором совместной научно-

исследовательской работы заключительный этап молекулярпо-генети-ческих исследовании выполнялся соискателем на базе Института медицинской генетики г.Геттингена, Германия. Автором самостоятельно обработаны результаты работы, подготовлен текст диссертации и сделаны обобщения и выводы. Основные материалы диссертации, кроме работ в соавторстве, изложены в 8 единоличных публикациях.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены на: Международной конференции "Ранняя пренатальная диагностика патологии плода" (сентябрь 1990, Прага); Всесоюзной научно-практической конференции "Пренатальный и неонатальный скрининг" (ноябрь 1990, Харьков); 2-м Всесоюзном съезде медицинских генетиков (декабрь 1990, Алма-Ата); 2-й Всесоюзной научно-практической конференции по цитогенетике человека (октябрь 1991, Москва); 2-м съезде медицинских генетиков Украины (октябрь 1995, Львов); 28-м конгрессе Европейского общества медицинских генетиков (апрель 1996, Лондон); конференции но пренатальной диагностике в Центральных и Восточноевропейских странах (сентябрь 1996, Прага).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, изданы методические рекомендации, получено 3 удостоверения на рационализаторские предложения.

Объем и структура работы.

Диссертация написана на русском языке, изложена на 238 страницах машинописи и состоит из введения, восьми глав, заключения и выводов.

Текст диссертации иллюстрирован 34 таблицами и 41 рисунком. Список литературы содержит 237 наименований.