SAGA - Sarcoidosis Genetic Analysis Study
Описание болезни, патофизиология и эпидемиология
Саркоидоз наиболее часто воздействует на молодых взрослых среднего возраста и часто проявляется внутригрудной лимфаденопатией, легочными инфильтратами, респираторными симптомами, вовлечением глаз и повреждениями кожи. Диагноз бывает установлен, когда рентгенографические результаты и клинические свидетельства мультисистемного вовлечения поддержаны гистологической демонстрацией эпителиоидных гранулем в вовлеченных органах. Для дальнейшего подтверждения диагноза, должны быть исключены инфекционные причины образования гранулем, используя окрашивание и культуральные исследования для микобактерий и грибов.
Курс и прогноз болезни коррелируют со способом начала и расой (1,2). При остром начале, болезнь обычно имеет ограниченный курс, протяженностью менее двух лет со спонтанным разрешением. Постепенное начало болезни часто сопровождается прогрессирующим фиброзом в вовлеченных органах, приводящему к их дисфункции. Прогноз для белых, у которых болезнь чаще имеет острое начало, является в целом хорошим, в отличие от афро-американцев, у которых болезнь обычно имеет постепенное начало. Афро-американцы чаще имеют внелегочные проявления и более серьезное повреждение вовлеченных органов, включая уродующие повреждения кожи, вовлечение костей, повреждения печени и потерю зрения.
В общенациональном исследовании смертности в Соединенных Штатах с 1979 г. до 1991 г., было обнаружено, что 5,791 людей умерли от саркоидоза или его осложнений (3). Оценка смертности для саркоидоза в 1991 г. составляла 1.6 / 1.000.000 среди мужчин и 2.5 / 1.000.000 у женщин. Смертность была выше у афро-американцев чем у белых и чем у афро-американских женщин, имеющих самую высокую смертность.
В некоторых исследованиях производилась оценка влияния саркоидоза на здоровье нации. Хотя смертность, непосредственно относящаяся к саркоидозу низка, заболеваемость им значительна. Саркоидоз обнаруживается у 3 % всех пациентов с увеитом (4). Из пациентов с саркоидным увеитом, 12.5 % становятся слепыми и 12.5 % инвалидами по зрению. Саркоидоз обнаруживают у 7 % пациентов, подвергавшихся биопсии для оценки острой почечной недостаточности и в 22 % всех случаев гранулематозного гепатита (5,6). Был сделан вывод, что несмотря на низкую смертность, из-за высокой заболеваемости среди афро-американцев и мультисистемного характера болезни, саркоидоз представляет значительную проблему для здравоохранения.
Некоторые данные указывают, что патологический процесс при саркоидозе начинается с клеткок, осуществляющих презентацию антигена T-лимфоцитам (7). Активизированные T-лимфоциты производят факторы хемотаксиса, которые управляют притоком мононуклеарных клеток в облать воспаления. Сложное взаимодействие T-лимфоцитов, цитокинов, мононуклеарных клеток и их факторов роста, ответственно за формирование гранулемы. Воспалительные клетки и гранулемы накапливаются, деформируют архитектуру органа и приводят к его дисфункции. Если воспалительный процесс продолжается, образуется инфильтрат, окруженный фибробластами и коллагеном, происходит рубцевание и органу наносится постоянное повреждение. Несмотря на интенсивные исследования, точные иммунные механизмы, включая функцию T-клеток и процесс регулирования ситнеза цитокинов не определены и не существует хорошей животной модели для саркоидоза. Некоторые другие болезни человека также характеризуются гранулематозным воспалением (например, хроническая бериллиевая болезнь, аллергический пневмонит, гранулематоз Вегенера и инфекционные болезни, такие как туберкулез, лепра и шистосомоз). Понимание причин, почему некоторые люди являются восприимчивыми к саркоидозу, вероятно, прольет свет на природу других гранулематозных болезней.
Этиология саркоидоза остается неизвестной несмотря на несколько проведенных эпидемиологических исследований, которые позволили определить факторы риска - возраст, пол, раса и семейная история. Поиск факторов риска начался в конце 1940-х, когда было замечено, что кластеры саркоидоза наблюдаются в средне-атлантических и южно-центральных регионах США (8-10). Исследования в этих регионах позволили предложить, что рождение и проживание в сельской местности при до начала болезни увеличивает риск саркоидоза (11). Позднее, исследователи предположили, что некоторые факторы окружающей среды, характерные для сельской местности юго-восточных регионов США, могут быть ответствены за саркоидоз. В их число были включены пыльца сосны (12), сельскохозяйственные животные (11,13), использование древесины для отопления (11,13), бериллий, содержащийся в глине (13,14) и занятость населения в деревообрабатывающих и текстильных отраслях промышленности (11,12,14). Эти предположения не подтвердились и роль факторов окружающей среды пока остается до конца неизвестной.
Поскольку неказеозные гранулемы в вовлеченных тканях - гистологический маркер саркоидоза, исследователи оценили инфекционные агенты, способные производить гранулематозное воспаление (15). Несколько исследований утверждают, что пациенты с саркоидозом чаще инфицируются M. tuberculosis (16,17), M. orale (18) и вирусом Эпштейна-Барра, чем группа контроля (19,20). Микобактериальная ДНК и РНК были обнаружены в саркоидных тканях с помощью полимеразной цепной реакции (21-24), однако эпидемиологические критерии для установления инфекционного агента как причины болезни, например изоляция агента у больного пациента, не были выполнены. Подводя итог, следует сказать, что иммунные механизмы саркоидоза до конца не изучены и этиология остается неизвестной несмотря на многие годы исследований.
Подтверждения генетической предрасположенности
Хотя данные, полученные в исследованиях, изучающих влияние факторов окружающей среды остаются неокончательными, существуют свидетельства, поддерживающие предположение о генетической предрасположенности к саркоидозу. Например, этнические вариации заболеваемости саркоидозом имеют место во всем мире (25,26). Саркоидоз - в 3 раза более обычен у Ирландцев, живущих в Лондоне чем у коренных жителей Лондона и в 8 раз более обычен у уроженцев Мартиники, живущих во Франции, чем у коренной Французской популяции (27). В Соединенных Штатах, на афро-американцев по разным данным саркоидоз воздействует в от 26 до 1728 раз более часто чем на белых. Хотя факторы риска окружающей среды могут по разному воздействовать на различные расы, более вероятно, что такая расовая вариация заболеваемости саркоидозом имеет место в значительной степени из-за генетических факторов.
Самое серьезное доказательство генетическое предрасположенности к саркоидозу заключается в наблюдаемой семейной группировке болезни. Семейный саркоидоз был впервые отмечен в Германии в 1923 г. Martenstein, который сообщил о саркоидозе у двух сестер (29). В то время, как несколько аналогичных случаев были отмечены в Европе, о семейном саркоидозе в Соединенных Штатах не было сообщений до 1947 г., когда Robinson и Hahn сообщили о двух парах братьев (30). В 1971 г. British Thoracic and Tuberculosis Association (BTTA) сообщила о 59 семьях со 121 случаем саркоидоза (31).
После отчета BTTA, было сообщено более чем о 400 случаев семейного саркоидоза (32). Headings (33), предположив полигенное наследование, оценил наследуемость болезни у афро-американцев в 60-70 процентов. Эта оценка была получена при сравнении распространенности болезни во всей популяции и в 11 чернокожих семьях. Buck и Sartwell (34) обнаружили более высокую распространенность болезни у родственников с саркоидозом по сравнению с родственниками в группе контроля. Джеймс (35) предложил Менделевскую рецессивную модель наследования. Ни одно из этих исследований не имело адекватных данных, чтобы строго проверить различные модели наследования или оценить проведенное фенотипирование пациентов.
Чтобы провести количественный анализ семейного саркоидоза, мы провели обзор историй семейного саркоидоза среди 1,082 пациентов, диагностированных в Henry Ford Hospital (36). Мы оценили семейный саркоидоз у этих пациентов, определяемый как наличие родственника первой или второй степени родства с саркоидозом, в 14 процентов. Семейный саркоидоз был более обычен у афро-американцв (17 %) чем у белых (6 %).
Могут ли факторы окружающей среды производить семейную группировку саркоидоза? Исследование Khoury (37) показало, что при отсутствии генетической восприимчивости, факторы окружающей среды должны иметь относительные риски порядка 100 или более, чтобы объяснять семейную группировку саркоидоза у афро-американцев. Если бы факторы риска окружающей среды такой величины существовали бы, они, вероятно, были бы обнаружены в предыдущих исследованиях (11,13,14,38).
Генетический подход к саркоидозу
Семейная группировка саркоидоза и недавние успехи в идентификации генов болезни в сложных нарушениях типа болезни Крона (39), астмы (40), рака простаты (41), рака груди (42,43) и диабета (44,45), мотивирует поиск генов, ответственных за восприимчивость к саркоидозу. Важным пунктом для рассмотрения планирования подхода к генетическому анализу саркоидоза является то, что традиционный подход, основанный на модели LOD (log of the odds - логарифм отношения вероятности, что событие произойдет, к вероятности, что событие не произойдет), требует определения генетического механизма (46). Так как относительно генетических механизмов саркоидоза известно немного, в настоящее время мы собираем данные для сегрегационного анализа.
Мы предлагаем использовать анализ сцепления генов для исследования генетики саркоидоза с помощью двух подходов. Сначала, мы будем искать связанные хромосомальные регионы у пар родных братьев или сестер (affected sibling pair - ASP). Затем, мы будем использовать AFBAC (affected family-based control), в котором с помощью теста TDT (transmission disequilibrium test) будем оценивать ген на принадлежность к сцепленным (близко расположенным) генам в хромосоме.
Эти методы позволяют определить, значительно ли общие аллели у родственников отклоняются от Менделевского ожидания. Например, если в несцепленных локусах ASP имеются общие 0, 1 или 2 аллеля, Менделевское ожидание составляет 3:2:3 соответственно. Анализ сцепления полезен для изучения сложных болезней, так как не требует знания типа наследования.
Кроме анализа сцепления, для оценки кандидата в причинные гены должен использоваться метод AFBAC. Преимущество AFBAC, который использует TDT, состоит в том, что родительские аллели, не переданные детям с саркоидозом, используются, чтобы сгенегировать искусственную ''контрольную популяцию'' (47). Это дает более чувствительный путь контроля генетической гетерогенности, чем просто контроль расы. Неудобство использования такого подхода состоит в том, что кандидаты в причинные гены выбираются на основании нашего понимании патофизиологии болезни и ограничено случаями саркоидоза.
Неравновесность сцепления обычно происходит в коротких генетических интервалах (~1cM), поэтому сканирование генома в проекте AFBAC в настоящее время не выполнимо, но вероятно станет возможным в будущем, поскольку плотность идентифицированных полиморфных маркеров в геноме постоянно увеличивается (49). Анализ сцепления может обнаружить связь маркера с локусом болезни из более чем десятка миллионов пар оснований, так что при сканировании генома может потребоваться использование только нескольких сотен маркеров. После того, как мы закончим оценку 50 генов - кандидатов в причинные гены в чернокожих семьях с саркоидозом, с помощью сканирования генома необходимо будет обнаружить все возможные гены восприимчивости. Как только регион хромосомы при сканировании генома будет идентифицирован, будет использоваться тест TDT. Так как отобранные гены присутствует в идентифицированном регионе, они играют потенциальную роль в патофизиологии и имеют большой потенциал для успеха обнаружения генов восприимчивости к саркоидозу.
Развитие консорциума
Центры для программы ACCESS были выбраны из-за их продолжительного и постоянного интереса к проблеме саркоидоза и их способности привлечь к исследованию афро-американских пациентов. Восемь центров, участвующих в ACCESS, которые NHLBI спонсировал для проведения мультицентрового исследования ''A Case Control Etiology of Sarcoidosis Study'' объединились с двумя центрами из Северной Каролины и Джорджии, чтобы сформировать консорциум для изучения генетики саркоидоза.
В то время как ACCESS, вероятно, соберет важную эпидемиологическую информацию о саркоидозе, в этом исследовании не будет определяться генетическая восприимчивость и не будет производиться систематический поиск генов восприимчивости. В проекте ACCESS изучаются случайно взятые случаи, не позволяющие производить исследование семейного саркоидоза. ACCESS, однако, делает более вероятным достижение целей, которые мы преследуем, при объединении усилий группы центров, активно сотрудничающих в исследовании саркоидоза. В ACCESS привлекаются недавно диагностированные пациенты с диагнозом саркоидоз, определенным как наличие диагноза при проведении биопсии в пределах шести месяцев до попадание в исследование. Возраст, пол, раса контрольной группы отбирается случайным образом.
Цели ACCESS:
Заключение
Этнические вариации и семейная группировка саркоидоза предполагают наследственную восприимчивость. Мы предлагаем искать возможные местоположения гена восприимчивости, используя анализ пар родных братьев/сестер и затем использовать AFBAC для их оценки. Вероятность достижения успеха высока, поскольку стратегия, которую мы будем использовать, оказалась успешной при исследовании других болезней.