Альфа-1-антитрипсиновая недостаточность в практике детского гастроэнтеролога

В 1963 году, 62 года назад, Карл-Бертиль Лорелл (C.-B. Laurell) и Стен Эрикссон (S. Eriksson) впервые описали взаимосвязь между низким уровнем белка альфа‑1‑антитрипсина и эмфиземой легких с ранним началом заболевания, придя к выводу, что это состояние является наследственным.

СПЕКТР ДЕЙСТВИЯ

Альфа‑1‑антитрипсин (α1-АТ) обладает широким спектром действия: противовоспалительным, иммуномодулирующим, противоинфекционным и репаративным. Кроме того, α1-АТ служит основным естественным антагонистом нейтрофильной эластазы (НЭ), которая отвечает за деградацию эластина — основного компонента альвеол, необходимого для функции легких, и защищает ткани от ее протеолитического действия. НЭ также руководит широким спектром провоспалительных реакций, потенциально приводящих к нескольким типам изменений в легких, включая эмфизему и бронхоэктазы. Физиологическая роль α1-АТ заключается в ингибировании нейтрофильных протеаз во время воспалительного ответа и фагоцитоза, направленного против микроорганизмов (рис. 1).

Основное место синтеза α1-АТ — печень, где он вырабатывается постоянно, по количеству уступая первенство только альбумину, хотя этот белок также синтезируется в энтероцитах и некоторых мононуклеарных лейкоцитах. Альфа‑1‑антитрипсин переносится с кровью в интерстиций легких и в легочный сурфактант, где ингибирует нейтрофильные сериновые протеазы, такие как НЭ, катепсин G и протеиназа‑3.

Продукция α1-АТ кодируется геном SERPINA1 (serpin peptidase inhibitor, clade A — ингибитор серпиновой пептидазы А) или PI (proteinase inhibitor — ингибитор протеиназы), расположенным на хромосоме 14, в регионе 14q32.1. Некоторые специфические мутации в гене SERPINA1 (или PI) сопровождаются образованием аномального α1-АТ и вызывают его накопление в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) гепатоцитов, что приводит к дефициту нормального α1-АТ.

ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНА

Ген SERPINA1 (PI) является высоко полиморфным: известно более 500 вариантов его мутаций, из которых около 30 имеют клиническое значение. Следствием полиморфизма гена SERPINA1 являются разнообразные механизмы развития недостаточности α1-АТ в крови и различия его функциональной активности. Нормальный белок α1-АТ обозначается буквой «М», аномальный — буквой «Z». Наиболее часто встречающиеся генотипы образованы комбинациями PIM-, PIS- и PIZ-аллелей: PIMM, PIMS, PISS, PIMZ, PISZ и PIZZ. Аллели гена, которые обусловливают образование аномально свернутого белка α1-АТ и снижение уровня α1-АТ в сыворотке крови, называют дефицитными, из них наиболее распространены два варианта — Z и S.

Самым тяжелым и распространенным вариантом дефицита α1-АТ является вариант мутации Z-α1-АТ. Скорость секреции α1-АТ и его функциональная активность зависят от унаследованной мутации в гене SERPINA1. Те, у кого уровень α1-АТ в крови соответствует норме, гомозиготны (PI*MM) по нормальному (дикому) аллелю М, а пациенты с тяжелым дефицитом α1-АТ гомозиготны по аллелю Z (PI*ZZ). Кроме того, к более низкому содержанию этого белка в крови приводит наличие аллеля S. В то время как PI*ZZ служит основным генотипом, ведущим к заболеванию печени, аллель S с заболеванием печени не связан, за исключением случаев, когда он сочетается с аллелем Z. Пациенты со сниженным уровнем α1-АТ могут иметь гетерозиготный генотип S, Z или компаунд-гетерозиготность MZ, что обусловливает повышенный риск поражения легких, в частности у курильщиков (рис. 2).

Z-вариант — не единственный тип мутации α1-АТ, вызывающий заболевания печени. Существуют редкие варианты мутаций, которые также могут быть связаны с поражением печени, такие как Malton (Phe 51/52 del) и Siiyama (Ser53Phe).

ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ

Дефицит α1-АТ — наиболее частое генетически детерминированное заболевание печени у детей с распространенностью приблизительно один случай на 2000–5000 новорожденных в североамериканской и европейской популяциях. Тяжелый дефицит α1-АТ шире всего представлен (с вышеуказанной частотой) в Северной, Западной и Центральной Европе. В США и Канаде эта цифра составляет один случай на 5000–10 000 новорожденных. В странах Латинской Америки показатель в 5 раз ниже. Дефицит α1-АТ встречается редко или отсутствует в странах Африки и Азии.

Среди метаболических заболеваний, при которых требуется трансплантация печени (ТП) у детей, чаще всего наблюдается дефицит α1-АТ, составляющий 3,51 % от всех показаний к ТП.

Приблизительно 85 % аномального α1-АТ задерживается в печени, а не секретируется в кровоток. Это может привести к повреждению гепатоцитов, циррозу и гепатоцеллюлярной карциноме (ГЦК). У пациентов с нулевыми мутациями α1-АТ не продуцируется вовсе (рис. 3). 

Z-вариант α1-АТ сохраняется в клетках печени как в растворимой, так и в агрегированной форме. Сохранение и накопление этого мутанта в ЭПР может привести к усилению токсичности для гепатоцитов и их гибели, что предрасполагает гомозиготных пациентов к заболеваниям печени. Тем не менее среди всех гомозиготных пациентов с генотипом PI*ZZ только у 15 % развивается поражение печени с широким спектром тяжести. Мутантный Z-вариант α1-АТ не только сохраняется в ЭПР, но и накапливается.

Для уменьшения повреждающего действия мутантного Z-α1-АТ клетка использует различные протеолитические процессы, которые происходят преимущественно в ЭПР гепатоцитов. К ним относятся убиквитин-зависимые и убиквитин-независимые протеасомные пути протеолиза, а также другие механизмы, которые иногда называют ЭПР-ассоциированным протеолизом. Считается, что протеасомные пути как часть ЭПР-ассоциированного протеолиза служат основным механизмом деградации мутантных Z-молекул α1-АТ.

Хотя многие этапы деградации и их специфическая последовательность все еще изучаются, установлено, что две молекулы, содержащиеся в ЭПР, — калнексин и манозидаза I, — вероятно, служат основными точками контроля. Калнексин — трансмембранный белок ЭПР, связывающий мутантный Z-α1-АТ, который становится мишенью для деградации путем соединения с убиквитином. А затем этот тримолекулярный комплекс «мутантный α1-АТ — калнексин — убиквитин» расщепляется. Растворимые формы Z-α1-АТ для их деградации после соединения с убиквитином перемещаются в лизосому — это так называемый убиквитин-протеасомный путь. Агрегированные формы могут объединяться в гепатоцитах, образуя специальные структуры — глобулы, создающие угрозу повреждения клеток печени. Механизм образования глобул до конца не изучен. Предполагается, что они перемещаются в состав компонентов самого ЭПР, вызывая нарушение его структуры (рис. 4).

Накапливаясь в ЭПР, агрегаты Z-α1-АТ запускают каскад внутриклеточных сигнальных путей, вызывающих повреждение и гибель гепатоцитов. Более того, существует неоднородность в распределении и размере этих структур в гепатоцитах, многие из которых при микроскопическом исследовании напоминают небольшие облачка пыли, в то время как другие являются огромными и хорошо выраженными. Это различие и его связь с исходом заболевания еще предстоит объяснить.

Считается, что для противодействия накоплению полимеров α1-АТ в ЭПР гепатоцитов имеются два пути (рис. 5):

1. Связывание неполимеризованного мутантного α1-АТ с трансмембранным калнексином эндоплазматического ретикулума с последующим связыванием с убиквитином — меткой для утилизации — с дальнейшей деградацией этого комплекса;

2. Аутофагическая деградация, апоптоз и гибель гепатоцитов, имеющих наибольшее накопление мутантного α1-АТ. Гепатоциты с более низким уровнем накопления мутантного α1-АТ пролиферируют, чтобы поддерживать функциональную массу клеток печени, но со временем хронические процессы повреждения клеток, их гибели и компенсаторной пролиферации приводят к фиброзу, циррозу печени и ГЦК.

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ

Классический дефицит α1-АТ представляет собой аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся поражением печени, а также легких у детей и взрослых, что обусловлено снижением содержания соответствующего белка в сыворотке вследствие мутаций в гене SERPINA1 (или PI). Поражение легких при дефиците α1-АТ может проявиться в любом возрасте, в том числе в зрелом. Сниженная концентрация α1-АТ в сыворотке приводит к хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) — наиболее распространенному клиническому проявлению заболевания и частой причине инвалидности и смерти — и/или заболеваниям печени. Основным фактором риска ХОБЛ, развивающейся у людей с дефицитом α1-АТ, которая обычно начинается к третьему десятилетию жизни (то есть намного раньше, чем обычная ХОБЛ), является табакокурение, так как табачный дым вызывает разрушение α‑1-АТ в легких и усиливает повреждение легочной ткани. Следует также избегать регулярного контакта с дымом, различными аэрозолями, бытовой химией, пылью и домашними животными.

К внелегочным проявлениям дефицита α1-АТ относятся панникулит, васкулит (гранулематоз Вегенера) и ревматоидный артрит.

Заболевание печени — второе по частоте клиническое проявление дефицита α1-АТ — обычно проявляется в виде холестаза в младенчестве. Дефицит α1-АТ является наиболее распространенной причиной хронического заболевания печени в детском возрасте. Цирроз и ГЦК развиваются не менее чем у 25 % взрослых с дефицитом α1-АТ старше 50 лет.

Спектр клинических проявлений поражения печени при недостаточности α1-АТ варьирует от длительной желтухи и повышения уровня цитолитической активности до хронического гепатита и цирроза печени. У новорожденных поражение печени возникает чаще, поскольку их гепатоциты менее способны расщеплять мутантный α1-АТ. В неонатальном периоде заболевание обычно носит холестатический характер и сопровождается длительной холестатической желтухой, кожным зудом, определить который объективно можно лишь в более старшем возрасте (после 6 месяцев), снижением аппетита и отставанием в увеличении массы тела, гепато- и спленомегалией.

У детей более старшего возраста дефицит α1-АТ может проявляться бессимптомным хроническим гепатитом. Дебют прогрессирующего заболевания печени у молодых или людей среднего возраста, по-видимому, встречается редко, но с течением лет риск его возникновения увеличивается.

Заболевание печени должно быть исключено даже у пациентов с гетерозиготными мутациями гена SERPINA1 (PI). Хотя кратковременное повышение уровня сывороточных трансаминаз иногда может встречаться у новорожденных и с генотипом PI*MZ, клинически значимые проблемы со здоровьем в детском возрасте у этих пациентов, как правило, не проявляются. Однако у взрослых отношение шансов риска развития хронического заболевания печени значительно увеличивается.

Клинически поражение печени у людей с генотипом PI*ZZ обычно представляет собой медленный процесс, который длится на протяжении многих лет или десятилетий. Гистологический анализ ткани печени показывает очень неоднородное накопление в гепатоцитах мутантного α1-АТ. Каскад повреждения клеток запускается в небольшой популяции гепатоцитов с наибольшим накоплением мутантного α1-АТ. Эти гепатоциты, а их только несколько процентов от общего числа клеток, возможно, имеют повышенную активацию каспазы и повышенную восприимчивость к апоптозу.

Клетки с низким накоплением мутантного α1-АТ пролиферируют для поддержания функциональной массы печени. Со временем продолжающийся стресс, гибель и восстановление клеток приводят к фиброзу, циррозу печени, ГЦК. Предполагается, что на прогрессированиезаболевания печени у пациентов влияют экологические и генетические модификаторы секреции, деградации, апоптоза или регенерации белка (рис. 5).

Прогрессирующее нарушение функции печени встречается нечасто. Большинство детей клинически здоровы, однако при наличии спленомегалии может развиться цирроз: 5 % детей с поражением печени нуждаются в ее трансплантации в течение первых 4 лет жизни. В некоторых случаях у педиатрических пациентов развивается фульминантная печеночная недостаточность, а иногда — ГЦК.

АЛГОРИТМЫ ДИАГНОСТИКИ

Ключом к успешной диагностике недостаточности α1-АТ служит определение уровня α1-АТ в сыворотке крови с последующим клиническим исследованием фенотипических проявлений и анализом генотипа при обнаружении низкой концентрации данного белка. Установление диагноза позволяет осуществлять генетическое консультирование.

Рекомендации Американского торакального общества / Европейского респираторного общества (American Thoracic Society / European Respiratory Society — ATS/ERS) включают тестирование на дефицит сывороточного α1-АТ у всех людей с криптогенными заболеваниями печени, включая новорожденных, детей, взрослых и пожилых.

Биопсия печени для установления диагноза дефицита α1-АТ не требуется, хотя это исследование может быть полезно для исключения других причин поражения органа и использовано для определения степени фиброза, изменений паренхимы и стадии заболевания. Результаты гистологического исследования ткани печени сильно варьируют: могут обнаруживаться эозинофильные, глобулярные включения аномального α1-АТ, а также фиброз и цирротическая трансформация. Подозрение на дефицит α1-АТ должно вызывать присутствие в ткани печени кислото-Шифф-положительных (при окрашивании периодической кислотой Шиффа — PAS), устойчивых к действию диастазы глобул.

Детям с дефицитом α1-АТ, затяжной желтухой или рецидивами повышения уровня билирубина после шестимесячного возраста следует проводить обследование для исключения прогрессирующего заболевания печени и признаков портальной гипертензии. Лабораторные исследования должны включать тесты на определение функционального состояния печени, оценку ее синтетической функции и содержания жирорастворимых витаминов в крови. Ежегодно следует определять уровень альфа-фетопротеина (белок плазмы, повышающийся при ГЦК). Стандартных рекомендаций по частоте проведения таких обследований не существует. Необходимо ежегодно выполнять ультразвуковое исследование (УЗИ) органов брюшной полости с оценкой структуры печени, селезенки и портальной сосудистой сети. Кроме того, УЗИ можно использовать в качестве инструмента скрининга, поскольку пациенты с дефицитом α1-АТ подвержены повышенному риску развития рака печени. Если заболевание печени прогрессирует, необходимо сосредоточиться на терапии осложнений портальной гипертензии.

Установить точный диагноз помогает генетическое исследование. Генетическую диагностику рекомендуется проводить следующим категориям:

• взрослым с симптоматической эмфиземой или ХОБЛ;

• взрослым с симптомами бронхиальной астмы с обструкцией дыхательных путей, которая не полностью обратима после агрессивного лечения бронходилататорами;

• пациентам (включая новорожденных, детей и взрослых) с криптогенными заболеваниями печени;

• больным с постоянной обструкцией в тестах на функцию легких при наличии факторов риска (например, курение, неблагоприятные профессиональные факторы);

• взрослым с некротическим панникулитом;

• сибсам пациента с дефицитом α1-АТ.

Обсуждается необходимость генетического тестирования людей, в чьем семейном анамнезе присутствуют ХОБЛ или заболевания печени, о которых известно, что они не связаны с дефицитом α1-АТ.

К клиническим признакам, свидетельствующим о дефиците α1-АТ, обусловленном генотипом PI*ZZ в детском возрасте, относятся:

• повышенный уровень трансаминаз и (или) билирубина;

• синдром неонатального гепатита у ребенка;

• гепатомегалия или гепатоспленомегалия у детей и подростков;

• витамин-К-дефицитная коагулопатия;

• симптомы хронического заболевания печени у детей и подростков;

• генотип PI*ZZ у родственника первой линии.

Факторы, указывающие на потенциально более тяжелый прогноз при поражении печени у детей с генотипом PI*ZZ:

• неонатальный холестаз;

• мужской пол;

• длительная гипербилирубинемия;

• значительная гепатомегалия;

• ранняя спленомегалия;

• удлиненное протромбиновое время;

• постоянно повышенный уровень гамма-глютамилтранспептидазы (ГГТП).

МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ

Так как невозможно спрогнозировать, у каких детей разовьется прогрессирующее заболевание печени, стандартным лечением считается поддерживающая терапия. Подготовкой к ней служит осмотр ребенка гастроэнтерологом, включающий физическое обследование для выявления спленомегалии и признаков портальной гипертензии.

Для пациентов с тяжелым поражением печени, обусловленным дефицитом α1-АТ, единственной корректирующей терапией служит трансплантация органа, хотя изучаются несколько возможных методов лечения. Они могут включать препараты, ингибирующие полимеризацию, ускоряющие пути протеолиза, и генную терапию для ингибирования транскрипции или трансляции мутантного Z-α1-АТ.

Показания к ТП: постоянный и рецидивирующий холестаз, ухудшение показателей гемокоагуляции, высокий уровень печеночных ферментов, тяжелый гломерулонефрит, связанный с дефицитом α1-АТ, и асцит в результате портальной гипертензии. У детей при генотипе PI*ZZ с холестазом или хроническим гепатитом с портальной гипертензией, варикозным расширением вен пищевода или ухудшением функции печени ТП не следует откладывать.

Посттрансплантационные результаты не отличаются от таковых у детей, перенесших ТП по поводу других заболеваний. Уровень дефицита α1-АТ в сыворотке крови после ТП нормализуется, что позволяет считать это вмешательство лечебным. ТП стабилизирует функциональное состояние легких.

ВЕДЕНИЕ ПАЦИЕНТОВ

Хотя сегодня есть доступные, недорогие и простые методы исследования, заболевания печени и легких, вызванные дефицитом α1-АТ, диагностируются нечасто, что может быть обусловлено низкой осведомленностью медицинского сообщества о заболеваниях печени и легких, связанных с дефицитом α1-АТ. Сходство симптомов поражения легких при дефиците α1-АТ с проявлениями обычной (ненаследственной) ХОБЛ и бронхиальной астмой, а также примеры того, что у многих пациентов с дефицитом α1-АТ в начале заболевания может отсутствовать клинически значимое нарушение функции легких, добавляет сложности проблеме установления диагноза.

Ключевая особенность диагностики дефицита α1-АТ как при заболеваниях печени, так и при заболеваниях легких заключается в том, что однозначные доказательства могут быть получены только по результатам генетического тестирования. Ранняя диагностика необходима, чтобы:

• пациенты с дефицитом α1-АТ могли принять меры для сохранения легочной функции (воздержание от курения, профилактика инфекционных заболеваний);

• члены семьи могли быть обследованы для выявления гетерозиготного носительства;

• могло быть предложено эффективное лечение.

Если заболевание печени вызвано дефицитом α1-АТ, то последующее наблюдение должно включать и базовую оценку состояния функции легких. Если она нарушена, пациентов следует проконсультировать у пульмонолога и ежегодно проводить обследование. Дети с дефицитом α1-АТ должны проходить регулярное скрининговое обследование для выявления патологии легких по крайней мере один раз в подростковом возрасте, а затем, когда станут взрослыми, — регулярно. Другие ежегодные обследования должны состоять из общего анализа крови и определения маркеров воспаления для поиска признаков других заболеваний, ассоциированных с дефицитом α1-АТ (сахарный диабет, воспалительные заболевания кишечника и почек).

Пациенты с поражением легких должны получать традиционную терапию ХОБЛ, вакцинацию и лечение респираторных заболеваний. Детям с обструктивным заболеванием легких вследствие дефицита α1-АТ рекомендуется усиленная специфическая терапия с внутривенным введением очищенного α1-АТ, что приводит к повышению его уровня в легких, обеспечивает замедление снижения их функции.

Дети и молодые люди с портальной гипертензией должны быть проконсультированы гепатологом для решения вопроса о необходимости и сроках проведения ТП. При прогрессировании заболевания печени необходим мониторинг функции свертывания крови, уровня жирорастворимых витаминов и альбумина. Детям с заболеванием печени, обусловленным дефицитом α1-АТ, рекомендуются вакцинация против вирусного гепатита и проверка статуса вакцинно-индуцированного иммунитета.

Дефицит α1-АТ возникает вследствие вариантов мутаций в гене SERPINA1 (PI), который кодирует продукцию этого белка, а нарушение его синтеза и приводит к усилению протеотоксичности печени. Основной причиной тяжелого дефицита α1-АТ является гомозиготный патогенетический вариант PI*Z (генотип PI*ZZ). У 2–10 % носителей он проявляется в виде неонатального холестаза, а у 20–35 % взрослых — в виде значительного фиброза печени. Как у детей, так и у взрослых может развиться терминальная стадия заболевания печени, требующая ее трансплантации. Гетерозиготный патогенный вариант PI*Z (генотип PI*MZ) является признанным фактором, изменяющим течение заболевания.

У некоторых новорожденных с генотипом PI*ZZ выявляется неонатальный холестаз. У других детей заболевание печени диагностируется позже при наличии клинических признаков или в результате семейного обследования. У детей с генотипом PI*ZZ могут наблюдаться симптомы системного процесса, такие как замедление роста, и проявляться признаки нарушений функции печени легкой и умеренной степени тяжести. Иногда у детей с генотипом PI*ZZ развиваются прогрессирующий фиброз печени, цирроз и печеночная недостаточность.

Правильный диагноз дефицита α1-АТ важен для эффективного клинического наблюдения и генетического консультирования. Обнаружение заболеваний печени, вызванных дефицитом α1-АТ у детей, помогает предотвратить развитие заболеваний легких в зрелом возрасте.

Специфического лечения поражения печени при дефиците α1-АТ нет — как правило, оно сводится к устранению осложнений заболевания. В редких случаях прогрессирование патологического процесса требует ТП, что дает отличные результаты. Все дети с диагнозом дефицита α1-АТ должны находиться под тщательным наблюдением. Пациенты и члены их семьи должны быть предупреждены о необходимости избегать курения, ознакомлены с другими рекомендациями и получать генетическое консультирование, а также проходить генетическое тестирование.