Врач-генетик Стивен Липкин рассказал о наследственном заболевании, в лечении которого американская наука достигла успеха.

То что рассказал доктор Липкин - это целый медицинский детектив, в котором врачи пытаются разобраться каким именно наследственным заболеванием страдает пациент. Своё повествование он начинает с рассказа о достижениях американской науки в сфере наследственных заболеваний.

Фото: Медицинский центр Лангон при Нью-Йоркском университете.

Стивен Монро Липкин - практикующий врач-генетик, приверженец доказательной медицины, профессор Медицинского колледжа Корнеллского университета (США).

Предлагаем Вашему вниманию отрывок из его книги "Время генома: Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас", которую он написал в соавторстве с научным журналистом Джоном Луомой:

Филипп Шарль Эрнест Гоше был практикующим врачом во Франции... в эпоху Бодлера, Виктора Гюго и раннего модернизма в искусстве...

Гоше помнят в основном из-за болезни, которую он описал, будучи еще студентом-медиком. Это была тема его дипломной работы. Заболевание, которое впоследствии назовут его именем, Гоше впервые выявил у 32-летней парижской домохозяйки, которая жаловалась на боли в левом боку. Источником дискомфорта была увеличенная и болезненная селезенка – орган, расположенный в брюшной полости наискосок от аппендикса, в ней клетки иммунной системы собираются для обмена информацией.

Есть множество причин, почему селезенка человека увеличивается в размерах: это могут быть инфекции, рак. Бывает и так, что причины неизвестны. Тогда заболевание называют идиопатическим. С медицинского жаргона на современный язык «идиопатический» переводится примерно так: «Я понятия не имею, почему этот человек заболел»...

Гоше и его преподаватели увидели неправильной формы звездчатые клетки иммунной системы, называемые макрофагами. Эти клетки выглядели так, будто были набиты миниатюрными шариками из скомканных бумажных салфеток, а их центр был окружен чем-то похожим на ореол. Оказалось, что эти признаки характерны для макрофагов в селезенке у пациентов с болезнью Гоше. Эти иммунные клетки были неспособны переварить то, что поглотили. Первоначальные выводы Гоше подтвердились три года спустя, когда умер шестилетний французский мальчик с такими же клетками в селезенке.

Причины увеличения селезенки несчастной молодой женщины, мальчика и других, у кого впоследствии диагностировали болезнь Гоше, оставались идиопатическими еще долго после того, как все они умерли, – до 1960-х гг. В это время Роско Брейди, усидчивый биохимик из Национальных институтов здравоохранения США в Бетесде, штат Мэриленд, вместе с Дэвидом Шапиро из Института Вейцмана в Израиле и другими коллегами показал, что отсутствие определенного фермента вызывает накапливание в макрофагах селезенки структур, выглядящих как мятая бумага. Семь лет спустя они смогли выделить достаточное количество такого фермента из плаценты, чтобы показать, что введение его пациентам может улучшить их состояние при этой болезни.

Так впервые была изобретена ферментозаместительная терапия для наследственного заболевания еще до того, как был найден соответствующий ген.

В 1981 г. Эдвард Джиннз со своими коллегами также из Национальных институтов здравоохранения США клонировали ген болезни Гоше и описали истинные молекулярные основы этого наследственного заболевания. У одного из 100 человек присутствует мутация в этом гене, но так как заболевание рецессивное, он будет носителем, а не больным. Когда ген был идентифицирован, появилась возможность производить фермент в промышленных масштабах для помощи пациентам – это одна из историй успеха ранних биотехнологий.

Благодаря этим непрославленным героям научных лабораторий ...болезнь была перемещена в новую этиологическую корзину, не существовавшую во времена Филиппа Гоше: к заболеваниям, обусловленным генетически.

Многим врачам, так же как и мне, трудно выговорить название гена, мутация в котором вызывает болезнь Гоше, – ген лизосомальной глюкоцереброзидазы, – поэтому знакомьтесь с более удобным сокращенным именем и официальным названием этого гена: GBA.

Главная «домашняя обязанность» GBA - утилизация определенного типа отработанных жировых клеточных отходов, научное название которых – глюкозилцерамиды. Когда GBA не работает, глюкозилцерамиды (сокращенное называние GL-1) накапливаются в макрофагах селезенки, заставляя ее увеличиваться... У некоторых пациентов при определенных мутациях болезнь также может вызывать увеличение печени, нарушения в работе клеток костного мозга, кожи, легких и, в особо серьезных формах - нарушения деятельности головного мозга, то есть нарушения могут быть во всех местах, где работают GBA и макрофаги патрулируют и поглощают отходы других клеток.

Почти через 100 лет после открытия, сделанного Гоше, родился Наполеон Джексон. Он вырос и получил образование на одном из идиллических островов Карибского архипелага. Его предки поселились здесь на семейной ферме так давно, что уже никто не помнил те времена. За долгие годы он и его семья пережили много тропических штормов.

Будучи молодым человеком, Наполеон переехал в окрестности Нью-Йорка в поисках возможности стать актером и музыкантом....В 30 с чем-то лет он переехал с женой и детьми в Нью-Джерси и, чтобы прокормить семью, устроился на работу в качестве технического работника в одну из больниц Нью-Йорка в районе Верхний Ист-Сайд – районе Манхэттана, который местные жители называют «аллеей больничных уток» из-за большого количества медицинских учреждений.

[Примечание: многие жители штата Нью-Джерси ездят на работу в Манхэттан и другие районы Нью-Йорка, и каждый вечер возвращаются домой в Нью-Джерси].

Я встретил его в клинике через несколько дней после того, как гигантский ураган «Сэнди», образовавшийся в тропиках, обрушился на окрестности Нью-Йорка. Ужасный шторм ударил по Нью-Йорку и штату Нью-Джерси с такой яростью, какую я никогда раньше не видел.

Это был самый мощный ураган на Атлантике, и он навсегда изменил пейзаж нашего города. Десятки тысяч деревьев были вырваны ветром. Целые поселки были смыты наводнением или, как это случилось на Статен Айленде, сожжены пожаром. Погибли сотни жителей.

Ураган обрушился и на мой собственный дом в Уэстчестере, на 11 дней лишив меня электричества, тепла и почти лишив надежды. В то утро, когда Наполеон пришел в клинику, я чувствовал себя помятым, замерзшим и бессильным в городе, пережившем «Сэнди», – городе без метро, городе, похожем на сцену «Манхэттен опять в руинах» из фильма-катастрофы.

Однако мой новый пациент был в еще худшем состоянии. Наполеон был измождён – за последние несколько дней он спал всего одну ночь. Его рабочая униформа была очень грязной и мятой, штаны порваны. Он побывал в аду во время урагана, и ему посчастливилось выжить.

Он страдал от загадочной болезни, которая изматывала его. У него болели кости. А при осмотре лечащий врач обнаружил, что его селезенка была огромной и настолько распухшей, что казалось, вот-вот разорвется, залив его внутренности, как лопнувший воздушный шарик с водой. Это несчастье легко могло произойти, если бы Наполеон, допустим, поскользнулся на мокром полу больничного подвала, где провел долгую ночь во время урагана…спасая людей.

Неподалеку от клиники, в которой Наполеон обратился ко мне, располагается Медицинский центр Лангон при Нью-Йоркском университете, который встретился с катастрофой лицом к лицу, когда ураган «Сэнди» обрушился на побережье. Больничные подвалы, лифтовые шахты и нижние этажи были затоплены водой реки Ист-Ривер, поднявшейся на высоту более трех метров. Из строя вышли резервные генераторы, и почти вся больница лишилась электроэнергии, в том числе хирургическое отделение, отделения интенсивной терапии и реанимации новорожденных, где живут и иногда умирают самые слабые больные. Пациентов, в том числе недоношенных детей, подключенных к почти разряженным аппаратам жизнеобеспечения, преодолевая девять пролетов по скользким ступеням, выносили в темноте на улицу, где бушевал шторм.

Наполеон был одним из многих героев, которые мужественно боролись в этом районе на протяжении целой ночи. Подвалы манхэттенской больницы, где он работал, также были затоплены. Замерзшие и измученные, он и его коллеги сражались с безжалостным Атлантическим океаном всю ночь. Неоднократно рискуя жизнью, они успешно спасли той ночью многих людей, иначе воды Ист-Ривер смыли бы пациентов Медицинского центра Лангон в океан.

Первые симптомы заболевания появились у Наполеона несколькими годами ранее, когда обычный анализ крови показал низкий уровень тромбоцитов – клеток крови, останавливающих кровотечение. Хотя иногда из-за этого возникали синяки, в том числе точечные синяки петехии, которые образовывались на кончиках пальцев во время игры на гитаре, он не обратил на это внимания, и это никак не повлияло на его работу и личную жизнь.

Как и у первой парижской пациентки Гоше, селезенка Наполеона была наполнена раздувшимися макрофагами. Из-за малого количества тромбоцитов и увеличенной селезенки возникло предположение о лейкозе, и лечащий врач направил его на биопсию костного мозга. Патоморфолог не нашел клеток, чьи ядра были бы похожи на ядра раковых клеток, поэтому лейкоз исключили.

Из-за особенностей работы гена GBA его костный мозг был наполнен макрофагами, поэтому появились анемия и быстрая утомляемость...

При дальнейшем обследовании внимательный гематолог, выясняя причину снижения количества тромбоцитов, выяснил, что родители Наполеона были дальними родственниками, потому что родились и выросли на одном и том же острове в Карибском море. Острова называют божьим даром для генетиков, потому что на них больше вероятность обнаружить рецессивное генетическое заболевание, которое создает проблемы, если человек получает две копии этого гена – по одной от каждого родителя. На островах из-за их изоляции и поскольку иногда жители стремятся вступать в брак только с членом своей группы, например в религиозной общине, вероятность, что носители одного и того же вредоносного гена (все мы несем от 2 до 5 таких генов) вступят в брак, выше, чем в неизолированных сообществах, таких как большой город.

Этот дотошный гематолог предположил, что у Наполеона может быть синдром Германски – Пудлака – редкое рецессивное наследственное заболевание, при котором в костном мозге накапливается другой вид клеточного мусора, больше похожий на кусочки вощеной бумаги. Кроме того, выяснилось что один из предков Наполеона был альбиносом с очень светлой кожей, светлыми волосами и светлыми глазами, а синдром Германски – Пудлака может проявляться таким образом.

Тем не менее Наполеону не сделали генетический анализ на синдром Германски – Пудлака, потому что эти анализы не оплачивались его медицинской страховкой. Почему? Синдром Германски – Пудлака не считается страховым случаем, поскольку для него нет лечения. Компания заявила, что, хотя результаты анализа помогут Наполеону узнать о своем будущем и будущем его семьи, они практически никак не повлияют на оказание ему медицинской помощи.

Мы попытались опротестовать это решение. Я лично встретился с врачом, работавшим экспертом в страховой компании, в которой был застрахован Наполеон, чтобы обсудить этот случай. Я рассказал ему историю и наши выводы, но страховщик нам отказал, найдя вежливый способ назвать меня ученым-выскочкой, который заказывает слишком много тестов для своих пациентов, – «доктор Дон Кихот», назвал одним из тех, кто гоняются за диагностическими «ветряными мельницами» и разоряют нашу систему здравоохранения (однако при этом не упомянул стоимость страховых взносов).

Мы безуспешно пытались найти исследовательскую лабораторию, которая заинтересовалась бы изучением тромбоцитов Наполеона с помощью электронной микроскопии: в этом случае тоже можно было бы поставить диагноз, не платя за обследование. Клинические исследования с бесплатным генетическим анализом встречаются очень редко...

Не только селезенка, но и печень Наполеона была увеличена. Его мать и брат страдали от болезни Паркинсона, и это повышало вероятность того, что у Наполеона болезнь Гоше. (Считается, что болезнь Гоше может вызывать паркинсонизм, потому что «скомканная бумага» откладывается в микроглии – макрофагах нервной системы.)

Чтобы попытаться разобраться в симптомах Наполеона, его направили к гастроэнтерологу, и он сосредоточил внимание на печени, которая настолько увеличилась, что заняла почти весь живот и почти касалась селезенки. Печень не разорвется легко, в отличие от нежной селезенки. Это позволяло безопасно провести любые инвазивные процедуры, которые помогли бы подтвердить или опровергнуть наличие возможных заболеваний. Мы подозревали еще одну наследственную болезнь – гемохроматоз, когда железо в опасных количествах накапливается в печени и других органах.

Гастроэнтеролог провел биопсию печени... Под микроскопом клетки печени Наполеона выглядели сильно поврежденными. Некоторые из них были замещены липкими белково-углеводными волокнами, которые играют в нашем организме роль изоленты. Врачи называют это научным термином фиброз. Патоморфолог не смог сказать, было ли это последствием воздействия какого-то токсина (например, химических веществ на работе) или же причина была генетическая.

Таким образом, результаты оказались весьма неопределенными.

Но был еще один важный аспект, на который обратил внимание патолог: в печени присутствовали пенистые макрофаги, характерные для болезни Гоше, и это навело нас на точный диагноз.

Поскольку для этого диагноза существовало лечение, страховая компания согласилась оплатить генетическое исследование Наполеона для подтверждения болезни Гоше. Мы взяли кровь и отправили в лабораторию проверить ген GBA. Там призвали на помощь генетического «ученика чародея» – так мы называем полимеразную цепную реакцию (ПЦР)...

В случае с Наполеоном мы нашли мутацию, которую искали. У него было 2 копии мутировавшего гена, который его родители получили, вероятно, от общего дальнего предка, поскольку их семьи жили на одном и том же острове в Карибском море. Произошла замена только одной из 536 аминокислот в белке GBA, но этого оказалось достаточно, чтобы Наполеон тяжело заболел.

Эта мутация в GBA уже неоднократно обнаруживалась прежде.

Известно, что впервые она появилась около 50 поколений назад, в период Раннего Средневековья, у человека, который был евреем по национальности. Происхождение этой мутации легко проследить до того времени, анализируя аллели этого гена у разных этнических групп сегодня. Каждый раз, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, родительские геномы объединяются и перемешиваются.

Изучив нынешние аллели и насколько эти аллели различаются у разных этнических групп, мы можем определить историю той или иной мутации. В настоящее время эта мутация, вызывающая болезнь Гоше, распространилась по всему миру и чаще всего (но не всегда) встречается у евреев.

Если мутация возникает у человека, принадлежащего к определенной этнической группе, в которой принято вступать в брак внутри этой группы – как, например, у евреев, – мутация будет распространятся внутри группы. Это иногда называют эффектом основателя.

...Можно предположить, что у Наполеона был дальний предок с такой мутацией, который переехал на Карибские острова в Новом Свете и передал мутацию своим детям. Она передавалась из поколения в поколение, пока двое его потомков не нашли друг друга и не стали счастливыми родителями Наполеона.

Однако есть вероятность, что такая же мутация возникла в роду у Наполеона случайно безо всякого еврейского предка... Много веков назад по случайному совпадению поменялась та же аминокислота, и активности белка хватило, чтобы носители гена выжили.

Мутация, которая была обнаружена у Наполеона, частично препятствует GBA производить «уборку» организма. Ни у людей, ни у животных не было найдено такой мутации GBA, которая бы полностью выключала работу этого белка, но позволяла носителю выжить. Следовательно, полная утрата работоспособности GBA несовместима с жизнью.

После того как диагноз прояснился, Наполеона стали лечить. Принцип лечения болезни Гоше будет понятен каждому, кому доводилось наводить чистоту в доме. Если в гене GBA есть мутация и синтезируемый белок неспособен в полной мере заниматься уборкой, то необходимо назначить помощника – молекулярную уборщицу...

Изготовление белка GBA для пациентов с болезнью Гоше - биотехнический эквивалент высокого кулинарного искусства с бюджетом более $400 000 в год. Его приготовление похоже на приготовление клеточного рагу в огромных емкостях. Хотя обычно его делают из животных клеток, есть вегетарианская версия белка GBA, полученного из моркови. Когда «рагу Гоше» готово, его отжимают и процеживают так, чтобы остался только GBA. Если использовать только немодифицированный GBA, то около 95 % белка не попадет в макрофаги, которые в нем нуждаются. В процессе подготовки GBA покрывают специальными сахарами, к которым у макрофагов есть особые рецепторы, чтобы макрофаги их съели; кроме того, добавляют и некоторые другие ингредиенты, включая антиоксиданты, консерванты и стабилизаторы…Потом вводят эту смесь в кровь, и ее поедают макрофаги в селезенке, костном мозге и в других органах, где она нужна. GBA белок очень трудолюбивый, поэтому достаточно восстановить всего 10 % GBA, чтобы обеспечить работу клетки.

Наполеону начали колоть заменитель GBA каждые две недели – в его случае заменитель был сделан с помощью клонированного гена в клетках животных, а не моркови. Поскольку имелся однозначный результат генетической диагностики, а медицинская литература отлично подтверждала преимущества метода, страховая компания не стала возражать против дорогостоящей ферментозаместительной терапии. Молекулярная уборщица начала уборку мусора, который накапливался в организме с самого рождения. За несколько месяцев миллионы крошечных вспененных вакуолей, загромождавших его костный мозг, печень и селезенку, были переварены макрофагами.

Сейчас Наполеон чувствует себя лучше. Боли у него прекратились, да и анализ крови улучшился. Он перестал мучиться от загадочного хронического заболевания, которое может лишить жизни или средств к существованию...

Теперь Наполеон мало чем отличается от тысяч других людей, которых он встречает каждый день по дороге на работу. Сейчас у него гораздо больше сил для игр со своими детьми. Будем надеяться, что генетический риск внезапной смерти от внутреннего кровотечения для него в прошлом.

______________________________

Это был отрывок из книги "Время генома: Как генетические технологии меняют наш мир и что это значит для нас".