Информационно-просветительский гуманитарный проект «12 месяцев» — это цикл материалов о необычных людях – пациентах с редкими (орфанными) болезнями, о которых не написано в студенческих учебниках. Считается, что вероятность встретить на профессиональном пути редкого пациента у обычного врача ничтожно мала, поэтому в академических аудиториях им не уделяют должного внимания, что в повседневной жизни приводит к диагностическим ошибкам, упущенному времени и поломанными судьбами и жизням. Проект «12 месяцев» реализуют студенты и ординаторы – будущие и нынешние специалисты, активно изучающие генетические методы диагностики, их место в современной врачебной работе. Материалы готовятся на кафедре патологической анатомии СЗГМУ им. И.И. Мечникова (Санкт-Петербург) при поддержке научно-практического журнала «Гены и Клетки», группы компаний ИСКЧ, блога истории медицины и порталов Indicator.Ru и «Нейроновости». Каждая часть проекта состоит из двух или трех материалов: рассказа о заболевании (чаще всего с видеотаймлайном его изучения), и пациентской истории. Научные редакторы проекта — Алексей Паевский и Роман Деев. Новый цикл статей посвящен несовершенному остеогенезу. Это не нейрозаболевание, но мы считаем важным, чтобы на нашем портале был размещен весь цикл текстов.
Какая самая прочная на разрыв ткань человеческого тела? На первом месте окажутся ткани зуба, связки и сухожилия, но куда интереснее секрет крепости костей. Ученые утверждают, что кости превосходят в прочности даже сталь, хотя и гораздо легче неё. Секрет механической надежности кости был раскрыт швейцарским профессором анатомии Джорджем Херманом Фон Мейером в середине XIX века. Его тревожило любопытство: как, например, бедренная кость способна выдерживать вес практически всего человеческого тела, имея при этом изгиб в области, формирующей тазобедренный сустав.
Фон Мейер открыл удивительно строгую геометрическую структуру костных балок, равномерно перераспределяющих нагрузку на всю кость. Чуть позже швейцарские ученые-инженеры адаптировали это свойство для конструирования строительных объектов, что, спустя еще 30 лет, помогло Густаву Эйфелю возвести свою знаменитую на весь мир башню.
Джордж Херман Фон Мейер, швейцарский анатом (1815–1892);
Жан Жорж Кретьен Фредерик Мартин Лобштейн, французский акушер и патолог (1777-1835);
Виллем Вролик, голландский анатом и патолог (1801-1863)
Люди были убеждены в превосходной крепости костей на протяжении всей истории, пока в конце семнадцатого века шведский врач Олаф Экман не привел доказательств состояния, противоположного прочности, — хрупкости. Он рассказал историю семьи, которая в течение трех поколений была известна как «раса карликов», со своеобразным телосложением и хрупкостью костей, что приводило к искажениям туловища и конечностей [1]. Спустя пару десятилетий французский патолог Дж. Ф. Лобштейн отметил схожее заболевание у трех детей одной семьи, назвав это идиопатическим остеопсатирозом[1].
В середине XIX века голландский патолог Виллем Вролик описал младенца с укороченными и деформированными конечностями, умершего через 3 дня после рождения. Он отметил плохо развитый скелет, короткое и узкое лицо, а лобная, теменная и затылочная кости были cломаны. Все представленные кости скелета имела множественные переломы. В своих текстах В. Вролик использовал в заголовке термин «Несовершенный остеогенез» [2]. Позже оказалось, что В. Вролик и Дж. Лобштейн описывали одно заболевание.
Иллюстрации удивительной геометрической структуры балок в разных костях человека, выполненные Дж. Х. Фон Мейером, 1867
Собственно, несовершенный остеогенез (НО) – группа редких наследственных заболеваний соединительной ткани, основным симптомом которых является хрупкость костей, вызывающая их переломы и деформацию [3]. Частота встречаемости НО составляет 1:10 000 новорожденных, а это значит, что в нашей стране таких пациентов целое царство – около 15 000 человек.
В 2009 году на совещании Международной группы по номенклатуре конституциональных расстройств скелета (International Congress of Human Genetics, ICHG) была предложена следующая классификация [4]:
— НО I типа: легкая форма, недеформирующий НО с повышенной хрупкостью и голубыми склерами;
— НО II типа: летальный исход в первую неделю после рождения;
— НО III типа: «прогрессивно деформирующий»;
— НО IV типа: умеренная форма;
— НО V типа: НО с кальцификацией костей.
Самыми распространенными причинами НО являются мутации в более чем 10 генах, ответственных за синтез коллаген I типа, преимущественно содержащегося в костях. Коллаген — специальный белок, составляющий основу соединительной ткани организма. Простыми словами коллаген — это ниточка (нитка, веревка, …канат!), состоящая из трех аминокислотных цепей, две из которых называются α1 и одна α2. Следует уточнить, что в этой последовательности аминокислот каждое третье положение занимает аминокислота глицин. Сами по себе ниточки тонкие и непрочные, но весь секрет в том, что они заплетаются в спиралевидные канатики, которые между собой собираются в более объемные канаты, фибриллы[2], которые формируют очень прочные волокна. Они же в составе соединительной ткани выполняют роль внутреннего каркаса костей. Рост и формирование простой ниточки проходит в несколько этапов и требует слаженной работы многих регуляторов её сборки.Мутации в одном из двух генов, кодирующих цепи коллагена, которые именуются COL1A1 и COL1A2, считаются ответственными за 90% случаев НО. Как оказалось недавно некоторые формы НО связаны с мутациями в других генах, что позволило выделить отдельную группу – т.н. неколлагеновых НО.
Причина проявлений большей части состояний, описываемых как несовершенный остеогенез заключается в разного рода дефектах генов коллагена: структурных и количественных. Самым распространенным структурным нарушением является замена глицина в случайном месте любой из трех аминокислотных цепей, что приводит к нарушению спиралевидной конструкции волокна. Нормальные фибриллы являются своеобразными «направителями», указателями для остеобластов — клеток, за счёт которых развивается костная ткань – минерализованный матрикс. Благодаря правильному указанию пути оссификации[3] развивается строгая геометрическая конструкция минерализующих волокно кристаллов гидроксиапатита, придающая костям прочность. В случае заболевания измененные фибриллы направляют процесс роста кристаллов фосфата кальция «не по чертежам», что приводит к развитию рыхлого, неправильно структурированного остова кости, который бы явно не вдохновил Гюстава Эйфеля на постройку башни.
Нормальная кость (слева) и кость при несовершенном остеогенезе (справа)
Вторым механизмом развития хрупкости является повышенная активность остеокластов — клеток, ответственных за разрушение костного матрикса, которое в норме сбалансировано с её синтезом. Считается, что при НО количество остеокластов повышается в ответ на деформированный коллаген, что обуславливает повышенное разрушение кости и еще большее снижение прочности. Количественный дефект коллагена, а именно его недостаток, приводит к неполной минерализации, ведущей к истончению кости — причине их хрупкости.
Клинические проявления несовершенного остеогенеза начинаются в детстве: с начала ходьбы возникают первые переломы, а по мере роста ребенка отмечаются искривления костей: бедренной, большеберцовой, лучевой, локтевой, костей грудной клетки и черепа. Из-за дефектов коллагена, находящегося в составе белочной оболочки глаза — склеры, сквозь нее просвечивает глубжележащий пигмент меланин, придавая ей голубой цвет. Деформации косточек в среднем ухе часто приводят к потере слуха; неправильное формирование зубов (да-да, в их основе тоже лежит коллагеновый каркас) приводит к их обесцвечиванию и полупрозрачности. Элементы скелета становятся хрупкими и как будто полупрозрачными, поэтому за такими людьми повелось прозвище «хрустальные дети».
Установить диагноз несовершенного остеогенеза позволяет молекулярно-генетическое исследование на наличие мутаций в генах COL1A1 и COL1A2. Заподозрить заболевание можно по вышеописанным клиническим проявлениям. С высокой степенью уверенности диагноз может быть установлен при наличии характерных рентгенологических признаков [5]:
Клинические проявления несовершенного остеогенеза
С помощью денситометрии[5] можно измерить минеральную плотность костей, которая при НО будет снижена. Заподозрить болезнь еще внутриутробно позволяет УЗИ; этим способом можно найти укорочение длины бедренной кости – уже во втором триместре, угловатость или искривление длинных костей и неправильный изгиб ребер [7, 8]. В случае, когда в семье уже известны случаи НО в старших поколениях, ей предлагается медико-генетическое консультирование, дающее представление о будущем.
Лечение НО – к сожалению, пока только симптоматическое и подбирается индивидуально для каждого пациента в зависимости от его возраста, типа и тяжести НО [9]. Клиническими целями такого лечения будут:снижение частоты переломов, облегчение боли и стимулирование роста костей, увеличение возможностей подвижности и обретения независимости от посторонней помощи, то есть – повышение качества жизни [10]. Эта цель может быть достигнута путем воздействия на два компонента метаболизма кости: стимулирование роста (остеогенез) и блокирвоание разрушения остеокластами.
В настоящее время бисфосфонаты — основа патогенетической терапии. Эти препараты оказывают действие через подавление активности остеокластов и индукцию их самоуничтожения [11]. Согласно исследованиям, бисфосфонаты бесспорно увеличивают минеральную плотность кости [12]. Однако показатель сокращения частоты переломов в множестве исследований противоречив [13, 14]. Вместе с тем, следует учесть, что блокировка работы остеокластов не ведет к нормализации качества костной ткани (качества коллагена), а лишь снижает скорость ее разрушения, что может приводить к увеличению ее объема, косвенно влияющего на повышение прочности.
Совместно с терапией бисфосфонатами применяют хирургическое лечение переломов, у которого есть свои особенности: чем дольше длится период обездвиживания конечности, тем сильнее прогрессирует хрупкость, в результате чего формируется замкнутый круг: перелом – иммобилизация – перелом. Хирургическое лечение несовершенного остеогенеза включает операции на конечностях и позвоночном столбе с использованием остеотомии (хирургическая процедура, при которой кость разрезается для ее выпрямления) и придания им правильной анатомической формы с помощью металлоконструкций.
Сегодня клинические испытания терапии НО проходят многие препараты, доказавшие свою эффективность в лечении остеопороза. Однако, не будем забывать, что речь идет о симптоматической и лишь от части патогенетической терапии не искореняющей первопричину болезни – повреждение гена.
Весьма заманчивым показалась возможность подселить в кости остеобласты – клетки строители, от здорового донора. По мысли разработчиков такой технологии, колонизировав кости пациента, они начнут синтезировать полноценный коллаген, постепенно, шаг за шагом, год за голом он вытеснит коллаген порочный и прочность кости станет неотличимой от нормы. Такая клеточная терапия НО начала развиваться два десятилетия назад. Внутриутробное введение в пупочную вену плода донорских мезенхимальных стволовых клеток – очень молодых остеобластов, технически впооне выполнимо (2005, 2014) [15-19]. Введение этих же клеток в детском возрасте возобновляет остановленный при заболевании рост. В некоторых случаях полученные положительные результаты заключались в снижении числа переломов и ускорении роста, но, к сожалению, такой достигнутый результат лишь временный. Донорские клетки отказываютя жить в чужом доме, приживаются в костной ткани реципиентов лишь 1,5-2% из них. Как бы активно они не работали после этого, их синтетическая активность не может повляиеть на качество костной ткани всего скелета.
Единственным вариантом этиотропного – направленного на первопричину, лечения является генная терапия. Мутация в ДНК, главном чертеже, ведет к неправильному «срисовыванию» РНК — ошибочному чертежу. По нему строятся аномальные молекулы коллагена — белки. Они уже не могут уложится в геометрическую структуру, обеспечивающую прочность всей конструкции. Одна из технологических идей генной терапии заключается в том, чтобы сначала перечеркнуть и стереть все неправильные чертежи — заблокировать молекулы РНК (это необходимо, чтобы остановить синтез неправильного коллагена, значительная часть НО – аутосомно-доминантное заболевание). Далее можно взять остеобласты больного и переучиваем их — исправляем мутацию в лабораторных условиях. После этого их можно возвращать домой. Данные по такому лечению у мышей оказались обнадеживающими, но прошло уже два деятилетия с момента их получения, а воз и ныне там [20]. Сегодня все еще нет зарегистрированных клинических исследований по проверке безопасности и эффективности генной терапии НО [21].
Этапы ex vivo генной терапии несовершенного остеогенеза: 1 – мутантный остеобласт готов строить неполноценные костные балки; 2 – биопсия костного мозга, включающая получение остеобластов; 3 – редактирование генома остеобластов (МСК) ex vivo – в лаборатории; 4 – трансфузия отредактированных клеток обратно пациенту; 5 – экспансия редактированных клеток в тканях и активный синтез правильного коллагена
В России благодаря усилиям неравнодушных к проблеме несовершенного остеогенеза людей существует фонд, оказывающий помощь в получении медикаментозной терапии и хирургического лечения, а также психологической и социальной поддержки, осуществляющий реализацию реабилитации — фонд “Хрупкие люди” — https://hrupkie.ru. Кроме того, фонд предоставляет множество материалов по правилам ухода за больными детьми, также обучающие лекции и полезные статьи.
Отдельно помощь детям с НОГ осуществляет «Русфонд.Перелом» https://rusfond.ru/list-intro/21.
Текст: Василий Горбачев, Евгений Пресняков, Роман Деев.
[1] Остеопсатироз — от греческого osteon-—кость и psathyrosis—ломкий.
[2] Фибриллы — тонкие волоконца, расположенные в межклеточном веществе.
[3] Оссификация (окостенение, развитие костей) — процесс формирования костной ткани; научный синоним — остеогенез.
[4] Остеопороз – полиэтиологический синдром, связанный с нарушением обмена веществ, проявляющийся прогрессирующим снижением количества минерала кости, ее плотности и нарушением структуры.
[5] Денситометрия — способ оценки минеральной плотности костной ткани, выполняемый рентгенологическими методами
Литература:
