Болезнь Тея-Сакса — это генетическое заболевание , которое приводит к разрушению нервных клеток в головном и спинном мозге . [1] Наиболее распространенной формой является инфантильная форма болезни Тея-Сакса, которая проявляется в возрасте от трех до шести месяцев, когда ребенок теряет способность переворачиваться, сидеть или ползать. [1] Затем следуют судороги , потеря слуха и неспособность двигаться , при этом смерть обычно наступает в возрасте от трех до пяти лет. [3] [1] Реже болезнь может возникнуть позже в детстве, подростковом возрасте или во взрослом возрасте (ювенильная или с поздним началом). [1] Эти формы, как правило, менее тяжелые, [1] но ювенильная форма обычно приводит к смерти к 15 годам. [4]
Болезнь Тея-Сакса вызывается генетической мутацией в гене HEXA на хромосоме 15 , который кодирует субъединицу фермента гексозаминидазы, известного как гексозаминидаза А. [1] Она наследуется по аутосомно-рецессивному типу. [1] Мутация нарушает активность фермента, что приводит к накоплению молекулы ганглиозида GM2 внутри клеток, что приводит к токсичности. [1] Диагноз может быть подтвержден измерением уровня гексозаминидазы А в крови или генетическим тестированием . [2] Болезнь Тея-Сакса является типом ганглиозидоза GM2 и сфинголипидоза . [5]
Лечение болезни Тея-Сакса носит поддерживающий характер. [2] Оно может включать в себя несколько специальностей, а также психосоциальную поддержку семьи. [2] Заболевание редко встречается среди населения в целом. [1] У евреев-ашкенази , франкоканадцев юго-восточного Квебека , амишей старого обряда Пенсильвании и каджунов южной Луизианы это состояние встречается чаще. [ 2] [1] Примерно 1 из 3600 евреев-ашкенази при рождении страдает этим заболеванием. [2]
Заболевание названо в честь британского офтальмолога Уорена Тэя , который в 1881 году впервые описал симптоматическое красное пятно на сетчатке глаза; и американского невролога Бернарда Сакса , который в 1887 году описал клеточные изменения и отметил повышенный уровень заболевания у евреев-ашкенази. [6] Носители одного аллеля Тея-Сакса , как правило, нормальны. [2] Была выдвинута гипотеза, что носительство может обеспечивать защиту от туберкулеза , что объясняет сохранение аллеля в определенных группах населения. [7] Исследователи рассматривают генную терапию или ферментозаместительную терапию как возможные методы лечения. [2]
Болезнь Тея-Сакса обычно впервые замечается у младенцев в возрасте около 6 месяцев, демонстрируя ненормально сильную реакцию на внезапные шумы или другие стимулы, известную как «реакция испуга». Также может быть апатия или мышечная скованность (гипертонус). Заболевание классифицируется на несколько форм, которые различаются на основе возраста начала неврологических симптомов . [8] [9]
Младенцы с болезнью Тея-Сакса, по-видимому, развиваются нормально в течение первых шести месяцев после рождения . Затем, по мере того как нейроны растягиваются ганглиозидами GM2, начинается неуклонное ухудшение умственных и физических способностей. Ребенок может стать слепым , глухим , неспособным глотать , атрофированным и паралитическим . Смерть обычно наступает в возрасте до четырех лет. [8]
Ювенильная болезнь Тея-Сакса встречается реже, чем другие формы болезни Тея-Сакса, и обычно изначально наблюдается у детей в возрасте от двух до десяти лет. Люди с болезнью Тея-Сакса испытывают ухудшение когнитивных и двигательных навыков , дизартрию , дисфагию , атаксию и спастичность . [10] Смерть обычно наступает в возрасте от пяти до пятнадцати лет. [4]
Редкая форма этого заболевания, известная как болезнь Тея-Сакса с поздним началом или болезнь Тея-Сакса, обычно имеет первые симптомы в возрасте 30 или 40 лет. В отличие от других форм, болезнь Тея-Сакса с поздним началом обычно не смертельна, поскольку ее последствия могут прекратить прогрессировать. Она часто неправильно диагностируется. Она характеризуется неустойчивостью походки и прогрессирующим неврологическим ухудшением. Симптомы болезни Тея-Сакса с поздним началом, которые обычно начинают наблюдаться в подростковом или раннем взрослом возрасте , включают трудности с речью и глотанием, неустойчивость походки, спастичность, снижение когнитивных способностей и психиатрические заболевания, в частности, шизофреноподобный психоз . [11] Пациенты с болезнью Тея-Сакса с поздним началом могут стать полностью прикованными к инвалидной коляске . [12]
До 1970-х и 1980-х годов, когда молекулярная генетика заболевания стала известна, ювенильные и взрослые формы заболевания не всегда распознавались как варианты болезни Тея-Сакса. Постинфантильную болезнь Тея-Сакса часто ошибочно диагностировали как другое неврологическое расстройство, такое как атаксия Фридрейха . [13]
Болезнь Тея-Сакса — это аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, означающее, что когда оба родителя являются носителями , существует 25% риск рождения больного ребенка при каждой беременности. Больной ребенок получил бы мутировавшую копию гена от каждого родителя. [8] Если ребенок получил нормальную копию от одного родителя и мутировавшую копию от другого, он является носителем . [ необходима медицинская цитата ]
Тея-Сакса является результатом мутаций в гене HEXA на хромосоме 15 , который кодирует альфа-субъединицу бета-N-ацетилгексозаминидазы A , лизосомального фермента . К 2000 году в гене HEXA человека было идентифицировано более 100 различных мутаций . [14] Эти мутации включали вставки и делеции отдельных оснований, мутации фазы сплайсинга , миссенс-мутации и другие более сложные модели. Каждая из этих мутаций изменяет белковый продукт гена (т. е. фермент), иногда серьезно подавляя его функцию. [15] В последние годы популяционные исследования и анализ родословной показали, как такие мутации возникают и распространяются в пределах небольших популяций-основателей . [16] [17] Первоначальные исследования были сосредоточены на нескольких таких популяциях-основателях:
В 1960-х и начале 1970-х годов, когда биохимическая основа болезни Тея-Сакса впервые стала известна, мутации не были секвенированы напрямую для генетических заболеваний. Исследователи той эпохи еще не знали, насколько распространенными окажутся полиморфизмы . «Гипотеза еврейского торговца мехом», подразумевающая, что одна мутация должна была распространиться из одной популяции в другую, отражала знания того времени. [22] Однако последующие исследования доказали, что большое разнообразие различных мутаций HEXA может вызывать заболевание. Поскольку болезнь Тея-Сакса была одним из первых генетических заболеваний, для которых был возможен широко распространенный генетический скрининг, это одно из первых генетических заболеваний, при котором была продемонстрирована распространенность сложной гетерозиготности . [23]
Сложная гетерозиготность в конечном итоге объясняет изменчивость заболевания, включая формы с поздним началом. Заболевание может потенциально быть результатом наследования двух неродственных мутаций в гене HEXA , по одной от каждого родителя. Классическая инфантильная болезнь Тея-Сакса возникает, когда ребенок унаследовал мутации от обоих родителей, которые полностью останавливают биодеградацию ганглиозидов . Поздние формы возникают из-за разнообразной мутационной базы — люди с болезнью Тея-Сакса могут технически быть гетерозиготами с двумя различными мутациями HEXA , которые обе инактивируют, изменяют или подавляют активность фермента. Когда у пациента есть по крайней мере одна копия HEXA , которая все еще обеспечивает некоторый уровень активности гексозаминидазы А, возникает форма заболевания с поздним началом. Когда заболевание возникает из-за двух неродственных мутаций, говорят, что пациент является сложной гетерозиготой. [24]
Гетерозиготные носители (индивиды, которые наследуют один мутантный аллель) демонстрируют аномальную активность фермента, но не проявляют никаких симптомов заболевания. Это явление называется доминированием; биохимическая причина доминирования аллелей дикого типа над нефункциональными мутантными аллелями при врожденных ошибках метаболизма исходит из того, как функционируют ферменты . Ферменты являются белковыми катализаторами химических реакций; как катализаторы, они ускоряют реакции, не расходуясь в процессе, поэтому для проведения реакции требуются лишь небольшие количества фермента. Кто-то гомозиготный по нефункциональной мутации в гене, кодирующем фермент, имеет небольшую или никакую активность фермента, поэтому проявит аномальный фенотип (т. е. разовьет полномасштабное заболевание). Нормальная:мутировавшая гетерозигота (гетерозиготный индивидуум, также известный как «носитель») имеет по крайней мере половину нормального уровня активности фермента из-за экспрессии аллеля дикого типа. Этот уровень обычно достаточен для обеспечения нормального функционирования и, таким образом, предотвращения фенотипического выражения (т. е. нормальный:мутировавший носитель не заболеет). [25]
Болезнь Тея-Сакса вызывается недостаточной активностью фермента гексозаминидазы А. Гексозаминидаза А — это жизненно важный гидролитический фермент , обнаруженный в лизосомах , который расщепляет сфинголипиды . Когда гексозаминидаза А перестает функционировать должным образом, липиды накапливаются в мозге и мешают нормальным биологическим процессам. Гексозаминидаза А специфически расщепляет производные жирных кислот , называемые ганглиозидами; они производятся и быстро биодеградируют в раннем возрасте по мере развития мозга. Пациентов с болезнью Тея-Сакса и носителей можно выявить с помощью простого анализа крови , который измеряет активность гексозаминидазы А. [8]
Для гидролиза GM2 -ганглиозида требуются три белка. Два из них являются субъединицами гексозаминидазы A; третий — небольшой гликолипидный транспортный белок, активаторный белок GM2 ( GM2A ), который действует как субстрат-специфический кофактор для фермента. Дефицит любого из этих белков приводит к накоплению ганглиозидов, в первую очередь в лизосомах нейронов . Болезнь Тея-Сакса (наряду с AB-вариантом GM2-ганглиозидоза и болезнью Сандхоффа ) возникает из-за того, что мутация, унаследованная от обоих родителей, дезактивирует или ингибирует этот процесс. Большинство мутаций Тея-Сакса, вероятно, не влияют напрямую на функциональные элементы белка (например, активный сайт ). Вместо этого они вызывают неправильное сворачивание (нарушение функции) или отключают внутриклеточный транспорт. [26]
У пациентов с клиническим подозрением на болезнь Тея-Сакса, независимо от возраста начала заболевания, первоначальное тестирование включает ферментный анализ для измерения активности гексозаминидазы в сыворотке , фибробластах или лейкоцитах . Общая активность фермента гексозаминидазы снижена у лиц с болезнью Тея-Сакса, как и процент гексозаминидазы А. После подтверждения сниженной активности фермента у человека можно провести подтверждение с помощью молекулярного анализа. [27] У всех пациентов с инфантильным началом болезни Тея-Сакса имеется «вишнево-красная» макула на сетчатке , которую врач легко может заметить с помощью офтальмоскопа . [ 8] [28] Это красное пятно представляет собой область сетчатки, которая выглядит красной из-за ганглиозидов в окружающих ганглиозных клетках сетчатки. Хориоидальное кровообращение видно через «красный» в этой фовеолярной области, где все ганглиозные клетки сетчатки отодвинуты в сторону для повышения остроты зрения . Таким образом, это вишнево-красное пятно является единственной нормальной частью сетчатки; оно контрастирует с остальной частью сетчатки. Микроскопический анализ нейронов сетчатки показывает, что они растянуты из-за избыточного накопления ганглиозидов. [29] В отличие от других лизосомных болезней накопления (например, болезни Гоше , болезни Ниманна-Пика и болезни Сандхоффа ), гепатоспленомегалия (увеличение печени и селезенки) не наблюдается при болезни Тея-Сакса. [30]
Для предотвращения или снижения заболеваемости болезнью Тея-Сакса используются три основных подхода:
По состоянию на 2010 год не существовало лечения, которое бы устраняло причину болезни Тея-Сакса или могло бы замедлить ее прогрессирование; люди получают поддерживающую терапию для облегчения симптомов и продления жизни за счет снижения вероятности заражения инфекциями. [36] Младенцам вводят зонды для кормления, когда они больше не могут глотать. [37] При позднем начале болезни Тея-Сакса лекарства (например, литий от депрессии) иногда могут контролировать психиатрические симптомы и припадки, хотя некоторые лекарства (например, трициклические антидепрессанты , фенотиазины , галоперидол и рисперидон ) связаны со значительными побочными эффектами. [24] [38]
По состоянию на 2010 год, даже при самом лучшем уходе, дети с инфантильной формой болезни Тея-Сакса обычно умирают к 4 годам. Дети с ювенильной формой, скорее всего, умрут в возрасте от 5 до 15 лет, в то время как продолжительность жизни тех, у кого болезнь проявляется во взрослой форме, вероятно, не изменится. [36]
У евреев-ашкенази высокая заболеваемость болезнью Тея-Сакса и другими заболеваниями липидного накопления . В Соединенных Штатах примерно 1 из 27 - 1 из 30 евреев-ашкенази является рецессивным носителем. Заболеваемость составляет примерно 1 из 3500 новорожденных среди евреев-ашкенази. [39] У франкоканадцев и общины каджунов в Луизиане наблюдается схожая с евреями-ашкенази заболеваемость. У американцев ирландского происхождения вероятность быть носителем составляет 1 из 50. [40] В общей популяции частота носителей как гетерозигот составляет примерно 1 из 300. [9] Частота составляет примерно 1 из 320 000 новорожденных в общей популяции в Соединенных Штатах. [41]
Для объяснения высокой частоты носителей синдрома Тея-Сакса среди евреев-ашкенази были предложены три основных класса теорий:
Болезнь Тея-Сакса была одним из первых генетических заболеваний, эпидемиология которого изучалась с использованием молекулярных данных. Исследования мутаций Тея-Сакса с использованием новых молекулярных методов, таких как анализ неравновесного сцепления и коалесценции , привели к возникновению консенсуса среди исследователей, поддерживающих теорию эффекта основателя. [43] [45] [46]
Уорен Тэй и Бернард Сакс были двумя врачами. Они описали прогрессирование заболевания и предоставили дифференциально-диагностические критерии, чтобы отличить его от других неврологических расстройств со схожими симптомами. [6]
И Тэй, и Сакс сообщили о своих первых случаях среди семей ашкеназских евреев. Тэй сообщил о своих наблюдениях в 1881 году в первом томе трудов Британского офтальмологического общества, одним из основателей которого он был. [47] К 1884 году он наблюдал три случая в одной семье. Годы спустя, Бернард Сакс, американский невролог, сообщил о похожих результатах, когда он сообщил о случае «задержки развития мозга» другим членам Нью-Йоркского неврологического общества. [48] [49]
Сакс, признавший, что болезнь имеет семейную основу, предложил называть болезнь амавротической семейной идиотией . Однако ее генетическая основа все еще была плохо изучена. Хотя Грегор Мендель опубликовал свою статью о генетике гороха в 1865 году, работа Менделя была в значительной степени забыта более чем на поколение — она не была заново открыта другими учеными до 1899 года. Таким образом, менделевская модель объяснения болезни Тея-Сакса была недоступна ученым и врачам того времени. Первое издание Еврейской энциклопедии , опубликованное в 12 томах между 1901 и 1906 годами, описывало то, что тогда было известно об этой болезни: [50]
Любопытно, что амавротическая семейная идиотия, редкое и смертельное заболевание детей, встречается в основном среди евреев. Наибольшее число случаев было отмечено в Соединенных Штатах — более тридцати. Сначала считалось, что это исключительно еврейское заболевание, поскольку большинство случаев, зарегистрированных изначально, были между русскими и польскими евреями; но недавно были зарегистрированы случаи, зарегистрированные у детей нееврейского происхождения. Главными характеристиками заболевания являются прогрессирующее умственное и физическое ослабление; слабость и паралич всех конечностей; и маразм, связанный с симметричными изменениями в желтом пятне. При расследовании зарегистрированных случаев они обнаружили, что ни кровное родство, ни сифилитические, алкогольные или нервные заболевания в семейном анамнезе не являются факторами этиологии заболевания. До сих пор не найдено никаких профилактических мер, и никакое лечение не принесло пользы, все случаи закончились летально.
Еврейская иммиграция в США достигла пика в период 1880–1924 годов, когда иммигранты прибывали из России и стран Восточной Европы ; это был также период нативизма (враждебности к иммигрантам) в США. Противники иммиграции часто задавались вопросом, могут ли иммигранты из южной и восточной Европы быть ассимилированы в американское общество. Сообщения о болезни Тея-Сакса способствовали формированию у нативистов представления о том, что евреи являются низшей расой. [49]
В 1969 году Синтаро Окада и Джон С. О'Брайен показали, что болезнь Тея-Сакса была вызвана дефектом фермента; они также доказали, что пациенты с болезнью Тея-Сакса могут быть диагностированы с помощью анализа активности гексозаминидазы А. [51] Дальнейшее развитие ферментных анализов показало, что уровни гексозаминидаз А и В могут быть измерены у пациентов и носителей, что позволяет надежно выявлять гетерозиготы. В начале 1970-х годов исследователи разработали протоколы для тестирования новорожденных, скрининга носителей и пренатальной диагностики. [35] [52] К концу 1979 года исследователи идентифицировали три варианта формы ганглиозидоза GM2 , включая болезнь Сандхоффа и вариант AB ганглиозидоза GM2, что объясняет ложноотрицательные результаты при тестировании на носительство. [53]
С тех пор, как в 1971 году началось тестирование на носительство болезни Тея-Сакса, миллионы евреев-ашкенази были проверены на носительство. Еврейские общины поддержали идею генетического скрининга с 1970-х годов. Успех в борьбе с болезнью Тея-Сакса привел к тому, что Израиль стал первой страной, которая предлагает бесплатный генетический скрининг и консультирование для всех пар, и открыла дискуссии о надлежащем объеме генетического тестирования на другие заболевания в Израиле. [54]
Поскольку болезнь Тея-Сакса была одним из первых аутосомно-рецессивных генетических заболеваний, для которых существовал тест ферментного анализа (до методов тестирования полимеразной цепной реакции ), она интенсивно изучалась как модель для всех подобных заболеваний, и исследователи искали доказательства селективного процесса . Продолжающийся спор заключается в том, имеют ли гетерозиготы (носители) селективное преимущество или имели его. Наличие четырех различных лизосомных нарушений накопления в популяции евреев-ашкенази предполагает наличие селективного преимущества в прошлом для гетерозиготных носителей этих состояний». [45]
Этот спор среди исследователей отражает различные дебаты среди генетиков в целом: [55]
Методы заместительной ферментной терапии были исследованы для лизосомных нарушений накопления и потенциально могут быть использованы для лечения болезни Тея-Сакса. Целью будет замена нефункционального фермента, процесс, аналогичный инъекциям инсулина при диабете . Однако в предыдущих исследованиях считалось, что сам фермент HEXA слишком велик, чтобы пройти через специализированный слой клеток в кровеносных сосудах, который образует гематоэнцефалический барьер у людей. [ необходима цитата ]
Исследователи также пытались напрямую вводить дефицитный фермент гексозаминидазу А в спинномозговую жидкость (СМЖ), которая омывает мозг. Однако внутримозговые нейроны, по-видимому, не способны эффективно поглощать эту физически большую молекулу , даже когда она находится непосредственно рядом с ними. Поэтому этот подход к лечению болезни Тея-Сакса также оказался неэффективным до сих пор. [57]
Болезнь Тея-Сакса существует у овец породы Якоб . [58] Биохимический механизм этого заболевания у овец породы Якоб практически идентичен таковому у людей, при этом сниженная активность гексозаминидазы А приводит к повышению концентрации ганглиозида GM2 у пораженного животного. [59] Секвенирование кДНК гена HEXA пораженных овец породы Якобс выявило идентичное количество нуклеотидов и экзонов , как и в гене HEXA человека, и 86% идентичности нуклеотидной последовательности . [58] В кДНК HEXA пораженных овец была обнаружена миссенс-мутация (G444R) [60] . Эта мутация представляет собой изменение одного нуклеотида в конце экзона 11, что приводит к удалению этого экзона (до трансляции) посредством сплайсинга . Модель Тея-Сакса, предоставленная овцами породы Якоб, является первой, которая обещает стать средством для клинических испытаний генной терапии , которая может оказаться полезной для лечения заболеваний у людей. [58]
Другие экспериментальные методы, которые исследуются, включают терапию снижения субстрата , которая пытается использовать альтернативные ферменты для увеличения катаболизма мозга ганглиозидов GM2 до точки, где остаточная деградационная активность достаточна для предотвращения накопления субстрата. [61] [62] Один эксперимент продемонстрировал, что использование фермента сиалидазы позволяет эффективно обойти генетический дефект, и, как следствие, ганглиозиды GM2 метаболизируются так, что их уровни становятся почти несущественными. Если можно разработать безопасное фармакологическое лечение — такое, которое увеличивает экспрессию лизосомальной сиалидазы в нейронах без другой токсичности, — то эта новая форма терапии могла бы по сути вылечить болезнь. [63]
Другая метаболическая терапия, которая изучается для болезни Тея-Сакса, использует миглустат . [64] Этот препарат является обратимым ингибитором фермента глюкозилцерамидсинтазы , который катализирует первый этап синтеза гликосфинголипидов на основе глюкозы, таких как ганглиозид GM2. [65]
Поскольку болезнь Тея-Сакса является дефицитом β-гексозаминидазы А, ухудшение состояния пострадавших лиц можно замедлить или остановить с помощью вещества, которое увеличивает ее активность. Однако, поскольку при инфантильной болезни Тея-Сакса нет β-гексозаминидазы А, лечение будет неэффективным, но для людей, страдающих болезнью Тея-Сакса с поздним началом, β-гексозаминидаза А присутствует, поэтому лечение может быть эффективным. Было показано, что препарат пириметамин увеличивает активность β-гексозаминидазы А. [66] Однако повышенные уровни β-гексозаминидазы А все еще далеки от желаемых «10% от нормы HEXA», выше которых фенотипические симптомы начинают исчезать. [66]
Это высокоинвазивная процедура, которая включает разрушение кровеносной системы пациента с помощью химиотерапии и введение пуповинной крови . Из пяти человек, которые прошли лечение по состоянию на 2008 год, двое были живы спустя пять лет, и у них по-прежнему было много проблем со здоровьем. [67]
Критики указывают на суровый характер процедуры и на тот факт, что она не одобрена. Другие существенные проблемы включают сложность пересечения гематоэнцефалического барьера , а также большие расходы, поскольку каждая единица пуповинной крови стоит 25 000 долларов, а взрослым реципиентам требуется много единиц. [68]
10 февраля 2022 года было объявлено о первой в истории генной терапии, которая использует аденоассоциированный вирус (AAV) для доставки правильной инструкции для гена HEXA на клетки мозга, вызывающие заболевание. Только двое детей были частью сострадательного испытания, показавшего улучшения по сравнению с естественным течением болезни и отсутствие побочных эффектов, связанных с вектором . [69] [70] [71]