Генетика, 2020, T. 56, № 5, стр. 495-513

ОЦЕНКА РОЛИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В РАЗВИТИИ ПРЕЭКЛАМПСИИ

Проведенные к текущему времени многочисленные эпидемиологические исследования продемонстрировали значительный вклад наследственной компоненты в структуру предрасположенности к преэклампсии, доля которой в различных популяциях варьирует в зависимости от их географических, социально-экономических и расовых особенностей, что свидетельствует о принадлежности данной патологии к группе многофакторных заболеваний [5–7]. Близнецовые исследования также указывают на существенную роль в подверженности к преэклампсии как генетических, так и средовых факторов (коэффициент наследуемости оценивается от 30 до 54%) [8–10]. Следует отметить, что семейный характер наследования ПЭ отмечался многими авторами [10–13], однако наиболее широкомасштабное исследование в этом направлении было проведено в период с 1967 по 1992 г. норвежскими учеными, которые показали, что женщины, являющиеся дочерями пациенток, беременность которых осложнялась этим заболеванием, имеют двукратный риск развития данной патологии [14]. Кроме того, в этой работе было обнаружено, что наличие родственной связи с больным пробандом ассоциировано с более тяжелым течением ПЭ: в семьях индивидов, рожденных от пациенток с этим гестационным осложнением, гораздо чаще наблюдалась тяжелая форма ПЭ (отношение шансов (OR) составило 3.0 для семей дочерей (95%-ный доверительный интервал – 95%CI: 2.4–3.7) и 1.9 для семей сыновей (95%CI: 1.4–2.5)). На основании полученных данных авторы сделали вывод, что наряду с материнскими генами существенный вклад в генетическую архитектуру ПЭ вносят фетальные гены отцовского происхождения [14]. О возможной роли отцовских генов в структуре подверженности к этому заболеванию свидетельствует также повышенный риск его развития в случае беременности от мужчин, предыдущие супруги которых имели такие гестационные осложнения как ПЭ. Механизмы, опосредующие это наблюдение, предположительно связаны с геномным импринтингом: значимостью отцовских генов в инвазии цитотрофобласта и плацентарном росте наряду с антагонистической функцией материнских генов, подавляющих эти процессы в рамках формирования адаптивного иммунного ответа при беременности [15].

В конце XX в. наибольшую популярность при изучении факторов наследственной предрасположенности к ПЭ бесспорно приобрела стратегия анализа ассоциаций генов-кандидатов по типу случай–контроль. Наиболее крупномасштабное исследование генетической архитектуры ПЭ в рамках вышеописанного подхода, включившее более 1800 человек, было проведено Goddard с коллегами [16], которые изучили 775 однонуклеотидных полиморфных вариантов (SNPs) в 190 генах-кандидатах. Авторы продемонстрировали высокодостоверную ассоциацию (р < 0.01) с данным фенотипом аллельных вариантов пяти локусов: гена рецептора простагландина Е2 типа (PTGER2), гена β1-рецептора интерлейкина 12 (IL12RB1), гена α2-цепи коллагена IV типа (COL4A2), гена α1‑цепи коллагена I типа (COL1A1) и гена интерлейкина 1-альфа (IL1A), однако исследователями не было выявлено связи с ПЭ таких наиболее вероятных генов-кандидатов как ген метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR) и ген эндотелиальной синтазы оксида азота (NOS3) [16]. К текущему моменту изучено более 400 генов-кандидатов ПЭ, имеющих отношение к тромбофилии и гипофибринолизу, метаболизму фолиевой кислоты, окислительному стрессу, функционированию ренин-ангиотензиновой системы, метаболизму липидов, иммунному ответу и др. (база данных “HuGЕ Navigator”). Однако результаты этих работ нередко являются противоречивыми даже в рамках изучения одной и той же этнической группы, а общепринятых генетических предикторов ПЭ с помощью данного подхода выявить так и не удалось [7, 17, 18]. Важно подчеркнуть, что существенный недостаток подобного анализа ассоциаций отдельных локусов в рамках исследования генетических факторов ПЭ – необходимость точного знания молекулярных механизмов болезни для выбора оптимального гена-кандидата. Решением данной проблемы является использование метода полногеномного анализа ассоциаций (Genome-Wide Association Study, GWAS), позволяющего изучать связь с заболеванием большого массива полиморфных вариантов генов вне зависимости от биологической гипотезы о патофизиологии ПЭ.

ПОЛНОГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАЦИЙ SNPs С ПРЕЭКЛАМПСИЕЙ

Первый полногеномный анализ ассоциации полиморфных вариантов генов с ПЭ с применением технологии микрочипов был выполнен в 2012 г. в австралийской популяции [19] и продемонстрировал связь с данной патологией 14 генетических маркеров (табл. 1), однако после коррекции на множественные сравнения (поправка Бонферрони) статистически значимую ассоциацию с ПЭ показали только два однонуклеотидных полиморфных варианта – rs7579169 (OR = 1.57) и rs12711941 (OR = 1.56), локализованных на второй хромосоме (2q14.2) на расстоянии 15 тпн от 3'-нетранслируемой области гена ингибина бета (INHBB). Анализ архитектуры неравновесия по сцеплению в регионе ±250 тпн вблизи данных SNPs показал наличие сильного сцепления между этими маркерами (r² = 0.92) и отсутствие их значимого сцепления (r² < 0.80) с другими полиморфными вариантами в изучаемом участке генома. Последующее исследование дифференциальной экспрессии генов, расположенных в вышеобозначенном локусе второй хромосомы, в децидуальной ткани пациенток с ПЭ и контрольной группы выявило статистически значимую корреляцию с данной патологией гена EPB41L5, кодирующего мембранный протеин эритроцитов [19].

Другое полногеномное исследование ассоциаций, выполненное на относительно небольших по объемам выборках (177 пациенток с ПЭ и 116 женщин с физиологической беременностью), не обнаружило статистически значимых ассоциаций изученных полиморфных маркеров с ПЭ [20]. Причины, объясняющие полученные результаты, авторы связывают с генетической гетерогенностью, экологическими и возрастными эффектами, а также с эпистатическими взаимодействиями. Тем не менее в данной работе была зафиксирована ассоциация с развитием ПЭ делеции 19-й хромосомы (19q13.31), локализованной в гене PSG11, который кодирует трофобластический бета-1-гликопротеин.

Еще один полногеномный анализ ассоциации полиморфных вариантов генов с ПЭ, также проведенный Zhao с коллегами [21], продемонстрировал этническую специфичность генетической архитектуры этого заболевания. Так, в афро-карибской популяции наиболее значимую ассоциацию с ПЭ показали полиморфные варианты генов фактора роста фибробластов 14 (FGF14), ZNF295 антисмысловой РНК 1 (C21orf121), комплекса обслуживания минихромосом 8 (MCM8) и адренорецептора альфа 1D (ADRA1D), в то время как у европеоидов с этим заболеванием были связаны SNPs генов Myc-связывающаго белка-2 (MYCBP2), инверсина (INVS), протеина SWI5-зависимой рекомбинантной репарации (C10orf78), домена WW регулятора транскрипции 1 (WWTR1), белка 44 эндоплазматического ретикулума (ERP44), runt-связанного транскрипционного фактора-1 (RUNX1), а у испаноязычного населения была выявлена ассоциация с аллельными вариантами, расположенными в межгенных регионах вблизи локусов, кодирующих белок, ассоциированный с рецептором TGF-β (TGFBRAP1), опухолевый супрессор F37 (LZTS1) и контактин-ассоциированный белок 4 (CNTNAP4) (табл. 1). Однако после введения поправки Бонферрони все данные ассоциации не были статистически значимыми [21].

Результаты недавно опубликованного масштабного полногеномного ассоциативного исследования, проведенного международным консорциумом ученых, указывают на значимую роль в молекулярных механизмах ПЭ генома плода [22]. Так, при анализе 2658 потомков пациенток с ПЭ и 310 238 индивидов контрольной группы была установлена ассоциация с данной патологией маркера rs4769613 (р-уровень 5.4 × 10^–11), локализованного в межгенном регионе генома вблизи локуса FLT1, кодирующего рецептор 1-го типа эндотелиального фактора роста сосудов, растворимая форма которого – sFLT1 является общепризнанным сывороточным маркером ПЭ [23]. Авторы подчеркивают, что ассоциация была наиболее значимой у потомства от пациенток с поздно манифестировавшей ПЭ.

На сегодняшний день полногеномные исследования ассоциации полиморфных вариантов генов с развитием ПЭ являются современным подходом в познании генетической предрасположенности к этой болезни и идентификации новых перспективных генов-кандидатов ПЭ. Однако результаты ассоциативного анализа, несомненно, требуют репликативных исследований на расширенных выборках в различных этнических группах, а также детального изучения структуры неравновесия по сцеплению в регионе генома, показавшем ассоциацию, для идентификации “причинных” аллельных вариантов и интерпретации результатов GWAS с биологической точки зрения. Необходимо отметить, что большинство из подходов, используемых для определения “причинных” аллельных вариантов, сцепленных с SNPs, детектированными в GWAS, сосредоточено на анализе кодирующих или транскрибирующихся регионов генома [3, 24]. Однако, как видно из табл. 1, подавляющее большинство SNPs, выявленных в рассмотренных GWAS (более 95%), находятся в нетранскрибируемых областях генома (интронах и межгенных регионах), и основной механизм их вовлеченности в структуру наследственной предрасположенности к ПЭ предположительно связан с регуляцией экспрессии генов. Вследствие чего при изучении генетической архитектуры ПЭ особую актуальность приобретает использование таких постгеномных технологий как измерение экспрессии генов с помощью гибридизации на микрочипах и высокопроизводительное секвенирование РНК.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСКРИПТОМА ПЛАЦЕНТАРНОЙ ТКАНИ ПРИ ПРЕЭКЛАМПСИИ

Согласно современным представлениям, основополагающую роль в патогенезе ПЭ играет нарушение инвазии цитотрофобласта в спиральные артерии матки c последующим формированием синдрома ишемии-реперфузии и развитием системной эндотелиальной дисфункции [25]. В связи с чем при изучении молекулярных механизмов данного гестационного осложнения одним из наиболее активно разрабатываемых на текущий момент направлений является исследование транскрипционных профилей плацентарной ткани [5].

В последнее десятилетие с помощью технологии микрочипов было проведено более 30 независимых исследований, направленных на изучение дифференциальной экспрессии генов плацентарной ткани беременных с преэклампсией и женщин с физиологической беременностью, в которых было выявлено высокодостоверное повышение/снижение экспрессии нескольких сотен генов [26–44] (табл. 2). Примечательно, что, несмотря на выполнение этих работ на материале различного этнического происхождения и на различных типах микроматриц, результаты некоторых из них согласуются в отношении дифференциальной экспрессии ряда генов, играющих, вероятно, важную роль в генетической компоненте ПЭ. При обобщении данных, полученных в вышеобозначенных исследованиях, нами было обнаружено 98 генов, статистически значимо ассоциированных с преэклампсией согласно результатам трех и более транскриптомных исследований плацентарной ткани (на рис. 1 представлена сеть белок-белковых взаимодействий продуктов этих генов, а в табл. 2 дана характеристика наиболее значимых из них).

Рис. 1.

Сеть белок-белковых взаимодействий продуктов генов, ассоциированных с ПЭ, по данным трех и более транскриптомных исследований плацентарной ткани. Толщина линии между белками отражает доверительный уровень (combined score > 0.9) связи.

Как видно из представленной табл. 2, в большинстве работ максимальные изменения уровня экспрессии в плацентарной ткани зафиксированы для гена LEP, кодирующего лептин – адипоцит-специфический гормон, регулирующий энергетический обмен организма. Интересным представляется тот факт, что данный протеин является одним из ранее описанных сывороточных маркеров ПЭ. Известно, что плацентарный лептин обеспечивает приток питательных веществ к фетоплацентарному комплексу и индуцирует пролиферацию трофобласта путем ингибирования апоптоза [45]. Таким образом, увеличение производства лептина в плаценте может являться компенсаторным механизмом против эндотелиальной дисфункции, наблюдаемой при ПЭ. Наряду с этим было показано участие лептина в активации симпатоадреналовой системы, что способствует возникновению артериальной гипертензии [46]. Кроме того, обнаружена важная иммуномодулирующая функция лептина, которая также может опосредовать роль лептина в патологии беременности [47]. Несмотря на множество работ по изучению экспрессии гена LEP, существует крайне мало исследований, посвященных анализу наследственной вариабельности этого гена и ее роли в изменении уровня транскрипции и структуре подверженности к патологии беременности. Показано, что носители генотипа АА локуса rs2167270 (G19A), расположенного в области промотора гена LEP, имеют повышенный уровень его экспрессии в крови и более высокий риск развития ПЭ и артериальной гипертензии [48, 49]. В чешской популяции была выявлена ассоциация другого полиморфизма – G2548A (rs7799039), локализованного в промоторе гена LEP, с гестационным диабетом [50]. Аналогичные результаты были продемонстрированы и для ПЭ [51]. Необходимо подчеркнуть, что все вышеописанные результаты были получены для европеоидных популяций.

С целью оценить потенциальную биологическую значимость ассоциаций, выявленных в транскриптомных исследованиях молекулярных механизмов ПЭ, с помощью вычислительного метода “GSEA” (GeneSetEnrichmentAnalysis) и базы данных “STRING” мы провели функциональную аннотацию и анализ белковых сетей, включающих идентифицированные гены-кандидаты ПЭ. В представленной работе при проведении функциональной аннотации в ресурсе Molecular Signatures Database (MSigDB) программного обеспечения “GSEA” учитывали категории, имеющие FDR (false discovery rate) <0.00001 (в данном случае FDR представляет собой вероятность неслучайного попадания группы генов в категорию с поправкой на множественные сравнения) [52]. Следует отметить, что большая часть из изученных генов одновременно вовлечена в реализацию нескольких генных онтологий и молекулярных процессов (например, более 70% генов включены минимум в три из описанных категорий). В табл. 3 представлены наиболее значимые биологические пути, процессы и молекулярные функции, обогащенные данными генами-кандидатами ПЭ (полный список всех идентифицированных категорий в ресурсе MSigDB доступен по запросу у авторов). Интересным представляется, что изучаемые гены максимально представлены в такой категории как “GO_IMMUNE_SYSTEM_PROCESS”, связанной с процессами, вовлеченными в развитие или функционирование иммунной и других систем организма, участвующих в защите от чужеродных агентов. Вероятно, этот факт служит доказательством иммуногенетической теории развития ПЭ, которая рассматривает эту патологию как проявление иммунологического конфликта, возникающего на основе генетически обусловленной антигенной неоднородности организма матери и плода [53]. Существует множество моделей, показывающих роль материнского иммунного ответа в развитии ПЭ. Например, риск возникновения этого гестационного осложнения увеличивается при наличии у матери аутоиммунного заболевания. Кроме того, выявлено, что у женщин с ПЭ значительно повышен уровень провоспалительных цитокинов IL-6 и TNF-α и снижен уровень противовоспалительного цитокина IL-10 в сыворотке. В работах по изучению ПЭ на моделях животных было показано, что при введении беременным крысам и бабуинам TNF-α наблюдается повышение концентрации белка в моче, увеличение артериального давления и повышение уровня антиангиогенного фактора s-FLT1 [54]. Дополнительным свидетельством важности иммуногенетических механизмов в развитии данного заболевания является принадлежность ряда изученных генов к категории “GGGAGGRR_MAZ_Q6”, указывающей на наличие в их структуре сайтов связывания для белков семейства транскрипционных факторов Myc, среди мишеней которых описаны гены, участвующие в пролиферации и дифференцировке клеток, апоптозе и регуляции метаболизма [55]. Значимость этих процессов в молекулярных механизмах ПЭ подтверждается также включенностью изученных генов в такие категории как “GO_RECEPTOR_BINDING”, “GO_REGULATION_OF_CELL_PROLIFER-ATION”, “GO_POSITIVE_REGULATION_OF_CELL_COMMUNICATION”, “GO_POSITIVE_REGULATION_OF_RESPONSE_TO_STIMULUS”, “GO_POSITIVE_REGULATION_OF_PROTEIN_METABOLIC_PROCESS” (табл. 3).

Важно отметить, что по мнению большинства исследователей ни одна из существующих этиопатогенетических теорий ПЭ в отдельности не может объяснить механизмов развития данного осложнения беременности, и вероятно в возникновении ПЭ существенную роль играет сочетание нескольких патологических механизмов, основные из которых представлены на рис. 2. Полученные в настоящем исследовании результаты биоинформатического анализа транскриптомных данных являются подтверждением вышеописанной гипотезы.

Рис. 2.

Патогенетические факторы развития преэклампсии (по [56], с модификацией авторов). Th1 – T-хелперы 1-го типа, B-лф – B-лимфоциты, СА – спиральные артерии, sFLT – растворимая форма рецептора I типа эндотелиального фактора роста сосудов, sENG – растворимый эндоглин, PLGF – плацентарный фактор роста, VEGF – фактор роста эндотелия сосудов, IL6 – интерлейкин 6, IL10 – интерлейкин 10, TNFα – фактор некроза опухоли.

Представленная на рис. 1 сеть белок-белковых взаимодействий, полученная с помощью базы данных “STRING”, подтверждает взаимосвязи между генами, выявленные при анализе биологических путей и процессов. При анализе данной сети, включающей 98 протеинов, кодируемых генами, ассоциированными с преэклампсией согласно результатам трех и более транскриптомных исследований плацентарной ткани, были выявлены только 29 генов, для которых доверительный уровень взаимодействий (combined score) составляет более 0.9: BCL6, CEBPA, CGA, CRH, CSH1, CYP11A1, CYP19A1, DNAJC3, ENG, FLT1, FSTL3, GH2, GRN, HES1, HEXB, HMHA1, HSD17B1, IGFBP1, INHA, INHBA, LEP, LHB, LYN, MEN1, NOTCH3, NOTCH4, SHC2, SNCA, SULT2B1. Продукты некоторых из этих генов, согласно известным на сегодняшний день данным об их функциональных особенностях, вполне могут быть вовлечены в молекулярные механизмы исследуемой патологии. Так, гиперэкспрессирующиеся при ПЭ гены FLT1, ENG, LEP и BCL6 характеризуют такие канонические пути данной патологии как ангиогенез и иммуномодуляция. В то же время для генов LEP, INHA, INHBA, FLT1, ENG показано участие в процессах секреции и клеточной сигнализации [37, 38, 43], которые, вероятно, также вносят свой вклад в патофизиологические механизмы, ответственные за развитие ПЭ. Центральное место в полученный сети генов ПЭ с наибольшим числом взаимодействий занимают гены CGA, DNAJC3 и LYN, кодирующие соответственно альфа-субъединицу ряда гликопротеиновых гормонов (хорионического гонадотропина, лютеинизирующего гормона, фолликулостимулирующего гормона и тиреотропина), белок-ингибитор интерферон-индуцированной протеинкиназы (действует как негативный регулятор активности киназы, ослабляя общий синтез белка в условиях стресса) и тирозин-протеинкиназу, принимающую участие в активации ЕРО-рецептора, регуляции врожденных и адаптивных иммунных реакций и дифференцировке эритронормобластов (база данных “GeneCard”). Примечательно, что полученные данные согласуются с одной из существующих теорий этиопатогенеза ПЭ, в которой важная роль в развитии патологии отведена хронической гипоксии в плаценте и иммунному ответу материнского организма на чужеродные антигены плода [56].

Следует отметить, что идентифицированные с помощью вышеописанного подхода новые гены-кандидаты ПЭ в большинстве случаев мало изучены и, несомненно, представляют значительный интерес для анализа ассоциации их генетической вариабельности с преэклампсией и рядом других гестационных осложнений. В данном контексте все больший научно-практический интерес представляет направление, посвященное исследованию механизмов регуляции изменений транскрипционного профиля вышеописанных генов. Очевидно, что такой системный подход будет способствовать не только выявлению новых генов-кандидатов ПЭ, но и пониманию их возможной роли в этиопатогенезе этой болезни.

ПОЛНОГЕНОМНЫЙ АНАЛИЗ СЦЕПЛЕНИЯ

Исторически первым широко применяющимся методом полногеномного анализа для идентификации генов предрасположенности к МФЗ стал анализ сцепления (Genome Wide Linkage Studies – GWLS), в рамках которого самыми мощными считаются методы, базирующиеся на известной модели наследования признака, включающей оценку популяционной частоты мутантного аллеля и пенетрантности генотипов [57]. Однако модель наследования может быть и неизвестной, так как существует возможность анализа полученных данных с использованием непараметрических методов. Необходимо отметить, что этот подход является крайне дорогостоящим и трудоемким.

Первый полногеномный рекомбинационный анализ для выявления генов-кандидатов преэклампсии был проведен в 1992 г. в шотландской популяции (табл. 4), однако в результате этого исследования не было получено доказательств существования локуса восприимчивости к ПЭ [58]. Второе сканирование генома с помощью анализа сцепления, проведенное в австралийских семьях, обнаружило кандидатный регион ПЭ на длинном плече 4-й хромосомы [59]. В этой работе исследователи использовали две модели наследования: рецессивный ген с высокой пенетрантностью и доминантный ген с низкой пенетрантностью. Позднее Arngrimsson и соавт. [60], используя непараметрические методы, идентифицировали в качестве локуса предрасположенности к ПЭ участок на 2-й хромосоме – 2p13. Тем не менее после исключения из анализа двух больших семей авторы выявили другой локус этой же хромосомы – 2q23 [60]. Последующие полногеномные сканирования в астралийских, новозеландских, датских и финских семьях с применением аналогичного подхода идентифицировали в качестве локусов восприимчивости к ПЭ участки на различных хромосомах: 2q22-23, 2p25, 4q32, 9p13, 10q, 11q23, 22q [61–64]. Важно подчеркнуть, что в трех из обследованных популяций была картирована ассоциация ПЭ с участком второй хромосомы (2q22-23, 2q25). Используя метод позиционного клонирования в комбинации с биоинформационным подходом, австралийские исследователи в качестве высокоприоритетного позиционного кандидата ПЭ обозначили локус 2q22, включающий область гена рецептора активина 2-го типа – ACVR2A [65]. Кроме того, анализ экспрессионных профилей генов децидуальной ткани показал статистически значимое десятикратное снижение уровня экспрессии этого гена у больных преэклампсией по сравнению с нормотензивными женщинами [66]. Последующий анализ ассоциаций полиморфных вариантов этого гена в австралийской, норвежской и финской популяциях выявил связь ряда полиморфных вариантов гена ACVR2A с развитием ПЭ: rs1424954, rs1364658, rs1895694, rs1424941, rs1014064, rs2161983 и rs3768687 [65–67]. Показано, что аллельные варианты регуляторных областей гена ACVR2A могут влиять на уровень транскрипции данного локуса, обусловливая снижение концентрации кодируемого им протеина, и таким образом играть важную роль в инициации патофизиологических механизмов в плацентарной ткани, вовлеченных в этиологию ПЭ [66]. В различных этнических выборках России также были установлены ассоциации полиморфных вариантов гена ACVR2А с ПЭ: так, в рамках исследования структуры неравновесия по сцеплению в локусе ACVR2А показана ассоциация полиморфизма rs17742342 и двух рисковых гаплотипов данного гена с развитием тяжелой формы ПЭ у русских г. Томска [68], а в популяционной выборке, проживающей на территории Санкт-Петербурга, с помощью метода NGS была выявлена связь с развитием ПЭ 31-го полиморфного варианта гена ACVR2А [69].

Примечательно, что несмотря на достаточно обширные исследования, проведенные в области полногеномного сканирования семейных случаев ПЭ, к настоящему времени выявлено всего лишь два локуса (ACVR2A и STOX1), реплицированных в нескольких популяционных выборках и имеющих подтверждение их роли в генетической архитектуре данного заболевания на уровне транскриптома плацентарной ткани и/или ассоциативных исследований в популяциях в рамках подхода случай–контроль.

Ген STOX1, кодирующий ДНК-связывающий протеин, участвующий в окислительных реакциях и развитии дисфункции трофобласта, был идентифицирован как наиболее вероятный локус подверженности ПЭ в ходе выполнения GWLS, проведенного в голландской популяции, в котором была картирована ассоциация этой патологии с участком 10-й хромосомы 10q [70]. Последующее экзомное секвенирование участка десятой хромосомы 10q22 выявило полиморфный вариант Y153H гена STOX1, ассоциированный с передачей ПЭ по материнской линии в трех поколениях [71]. Важно подчеркнуть, что семьи, включенные в данное исследование, были фенотипически однородной когортой пациентов, имеющих в семейном анамнезе тяжелую раннюю форму преэклампсии, осложненную задержкой внутриутробного роста плода, что позволило предположить авторам “плацентарное происхождение” этого заболевания, по крайней мере в изученной выборке. Последующие проведенные ассоциативные исследования, которые пытались реплицировать полученные данные, не подтвердили значимой роли варианта Y153H гена STOX1 в подверженности к ПЭ, тем не менее результаты, полученные в недавней работе норвежских ученых, свидетельствуют о связи данного варианта с ПЭ при рецидивирующей форме заболевания [5, 72]. Таким образом, вышеописанные результаты, полученные в рамках подхода GWLS и последующих репликативных исследований, свидетельствуют о необходимости при планировании работ, направленных на характеристику генетической архитектуры ПЭ, учитывать объем выборок, форму и особенности клинического течения этого гестационного осложнения, а также роль генома плода.

ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО СЕКВЕНИРОВАНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПЭ

Современная методология ассоциативных генетических исследований базируется на использовании технологий высокопроизводительного генетического анализа, прежде всего технологии массового параллельного секвенирования (MPS), которая является наиболее эффективным методом поиска новых маркеров риска МФЗ (SNP, CNV, мРНК, микроРНК). MPS на сегодняшний день рассматривают как наиболее значимую альтернативу методу GWAS с использованием микрочипов [73, 74].

В рамках данного направления хотелось бы обсудить результаты двух недавних полноэкзомных секвенирований (WES) генома при ПЭ. Так, данные, полученные Hansen с коллегами [75], свидетельствуют об отсутствии статистически значимых различий между группой с ПЭ и контрольной выборкой, даже после применения двух различных статистических подходов: “disease association panel” и “gene panel”. Авторы делают заключение о протективной роли генетического разнообразия в отношении развития преэклампсии и ставят под сомнение гипотезу полигенного типа наследования данной патологии [75]. Последующее WES, проведенное в 34 австралийских и новозеландских семьях, продемонстрировало ассоциацию двух новых локусов с развитием ПЭ: rs145743393 (Padj  =  0.0032) гена C1orf35 и rs34270076 (Padj =  0.0128) гена QRFPR, кодирующего рецептор пироглутамил-RF-амид-пептидов [76].

На текущий момент проведен также ряд исследований, направленных на изучение особенностей транскриптомных профилей при ПЭ с помощью технологии RNA-seq [77–80]. Так, наиболее интересные результаты получены в работе Tsang и соавт. [77], посвященной характеристике транскриптома едничных клеток (англ. single-cell transcriptomics) плаценты при ПЭ и физиологической беременности с использованием технологии секвенирования “10x Genomics Chromium System”. Исследователи выявили значительную клеточную гетерогенность плаценты по экспрессионным профилям как при нормальной беременности, так и в случае ранней ПЭ, что свидетельствует о необходимости применения одноклеточного аналитического подхода при изучении генетической архитектуры данной патологии на уровне транскриптома. Кроме того, авторы обнаружили существенную роль дисфункции вневорсинчатого трофобласта в этиопатогенезе ранней ПЭ [77].

Опыт отечественных исследователей в использовании платформ MPS для изучения генетических факторов ПЭ на полногеномном и транскриптомном уровнях остается достаточно небольшим, о чем свидетельствует ограниченное количество работ в этой области, сфокусированных преимущественно на анализе роли эпигенетических факторов в развитии этого гестационного осложнения. Данные исследования посвящены изучению вариабельности микроРНК в плаценте и/или плазме женщин с ПЭ и физиологической беременностью и выявили такие потенциальные биомаркеры ПЭ как hsa-miR-4532, hsa-miR-34c-5p, hsa-miR-193b-5p [81] и miR-423-5p [82].

В целом исследования с применением технологии MPS на текущий момент являются одними из наиболее перспективных в области изучения генетической архитектуры ПЭ: развитие методов высокопроизводительного секвенирования, доступность и накопление получаемых генетических данных будут способствовать созданию фундаментальной основы для разработки многокомпонентных моделей оценки генетического риска и характеристики молекулярных механизмов данной патологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многочисленные близнецовые и эпидемиологические исследования продемонстрировали, что ПЭ в большинстве случаев является многофакторным заболеванием с выраженной наследственной предрасположенностью, которая варьирует в зависимости от географических, социально-экономических и расовых особенностей. В конце XX в. анализ генетических причин ПЭ был сфокусирован в области исследований отдельных генов-кандидатов, имеющих отношение к тромбофилии, метаболизму фолиевой кислоты, окислительному стрессу и функционированию ренин-ангиотензиновой системы и др., с использованием подхода случай–контроль. Необходимо отметить, что результаты этих работ показывают крайне низкую репликативность, часто являются противоречивыми даже для одной и той же этнической группы, в связи с чем общепринятых генов восприимчивости к ПЭ выявить так и не удалось.

Исследования, проведенные в рамках подходов GWAS и GWLS, к сожалению, также продемонстрировали весьма скромные результаты в характеристике генетической архитектуры этого гестационного осложнения. Обширные исследования, проводимые с 1992 г. в области полногеномного сканирования семейных случаев ПЭ, на сегодняшний день выявили только два локуса (ACVR2A и STOX1), реплицированных в нескольких популяционных выборках и имеющих подтверждение их роли в генетической архитектуре данного заболевания на уровне транскриптома и/или ассоциативных исследований на геномном уровне в рамках подхода случай–контроль. Немногочисленные данные, полученные на текущий момент в ходе реализации полногеномных ассоциативных исследований полиморфных вариантов генов с развитием ПЭ, не согласуются относительно рисковых генетических маркеров данной патологи и требуют репликации на расширенных клинически подробно охарактеризованных выборках в различных популяциях.

В качестве возможных причин достаточно низкой воспроизводимости вышеописанных результатов можно рассматривать определенный дизайн исследования (например, различия критериев формирования обследуемых групп), этническую специфичность структуры неравновесия по сцеплению идентифицированных генов-кандидатов (и, как следствие, генетической архитектуры ПЭ), малые объемы выборок и (или) методические ошибки. Кроме того, выявленная ассоциация может в действительности касаться не самого гена-кандидата, а другого гена, продукт которого функционально компенсирует эффект мутантного гена (эпистатическое взаимоотношение генов), либо быть связана с ген-генными и/или ген-средовыми взаимодействиями [83]. Важно отметить, что фокусирование исследований в области изучения ген-генных и ген-средовых взаимодействий, которое имеет существенное значение для характеристики структуры наследственной предрасположенности к преэклампсии, сопряжено со значительными проблемами статистического анализа данных (особенно в контексте анализа геномных данных) ввиду большого числа возможных взаимодействий. Данная проблема требует разработки надежных статистических инструментов для изучения эпистатических взаимодействий, а также формирования тщательно охарактеризованных выборок для исследования. Примером таких проспективных когорт беременных женщин могут являться SCOPE (Screening for Pregnancy Endpoints (SCOPE) study) и норвежские биобанки для когортного исследования матери и ребенка.

С развитием постгеномных технологий приоритет в изучении генетических факторов риска ПЭ переместился преимущественно в область транскриптомики плацентарной ткани. В последнее десятилетие с помощью технологии микрочипов было проведено более 30 независимых исследований, направленных на изучение дифференциальной экспрессии генов плацентарной ткани больных преэклампсией и женщин с физиологической беременностью, в которых было выявлено высокодостоверное повышение/снижение экспрессии нескольких сотен генов. Наиболее значимые из этих локусов ассоциированы с такими биологическими путями и молекулярными процессами как функционирование иммунной системы, пролиферация и дифференцировка клеток, апоптоз и регуляция метаболизма, что свидетельствует о существенной роли в этиопатогенезе ПЭ сочетанного воздействия нескольких патологических механизмов. Необходимо отметить, что идентифицированные с помощью вышеописанного подхода новые гены-кандидаты ПЭ в большинстве случаев мало изучены на геномном уровне и, несомненно, представляют значительный интерес для анализа ассоциации их генетической вариабельности с преэклампсией и другими заболеваниями группы больших акушерских синдромов.

В настоящее время традиционное представление о том, что восприимчивость к заболеваниям детерминируется лишь взаимодействием между генами и окружающей средой, дополняется и расширяется новыми данными о ключевой роли эпигенетического репрограммирования [84, 85]. В контексте вопроса о регуляции транскрипционной активности обнаруженных новых генов-кандидатов ПЭ необходимо отметить существенную роль структуры хроматина, определяемую такими обратимыми механизмами как метилирование ДНК и модификация гистонов. Изменение активности вышеописанных процессов обусловливает дерегулирование экспрессии генов и является индуктором развития многих патологических состояний, включая и ПЭ [86, 87]. Зарубежными учеными был проведен ряд исследований, посвященных анализу экспрессионных профилей микроРНК, дифференциального метилирования ДНК плацентарной ткани при ПЭ и физиологической беременности [88–93], однако этот вопрос подробно не рассматривается в нашем обзоре, поскольку заслуживает детального обсуждения в отдельной публикации.

Следует отметить, что в рамках изучения молекулярных механизмов ПЭ все большую научно-практическую значимость приобретает направление исследований, связанное с подходами системной биологии. Так, в недавней работе Than и соавт. [94] проведен комплексный анализ омиксных данных и клинических характеристик пациенток с различными фенотипами преэклампсии. Интеграция результатов протеомных, транскриптомных исследований и данных “виртуальной” жидкостной биопсии позволила авторам разработать мульти-биомаркерные профили для профилактики ПЭ, охарактеризовать на молекулярном уровне основные материнские и плацентарные пути, вовлеченные в формирование отдельных клинических форм и предложить новую парадигму развития этого гестационного осложнения.

Сегодня развитие таких направлений науки как геномика, транскриптомика, протеомика и математическое моделирование, составляющих фундаментальную основу прецизионной медицины, позволяет исследователям пересмотреть свое понимание болезней на молекулярном уровне и разработать новые профилактические мероприятия для конкретного пациента. Современные высокотехнологичные подходы в области медицины в целом и в области акушерства в частности позволяют получать огромные массивы биологических данных, используя значительное количество биологических образцов. Для расшифровки генетической архитектуры ПЭ многообещающим представляется применение “мультиомных” технологий анализа отдельных клеток (single cell analysis), которые бурно развиваются сейчас в США и Европе и заключаются в идентификации изменений генома, эпигенома, транскриптома и протеома на уровне единичной клетки. Эта область представляется крайне интересной, так как позволит охарактеризовать более тонкие молекулярные механизмы патогенеза ПЭ, не выявляемые при профилировании тканей, включающих различные клеточные типы, и идентифицировать потенциальные мишени для таргетной терапии. Дифференцированный подход к лечению различных клинических форм ПЭ на основе выявленных интегративных персональных “омиксных” профилей iPOP (от англ. an integrative Personal “Omics” Profile) – перспективное направление, необходимое для перехода к персонализированной медицине в области акушерства. Таким образом, в настоящее время при исследовании генетической архитектуры ПЭ особую актуальность приобретает комплексный анализ вариабельности генома, метилома, транскриптома и протеома на уровне единичных клеток. Очевидно, что такой системный подход будет способствовать не только выявлению новых генов-кандидатов и мишеней для таргетной терапии ПЭ, но и раскрытию на молекулярном уровне этиопатогенеза данной патологии беременности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-44-700007).

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.