Kell-система

Мутации системы Kell, акантоцитоз и хронический грануломатоз. Помимо ассоциаций ряда заболеваний с распространенными группами крови известны некоторые примеры наследственных аномалий, связанных с редкими генами или с генами-модификаторами генов «групп крови». В разделе 3.1.7 мы упоминали гены-модификаторы системы групп крови АВО, они известны лучше других и не влияют существенно на здоровье своих носителей. Примером прямой ассоциации между аллелями редкой группы крови и заболеванием может служить система групп крови Kell. Она особенно интересна, поскольку известно, что «вещество» Kell включено в структуру клеточных мембран. Для более глубокого понимания природы других ассоциаций заболеваний крови и, например, системы HLA важно знать мембранные функции, а для этого особенно полезными могут оказаться именно такие редкие аллели, как Kell.

В популяциях европейского происхождения обнаруживаются два аллеля аутосомного локуса Kell: K и k, более редкий из них К имеет частоту 0,05. С другой стороны, у 14-20% американских негров найден аллель Kell-системы Js, крайне редкий в других популяциях. Этот аллель служит превосходным маркером для лиц африканского происхождения. Гемолитическая анемия новорожденных редко вызывается анти-Kell антителами, но когда это случается, основной механизм сходен с таковым при резус-конфликте.

Кроме аутосомного локуса антигена Kell идентифицирован Х-сцепленный локус, который кодирует вещество-предшественник Kell, известное как Кх. В норме все люди имеют Кх-антигенную детерминанту как на эритроцитах, так и на лейкоцитах. Некоторые индивиды гомозиготны по нулевому («немому») аллелю (Ко) [609] того же локуса Kell. В этом случае нет обычных антигенов Kell, но можно выявить сильную Кхреакцию [777]. Данный результат не противоречит предположению о том, что нормальная Кхдетерминанта, контролируемая Х-сцепленным локусом, является единственной связанной с Kell-антигеном у гомозиготных носителей Ко(или немого) аллеля. Такие лица клинически и гематологически нормальны. Были идентифицированы мутации по локусу Кх, которые проявляются или в эритроцитах, или в лейкоцитах, или в обоих типах клеток [776].

Маклеодовский фенотип эритроцитов [957] обусловлен Х-сцепленной рецессивной мутацией, вызывающей отсутствие Кх-детерминанты. Это приводит к аномалии мембраны эритроцитов – акантоцитозу («колючие» эритроциты) и их разрушению. Тяжесть гемолиза может меняться от компенсируемого разрушения небольшого числа клеток до тяжелой гемолитической анемии [776]. А-Р-липопротеинемия [592] - обычная причина акантоцитоза (14595)-в этих случаях отсутствует. Ясно, что аномалии эритроцитов вызваны отсутствием Кх-антигенов, поскольку клетки, в которых отсутствуют все Kell-антигены, за исключением Кх (Ко), морфологически нормальны. Так как речь идет об Х-сцепленном рецессивном признаке, экспрессия маклеодовского фенотипа выявляется только у мужчин.

Матери мужчин с маклеодовским (т. е. мутантным Кх-фенотипом) гетерозиготны как по нормальному Кх(+)-, так и по мутантному Кх(—)-аллелю. В соответствии с принципом инактивации Х-хромосомы (разд. 2.2.3.3) такие гетерозиготные женщины должны быть функциональными мозаиками, у которых в части клеток экспрессируется нормальный Кх(+)-, а в других – мутантный Кх(—)-аллель. Действительно, в популяции эритроцитов у них обнаруживаются и нормальные, и аномальные клетки [890]. Такой мозаицизм можно продемонстрировать с помощью иммунологических и морфологических методик, поскольку Кх(—)-клетки являются

3. Формальная генетика человека 267

акантоцитами. Нормальные клетки превышают по численности аномальные, что объясняется укорочением жизни Кх(—)- эритроцитов по сравнению с Кх (+)-клетками. Х-сцепленная Кх-детерминанта предположительно связана с мембранным белком, мутации в этом локусе приводят к патологически мембранным перестройкам, что вызывает морфологические аномалии эритроцитов и гемолиз.

Эффекты мутаций, нарушающих Кх-антигены, часто проявляются и в лейкоцитах. Например, у нескольких мальчиков с хроническим грануломатозом (CGD) были идентифицированы Kell-типы [682]. Позже было показано, что это тоже мутации Кх-локуса. Больные с CGD характеризуются повышенной восприимчивостью к относительно слабым бактериальным патогенам. Развитие болезни выражается в инфекционном поражении кожи, лимфатических узлов и легких, часто наблюдаются лимфаденопатия, гепатоспленомегалия и гипергаммаглобулинемия. Еще до выявления ассоциации с группой крови Kell было установлено, что во многих случаях это Х-сцепленная аномалия. Лейкоциты при этом заболевании обнаруживают снижение способности убивать многие бактерии, но фагоцитарная и лизосомальная активности сохраняются [715]. Истинная связь мутантного Кх-гена с пониженной бактерицидной активностью лейкоцитов еще не выяснена, но возможно, что Кхмембранный антиген вовлечен в активацию NADH-дегидрогеназы, необходимой для проявления бактерицидной активности [776]. Все другие лейкоцитарные антигены нормальны. У некоторых больных с грануломатозом было снижено содержание Кх-вещества как в лейкоцитах, так и в эритроцитах. В этих случаях наряду с грануломатозом обнаруживались акантоцитоз и гемолиз [776]. Большинство больных с Кх-ассоциированным CGD имели нормальные эритроциты, хотя выявлено несколько больных с Х-сцепленным акантоцитозом (маклеодовский фенотип) и нормальными лейкоцитами. Известны по крайней мере шесть Х-сцепленных и три аутосомно-рецессивных типа CGD. При этом обнаруживаются разные ферментативные дефекты: нарушение инициации окислительного фосфорилирования, дефекты в обеспечении NADPH и недостаточность цитохрома b. Таким образом, описанный синдром весьма гетерогенен, а Кх-недостаточность является лишь одним из нескольких типов [714].

3.7.3. Система HLA и заболевания [888, 207а]

Как уже говорилось (разд. 3.5.5), локусы главного комплекса гистосовместимости (МНС) расположены в хромосоме 6 человека и гомологичны генам комплекса Н2 мыши [113]. Иммунизация инбредных линий мышей разными, явно неродственными антигенами (синтетическими полипептидами, сывороточными белками, антигенами клеточных поверхностей) индуцирует высокие уровни антител в одних линиях и низкие уровни (или отсутствие ответа) в других. Количество индуцированных антител контролируется локусами иммунного ответа (Ir), которые являются частью комплекса Н2. Заражение мышей вирусом лейкемии вызывает рак, более легкий в одних линиях, чем в других [766]. Эти различия контролируются генами, которые, подобно генам Ir, относятся к комплексу Н2 [741; 740; 765; 783]. Позже было продемонстрировано сцепление комплекса Н2 с генетическими факторами предрасположения к аутоиммунному тиреоидиту мышей [859] и восприимчивости к лимфоцитарному вирусу хориоменингита.

В случаях устойчивости к лейкемогенезу и восприимчивости к инфекции вирусом хориоменингита не удалось обнаружить какие-либо специфические антитела. Однако иммунный ответ обнаружен в случае тиреоидита. Здесь удалось установить связь между конкретным типом антигена трансплантации, наличием специфических антитироглобулиновых антител и тяжестью болезни. Это было важным шагом на пути к выяснению механизма ассоциации. (Между прочим, можно упомянуть, что у человека была описана ассоциация между аутоиммунным тиреоидитом и антигеном HLAВ8.)

Эти результаты свидетельствовали о том, что у человека гены иммунного ответа могут быть тесно сцеплены с HLA-генами. Поскольку для хорошо изученных генов системы HLA у человека было продемонстрировано неравновесие по сцеплению, наличие этого же свойства можно предположить и для гипотетических генов иммунного ответа. Следовательно, ассоциации забо-

268 3. Формальная генетика человека

леваний с антигенами системы HLA, вообще говоря, можно было предвидеть.

Первой аномалией у человека, проанализированной с этой точки зрения, была болезнь Ходжкина - злокачественное новообразование лимфатической системы. Обследование 523 больных обнаружило значимую ассоциацию с HLA-1. Исследования при других злокачественных новообразованиях, в частности при острой лимфатической миелогенной лейкемии, дали противоречивые результаты. Более сильные ассоциации были найдены для ряда незлокачественных заболеваний, в частности для анкилозирующего спондилита, спру, болезни Рейтера, множественного склероза и псориаза (табл. 3.24). В некоторых случаях степень ассоциаций была огромной. Для анкилозирующего спондилита, например, коэффициент X (разд. 3.7.2) оказался равным 87, т. е. болезнь была в 87 раз вероятнее у носителей HLA-типа В27, чем в общей популяции.

Хотя почти все больные анкилозирующим спондилитом имели антиген HLA-B27, у большинства носителей этого антигена не было данного заболевания. Частота HLAВ27 в популяции белых в США составляет около 5%, а частота анкилозирующего спондилита – 1/2000. Однако тщательные клинические и рентгенологические исследования показали, что у 20% носителей В27 обнаруживаются незначительные клинические и рентгенографические признаки, свидетельствующие о наличии легкой формы анкилозирующего спондилита [48].

Сравнение ассоциаций аллелей системы антигенов HLA и групп крови АВО с теми или иными заболеваниями выявляет некоторые различия. HLA-ассоциации, как правило, намного сильнее. Для большинства ассоциаций с группами крови АВО характерно, что относительные частоты среди больных превышают частоты в контрольных группах не более чем вдвое, тогда как для HLA-ассоциаций эти частоты обычно намного выше. Однако очень высокая предрасположенность носителей антигена HLAВ27 к анкилозирующему спондилиту была исключением, для большинства ассоциаций эти частоты значительно ниже. Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что вклад HLA-антигенов в мультифакториальные системы, вызывающие указанные выше заболевания, значительнее, чем вклад антигенов АВО при тех заболеваниях, с которыми они обнаруживают ассоциацию. Следовательно, попытки вскрыть механизм HLA-ассоциаций имеют больше шансов на успех.

Существуют ли на самом деле HLA-сцепленные гены иммунного ответа у человека? И каков способ их действия? Важная роль, которая принадлежит HLA-антигенам в иммунном ответе (разд. 3.5.5, [623]), предполагает наличие генетической изменчивости иммунного ответа, зависящей от различных HLA-типов. Что касается истинной природы этой зависимости, то для ее объяснения можно предложить по крайней мере пять механизмов.

1. HLA-антигены на поверхности клетки могут действовать как рецептор для вируса или другого патогенного агента. Эту возможность следует проверить, особенно если ассоциация столь же сильная, как при анкилозирующем спондилите.

2. Вторая возможность - перекрестные реакции HLA-антигенов с вирусными или бактериальными антигенами, что приводит либо к более слабому иммунному ответу вследствие иммунологической толерантности, либо к более сильному ответу на чужеродный антиген. Эти механизмы обсуждались для ассоциаций между группами крови и инфекционными заболеваниями и будут описаны позже в контексте естественного отбора (разд. 6.2.1).

3. Ассоциация может возникать вследствие неравновесия по сцеплению с антигеном HLA из этого же или других HLA-локусов. Было показано, например, что ассоциации с аутоиммунными заболеваниями могут быть связаны главным образом (или исключительно) с локусом HLA-D/DR. Однако аллели этого локуса обнаруживают неравновесие по сцеплению с аллелями локуса В. Это может вызвать более слабую ассоциацию с антигенами локуса В. Например, была найдена ассоциация между юношеской формой сахарного диабета (аутоиммунная форма) и HLA-B8. Однако, когда дополнительно проанализировали локус D,

3. Формальная генетика человека 269

Таблица 3.24.Ассоциации между HLA и некоторыми болезнями (ср. с Svejgaard et al., 1983 [888])

аллель D3 обнаружил намного более сильную ассоциацию с диабетом того же типа и, кроме того, D3 ассоциировался с аллелем В8 вследствие неравновесия по сцеплению. Следовательно, ассоциация диабета с аллелем В8, очевидно, была вызвана ассоциацией диабета с аллелем D3 и неравновесием по сцеплению.

4. Ассоциация вследствие неравновесия по сцеплению может иметь место также и в том случае, если редкая мутация повреждает ген, тесно сцепленный с локусами МНС, но функционально с этой системой несвязанный.

5. Пятая и наиболее вероятная возможность - это гипотеза о том, что гены иммунного ответа (Ir) тесно сцеплены с генами комплекса HLA, причем между ними существует сильное неравновесие по сцеплению. Сильным аргументом в пользу этой

270 3. Формальная генетика человека

концепции могут служить обсуждавшиеся выше аналогичные результаты у мыши.

Эта гипотеза вовсе не исключает идею о том, что HLA (или Ir) антигены на поверхности клетки могут действовать как рецепторы для патогенных агентов. Эту концепцию можно проверить непосредственно с помощью семейных исследований двух типов. Обнаружение одновременно заболевания и одинаковых HLA-антигенов у пораженных членов одной семьи совместимо с гипотезой о вирусных рецепторах и с гипотезой о кросс-реакциях с микробными антигенами, а также с гипотезой тесно сцепленных генов иммунного ответа. Комбинация Ir-аллелей в транс-положении с HLA-аллелями, которые обычно ассоциируют с ними вследствие неравновесия по сцеплению, означала бы наличие семей, в которых ни один из заболевших не обнаружил бы гаплотипов с антигеном, обычно ассоциирующим с болезнью. Такие семьи и в самом деле наблюдались. Однако при неравновесии по сцеплению в большинстве семей с пораженными маркерный ген системы HLA и ген болезни будут находиться в цис -положении, а в меньшей части семей - в транс -положении. Следовательно, для семей, несущих этот ген в транс -положении, предсказание на основе гипотезы Ir-локуса противоречило бы предсказаниям на основе других гипотез.

Если ассоциация Ir-антигенов с болезнью является следствием тесного сцепления с Ir-генами, то возможно также, что в одной популяции последние сцеплены предпочтительно с одним из аллелей HLA-системы, а в других популяциях - с иными аллелями этой системы. Следовательно, исследования HLA-ассоциаций с заболеваниями, особенно если они проводятся в разных расовых популяциях, могут привести к противоположным результатам.

Ассоциация определенной болезни аллелями системы HLA, может пролить свет на патогенез этой болезни. Например, при множественном склерозе иммунологические исследования причин HLA-ассоциаций обнаружили специфически сниженный клеточный иммунитет к кори и другим парамиксовирусам [662, 689]. Множественный склероз ассоциирует с HLA-B7. Этот же антиген обнаруживает ассоциацию с лепроматозной проказой (тип проказной инфекции с особенно слабым ответом Тлимфоцитов и, следовательно, слабым клеточным иммунитетом [668]). Полученные результаты привели к заключению, что носители антигена В7 могли быть «слабыми ответчиками», т.е. их Т-лимфоцитам требуется больше времени, чтобы ответить клеточной пролиферацией на определенные антигенные стимулы. Это может помочь раскрытию механизмов HLA-ассоциаций с заболеваниями.

Предварительный вывод таков: множественный склероз может вызываться медленной вирусной инфекцией, первично поражающей лиц, предрасположенных к ней вследствие (сцепленного с HLA) аномального иммунного ответа. Тот факт, что юношеская форма диабета обнаруживает ассоциацию с HLA-антигенами, а взрослая - нет, подтверждает точку зрения относительно разной этиологии этих форм диабета, а также то, что юношеский диабет может иметь аутоиммунную или вирусную этиологию. Об этом же свидетельствует намного меньшая конкордантность идентичных близнецов в случае юношеского диабета по сравнению с близнецовыми данными при взрослой форме диабета [906] (разд. 3.8.14).

Результаты совсем недавних исследований позволяют говорить о двух типах юношеского сахарного диабета: один тип ассоциирует с HLA-D3 (или В8) и развивается, по-видимому, по аутоиммунному механизму, а другой ассоциирует с D4, причем больные этой формой часто отвечают на введение экзогенного инсулина выработкой антител. Следовательно, анализ HLA-ассоциаций может способствовать важным уточнениям нозологической классификации в пределах группы сходных заболеваний и, кроме того, может помочь в выявлении генетической гетерогенности в этой группе.

Некоторые гипотезы, касающиеся функциональной значимости всего МНС района в хромосоме 6, обсуждались в разд. 3.5.5. Этот хромосомный район содержит крупный кластер тесно сцепленных генов - все с

3. Формальная генетика человека 271

близкородственными функциями. Изучение ассоциаций этих генов с заболеваниями поможет пролить свет не только на этиологию определенных болезней, но и на механизмы ряда важных функций в норме.

Сцепление и ассоциация. Необходимо тщательно разграничивать сцепление и ассоциации. Сцепление относится к двум генам, расположенным в одной хромосоме на определенном (и определяемом) расстоянии друг от друга. Термин «ассоциация» часто используется в том случае, когда при конкретном заболевании (или при наличии какого-то признака) наблюдается более высокая частота определенного гена-маркера. Ассоциация не подразумевает, что ген болезни и маркерный ген расположены в одной хромосоме. При обсуждении частот HLA-аллелей при разных заболеваниях могут возникнуть недоразумения, касающиеся этих понятий [809]. Мы уже упоминали, что комплекс локализован в хромосоме 6. Тесно сцеплен с этим комплексом ген недостаточности 21-гидроксилазы [633], который в гомозиготном состоянии приводит к врожденной гиперплазии надпочечников (20910). Аналогично с HLA-локусами сцеплен ген одной из форм спиноцеребелярной атаксии (16440) [725]. Имеющиеся данные по гемохроматозу [болезнь накопления железа (14160), которая наследуется предпочтительно как аутосомно-рецессивный признак, причем иногда с проявлением у гетерозигот] можно интерпретировать так, что ген этой болезни также сцеплен с HLA-комплексом [872а, 8726, 745]. Все перечисленные болезни являются моногенными, соответствующие гены расположены на определенном, вполне измеримом расстоянии от HLA-комплекса в хромосоме 6. Однако нет оснований считать, что эти заболевания и HLA-комплекс физиологически как-то связаны.

С другой стороны, болезни, с которыми ассоциируют аллели HLA-комплекса, не являются моногенными признаками, а имеют обычно мультифакториальную природу. Для ряда таких заболеваний (хронический гепатит, миастения гравис, ревматоидный артрит, болезнь Аддисона, тиреотоксикоз, юношеская форма сахарного диабета, детская спру и множественный склероз) установленные ассоциации касались D/DR-антигенов HLA-системы [623]. Общей характерной чертой при этих заболеваниях является наличие аутоантител, в связи с чем они были классифицированы как аутоиммунные заболевания или по крайней мере как иммуноассоциированные болезни. Семейные исследования показали значимое накопление случаев заболевания среди родственников пробандов, хотя четкое менделевское наследование отсутствовало. Однако относительный риск для носителей DR-антигенов проявить то или иное заболевание в целом невысокий и примерно в 2-8 раз превышает частоту в контрольной популяции (кроме детской формы спру, наблюдавшейся среди этих носителей в 65 раз чаще, чем в контрольной популяции [582]). И здесь уместно использовать объяснения, излагавшиеся выше в случае ассоциаций ряда болезней с другими аллелями HLAкомплекса. Например, можно считать, что ассоциации обусловлены генами иммунного ответа (Ir), тесно сцепленными с D/DRаллелями, либо эти последние непосредственно вовлечены в механизмы иммунного ответа (через макрофаги Т-клеточной системы). Можно предположить, что на механизм ассоциаций так или иначе влияет вся клеточная поверхность, особенности которой определяются HLA-D/DR- и Ir-аллелями (а также, вероятно, другими тесно сцепленными генами) [818].

Органоспецифические аутоантитела определяют проявление различных аутоиммунных болезней. Неизвестно, однако, участвуют ли в этом дополнительные гены в других хромосомах. В продукцию аутоантител вовлечены, вероятно, и определенные средовые стимулы, часто вирусного происхождения, как это предполагается, например, в случае диабета, гепатита и множественного склероза. Индивиды с определенными D/DR-аллелями HLA-комплекса в большей степени восприимчивы к формированию антител, чем те, у которых такие гены отсутствуют. Это по крайней мере частично объясняет генетическую восприимчивость к аутоиммунным болезням. Таким образом, будучи ассоциированными, D/DR-гены HLA-комплекса и гены

272 3. Формальная генетика человека

аутоиммунных заболеваний не являются сцепленными.

3.7.4. Полиморфизм α1-антитрипсина и патология [749, 653]

Полиморфизм α₁ -антитрипсина (PI). Группы крови АВО обнаруживают слабую ассоциацию с большим числом заболеваний, но убедительное объяснение этих ассоциаций пока отсутствует. Антигены системы HLA демонстрируют более сильную ассоциацию с меньшим числом заболеваний. Но хотя и в этом случае убедительное биологическое объяснение пока отсутствует, все же обсуждаются вполне разумные и, главное, экспериментально проверяемые гипотезы. Полиморфизм α₁-антитрипсина ассоциирует у взрослых главным образом с одной болезнью - хронической эмфиземой легких, патогенез которой в определенной степени выяснен.

Антипротеолитическая активность сыворотки человека была установлена Камю и Глеем (1897), а также Ханом (1897). Ландштейнер (1900) показал, что эта активность связана с альбуминовой фракцией. Из шести антипротеаз, идентифицированных в сыворотке человека, α₁-антитрипсин и α₂-макроглобулин имеют наибольшие концентрации. Оба этих белка ингибируют большое число протеаз, включая тромбин. Антипротеолитическую активность оценивают путем гидролиза искусственных субстратов трипсином в присутствии тестируемой сыворотки. Существует тесная корреляция между иммунологически измеряемой концентрацией и активностью. Концентрация быстро растет, например, при бактериальной инфекции, после введения противотифозной вакцины или во время беременности. Оказалось, что синтез происходит в печени. Межиндивидуальные различия впервые обнаружены в 1963 г. [755]. Предполагалось, что низкий уровень α₁-антитрипсина определяется рецессивным геном. Однако с помощью электрофоретических методик и изоэлектрического фокусирования удалось идентифицировать по крайней мере 23 разных фенотипа (рис. 3.70; табл. 3.25). Генетической основой этой гетерогенности служат серии множественных аллелей. Локус был назван PI, а различные аллели-PI^M, PI^Z и т.п., фенотипы - М/М, M/Z и т. п. Во всех исследовавшихся до сих пор популяциях наиболее часто встречаются Р1^М-аллели (М_1; М₂ и М₃): их общая частота составляет 0,9 и выше. Другие, более редкие аллели обозначены буквами. Положение этих букв в алфавите дает приближенную картину электрофоретической мобильности. На рис. 3.70 показана электрофоретическая картина. Анализ нуклеотидной последовательности (разд. 2.3.3.4) клонированной кДНК показал, что, например, Z-вариант обусловлен единичной нуклеотидной заменой [751]. Особенно большое значение имеют варианты Z и S, поскольку именно они определяют существенное снижение уровня α₁-антитрипсина. В случае другого, более редкого аллеля РI^– активность этого белка у гомозигот (нулевой аллель) вовсе не обнаружена. Гетерозиготы РI^М/РI^– имеют фенотип М с концентрацией около 50% от нормы.

Таблица 3.25.Концентрация α1-антитрипсина при разных α1-антитрипсиновых фенотипах (Kueppers, 1975 [749])

Внутривенное введение противотифозной вакцины и диэтилстильбэстрола приводит к 100%-ному увеличению активности у лиц с ММ-типом. Гетерозиготы MZ-типа обнаруживают умеренное увеличение, тогда как у гомозигот ZZ вообще трудно выявить какое-либо увеличение активности.

Ассоциация с хронической эмфиземой легких (ХЭЛ). Эриксон (1965) [651] выявил 33 гомозиготы ZZ-типа, по крайней мере у 23 из которых были обнаружены симптомы хронической эмфиземы легких.

3. Формальная генетика человека 273

Рис. 3.70. Электрофореграммы различных а,-антитрипсиновых (Pi) белков. Гомозиготы по Z имеют самую низкую ферментативную активность.

На основе семейных данных Эриксон показал, что эмфизема легких в 15 раз чаще встречается среди этих гомозигот, чем в общей популяции. Это наблюдение было подтверждено многими исследователями на большом числе больных. В одной группе из 295 больных с этим диагнозом было выявлено 20 гомозигот PI^Z, т. е. меньше ожидаемого, исходя из частоты гена. Чаще всего первые симптомы заболевания распознаются в третьем или четвертом десятилетии жизни. При обычной форме хронической эмфиземы легких заболевание полностью проявляется, как правило, после 50 или 60 лет. Для этой формы характерна атрофия легочной ткани и кровеносных сосудов в нижних долях. Достаточно интересно, что еще до того, как был открыт дефект α₁-антитрипсина, среди больных хронической эмфиземой легких, врачи вы-

274 3. Формальная генетика человека

деляли особую группу больных с такими симптомами. Широко обсуждался вопрос, часто ли у гетерозигот проявляется ХЭЛ. Высказывалось мнение, что гетерозиготы имеют лишь трехкратный риск развития ХЭЛ по сравнению с М-гомозиготами [653]. Тесты на легочные функции обнаружили у гетерозигот более высокую частоту ряда нарушений и тенденцию к относительно позднему проявлению этих нарушений.

Хроническая эмфизема развивается только у 70-80% гомозигот, а среди гетерозигот частота намного ниже. На проявление заболевания оказывают влияние средовые факторы: α₁-антитрипсин ингибирует также протеолитические ферменты, освобождаемые гранулоцитами и макрофагами. Поэтому возможно, что эти ферменты, (они обычно высвобождаются при воспалительных процессах) в случае хронической эмфиземы недостаточно инактивированы. Если больной страдает повторными бронхитами вследствие, например, курения или частых инфекций, протеолитические ферменты будут вызывать аутолитические повреждения легких. Курение повышает опасность бронхиальных инфекций и способствует прогрессированию болезни [653]. Следовательно, Z/Z-гомозиготам и гетерозиготам следует воздерживаться от курения и избегать производств, связанных с раздражениями бронхов. Бронхиты необходимо лечить на ранней стадии и интенсивно. «Если мы сможем отучить индивидов с генотипом PI^Z от курения, то мы продлим жизнь каждому из них на 15 лет» [653].

Другая болезнь, которая ассоциирует с низкими уровнями α₁-антитрипсина у гомозигот, - детская форма цирроза печени. Эта ассоциация твердо установлена, но наблюдается реже, чем в случае хронической эмфиземы легких. Цирроз печени у взрослых также чаще распространен среди гомозигот ZZ.

Значение новых исследовательских стратегий. Полиморфизм α₁-антитрипсина интересен тем, что связанный с ним механизм разрушения легких можно объяснить. Этот случай явно контрастирует с ассоциациями, описанными для антигенов АВО и даже для системы HLA. В данном случае ситуация проще: носители одного из генотипов поражаются не всегда, но очень часто, и сама болезнь довольно специфическая, поскольку она была идентифицирована прежде, чем стала известна ее биохимическая причина. Статус Z/Z также можно рассматривать как рецессивную болезнь с «неполной пенетрантностью». Вероятно, множество других таких моногенно-рецессивных вариантов еще скрыто внутри больших групп мультифакториальных заболеваний: либо потому, что трудно идентифицировать фенотип, либо потому что учтены еще не все проявления патологии.

Влияние аллеля PI^Z на подверженность гетерозигот заболеванию, по-видимому, очень сходно с ситуацией в случаях АВО- и HLA-антигенных систем. Тяжелая форма хронической эмфиземы легких проявляется относительно редко, но клинически она сходна с более частой формой, осложняющей хронические бронхиты, т.е. дополнительные средовые и генетические факторы вносят в общую подверженность при этом заболевании, по-видимому, немалый вклад.

Пример описанной ассоциации с наибольшей ясностью иллюстрирует недавно разработанную «непрямую» исследовательскую стратегию. Сначала на генетическом уровне идентифицируется генетический полиморфизм. Затем продукт конкретного гена определяется с помощью биохимических методов. Далее осуществляют поиск возможного влияния полиморфизма на экспрессию гена. В обсуждавшемся выше случае имела место недостаточность белка, т.е. низкая ферментативная активность, вследствие чего организм неадекватно отвечает на такие воздействия среды, как инфекция. Эта специфическая функциональная недостаточность приводит к заболеванию, особенно при наличии повышенной подверженности к раздражению слизистой бронхов вследствие средовых воздействий.

Подобная стратегия исследований будет, вероятно, полезной в генетическом анализе и других заболеваний и признаков, при которых взаимосвязи генотипа и фенотипа настолько сложны, что исключают прямой путь с помощью менделевских ме-

3. Формальная генетика человека 275

тодов. В таких случаях приходится надеяться лишь на методы генетики количественных признаков.

Ассоциации заболеваний с другими полиморфизмами [145]. Помимо описанных выше трех основных примеров ассоциаций были исследованы (и в ряде случаев достаточно успешно) другие примеры ассоциирующих полиморфизмов, включая другие системы групп крови [211], гаптоглобины и ощущение вкуса фенилтиомочевины (ФТМ). Некоторые из них будут описаны в разделе, посвященном популяционной генетике (разд. 6.1.2). Особый интерес представляют ассоциации между полиморфизмом аполипопротеина Е и атеросклерозом [916, 917] (разд. 3.13), а также вариантами третьей компоненты комплемента и некоторыми заболеваниями: аллель C3^F, по-видимому, ассоциирует с ревматоидным артритом [590; 591; 657], гепатитом [657] и силой иммунного ответа. Недостаточность компонента С6 была обнаружена примерно у половины больных менингококковым менингитом. Если все эти ассоциации подтвердятся, то они будут представлять значительный интерес, потому что в этих случаях можно обсуждать вероятные гипотезы относительно биологических механизмов и генетических последствий.