Кистозный фиброз что это

Муковисцидоз легких

МКБ-10

Общие сведения

Муковисцидоз легких – респираторная (легочная) форма муковисцидоза, характеризующаяся гиперпродукцией мокроты, развитием бронхообструктивного синдрома, хронических бронхолегочных инфекций и вторичных изменений (бронхоэктазов, эмфиземы легких, пневмосклероза, сердечно-легочной недостаточности). Муковисцидоз относится к наследственной патологии и встречается примерно у 1-4 на 10 тыс. новорожденных. Заболевание может протекать в четырех клинических вариантах: кишечном, легочном, смешанном (легочно-кишечном) и в форме мекониевого илеуса новорожденных. В чистом виде легочная форма муковисцидоза встречается примерно у 15-20% пациентов, однако в той или иной степени поражение легких при муковисцидозе происходит в 95% наблюдений. Исходя из этого, муковисцидоз является междисциплинарной медицинской проблемой, находящейся на стыке генетики, педиатрии, пульмонологии, гастроэнтерологии.

Причины муковисцидоза легких

Патогенез муковисцидоза легких связан с невозможностью дефектного белка МВТР выполнять свою функцию хлоридного канала и, как следствие, нарушением водно-электролитного обмена в эпителиальных клетках бронхов. В клетках начинают накапливаться ионы хлора, вследствие чего меняется их электрический потенциал и внутрь клеток устремляются ионы натрия. Эти процессы сопровождаются усиленным всасыванием воды из межклеточного пространства, резким повышением вязкости бронхиального секрета и затруднением его эвакуации.

Дальнейшее прогрессирование муковисцидоза легких обусловлено обтурацией мелких бронхиол, развитием хронических воспалительных изменений в стенках бронхов. В условиях сопутствующего уменьшения продукции IgА и интерферона, а также фагоцитарной активности лейкоцитов снижается противовирусный иммунитет и местная противомикробная защита. На этом фоне быстро изменяется микробный пейзаж бронхов – в нем начинают преобладать стафилококки, а потом и синегнойная палочка. Развивается эндобронхит и панбронхит, что в дальнейшем приводит к формированию бронхоэктазов, деструкции легочной паренхимы, нарастанию гипоксемии и легочной гипертензии.

Симптомы муковисцидоза легких

Признаки респираторного муковисцидоза обычно становятся заметны уже в грудном возрасте. Наличие в анамнезе сведений о мекониевом илеусе периода новорожденности облегчает своевременное распознавание муковисцидоза легких у детей.

Типичные клинические проявления муковисцидоза легких обусловлены гиперсекрецией бронхиальной слизи, обструктивным синдромом и присоединением вторичной инфекции. Ранним признаком служит мучительный кашель, возникающий приступообразно и напоминающий кашель при коклюше. Кашлевой пароксизм может сопровождаться рвотой и приступами удушья. Мокрота откашливается с большим трудом, имеет вязкий, слизистый или слизисто-гнойный характер.

В более старшем возрасте типичны жалобы на одышку при незначительных нагрузках или в покое. В медицинской карте детей с муковисцидозом легких можно встретить указания на частые обострения хронического гнойного или обструктивного бронхита, рецидивирующие пневмонии (в т. ч. абсцедирующие), гайморит, полипы носа, бронхиальную астму. Дети с муковисцидозом легких гипотрофичны, отстают в физическом развитии, вынуждены ограничивать себя в физической активности.

Кожные покровы бледные с землистым оттенком, выражен акроцианоз. Грудная клетка приобретает бочкообразную форму, следствием хронической дыхательной недостаточности становится трансформация дистальных фаланг пальцев и ногтей («пальцы Гиппократа»). Вторичные изменения бронхолегочной системы при муковисцидозе легких включают бронхоэктазы, эмфизему, диффузный пневмосклероз, легочное сердце.

Течение легочной формы муковисцидоза проходит четыре стадии. Первая стадия, длительность которой может составлять до 10 лет, характеризуется периодическим сухим кашлем и одышкой, возникающей при напряжении. На второй стадии муковисцидоза легких прогрессирует поражение бронхов, развивается клиника хронического бронхита со свойственным ему влажным кашлем, усилением одышки. Продолжительность течения этой стадии сожжет варьировать от 2 до 15 лет. Переход к третьей стадии знаменует развитие вторичных изменений: бронхоэктазов, пневмофиброза, дыхательной и сердечной недостаточности; длительность данного периода – 3-5 лет. В четвертой, терминальной стадии муковисцидоза легких за считанные месяцы наступает декомпенсация сердечно-легочной недостаточности с летальным исходом.

Диагностика

Большинство случаев муковисцидоза легких выявляется в результате неонатального скрининга на наследственные заболевания обмена веществ (фенилкетонуриию, муковисцидоз, галактоземию, врожденный гипотиреоз и врожденную гиперплазию надпочечников). При муковисцидозе в крови новорожденных концентрация иммунореактивного трипсина в 5-10 раз превышает таковую у здоровых детей. Пренатальная диагностика муковисцидоза осуществляется посредством определения изоэнзимов щелочной фосфатазы в околоплодных водах после 18-20 недель беременности.

Аускультативные данные при муковисцидозе легких обычно соответствуют картине обструктивного бронхита. Степень поражения бронхолегочной системы удается оценить, используя рентгенологические и эндоскопические методы визуализации. С помощью рентгенографии легких выявляется усиление легочного рисунка и его тяжистый характер, ателектазы легких, повышение прозрачности легочных полей, ограничение подвижности купола диафрагмы и т. д.

Диагностическая бронхоскопия при муковисцидозе легких выявляет картину диффузного гнойного эндобронхита: наличие густого, вязкого секрета в просвете бронхов, нередко в виде гнойных пробок. При бронхографии обнаруживаются цилиндрические или смешанные бронхоэктазы. По данным спирометрии диагностируются нарушения по обструктивно-рестриктивному типу (снижение индекса Тиффно, ОФВ1 и т. д.); в поздних стадиях – снижение ЖЁЛ.

Лечение муковисцидоза легких

Лечение легочной формы муковисцидоза включает общережимные мероприятия и симптоматическую терапию. Питание больных должно быть калорийным, богатым поливитаминами, микроэлементами, белком. Составной частью лечения пациента с муковисцидозом легких становится кинезитерапия: используется специальная дыхательная гимнастика, постуральный дренаж, перкуссионный и вибрационный массаж грудной клетки, помогающие освободить бронхи от скопления густого и вязкого секрета.

На разжижение мокроты направлена муколитическая терапия: ингаляции с дорназа альфа, ферментами, гипертоническим раствором, кортикостероидами; введение ацетилцистеина, амброксолгидрохлорида и др. Проводятся процедуры бронхиального лаважа с эндобронхиальным введением муколитиков. При муковисцидозе легких категорически противопоказаны кодеинсодержащие препараты.

Антибактериальная терапия назначается при первых признаках легочной инфекции. Выбор препарата основывается на результатах посева мокроты и антибиотикограммы; чаще всего выбор падает на аминогликозиды, цефалоспорины, азитромицин, кларитромицин и др. Для купирования обострения применяется физиотерапия (электрофорез, УВЧ, СВЧ-терапия), ЛФК. В терминальных стадиях больным муковисцидозом может производиться трансплантация легких или комплекса сердце-легкие.

Прогноз

Пациенты с муковисцидозом легких нуждаются в пожизненном наблюдении сначала педиатра и детского пульмонолога, затем – терапевта и взрослого пульмонолога, соблюдении рекомендуемой диеты и образа жизни, прохождении специальных курсов лечения. Прогноз муковисцидоза легких остается неблагоприятным, несмотря на значительные достижения в вопросе ранней диагностики и терапии заболевания. В настоящее время средняя продолжительность жизни пациентов составляет около 30 лет. Супругам, в семье которых есть больные муковисцидозом, необходима консультация генетика для прогнозирования вероятности рождения ребенка с патологией.

Источник

Что такое муковисцидоз (кистозный фиброз)? Причины возникновения, диагностику и методы лечения разберем в статье доктора Кольцовы Елены Владимировны, пульмонолога со стажем в 7 лет.

Определение болезни. Причины заболевания

Муковисцидоз — это наследственное заболевание, при котором нарушаются функции желёз внешней секреции. Болезнь поражает весь организм, но сильнее всего страдает дыхательная система и поджелудочная железа.

Заболевание также называется кистозным фиброзом, синдромом Фанкони. Характеризуется системным поражением экзокринных желез: слизеообразующих (респираторных, кишечника, поджелудочной) и серозных (слюнных, потовых, слезных).

В некоторых случаях симптомы болезни проявляются не сразу. Это связано с тем, что тяжесть и форма заболевания у разных больных отличаются. Кроме того, признаки муковисцидоза могут напоминать симптомы других болезней, что затрудняет диагностику. Без лечения подавляющее большинство больных умирает в детском возрасте, но благодаря современным лекарственным препаратам и другим методам лечения продолжительность жизни пациентов постоянно растёт.

Чаще всего без адекватного лечения болезнь протекает тяжело и имеет плохой прогноз, на который во многом влияет развитие хронической инфекции в нижних дыхательных путях. Бактериальные агенты при муковисцидозе специфичны, например, для раннего возраста характерно развитие инфекции, вызванной золотистым стафилококком, в дальнейшем к нему присоединяются синегнойная и гемофильная палочки. Данные возбудители устойчивы к лекарственным препаратам, что осложняет лечение, поэтому важно своевременно идентифицировать возбудителя и подобрать подходящие антибактериальные средства.

Симптомы муковисцидоза

При муковисцидозе симптомы болезни зачастую видны сразу после рождения ребёнка и проявляются признаками непроходимости кишечника (мекониальным илеусом):

В возрасте одного года у ребёнка с муковисцидозом может наблюдаться обильный, зловонный стул непереваренной пищей, частый сухой кашель, отставание в физическом развитии и длительная желтуха.

Иногда признаки заболевания проявляются только в школьном возрасте. Дети с муковисцидозом из-за нехватки питательных веществ страдают дефицитом массы тела и отстают в росте.

Для заболевания также характерны:

У заболевших в раннем детстве и доживших до взрослого возраста отмечаются постоянный сухой кашель, вне обострения чаще наблюдается постоянное отделение мокроты от 5-10 мл до 200 мл и более. Характер мокроты — от слизистой до гнойной. О дышка, которая в начале болезни может возникать только при небольшой нагрузке, но со временем усиливается, частые респираторные заболевания и гаймориты. У пациентов выражена задержка роста, фаланги пальцев и ногти изменяются по типу «барабанных палочек» и «часовых стёкол».

Грудная клетка чаще бочкообразной формы. Появляется бледность, одутловатость лица и цианоз видимых слизистых.

У больных может наблюдаться задержка в половом развитии или отсутствие вторичных половых признаков:

Патогенез муковисцидоза

Патогенез муковисцидоза обусловлен мутацией гена CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) — муковисцидозного трансмембранного регулятора проводимости. Этот ген кодирует белок, который обеспечивает транспорт солей и воды в эпителиальном слое бронхолёгочной системы и в клетках, выстилающих железы, вырабатывающие секрет и выводящие его во внешнюю среду организма. Из-за дефекта структуры белка нарушается перемещение ионов натрия и хлора в клетках, что в итоге приводит к повышенной вязкости секрета экзокринных желез. Происходит увеличение всасывания ионов натрия и дефект секреции хлора, что ведёт к снижению или прекращению выделения жидкости в просвет бронхов. Из-за этого мокрота теряет свою жидкую часть, становится вязкой и густой. Впоследствии это ведёт к тому, что бронхи забиваются вязким секретом.

Таким образом, при муковисцидозе нарушаются функции желёз, которые вырабатывают пот, слизь, слёзы, слюну и пищеварительные соки. Через протоки этих желёз выделения выходят на поверхность тела или в полые органы, такие как кишечник или дыхательные пути. У пациентов с муковисцидозом в этих органах возникают серьёзные изменения, особенно они затрагивают бронхолёгочную систему — в язкий секрет закупоривает мелкие дыхательные пути.

С лизь, выделяемая в дыхательных путях, необходима для удаления из них пыли и бактерий, но при муковисцидозе выработка и структура бронхиального секрета нарушаются. В результате на стенках дыхательных путей развивается хроническое воспаление, которое впоследствии приводит к формированию бронхоэктазов (расширения и деструкции бронхов) и рубцов в лёгочной ткани.

При муковисцидозе страдает не только дренажная функция дыхательных путей, но и клеточный и гуморальный иммунитет. Это происходит из-за нарушений в работе клеток и затруднённого движения ресничек мерцательного эпителия бронхов.

Помимо этого, при муковисцидозе ферменты, вырабатываемые поджелудочной железой, не поступают в кишечник. Они начинают разрушать ткань поджелудочной железы, в результате чего в ней формируются рубцы и кисты. Также необратимо нарушается весь процесс пищеварения. Это приводит к недостаточности массы тела, отставанию в росте и весе, хронической диарее и выпадению прямой кишки.

При муковисцидозе у мужчин отмечается обструкция (непроходимость) семявыносящих протоков, отсюда и высокий процент мужского бесплодия при заболевании.

Классификация и стадии развития муковисцидоза

В зависимости от преобладающих симптомов выделяют три основные клинические формы заболевания: кишечную, бронхолёгочную и смешанную.

Кишечная форма муковисцидоза. Кистозный фиброз с кишечными проявлениями Е84.1 (код по МКБ-10)

Из-за неправильной секреции ферментов нарушается работа органов желудочно-кишечного тракта. Ухудшается расщепление жиров, белков и углеводов, а также их усвоение. Не вся пища переваривается, стул становится обильным, частым и зловонным.

Бронхолёгочная форма муковисцидоза. Кистозный фиброз с лёгочными проявлениями Е84.0

Нарушения затрагивают всю бронхолёгочную систему. Вязкая мокрота скапливается в дыхательных путях и её тяжело откашлять. При инфицировании золотистым стафилококком, синегнойной и гемофильной палочками возникают тяжёлые бронхиты и пневмонии, для которых характерно осложнённое течение с развитием одышки, интоксикации и выраженной слабостью. Со временем развиваются следующие необратимые изменения:

Смешанная форма (лёгочно-кишечная)

Различают четыре стадии развития муковисцидоза:

1. Непостоянство симптомов, пациент жалуется на частый сухой кашель и небольшую одышку при физических нагрузках. Стадия может длиться до 10 лет.

2. Кашель с отделением мокроты, одышка появляется в покое и усиливается при физической нагрузке, фаланги пальцев и ногтевые пластины деформируются по типу «барабанных палочек» и «часовых стёкол». Стадия продолжается от 2 до 15 лет.

3. Бронхолёгочные симптомы прогрессируют, развиваются тяжёлые осложнения. У пациентов усиливается одышка и появляются признаки сердечной недостаточности: отёки на ногах, одышка при небольшой активности или в покое, быстрая утомляемость, непереносимость физических нагрузок. На УЗИ сердца видны признаки гипертрофии левых и правых отделов, а также снижение сердечной фракции выброса левого желудочка. На рентгенологических снимках можно обнаружить зоны пневмофиброза, бронхоэктазы и кисты. Формируется сердечная недостаточность по правожелудочковому типу, так называемое «лёгочное сердце». Длительность стадии от 3 до 5 лет.

4. Тяжёлая кардио-респираторная недостаточность. Из-за дисфункции левого желудочка нарушается работа сердца и лёгких, снижается фракция выброса левого желудочка, учащается сердцебиение, прогрессирует гипотензия. Стадия длится несколько месяцев и завершается смертью больного, вызванной развитием дыхательной недостаточности и остановкой сердечной деятельности.

Различают стадии обострения и ремиссии:

Осложнения муковисцидоза

Для муковисцидоза характерны следующие бронхолёгочные осложнения:

Пациенты жалуются на выраженную одышку, отмечаются симптомы сильной интоксикации, повышается температура и выделяется большое количество зловонной гнойной мокроты.

Одним из тяжёлых осложнений является спонтанный пневмоторакс — скопление воздуха в плевральной полости. Нарушение проявляется резкой колющей болью в грудной клетке, усиливающейся при дыхании, кашле и движениях. Больной начинает дышать часто и поверхностно, отмечается сильная одышка и чувство нехватки воздуха, беспокоит кашель, появляется синюшность кожных покровов лица.

У больных старше 12 лет высока вероятность развития сахарного диабета I типа, может наблюдаться остеопороз, артриты и отёки нижних конечностей.

Постоянные или частые боли в животе могут указывать на панкреатит, эзофагит или язвенную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.

Диагностика муковисцидоза

Основной критерий постановки диагноза — увеличение концентрации ионов хлора в потовых железах более 60 ммоль/л вместе с одним или более из следующих критериев:

Характерные клинические проявления болезни:

Скрининг на муковисцидоз проводится в роддоме всем новорождённым и направлен на выявление заболевания ещё до клинических проявлений. Для этого у ребёнка на 4-7 день жизни берётся кровь из пятки на фильтровальную бумагу и определяют уровень иммунореактивного трипсина (ИРТ). Если показатели ИРТ превышены (норма не более 65-70 нг/мл), то на 21-28 день анализ повторяют. Если показатели остаются повышенными, ребёнку проводится потовая проба и генетическое обследование.

Потовая проба — это один из методов диагностики муковисцидоза, с помощью которого определяется уровень хлоридов в секрете потовых желез. Анализ проводится троекратно. Положительным результатом для постановки диагноза считается показатель выше 60 ммоль/л.

Методика проведения потовой пробы: кожу правого бедра новорождённого протирают раствором натрия хлорида, дают высохнуть, после кладут салфетку, смоченную раствором пилокарпина для провоцирования гипергидроза и вторую салфетку, смоченную солёной водой. На салфетках закрепляются электроды, в течение 5 минут подаётся разряд 4 мА, после чего электроды снимаются, и кожа протирается. На простимулированном участке фиксируется кусочек фильтровальной бумаги. Выделяющийся пот собирается в течение 30 минут, после чего бумагу снимают и отсылают в лабораторию для определения концентрации электролитов хлора и натрия.

Обзорную рентгенограмму брюшной полости проводят для выявления вздутых петель кишечника и признаков кишечной непроходимости. При осмотре может быть обнаружено увеличение печени (гепатомегалия). Также у пациентов выявляют сахарный диабет I типа, который сочетается с респираторными симптомами: одышкой, частым кашлем с трудноотделяемой вязкой мокротой и панкреатитом, проявляющимся опоясывающими болями в области живота и частым стулом непереваренной пищей.

Молекулярно-генетический анализ позволяет диагностировать муковисцидоз приблизительно в 90 % случаев. Для его проведения нужна кровь из вены. Генетический метод обнаруживает в хромосомах пациента «дефектный» ген с мутацией F508del. При тестировании на муковисцидоз невозможно проверить все мутации, так как их более 1900, а большинство лабораторий выявляет только 20-30 самых частых вариантов.

Лечение муковисцидоза

Муковисцидоз носит наследственный характер, поэтому его лечение большей частью симптоматическое, оно направлено на восстановление функций дыхательного и желудочно-кишечного тракта и проводится на протяжении всей жизни пациента. Больным муковисцидозом важно соблюдать диету, выполнять специальный комплекс упражнений и принимать препараты, предотвращающие развитие инфекций.

Основной целью лечения при муковисцидозе является удаление из дыхательных путей вязкой мокроты. Для этого применяют различные методики дренирования бронхиального дерева, например кинезотерапию — одну из форм лечебной физкультуры, способствующую очищению бронхов от вязкой и агрессивной слизи.

Физиотерапевтическое лечение младенцев и детей раннего возраста включает как активную, так и пассивную техники.

Пассивная техника:

• принятие телом ребёнка определённого положения на короткое время, затем его изменение;

• сопровождение и стимуляция дыхательных движений при помощи рук (контакт-дыхание) — техника, при которой рука физиотерапевта ведёт и стимулирует дыхательные движения;

• ручная вибрация на выдохе — для поддержки выдоха и помощи высвобождению мокроты потряхивается грудную клетку рукой;

• потряхивание — ритмические движения, выполняемые в одной из частей тела для возникновения реакции в грудной клетке;

• терапевтические положения тела — расположение грудной клетки в состоянии, при котором растягивается лёгочная ткань и расширяются дыхательные пути.

Активная техника:

• влияние на дыхание, например с помощью акустической стимуляции — поощряя ребёнка повторять громкие крики, которые он издаёт;

• упражнения для развития эластичности грудной клетки, позвоночника и мышечного баланса тела;

• упражнения, повышающие ловкость, выносливость и формирующие наслаждение от мышечной активности.

При муковисцидозе важно соблюдать диету — питание должно быть высококалорийным, с повышенным содержанием белков и жиров. Пищу принимают часто и небольшими порциями, дополнительно подсаливая. Из рациона исключается еда, которая тяжела для переваривания: грубая клетчатка, навары из супов, жареные блюда, шоколад, торты, пирожные. Суточный калораж должен превышать возрастную норму на 20—40 %, главным образом за счёт увеличенного количества белка (до 6 г на 1 кг массы тела в сутки). Из-за нарушенной функции поджелудочной железы у больных не усваиваются жиры и жирорастворимые витамины А, Д, Е и К, поэтому необходим их дополнительный приём.

Для облегчения отхождения мокроты применяют следующие препараты:

Для ингаляционной терапии используют бронхолитики:

Следует иметь в виду, что у трети больных бронхолитики оказывают положительный ответ, но у большей части может возникнуть коллапс мышц дыхательных путей и резкое снижение объёма выдыхаемого воздуха. В связи с этим больные, получающие такую терапию, должны находиться под наблюдением врача.

Антибактериальные препараты назначаются всем пациентам с лёгочными симптомами, при обострениях заболевания или выявлении возбудителей респираторных инфекций для подавления их роста.

Для лечения применяют эффективные комбинации антисинегнойных антибиотиков:

Парентеральные антибиотики:

Доза вводимого антибактериального препарата должна превышать среднюю терапевтическую в полтора раза. Курс антибактериальной терапии может продолжаться до 3-4 недель,в случае хронизации инфекционного процесса — до 12 недель.

Для улучшения функции пищеварения используют ферментные препараты, которые содержат липазу, протеазу и амилазу, облегчающие переваривание жиров, углеводов и белков, а также способствующие их лучшему всасыванию в тонком кишечнике. Подбор доз панкреатических ферментов проводится индивидуально исходя из клинических проявлений болезни. Применяются препараты: «Панкреатин», «Мезим», «Креон». Ферментные препараты назначаются в больших дозах, чем больным с другими заболеваниями желудочно-кишечного тракта — до 30 капсул «Креона» в сутки.

Лечение муковисцидоза пожизненное. Выбор схемы терапии зависит от вида бактерий, обнаруженных в бронхиальном секрете дыхательных путей, а также от преобладающих клинических форм заболевания.

В России оригинальные препараты для лечения муковисцидоза заменяются дженерикам отечественного производства. Дженерики сходны с оригинальными препаратами по составу действующего вещества. Многие пациенты жалуются на их плохое качество и появление побочных эффектов. В последнее время пациентами и родителями больных муковисцидозом проводятся кампании, цель которых — вернуть государственное обеспечение качественными иностранными лекарствами.

Назвать побочные эффекты дженериков на данный момент сложно, так как отсутствуют их сравнительные исследования с оригинальными препаратами.

В рамках 44-ого ФЗ закупки лекарственных препаратов идут по международному непатентованному названию. Перечень лекарственных препаратов утверждается правительством РФ. Врачам за назначение препаратов под торговыми названиями или купленными родителями и благотворительными фондами грозит ответственность. В рецептах, выписанных врачом, должны быть указаны только международные названия, а не торговые. За нарушение этого правила врачей ждет штраф.

Хотя есть одно условие: при наличии медицинских показаний (аллергия, индивидуальная непереносимость дженерика по жизненным показаниям) по решению врачебной комиссии пациент может получить лекарство под торговым названием. Поэтому возможность получить оригинальный препарат — индивидуальная непереносимость дженерика (которую нужно доказать) и решение врачебной комиссии.

Муковисцидоз — наиболее частое показание для трансплантации лёгких. Основные показания для этой операции: прогрессирующее снижение веса, ухудшение лёгочной функции, частые обострения, потребность в кислородотерапии. Противопоказания: аспергиллома ( опухолевоподобное неинвазивное новообразование шаровидной формы, состоящее в основном из клеток мицелия микроскопического плесневого гриба ), курение, психосоциальные факторы. Сахарный диабет и лечение кортикостероидами не являются препятствием для трансплантации.

Прогноз. Профилактика

Муковисцидоз — это неизлечимое хроническое заболевание, но при своевременной диагностике и адекватной постоянной терапии многие пациенты доживают до взрослого возраста.

Для больных муковисцидозом возможна полноценная жизнь, но только при условии постоянного получения необходимых препаратов. Основными причинами смертности этих пациентов являются бронхолёгочные осложнения: развитие инфекции в нижних дыхательных путях, бронхоэктазы и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

Главным способом профилактики является дородовая и неонатальная диагностика. Семейным парам, планирующим рождение ребенка, рекомендуется пройти ДНК-диагностику на носительство мутаций, приводящих к муковисцидозу, с последующей консультацией врача-генетика.

Пренатальная ДНК-диагностика выполняется при заборе околоплодных вод в ранний (13-14 недель) и поздний (16-20 недель беременности) сроки. Обследование проводят для семей, в которых выявлено носительство мутации гена CFTR и имеющих ребёнка больного муковисцидозом.

Источник

Кистозный фиброз (Муковисцидоз)

Врожденное заболевание, поражающее экзокринные железы, в результате чего выделяется вязкий клейкий секрет, ухудшающий проходимость выводных протоков, называют муковисцидозом. Второе название этой болезни – кистозный фиброз. Болезнь поражает, в первую очередь, железы дыхательной системы и пищеварительного тракта, характеризуется тяжелым течением, а при отсутствии адекватной медицинской помощи – неблагоприятным прогнозом.

Почему развивается заболевание

В настоящее время нет никаких сомнений в том, что единственной причиной муковисцидоза является неблагоприятная наследственность. Это заболевание не может возникнуть под влиянием негативных внешних факторов или из-за инфекции. Генная мутация, которая его вызывает, является рецессивной, т. е. может в скрытом виде присутствовать у любого человека и обнаруживается только после специального генетического исследования. Болезнь возникает лишь в том случае, если отец и мать оказываются скрытыми носителями поврежденного гена, и ребенок наследует его от обоих родителей.

Заболевание является достаточно редким: в нашей стране оно обнаруживается не более чем у трехсот человек в год. Патологические изменения происходят в поджелудочной железе, потовых и слюнных железах, дыхательной системе, пищеварительном тракте. Нарушения в деятельности органов могут появиться уже на этапе внутриутробного развития. Пациентам, у которых обнаружен муковисцидоз, необходимо оставаться под наблюдением врачей в течение всей последующей жизни.

Клинические проявления патологии

Поражение внутренних органов происходят из-за неправильной работы экзокринных желез:

Вместо обычного секрета железы вырабатывают густую, вязкую массу, из-за чего в отдельных органах происходит постоянная закупорка протоков. В результате некоторые участки органов оказываются заблокированными. Спустя какое-то время клетки закупоренного участка отмирают и заменяются фиброзной тканью. Постепенно происходит «выключение» все новых и новых участков, из-за чего функции пораженных органов снижаются.

Первые симптомы муковисцидоза могут появляться уже в раннем детстве, причем чем раньше они становятся явными, тем быстрее протекает процесс накопления патологических изменений, а значит – тяжелее протекает заболевание. Ребенок страдает:

Сгущение слизистого секрета происходит из-за нарушений синтеза белка, который участвует в регуляции водно-электролитного клеточного обмена. Наиболее важен этот процесс для деятельности дыхательных путей, пищеварительного тракта, поджелудочной железы и печени, а впоследствии – репродуктивной системы.

Патологические изменения в бронхах и легких присутствуют у 95% больных. Примерно треть пациентов страдает из-за нарушений секреции кишечника, что проявляется в выпадении прямой кишки. После назначения таким больным приема пищеварительных ферментов работа кишечника нормализуется в течение двух месяцев.

У многих детей, страдающих муковисцидозом, кашель, приступы удушья и некоторые другие проявления развиваются уже в первые месяцы жизни. Достаточно типичны синуситы, хронический холецистит, колитический синдром.

Как определить заболевание

Признаками кистозного фиброза нередко служат:

При обращении к врачу для диагностики муковисцидоза, как правило, возникает необходимость в проведении ряда исследований:

Современные методы терапии

Поскольку заболевание носит генетический характер, то лечение муковисцидоза направлено на поддержание жизнедеятельности пораженных органов и нормализацию работы экзокринных желез. Для этого необходим комплексный подход, учитывающий состояние организма в целом. Пациент в течение всей жизни находится под врачебным контролем, врач проводит осмотры каждые три месяца. Пациенту назначают:

Клинические рекомендации при кистозном фиброзе включают усиленное питание с повышенным содержанием белков и без ограничения жиров. Кроме того, показаны общеукрепляющие средства, при легких формах болезни – санаторное лечение.

Часто возникающие вопросы

Сколько живут люди с муковисцидозом?

Продолжительность жизни при кистозном фиброзе зависит от ряда факторов, и в первую очередь – от тяжести протекания болезни и выраженности патологических изменений. Наибольший процент летальных исходов регистрируется у детей первого года жизни. При своевременном выявлении болезни и адекватной терапии вероятность благоприятного течения болезни возрастает. В настоящее время в развитых странах пациенты с этим диагнозом могут прожить около сорока лет или более.

Как передается по наследству кистозный фиброз?

Наследование поврежденного гена не зависит от пола ребенка. Рецессивный тип передачи генетической патологии означает, что для рождения больного ребенка необходимо наличие дефекта у обоих родителей, но и в этом случае вероятность передачи болезни составляет только 25%. Если дефектный ген присутствует только у одного из родителей, их ребенок родится здоровым, но в 50% случаев будет носителем патологической наследственности. Согласно исследованиям, в Европе каждый 20-й житель является носителем рецессивного дефектного гена.

Для чего нужен скрининг?

В настоящее время всем детям делают анализ на муковисцидоз еще во время пребывания в родильном доме. Неонатальный скрининг облегчает раннее выявление патологии и повышает шансы маленьких пациентов на благоприятное течение болезни.

Источник

Что нужно знать о муковисцидозе: 5 вопросов о поломке гена, диагностике и лечении

Муковисцидоз — генетическое заболевание, которое нарушает работу многих органов — легких, кишечника, поджелудочной железы. Из-за этого пациенты часто не могут свободно дышать, используют кислородные маски, ингаляторы, высококалорийные питательные смеси, антибиотики и другие дорогостоящие препараты. Некоторым пациентам требуется пересадка легких.

Какие нарушения происходят в организме при муковисцидозе и какие органы повреждаются чаще всего? Что такое генная терапия и как она может помочь в лечении наследственных заболеваний?

Вместе с информационно-просветительским гуманитарным проектом «12 месяцев», который ведут студенты и ординаторы кафедры патологической анатомии Северо-Западного медицинского университета имени И. И. Мечникова, мы продолжаем серию материалов о редких (орфанных) генетических заболеваниях и жизни людей с ними.

Читайте в апреле рассказ о муковисцидозе, с которым в России рождается один из 10 тысяч детей.

«Уже три года я нахожусь в листе ожидания на пересадку легких»

Лилия, 34 года, подопечная благотворительного фонда «Кислород»:

С раннего детства мне приходилось большую часть своего времени ходить по больницам — в каких только больницах Казани я не была. В 8 лет мне сделали операцию, удалили часть легкого — верхнюю правую долю. Потом оказалось, что это ошибка и операцию не следовало делать. И только в 14 лет мне смогли поставить диагноз «муковисцидоз».

Три года назад я вместе с мамой переехала в Москву и сейчас нахожусь в листе ожидания на пересадку легких. Когда она будет — неизвестно, но мои легкие работают уже всего на 30%.

Возможно, из-за пандемии COVID-19 некоторые люди смогут представить, какого это: ты не можешь пройти даже двух шагов, не начав задыхаться, и потом уже не способен ни о чем думать. Нормальный уровень насыщения крови кислородом 95% и выше, у нас же он всего 60%. Возникает ощущение, будто тебе перекрыли горло и невозможно вдохнуть.

Благодаря фонду «Кислород» мне удается снимать квартиру в Восточном Измайлово, рядом с больницей, в которой мы, пациенты с муковисцидозом, лечимся. Живем около своего доктора.

Что такое муковисцидоз?

Муковисцидоз или кистозный фиброз — тяжелое наследственное заболевание, при котором повышенная вязкость слизи, выделяемая органами пищеварения и дыхания, критически нарушает их работу и приводит к развитию опасных для жизни состояний — истощению, кишечной непроходимости, пневмонии, сепсису, почечной и дыхательной недостаточности. При этом заболевании также часто поражаются печень и сердце, а у мужчин встречается еще и бесплодие.

Считается, что один из 10 тысяч детей в России рождается с муковисцидозом. Сегодня с этим заболеванием в нашей стране живут 3142 человека (по состоянию на 2018 год), а во всем мире около 100 000 человек. Самая высокая средняя продолжительность жизни людей с таким диагнозом — в США и Канаде, она достигает 40 лет.

Муковисцидоз развивается из-за мутаций в гене CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). То есть меняется молекула ДНК, на основе которой строится белок — главная рабочая сила клетки. Поломка гена способна полностью прекратить выработку белка или снизить эффективность его работы, в результате чего происходит частичная или полная утрата функции, которую выполняет белок.

Белок, кодируемый геном CFTR, выступает как канал (или отверстие) в мембране (то есть оболочке) клетки, через который из клетки выводятся заряженные частицы — ионы хлора (Cl-). Этот канал получил название «хлоридный» и главное его предназначение — поддерживать в текучем состоянии слизь, которую выделяют наши органы.

Что это за слизь и для чего она нужна? Клетки вырабатывают слизь, покрывающую органы изнутри — например, кишечник, бронхи или протоки поджелудочной железы, — и защищающую их от воздействия ферментов или микроорганизмов. Слизь должна постоянно обновляться за счет удаления из организма, а для этого ей необходимо оставаться текучей — это достигается благодаря тому, что в ней удерживается большое количество воды.

Выделение ионов хлора играет в этом процессе ключевую роль: в сочетании с ионами натрия они формируют и поддерживают в слизи высокую концентрацию соли, а она в свою очередь притягивает в слизь большое количество воды.

У людей с муковисцидозом снижено количество ионов хлора, выводимых в слизь. Это нарушает баланс ионов натрия и хлора и снижает концентрацию соли в слизи. Из-за этого она не снабжается водой, становится вязкой, густой и не может самостоятельно удалиться из организма. Слизь переполняет органы и закрывает просвет выводящих протоков желез, таким образом препятствуя их работе и разрушая структуру. Именно в этом и кроется причина муковисцидоза.

Выявлено уже 352 мутации гена CFTR, которые способны привести к развитию муковисцидоза. Их разделили на 6 функциональных классов:

Схема проявлений разных классов мутаций гена CFTR­

I, II и III классы относят к «тяжелым» мутациям, при которых функция белка по выведению ионов хлора полностью отсутствует, что ведет к очень низкому содержанию воды в слизи. IV, V и VI классы, при которых функция частично сохранена, — к «легким» мутациям.

Такое подразделение условно, так как на тяжесть течения заболевания значительно влияют два фактора — его раннее выявление и готовность пациента к постоянному лечению. Поздняя диагностика, что часто бывает с легкими мутациями, или прекращение лечения могут привести к необратимым изменениям в организме человека.

Здесь можно узнать, к какому функциональному классу относят болезнетворную мутацию.

«У меня много планов до 27 лет»

Андрей, 24 года, студент Ярославского медицинского университета:

Диагноз «муковисцидоз» мне поставили в 8 месяцев. Позже выяснилось, что у меня 2 тяжелые мутации в гене CFTR. Но до 11 лет болезнь я особенно не замечал, пока не вылетел из школьного обучения на полгода из-за операции по разрешению непроходимости кишечника. Это была моя первая операция, и в этот момент я начал понимать, что болею серьезным неизлечимым заболеванием.

Болезнь начала активно проявлять себя после 17 лет, когда состояние стало резко ухудшаться: появился утренний кашель, часто до тошноты. Муковисцидоз для меня — это постоянное ухудшение состояния легких, кашель, проблемы с пищеварением, сахарный диабет, нарушение работы всех моих органов…

Википедия пишет, что средняя продолжительность жизни с муковисцидозом в России — 27 лет. Классно. Легкие будут все хуже работать, а значит, я не смогу дышать. В один момент могу уснуть и просто не проснуться. Я это понимаю. Поэтому у меня очень много планов до 27!

Как проявляется и на что влияет муковисцидоз?

Мутации гена CFTR способствуют повреждению многих органов — поджелудочной железы, легких, печени, мужских половых желез, слизистых оболочек.

Поражение органов при муковисцидозе

Есть однозначная прямая связь между мутациями гена CFTR и поражением поджелудочной железы. Этот орган выполняет две основных функции — вырабатывает пищеварительные ферменты и обеспечивает их выделение в кишечник для переваривания пищи (внешнесекреторная функция), а также производит гормоны и выделяет их в кровь для поддержания уровня глюкозы (внутрисекреторная функция).

При муковисцидозе в первую очередь нарушается внешнесекреторная функция. Как это происходит?

Поджелудочная железа располагается вне кишечника, и для того, чтобы доставить туда пищеварительные ферменты, от разных участков поджелудочной железы к кишечнику отходят маленькие трубочки, которые собираются в крупные выводящие протоки и впадают в кишечник.

Внутренняя поверхность этих выводящих протоков («труб») покрыта специальными клетками, вырабатывающими слизь. Как и в случаях с другими органами, слизь защищает клетки протоков от вредного действия ферментов. Она должна постоянно обновляться, удаляясь из кишечника, но при муковисцидозе становится вязкой, плохо выводится, постепенно закрывая просвет.

Из-за этого ферменты не попадают в кишечник и вместо своей основной задачи по перевариванию пищи начинают «переваривать» клетки поджелудочной железы. Это ведет к ее воспалению — хроническому панкреатиту, который разрушает структуру органа.

Участки с погибшими клетками поджелудочной железы зарастают «рубцами» (фиброз), а продолжающийся процесс выделения слизи расширяет выводящие протоки. В результате в органе появляются полости (кисты), за что заболеванию и было дано первое название — кистозный фиброз.

Нарушенное поступление пищеварительных ферментов в кишечник способствует развитию диареи, плохому перевариванию, истощению, системным нарушениям обмена веществ. Из-за этого пациентам с муковисцидозом приходится постоянно принимать искусственные ферменты.

Потеря внутрисекреторной функции у пациентов с легкими классами мутаций протекает постепенно, на протяжении нескольких лет, а у носителей тяжелого класса нарушения поджелудочной железы выявляются уже внутриутробно. В более позднем возрасте у 20% пациентов развивается инсулин-зависимый сахарный диабет.

Собственные железы кишечника, производящие слизь, также могут поражаться. В совокупности с нарушенным­ перевариванием пищи это повышает риск развития кишечной непроходимости.

Поражения легких зависят от мутаций гена CFTR, но не столь однозначно, как в случае с поджелудочной железой.

Основной причиной нарушения дыхания считаются микроорганизмы, которые заселяют вязкую слизь дыхательных путей. На инфекцию организм реагирует воспалением: в ткани легкого приходят лейкоциты (а именно нейтрофилы), призванные бороться с микроорганизмами.

Однако при бронхите и пневмонии лейкоциты выделяют ферменты, которые деформируют ткани легкого и способствуют расширению бронхов (бронхоэктазы). Заканчиваются такие разрушительные процессы печально — формируется дыхательная недостаточность, несоответствие количества поглощаемого кислорода потребностям организма.

Из-за этого люди с муковисцидозом не могут свободно дышать, используют кислородные маски, антибиотики и препараты, разжижающие слизь. Они не могут позволить себе легкие физические нагрузки повседневной жизни и встречаться с пациентами с таким же диагнозом, потому что рискуют передать друг другу злостные инфекции.

На течение заболевания легких у пациентов с муковисцидозом влияют гены-модификаторы. Они способны либо ухудшать течение болезни (при особых вариантах генов MBL, HLA II, TGFβ1 функция их белков снижается, что ведет к ослаблению иммунитета и большим повреждениям легких от микроорганизмов), либо наоборот улучшать его (если функциональная активность белка, кодируемого вариантом гена NOS1, повышается, то усиливается антибактериальная защита и ослабляется воспалительная реакция).

Постоянное воспаление характерно и для слизистой оболочки полости носа и придаточных пазух, что часто приводит к образованию доброкачественных опухолей — полипов.

Из-за постоянных пневмоний при муковисцидозе структура легких повреждается, появляются рубцы (фиброз), что ведет к затрудненному кровообращению в них. Это требует напряженной работы сердца — ему приходится с большим усилием проталкивать кровь в сосуды легких. Однако из-за этого развивается гипертрофия правого желудочка, нарушается его снабжение кислородом, что в итоге приводит к сердечной недостаточности.

Длительное воспаление в легких стимулирует образование защитных белков, выделяемых в кровь. А так как вся кровь фильтруется через почки, эти белки могут забивать почечные фильтры (амилоидоз почек). Это способствует прогрессированию почечной недостаточности — состоянию, при котором нарушается фильтрация мочи и часть продуктов обмена остается в крови, что имеет критичные и порой смертельные последствия для организма.

У мужчин с муковисцидозом наблюдается полное закрытие просвета семявыносящих протоков, канальцев придатков яичка (за счет разрастания в них соединительной ткани) или нарушение развития этих органов, что в обоих случаях ведет к бесплодию.

Как наследуется и диагностируется муковисцидоз?

Муковисцидоз наследуется аутосомно-рецессивно: то есть если оба родителя имеют болезнетворную мутацию гена CFTR (считается, что каждый 20-й человек — носитель такой мутации), в 25% случаев может родиться ребенок с муковисцидозом. Причем пол ребенка не влияет на вероятность развития заболевания.

С 2006 года в нашей стране проводится массовое обследование новорожденных на наиболее распространенные наследственные заболевания, среди которых есть и муковисцидоз. К 2018 году почти половину случаев муковисцидоза помог выявить именно неонатальный скрининг. Однако заболевание можно обнаружить и позже из-за его легкого течения. Так, максимальный возраст, в котором был установлен диагноз, в России составляет 59 лет.

Муковисцидоз диагностируется в случае, когда у человека есть как минимум одно клиническое проявление (поражение легких, поджелудочной железы, придаточных пазух носа, кишечника) и подтверждено нарушение функции хлоридного канала.

Нарушение функции канала определяется несколькими подходами:

Есть ли лечение от муковисцидоза?

Муковисцидоз — неизлечимое заболевание, однако есть способы корректировать его течение, улучшая и продлевая жизнь пациентам.

Основные направления терапии у людей с муковисцидозом:

Если функции некоторых органов при муковисцидозе можно скорректировать или заместить приемом лекарств (например, ферментов для пищеварения при повреждении поджелудочной железы), то повреждение легких — это безвозвратный процесс, и компенсировать утрату какой-то их части пока технически невозможно.

Именно критическое поражение легких представляет наибольшую опасность для жизни человека с муковисцидозом.

В таком случае единственно возможным решением остается трансплантация легких. Однако это опасная и рискованная операция, которую делают при снижении функции легких менее 30% от должного уровня.

«Из-за обострений я часто худела до 40 килограммов»

Лилия, 34 года, подопечная благотворительного фонда «Кислород»:

Первый год в Москве я думала: «Ну, мне быстренько сделают пересадку легких, и я уеду домой в Казань». И думала так два года. На третий до меня дошло, что нет, так быстро это не происходит. И у меня была такая истерика, что все вокруг бесило: чужая квартира, чужой город. Готова была выйти на улицу и выть, чуть ли не на стены лезла.

Но я же понимаю, что деваться мне некуда. Когда начинается обострение, начинаешь и реветь, и злиться. От этого же еще хуже, у тебя и так одышка, а когда нервничаешь, одышка усиливается. Это очень тяжело. Успокаиваешь себя: «Все, хватит, перестань, сделаешь себе только хуже». Так сама с собой и разговариваешь.

Хирурги в Москве установили мне трубочку в желудок — гастростому. В нее нужно капать жидкое калорийное питание, чтобы я могла набрать вес и успешнее перенести операцию.

Таким способом я набрала около 10-12 килограммов, а до этого была очень худой, больше 50 килограммов никогда не весила, из-за обострений часто худела и до 40. У нас некоторые и по 35 килограммов весят. Слизь в дыхательных путях очень густая, и ее трудно вывести, нужны большие усилия — мы только от одного кашля огромное число калорий сжигаем.

Месяц назад я начала принимать таргетный препарат «Калидеко» и сейчас чувствую улучшение. Проблема в том, что их не дают бесплатно, если их покупать — курс терапии будет стоить десятки миллионов. Приходится стараться приобретать их самостоятельно, иногда получается достать из-за рубежа.

Если пересадка легких будет успешной, то я, наверное, на велосипеде покатаюсь, пробегусь. Мы же даже пробежаться не можем, идем тихим-тихим шагом, как черепахи, чтобы не задохнуться. Еще очень хочется попутешествовать. По России я бы поездила, куда угодно — в Сочи, в Петербург….»

Наиболее эффективной медицинской помощью людям с муковисцидозом сегодня остается таргетная терапия, направленная на коррекцию работы хлоридного канала.

В 2012 году был зарегистрирован первый препарат с таким действием — ивакафтор (торговое название «Калидеко»). Он всасывается в желудочно-кишечном тракте и распределяется по организму через кровь.

Достигнув легких, препарат проникает в клетки и присоединяется к хлоридному каналу, встроенному в оболочку (мембрану) клетки. Препарат изменяет форму канала — он возвращает ему способность пропускать ионы хлора, которые способствуют притоку воды в слизь.

По итогам постоянного приема препарата содержание соли в поте пациентов снизилось ниже диагностически значимого уровня, а эффективность работы легких улучшилась на 17,2%. Важный момент: ивакафтор эффективен только при мутациях CFTR, при которых встраивание (транспортировка) белка в оболочку (мембрану) клетки не нарушена, то есть при III-VI классах мутаций.

Позже были разработаны лумакафтор, тезакафтор и элексакафтор — так называемые препараты-корректоры, способные присоединяться к белкам хлоридного канала, что помогает им транспортироваться до оболочки клетки и встраиваться в нее. Они помогают уже и при II классе мутаций.

Препараты-корректоры наиболее эффективны при совместном использовании с ивакафтором, сейчас выпускается несколько таких комбинаций — «Оркамби», «Симдеко» и «Трикафта».

Однако у таргетной терапии есть и недостатки: необходимость принимать препараты каждые 12 часов и их огромная стоимость — цена «Оркамби» или «Трикафта» достигает 20 миллионов рублей в год.

Есть и еще один «минус» — таргетная терапия не способна помочь людям с I классом мутаций, при которых белок (хлоридный канал) вообще не образуется, а следовательно, и воздействовать терапевтической молекуле не на что. Но и для пациентов с этими мутациями ищутся подходы.

«После 17 лет мое здоровье резко пошло под откос, но сейчас животворящий препарат делает свое дело»

Андрей, 24 года, студент Ярославского медицинского университета:

70% лечения муковисцидоза — это подходящая терапия и препараты, еще 30 — массаж, спорт, настрой и правильный уход.

После 17 лет мое здоровье резко пошло под откос, учиться становилось намного труднее. Мне не хватало кислорода, все чаще случались обострения, а в медицинском ВУЗе пропуск учебы равен «смерти».

В итоге из-за болезни я пропустил много занятий, а на их отработку не было ни времени, ни сил. Когда мозг получает мало кислорода, я думаю медленнее, и все тут. Пришлось уйти в академический отпуск и наверстывать упущенное. Но сейчас ситуация улучшается, животворящий препарат от муковисцидоза — «Трикафта» — делает свое дело.

Я принимаю «Трикафту» с сентября 2021 года. И если 2 сентября я только начал ее принимать, то 3 сентября у меня уже прошел кашель. Покашливаю, конечно, но не так, как раньше: у меня были приступы ночного кашля, вплоть до рвоты, и я не мог уснуть до самого утра.

Возможно, если бы я с детства получал таргетный препарат, то не болел бы диабетом, у меня не было бы двух операций и такого резкого ухудшения состояния. Но в то время их еще не было. «Трикафта» была изобретена и зарегистрирована в США только в 2019 году.

За спасительное лекарство пришлось судиться с местным департаментом здравоохранения. «Трикафта» — не зарегистрированный в России препарат. В 2020-м году мама писала запрос о том, что он мне необходим, что требуется провести врачебный консилиум, на что нам ответили только через год: «Нет». Причем это было уже после того, как я попал на консилиум московского центра и получил заключение о необходимости этого препарата для меня…

Мне удалось получить «Трикафту», и это, скорее, исключение из правил, но я не хочу называть это исключением. Я хочу, чтобы все, кто борется за таргетные препараты, получали их. Умирать в 20 лет — это не нормально.

Чем может помочь генная терапия?

Описанные подходы могут лишь скорректировать течение заболевания, но не устранить его причину. Более технологичный подход основан на доставке в клетку здорового гена взамен поврежденному, он получил название «генная терапия».

Подобный принцип уже используется по всему миру, например, при вакцинации от коронавируса. Спутник V представляет собой безвредный вирус — он доставляет в клетку человека ген, с помощью которого производится белок коронавируса. Именно этот белок — чужеродный для организма, не известный ему — стимулирует формирование иммунитета к коронавирусной инфекции, при этом развития COVID-19 не происходит, так как вирус не размножается.

Легкие — основная цель генной терапии, а следовательно, и основное место, куда нужно доставить ген CFTR. Такой подход способен помочь людям с мутациями любых классов, в том числе и в случаях, когда белок не производится клетками.

Для перемещения терапевтического гена в клетку можно использовать различные способы доставки (векторы), например, аденоассоциированный вирус (AAV) и липосомы («пузырьки» из клеточных мембран). После проникновения в клетку терапевтический ген достигает ее ядра, с помощью которого сначала образуется мРНК — информационный посредник между геном и собирающимся белком. Затем белок модифицируется и встраивается в клетку для выполнения функции хлоридного канала.

Основные подходы в генной терапии муковисцидоза. Использование разных способов доставки гена (векторов), например: аденоассоциированный вирус (AAV) и липосомы («пузырьки» из клеточных мембран). Разные механизмы введения вектора: аэрозоли (слева) и внутривенное введение (справа).

Первые попытки разработки и применения генной терапии были осуществлены в 1993 году, но результаты не оправдали ожиданий. Исследователи столкнулись с разными сложностями: как вирусные, так и невирусные векторы могли вызвать воспаление легкого, проникновение вектора в клетки через вдыхание аэрозоля было затруднено из-за наличия вязкой слизи, а при введении через вены вирусы случайным образом распределялись по организму и лишь в редких случаях достигали легких.

Попытки разработать препараты генной терапии не прекращаются:

Терапевтический агент LUNAR®-CF (Arcturus Therapeutics, США) — мРНК CFTR, помещенная в липосому (пузырек из клеточной мембраны), также проходит этап доклинических исследований. Эффективность доставки и работы препарата также показаны в испытаниях на животных с мутацией CFTR и нечеловекообразных обезьянах.

Основным применением разрабатываемой генной терапии рассматриваются варианты мутации I и II класса, при которых не эффективна таргетная терапия ивакафтором и корректорами хлоридного канала.

Еще одно направление терапии, цель которой — исправить работу гена, основывается на редактировании его структуры. При этом подходе в клетку доставляются молекулярные инструменты, исправляющие поврежденный участок гена. Один из таких препаратов разрабатывается компанией SalioGen (США) и сейчас находится в фазе доклинических исследований.

«В обществе нужно говорить о том, что мы есть и у нас есть право на лекарства»

Андрей, 24 года, студент Ярославского медицинского университета:

Что я хочу сказать миру? Да, мы кашляем, обычно мы очень худые. Но мы абсолютно такие же люди, которые хотят жить и достойны нормальной спокойной жизни. И мы в большинстве своем — дети.

Людям с муковисцидозом хочется сказать, что нельзя опускать руки. Резкое ухудшение состояния у меня началось именно в тот момент, когда я опустил руки. Да, лекарственное обеспечение — это очень важно. Но еще важно не отчаиваться, как бы сложно ни было, постоянно держать себя в узде: принимать препараты с утра и до вечера, делать уколы и ингаляции. Нельзя доводить себя до очень тяжелого состояния, хотя не всегда это от тебя зависит.

Если мне становится совсем сложно, то я вытаскиваю себя спортом, музыкой. Мне повезло: у меня есть девушка, которая меня поддерживает.

Общество может помочь нам распространением информации о муковисцидозе. Нужно говорить о том, что такие люди, как мы, есть, и у нас есть право на лекарства, как бы дорого они не стоили.

Было бы хорошо, если бы людям с таким диагнозом и их близким полагалась обязательная помощь психотерапевта, потому что очень сложно выносить все эти проблемы без поддержки. Очень нужны психологи, чтобы помогать родителям общаться с детьми, принимать их диагноз.

Изначально я поступал в медицинский университет, чтобы пойти в хирургию — общение с хирургами в больнице сильно повлияло на меня (и сериал «Доктор Хаус»). А потом принял решение, что лучше заниматься легкими — в этой отрасли в России нужны свои люди. Те, кто точно знают, что такое муковисцидоз.

Где людям с муковисцидозом искать помощь?

Люди с муковисцидозом не могут полноценно работать из-за тяжести заболевания, а современное лечение — дорогостоящая процедура. В России есть несколько фондов, которые оказывают таким пациентам финансовую, социальную, юридическую помощь и психологическую поддержку, среди них:

На сайте фонда «Кислород» можно посмотреть списки и других пациентских организаций и благотворительных фондов, которые помогают людям с муковисцидозом и их семьям.

Источник

Муковисцидоз

Муковисцидоз — это наследственное заболевание, течение которого характеризуется поражением органов пищеварения и дыхания.

Зам. заведующей эмбриологией, к.б.н.

Данная статья не может быть использована для постановки диагноза, назначения лечения и не заменяет прием врача.

Тип наследования муковисцидоза — аутосомно-рецессивный. Если мать и отец являются носителями гена данного заболевания, но сами не больны, то шансы на рождение ребенка с муковисцидозом составляют 25%. Муковисцидоз проявляет себя в первые два года жизни малыша. Причем чем раньше появляется симптоматика муковисцидоза, тем тяжелее течение заболевания и хуже прогноз. Общая продолжительность жизни людей, больных муковисцидозом, обычно не превышает 40 лет.

Схема X-сцепленного рецессивного наследования заболеваний

Причины муковисцидоза

Основные причины муковисцидоза — мутации в генах, кодирующих белок, который принимает участие в водно-электролитном обмене эпителиальных клеток. В результате выделяемый ими секрет становится густым и выводится наружу с большим трудом. Из-за его постоянного скопления железы подвергаются деформации и в них начинают происходить необратимые процессы. В результате все заканчивается гибелью желез и замещением их соединительной тканью. Такие изменения приводят к тому, что орган перестает функционировать.

В бронхах начинает застаиваться слизь. Это затрудняет работу реснитчатого эпителия. Пыль, мелкие частицы дыма, вирусы и бактерии оседают на поверхности слизистой оболочки. В условиях повышенной влажности и температуры микроорганизмы хорошо размножаются, вызывая воспалительный процесс. Длительное вялотекущее воспаление приводит к снижению местного иммунитета, деформации реснитчатого эпителия бронхов, еще большему нарушению его функции. Бронхи становятся менее эластичными, их просвет постоянно сужается, создавая еще более благоприятную среду для размножения бактерий.

Постоянное скопление слизи затрудняет дыхание. Организм получает недостаточное количество кислорода. Как результат — нарушается работа всех органов и систем.

Так как поджелудочная железа вырабатывает слишком густой секрет, ее протоки забиваются. Это еще больше затрудняет отток секрета и становится причиной воспаления. В условиях воспалительного процесса ухудшается поставка кислорода и питательных веществ. В органе активизируются склеротические процессы. Железа деформируется, ее функция нарушается еще больше. Так как в двенадцатиперстную кишку ребенка выделяется недостаточное количество ферментов, стул становится очень вязким, развиваются запоры, вздутие. Из-за нарушения всасывания питательных веществ ребенок отстает в физическом развитии.

Признаки и симптомы муковисцидоза

Клинические симптомы муковисцидоза зависят от формы заболевания:

Наслоение инфекции сопровождается выраженным интоксикационным синдромом. У больного повышается температура, возникают жалобы на общую слабость, потливость, резкое недомогание. Кашель усиливается, нередко становится изнуряющим. Пациент теряет аппетит, работоспособность снижается очень сильно. Бронхиты и пневмонии трудно поддаются терапии, склонны к затяжному течению.

У детей грудного возраста симптомы муковисцидоза такие:

Нередко мама при поцелуях обращает внимание соленый привкус кожи у малыша. При дополнительном обследовании доктор подтверждает диагноз муковисцидоза

Признаки и симптомы муковисцидоза

Степени тяжести заболевания

В определении степени тяжести муковисцидоза главную роль играют признаки поражения дыхательной системы.

В зависимости от их выраженности различают такие степени тяжести патологии:

Оценивая симптомы, доктор корректирует дозы препаратов, обеспечивая тем самым полноценное лечение муковисцидоза.

Диагностика муковисцидоза

Огромное значение для жизни ребенка имеет своевременная диагностика муковисцидоза.

Прежде чем поставить диагноз «муковисцидоз» проводятся следующие мероприятия:

Кишечную форму муковисцидоза необходимо отличать от нарушений кишечного всасывания, наблюдаемых при дисахаридазной недостаточности, дисбактериозе и энтеропатии. Легочную форму дифференцируют с бронхиальной астмой, пневмониями другого генеза, коклюшем и обструктивным бронхитом.

Лечение муковисцидоза

Как лечить муковисцидоз? Лечение муковисцидоза зависит от формы заболевания. Если превалирует кишечная форма заболевания, то показано назначение диеты. Пища должна содержать большое количество протеинов (яйца, творог, рыба и мясо). Употребление жиров и углеводов резко ограничено (разрешены только их легко усваиваемые формы). Необходимо исключить из рациона грубую клетчатку и молоко (при лактозной недостаточности). Также следует принимать витамины и употреблять много жидкости (особенно летом).

Заместительная терапия при этой форме заболевания включает в себя прием ферментных препаратов (Мезим, Фестал, Панзинорм и ряд других). Частоту приема и дозировку препаратов определяет лечащий врач исходя из тяжести заболевания и выраженности экскреторной недостаточности функции поджелудочной железы. Об эффективности проводимого лечения судят по восстановлению веса пациента, отсутствию в кале нейтрального жира, исчезновению болей и нормализации стула. Терапия при легочной форме муковисцидоза направлена на восстановление проходимости бронхов, снижение вязкости мокроты и устранение воспалительного процесса. С этой целью показано назначение муколитиков (ацетилцистеин, мукосольвин), которые используют в виде ингаляций или аэрозолей в течение всей жизни пациента.

При развитии воспаления легких или бронхов показана антибиотикотерапия. Предпочтение отдают препаратам широкого спектра действия, которые активны по отношению к большинству бактерий. Лекарства назначают как в виде таблеток, так и инъекционно. Суточную и курсовую дозу определяет лечащий врач исходя из индивидуальных особенностей пациента.

По показаниям применяют стероидные противовоспалительные средства. Они эффективно снижают активность воспалительного процесса, устраняют спазм гладких мышц бронхов, снимают отек, тем самым увеличивая просвет дыхательных путей, нормализуя дыхание. Помимо этого, проводят физиолечение, вибрационный массаж грудины и назначают лечебную физкультуру. С лечебной целью делают бронхоскопическую санацию с использованием муколитиков. При остро протекающей пневмонии или бронхите назначают антибактериальные препараты. Помимо этого, показано назначение средств, улучшающих питание сердечной мышцы. Пациенты, которым поставлен диагноз «муковисцидоз», должны регулярно проходить обследование у терапевта и пульмонолога. Родители больного ребенка должны быть обучены правилам ухода за ним. Вопрос, назначать ли ребенку профилактические прививки, решается в индивидуальном порядке. Дети, страдающие легкой формой, должны получать санаторное лечение муковисцидоза.

В детский сад им лучше не ходить. Что касается школы, то возможность ее посещения зависит от общего состояния ребенка.

Профилактика муковисцидоза

Так как причины муковисцидоза — генетические мутации, то основной метод профилактики патологии — тщательное планирование беременности, по показаниям — консультирование у генетика. То есть, первичная профилактика муковисцидоза — неспецифична. Вторичная профилактика муковисцидоза заключается в строгом соблюдении врачебных рекомендаций, своевременных осмотрах, ранней терапии осложнений. Больной должен тщательно планировать распорядок дня. Стрессы и физические переутомления следует исключить. Огромное значение имеет правильная профессиональная ориентация подростков — нужно постараться выбрать работу, где исключены вредные факторы.

Муковисцидоз — это тяжелое заболевание, клинический исход которого зависит от степени тяжести, наличия осложнений и возраста, в котором проявилась патология.

Вероятность хорошего клинического исхода болезни зависит от таких факторов:

Влияют на исход также ранняя диагностика заболевания, целенаправленное лечение ребенка. Все осложнения муковисцидоза можно разделить на два вида — со стороны дыхательной системы и пищеварительного тракта.

В первую группу входят:

Со стороны желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы чаще всего наблюдаются сахарный диабет, непереносимость глютена, кишечная непроходимость, отеки, цирроз печени. Кроме того, на фоне нарушенного обмена веществ может развиваться такое осложнение муковисцидоза, как мочекаменная болезнь. Одним из самых неблагоприятных в прогностическом плане осложнением является сердечная недостаточность. ​​​​​​​Ребенок жалуется на сердцебиение, слабость, одышку при физической нагрузке, которая со временем усугубляется. При выполнении физической работы появляется цианоз. С течением времени состояние пациента ухудшается, а сердечная недостаточность становится причиной летального исхода.

У Вас есть вопросы? Получите квалифицированный ответ от ведущих специалистов клиники.

Источник

Муковисцидоз — первые надежды

31 октября 2018

Муковисцидоз — первые надежды

CFTR — хлорный канал, мутации в котором являются причиной муковисцидоза. TMD — трансмембранный домен.

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Муковисцидоз — самое распространенное из моногенетических заболеваний (обусловленных поломкой одного гена). При нем нарушено функционирование белка-переносчика ионов хлора через мембрану клетки — хлорного канала CFTR. Так как этот канал отвечает за нормальную работу эпителия в легких, кишечнике, поджелудочной железе и других органах, его дисфункция приводит к накоплению в этих органах слизи, повышению вероятности инфекций и в конце концов к преждевременной смерти. До последнего времени врачи могли лечить только симптомы муковисцидоза: разжижать слизь, расширять бронхи, снижать воспаление, а также уничтожать бактерий антибиотиками, причем все эти меры почти не продлевали жизнь. Но за последние годы был достигнут невиданный прогресс: средняя продолжительность жизни больных возросла более чем в два раза. В этой статье будет рассказано о препаратах, благодаря которым стал возможен такой успех, об истории их создания и перспективах. На данных примерах читатель также узнает, как происходит современная разработка лекарств.

Конкурс «био/мол/текст»-2018

Эта работа опубликована в номинации «Биофармацевтика» конкурса «био/мол/текст»-2018.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.

Описание заболевания

Вначале рассмотрим подробнее, что за болезнь муковисцидоз и почему разработка лекарств против него оказалась таким непростым делом.

Большинство случаев этого страшного заболевания диагностируют в первые годы жизни, потому что муковисцидоз поражает все органы, но особенно — легкие и кишечник. Больные страдают от многочисленных нарушений работы почти всех систем организма: дыхательной, пищеварительной, опорно-двигательной, нервной, сердечно-сосудистой и других. Средняя продолжительность жизни больных составляет 30–40 лет (и сильно зависит от качества ухода), 90% пациентов умирает от легочных осложнений.

Муковисцидоз (или кистозный фиброз, как он называется по-английски) возникает у тех людей, у которых плохо работает или отсутствует белок CFTR. Его название расшифровывается как cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, то есть регулятор трансмембранной проводимости при муковисцидозе. Сейчас разберемся, какова роль CFTR в норме и почему его недостаток приводит к таким тяжелым последствиям.

Знай врага своего

Муковисцидоз — самое распространенное заболевание, вызванное одной генетической причиной. Ежегодно в России рождается около 650 человек с муковисцидозом [2], а в мире — один на 2000–5000 новорожденных страдает этой болезнью. В России на 2016 год таких больных было зарегистрировано около 3000, а во всем мире порядка 100 000 [3].

То есть он пронизывает мембрану клетки насквозь.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, основная молекула, которая запасает и передает химическую энергию в клетках.

Рисунок 1. Диаграмма предполагаемой структуры белка CFTR в закрытом (слева) и открытом (справа) положениях. Два трансмембранных домена образуют канал. Открытие канала контролируется двумя внутриклеточными доменами (NBD1 и NBD2), которые способны связывать и гидролизовать АТФ (голубой). Регуляторный домен (зеленый) содержит сайты фосфорилирования (Р). Активация канала требует наличия остатка фосфорной кислоты на регуляторном домене. NBD1 и NBD2 связывают и гидролизуют АТФ, вызывая открытие канала путем взаимодействия с трансмембранными доменами. Одна из молекул АТФ остается связанной с NBD1 в течение нескольких минут. За это время происходит несколько циклов открывания-закрывания канала, обусловленных связыванием и гидролизом второй молекулы АТФ [4], [5].

Наличие ионов вблизи поверхности клеток необходимо для поддержания нормального осмотического давления, а это важно для циркуляции жидкости в околоклеточном пространстве. Поэтому постоянный контролируемый поток ионов хлора через мембрану необходим для нормального функционирования эпителия легких, кишечника, протоков поджелудочной железы, яичников, потовых желез.

При муковисцидозе в первую очередь поражаются именно эти органы: в железах образуется густая слизь, которая забивает протоки и мешает нормальной работе органов. А вот почему в легких и кишечнике нарушается работа врожденной иммунной системы, возникает хроническое воспаление и инфекции — стало более-менее понятно совсем недавно. На нынешний момент картина примерно такая: снижение концентрации ионов хлора в околоклеточном пространстве вызывает активацию эпителиального натриевого канала ENaC, который начинает закачивать натрий в клетку. Уменьшение концентрации NaCl возле поверхности клетки вызывает снижение осмотической силы, а, следовательно, количества воды, поступающей к клетке. В случае легких это приводит к осушению воздушных путей и снижению очищающей активности ресничек и слизистой оболочки (рис. 2 во врезке).

Патогенез муковисцидоза

Поверхностный реснитчатый эпителий легких покрыт слоем геля, который называется ASL (airway surface liquid, легочный сурфактант). Он состоит из белков (преимущественно муцинов) и ДНК в солевом растворе. В норме, во время дыхания, его толщина составляет 25 мкм. У больных муковисцидозом толщина геля сокращается до 3 мкм, и реснички при этом не работают в полную силу (рис. 2). Однако в ответ на механический стресс многие клетки, в том числе эпителиальные, выделяют АТФ, ионные каналы (не только хлорный, но и натриевый и кальциевый) получают дополнительную стимуляцию, и ASL увеличивается до 7 мкм. Поэтому постукивание по грудной клетке является эффективным способом помощи от удушья при муковисцидозе [6].

Рисунок 2. Модель патогенеза муковисцидоза. В нормальных воздушных путях (слева) толщина слизистого слоя (ASL) обусловлена нормальной работой каналов CFTR и ENaC. MCC — мукоцилиарный клиренс, то есть скорость очистки воздушных путей с помощью движения слизи (в мкм/с). При муковисцидозе (справа) из-за дефектного CFTR снижение количества ионов хлора вызывает усиленную абсорбцию ионов натрия, что приводит к дегидратации поверхности, повышению вязкости слизи и компрессии ресничек. Неподвижная слизь может вызывать воспалительную реакцию сама по себе, а также является идеальной средой для размножения бактерий.

Постоянный ток слизи вдоль поверхности воздушных путей очень важен для функционирования защитной системы легких. При этом слизь должна быть достаточно жидкой, чтобы растекаться по поверхности эпителия после секреции, но и достаточно вязкой, чтобы движение ресничек эпителия вызывало ее направленный ток. У больных муковисцидозом слизь содержит слишком мало воды, поэтому она густая и неподвижная, от нее трудно избавиться даже при кашле. Собственно, русское название болезни и происходит от двух латинских слов: mucus («слизь») и viscosus («вязкий»).

Поскольку слизь — это полимерная сетка, образованная белками, она содержит поры. Характерная черта слизи при патологии — слишком мелкий размер пор. В нормальной слизи они имеют диаметр 0,2–1 мкм, а при болезни — менее 0,1 мкм. В результате нейтрофилы — клетки иммунной системы, которые в первую очередь отвечают за защиту от бактерий, — не могут проникнуть изнутри сквозь слой слизи. Бактерии на поверхности воздушных путей размножаются беспрепятственно и вызывают хронические инфекции, которые являются главной причиной смертности при муковисцидозе (80% пациентов) [7]. Более того, на уплотненной слизи, в отличие от обычной, бактерии образуют макроколонии, так называемые биопленки, которые особенно устойчивы к действию иммунной системы и антибиотиков [8].

Из сказанного понятно, что одним из средств улучшить состояние больных муковисцидозом должна быть регидратация легких, которую можно обеспечить с помощью ингаляции гипертонического раствора соли. Это паллиативная мера, не воздействующая на причину болезни, но, тем не менее, она позволяет снизить количество осложнений [6].

Не только легкие: что еще поражается при муковисцидозе

В нашей статье речь идет в основном о легких, потому что легочные проявления муковисцидоза наиболее заметны, однако в той или иной мере при болезни затрагиваются все органы, где в норме экспрессируется CFTR.

У 85–90% пациентов наблюдается экзокринная поджелудочная недостаточность, то есть дисфункция протоков поджелудочной железы, которые вырабатывают пищеварительные ферменты. Из-за этого таким больным с рождения требуется специальное питание через трубку, так как они не способны переваривать грудное молоко и обычные смеси.

У большинства больных возникают проблемы с фертильностью, так как с разной степенью тяжести поражаются протоки половых желез, эпителий половых органов.

Помимо этого, в зависимости от типа заболевания могут поражаться носоглотка, желудочно-кишечный тракт (возникает непроходимость кишечника), желчный пузырь (появление камней), сердце (увеличение) и другие органы.

До открытия молекулярных причин болезни пациентов лечили только симптоматически — разжижая слизь, применяя антибактериальные, противовоспалительные препараты и физиотерапию. У пациентов с нарушениями ЖКТ и поджелудочной железы эффективна терапия диетами и пищеварительными ферментами. Все эти меры облегчают состояние пациентов, однако настоящий скачок в продлении жизни и улучшении ее качества стал возможным только благодаря открытиям молекулярной биологии и рациональной разработке лекарств [9], [10].

Фокус на CFTR

Курсивом обозначается ген, а прямым шрифтом — соответствующий ему белок.

Мутации удобно разделить на несколько классов в соответствии с тем, какие последствия они вызывают (рис. 3) [12].

Рисунок 3. Классы мутаций CFTR при муковисцидозе. GA — аппарат Гольджи; ER — эндоплазматический ретикулум. Красный овал — ядро клетки.

Мутации I класса

Мутации I класса встречаются примерно у 10% пациентов. При них белок CFTR вообще не синтезируется или синтезируется в усеченном виде и сразу деградирует, потому что в гене произошла замена кодирующего аминокислоту кодона на стоп-кодон, или сдвиг рамки считывания, или появился сигнал неправильного сплайсинга. Самая частая мутация — замена глицина-542 на стоп-кодон.

Мутации II класса

Наиболее распространены мутации II класса, вызывающие неправильные сворачивание белка и последующий процессинг клеточными механизмами. Самая частая мутация — F508del (делеция фенилаланина в положении 508 ). 70% пациентов гомозиготны по этой мутации (то есть она присутствует в обеих копиях гена CFTR), а у 90% есть хотя бы один мутантный аллель [14]. У гомозиготных пациентов наблюдается тяжелое течение муковисцидоза, а гетерозиготы по CFTR-F508del, у которых одна из копий гена нормальна, не имеют симптомов болезни. Существует гипотеза, объясняющая стабильность такого тяжелого заболевания в человеческой популяции: у гетерозигот в меньшей степени происходит потеря воды при болезнях, сопровождающихся диареей, например, при холере и брюшном тифе. Соответственно, раньше, когда эти болезни были одной из основных причин смертности, особенно детской, шел отбор на дефектные копии гена [15].

F — обозначение фенилаланина, а del обозначает делецию, то есть отсутствие аминокислоты.

Мутация F508del приводит к тому, что белок неправильно сворачивается и еще в эндоплазматическом ретикулуме не проходит «контроль качества» со стороны клеточных систем и направляется на деградацию, не доходя до плазматической мембраны.

Подробности о мутации F508del

Рисунок 4. Расположение фенилаланина-508 (F508) в структуре CFTR

Фенилаланин-508 находится в домене NBD1 (рис. 4) в области контакта с трансмембранным доменом [16], [17]. Потеря фенилаланина в этом положении приводит к нестабильности контакта между доменами, и плохо свернувшийся белок распознается шаперонами эндоплазматического ретикулума — белками, которые обеспечивают дальнейшее присоединение убиквитиновой метки к дефектному белку. Помеченный убиквитином белок транспортируется в протеасому, где разрезается на части протеазами [18]. Кстати, эффективность транспорта нормального CFTR из эндоплазматического ретикулума к поверхности также сравнительно невелика и находится на уровне 60% [14].

Впрочем, 1% неправильно свернутого CFTR-F508del все же может достигнуть клеточной поверхности, но там он работает с очень низкой эффективностью из-за того, что мутация нарушает правильную подвижность доменов, необходимую для открывания и закрывания канала [19] (см. врезку). Кроме того, в течение 2,5 минут белок удаляется с поверхности в эндосомы, и там снова решается его судьба: он либо возвращается обратно в плазматическую мембрану клетки, либо уничтожается. Понятно, что большинство мутантных молекул будет при этом уничтожено.

Мутации III класса

Мутации III класса встречаются у 4–5% пациентов и приводят к неправильной регуляции открытия ионного канала. Из них наиболее обычная — G551D, то есть замена глицина в 551 положении домена NBD1 на аспарагиновую кислоту. Она приводит к тому, что канал остается преимущественно закрытым. Появление в этом положении остатка аспарагиновой кислоты с отрицательно заряженной боковой цепью —CH₂–COO − препятствует связыванию АТФ и сближению доменов NBD1 и NBD2 из-за отталкивания отрицательных зарядов между аспартатом и фосфатными группами АТФ, а также кислотными остатками домена NBD2 [19].

Мутации IV и других классов

Некоторые исследователи различают также мутации классов V–VI, при которых производится работающий белок, но в недостаточных количествах, или происходит быстрое удаление CFTR с поверхности клеток. У таких пациентов течение болезни также сравнительно легкое [11].

Другие причины муковисцидоза

Мы разобрали тут мутации самого белка CFTR, однако понимание молекулярных причин патогенеза муковисцидоза осложняется тем, что CFTR взаимодействует с массой других белков в клетке. Мы уже упоминали выше шапероны, отвечающие за правильное сворачивание (фолдинг) CFTR, и транспортные белки, которые переносят его в плазматическую мембрану. В последние годы с помощью полногеномного секвенирования и поиска ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS) [20] идентифицировали еще ряд партнеров по связыванию с CFTR, которые явно играют роль в конкретных проявлениях муковисцидоза. Это и белки, участвующие в иммунном ответе, и другие ионные каналы, и муцины — всего более сотни белков [21].

Почему для муковисцидоза — самого распространенного наследственного заболевания — первые препараты, направленные на молекулярную причину болезни, появились только недавно, в 2012 году? Причин несколько: во-первых, сломать проще, чем починить, поэтому среди лекарств гораздо больше ингибиторов, блокаторов, антагонистов, чем активаторов и агонистов. В случае CFTR требуется восстановить неработающую функцию, что гораздо сложнее. Во-вторых, при других наследственных заболеваниях, обусловленных дефектом одного гена (например, гемофилии или болезни Гоше), пациентам, как правило, помогает введение дефектного белка в виде инъекций. В случае муковисцидоза проблема так просто не решается. CFTR — мембранный белок, и если его просто ввести пациенту, он не попадет в мембрану эпителиальных клеток и не будет выполнять там нужные функции. Делаются попытки разработать генную терапию муковисцидоза, например, доставить ген CFTR в клетки с помощью вирусных частиц, но они пока не увенчались успехом.

А вот малые молекулы, которые были разработаны с учетом сведений о структуре и функции CFTR, уже произвели революцию в лечении муковисцидоза, и, надеемся, это только начало. О них мы и поговорим дальше.

«Калидеко»: первая ласточка

Сразу после открытия факта, что муковисцидоз вызван мутациями в гене CFTR, у исследователей возникло желание синтезировать вещества, которые могли бы хоть отчасти скомпенсировать эффект данных мутаций. Довольно быстро стало понятно, что эти вещества будут грубо делиться по своей функции на два типа — корректоры, которые будут повышать количество дефектного белка (например, с мутацией F508del) на поверхности клетки, и потенциаторы, которые будут усиливать активность белка, уже находящегося на поверхности. Наиболее простой мишенью при этом выглядят мутации класса III: при них белок правильно свернут, находится на мембране, но преимущественно в закрытом состоянии. Поэтому с 2000-х годов начали поиск таких соединений, которые бы повышали вероятность его пребывания в открытом состоянии [22].

Первые несколько классов соединений были либо недостаточно активны, либо малоселективны (то есть связывались и с другими белками), либо обладали неподходящими фармакологическими свойствами (плохая растворимость, стабильность, проникновение в ткани). Наконец в 2009 году, после многочисленных раундов поиска оптимальной структуры, была опубликована структура вещества VX-770 (рис. 5), позже получившего название ивакафтор (торговое наименование — «Калидеко», Kalydeco) [23]. Расскажем немного подробнее обо всём пути разработки этого соединения.

Рисунок 5. Химическая структура ивакафтора («Калидеко», VX-770) (а) и генистеина (б)

История разработки началась в 2000 году. В ту пору компания Aurora Biosciences, которая занималась разработкой систем скрининга для Большой фармы, решила инициировать свою собственную разработку и получила грант от Фонда муковисцидоза (Cystic Fibrosis Foundation). В 2001 году Aurora была куплена компанией Vertex Pharmaceuticals, и та продолжила исследования.

Скрининг — в данном случае процесс выбора нужной молекулы из большого множества.

Для начала потребовалось создать систему скрининга, которая бы подходила для отбора веществ, активных в отношении мутантов CFTR. Для первичного отбора использовали клеточную культуру мышиных фибробластов, синтезирующих мутантный CFTR-F508del. Для определения влияния исследуемой молекулы на хлорный канал ее добавляли к клеточной культуре, затем добавляли флуоресцентный маркер, чувствительный к изменениям мембранного потенциала из-за потока ионов хлора и «включали» CFTR, добавляя форсколин, активирующий канал.

Так было протестировано 228 000 соединений [24], многие из которых отдаленно напоминали генистеин — известный потенциатор CFTR, который, однако, не подходит для лекарственного применения из-за низкой активности и быстрой деградации в организме.

Путь «Калидеко»

Для дальнейшего тестирования брали те соединения, которые были на 65% сильнее генистеина. Так было отобрано 1535 молекул, из которых 278 подтвердили свою активность в повторном тесте. Из них было откинуто еще 145 соединений по причине наличия примесей и потенциальных сложностей синтеза. Оставшиеся 133 молекулы подвергли дополнительному отбору на других клеточных линиях и культурах эпителиальных клеток, в том числе синтезирующих мутант CFTR-G551D. Для лучшего соединения (оно называется «лид» — от англ. lead) был синтезирован ряд аналогов и подвергнут тестированию на способность потенцировать ряд мутантов CFTR, а также на селективность и благоприятные фармакокинетические свойства у животных.

Фармакокинетика — это превращения лекарства в организме, то есть его всасывание, распределение по тканям, метаболизм и выведение.

Время, за которое концентрация вещества, введенного в организм, падает в два раза.

Цитохромы P450 — белки печени, которые отвечают за метаболизм многих лекарств, причем у разных людей по-разному. Чем меньше лекарство на них влияет, тем меньше вероятность взаимодействия с другими лекарствами, потенциальная токсичность и вариабельность действия.

Затем VX-770 тщательно изучали in vitro (на изолированных клетках) и in vivo (на животных) [22]. Определили фармакокинетические параметры молекулы у мышей, крыс, собак и обезьян, показали пероральную биодоступность у крыс и собак на уровне 40–50% (то есть что почти половина проглоченного препарата попадает в кровь).

Исследования эффективности на животных моделях для ивакафтора не проводили, хотя, как правило, это необходимо для получения разрешения на клинические исследования. Но в данном случае подходящей модели не было, потому что ивакафтор не связывается с мышиным CFTR, а трансгенных мышей с человеческим белком не было на момент выхода препарата в клинические исследования.

Разработка препарата шла невероятно быстро: уже в 2008 году были опубликованы первые клинические данные для ивакафтора, а к моменту регистрации в 2012 году были доступны данные трех клинических исследований. На 2018 год в пяти двойных слепых клинических исследованиях [25], [26] уже приняли участие 342 пациента. Основным показателем, который изучается у больных муковисцидозом, является FEV1 — объем форсированного выдоха (forced expiratory volume) за одну секунду. Причем измеряется не абсолютный объем, а процент от нормы для данного пола, возраста, расы и роста. Другие важные показатели — безопасность препарата, частота легочных обострений (выражается в необходимости приема антибиотиков и госпитализации) и качество жизни (определяется по анкете, которую заполняет пациент).

Клинический случай

Вот как выглядит эффект ивакафтора у отдельного пациента: у мужчины 33 лет с муковисцидозом оказался генотип F508del/G551D. FEV1 за последние годы упал с 85% до 67% от нормального. Пациенту приходилось принимать 2–3 курса антибиотиков в год, он страдал поджелудочной недостаточностью, похудением, регулярными запорами и прогрессирующим поражением суставов. Через несколько дней после начала приема ивакафтора начали улучшаться все симптомы, мокроты стало меньше, и она стала лучше отходить. Через месяц функция легких улучшилась на 15% [27].

Рисунок 6. Ожидаемая продолжительность жизни без муковисцидоза, с муковисцидозом при применении ивакафтора и с муковисцидозом без ивакафтора

Ивакафтор у детей и взрослых с мутацией G551D через 24 недели приема по сравнению с плацебо улучшал FEV1 на 5–10% и снижал риск обострений на 55%. У взрослых (но не у детей) он также повышал качество жизни по сравнению с плацебо. Воздействие препарата на ионный канал подтверждалось снижением концентрации хлорида в потовой жидкости [27], [28]. Затем ивакафтор показал эффективность и при наличии других мутаций класса III [11]. Немаловажно, что препарат оказался очень безопасным — частота побочных эффектов не превосходила плацебо. К сожалению, в России он так до сих пор и не зарегистрирован.

Хотя пока недостаточно данных для того, чтобы говорить о снижении смертности от муковисцидоза под воздействием ивакафтора, но проведенное моделирование показывает, что его влияние на FEV1 способно вылиться в увеличение продолжительности жизни в среднем на 15 лет (рис. 6), а также снизить потребность в трансплантации легких [29].

Механизм действия «Калидеко»: пока гипотеза!

Точный молекулярный механизм действия ивакафтора пока так и не установлен. Только в 2018 году получили данные [32], говорящие о том, что он связывается с трансмембранным доменом CFTR и каким-то образом стабилизирует открытое состояние (рис. 7).

Рисунок 7. Предполагаемый механизм действия ивакафтора (VX-770). Ивакафтор (желтый) связывается с белком CFTR и стабилизирует его в открытом состоянии, позволяя ионам хлора выходить наружу.

Несмотря на то, что ивакафтор оказался настоящим прорывом в терапии муковисцидоза, его недостаток в том, что он помогает всего 4–5% больных — у пациентов с гомозиготной мутацией F508del он оказался неэффективен [34]. Такой факт мог бы показаться странным, если учесть, что ивакафтор был отобран по активности на клетках с CFTR-F508del. Однако не нужно забывать: эти клетки предварительно выдерживались при комнатной температуре, что помогает правильно свернуться даже мутантному белку, поэтому на их поверхности было достаточно CFTR-F508del.

Комбинации

Понятно, что для охвата большинства пациентов надо создавать молекулы, эффективные у пациентов с мутацией F508del (напомним, они называются корректорами). Компания Vertex взялась за разработку таких препаратов одновременно с потенциаторами. После скрининга 164 000 молекул и нескольких раундов оптимизации было синтезировано вещество VX-809, которое в клеточных тестах в семь раз улучшало созревание CFTR-F508del и в пять — его способность переносить ионы хлора [35]. Позже оно получило название люмакафтор (lumacaftor).

Люмакафтор пробовали применять в режиме монотерапии (без сочетания с другими препаратами), но он оказался малоэффективен. Поэтому Vertex провела клинические исследования комбинации люмакафтор/ивакафтор, которая получила название «Оркамби» (Orkambi), и зарегистрировала ее в 2015 году.

Оказалось, что добавление люмакафтора к ивакафтору несколько улучшало течение болезни у пациентов с гомозиготной мутацией F508del, хотя эффект был не таким сильным, как в случае применения ивакафтора у пациентов с CFTR-G551D. FEV1 улучшался примерно на 5% по сравнению с плацебо, примерно в полтора раза снижалось количество обострений, улучшалось качество жизни [31]. Комбинация оказалась не столь безопасной, как ивакафтор в одиночку: небольшая часть пациентов прекратила прием препарата из-за удушья. Тем не менее эта комбинация позволила охватить около 45% пациентов с муковисцидозом.

Однако параллельно обнаружили, что у пациентов с мутацией F508del ивакафтор вообще несколько снижает эффективность корректоров [36], и, следовательно, требуются новые препараты и комбинации, чтобы повысить эффективность терапии и охватить тех пациентов, кому не подходят существующие лекарства. Кроме того, оказалось, что люмакафтор активирует цитохром CYP3A — белок печени, который отвечает за метаболизм ивакафтора, что снижает эффективность последнего [37].

Компания Vertex не собирается останавливаться: в 2018 году она вывела на рынок новую комбинацию — тезакафтор + ивакафтор («Симдеко», Symdeco). Тезакафтор тоже был обнаружен в ходе высокопроизводительного скрининга 150 000 соединений в 2005 году [38]. В сочетании с ивакафтором на клетках эпителия бронхов, взятых у пациентов с гомозиготной мутацией CFTR-F508del, он продемонстрировал повышение транспорта хлорида до 15,7% от нормального. Также было показано, что комбинация увеличивает частоту биения ресничек эпителия [39].

В клинических исследованиях Symdeco оказался более эффективным, чем один ивакафтор, а главное — комбинация оказалась совсем безопасной: в группе препарата наблюдалось даже меньше нежелательных явлений, чем в плацебо-группе [31].

По структуре тезакафтор похож на люмакафтор, и в обоих случаях точно не известно, где именно они связываются с CFTR и каков механизм компенсации мутации F508del. Бесценные данные по трехмерной структуре CFTR были получены относительно молодым методом криоэлектронной микроскопии, за который в 2017 году присудили Нобелевскую премию по химии [40].

Механизмы связывания лекарств

Расчеты методом молекулярного докинга позволили предположить, что обе молекулы связываются вблизи С-конца первого трансмембранного домена, как раз в том месте, где он контактирует с доменом NBD1 (рис. 8). В непосредственной близости от сайта связывания находятся остатки F508 и некоторые другие, мутации которых отвечают за неправильное сворачивание CFTR (то есть мутации класса II). Исследователи даже делают предположение, каким образом те или иные части молекул-корректоров компенсируют соответствующие мутации [3]. В дальнейшем такие трехмерные данные, вероятно, позволят разрабатывать новые лекарства от муковисцидоза с улучшенными характеристиками.

Рисунок 8. Трехмерная модель связывания корректоров CFTR в предположительном сайте связывания. а — Зеленым цветом обозначен люмакафтор, сиреневым — тезакафтор. б — Взаимодействие остатка F508 с α-спиралью ICL4 домена NBD1. Находящиеся рядом остатки R1070 и V510 в случае замены их на более объемные могут скомпенсировать дефект сворачивания белка, но не исправляют дефект функции.

Перспективы

Vertex ведет исследования новых, тройных комбинаций, где к комплексу тезакафтора и ивакафтора будет добавляться еще один корректор — VX-659, или VX-445, или VX-152. Эти три молекулы были идентифицированы в ходе скрининга в присутствии тезакафтора. На клетках комбинация каждого из этих веществ увеличивала поток ионов хлора до 68–75% от нормы [42].

Результаты исследования фазы 3 для первой такой комбинации станут известны в конце 2018 года, для второй — в середине 2019. В фазе 2 увеличение FEV1 по сравнению с плацебо для тройной комбинации тезакафтор + ивакафтор + VX-659 составило 13%, что свидетельствует о довольно высокой эффективности комбинации [41].

На более ранней стадии есть у Vertex и совсем новые разработки — в фазе 2 исследуется комбинация потенциатора, корректора и ингибитора ENaC. Разработчики надеются, что, снижая отток ионов натрия с поверхности эпителиальных клеток внутрь, они добьются еще лучшего восстановления слизистого слоя.

Еще одна интересная разработка — дейтерированный ивакафтор, то есть такой, у которого некоторые атомы водорода заменены на более тяжелый изотоп дейтерий (рис. 9). Это не влияет на активность ивакафтора по отношению к CFTR, но делает его более устойчивым к превращениям в организме. В итоге его период полувыведения примерно в полтора раза длиннее, чем у ивакафтора, что позволяет дозировать его один раз в день вместо двух. Сейчас для дейтерированного ивакафтора идут исследования фазы 2 [43].

Рисунок 9. Дейтерирование молекулы увеличивает размер атома водорода и меняет характер ее взаимодействия с некоторыми веществами

На совсем ранней стадии у Vertex есть и генная терапия, использующая систему CRISPR-Cas9 [45], и мРНК, компенсирующая дефекты CFTR. Однако множество провалов в этой области пока не дают основания утверждать, что именно эти подходы сработают.

Заключение

К сожалению, пока в России не зарегистрировано ни одно из новых средств, описанных в данной статье, но, надеемся, ситуация в ближайшие годы изменится.

На примере муковисцидоза интересно проследить взаимовлияние между разными уровнями организации материи: изменение всего нескольких атомов в молекуле белка CFTR отражается на работе клетки, затем ткани, органа и всего организма. А последствием этого является организация социальных структур из сотен людей, которые предпринимают усилия для компенсации дефекта на уровне молекул.

Вылечить муковисцидоз пока невозможно — для этого требуются более совершенные средства генной терапии, чем у нас есть сейчас. Но описанные в этой статье препараты позволяют значительно улучшить жизнь большинства больных. Главная задача — разработка таких средств, которые бы помогали всем пациентам независимо от мутаций CFTR.

Источник