12 месяцев. Миодистрофия Дюшенна. Часть первая: рожденный бегать бежать не может

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 миодистрофии Дюшенна, заболеванию, которое, как ни странно, часто поражает и когнитивную сферу.

Миодистрофия Дюшенна – тяжёлая наследственная мышечная дистрофия, родители могут ее заметить достаточно рано — с первых шагов ребенка или, когда их малышу исполнится в среднем, от 2 до 5 лет. Мышечная слабость быстро прогрессирует, лишает ребенка, а затем и взрослого человека привычной нам физической активности, без лечения эта болезнь в 100% случаев заканчивается смертью. А как сложится судьба пациента если изобрести самое современное и самое совершенное лекарство – генную терапию? Мы пока этого не знаем, но уже сейчас первые препараты для генной терапии начинают использовать для лечения таких детей.

При этой болезни первыми поражаются – а значит, погибают, мышцы тазового пояса и бедер, затем мышцы верхнего плечевого пояса, а также сердце и дыхательная мускулатура. Мы знаем, что при этой болезни нередко поражается головной мозг, костная ткань и гладкая мускулатура ЖКТ [1]. Следовательно, пациенты оказываются в инвалидном кресле в тот период, когда яркая жизнь только начинается — в возрасте около 10-12 лет, и с каждым новым днем мальчики чувствуют нарастающую слабость, зная, что уже никогда не будут похожи на своих сверстников.

Частота развития этого заболевания составляет от 3,5 до 5,5 на 5 000 новорожденных мальчиков, может поражать целые семьи, что позволяет считать миодистрофию Дюшенна одной из самых частых болезней среди редких наследственных заболеваний [2].

История изучения

Начало изучения заболевания приходится на первые десятилетия XIX века. В то время был крайне распространен туберкулез, который проявлялся как в различных типичных, так и нетипичных формах. Первое упоминание о характерной патологии скелетных мышц датируется 1830 годом, когда английский хирург, анатом и физиолог Чарльз Белл описал случай 18-летнего пациента с выраженной мышечной атрофией и быстро прогрессирующей физической слабостью, которая впервые проявилась в возрасте 10 лет [3].

© Wikimedia Commons

Затем в 1834 году итальянский врач Джованни Семмола представил случай заболевания двух мальчиков, у которых с первых лет жизни наблюдалась увеличение размеров отдельных групп мышц, принятое врачом за основное проявление болезни [4].

В 1836 году заболевание продолжили описывать соотечественники Семмолы — Гаэтано Конте и Л. Джойя, которые представили случай двух братьев со стремительно развивающейся слабостью в совокупности с уменьшением мышечной массы бедер и увеличением икроножных мышц. Болезнь манифестировала в возрасте 8–10 лет; один из пациентов умер от нарушения работы сердца [5].

Следующее упоминание о заболевании приходится на 1853 год и связано с именем английского хирурга Уильяма Джона Литтла, работы которого внесли новые данные в изучение миодистрофии: им при вскрытии было обнаружено замещение большей части мышечных волокон жировой тканью [6]. Это позволило с точностью описывать патологию термином «миодистрофия».

До 1852 года учеными велись споры о природе миодистрофии — противостояли мнения о поражении самих волокон мышцы и о нарушении их иннервации. Наконец, в 1852 году английским врачом Эдвардом Мерионом была проведена аутопсия, в результате которой было установлено отсутствие явных признаков поражения нервных проводников. Э. Мерион предложил гипотезу о мышечной первопричине болезни [7]. После публикации нескольких работ Мериона эта миодистрофия некоторое время носила его имя, однако в настоящий период за ней закрепилось имя французского невролога-электрофизиолога Гийома Дюшенна.

© Wikimedia Commons

В 1861 и 1868 годах Гийом Дюшенн представил клинические наблюдения пациентов с этим заболеванием, в том числе с данными электрической стимуляции мышечных и нервных волокон. По полученным электрофизиологическим данным он охарактеризовал патологию не только как «миодистрофию», но и как «гипертрофический паралич» [8].

Причина развития заболевания

Причиной заболевания являются мутации в гене белка дистрофина (DMD), расположенном в коротком плече Х-хромосомы (локус Xp21). Этот ген, судя по всему – самый большой ген человека с очень запутанной молекулярной организацией. В гене как минимум пять промоторов и 79 экзонов, он кодирует громадный белок с молекулярной массой в 427 килодальтон.

Место расположения гена предполагает бессимптомное носительство мутантного гена женщинами, а при его передаче — проявление в фенотипе лишь у сыновей. Дело в том, что в женском организме мутировавший ген на одной из Х-хромосом компенсируется второй, «здоровой», Х-хромосомой. Проявление мутации у девочек встречается очень редко — 1:50 000 000 новорожденных девочек (для развития должна иметься аномалия гена в обеих Х-хромосомах) [9]. При наследовании мутантной Х-хромосомы мальчиками, в организме которых генетически материал представлен одной Х и одной Y-хромосомой, не происходит компенсация нарушения, и заболевание развивается в 100% случаев.

В основе всех нарушений при миодистрофии Дюшенна лежит дефицит белка дистрофина, функция которого заключается в поддержании нормальной, достаточной связи структур внутри мышечных волокон – цитоскелета, со структурами внеклеточного матрикса.

© СЗГМУ

При отсутствии дистрофина проницаемость мембран волокон возрастает, что сопровождается выходом из клеток креатин-фосфокиназы (КФК) (специфичного маркера мышечного повреждения) и развитием воспаления. Эти процессы приводят к гибели клеток: поперечнополосатая мышечная ткань замещается жировой и соединительной. Кроме того, важную роль играют иммунопатологические механизмы, сопровождающие хроническое воспаление: измененные мембраны мышечных волокон воспринимаются иммунной системой организма как чужеродные [10].

Клинические проявления

Первые признаки болезни могут быть определены уже в возрасте 2–5 лет, когда быстрая утомляемость ребенка, нежелание играть, постоянное желание быть на руках у взрослых часто не настораживают родителей. Беспокойство родителей появляется в тот момент, когда становится заметным изменение походки («утиная» — широко расставленные ноги и передвижение на цыпочках, «генеральская» — переразгибание в поясничной области), затрудненный подъем по лестнице, неумение прыгать, увеличение и уплотнение икроножных мышц [1].

© СЗГМУ

© Wikimedia Commons

Миодистрофия Дюшенна характеризуется быстро развивающейся деформацией скелета в поясничном, грудном отделах, изменениями в костях стоп, утратой подвижности суставов. Потеря способности к самостоятельному передвижению возникает в возрасте 10-12 лет.

© СЗГМУ

К концу второго – началу третьего десятков лет пациенты оказываются зависимы от посторонней помощи для выполнения самых простых ежедневных действий. Слабость крупных мышц сопровождается утратой сухожильных рефлексов (например, коленного, ахиллового), поражением мимической мускулатуры, низкорослостью, умственной отсталостью, разрушением костей из-за отсутствия физической активности и приема глюкокортикостероидов.

© СЗГМУ

Наряду с этим на поздних стадиях пациенты перестают не только самостоятельно ходить, но и дышать — в связи с поражением дыхательных мышц пациентам необходима респираторная поддержка сначала в дневное, а затем и в ночное время. При обычном течении заболевания смерть наступает чаще всего из-за дыхательной и сердечной недостаточности в возрасте около 26 лет [11]. Повреждение сердца происходит на фоне гипо- и адинамии пациента, поэтому часто остается нераспознанным и нелеченым, пока не достигает стадии необратимых изменений [12]. Кроме этого, в сердце развиваются специфические воспалительные процессы, разрастание соединительной ткани, гипертрофия. В итоге это приводит к перерастяжению камер сердца — сердце становится похоже на растянутый мешочек, который не может обеспечить весь организм достаточным кровообращением. Кроме того, авторы отмечают наличие жизнеугрожающих нарушений ритма [13].

В то же время существует фенотип миодистрофии Дюшенна, характеризующийся доброкачественным течением, описанный П. Э. Беккером. При миодистрофии Беккера дистрофин синтезируется в малых количествах, либо происходит синтез аномального белка, способного к частичному выполнению своих функций [14]. Миодистрофия Беккера медленно прогрессирует — пациенты сохраняют способность к самостоятельной ходьбе в течение 15-20 лет от начала заболевания.

Даже не все врачи знают, что миодистрофия Дюшенна часто поражает и когнитивную сферу. Примерно каждый пятый – каждый третий пациент страдает когнитивными расстройствами разной тяжести. Почему же так происходит? До сих пор существуют разные предположения.

Так, например, работа исследователей из Санкт-Петербурга обращает внимание на то, что белок дистрофин входит в состав дистрофин-гликопротеинового комплекса (ДГК), который присутствует не только в мышечных клетках, но и нейронах, участвуя в работе потенциалзависимых каналов и формировании синапсов. Кроме того, судя по всему, некоторые мутации в гене дистрофина влияют и на уровень одного из одного из нейротрофинов – фактора роста головного мозга (ФРГМ), что в итоге приводит к недостаточному росту и дифференцировке нейронов.

Диагностика заболевания

В настоящее время диагностика миодистрофии Дюшенна основана на тщательном неврологическом осмотре, оценке уровней особого фермента – креатинфосфокиназы (КФК), применении электрофизиологического метода — электронейромиографии (ЭНМГ), биопсии, а также молекулярно-генетического исследования; причем последнее имеет решающее значение в достоверной верификации проблемы со здоровьем у мальчика.

В 100% случаев для мужского пола и в 50% для женского уровень КФК при фенотипе Дюшенна повышается в 10 раз и более, при фенотипе Беккера — в 5.

ЭНМГ позволяет различить первичное поражением мышц при миодистрофии Дюшенна и вторичное — при поражения нервной системы, связанное с другими заболеваниями.

При биопсии скелетных мышц определяются погибшие и гипертрофированные волокна, кроме того, визуализируются жировые отложения и разрастание соединительной ткани. Возможно применение иммуногистохимического метода оценки биоптатов мышц с использованием моноклональных антител к дистрофину.

Для количественного определения дистрофина используется вестерн-блоттинг с денситометрией — сочетание реакции дистрофина и моноклональных антител с разделением белков по фазам в специальном геле с точным определением количества дистрофина (возможно обнаружение до 1 нанограмма). Генетический анализ включает в себя поиск аномалий гена DMD как до – у матери, так и после рождения – у ребенка [15].

Лечение заболевания

Исцеляющего лечения, к сожалению, нет. Человечество его еще не придумало.

Медикаментозная терапия включает в себя классическую схему лечения и генную терапию. Из применяемых лекарственных средств эффективными оказываются глюкокортикостероиды (ГКС), однако только на начальных этапах прогрессирования мышечной атрофии – они способны замедить воспалительное повреждение мышц; при утраченной способности к передвижению ГКС бесполезны. Исследования показывают, что ГКС продлевают длительность ходьбы, уменьшают выраженность сколиоза и улучшают сердечно-легочную функцию. При этом следует понимать: эта группа препаратов не устраняет причину заболевания — генетический дефект и связанный с ним дефицит дистрофина, а лишь снижает сопутствующие некрозу мышц иммунопатологические процессы и уменьшает выраженность кислородной недостаточности мышечной ткани. В связи с этим терапия ГКС увеличивает мышечную силу лишь в краткосрочной перспективе (от 6 месяцев до 2 лет). Доза применяемых препаратов не имеет стандартизации: существуют разные схемы приема, однако все они связаны с развитием побочных эффектов различной степени тяжести, прямо пропорциональной длительности применения. Справляться с ними приходится путем введения дополнительных лекарственных средств, направленных на коррекцию ожирения, задержки физического развития, язв желудка и кишечника, расстройств переваривания-всасывания питательных веществ, разрушения костей из-за остеопороза, подавления иммунной защиты организма [16].

Перспективным методом лечения миодистрофии Дюшенна является применение геннотерапевтических методов, цель которых – устранение причины заболевания, то есть мутации в гене DMD. 14 ноября 2019 года в Ньюкасле (Великобритания) состоялась встреча более 100 представителей ведущих центров изучения нервно-мышечных болезней, групп защиты интересов пациентов, национальных и местных аптек, а также финансируемых государством организаций, работающих над внедрением генной терапии в рутинную практику лечения миодистрофии Дюшенна.

ААВ – аденоасоциированные вирусы находятся в центре внимания разработчиков генной терапии миодистрофии Дюшенна неслучайно. Они вызывают слабый иммунный ответ и, в отличие от некоторых других вирусных векторов (например, аденовирусных), не интегрируют свой генетический материал в геном хозяина, оставаясь в виде небольших эписомальных частиц в ядре, отдельно от ДНК пациента. Это делает их более безопасными с точки зрения потенциальных побочных мутагенных эффектов. Однако рААВ векторы имеют ограниченную емкость и могут нести генетический материал размером до 4,7 тысяч пар нуклеотидов (т.п.н.). Транскрипт DMD имеет кодирующую последовательность длиной 14 т.п.н., значительно превышая емкость рААВ [17].

Проблема большого размера гена DMD отчасти решается переносом наиболее важных его доменов, обеспечивающих максимальную функцию транслируемого белка (т.н. мини- и микродистрофина) при наименьшем размере. Тем не менее, важно признать, что даже наиболее функциональные укороченные версии дистрофина не так эффективны, как полноразмерный белок, и лишь трансформируют злокачественное течение миодистрофии Дюшенна в более мягкий фенотип – миодистрофию Беккера. Неясной остается длительность выработки микродистрофина у пациентов с миодистрофией Дюшенна, получавших генную терапию ААВ векторами. Точную временную границу провести не представляется возможным из-за непрерывно текущих процессов дегенерации и регенерации мышечных волокон [18].

У исследователей возникает другой вопрос. В какой момент введение геннотерапевтической конструкции будет оптимальным? Если ждать, пока пациент станет старше, чтобы задействовать в продукцию микродистрофина единовременно как можно большее количество мышечных волокон, процесс дегенерации будет уже запущен. В свою очередь, если вводить генный препарат очень маленьким детям, из-за увеличения количества и объема мышечных волокон по мере взросления будет происходить «разбавление» способных к продукции микродистрофина волокон. Повторное введение вирусного вектора при этом потенциально опасно: насколько бы ни был слабым иммунный ответ, вызываемый рААВ, он неминуемо будет запущен после первичного введения [17].

Массовое внедрение генной терапии миодистрофии Дюшенна в рутинную практику невозможно без учета и производственных реалий: для эффективной вирусной трансфекции необходимо около 100 триллионов векторных геномов на килограмм массы тела пациента, что требует определенных технологических мощностей. Возможным решением проблемы производства, иммуногенности и инсерционного мутагенеза является применение невирусных векторов: перенос ДНК при помощи физических методов (создание временных дефектов мембран клеток) или катионных липидов/полимеров. В целом, однако, эффективность трансфекции при использовании невирусных методов остается на относительно низком уровне [19].

Может показаться, что генная терапия на данный момент всё ещё является чем-то далёким от обычной практики, витающим на страницах научных журналов. Это не совсем так. В 2016 году FDA (Food and Drug Administration, CША) одобрило Этеплирсен — первый генный препарат для лечения миодистрофии Дюшенна, несущий в себе аминокислотную последовательность, которая связывается с мутировавшим экзоном 51 (наиболее частое место возникновения делеций и дупликаций) и исключает его из синтеза дистрофина. После этого дистрофин начинает синтезироваться в усеченном функциональном виде. Также существуют препараты, предназначенные для пропуска экзона 53 (Голодирсен, Вилтоларсен). Препарат 2а талурен нарушает распознавание точечных мутаций, преждевременно останавливающих синтез дистрофина (10-15% случаев заболевания), позволяя восстановить синтез дистрофина [20]. Первыми критериями эффективности применяемых препаратов являются улучшающиеся, по сравнению с началом лечения, результаты таких тестов, как тест на время вставания (Time to Stand Test), тест на время бега/ходьбы на 10 метров (TTRW), мышечная сила, измеренная ручным динамометром и другие подобные. Кроме клинических данных, оцениваются результаты применения всех методов диагностики в динамике. Для каждого препарата срок достижения желаемых результатов разный, однако результаты оцениваются, начиная с первых дней применения для исключения нежелательных побочных реакций.

Еще одним препаратом для лечения миодистрофии Дюшенна является Эзутромид — модулятор продукции утрофина, аналога дистрофина, выполняющего его функции в эмбриональном периоде. Сейчас препарат находится на 2 фазе клинических испытаний и по их окончании может стать новой ступенью лечения миодистрофии Дюшенна [21].

© СЗГМУ

Текст: Мария Савельева, Роман Деев, Алексей Паевский

Литература.

Suthar, Renu; Sankhyan, Naveen (2017). Duchenne Muscular Dystrophy: A Practice Update. The Indian Journal of Pediatrics, (), –. doi:10.1007/s12098-017-2397-y Terrill J.R., Al-Mshhdani B.A., Duong M.N. et al. Oxidative damage to urinary proteins from the GRMD dog and mdx mouse as biomarkers of dystropathology in Duchenne muscular dystrophy. PLoS One. 2020; 15(10):e0240317. doi:10.1371/journal.pone.0240317. Bell C. The nervous system of the human body: as explained in a series of papers read before the Royal Society of London. – Edinburgh: Adam & Charles Black, 1830 Semmola G. Sopra due malattie. Notizie dell’atra infermita. Acad Pontaniana. 1834; 164–5. Conte G, Gioja L. Scrofola del sistema muscolare. Annali Clinici dell’Ospedale degli Incurabili di Napoli. 1836; 2: 66- 79. Little, W.J. On the Nature and Treatment of the Deformities of the Human Frame: Being a Course of Lectures Delivered at the Royal Orthopaedic Hospital in 1843: With Numerous Notes and Additions to the Present Time, London: Longman, Brown, Green & Longmans. 1853. Meryon, E. Practical and Pathological Researches on the Various Forms of Paralysis. London: John Churchill. 1864; 131. Duchenne G.B.A. Recherches sur la paralysie musculaire pseudohypertrophique ou paralysie myo-sclerosique. Arch.Gen.Med. 1868; 11: 5-25. Nozoe K.T., Akamine R.T., Mazzotti D.R. et al. Phenotypic contrasts of Duchenne Muscular Dystrophy in women: Two case reports. Sleep Sci. 2016; 9(3):129-133. doi:10.1016/j.slsci.2016.07.004. Nowak, K.J., Davies, K.E. Duchenne muscular dystrophy and dystrophin: pathogenesis and opportunities for treatment. EMBO reports. 2004; 5:872-876. doi.org/10.1038/sj.embor.7400221. Lisak R.P., Truong D.D., Carroll W., et al. International Neurology. 2011; 222. Nigro G., Comi L.I., Politano L. et al. The incidence and evolution of cardiomyopathy in Duchenne muscular dystrophy. Int J Cardiol. 1990; 26: 271-277. Roudaut C., Le Roy F., Suel L. et al. Restriction of calpain3 expression to the skeletal muscle prevents cardiac toxicity and corrects pathology in a murine model of limb-girdle muscular dystrophy. Circulation. 2013; 128(10):1094-104. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.113.001340. Finsterer J., Stöllberger C.. Cardiac involvement in Becker muscular dystrophy. Can J Cardiol. 2008; 24(10): 786-792. doi:10.1016/s0828-282x(08)70686-x. Verhaart I.E.C., Johnson A., Thakrar S. et al. Muscle biopsies in clinical trials for Duchenne muscular dystrophy — Patients’ and caregivers’ perspective. Neuromuscul Disord. 2019; 29(8): 576-584. doi: 10.1016/j.nmd.2019.06.004. Sun C., Shen L., Zhang Z., Xie X. Therapeutic Strategies for Duchenne Muscular Dystrophy: An Update. Genes (Basel). 2020; 11(8): 837. doi: 10.3390/genes11080837. Duan D. Systemic AAV Micro-dystrophin Gene Therapy for Duchenne Muscular Dystrophy. Mol Ther. 2018; 26(10): 2337-2356. doi: 10.1016/j.ymthe.2018.07.011. Golodirsen (Vyondys 53) for Duchenne muscular dystrophy. Med Lett Drugs Ther. 2020; 62(1603): 119-120. Al-Dosari M.S., Gao X. Nonviral gene delivery: principle, limitations, and recent progress. AAPS J. 2009 Dec;11(4):671-81. doi: 10.1208/s12248-009-9143-y. Epub 2009 Oct 16. PMID: 19834816; PMCID: PMC2782077. Ortez C., Natera de Benito D., Carrera García L. et al. Advances en el tratamiento de la distrofia de Duchenne [Advances in the treatment of Duchenne muscular dystrophy]. Medicina (B Aires). 2019; 3: 77-81. Muntoni F., Tejura B., Spinty S. et al. A Phase 1b Trial to Assess the Pharmacokinetics of Ezutromid in Pediatric Duchenne Muscular Dystrophy Patients on a Balanced Diet. Clin Pharmacol Drug Dev. 2019; 8(7): 922-933. doi:10.1002/cpdd.642. Epub 2019 Jan 16.