Идентификация молекулярных дефектов, имеющих отношение к патологии ионных каналов - важный шаг в понимании эпилептогенеза и чувствительности к специфическим провоцирующим факторам. Фебрильные приступы (ФП) - наиболее распространенная судорожная патология у детей, которая связана с быстрым повышением температуры тела выше 38,0°С[14]. Они рассматриваются не как эпилепсия, а скорее как особый синдром, характеризующийся наличием провоцирующего фактора (триггера) - лихорадки, и типичным возрастом развития - от 6 мес. до 5лет [19].Согласно проекту классификации эпилепсии и эпилептических синдромов 2001 года, ФП отнесены в группу состояний, не требующие диагноза эпилепсии [33].
В целом, ФП наиболее распространены в возрасте от 6 мес. до 5 лет счастотойвстречаемости от 2% до 5% в детской популяции [10]. Общепринятой классификации ФП нет, но современные авторы разделяют ФП на простые, сложные и фебрильно-провоцируемые приступы (так называемый фебрильный эпилептический статус) [9]. Большинство ФП представлены простым типом, которые составляет около 85% всех пароксизмов в детском возрасте [6].
Сложные ФП (СФП)- более длительные (до 15-20 мин), повторные в течение суток судороги, часто с фокальным компонентом, которые могут возникать уже на фоне субфебрильной температуры и сопровождаться транзиторными неврологическими нарушениями. Вероятность трансформации СФП в эпилепсию составляет до 93%[14, 15, 13]. Именно с этого типа ФП чаще дебютируют резистентные формы эпилепсии, что вызываеттрудности в диагностике на начальном этапе заболевания [11]. В большинстве случаев определить риск развития эпилепсии у пациентов с ФП остается затруднительным [33, 11].
Фебрильный эпилептический статусимеет более продолжительное течение (> 30 мин) и рассматривается как предрасполагающий фактор к развитию симптоматической эпилепсии [7, 9].
ФП проходят спонтанно до 5 лет и обычно не требуют назначения противоэпилептических препаратов (ПЭП), но генетические исследования семейных форм ФП, включая исследования близнецов и отягощенных по ФП семей, указывают на большое значение наследственного компонента в их этиологии [25]. Наличие ФП позже обычного возраста, ограниченного 5 годами - другой фактор, указывающий на повышенную склонность к развитию приступов. Эти особенные формы ФП идентифицированы недавно и носят название«ФП плюс» (ФП+). Данный вид приступов тяготеет к наследственной передаче и несет высокий риск развития эпилепсии [30, 31].
Несмотря на широкое распространение в детском возрасте конкретные причины развития ФП до настоящего времени остаются предметом дискуссий. Многие авторы полагают, что развитие ФП происходит в результате нестабильности и незрелости мембраны нейронов центральной нервной системы (ЦНС) ребенка, когда она легко восприимчива к патологическому воздействию повышенной температуры и тем самым реагирует нарушением структуры и функциональных свойств [34].Как известно, многие из патофизиологическихи патологических измененийв ЦНС способствуют повышенной судорожной готовности нейронов головного мозга[14].С другой стороны, развитие ФП может быть генетически детерминировано [20, 33]. Полигенный тип наследования связывают с наличиемФП, которые могут играть существенную роль в определении чувствительности к развитию симптоматической эпилепсии, особенно после дополнительного влияния ряда триггерных факторов (черепно-мозговая травма, ФП, нейроинфекции).Моногенный тип наследования рассматривают при идиопатических эпилепсиях, ассоциированных с мутациями генов, кодирующих вольтаж-зависимые ионные каналы нейронов ЦНС[16].Оба типа наследования (полигенный и моногенный) можно рассматривать с точки зрения предрасположенности к развитию ФП, в том числе с последующей трансформацией в афебрильные приступы и эпилепсию. Есть весомое эпидемиологическое подтверждение того, что ФП связаны с последующими афебрильными или непровоцированными приступами, при повторении которых диагностируют эпилепсию. Проспективные исследования в динамике больших когорт детей с ФП показывают, что афебрильные приступы развиваются в дальнейшем у 2-7% детей, то есть в 2-10 раз чаще, чем в общей популяции. Показатели зависят от продолжительности наблюдения. Средний риск составляет около 3% к 7 годам, а в одном исследовании с более длительным наблюдением в динамике риск составил 7% к 25 годам жизни пациента [44,48].
ФП в прошлом встречались у 11% пациентов с идиопатической генерализованной эпилепсией, но с существенными вариациями. Для фокальных эпилепсий самый высокий процент ФП в анамнезе (25%) наблюдался при височной эпилепсии, в то время как ФП в детстве описаны у 5-6% других фокальных эпилепсий. На вершине спектра тяжести тяжелая миоклоническая эпилепсия у детей (синдром Драве) - редкий, но инвалидизирующий эпилептический синдром, который в большинстве случаев начинается с ФП [48].
В контексте хорошего общего прогноза предпринимаются попытки идентифицировать характеристики ФП, которые могли бы предсказывать неблагоприятный исход. Различные факторы, определенные как предикторы последующей эпилепсии, включают отклонения в развитии, семейный анамнез эпилепсии, повторные ФП, короткая продолжительность лихорадки до ФП и сложные ФП. Наибольший интерес как генетический предиктор развития ФП и эпилепсии в последующем вызывает ген SCN1A, который кодирует α - субъединицу натриевого канала NaV1.1[44, 48].
Цель настоящего обзора -изучение доступных публикаций зарубежной и отечественной литературы, посвященных роли полиморфизма гена SCN1A в развитии ФП у детей и егоаддитивного вклада в риск развития эпилепсии.
Материалы и методы
Литературный поиск.
Литература по изучению роли полиморфизма гена SCN1Aв патогенезе ФП была приобретена посредством поиска данных в международных электронных базах данных, включаяPubMed/MedLine, ClinicalKey, Springer, а также научной электронной библиотеке России - eLIBRARY.RU. Поиск литературы был ограничен русским и/или английским языками, рассматривались работы, опубликованные с 2004 по 2014 год включительно. В результате, были изучены все медицинские публикации, в названиях или тексте которых использовались ключевые слова - фебрильные приступы (febrileseizures), SCN1A. Этот вид поиска по ключевым словам был самым практическим выбором.
Выбор и качественная оценка публикаций.
В обзор были включены исследования в упомянутых выше базах данных, с полным текстом, а также описания в виде тезисов (abstract), учитывая язык оригинального текста. Все найденные публикации подробно изучались. В список включались только те материалы, которые удовлетворяли критериям поиска.
Результаты
Ионные каналы представляют собой трансмембранные белковые комплексы, предназначенные для переноса ионов с одной стороны мембраны на другую. Этот перенос носит пассивный характер и осуществляется по градиенту концентрации соответствующего иона. Ионные каналы экспрессируются во всех клетках организма (как электро-возбудимых, так и электро-невозбудимых тканей) и являются важными компонентами клеточных сигнальных систем, активируемых при действии гуморальных регуляторов, межклеточном контакте, взаимодействии с внеклеточным матриксом, а также при действии внешних факторов. Ионные каналы располагаются не только на плазматической мембране клеток, но экспрессируются на всех остальных внутриклеточных мембранах. Каналы, открывающиеся при изменении потенциала мембраны, относятся к группе потенциал-зависимых ионных каналов, к ним относятся натриевые, калиевые и кальциевые каналы нейрональной сети [2, 16, 23].
Потенциал-зависимыеNa+-каналы нейронов головного мозгапредставляют собой связанный комплекс α-субъединиц с молекулярной массой 260 кДаиβ-субъединиц (β1-β4) с молекулярной массой от 33-36 кДа. В α-субъединице содержатся сенсоры напряжения с ионной проводимостью пор в четырех повторных доменах (I-IV), каждый из которых состоит из шести α-спиральных трансмембранных сегментов (S1-S6) и петлей пор, соединяющей сегменты S5 и S6 [23, 28]. В β-субъединице изменяется кинетика, напряжение, иэто служит молекулой клеточной адгезии взаимодействия с внеклеточным матриксом длядругих молекул и цитоскелета. В состоянии покоя каналы закрыты. Мембранный потенциал составляет 70-80 мВ. Воздействие раздражителя изменяет мембранный потенциал и активирует потенциал-зависимый натриевый канал. Он активируется при смещении потенциала мембраны от уровня потенциала покоя в направлении критического уровня деполяризации. Быстрый натриевый ток обеспечивает смещение потенциала мембраны до критического уровня деполяризации (-50-40 мВ), что вызывает открытие других потенциал-зависимыхNa+-каналов, через которые осуществляется входящий натриевый ток, формирующий «пик» потенциала действия. Ионы натрия по градиенту концентрации и химическому градиенту по каналу перемещаются в клетку, формируя так называемый входящий натриевый ток, что приводит к дальнейшему быстрому развитию процесса деполяризации. Мембранный потенциал изменяет знак на противоположный +10-20 мв. Положительный мембранный потенциал вызывает закрытие натриевых каналов, их инактивацию. Потенциал-зависимые Na+-каналы играют ведущую роль в формировании потенциала действия, т.е. процесса возбуждения в клетке [20,23].
Закрытые ионные каналы напряжения кодируются одним из наиболее древних и консервативных семейств генов. В геноме млекопитающих содержится девять α-субъединицфункциональных потенциал-зависимых натриевых каналов, которые отличаются по форме, передаче импульса и биофизическим свойствам [26,27].Подтипы каналовNaV1.1, NaV1.2, NaV1.3и NaV1.6, кодируемые генамиSCN1A, SCN2A, SCN3A и SCN8A, соответственно, являются основными натриевыми каналами в ЦНС[28]. NaV1.1и NaV1.3 каналы в основном локализованы в мембране сомы(тела) нейрона, NaV1.2 каналы - в мембране немиелинизированных или слабомиелинизированных аксонов и дендритов, аNaV1.6 канал -в мембране миелинизированных аксонови дендритов. Эти каналы участвуют в генерации потенциалов действия как вмембране сомы нейронов, так его отростков (дендритов и аксонов). NaV1.3каналы экспрессируются на высоком уровне в головном мозге в течение эмбрионального развития, экспрессия каналовNaV1.1и NaV1.2 снижаетсяпосле рождения [26,38].
Высказано предположение, что умеренное нарушение проницаемости натриевых каналов NaV1.1 в результате мутации гена SCN1A или его однонуклеонидных полиморфизмов (ОНП) могут предопределять развитие ФП, особенно при семейных случаях заболевания [35,39].
BerkovicS.F.и соавт.(2006) в результате исследования ДНК у 14 детей с ФП выявили мутации гена SCN1Aу 11 детей. Наблюдения авторов свидетельствовали о том, что лихорадка, связанная с вакцинацией, может вызвать первый судорожный эпизод, лежащий в основе таких генетических заболеваний как генерализованная эпилепсия с фебрильными приступами плюс(ГЭФП+) или синдром Драве, которые часто дебютируют с развития ФП [19].
Существуют различные типы наследования мутаций гена SCN1A: аутосомно-доминантный (АД) с неполной пенетрантностью, аутосомно-рецессивный и мультифакторный. Для АД типа наследования ФП описано четыре генетических локуса. Три локуса выявлены с помощью анализа параметрической взаимосвязи большой семьи: FEB1 на хромосоме 8ql3-q21, FEB2 на хромосоме 19р13.3 и FEB3 на хромосоме 2q23-q24. Внутри большой семьи французского происхождения, в которой в пяти поколениях ФП выделялись как аутосомно-доминантный признак, наблюдалась связь с пятым локусом (FEB5) на хромосоме 6q22-24, исключая FEB-локусы. Ни один из этих четырех локусов не давал возможности идентификации гена ФП. Четвертый локус, FEB4, был обнаружен на хромосоме 5ql4-ql5 при непараметрическом анализе серий из 47 небольших семей. В то время как большинство детей, перенесших ФП, больше никогда не страдали афебрильными, или эпилептическими, приступами в дальнейшем, чистый фенотип ФП редко наблюдался в семьях с большим количеством больных членов. Действительно, только в семье с достоверной связью ФП с локусом FEB5 имел место гомогенный фенотип, соответствующий простым ФП. Пораженные члены семьи имели ФП короткой продолжительности, которые повторялись несколько раз. Обычно дебют заболевания был в возрасте около одного года, и приступы прекратились до 5 лет. Ни у кого из членов семьи не развились афебрильные приступы, эпилепсия или задержка психического развития вне зависимости от того, были ли у них ФП или нет. Так как 80% членов семей были в возрасте от 40 лет, появление афебрильных приступов или эпилепсии во взрослом возрасте могло быть исключено [18, 26, 48].
Исследования других авторов, посвященные изучению генома человека,также показали ассоциацию генетически детерминированных изменений в NaV1.1 каналах у детей с ФП[19]. При нормальном развитии головного мозга РНК, кодирующие NaV1.1, NaV1.2 и NaV1.3 каналы, проходят регулируемое изменение альтернативного сплайсингаэкзона 5, что имеет поразительный эффектна активацию потенциал-зависимого натриевого канала [22]. Регулирование этого альтернативного сплайсинга прерывается вследствие носительства одного из ОНП (IVS5N +5G>A). Носительство этого ОНП ассоциировано с изменением ответа на противоэпилептические препараты и с риском развития ФП в большой когорте больных эпилепсией в Германии и Австрии.С другой стороны, ассоциация этого ОНП с ФП не показано вавстралийском исследовании с аналогичным дизайном [35].
В свою очередь, Bonanni P. и соавт. проведено исследование 7 итальянских семей с ГЭФП+, у которых мутации генов SCN1A, SCN1Bне были установлены [3].Наблюдение китайскими учеными 728 пациентов с фокальной эпилепсией и ФП в анамнезетакже показало, что связи между повышенным риском развития ФП и мутациями гена SCN1A у пациентов монголоидной расы, в отличие от европеоидов, не установлено [19].
Однакодаже с учетом этих негативных данных проведенные исследования в немецкой и австрийской когорте пациентов указывают на ключевую роль NaV1.1-каналов в предрасположенности к развитию ФП. В данном случае, можно рассматриватьNaV1.1-каналы и как молекулярные детерминанты риска развития эпилепсии в общей популяции. Вероятно, что значительная часть ФП у детей вызвана легкой потерей функции потенциал-зависимых натриевых каналов нейронов ЦНС вследствие носительства ОНП гена, кодирующегоNaV1.1, в сочетании с влиянием триггерных факторов окружающей среды, включая лихорадку (гипертермию) [21].
Мутации генов, кодирующих потенциал-зависимыенатриевые каналы, могут вызвать развитие различных эпилептических синдромов у человека, при этом в большом числе случаев это мутации генаSCN1A, передающиеся по наследству аутосомно-доминантно и приводящие либо к потере функции (чаще при синдроме Драве) или изменению функции (например, при ГЭФП+) каналов [21]. На основе проведенных исследований этих двух синдромов на животной модели (лабораторные мыши) показано, что снижение активности ингибирующей цепи является одним из основных факторов, способствующих развитию генерализованных судорог у мышей и, соответственно, у больных с ГЭФП+ и синдромом Драве [49]. Нарушение ингибирования вольтаж-зависимых натриевых каналов может быть общим следствием мутаций SCN1A, вызывающих эпилепсию, но необходимо определить, является ли этот процесс последовательным механизмом [27].
Несмотря на идентичность последовательностиаминокислот (> 70% случаев), отсутствие любой из трехα-субъединиц натриевогоканала, экспрессируемых в основном в ЦНС (SCN1A, SCN2A и SCN8A), смертельно, поскольку каждый канал выполняет некую резервную функцию [30]. Мутации гена NaV1.1 канала отличаются от многочисленных мутаций генов, которые вызывают наследственную эпилепсию. Скрининг больных с семейными формами эпилепсии позволил идентифицировать эти мутациив двух больших семьях с ГЭФП+. Более 20 различных мутаций были выявлены впоследствии у больных с ГЭФП+, что составляет примерно 10% случаев. Более того, мутации гена, кодирующего α-субъединицу NaV1.1, также приводят к развитию ГЭФП+, весьма вероятно, ослабляя экспрессию и функцию вольтаж-зависимых натриевых каналов [41].
Послевыявленияносительствамутаций гена SCN1Aпри ГЭФП+последовалоисследование роли мутацииэтого гена у детей с тяжелой миоклонической эпилепсией младенчества или синдромомДраве (SMEI-Severe Myoclonic Epilepsy in Infancy, англ.). Было показано, что эти дети несут мутации denovoв одной аллели гена SCN1A, что приводит к гаплонедостаточности в NaV1.1 каналах [34].
К настоящему времени показано, что более 600 кодирующих последовательностей и мутаций гена SCN1Aассоциированыс наследственными формами эпилепсии, на которые приходится более 70% случаев [43]. Поскольку только кодирующие области гена являются последовательными, не исключено, что многие из оставшихся 30% пациентов с синдромом Дравенаходятся за пределами мутации в регуляторных областях гена, которые препятствуют или мешают экспрессии канала. Кроме того, дублирование (дупликации) и потеря(делеции) сегментов гена SCN1A также могут ухудшить экспрессию и/или функции канала. Мутации промотора этого гена [32], в том числе нескольких участков дезаминирования, в 25% случаев возникают denovo. Миссенс-мутации у пациентов с синдромом Драве и другими формами эпилепсии обусловливают замены аминокислот, сосредоточенных в трансмембранных сегментах белка, что может предотвратить экспрессию канала или серьезно ухудшить его функцию [32, 36].
Влияние на воротную систему α-субъединицы зависит и от структуры экстраклеточного домена β1-субъединицы. Отвечающий за β1-субъединицу ген SCN1B был обоснованно выбран для исследований, поскольку действие некоторых ПЭП (например, фенитоина и карбамазепина) заключается в инактивации натриевых каналов [46]. В последние годы показано, что гомозиготное носительство мутации гена, кодирующего β-субъединицу вольтаж-зависимого натриевого канала, приводит к потерефункции NaV1βи также может вызвать развитие синдрома Драве, вероятно, за счет относительного нарушения функции NaV1.1 каналов на поверхности мембраны нейрона. Одним из практических результатов этого открытия, является то, что гаплонедостаточность в NaV1.1 каналах приводит к развитиюсиндрома Драве у детей. Лечение с помощью противоэпилептических препаратов путем блокировки натриевых каналовможет усугубить симптомы у пациентов с пониженной экспрессией SCN1A [37].
ГЭФП+, как правило, является благоприятнымэпилептическим синдромом по сравнению с тяжелой миоклонической эпилепсией младенчества (синдромом Драве).Приступы обычно хорошо контролируются с помощью противоэпилептических препаратов,и не наблюдается каких-либо когнитивных нарушений[45]. ГЭФП+ наследуется аутосомно-доминантно с неполной пенетрантностью (70-80%). Первый локус был картирован на хромосоме 19 (19q13.1), мутация (C121W) в гене SCN1B, кодирующая b1-субъединицу нейрональных натриевых каналов, была идентифицирована в австралийской семье. Три другие мутации были идентифицированы в семьях с фенотипически латентной ГЭФП+, этот ген был исключен из огромного множества семей с ГЭФП+, иллюстрируя генетическую гетерогенность заболевания. Второй локус был картирован на хромосоме 2q21-q33 (ГЭФП+2). В двух исследованных французских семьях были идентифицированы точечные мутации (R1648H и Т875М) в гене SCN1A. Эти две мутации локализованы в трансмембранном сегменте S4 доменов II и IV субъединиц, отвечающих за потенциалзависимую активацию канала. В последующем в семьях с ГЭФП+ были выявлены отдельные миссенс-мутации гена SCN1A [28].Миссенс-мутации, ассоциированные с ГЭФП+, как правило, приводят к одиночным аминокислотным заменам. При изучении роли мутации гена SCN9A в развитии синдрома Драве было показано, что в случаях без мутации SCN1A отмечается более высокийриск наследования данного синдрома [28,46].
По данным российских авторов, точкой приложения современных антиэпилептических препаратов, являются мутации натриевых каналов. В том числе, полученные в исследованиях результаты позволяют говорить и о возможном вкладе полиморфизма SCN1 IVS5N+5 G→A в патогенез эпилепсии, что выражается в достоверно более высокой распространенности данной мутации среди больных эпилепсией европейской этнической группы [46, 48].
Стоит отметить, что в настоящее время точка зрения в плане противопоставления натриевых каналов «мозга»относительно натриевых каналов «сердца» перестала существовать. Показано, что по меньшей мере четыре из девяти известных α-субъединиц экспрессируются как в ЦНС, так и в миокарде, так же, как и известные три β-субъединицы (SCN1B-SCN4B). В связи с чем можно предположить, что мутации не всегда будут ограничивать свое проявление одним органом. Диагноз эпилепсии или констатация повышенной судорожной готовности при верифицированных первичных аритмиях нередко интерпретируется как неточность в первичной диагностике заболевания или как результат вторичного ишемического поражения ЦНС [19, 46, 49].
Однако неврологические проявления могут быть и независимым проявлением мутаций. Так в исследовании, проводимомЗаклязьминской Е.В. и соавт.(2006), у троих из 13 пациентов (23%) с установленными мутациями в гене SCN5A, наблюдались судороги или повышенная судорожная активность на электроэнцефалограммах. Вероятно, выявление этого признака у пациентов является неслучайным, а возможность неврологических проявлений у больных с наследственными формами нарушения сердечного ритма должны учитываться при клиническом наблюдении [4].
Заключение
Молекулярно-генетические исследования обеспечили новый взгляд на этиологию ФП, также, как и на развитие ГЭФП+. Фенотипы ФП, предположительно более связанные с генетикой, проявляют тенденцию к частичному совпадению с фенотипами, указывающими на более высокий риск развития афебрильных приступов и эпилепсии. Идентифицированные мутации генов SCN1A и SCN1B влияют на чувствительность нейронов ЦНС к триггерным агентам. Они формируют сильную связь между ФП и эпилепсией, так как 75-80% членов семьи с ранее не провоцированными приступами перенесли ФП, в противоположность 10-15% в общей популяции пациентов с эпилепсией. Более того, около 80% пациентов с эпилепсией страдают генерализованными приступами, по крайней мере, в два раза чаще, чем в общей популяции больных с эпилепсией. Генетически детерминированные дефекты в натриевых каналах могут представлять собой важный ключ к пониманию механизмов эпилептогенеза.
Принимая во внимание вышеизложенное, можно отметить, что проведенный анализ показал важность изучения ассоциаций между носительством мутацийгена SCN1A и развитием эпилепсии, особенно семейных форм, дебютирующих в раннем детском возрасте сФП. Тем не менее не могут быть исключены и ложноположительные результаты.Более глубокое изучение роли гена SCN1A в развитии ФП и эпилепсии требует продолжения исследований с большими объемами выборки, в том числе с учетом этнических иклимато-географическихособенностей популяции.
Грант № 03/15 ККФПНиНТД г. Красноярск, от 12.05.2015 г. «Роль полиморфизма генов IL-1β и 1α-субъединицы натриевых каналов нейронов ЦНС, в развитии фебрильных приступов у детей». Руководитель проекта д.м.н., доц. кафедры медицинской генетики и клинической нейрофизиологии ИПО Дмитренко Д.В.
Рецензенты:Ильенкова Н.А., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой детских болезней с курсом последипломного образования ГБОУ ВПО Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого, г.Красноярск;
Можейко Е.Ю., д.м.н., доцент кафедры нервных болезней с курсом медицинской реабилитации последипломного образования ГБОУ ВПО Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого, г.Красноярск.