Одним из заболеваний, требующих молекулярной диагностики, является альфа-1-антитрипсиновая недостаточность (ААТН) — распространенная наследственная болезнь, обусловленная сниженной концентрацией альфа-1-антитрипсина (А1-АТ) в сыворотке крови вследствие различных мутаций в гене Pi, проявляющаяся чаще всего в виде хронических неспецифических заболеваний легких с развитием эмфиземы, а также поражением печени и сосудов.
Альфа-1-антитрипсин – это гликопротеид, который синтезируется в печени. Альфа-1-антитрипсин тормозит действие трипсина, химотрипсина, эластазы, калликреина, катепсинов и других ферментов тканевых протеаз. Дефицит А1-АТ приводит к повышенному накоплению протеолитических энзимов и последующему повреждению тканей. Однако известно, что при дефиците А1-АТ поражения легких и печени не всегда бывают тяжелыми и необратимыми. Видимо, данный дефицит может быть компенсирован другими механизмами.
У взрослых гомозиготных больных с ААТН часто развивается эмфизема легких. Диагноз подтверждают с помощью прямого определения А1-АТ. Существует множество изоформ А1-АТ, различающихся по электрофоретической подвижности в крахмальном геле. Уже выявлено 79 аллелей гена А1-АТ, но заболевание проявляется только у обладателей аллелей Z и S. В основе генетического дефекта лежит замена одного нуклеотида. Так, в аллеле Z гуанин заменен аденином, в результате чего в молекуле А1-АТ глутаминовая кислота в положении 292 заменена лизином. Для гетерозигот MZ и MS характерен промежуточный уровень А1-АТ в сыворотке — от 50 до 250 мг%. Следовательно, это заболевание наследуется аутосомно, кодоминантно. Может ли гетерозиготность быть причиной эмфиземы легких, окончательно не установлено, но вопрос этот крайне важен, поскольку доля гетерозигот среди населения составляет от 5 до 14 %.
У некоторых больных в гепатоцитах обнаруживают ШИК-позитивные шары. Примерно у 10 % детей, гомозиготных по аллелю Z, отмечается тяжелое поражение печени, включая гепатит у новорожденных и прогрессирующий цирроз печени. Полагают, что 15–20 % хронических гепатитов у грудных детей обусловлены ААТН. У взрослых ААТН чаще всего приводит к мелкоузловому циррозу печени, который протекает бессимтомно, со временем может перейти в крупноузловой цирроз печени, иногда развивается печеночноклеточный рак. Частота поражения печени не зависит от частоты поражения легких.
Патогенез и нозологические формы ААТН. А1-АТ (серпин) (serpin — serine protease inhibitor — сывороточный ингибитор протеаз) является одним из представителей семейства сериновых протеаз, к которым относят также антитромбин, контролирующий свертывание крови; С-ингибитор, регулирующий реакции каскада системы комплемента; различные ингибиторы плазминогена, останавливающие процесс фибринолиза.
Серпин представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 52 кД и размером в 418 аминокислот. Синтез его проходит главным образом в печени и в меньших количествах – в мононуклеарных фагоцитах и нейтрофилах. Главной функцией белка является инактивация различных групп протеаз, секретируемых лейкоцитами при реакциях неспецифической защиты организма. При воспалении уровень А1-АТ может возрастать в три раза, вследствие чего его относят к маркерам острофазового воспаления.
Структура белка представляет собой совокупность бета-слоев и редких альфа-спиралей, имеющих четыре боковые углеводные цепи, одна из которых представлена сиаловой кислотой. Такое строение позволяет быстро изменять конфигурацию молекулы с формированием комплекса серпин-эластаза или комплекса с другой протеазой.
Прежде чем рассмотреть патогенез поражения легких и других органов при ААТН, необходимо отметить, что А1-АТ является основной антипротеазой, которая нейтрализует избыток протеаз, продуцируемых как микроорганизмами, так и клетками макроорганизма. А1-АТ синтезируется в печени в шероховатой эндоплазматической сети. Он содержится в альфа-1-фракции белков сыворотки крови и составляет 80-90 % всех альфа-1-глобулинов сыворотки. А1-АТ ингибирует трипсин и другие протеазы. А1-АТ является основным ингибитором эластаз, выделяемых альвеолярными макрофагами и полиморфноядерными лейкоцитами, обеспечивая 90 % антиэластазной активности (10 % приходится на альфа-2-макроглобулин, альфа-антихимотрипсин и низкомолекулярные тканевые эластазы). Имея сравнительно небольшую молекулярную массу (54 000), A1-AT хорошо проникает в ткани; он выполняет и транспортную функцию, возвращаясь вместе со связанной протеазой в кровяное русло, где она подвергается действию других ингибиторов и ретикулоэндотелиальной системы.
Патология легких. Патогенетические механизмы развития заболевания различных органов неодинаковы. В отношении патогенеза поражения легких наиболее признанной является теория нарушения протеазно-антипротеазного равновесия (рис. 2–5).
В норме миллимолярная концентрация лейкоцитарной эластазы из азурофильных гранул нейтрофилов создает кратковременный взрыв протеолитической активности до момента подавления реакции перицеллюлярными ингибиторами (антипротеазами). Продолжительность воздействия агрессивных ферментов на легочную ткань не превышает в норме 20 миллисекунд. В результате снижения концентрации А1-АТ в крови время контакта ферментов с тканью легких может удлиняться до 80 миллисекунд, что приводит к неизбежной деструкции эластических волокон легких. Механизм развития эмфиземы легких при ААТН неизвестен. Установлено, что А1-АТ подавляет активность трипсина, эластазы и некоторых других протеаз. Эксперименты показали, что он защищает легочную ткань от протеаз, высвобождаемых лейкоцитами, и тем самым сохраняет структурную целостность эластина. Можно предположить, что к эмфиземе легких приводит хроническое воспаление (вследствие инфекции или загрязнения воздуха), поскольку при ААТН легочная ткань ничем не защищена от протеаз лейкоцитов, привлеченных в воспалительный очаг.
Протеазам лейкоцитов принадлежит ведущая роль в патогенезе эмфиземы легких не только у больных с ААТН. Имеется немало данных, что высвобождаемые нейтрофилами и альвеолярными макрофагами протеазы могут вызвать эмфизему легких даже при нормальном содержании ингибиторов протеаз в крови. Причина, возможно, кроется в том, что концентрация протеаз в тканях выше, чем концентрация ингибиторов протеаз, либо некоторые протеазы нечувствительны к ингибиторам или недоступны для них. От того, какая из указанных причин играет основную роль в патогенезе эмфиземы легких, будет зависеть судьба разрабатываемых в настоящее время препаратов — экзогенных ингибиторов протеаз.
Замещаясь соединительной тканью, паренхима легких со временем теряет свою эластичность; развиваются обструктивные явления; формируется эмфизема, которая возникает первично, на фоне хронического бронхита или другого хронического неспецифического заболевания легких. Чаще всего расширяется весь ацинус, и эмфизема характеризуется как панацинарная. Буллезные изменения наиболее выражены в основании легких, а не на верхушках, что больше характерно для эмфиземы, не связанной с ААТН.
Среди всех гомозигот по PiZ около 85 % имеют рентгенологические признаки эмфиземы; из них практически в 100 % случаев отмечаются эмфизематозные изменения в базальных отделах легких (рис. 6).
Риск развития эмфиземы значительно возрастает при снижении уровня сывороточного А1-АТ менее 0,8 г/л (11 ммоль/л) (норма — 2,0–4,0 г/л). Как правило, в клинике у таких пациентов отмечается одышка (67–98 %), которая значительно снижает качество жизни пациентов и заставляет их впервые обратиться к врачу. Кроме эмфиземы ААТН может проявляться идиопатическим фиброзом, бронхоэктазами; имеются данные о ее связи с развитием рака легких.
Некоторые аллели гена муковисцидоза (CF) способствуют развитию диссеминированных бронхоэктазов. Описаны случаи сочетания муковисцидоза и ААТН, причем одни аллели гена CF предрасполагают к более доброкачественному течению процесса, другие — к более тяжелому.
Патология печени. На сегодняшний день принято считать, что одной из главных причин поражения печени является агрегация плохо растворимого белка PiZ в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов. Примерно до 85 % синтезированного белка PiZ неспособно покинуть гепатоциты, и скопления дефектного протеина можно обнаружить в виде кислых включений, окрашивающихся по Шиффу. Скорость аккумуляции патологического продукта гена зависит от двух факторов: скорости синтеза белка и температуры тела. Полимеризация Z-продукта очень быстро происходит при температуре тела 41 °С. Пациентам, гомозиготным по аллелю Z, склонным к выраженному гипертермическому ответу уже при легких простудах, показано экстренное снижение температуры тела даже при субнормальных значениях гипертермии.
У небольшого числа людей, имеющих ААТН, развивается цирроз печени уже в младенческом и раннем детском возрасте. Из всех новорожденных и младенцев, гомозиготных по генотипу PiZ, явные клинические проявления гепатита и цирроза могут быть обнаружены у 10 %. Факторами риска развития печеночной симптоматики в детстве являются затяжная гипербилирубинемия в первые недели жизни, мужской пол и инфицирование вирусом гепатита В. Фактором, снижающим риск, является кормление грудью. Примерно 10 % пациентов с клиническими симптомами в младенчестве погибают к восьми годам. В странах с развитой трансплантационной хирургией ААТН, наряду с атрезией желчевыводящих протоков, является ведущим показанием к трансплантации печени у детей.
В последнее время показано, что пациенты с ААТН склонны к инфицированию вирусом гепатита С. При исследовании групп больных с тяжелыми болезнями печени выявлено, что среди различных патологий отмечается особенно высокая гетерозиготность PiMZ в группах больных с вирусными гепатитами В и С, алкогольным циррозом печени, первичными гепатокарциномами, криптогенным циррозом печени и рядом других болезней.
Биопсия печени. Морфологические изменения печени зависят от стадии заболевания. У новорожденных отмечаются следующие изменения: гигантские гепатоциты, холестаз, умеренный стеатоз, портальный фиброз, пролиферация желчных протоков. При дальнейшем прогрессировании заболевания развивается выраженный портальный фиброз и цирроз печени.
Характерными признаками ААТН является агрегация эозинофилов и наличие PAS-положительных диастазорезистентных глобулярных включений в эндоплазматическом ретикулуме перипортальных гепатоцитов.
Основные критерии дифференциальной диагностики поражения печени при ААТН представлены в нижеприведенной таблице.
Таблица 29
