Патогенез муковисцидоза: Nie znaleziono strony — Внутренняя Mедицина

Муковисцидоз — ДНК-диагностика — Центр Молекулярной Генетики

Муковисцидоз (МВ, синоним – кистофиброз поджелудочной железы)– наследственное заболевание, при котором поражаются экзокринные железы организма. К экзокринным железам относятся железы бронхолегочной системы, поджелудочная железа, печень, потовые, слюнные железы, железы кишечника, половые железы. Симптомы муковисцидоза связаны с тем, что секреты этих желез становятся вязкими, густыми, из-за чего их выделение затруднено. В легких из-за вязкого, часто гнойного секрета (мокроты), трудноотделяемого и скапливающегося в бронхах, довольно быстро (иногда уже в первые месяцы жизни), развиваются воспалительные процессы – повторные бронхиты и/или пневмонии с постепенным формированием хронического бронхолегочного процесса. У детей отмечается постоянный раздражающий (коклюшеподобный) кашель, одышка. Из-за недостатка ферментов поджелудочной железы у детей, больных муковисцидозом плохо переваривается пища, поэтому они отстают в весе, у них обильный, жирный, зловонный стул, плохо смывающийся с пеленок или с горшка. Из-за плохо отделяемой желчи у некоторых детей развивается цирроз печени, могут сформироваться камни в желчном пузыре. Мамы замечают соленый привкус кожи малыша, что связано с повышенной потерей ионов натрия и хлора с потом. Встречаются дети с преимущественным поражением либо легких (легочная форма), либо желудочно-кишечного тракта (кишечная форма), но чаще всего наблюдается смешанная форма муковисцидоза.
Если врач заподозрил муковисцидоз, он направит пациента на потовую пробу – диагностический критерий заболевания, основанный на определении концентрации ионов хлора. У ребенка, больного муковисцидозом, этот показатель обычно в несколько раз выше нормы. При сомнительном результате потовая проба проводится повторно. Кроме этого, возможно проведение генетического анализа. Это важно не только для подтверждения диагноза, но и для дородовой диагностики при последующих беременностях.
Данные о частоте муковисцидоза вариабельны, в среднем она составляет 1: 5000 новорожденных. муковисцидоз наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Это означает, что муковисцидоз возникает у ребенка, который получил по гену с мутацией от обоих родителей – и от мамы, и от папы. Муковисцидоз одинаково часто встречается у мальчиков и у девочек.
Муковисцидоз связан с мутацией в гене CFTR (CYSTIC FIBROSIS TRANSMEMBRANE CONDUCTANCE REGULATOR, или МВТР —трансмембранный регулятор муковисцидоза). Этот ген локализован на длинном плече хромосомы 7(7q31.2). В настоящее время описано более полутора тысяч различных мутаций в этом гене, однако лишь несколько из них встречаются с частотой более 1%. Самой распространенной мутацией является Del F508 (делеция 3 нуклеотидов, кодирующих фенилаланин в положении 508). Доля ее в России составляет около 55% среди всех мутаций при муковисцидозе.

В Центре Молекулярной Генетики проводится определение 30 наиболее частых мутаций в гене CFTR: CFTRdele2,3 (del21kb), F508del, I507del, 1677delTA, 2143delT, 2184insA, 394delTT, 3821delT, G542X, W1282X, N1303K, L138ins, R334W, 3849+10kbC>T, 604insA, 3944 delGT, S1196X, 621+1g>t, E92K, 3272-26A>G, 4015delA, 4022insT, W1282R, 2789+5G>A, 3272-16 T>A, S466X, 1898+1 G>A, 3120+1G>A, R347P, S945L.

Также проводится поиск мутаций в кодирующей последовательности гена CFTR методом прямого автоматического секвенирования и поиск крупных делеций/дупликаций в гене методом MLPA.

Обширные делеции (инсерции) составляют 1-3% всех мутаций в гене CFTR. Крупные делеции (инсерции) локализуются в основном в области 2-3 и 20 экзонов, эти перестройки являются редкими, за исключением CFTRdele2,3 (del21kb) – второй по частоте мутации в славянской популяции (регистрация которой проводится среди 30 частых мутаций в гене CFTR). Поиск других крупных перестроек в гене CFTR (анализ числа копий гена CFTR) в Центре Молекулярной Генетики проводится методом количественной мультиплексной лигазной реакции с последующей амплификацией (MLPA-PCR-анализ).

Нами разработаны наборы для ДНК-диагностики муковисцидоза. Наборы предназначены для использования в диагностических лабораториях молекулярно-генетического профиля.

При проведении пренатальной (дородовой) ДНК-диагностики в отношении конкретного заболевания, имеет смысл на уже имеющемся плодном материале провести диагностику частых анеуплоидий (синдромы Дауна, Эдвардса, Шерешевского-Тернера и др), пункт 54.1. Актуальность данного исследования обусловлена высокой суммарной частотой анеуплоидий — около 1 на 300 новорожденных, и отсутствием необходимости повторного забора плодного материала.

Публикации по теме раздела

Муковисцидоз

Муковисцидоз, CFTR ч.м. — узнать цены на анализ и сдать в Москве

Метод определения
ПЦР, секвенирование



Выдаётся заключение врача-генетика!

Исследуемый материал
Цельная кровь (с ЭДТА)

Доступен выезд на дом

Исследование частых мутаций в гене CFTR.

Тип наследования.

Аутосомно-рецессивный.

Гены, ответственные за развитие заболевания. 

CFTR -трансмембранный регулятор муковисцидоза (CYSTIC FIBROSIS TRANSMEMBRANE CONDUCTANCE REGULATOR). Ген локализован на длинном плече хромосомы 7 в регионе 7q31.2.

Определение заболевания.

Наследственное заболевание, при котором поражаются экзокринные железы организма. К экзокринным железам относятся железы бронхолегочной системы, поджелудочная железа, печень, потовые, слюнные железы, железы кишечника, половые железы.

Патогенез и клиническая картина.

Секрет желез становится вязким, густым, из-за чего его выделение затрудняется. В легких из-за вязкого, часто гнойного секрета (мокроты), трудноотделяемого и скапливающегося в бронхах, довольно быстро (иногда уже в первые месяцы жизни), развиваются воспалительные процессы – повторные бронхиты и/или пневмонии с постепенным формированием хронического бронхолегочного процесса. У детей отмечается постоянный раздражающий (коклюшеподобный) кашель, одышка. Из-за недостатка ферментов поджелудочной железы у детей, больных муковисцидозом плохо переваривается пища, поэтому они отстают в весе, у них обильный, жирный, зловонный стул, плохо смывающийся с пеленок или с горшка. Из-за плохо отделяемой желчи у некоторых детей развивается цирроз печени, могут сформироваться камни в желчном пузыре. Мамы замечают соленый привкус кожи малыша, что связано с повышенной потерей ионов натрия и хлора с потом. Встречаются дети с преимущественным поражением либо легких (легочная форма), либо желудочно-кишечного тракта (кишечная форма), но чаще всего наблюдается смешанная форма муковисцидоза.

Частота встречаемости: 1:5000 в среднем, в разных популяциях — разная частота.

Перечень исследуемых мутаций может быть предоставлен по запросу.

Литература

1. Stepanova, A. Abrukova, E. Savaskina, A. Polyakov, the molecular genetic study of gene CFTR for cF patients from chuvash Republic // European Journal of Human Genetics V.19, supplement 2, May 2011(P12.063). P.402 




2. T. M. Sorokina, L. F. Kurilo, S. A. Kazakova, A. A. Stepanova, V. B. Chernykh; «CFTR gene mutations and TT-polymorphism in infertile men of Russia» //Europ. J. Hum. Genet. V.16, suppl 2: p.171. ESHG, May 2008, Barcelona, Spain.  




3. Stepanova A. A., N. V. Petrova, A. V. Polyakov «The molecular genetic study CFTR gene in the group of Russia CF-patients» //Europ. J. Hum. Genet. V.16, suppl 2: p.44. ESHG, May 2008, Barcelona, Spain.  




4. A. Chuhrova, I. Shagina, N. Petrova, A. Polyakov. A simple and rapid assay of the 11 more frequent mutations in CFTR gene. 10th Int Congress of Human Genetics, Vienna, Austria, May 2001./ Europ. J. Hum. Genet. May 2001 v.9 suppl. 1: p.405.




5. Beaudet, A. L., Feldman, G. L., Fernbach, S. D., Buffone, G. J., O’Brien, W. E. Linkage disequilibrium, cystic fibrosis, and genetic counseling. Am. J. Hum. Genet. 44: 319-326, 1989.

Муковисцидоз — лечение, симптомы, диагностика.

 ОПЫТ 

ЛЕЧЕНИЯ БОЛЬНЫХ МУКОВИСЦИДОЗОМ

 В МНОГОПРОФИЛЬНОЙ БОЛЬНИЦЕ 

   Муковисцидоз (МВ) — системное наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного регулятора муковисцидоза (МВТР) и характеризующееся поражением желез внешней секреции, тяжёлыми нарушениями функций органов дыхания и желудочно-кишечного тракта. МВ регистрируется в большинстве стран Европы с частотой 1:2000 — 1:2500 новорождённых. В России в среднем частота болезни 1:10000 новорождённых. С 2006 года  в Санкт-Петербурге проводится неонатальный скрининг всех новорожденных, по его результатам частота встречаемости МВ к 2012 году составила 1:10897.

  Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Ген МВТР был изолирован в 1989 году, локализуется в середине длинного плеча 7-й хромосомы. На сегодняшний день выделено более 1940 мутаций гена, ответственных за развитие симптомов МВ. Мутации гена в гомозиготном состоянии приводят к нарушению синтеза белка, формирующего хлорный канал в мембранах эпителиальных клеток, через который происходит пассивный транспорт ионов хлора.  Следствием этого является сгущение секрета желез внешней секреции, затруднение его эвакуации и изменение его физико-химических свойств, что, в свою очередь, и обуславливает клиническую картину заболевания. Изменения в поджелудочной железе, органах дыхания, желудочно-кишечном тракте регистрируются уже во внутриутробном периоде и с возрастом пациента неуклонно нарастают.

  В настоящее время более 30-40% наблюдаемых в России  пациентов старше 18 лет. С Центре интенсивной пульмонологии и торакальной хирургии ГМПБ №2 пациенты с МВ концентрируются с 2008 года. За последние годы число этих больных выросло до 30 человек. Возраст пациентов колеблется от 18 до 34 лет. К моменту перехода пациентов во взрослую сеть специалистам, занимающимся лечением МВ, приходится сталкиваться с множеством осложнений течения данного заболевания. На некоторых из них мы хотели бы остановиться.

  В связи с большим количеством вязкого секрета, скапливающегося в просвете бронхов и приводящего к их обтурации, наиболее частым осложнением МВ является развитие ателектаза доли, а иногда и целого легкого. Данное осложнение приводит к значимому снижению дыхательной функции и поэтому основной задачей профилактики является разжижение бронхиального секрета и его эвакуация. Ингаляционная терапия различными муколитическими препаратами (пульмозим, 6% гипертонический раствор) позволяет оказать максимальное лечебное воздействие на слизистую оболочку дыхательных путей и улучшить реологические свойства вязкой мокроты. В эвакуации бронхиального секрета огромную роль играют регулярное проведение кинезитерапии и занятия различными видами спорта. В Европейских клиниках, в частности в самом большом центре по лечению муковисцидоза в Европе в г. Верона, Италия, широко применяется в качестве кинезитерапии CPAP-терапия в тренировочном режиме. Положительное давление (рекомендуется 6-8 гПа) на вдохе  способствует лучшему отхождению секрета. Мы переняли опыт итальянских коллег и стали применять в нашем Центре CPAP-терапию с хорошим клиническим эффектом.

   Неуклонно прогрессирующее снижение дыхательной функции пациентов постепенно ведет к развитию тяжелых форм дыхательной недостаточности, что, в свою очередь, требует проведения длительной кислородотерапии на дому с помощью концентратора кислорода или неинвазивной вентиляции легких. Также у данной категории пациентов рано или поздно формируется хроническое легочное сердце и развивается вторичная легочная гипертензия, единственным способом профилактики которой также является как можно более раннее назначение оксигенотерапии. По нашим наблюдениям назначение длительной ночной кислородотерапии при нормальных показателях газового состава артериальной крови, но при  снижении ночной сатурации менее 90% значимо улучшает качество и продолжительность жизни больных.

  Еще одним грозным осложнением МВ является рецидивирующее легочное кровотечение. Раньше основным радикальным методом лечения кровотечений являлись резекции сегментов легкого, что значимо ухудшало дыхательную функцию пациентов. В последние годы при подобных осложнения  применяются эндоваскулярные методы лечения. Проведение аортографии с контрастированием бронхиальных артерий, выявлением источника кровотечения и последующей его эмболизацией микросферами позволяют малоинвазивным способом разрешить это угрожающее жизни осложнение. Далее (рис. 1) представлены ангиограммы пациента до и после окклюзии бронхиальных артерий, на которых наглядно показан эффект эмболизации.

 Рисунок 1. Ангиограммы больного К. до окклюзии бронхиальных артерий (А) и после эмболизации (В). 

  Эмфизематозное вздутие легких может сопровождаться спонтанным пневмотораксом, что приводит к резкому нарастанию дыхательной недостаточности. У больных МВ дренирование плевральной полости зачастую является неэффективным, поэтому проводятся или введение склерозантов или выполнение противорецидивных операций (плеврэктомия). Далее представлены рентгенограммы пациента с МВ, осложнившимся правосторонним пневмотраксом до операции (рис. 1), а затем рентгенограммы того же пациента после плеврэктомии (рис. 2).

Рисунок 2. Рентгенограмма пациента Т. с вторичным правосторонним спонтанным пневмотораксом.

Рисунок 3. Рентгенограмма пациента Т. После правосторонней плеврэктомии.

  Часто встречаемой и значимо ухудшающей качество жизни пациентов, является патология ЛОР-органов. По нашим наблюдениям практически в 100% случаев у больных развиваются синуситы или полипозные риносинусопатии. Данное осложнение может значимо усиливать явления дыхательной недостаточности, и несомненно требует лечебной коррекции. Чаще с данной проблемой удается справиться с помощью назальных ингаляций. Широко используются назальные души с последующим применением назальных стероидов. По нашим наблюдениям хорошего эффекта удается достичь ингаляциями пульмозима или 6% гипертонического раствора и будесонида с помощью небулайзера Pari sinus, который обеспечивает пульсирующую подачу аэрозоля лекарственного препарата в околоносовые пазухи с частотой 44.5Гц. Регулярное проведение ингаляций вышеописанными средствами приводит к значимому уменьшению отека слизистой и улучшению носового дыхания, сокращению полипов и уменьшению частоты обострений.

  Помимо бронхолегочных проблем у пациентов с МВ практически всегда имеется поражение желудочно-кишечного тракта. Синдромы мальдигестии и мальабсорбции, возникающие у больных с МВ, приводят к развитию внешнесекреторной недостаточности поджелудочной железы и, как следствие этого, формированию белково-энергетической недостаточности. Наряду с медикаментозной терапией в лечении больных с МВ главенствующей является коррекция нутритивного статуса пациента. По нашим наблюдениям наилучшего эффекта удается добиться при помощи белковых энпитов в виде напитков, позволяющих при небольшом объеме получить пациенту с МВ достаточного количества калорий. Нарушение всасывания в той или иной степени приводит к дефициту микроэлементом и жирорастворимых витаминов. Их нехватка может привести к развитию остеопороза или остеопении, анемии. Мониторирование биохимических показателей, регулярное выполнение УЗИ печени, ФГДС, а подозрении на цирроз и ультрасонографии позволяют на ранних  этапах выявить начальные стадии билиарного цирроза, и провести коррекцию лечения.

  Постепенное прогрессивное ухудшение функции поджелудочной железы, приводящее к уменьшению массы b-клеток, а также назначение системных кортикостероидов приводит к возникновению сахарного диабета 1  типа, развитие которого значимо ухудшает функцию дыхания пациентов. Частота сахарного диабета у больных с МВ колеблется от 2.5% до 32%, увеличиваясь пропорционально их возрасту. В связи с этим необходимо постоянное наблюдение эндокринолога, мониторинг уровня гликемии и гликированного гемоглобина. При необходимости подбор адекватной схемы инсулинотерапии.

  Таким образом, мультиорганное поражение органов и систем при МВ требует участия в лечении большого количества специалистов. Благодаря тому, что наш Центр расположен на базе многопрофильной больницы мы можем направить усилия всех наших специалистов на улучшение качества  и продолжительности жизни пациентов, страдающих МВ. 

Чтобы записаться на консультацию к врачу по поводу диагностики и лечения муковисцидоза в нашем центре —

позвоните по тел.:  +7 952 3598179 – Санкт-Петербург (СПб).

Муковисцидоз у детей и взрослых: что это, симптомы, лечение

Муковисцидоз – тяжелое врожденное заболевание, которое проявляется поражением тканей и секреторной функции экзокринных желез. Заболевание наследственное, с аутосомно-рецессивным наследованием (от обоих родителей-носителей мутантного гена). Нарушения в органах при муковисцидозе возникают уже во внутриутробную фазу развития, а с возрастом пациента прогрессивно нарастают. Чем раньше проявится муковисцидоз, тем тяжелее течение заболевания, и тем самым серьезнее может быть прогноз. Начальные проявления муковисцидоза наблюдаются обычно в самом раннем периоде жизни ребенка: в 75 % случаев обнаружение происходит в первые 2 года жизни, в более старшем возрасте гораздо реже. Пациентам с муковисцидозом необходимо постоянное лечение и наблюдение специалиста.

Клинические формы муковисцидоза

Встречаются следующие формы муковисцидоза:

• Легочная (муковисцидоз легких)
• Кишечная
• Смешанная (поражаются одновременно органы дыхания и пищеварительный тракт)
• Мекониевая непроходимость кишечника
• Атипичные формы

Деление муковисцидоза на формы условно, так как при преимущественном поражении респираторного тракта наблюдаются и нарушения органов пищеварения, а при кишечной форме развиваются изменения со стороны бронхолегочной системы.

Причины муковисцидоза

Причиной муковисцидоза служит генная мутация, в результате которой нарушается строение и функции белка МВТР (муковисцидозного трансмембранного регулятора), участвующего в водно-электролитном обмене эпителия, выстилающего бронхопульмональную систему, поджелудочную железу, печень, желудочно-кишечный тракт, органы репродуктивной системы – органы, в которых имеются экзокринные железы.

При муковисцидозе изменяются физико-химические свойства секрета экзокринных желез, он становится более густым, с повышенным содержанием белка и электоролитов. Задержка секрета в протоках вызывает их расширение и формирование кист, в наибольшей степени бронхолегочной и пищеварительной системах. Поражение бронхолегочной системы при муковисцидозе происходит вследствие затруднения отхождения мокроты (нарушение функции мерцательного эпителия), развития мукостаза (застоя вязкой слизи) и хронического воспаления. Нарушение проходимости мелких бронхов и бронхиол лежит в основе патологических изменений органов дыхания при муковисцидозе.

Симптомы муковисцидоза

К симптомам респираторной формы муковисцидоза в раннем возрасте относятся:

• бледностью кожного покрова
• вялостью
• слабостью
• малой прибавкой в весе при нормальном аппетите
• частыми ОРВИ
• постоянный приступообразный, коклюшеподобный кашель с густой слизисто – гнойной мокротой
• повторные затяжные (всегда двухсторонние) пневмонии и бронхиты
• сухие и влажные хрипы, а при обструкции бронхов — сухие свистящие хрипы.

Осложнения муковисцидоза

Со стороны респираторного тракта:

• синусит
• плеврит
• кровохарканье и легочные кровотечения
• пневмоторакс
• «легочное сердце»
• деструкция легких
• эмпиема плевры

В случае кишечной формы:

• сахарный диабет
• желудочные кровотечения
• цирроз печени
• синдром целиакии
• кишечная непроходимость
• выпадение прямой кишки
• отечный синдром
• вторичный пиелонефрит
• мочекаменная болезнь


Диагностика муковисцидоза

Постановка диагноза муковисцидоза предусматривает:

• изучение семейно-наследственного анамнеза
• ранних признаков заболевания
• клинических проявлений

Лабораторные и инструментальные методы диагностики:

• Общий анализ крови и мочи
• Копрограмму — исследование кала на наличие и содержание жира, клетчатки, мышечных волокон, крахмала (определяет степень ферментативных нарушений желез пищеварительного тракта)
• Микробиологическое исследование мокроты
• Бронхография
• Бронхоскопия
• Рентгенография легких
• Спирометрия (определяет функциональное состояние легких путем измерения объема и скорости выдыхаемого воздуха)
• Потовый тест — исследование электролитов пота — основной и наиболее информативный анализ на муковисцидоз
• Молекулярно-генетическое тестирование
• Пренатальная диагностика — обследование новорожденных на генетические и врожденные заболевания.

Лечение муковисцидоза

Поскольку муковисцидоз носит наследственный характер, то лечение муковисцидоза большей частью симптоматическое, направлено на восстановление функций дыхательного и желудочно-кишечного тракта, проводится на протяжении всей жизни пациента.

При преобладании кишечной формы муковисцидоза назначается диета с высоким содержанием протеинов (мясо, рыба, творог, яйца), с ограничением углеводов и жиров. Исключается грубая клетчатка, при лактазной недостаточности – молоко. Необходимо всегда подсаливать пищу, потреблять повышенное количество жидкости, принимать витамины.

Заместительная терапия при кишечной форме муковисцидоза включает в себя прием препаратов, содержащих пищеварительные ферменты: панкреатин. Для снижения вязкости пищеварительных секретов и улучшения их оттока назначают ацетилцистеин.

При лечении легочной формы муковисцидоза назначают муколитические средства (ацетилцистеин) в виде аэрозолей или ингаляций, иногда ингаляции с ферментными препаратами (химотрипсин, фибринолизин) ежедневно в течение всей жизни. При наличии острых проявлений пневмонии, бронхита проводят антибактериальную терапию. Параллельно с физиолечением применяют лечебную физкультуру, вибрационный массаж грудной клетки. С лечебной целью проводят бронхоскопическую санацию бронхиального дерева с использованием муколитических средств (бронхоальвеолярный лаваж).

Профилактика муковисцидоза 

Большое значение имеют вопросы планирования семьи, медико-генетическое консультирование пар, в которых есть больные муковисцидозом, диспансеризация пациентов с этим заболеванием.

Муковисцидоз — первые надежды

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.

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

Партнер номинации — медицинская компания «Инвитро».

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.

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

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].

CFTR относится к трансмембранным белкам , которые связывают АТФ и меняют за счет этого свою конформацию. Внутри белка открывается канал, который позволяет ионам хлора выходить из клетки наружу. После гидролиза АТФ канал закрывается (рис. 1).

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

В 1989 году был найден ген CFTR , кодирующий хлорный канал длиной 1480 аминокислот, и начат поиск мутаций, отвечающих за развитие муковисцидоза. Всего описано более 2000 мутаций в гене CFTR, однако только 250–300 из них приводят к муковисцидозу, а достаточно часто встречается (более чем у 0,1% больных) примерно 20 [11].

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].

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

Довольно редкие мутации класса IV (в сумме 1,7% пациентов) приводят к недостаточно сильному току ионов хлора через открытый канал CFTR [12]. Как правило, это замены положительно заряженных остатков аргинина в канале на незаряженные остатки. По-видимому, наличие положительных зарядов в канале необходимо для прохождения через него ионов Cl⁻. Для больных с этими мутациями характерно довольно легкое течение болезни, зачастую без легочных и панкреатических проявлений.

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.

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.

В итоге в 2005 году был синтезирован и отобран VX-770 — он оказался в 2000 раз мощнее генистеина и показал самый долгий период полувыведения у крыс среди всех аналогов (9,5 ч. ). Дальнейшее изучение VX-770 показало, что он не связывается с основными цитохромами P450 , не проявляет активности в отношении 160 важных рецепторов, в том числе нервной системы, не ингибирует сердечный калиевый канал hERG. Все это косвенно свидетельствует о приемлемой безопасности лекарственного кандидата, по крайней мере, на данной стадии.

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].

Такая эффективность дала основание компании Vertex установить на свой препарат очень высокую цену: годовой курс стоит в США $310 000. Недавние исследования, проведенные в США и Великобритании, показали, что такая цена неоправданно высока [30], [31].

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.

Три зарегистрированных препарата компании Vertex охватывают потребности примерно 60–70% пациентов и уже продаются больше, чем на $2 млрд (данные 2017 года). Однако и это еще не все — с помощью препаратов следующих поколений Vertex намеревается охватить более 90% пациентов. В том же 2017 году компания потратила на исследования $1,32 млрд.

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.

1. CFTR structure and regulation. CFTR.info;
2. Кистозный фиброз (муковисцидоз): микробиологическая диагностика хронической респираторной инфекции. (2018). Минздрав РФ;
3. Steven V. Molinski, Vijay M. Shahani, Adithya S. Subramanian, Stephen S. MacKinnon, Geoffrey Woollard, et. al.. (2018). Comprehensive mapping of cystic fibrosis mutations to CFTR protein identifies mutation clusters and molecular docking predicts corrector binding site. Proteins. 86, 833-843;
4. David C. Gadsby, Paola Vergani, László Csanády. (2006). The ABC protein turned chloride channel whose failure causes cystic fibrosis. Nature. 440, 477-483;
5. Bradley S Quon, Steven M Rowe. (2016). New and emerging targeted therapies for cystic fibrosis. BMJ. i859;
6. Mark T. Clunes, Richard C. Boucher. (2007). Cystic fibrosis: the mechanisms of pathogenesis of an inherited lung disorder. Drug Discovery Today: Disease Mechanisms. 4, 63-72;
7. H. Matsui, M. W. Verghese, M. Kesimer, U. E. Schwab, S. H. Randell, et. al.. (2005). Reduced Three-Dimensional Motility in Dehydrated Airway Mucus Prevents Neutrophil Capture and Killing Bacteria on Airway Epithelial Surfaces. The Journal of Immunology. 175, 1090-1099;
8. Richard C. Boucher. (2007). Cystic fibrosis: a disease of vulnerability to airway surface dehydration. Trends in Molecular Medicine. 13, 231-240;
9. Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства;
10. Виртуальные тропы реальных лекарств;
11. Isabelle Fajac, Claire E. Wainwright. (2017). New treatments targeting the basic defects in cystic fibrosis. La Presse Médicale. 46, e165-e175;
12. Michael J. Welsh, Alan E. Smith. (1993). Molecular mechanisms of CFTR chloride channel dysfunction in cystic fibrosis. Cell. 73, 1251-1254;
13. Luigi Maiuri, Valeria Raia, Guido Kroemer. (2017). Strategies for the etiological therapy of cystic fibrosis. Cell Death Differ. 24, 1825-1844;
14. Nadia Ameen, Mark Silvis, Neil A. Bradbury. (2007). Endocytic trafficking of CFTR in health and disease. Journal of Cystic Fibrosis. 6, 1-14;
15. Xin Meng, Jack Clews, Vasileios Kargas, Xiaomeng Wang, Robert C. Ford. (2017). The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) and its stability. Cell. Mol. Life Sci.. 74, 23-38;
16. Xin Meng, Jack Clews, Eleanor R. Martin, Anca D. Ciuta, Robert C. Ford. (2018). The structural basis of cystic fibrosis. Biochm. Soc. Trans.. 46, 1093-1098;
17. Tzyh-Chang Hwang, Jiunn-Tyng Yeh, Jingyao Zhang, Ying-Chun Yu, Han-I Yeh, Samantha Destefano. (2018). Structural mechanisms of CFTR function and dysfunction. J. Gen. Physiol.. jgp.201711946;
18. Diane E. Grove, Meredith F.N. Rosser, Richard L. Watkins, Douglas M. Cyr. (2011). Analysis of CFTR Folding and Degradation in Transiently Transfected Cells. Methods in Molecular Biology. 219-232;
19. Xin Meng, Jack Clews, Eleanor R. Martin, Anca D. Ciuta, Robert C. Ford. (2018). The structural basis of cystic fibrosis. Biochm. Soc. Trans.. 46, 1093-1098;
20. GWAS и психогенетика: консорциумы в поисках ассоциаций;
21. Sang Hyun Lim, Elizabeth-Ann Legere, Jamie Snider, Igor Stagljar. (2018). Recent Progress in CFTR Interactome Mapping and Its Importance for Cystic Fibrosis. Front. Pharmacol.. 8;
22. Sabine Hadida, Fredrick Van Goor, Jinglan Zhou, Vijayalaksmi Arumugam, Jason McCartney, et. al.. (2014). Discovery of N-(2,4-Di-tert-butyl-5-hydroxyphenyl)-4-oxo-1,4-dihydroquinoline-3-carboxamide (VX-770, Ivacaftor), a Potent and Orally Bioavailable CFTR Potentiator. J. Med. Chem.. 57, 9776-9795;
23. F. Van Goor, S. Hadida, P. D. J. Grootenhuis, B. Burton, D. Cao, et. al.. (2009). Rescue of CF airway epithelial cell function in vitro by a CFTR potentiator, VX-770. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 18825-18830;
24. Fredrick Van Goor, Kimberly S. Straley, Dong Cao, Jesús González, Sabine Hadida, et. al.. (2006). Rescue of ΔF508-CFTR trafficking and gating in human cystic fibrosis airway primary cultures by small molecules. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 290, L1117-L1130;
25. С миру по нитке: как соединились компоненты клинического исследования;
26. Путь к тысячам аптек начинается с одной молекулы;
27. Peter J Barry, Anna L Donaldson, Andrew M Jones. (2018). Ivacaftor for cystic fibrosis. BMJ. k1783;
28. Sanjay Patel, Ian P Sinha, Kerry Dwan, Carlos Echevarria, Michael Schechter, Kevin W Southern. (2015). Potentiators (specific therapies for class III and IV mutations) for cystic fibrosis. Cochrane Database of Systematic Reviews;
29. Piyameth Dilokthornsakul, Ryan N. Hansen, Jonathan D. Campbell. (2016). Forecasting US ivacaftor outcomes and cost in cystic fibrosis patients with the G551D mutation. Eur Respir J. 47, 1697-1705;
30. Penny Whiting, Maiwenn Al, Laura Burgers, Marie Westwood, Steve Ryder, et. al.. (2014). Ivacaftor for the treatment of patients with cystic fibrosis and the G551D mutation: a systematic review and cost-effectiveness analysis. Health Technology Assessment. 18;
31. Modulator treatments for cystic fibrosis: effectiveness and value. (2018). ICER;
32. Laura J. Byrnes, Yingrong Xu, Xiayang Qiu, Justin D. Hall, Graham M. West. (2018). Sites associated with Kalydeco binding on human Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator revealed by Hydrogen/Deuterium Exchange. Sci Rep. 8;
33. J. P. Clancy. (2014). CFTR Potentiators: Not an Open and Shut Case. Science Translational Medicine. 6, 246fs27-246fs27;
34. Patrick A. Flume, Theodore G. Liou, Drucy S. Borowitz, Haihong Li, Karl Yen, et. al.. (2012). Ivacaftor in Subjects With Cystic Fibrosis Who Are Homozygous for the F508del-CFTR Mutation. Chest. 142, 718-724;
35. F. Van Goor, S. Hadida, P. D. J. Grootenhuis, B. Burton, J. H. Stack, et. al.. (2011). Correction of the F508del-CFTR protein processing defect in vitro by the investigational drug VX-809. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 18843-18848;
36. D. M. Cholon, N. L. Quinney, M. L. Fulcher, C. R. Esther, J. Das, et. al.. (2014). Potentiator ivacaftor abrogates pharmacological correction of  F508 CFTR in cystic fibrosis. Science Translational Medicine. 6, 246ra96-246ra96;
37. Susanna A. McColley. (2016). A safety evaluation of ivacaftor for the treatment of cystic fibrosis. Expert Opinion on Drug Safety. 1-7;
38. N. Pedemonte. (2005). Small-molecule correctors of defective  F508-CFTR cellular processing identified by high-throughput screening. Journal of Clinical Investigation. 115, 2564-2571;
39. Marc A. Sala, Manu Jain. (2018). Tezacaftor for the treatment of cystic fibrosis. Expert Review of Respiratory Medicine. 12, 725-732;
40. Крупные подробности микроскопического мира: Нобелевская премия по химии 2017;
41. Marjolein Mijnders, Bertrand Kleizen, Ineke Braakman. (2017). Correcting CFTR folding defects by small-molecule correctors to cure cystic fibrosis. Current Opinion in Pharmacology. 34, 83-90;
42. . (2016). Poster Session Abstracts. Pediatr Pulmonol.. 51, S194-S485;
43. Scott L. Harbeson, Adam J. Morgan, Julie F. Liu, Ara M. Aslanian, Sophia Nguyen, et. al.. (2017). Altering Metabolic Profiles of Drugs by Precision Deuteration 2: Discovery of a Deuterated Analog of Ivacaftor with Differentiated Pharmacokinetics for Clinical Development. J Pharmacol Exp Ther. 362, 359-367;
44. Стрельцова Ю. (2017). Vertex обзавелась улучшенным «Калидеко» против муковисцидоза. «Мосмедпрепараты».

Page Not Found | European Lung Foundation

Sorry about that! Something went a little wrong there and we’ve encountered some kind of problem.

You can either click «Back» in your browser and try again, choose something else from the menu, or drop us a line to let us know there’s a problem.

Alternatively, we’ve had a look around the site for what you seem to be looking for and have found the following results:

По вашему запросу ничего не найдено. Попробуйте ввести похожие по смыслу слова, чтобы получить лучший результат.

Our projects

• AirPROM

  AirPROM (Airway Disease Predicting Outcomes through Patient Specific Computational Modelling) brings together experts and current research to build a computational model of the lung as a new way of characterising asthma and COPD. (Website in English)

• DRAGON

  DRAGON will use artificial intelligence (AI) and machine learning to deliver a decision support system for precise coronavirus diagnosis using CT scanning.
  A full project website will be available in early 2021. See below for information about the work packages, project partners and how to get involved.

• EARIP

  Bringing together experts to define how to reduce asthma deaths and hospitalisations across Europe. A ‘roadmap’ of priorities for clinicians, researchers, industry, and patient groups will be used to persuade EU funding policy makers to invest in asthma.

• Healthy Lungs for Life

  Healthy Lungs for Life is one of the largest ever lung health campaigns, raising awareness of the importance of healthy lungs through a full range of events, projects and promotional activities.
  
  Four themes are highlighted as part of the campaign: breathing clean air, quitting smoking, vaccination and being active.

• SmokeHaz

  SmokeHaz is a collaboration between the European Respiratory Society (ERS), European Lung Foundation (ELF) and the UKCTAS. The organisations joined forces to provide a website aimed at policy makers focused on the respiratory health hazards associated with smoking.

• U-BIOPRED

  A large scale public-private research initiative. Information and samples from more than 1,000 adults and children are being used to learn more about different types of asthma to ensure better diagnosis and treatment for each person. (Website in English)

• Lung cancer patient priorities

• FRESH AIR

  FRESH AIR is an EU Horizon 2020 project which aims to improve the health of people at risk of or suffering from chronic lung conditions in countries where resources are limited, such as Uganda, Vietnam, the Kyrgyz Republic and Greece. By training local healthcare professionals in these countries, FRESH AIR will introduce effective actions for preventing, diagnosing and treating lung conditions. Smoke and indoor pollution are specific areas that the project will focus on.

• 3TR

  3TR is the largest IMI project yet, focussing on diseases autoimmune, inflammatory and allergic diseases including COPD and asthma. The project aims to provide insights into mechanisms of response and non-response to treatment across different diseases.

MEDISON.RU — Ультразвуковая диагностика в оценке состояния детей при муковисцидозе

УЗИ аппарат RS85

Революционные изменения в экспертной диагностике. Безупречное качество изображения, молниеносная скорость работы, новое поколение технологий визуализации и количественного анализа данных УЗ-сканирования.

Введение

Муковисцидоз — это частое моногенное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного регулятора белка, характеризующееся поражением всех экзокринных желез жизненно важных органов и имеющее обычно тяжелое течение и неблагоприятный прогноз. Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу и рано приводит к стойкой инвалидизации, снижению продолжительности жизни больных, необходимости постоянного диспансерного наблюдения и проведения лечебных мероприятий. Распространенность муковисцидоза в нашей стране составляет 1 из 5000 новорожденных. Проблема своевременной диагностики муковисцидоза, раннего начала терапии и активной реабилитации больных актуальна не только с медицинской, но и социальной точки зрения [1, 2].

В начальной стадии патологического процесса болезнь проявляется в 43 % случаев респираторным синдромом, в 12 — кишечным и в 45 % — их сочетанием. Патогенез поражения аппарата внешнего дыхания при муковисцидозе сходен с механизмами, нарушающими деятельность пищеварительных желез, хотя и имеет свои особенности. Вязкий секрет слизистых желез бронхиального дерева закупоривает мельчайшие бронхи с последующим развитием участков эмфиземы, нарушением равномерности вентиляции легких и артериальной гипоксии. Обструктивные изменения сосудов малого круга кровообращения приводят к легочной гипертензии, правожелудочковой недостаточности и формированию хронического легочного сердца. Характер и степень поражения легких являются определяющими для жизни больного, поскольку от легочных осложнений погибает до 90 % больных муковисцидозом [3]. Немаловажная роль в патогенезе заболевания отводится поражениям системы пищеварения и прежде всего — поджелудочной железы и печени. Однако изменениям желудочно-кишечного тракта, к сожалению, уделяется незначительное внимание, что приводит подчас к серьезным ошибкам в терапии больных муковисцидозом и развитию у них тяжелых осложнений, требующих иногда хирургического лечения [4].

В настоящее время произошел значительный прогресс в решении проблемы муковисцидоза: открыт ген муковисцидоза, разработаны современные принципы терапии и реабилитации больных, что значительно повышает качество жизни пациентов и увеличивает ее продолжительность. Актуальным остается вопрос о своевременной диагностике муковисцидоза. Несмотря на манифестный характер этого заболевания, муковисцидоз отличается многообразием клинической картины, что представляет значительные трудности в диагностике, требует дифференциации со многими заболеваниями и создает условия для диагностических ошибок. Муковисцидоз часто ошибочно принимают за хроническую пневмонию, бронхиальную астму, рецидивирующий или обструктивный бронхит, острую кишечную инфекцию и кишечную непроходимость [5]. Полисиндромность смешанной формы муковисцидоза проявляется в сочетании бронхообструкции с кишечными нарушениями и дефицитом массы тела, т.е. классической триадой клинических симптомов муковисцидоза, что должно нацеливать клиницистов на проведение лабораторных методов: определение хлоридов пота и ДНК-диагностику. Только совокупность характерных анамнестических, клинических, рентгенологических сведений и повышение показателей хлоридов в поте позволяют верифицировать диагноз «муковисцидоз». Диагностические ошибки влекут за собой ошибочные терапевтические мероприятия, что, в свою очередь, усугубляет тяжесть заболевания и его прогноз. С целью предотвращения развития таких осложнений, как кровотечение из верхних отделов пищеварительного тракта в результате цирроза печени (ЦП) и портальной гипертензии, используются визуальные методы диагностики, в частности, ультразвуковой.

Внедрение новейших высокоинформативных технологий, в том числе допплерографических методик, дают возможность оценить не только состояние желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы и гепатобилиарной системы у больных муковисцидозом, но и состояние кровотока в сосудах системы воротной вены и чревного ствола, позволяют расширить диагностический диапазон и выработать дополнительные критерии диагностики. На современном этапе эти вопросы остаются актуальными, поскольку все еще у значительной части больных диагноз уточняется в поздние сроки [5].

Цель настоящего исследования — сопоставление клинико-лабораторных и ультразвуковых данных для выявления дополнительных критериев диагностики муковисцидоза у детей.

Материалы и методы

В НЦЗД РАМН за период с 2001 по 2005 г. было обследовано 38 детей в возрасте от 1 месяца до 17 лет со смешанной формой муковисцидоза. Диагноз муковисцидоза базировался на наличии хронического бронхолегочного процесса, типичного кишечного синдрома, случаев муковисцидоза у сибсов, положительного потового теста и данных генетического исследования.

Всем больным проводилось полное клинико-лабораторное обследование с анализом анамнестических данных. Клинические и биохимические исследования включали: общий анализ крови, протеинограмму, определение билирубина и его фракций, АЛТ и АСТ, липазы, амилазы, щелочной фосфатазы, гамма-глютамилтрансферазы, иммунологическое обследование, общий анализ мочи, копрограмму, посев мокроты на микрофлору и чувствительность к антибиотикам, рентгенографию грудной клетки и придаточных пазух носа, исследование функции внешнего дыхания, электрокардиографию, потовую пробу, ДНК-диагностику, исследования показателей липидного и углеводного обменов. Определялись маркеры гепатита В, С, Д. Правильный направляющий диагноз был поставлен лишь у половины детей, несмотря на то, что в 80 % случаев первые симптомы заболевания появились уже на первом году жизни пациентов, но это можно объяснить полиморфностью клинических симптомов муковисцидоза [4].

Пациенты с муковисцидозом были разделены на две группы по степени тяжести заболевания в соответствии со шкалой Швахмана-Брасфильда в модификации С.В. Рачинского и Н.И. Капранова. Первую группу составили 22 ребенка с течением заболевания средней тяжести (оценка по шкале Швахмана-Брасфильда составила 54,2±0,4 балла) и вторую группу — 16 детей с тяжелым течением муковисцидоза (38,1±0,2 балла). Диагноз муковисцидоза у больных подтверждался положительным потовым тестом, который проводился неоднократно классическим методом пилокарпинового электрофореза по Гибсону-Куку титрованием хлором в лаборатории НЦЗД РАМН и РДКБ. У всех обследованных детей концентрация хлоридов в потовой жидкости составляла в среднем 81,5±1,4 ммоль/л (при норме менее 60 ммоль/л) и достаточной навеске пота более 150 мг. Всем детям проводилась ДНК-диагностика с определением генотипа.

Респираторный синдром клинически характеризовался приступообразным кашлем с вязкой, трудноотделяемой мокротой, одышкой. Симптомы «барабанные пальцы» и «часовые стекла» наблюдались у 9 детей с тяжелым течением заболевания.

Нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта в основном проявлялись в виде характерного синдрома мальабсорбции: вздутие и увеличение размеров живота, учащение стула, полифекалия, резко зловонный, блестящий замазкообразный стул, иногда с видимой стеатореей, плохая прибавка массы тела часто при повышенном аппетите, снижение мышечного тонуса и тургора тканей. Лишь у небольшого числа больных отмечалась склонность к запорам, но у этих детей при ультразвуковом исследовании кишечника имело место расширение ампулы прямой кишки.

Всем пациентам проводилось ультразвуковое исследование органов брюшной полости, забрюшинного пространства и сердца (ЭхоКГ) с помощью современных ультразвуковых диагностических аппаратов с использованием датчиков с частотами 3,5-5 и 6-8 МГц по общепринятым методикам. Допплерографические методики исследования включали оценку кровотока (линейные и объемная скорости) по сосудам портальной системы (воротная и селезеночная вены) и сосудам чревного ствола (индексы резистентности общей печеночной и селезеночной артерий). Определялась форма кривой кровотока по средней печеночной вене. Проводилось исследование центральной и внутрисердечной гемодинамики, оценивалось давление в легочной артерии. Эндоскопическое исследование верхних отделов желудочно-кишечного тракта было проведено 12 больным.

При статистической обработке полученных результатов вычисляли процентные отличия показателей у больных детей от показателей контрольной группы (соответственно возрасту пациентов), которую составили 80 здоровых сверстников. В связи с небольшим количеством пациентов деление на возрастные группы не представлялось возможным из-за малочисленности подгрупп. В группу сравнения вошли 100 больных с хроническими гепатитами В и С и 60 больных с циррозом печени в исходе хронических гепатитов В и С и билиарным циррозом печени. Достоверными считались различия при р<0,05.

Результаты и обсуждение

По данным ЭхоКГ у больных со средней тяжестью течения муковисцидоза отмечалось умеренное параллельное развитие дилатации полости правого желудочка (Дд ПЖ) и утолщение миокарда его стенок (Тм ПЖ), что в среднем составило 29,4±4,8 и 18,8±3,3 % соответственно (табл. 1). Такие факторы, как увеличение сроков заболевания, тяжесть его течения, степень нарушения показателей функции внешнего дыхания, уровень гипоксемии и гиперкапнии в большей степени влияют на величину объема полости ПЖ, чем на толщину миокарда. Изменения со стороны левого желудочка выражались в уменьшении его размеров (Дд ЛЖ) в среднем на 9,6±5,8 %, снижении насосной функции сердца (УО) на 19,6±3,3 % от должного, а также сократительной способности миокарда: ФИ понижалась до 0,56±0,04 (при норме 0,65±0,04), что, возможно, было связано с дистрофическими процессами в сердечной мышце [6]. Толщина миокарда левого желудочка (Тм ЛЖ) у детей этой группы была в пределах нормы. Внутрисердечная гемодинамика характеризовалась наличием умеренной недостаточности трикуспидального клапана (+/++) при максимальной скорости регургитации 2,2±0,4м/с и градиентом давления 19,5 мм рт.ст. Это свидетельствовало об умеренном повышении давления в системе легочной артерии, которое, в среднем по группе, составило 24,6 мм рт.ст. (при норме 15 мм рт.ст.).

Таблица 1. Эхокардиографические показатели у детей с муковисцидозом в зависимости от тяжести течения (% к должным величинам).

Показатель	Течение муковисцидоза
	средней тяжести (n=22)	тяжелое (n=16)
Дд ПЖ	+29,4±4,8*	+46,8±6,4*ˆ
Тм ПЖ	+18,8±3,3*	+30,8±5,4*ˆ
Дд ЛЖ	-9,6±5,8	-21,4±5,6*ˆ
Тм ЛЖ	+2,3±5,8	+30,4±4,9*ˆ
УО	-19,6±3,3*	-27,4±5,3*ˆ
ФИ (усл. ед)	0,56±0,04	0,52±0,03*
Регургитация на ТК	+/++	++/+++
V max рег. на ТК (м/с)	2,2±0,4	3,2±0,26 ˆ
Давление в ЛА (мм рт. ст.)	24,6±1,4	46,4±2,6*ˆ

Примечание. * — достоверность различий при сравнении с контрольной группой, ˆ — достоверность различия между группами в зависимости от течения муковисцидоза (p<0,05).

В группе детей с тяжелым течением муковисцидоза выраженность эксцентрической гипертрофии ПЖ была достоверно выше, чем у больных с течением муковисцидоза средней тяжести. Дилатация полости ПЖ преобладала над гипертрофией миокарда. Параметры ЛЖ изменялись разнонаправлено: диаметр полости был, как правило, уменьшен, в то время как толщина миокарда увеличена, т.е. возникала так называемая концентрическая гипертрофия ЛЖ. Согласно данным Н.И. Капранова [6], утолщение миокарда ЛЖ можно объяснить не только включением артериоло-артериолярных анастомозов при высокой легочной гипертензии, увеличивающим «постнагрузку» на ЛЖ, но и выраженным межуточным отеком и лимфоидноклеточной инфильтрацией миокарда. На отсутствие истинной гипертрофии указывало значительное нарушение насосной функции сердца: УО был снижен на 27,4±4,4 % от должного, а ФИ была уменьшена до 0,52±0,05. Изменения транстрикуспидального кровотока выражались в довольно значительной регургитации (++/+++) при максимальной скорости около 3 м/с, что свидетельствовало о существенной легочной гипертензии — в среднем по группе 46,4 мм рт.ст.

Анализ результатов полученных данных показал, что у детей с муковисцидозом изменения морфометрических и функциональных параметров сердца, а также показателей внутрисердечной гемодинамики зависят от тяжести течения заболевания. У больных муковисцидозом по мере прогрессирования процесса происходит повышение давления в системе легочной артерии, причиной которого может быть нарастание гипоксемии, гиперкапнии, снижения вентиляционной способности легких. У детей с тяжелым течением муковисцидоза ультразвуковые признаки бивентрикулярной недостаточности, выражающейся в эксцентрической гипертрофии правого желудочка, концентрической гипертрофии левого желудочка, нарушении насосной функции сердца и контрактильной способности миокарда, были достоверно выше, чем у детей со средней тяжестью течения муковисцидоза.

При ультразвуковом исследовании гепатобилиарной системы у всех детей с течением муковисцидоза средней тяжести отмечались различные изменения желчного пузыря: у 8 пациентов его размеры были увеличены, у 4 детей — уменьшены, у 3 — желчный пузырь не визуализировался, у 2 детей на эхограмме в области проекции желчного пузыря определялся гиперэхогенный тяж, что могло быть связано с его склерозированием (рис. 1а). В группе детей с тяжелым течением муковисцидоза увеличение размеров желчного пузыря отмечено лишь у 3 детей, уменьшение его размеров — у 6 больных, не визуализировался — у 3 детей и у 3 пациентов имели место признаки его склерозирования.

Рис. 1. Эхограмма желчного пузыря ребенка.

а) При муковисцидозе средней тяжести (склерозированный пузырь).

б) При тяжелым течении муковисцидоза.

Независимо от тяжести течения муковисцидоза аномалии развития желчного пузыря в виде различных перегибов: в области дна, тела, воронки, а также «S-образная» форма наблюдались у 18 детей. У 14 пациентов в просвете пузыря определялась «взвесь», у 3 детей — неполные перегородки в области шейки пузыря, у 3 детей старшего возраста имели место множественные конкременты размером от 6 до 12 мм. Стенки желчного пузыря были утолщены до 4 мм у 6 детей старшего возраста и до 2 мм — у 10 пациентов. У 5 детей с тяжелым течением муковисцидоза утолщение стенок желчного пузыря составило от 6 до 14 мм и у 2 из них определялся варикоз сосудов его стенок (рис. 1 б).

При ультразвуковом исследовании поджелудочной железы у 16 из 22 детей с течением муковисцидоза средней тяжести (68 %) и у всех детей с тяжелым течением заболевания (100 %) отмечалось ее увеличение, которое, как правило, сочеталось с повышением эхогенности паренхимы и ее неоднородностью вследствие чередования изо. и гиперэхогенных участков. Возможно, разрешающая способность ультразвуковых приборов даже такого класса, на которых выполнялась работа, все еще не позволяет дифференцировать гиперэхогенные участки как очень мелкие кисты. У 4 детей первой группы и у 3 пациентов второй группы (21 %) на фоне гиперэхогенной неоднородной паренхимы по переднему контуру поджелудочной железы определялись анэхогенные участки с беспорядочным расположением, размером от 4 до 11 мм, что расценивалось как кисты поджелудочной железы (рис. 2). По данным других авторов, кисты поджелудочной железы наблюдались в 9 % случаев и представляли собой аневризматически расширенные участки вирсунгова протока [7]. У 18 пациентов обеих групп наблюдались гиперэхогенные параллельные эхо-сигналы, чаще в паренхиме хвоста поджелудочной железы, что оценивалось как уплотнение стенок сосудов в этой области. У 6 больных младшего возраста с течением муковисцидоза средней тяжести изменений поджелудочной железы не было. Панкреатическая недостаточность, определяемая по уровню эластазы-1 в стуле, выявлена у 4 пациентов с течением муковисцидоза средней тяжести и у 7 детей — с тяжелым течением муковисцидоза. По данным некоторых авторов, поджелудочная железа вовлекается в процесс в 80 % случаев и ее дисфункция является вторичной, вызванной механической закупоркой выводных протоков вязким слизистым секретом [4, 8]. Выделение энзимов поджелудочной железой бывает нарушено полностью или частично, и секреторная недостаточность обнаруживается уже на самых ранних этапах периода новорожденности. В результате изменений панкреатической секреции нарушается двигательная функция кишечника, возникают поносы или запоры. Нормальное всасывание жиров становится невозможным, что приводит к появлению обильного, зловонного, «вязкого стула сального вида». Эти симптомы появляются в возрасте 1-3 месяцев, но могут развиваться и позднее [8]. Тяжелое течение муковисцидоза может приводить к тотальному перерождению поджелудочной железы, когда эхографически она определяется как гиперэхогенный тяж небольших размеров с кальцинатами в паренхиме. В наших наблюдениях таких изменений поджелудочной железы не отмечалось. При современном лечении адекватными дозами панкреатических ферментов кальцинаты в паренхиме поджелудочной железы практически не встречаются [1, 4].

Рис. 2. Эхограмма поджелудочной железы ребенка с тяжелым течением муковисцидоза.

У всех детей при ультразвуковом исследовании печени наблюдалось достоверное увеличение обеих ее долей различной степени выраженности (табл. 2).

Таблица 2. Размеры печени и селезенки по данным эхографии у детей с муковисцидозом в зависимости от тяжести течения (% к должным величинам).

Примечание. * — достоверность различий при сравнении с контрольной группой, ˆ — достоверность различия между группами в зависимости от течения муковисцидоза (p<0,05).

Так, в первой группе пациентов со средней тяжестью течения муковисцидоза увеличение верхненижнего размера для левой доли в среднем по группе составило 19,3±0,5 % и для правой доли — 12,8±0,4 % по сравнению с контрольной группой. Во второй группе с тяжелым течением муковисцидоза отмечалось увеличение левой доли на 25,5±0,8 % и правой — на 18,6±0,3 %. У 18 детей первой группы и у всех детей второй группы паренхима печени была гиперэхогенной и неоднородной. У 4 детей с течением муковисцидоза средней тяжести ультразвуковая картина печени соответствовала возрастной норме. Изменения структуры печени отличались большим разнообразием — от мелкоочаговой диффузной до крупноочаговой неоднородности (табл. 3).

Таблица 3. Распределение детей по типу неоднородности паренхимы в зависимости от тяжести течения муковисцидоза.

Так, у 5 детей из обеих групп имела место мелкоочаговая диффузная неоднородность паренхимы печени (рис. 3), что эхографически соответствовало признакам ее жировой инфильтрации [9-11]. Ведущая роль в оценке состояния паренхимы печени отводится морфологическим исследованиям, которые считаются «золотым стандартом» диагностики [9, 12]. Однако, несмотря на высокую информативность биопсии, она не может быть включена в алгоритм обследования больных муковисцидозом из-за своей травматичности и опасности осложнений. В наших исследованиях биопсия печени не проводилась, но по данным других авторов у всех больных муковисцидозом без клинических признаков цирроза печени отмечалась жировая дистрофия гепатоцитов [11, 12].

Рис. 3. Эхограмма печени ребенка с тяжелым течением муковисцидоза.

У детей с мелкоочаговой диффузной неоднородностью паренхимы печени (5 пациентов) изменений со стороны размеров и структуры паренхимы селезенки не наблюдалось. Допплерографические показатели кровотока как по сосудам портальной системы, так и сосудам чревного ствола были в пределах нормальных значений соответственно возрасту пациентов. Кровоток по средней печеночной вене имел нормальную трехфазную форму.

Помимо увеличения печени и мелкоочаговой диффузной неоднородности ее паренхимы у этих же детей определялось увеличение размеров и гиперэхогенность паренхимы поджелудочной железы. Такое сочетание эхо-признаков обычно наблюдается у больных сахарным диабетом. Клинико-лабораторных подтверждений признаков так называемого муковисцидозозависимого сахарного диабета выявлено не было, но у этих детей имело место нарушение толерантности глюкозы. Так, по данным Н.Ю. Каширской [10], у больных муковисцидозом отмечается хорошее всасывание углеводов, но метаболизм их может быть нарушен вплоть до развития сахарного диабета. Автор наблюдала нарушение толерантности глюкозы у 53 % больных, а инсулинозависимый сахарный диабет (муковисцидозозависимый тип) как манифестную форму эндокринного поражения поджелудочной железы — у 1 % больных.

У 12 пациентов первой группы паренхима печени характеризовалась среднеочаговой диффузной неоднородностью, причем у 8 из них визуализировался просвет внутрипеченочных желчных протоков (1-2 мм), стенки их были гиперэхогенными. Желчный пузырь у этих больных был деформирован, увеличен, сократительная функция пузыря в пробе с желчегонным завтраком была снижена, стенки пузыря утолщены до 2-3 мм. Ультразвуковые размеры селезенки, ее паренхима, диаметр селезеночной вены и допплерографические параметры кровотока в среднем по группе были в пределах возрастной нормы. Такая эхографическая картина могла соответствовать как признакам дискинезии желчевыводящих путей, так и хронического гепатита В, возникновение которого нельзя исключить у детей с муковисцидозом [9]. Однако, учитывая клинико-лабораторные данные: отсутствие маркера хронического гепатита В, нормальные уровни АЛТ и АСТ, повышение щелочной фосфотазы в среднем до 460 ед/л, такое состояние было расценено как дискинезия желчевыводящих путей с явлениями холестаза. По данным Н.Ю. Каширской [10], у 3 % детей с муковисцидозом выявлялись маркеры хронического гепатита В и хронического гепатита С. Автор считает, что больным муковисцидозом как группе риска по инфицированию вирусными гепатитами, передающимися преимущественно парентеральным путем, показано проведение профилактической вакцинации.

У 9 из 12 пациентов на фоне среднеочаговой диффузной неоднородности паренхимы печени определялись гиперэхогенные тяжи по ходу ветвей воротной вены равномерно и неравномерно утолщенные (рис. 4), что указывало на наличие фиброза различной степени выраженности.

Рис. 4. Эхограмма печени ребенка с течением муковисцидоза средней тяжести.

В наших предыдущих исследованиях проводилось сопоставление ультразвуковых и морфологических данных у детей с хроническим гепатитом различной этиологии и было установлено, что равномерно утолщенные тяжи соответствуют минимально выраженному фиброзу и неравномерно утолщенные — признакам тяжелого фиброза [9]. Увеличение продольного размера селезенки у 9 детей с признаками фиброза в среднем составило 10 % по сравнению с данными контрольной группы, отмечалось достоверное увеличение объемного кровотока по воротной вене и повышение индекса резистентности в общей печеночной артерии. Изменения допплерографических параметров в селезеночных сосудах не были достоверными (табл. 4). Кровоток по средней печеночной вене был трехфазным у 4 пациентов и двухфазным — у 5 детей с признаками фиброза.

Таблица 4. Допплерографические показатели у детей с муковисцидозом в зависимости от тяжести течения (% к должным величинам).

Примечание. * — достоверность различий при сравнении с контрольной группой, ˆ — достоверность различия между группами в зависимости от течения муковисцидоза (p<0,05).

Выраженная «тяжистость» печеночного рисунка вследствие множественных гипоэхогенных участков паренхимы, размер которых составил от 7 до 15 мм, между гиперэхогенными тяжами по ходу сегментарных ветвей воротной вены неравномерно утолщенных (рис. 5 а) определялась у 9 пациентов обеих групп (см. выше). Эти изменения паренхимы печени напоминали эхографическую картину при аутоиммунном гепатите и соответствовали морфологической картине выраженного фиброза [13, 14]. У этих детей отмечалось увеличение продольного размера селезенки в среднем на 15 %, расширение ствола воротной и селезеночной вены. Допплерографические показатели достоверно отличались от должных величин, что косвенно подтверждало их зависимость от степени выраженности фиброза.

Рис. 5. Эхограммы печени ребенка с тяжелым течением муковисцидоза.

У 8 детей второй группы с тяжелым течением муковисцидоза паренхима печени имела крупноочаговую неоднородность. Контур печени был неровный из.за дольчатости, которая была связана с выраженной гиперэхогенностью межсегментарных перегородок. В паренхиме печени определялись единичные и множественные изоэхогенные узлы размером от 8 до 32 мм на фоне неравномерно утолщенных тяжей по ходу сегментарных ветвей воротной вены (рис. 5 в). Продольный размер селезенки у всех детей этой группы был увеличен и в среднем составил 28,2±2,6 % по сравнению с контрольной группой (см. табл. 2). У 3 из 8 пациентов селезенка имела округлую форму, т.е. продольный и поперечный размеры были равныПаренхима селезенки характеризовалась выраженной неоднородностью и гиперэхогенностью. Визуализировались множественные внутриорганные ветви селезеночной вены с гиперэхогенными стенками. Дополнительные дольки селезенки диаметром 5 и 11 мм в области ее нижнего полюса определялись у 2 детей. Допплерографические показатели косвенно свидетельствовали о развитии портальной гипертензии: увеличение объемного кровотока по сосудам портальной системы в основном за счет расширения диаметра стволов воротной и селезеночной вены, наличие кровотока по пупочной вене (у 2 детей), повышение индекса резистентности в сосудах чревного ствола (см. табл. 3). Кровоток по средней печеночной вене имел двухфазную и линейную формы. Желчный пузырь при этом у 2 пациентов был небольших размеров с утолщенными стенками до 8-14 мм и варикозным расширением их сосудов (см. рис. 1б). Одновременно определялось утолщение стенок пилорического отдела желудка, их слоистость и варикоз сосудов в них, что подтверждалось данными гастроскопии. Все это также свидетельствовало о признаках портальной гипертензии. Учитывая клинико-лабораторные и ультразвуковые данные у 8 (50 %) детей с тяжелым течением муковисцидоза, был диагностирован цирроз печени с признаками портальной гипертензии. Полученные результаты согласуются с данными других авторов, которые отмечали цирроз печени у 4 (53 %) больных с муковисцидозом [4, 7, 10, 11, 14, 15].

Исследования показали, что выявленные изменения гепатобилиарной системы, поджелудочной железы и сердца отражают механизмы патогенеза и динамику течения муковисцидоза у детей. Респираторный синдром влечет за собой гипоксемию, гиперкапнию, снижение вентиляционной способности легких и как следствие этих процессов развивается хроническое легочное сердце. Степень выраженности бивентрикулярной недостаточности отражает динамику течения муковисцидоза.

Изменения поджелудочной железы (увеличение размеров, неоднородность и гиперэхогенность паренхимы) имели место у 68 % детей с течением муковисцидоза средней тяжести и у 100 % детей с тяжелым течением муковисцидоза. Эти изменения можно объяснить нарушениями образования и выделения электролитной фракции панкреатического сока, который приобретает вязкую консистенцию за счет высокой концентрации макромолекулярных веществ. Все остальные процессы в поджелудочной железе вторичны и связаны с замедлением оттока секрета, действием мощных протеаз, что влечет за собой сначала ее увеличение с повышением эхогенности и появлением неоднородности паренхимы, а затем уменьшение размеров и образованием кист и кальцинатов.

Недостаточное образование электролитной фракции желчи вызывает сгущение органических веществ в ней с развитием холестаза в печеночных протоках и образованием склерозированного желчного пузыря, утолщением и уплотнением его стенок, уменьшением его размера и конкрементами в просвете пузыря [8, 10-12]. По данным ряда авторов, холестаз может привести к возникновению гепатита с последующим развитием фиброза и цирроза печени. Считают, что очаговый билиарный фиброз является патогномоничным поражением печени при муковисцидозе [8, 10, 11, 15].

Результаты нашего исследования показали, что неоднородность паренхимы печени у детей с муковисцидозом менялась по мере прогрессирования заболевания. Мелкоочаговая и среднеочаговая диффузная неоднородность с минимально выраженным фиброзом наблюдалась у 68 % больных со средней тяжестью течения муковисцидоза. «Тяжистость» печеночного рисунка и крупноочаговая неоднородность вплоть до развития цирроза печени имела место у 87 % детей с тяжелым течением муковисцидоза. Распространение фиброза вызывает одно из ранних осложнений — мультинодулярный цирроз печени с последующей портальной гипертензией. Это осложнение следует диагностировать как можно раньше, чтобы по возможности избежать значительного варикозного расширения вен пищевода: определение уровня щелочной фосфотазы гамма-глютамилтранферазы, проведение УЗИ и фиброэндоскопии [16]. По результатам нашего исследования фиброз различной степени выраженности наблюдался у 67 % детей с муковисцидозом и у 50 % из них сформировался цирроз печени. По данным других авторов, признаки фиброза встречаются практически у всех больных муковисцидозом, и у 4 (53 %) пациентов они приводят к развитию цирроза печени с синдромом портальной гипертензии, когда единственным радикальным методом лечения может быть трансплантация печени [4, 7, 11, 12, 14-16]. Морфологические данные подтверждают признаки биларного цирроза печени: белковая и белковолипоидная дистрофия гепатоцитов, расширение и фиброз портальных трактов, нарушение балочного строения печеночной дольки, пролиферация желчных протоков, образование ложных долек, умеренно выраженная воспалительная инфильтрация [10, 11].

Поражение гепатобилиарной системы отражает тяжесть течения муковисцидоза, но клинические проявления встречаются относительно редко. Нарушения функции печени умеренные, так как сохраняется достаточное количество неповрежденных печеночных клеток. По данным Т.Е. Гембицкой [17], наиболее частым симптомом поражения печени является гепатомегалия, которая отмечалась у 30 % больных с муковисцидозом, но при этом автор предостерегает, что не следует забывать о гепатоптозе, обусловленном эмфиземой легких. В наших исследованиях измерение верхненижнего размера долей печени исключает это. Учитывая бессимптомность или субклиническое течение поражений печени у больных муковисцидозом, диагностический поиск этой патологии должен быть активным и с целью раннего выявления этих изменений большое значение приобретают лабораторные исследования и, в частности, ультразвуковое исследование и сцинтиграфия печени с ^99mТс [17].

Выводы

Таким образом, комплексная ультразвуковая оценка состояния паренхимы печени и кровотока по сосудам портальной системы и сосудам чревного ствола позволяет уточнить степень выраженности фиброза в ткани печени и выявить начальные признаки портальной гипертензии. Допплерографические и ЭхоКГ параметры могут быть использованы как дополнительные критерии диагностики тяжести течения муковисцидоза. У всех больных муковисцидозом независимо от тяжести и длительности заболевания рекомендуется регулярно, не менее 1 раза в 6 мес, проводить полное клинико-лабораторное обследование, включающее ультразвуковое исследование сердца, гепатобилиарной системы, поджелудочной железы и допплерографическое исследование сосудов портальной системы и чревного ствола с целью коррекции проводимой терапии.

Литература

1. Капранов Н.И., Каширская Н.Ю., Воронкова А.Ю. и др. Муковисцидоз. Современные достижения и актуальные проблемы // Методические рекомендации. — М., 2005. — C. 110.
2. Симонова О.И. Кинезитерапия в комплексном лечении больных муковисцидозом // Автореф.дисс. … д.ра мед. наук. — М., 2001. — 43 с.
3. Капранов Н.И., Рачинский С.В. Муковисцидоз. — М.: Медицина, 1995. — 187 с.
4. Каширская Н.Ю., Капранов Н.И. Состояние системы пищеварения при муковисцидозе // Сб. ст. и тезисов. 6-й Национальный конгресс по муковисцидозу. — Санкт.Петербург, 2003.- С. 15.19.
5. Неретина А.Ф., Ульянова Л.В., Клокова В.М. и др. Ошибки диагностики муковисцидоза у детей // Сб. ст. и тезисов XII конгресса по болезням органов дыхания. — М., 2002. — С. 20.24.
6. Капранов Н.И. Течение и исход муковисцидоза у детей при современных методах лечения и реабилитации // Автореф. дисс. … д.ра мед. наук. — М., 1986. — 53 с.
7. Vaughn D.D, Jabra A.A., Fishman E.K. Pancreatic disease in children and young adult // Radiographics. — 1998. — (Vol. 18. (5): 1171.87.
8. Делягин В.М., Капранов Н.И., Каширская Н.Ю. и др. Лучевая диагностика поражений печени, желчного пузыря и поджелудочной железы при муковисцидозе у детей // SonoAce International. 2003. — N 11. — С. 48.53.
9. Дворяковская Г.М., Якушенко С.М., Дворяковский И. В и др. Сравнительный анализ данных ультразвукового и морфологического исследований печени при хронических гепатитах у детей // Ультразвуковая и функциональная диагностика. — 2005. — N 1. — С. 39.48.
10. Каширская Н.Ю. Состояние желудочно-кишечного тракта, поджелудочной железы и гепатобилиарной системы у больных муковисцидозом // Автореф. дисс. … д.ра мед. наук.-М., 2001. — 46 с.
11. Akata D., Akhan O., Ozselic U. et al. Hepatobiliary manifestation of cystic fibrosis in children // Eur.J.Radiol. — 2002. — Vol. 41. — N 1: 26.33.
12. Cadranel J.F., Rufat P., Degos F. Practices of liver byopsy in Franse: result of prospective nationwide survey // Hepatology. — 2000. — Vol. 32.- N3.- P. 477.481.
13. Дворяковская Г.М., Гундобина О.С., Дворяковский И.В., Каганов Б.С. Ультразвуковая оценка эффективности терапии при аутоиммунном гепатите у детей // Ультразвуковая и функциональная диагностика. — 2005. — N 4. — С. 44.51.
14. Patricuin H., Lenaerts C., Smith L. et al. Liver disease in children with cystic fibrosis // Radiology. — 1999. — Vol.211. — N 4.- Р. 229.32.
15. Капустина Т.Ю. Изменения печени и их коррекция при муковисцидозе у детей на современном этапе // Автореф. дисс. … канд. мед. наук. — М., 2001. — 22 с.
16. Жан Фейжельсон, Ж..П. Шазалетт, Иветт Пеко и др. Билиарный мультинодулярный цирроз печени при муковисцидозе // Сб. ст. и тезисов. 6.й Национальный конгресс по муковисцидозу. — СПб, 2003. — 63 с.
17. Гембицкая Т.Е., Усенко О.В., Шабров А.В. Клинико-лабораторные особенности билиарного цирроза печени у взрослых больных муковисцидозом, методы лечения // Сб. ст. и тезисов. 6.й Национальный конгресс по муковисцидозу. — СПб, 2003.- С. 19.22.

УЗИ аппарат RS85

Революционные изменения в экспертной диагностике. Безупречное качество изображения, молниеносная скорость работы, новое поколение технологий визуализации и количественного анализа данных УЗ-сканирования.

Муковисцидоз: основы практики, история вопроса, патофизиология

Патология муковисцидоза

Реферат

Муковисцидоз (МВ) — одно из самых распространенных смертельных наследственных состояний среди кавказцев. Он поражает несколько систем органов и вызывает ряд клинических проблем различной степени тяжести. Ожидаемая продолжительность жизни увеличилась в последние годы, поскольку режимы лечения стали более интенсивными, но текущие методы лечения дороги, часто требуют много времени и могут повлиять на качество жизни.Новые методы лечения легочных заболеваний проходят клинические испытания и включают антипротеазы, амилорид, блокатор натриевых каналов, ДНКазу и генную терапию. Ген муковисцидоза был идентифицирован в 1989 году, и это вместе с развивающейся технологией генной терапии ознаменовало новый рассвет в лечении генетических заболеваний. Легкое считается идеальным органом для нацеливания из-за легкости доступа, но последующие исследования показали, что поверхность дыхательных путей обеспечивает эффективный барьер для агентов переноса генов, применяемых местно.В течение 1990-х годов был проведен ряд клинических испытаний безопасности фазы I, которые подтвердили концептуальные доказательства того, что доставка ДНК вирусными или невирусными средствами была безопасной, хотя и не клинически эффективной. Текущие исследования в настоящее время больше сосредоточены на препятствиях, с которыми сталкиваются агенты доставки, с целью того, чтобы более эффективная доставка генов привела к генной терапии муковисцидоза. К гистопатологу редко обращаются для постановки первоначального диагноза, поскольку муковисцидоз обычно диагностируется клинически и характеризуется хронической бронхолегочной инфекцией, мальабсорбцией из-за недостаточности поджелудочной железы и высокой концентрацией натрия и пота при тестировании пота.Большая часть информации, касающейся как макроскопических, так и микроскопических находок при муковисцидозе, получена в результате аутопсийных исследований, поэтому патологические признаки часто бывают крайними. Однако с увеличением выживаемости пациентов с муковисцидозом мы наблюдаем более тонкие изменения в других органах, и, кроме того, более агрессивная лекарственная терапия, генная терапия и трансплантация легких приносят с собой новые формы болезни и осложнения.

Ключевые слова

муковисцидоз, патология, генная терапия

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2002 Elsevier Science Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Патофизиология муковисцидоза — обзор

Муковисцидоз

Легочная гипертензия была впервые признана серьезной клинической проблемой при МВ более 60 лет назад, ¹¹⁶ , но выявление и лечение легочная гипертензия при МВ остается постоянной проблемой. Несмотря на значительный прогресс в нашем понимании генетики и патофизиологии МВ, мало что было сделано в отношении вклада легочной гипертензии в смертность и заболеваемость МВ или его лечением. ^{5,6,117–119} В 1951 г. Royce ¹¹⁷ сообщил, что 70% пациентов, умирающих от МВ, имели выраженную гипертрофию ПЖ при вскрытии. В 1980 году Стерн с соавторами ⁵ обнаружили, что 46% пациентов с МВ, умерших после 15 лет, имели клинические признаки правосторонней сердечной недостаточности в течение как минимум 2 недель до смерти, а средняя выживаемость составляла только 8 месяцев после начала. отказа жилого дома. Неясно, являются ли легочная гипертензия и дисфункция правого желудочка маркерами тяжести заболевания или непосредственно способствуют смертности.Точно так же неизвестно, может ли агрессивное лечение легочной гипертензии улучшить заболеваемость и отдаленные результаты.

Механизмы, приводящие к развитию легочной гипертензии при МВ, включают хроническую гипоксию, вызванную тяжелым заболеванием / несоответствием тяжелому заболеванию легких с обструкцией дыхательных путей и хронической инфекцией и воспалением. Хотя хроническая гипоксия в значительной степени способствует прогрессированию легочной гипертензии при МВ, маловероятно, что гипоксия является единственным фактором ее патогенеза.Хроническая гиперкарбия с ацидозом может вызывать периодические всплески ДЛА, ведущие к ремоделированию сосудов. Чрезмерное дыхательное усилие может увеличить внутригрудное давление, что может увеличить постнагрузку ПЖ. Кроме того, тяжелые бронхоэктазы с прогрессирующим интерстициальным заболеванием уменьшают площадь альвеолярно-капиллярной поверхности, что еще больше способствует развитию легочной гипертензии. Хроническая инфекция и воспаление, вызванные повышенным высвобождением вазоактивных бактериальных продуктов и медиаторов из воспалительных клеток (цитокинов, липидных медиаторов и др.), Также могут напрямую изменять реактивность и структуру легочных сосудов. На ранних стадиях активное сужение сосудов способствует высокой устойчивости к ПАП при МВ, что, по-видимому, предшествует последующему развитию гипертонического ремоделирования сосудов, обнаруживаемого у пожилых пациентов с МВ. Роль вазоконстрикции была впервые клинически продемонстрирована в исследованиях острой легочной вазодилататорной реакции на дополнительный кислород и лечение толазолином. ^{116–119,120} Хотя структурные легочные сосудистые поражения вносят вклад в легочное сердце с течением времени, недавние исследования in vitro кондуитных легочных артерий от пациентов с МВ, перенесших трансплантацию легких, показали, что нарушенное высвобождение NO способствует усилению вазоконстрикции и высокому ЛСС на поздних стадиях заболевания легких. ¹²¹ Эти данные свидетельствуют о том, что измененная легочная вазореактивность сохраняется на поздних стадиях клинического течения МВ и что это частично связано с эндотелиальной дисфункцией.

Распознавание клинических признаков легочного сердца обычно происходит поздно. Клинические предикторы легочного сердца при МВ включают PaO ₂ менее 50 мм рт. Ст., Pao ₂ более 45 мм рт. ¹¹⁹ Степень гипоксии при дыхании комнатным воздухом обратно коррелирует с тяжестью ПАП.Диагноз легочного сердца при МВ при клинической оценке может быть замаскирован тяжелым заболеванием легких при МВ. Признаки, которые обычно приписывают правосторонней сердечной недостаточности, такие как тахипноэ, гепатомегалия, болезненность печени и цианоз, могут быть результатом основного заболевания легких или печени. Повышенные вторые тоны сердца, шумы и ритмы галопа могут не слышаться во время аускультации из-за громких сопутствующих звуков дыхания. Периферический отек выявляется редко, даже при легочном сердце, и обычно вызван плохим питанием с низким онкотическим давлением из-за гипоальбуминемии.Результаты рентгенограммы грудной клетки могут включать расширенные центральные легочные артерии; размер сердца может казаться нормальным в результате гиперинфляции или инфильтратов. ЭКГ не чувствительны, потому что гипертрофия правого желудочка может отсутствовать на ЭКГ, даже если умеренная легочная гипертензия обнаруживается при катетеризации сердца. ¹²²

Эхокардиографические оценки легочной гипертензии, такие как систолические временные интервалы правого желудочка, по-видимому, хорошо коррелируют с РАР, непосредственно измеренным при катетеризации сердца и RVWT при вскрытии.Хотя эхокардиограммы увеличивают диагностическую ценность легочной гипертензии, визуализация сердца может быть затруднена из-за тяжелой гиперинфляции. Например, полная оценка функции правого желудочка была получена менее чем у 50% пациентов с МВ. Однако в продольных исследованиях сообщалось об утолщении и дилатации стенки ПЖ, даже в некоторых случаях легкого при МВ. Нагрузочные упражнения с эхокардиографией могут дополнительно повысить диагностическую ценность и могут проводиться у пациентов с относительно легкой болезнью легких при МВ.Радионуклидные измерения фракции выброса правого желудочка более чувствительны, чем исследования функции правого желудочка с помощью эхокардиограммы или ЭКГ.

Дисфункция левого желудочка была выявлена ​​у некоторых пациентов с МВ, но ее роль в клиническом заболевании неясна. Вес свободной стенки левого желудочка может быть увеличен при вскрытии, и сообщалось об участках фиброза миокарда. Эхокардиография может продемонстрировать уплощение или сжатие левого желудочка по его второстепенному измерению массивно расширенным правым желудочком.Увеличение правого желудочка может вызвать дисфункцию левого желудочка при тяжелой форме МВ. ¹²³ Компрессия левого желудочка и аномальное движение межжелудочковой перегородки могут вызвать дискинетическое сокращение и расслабление, что может способствовать уменьшению ударного объема.

Терапия включает в себя обильное использование дополнительного кислорода при продолжающемся агрессивном лечении основного заболевания легких. Теоретически улучшение функции легких улучшит газообмен, уменьшит региональную гипоксию и замедлит прогрессирование легочной гипертензии. Точно так же облегчение обструкции дыхательных путей и уменьшение легочной инфекции и воспаления должно уменьшить повреждение легких и изменить выработку вазоактивных медиаторов или факторов роста, которые способствуют сужению сосудов легких, структурному ремоделированию и потере площади сосудистой поверхности. Во избежание эпизодической или стойкой гипоксемии следует назначать дополнительную кислородную терапию; Целевое значение Pao ₂ обычно рекомендуется поддерживать на уровне выше 60–65 мм рт. ст. или сатурацию кислорода по данным пульсоксиметрии выше 94% во время сна и бодрствования.Кислородная терапия может дополнительно ослабить увеличение ДЛА во время острых или подострых респираторных заболеваний. Последовательные обследования пациентов с МВ с помощью ЭКГ и эхокардиограммы следует проводить регулярно, чтобы отслеживать признаки гипертрофии правого желудочка, особенно при умеренном заболевании легких, даже при отсутствии явных признаков легочного сердца. Эхокардиограммы до и сразу после кардиопульмонального теста с нагрузкой (CPET) могут предоставить более клинически полезную оценку основного легочного сосудистого заболевания, даже при отсутствии высокого исходного уровня PAP по эхокардиограмме.

Гипоксемию, связанную со сном, следует искать и лечить у пациентов с МВ с головными болями ранним утром, признаками обструктивного апноэ во сне или при гипертрофии ПЖ. Недавние изменения ЭКГ или эхокардиограммы, чрезмерная утомляемость, плохая переносимость физической нагрузки, сердечные признаки при осмотре, гепатомегалия, болезненность правого верхнего квадранта и снижение легочной функции или CPET могут потребовать дальнейших обследований, таких как катетеризация сердца.

Большинство рекомендаций по использованию дополнительной кислородной терапии при МВ основаны на клинических наблюдениях или данных исследований других хронических заболеваний легких.Нет опубликованных данных, свидетельствующих о преимуществах ранней и долгосрочной оксигенотерапии при МВ. Одно исследование, в котором изучали влияние ночной кислородной терапии на краткосрочный (6-месячный) курс лечения пациентов с МВ и прогрессирующим заболеванием легких, не показало улучшения. ¹²⁴ Однако в этом исследовании пациентов лечили только ночным кислородом, несмотря на гипоксию (комнатный воздух Pao ₂ менее 65 мм рт. Ст.) В бодрствующем состоянии. Кроме того, не было документации о связанной со сном гипоксемии или ее разрешении с помощью терапии, а также ЭКГ и эхокардиографические оценки легочной гипертензии.Вопрос о том, улучшит ли раннее и агрессивное использование дополнительного кислорода клинический результат, снизит ли легочную гипертензию и улучшит качество жизни пациентов с МВ, остается только предположение.

Данные о роли медикаментозной терапии также ограничены. Острая диуретическая терапия улучшает признаки системного венозного застоя у пациентов с МВ и тяжелым легочным сердцем, снижая среднее значение ДЛА без изменения CO. ¹²⁵ Сохраняет ли длительная диуретическая терапия клиническое улучшение, неясно. Агрессивный диурез потенциально может ухудшить гемодинамический статус из-за снижения преднагрузки ПЖ, дальнейшего снижения легочного кровотока и системного CO.При использовании диуретиков важен тщательный мониторинг жидкости и электролитного статуса, чтобы избежать опасностей выраженного гипокалиемического, гипохлоремического метаболического алкалоза и обострения хронической задержки CO ₂ . Дигоксин применялся у некоторых пациентов с тяжелой правосторонней сердечной недостаточностью и может быть полезен некоторым пациентам с признаками дисфункции левого желудочка.

В нескольких исследованиях изучалась острая гемодинамическая реакция на вазодилататоры, включая БКК. Дэвидсон и его коллеги ¹²⁶ сравнили острые эффекты дополнительного кислорода и БКК у восьми пациентов с МВ с легкой клинической формой заболевания.Увеличенный Fio ₂ снизил среднее значение PAP на 23% и PVR на 21%; нифедипин не влиял на ДЛА, но снижал ЛСС за счет увеличения сердечного индекса на 30%. Дилтиазем снизил среднее АДП на 24% без изменения сердечного индекса. Степень индуцированной кислородом легочной вазодилатации не позволяла предсказать реакцию на БКК. В некоторых случаях дополнительный кислород снижал среднее значение PAP до нормальных значений, что отражает относительное отсутствие структурного ремоделирования на ранних стадиях заболевания. Геггель с соавторами ¹²⁷ также сообщили о благоприятном остром гемодинамическом ответе на кислород, но без улучшения с блокаторами кальциевых каналов.Сообщалось об устойчивом улучшении толерантности к физической нагрузке у некоторых пациентов с МВ. В недавнем отчете описан благоприятный ответ на терапию силденафилом у пациента, ожидающего трансплантации легких. ⁹⁶ Неизвестно, улучшит ли хроническая терапия долгосрочные результаты, переносимость физической нагрузки или качество жизни у пациентов с МВ и легочным сердцем.

Муковисцидоз- Патофизиология -Управление- TeachMePaediatrics

Муковисцидоз — аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное мутацией гена (CFTR) регулятора трансмембранной проводимости CF, приводящей к мультисистемной дисфункции.В 2000 году ожидаемая продолжительность жизни ребенка, родившегося в 2000 году, составляла 50 лет ⁵ .

Эпидемиология

Распространенность широко варьируется в зависимости от населения, но в целом примерно 1 из 25 кавказских европейцев является носителем гена CF, и примерно у 1 из 2500 живорожденных есть CF. p.Phe508del ( ΔF508 ) — самая распространенная мутация в Великобритании, на которую приходится по крайней мере одна мутация у 90% людей с МВ в Великобритании, причем 50% людей с МВ в Великобритании гомозиготны по этой мутации. ¹

Патофизиология

CF — это мультисистемное заболевание, и ниже мы обсудим основные патофизиологию и осложнения заболевания:

Дыхательные пути

²

Ген CTFR кодирует белок CFTR — хлоридный канал, который присутствует во многих эпителиальных тканях. Хлорид противодействует его градиенту концентрации с помощью АТФ.

В дыхательных путях CFTR присутствует на эпителиальных клетках дыхательных путей и подслизистых железах, и когда дефект приводит к нарушению движения хлорид-ионов, а также влияет на реабсорбцию натрия (нарушая функцию ENaC), что снижает количество воды в секреции.Это приводит к уменьшению жидкости на поверхности дыхательных путей .

Жидкость на поверхности дыхательных путей является важным компонентом мукоцилиарного эскалатора, а также выполняет ключевые иммунологические функции . Эффекты уменьшения количества жидкости на поверхности дыхательных путей служат к препятствованию очищению от слизи .

Измененная среда легких обеспечивает нишу для роста бактерий с режимом роста биопленки, обеспечивая идеальные условия для защиты бактерий от иммунной системы хозяина и действия антибиотиков.Провоспалительный каскад способствует повреждению тканей.

Поджелудочная железа

В поджелудочной железе проток поджелудочной железы обычно закупорен внутриутробно, вызывая необратимое повреждение экзокринной части поджелудочной железы, что делает пациентов с МВ « недостаточностью поджелудочной железы» . Поджелудочная недостаточность тесно связана с генотипом. Со временем эндокринная поджелудочная железа поражается у 28% людей старше 10 лет, которым требуется лечение сахарного диабета, связанного с МВ. ¹

Желудочно-кишечный тракт

В желудочно-кишечном тракте тонкий кишечник выделяет вязкую слизь, которая может вызвать непроходимость кишечника внутриутробно, что может вызвать кишечную непроходимость мекония .Внутриутробные желчные пути МВ могут вызывать холестаз, который может привести к желтухе новорожденных . В более позднем возрасте та же патология может привести к синдрому дистальной кишечной непроходимости (DIOS) и заболеванию печени, связанному с МВ (14% пациентов).

Репродуктивный тракт

98% мужчин с МВ являются бесплодными из-за врожденного отсутствия семявыносящего протока. У женщин питание может быть важным предиктором успешной беременности. Рекомендуется тщательно спланировать срок беременности, поскольку беременность часто связана с ухудшением здоровья легких.

Факторы риска

⁶

CF — это аутосомно-рецессивное заболевание . Существует более двух тысяч идентифицированных мутаций гена CFTR, которые были отнесены к 5, а иногда и 6 классам. Они варьируются от мутации класса I, , бессмысленной мутации, где преждевременный стоп-кодон не приводит к формированию полных белков CFTR, до мутации класса V , когда образуется полный белок CFTR и достигает поверхности клетки, но наблюдается дефицит в количество.p.Phe508del ( ΔF508 ) представляет собой мутацию класса II, при которой образуются неправильно свернутые белки. Белки CFTR, большая часть которых разрушается клеткой.

Различные органы имеют разную чувствительность к потере функции белка CFTR, при этом семявыносящий проток особенно чувствителен, в отличие от легких, которые менее чувствительны. Вместо этого легкие более восприимчивы к другим факторам, таким как стохастические, экологические и генетические модификаторы — гены, которые изменяют экспрессию белка CFTR.

Клинические особенности и диагностика

Клиническая презентация

³

Клинические проявления МВ могут различаться в зависимости от возраста, в котором обращаются пациенты. В нижеследующем разделе показаны обычные способы обращения детей и подростков с МВ в разные периоды времени.

• Новорожденные
  • Meconium ileus — у 10% детей наблюдается вздутие живота, задержка отхождения мекония и рвота желчью в первые дни жизни.
  • С момента введения скрининга на CF у новорожденных (часть теста Гатри) здесь выявляется большинство случаев CF (однако важно отметить, что это скрининговый тест и все еще требует диагностического тестирования) ⁴
  • Неспособность процветать
  • Затяжная желтуха новорожденных
• Младенчество
  • Отказ от роста
  • Рецидивирующие инфекции грудной клетки
  • Панкреатическая недостаточность: стеаторея
• Детство
  • Выпадение прямой кишки
  • Носовые полипы (N. Б. с сильным подозрением на МВ у детей с полипами носа)
  • Синусит
• Подростковый возраст
  • Панкреатическая недостаточность: сахарный диабет
  • Хроническая болезнь легких
  • ИОС, камни в желчном пузыре, цирроз печени

История болезни

• Основными целями ведения больных МВ являются раннее лечение инфекции и оптимизация питания.
• В случае несоблюдения режима лечения или позднего диагноза может произойти следующее:
  • Продуктивный кашель, постоянный или повторяющийся
  • Неспособность процветать
  • Жалобы на кишечные симптомы; запор или бледный, плавающий стул с неприятным запахом (стеаторея)
• Родители могут сообщать (реже) о других симптомах
  • Выпадение прямой кишки
  • Носовые полипы

Осмотр

Клиническое обследование может быть совершенно нормальным, варьироваться и часто зависеть от степени тяжести заболевания легких.Некоторые признаки, которые могут быть выявлены, включают:

• Руки: удар пальцами
• Лицо: полипы носа
• Грудная клетка : гиперинфляция, крепитации, портакат (устройство постоянного сосудистого доступа)
• Брюшная полость: фекальные массы (при запоре / DIOS), может быть рубец от илеостомии (мекония илеус)

[начало клинического исследования]

Диагностика муковисцидоза

• Диагноз CF может быть поставлен, если имеется подходящий клинический анамнез и положительный тест на хлоридный пот , который может быть подтвержден идентификацией двух идентифицированных мутаций.

[окончание клинической]

Расследования

Пациентам с муковисцидозом предстоит пройти большое количество обследований, частично определяемых их клиническим состоянием, а также в качестве стандартного рутинного наблюдения за болезнью. Стандартные расследования включают:

• Рентгенограмма грудной клетки: для оценки гиперинфляции, могут быть признаки утолщения бронхов (проводится ежегодно в рамках ежегодной оценки). В некоторых отделениях проводится компьютерная томография.
• Тест на хлоридный пот (при постановке диагноза и ежегодно при получении потенцирующей / корректирующей терапии CFTR)
• Микробиологическая оценка например, мазок от кашля / мокроты (при каждом обращении)
• Тест на толерантность к глюкозе (при ежегодной оценке у подростков и старше)
• Тест функции печени и коагуляция (при ежегодной оценке)
• Костный профиль (при ежегодной оценке)
• Тестирование функции легких — спирометрия / индекс клиренса легких

[начало-клинический]

Тест с хлоридным потом

• Этот тест измеряет концентрацию электролита в поту
• Образец пота был взят с помощью пилокарпин-ионтофореза .Необходимо использовать осторожную технику, чтобы обеспечить сбор адекватного образца во избежание получения неточных результатов. Частая причина неудачи теста — недостаточное количество пробы у маленького ребенка (не более 3 кг).
• Хлорид пота > 60 ммоль / л указывает на CF. Хлорид пота 40-60 ммоль / л является пограничным, и его следует повторить
• Одного теста с потливостью недостаточно для диагностики МВ, повторный тест или идентификация генетической мутации должны подтвердить диагноз.
• Есть ряд причин для ложных срабатываний / отрицаний.

[окончание клинической]

Дополнительные исследования

• Фекальная эластаза для оценки функции поджелудочной железы
• КТ грудной клетки (высокое разрешение) для диагностики бронхоэктазов (диаметр бронхов превышает диаметр сопутствующих легочных сосудов)
• Генетический анализ для оценки одной или нескольких из 32 обычно идентифицируемых мутаций. Интересно, что в некоторых случаях мутации могут не обнаруживаться, однако диагноз ставится по крайней мере на основании двух положительных тестов на хлорид пота и предполагаемой клинической оценки.

Менеджмент

Учитывая мультисистемный характер лечения муковисцидоза, лечение является сложным и в значительной степени зависит от многопрофильной команды. Если упомянуть некоторых, MDT оптимально будет включать в себя терапевта пациента, педиатра-респиратора, медсестру-специалиста CF, диетолога, физиотерапевта, психолога и социального работника.

Общие цели ведения ребенка с МВ включают:

Обучение пациентов и семей

• Четкое объяснение диагноза и предоставление письменной информации и вспомогательной информации
• Важно, чтобы они понимали, что это пожизненное и ограничивающее жизнь состояние, но с ним можно справиться, но потребуется частое наблюдение.

Очистка дыхательных путей и лечение симптомов грудной клетки

• Обычно требуется физиотерапия два раза в день .Основанием для физиотерапии является увеличение клиренса секрета в дыхательных путях, что должно уменьшить обструкцию дыхательных путей и свести к минимуму риск инфекции
• Муколитики и ДНКаза
  • ДНКаза (дорназа альфа) вдыхается и снижает вязкость слизи путем переваривания ДНК, которой много в мокроте пациентов с CF
  • Гипертонический солевой раствор может способствовать очищению дыхательных путей (и может использоваться во время физиотерапии для дальнейшего очищения) (ограниченные данные в поддержку использования в возрасте до 12 лет).

Питание и упражнения

• Всех детей с МВ следует поощрять к занятиям физическими упражнениями, и если симптомы будут контролироваться, большинство детей смогут работать наравне со своими сверстниками
• Пациентам с недостаточностью поджелудочной железы необходимо принимать добавки с ферментами поджелудочной железы (креон) во время еды, содержащей жиры (следует принимать в начале или во время еды)
• Жирорастворимые витамины (A, D, E и K) плохо всасываются у людей с недостаточностью поджелудочной железы.Восполнения ферментов поджелудочной железы недостаточно, поэтому детям с недостаточностью поджелудочной железы также необходимо будет принимать добавки витаминов A, D и E. Есть некоторые споры о том, следует ли принимать добавки витамина К, и это зависит от разных центров.
• Наблюдать за ростом
• У пациентов с МВ метаболические потребности могут быть выше, поэтому питание и рост тщательно контролируются для достижения оптимального роста.
• Дети с CF могут плохо прибавлять в весе
  • Молочные коктейли для наращивания можно использовать для дополнения приемов пищи (не вместо)
  • В крайних случаях недостаточности питания, недостаточного набора веса может потребоваться дополнительное энтеральное питание (например,грамм. через гастростому)

Лечение / профилактика инфекций дыхательных путей

• Дети с МВ предрасположены к инфекциям дыхательных путей. Инфекции пролонгированы и характеризуются реакцией хозяин-нейтрофил
  • Общие возбудители включают: Staphyloccocus aureus , Haemophilus influenzae и Pseudomonas aeruginosa
  • Пациенты с МВ должны проходить постоянное микробиологическое обследование для выявления колонизированных организмов. Посев мокроты предпочтительнее мазков от кашля, но если ребенок не может получить образец мокроты, мазка от кашля будет достаточно, чтобы подтвердить, что отрицательный результат может быть ложно обнадеживающим.
  • Инфекции следует лечить 2-недельным курсом антибиотиков , даже если у ребенка нет симптомов, и после лечения следует отправить повторный посев, чтобы гарантировать лечение инфекции
• Pseudomonas aeruginosa Инфекция при МВ
  • Хроническая инфекция связана с ухудшением функции легких, поэтому важно выявлять и активно лечить эту инфекцию
  • Это обычная инфекция, первоначально вызванная штаммом окружающей среды, который поддается искоренению.Однако хроническая инфекция приводит к изменениям фенотипа, в результате чего колонии Pseudomonas образуют биопленки , где они защищены как от хозяина, так и от антимикробной атаки. Следовательно, при обнаружении используется режим эрадикации.
  • Хронические инфекции Pseudomonas следует лечить ингаляционными антибиотиками
• Антибиотики
  • Все курсы должны быть продолжительностью не менее 2 недель
  • Высокие дозы необходимы для оптимизации концентрации мокроты.
  • В случае наличия симптомов у ребенка эмпирические антибиотики, полученные на основе предыдущих результатов посева, могут начаться до получения текущих результатов посева.
  • Внутривенные антибиотики могут потребоваться для лечения инфекций, не поддающихся лечению пероральными антибиотиками, или как часть некоторых схем эрадикации псевдомонад.
  • Профилактические антибиотики рекомендуется применять детям до 3-х лет.
  • Детей с хронической инфекцией Pseudomonas следует лечить долгосрочными антибиотиками для подавления роста Pseudomonas — их часто назначают в виде ингаляционных антибиотиков.
  • Регулярный прием азитромицина снижает частоту обострений и улучшает функцию легких даже у тех, кто хронически не инфицирован Pseudomonas aeruginosa .
• Инфекционный контроль
  • Активная сегрегация снижает перекрестное заражение
  • Пациенты объединены таким образом, что « Pseudomonas наивных» пациентов посещают разные клиники по сравнению с пациентами с хронической инфекцией, а пациенты с нетуберкулезными микобактериями (НТМ) посещают отдельную клинику.
  • У каждого пациента будет своя собственная клиническая палата, которая очищается и подвергается соответствующему воздухообмену перед приемом следующего пациента.
  • При поступлении каждый пациент должен находиться в боковой комнате

Другое

• Минимизация осложнений
• Мониторинг болезни: Годовой обзор
  • При ежегодном осмотре ребенок обычно посещает респираторного педиатра, диетолога, физиотерапевта и медсестру-специалиста по МВ.Во время этого обзора должны быть рассмотрены клинические симптомы, курсы антибиотиков, микробиологическая оценка, анализы крови (общий анализ крови, функция почек, функциональные тесты печени, уровни витаминов A, D и E, профиль свертывания, HbA1c). Также необходимо провести функциональные пробы легких
  • A Рентген грудной клетки (CXR) выполняется нормально
  • Детей в возрасте 12 лет и старше обычно обследуют на CFRD с помощью перорального теста на толерантность к глюкозе (OGTT) .
• Подготовка к переводу во взрослые службы МВ в позднем подростковом возрасте

Осложнения

Опять же, из-за мультисистемной природы CF может возникнуть ряд осложнений.

Дыхательные пути

• Аллергический бронхолегочный аспергиллез (АБЛА) — иммунный ответ на присутствие Aspergillus spp. Есть определенные диагностические критерии. Изначально АБЛА можно лечить пероральными кортикостероидами (преднизолоном), также можно попробовать итраконзаол
• Бронхоэктаз
• Может возникнуть кровохарканье
• Легочная гипертензия и деформация правых отделов сердца
• Пневмоторакс представляет собой опасное для жизни осложнение, встречающееся у 1% детей старшего возраста с МВ, которое часто связано с более запущенным заболеванием.Часто возникают рецидивы.
• Дыхательная недостаточность в конечном итоге будет развиваться у пациентов с МВ
• Полипы носа могут возникать у 10% детей с МВ, которые могут быть связаны с синуситом

Желудочно-кишечный тракт

• Возможно выпадение прямой кишки . Точный основной механизм неизвестен, но предполагается, что частое прохождение объемного стула играет определенную роль. Первая линия лечения — обеспечить ребенку адекватную замену ферментов поджелудочной железы и слабительное, чтобы минимизировать напряжение
• Синдром дистальной кишечной непроходимости (DIOS) — это обструкция дистального отдела подвздошной кишки, которым страдают до 10% детей с МВ.Предполагается, что DIOS возникает из-за более медленного кишечного транзита. У ребенка, скорее всего, будут колики в животе, и клиническое обследование выявит пальпируемое образование в RLQ

.

• Заболевание печени, связанное с МВ
  • Холестаз
  • Камни в желчном пузыре
  • Цирроз печени

Эндокринная

• Диабет, связанный с МВ (CFRD) является серьезным осложнением и связан с быстрым снижением функции легких и прогрессированием заболевания .Он встречается у 5-10% детей с МВ и чаще встречается у детей старшего возраста с МВ. Клиническая картина может отличаться от типичного СД 1 типа и включает потерю веса, анорексию и снижение функции легких. Кетоацидоз у пациентов с МВ встречается реже, поскольку отсутствует абсолютный недостаток инсулина. Дети должны проходить скрининг на CFRD не реже одного раза в год (> 12 лет) при ежегодном осмотре. Как и при обычном сахарном диабете, дети с CFRD должны ежегодно проходить скрининг на ретинопатию, гипертензию и микроальбуминурию.
• Задержка полового созревания часто встречается у детей с МВ со средней задержкой в ​​2 года. Задержка полового созревания может иметь свои последствия, например, снижение минеральной плотности костной ткани, что предрасполагает детей к переломам в подростковом и взрослом возрасте.

Другое

• Артрит встречается у 10%
• Пониженная минеральная плотность кости
• Бесплодие или бесплодие в позднем подростковом / взрослом возрасте

Источники

См. Также:

• Халл, Дж., Фортон, Дж., И Томсон, А. Х. (2015). Детская респираторная медицина . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета
• Лиссауэр Т. и Клайден Г. С. (2011). Иллюстрированный учебник педиатрии . Эдинбург: Мосби.

Авторов:

1-й Автор: Д-р Карл Холден

Старший рецензент: д-р Мэтт Херли (старший педиатрический регистратор респираторных заболеваний)

Муковисцидоз — AMBOSS

Последнее обновление: 26 февраля 2021 г.

Резюме

Муковисцидоз (МВ) — аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное мутацией в гене CFTR, который кодирует белок-регулятор трансмембранной проводимости муковисцидоза.Мутация приводит к образованию дефектных хлоридных каналов в клеточных мембранах экзокринных желез, и симптомы вызваны тем, что эти железы вырабатывают аномально гипервязкий секрет. Отсутствие мекония (мекония илеус) часто является первым клиническим признаком муковисцидоза. Позже обычно поражаются легкие, пищеварительная система и потовые железы. Накопление гипервязкой слизи в бронхах и нарушение цилиарного клиренса предрасполагают больных к хронической респираторной инфекции, колонизации легких мультирезистентными бактериями и долгосрочным осложнениям, таким как эмфизема.Нарушение секреции сока поджелудочной железы и желчных путей приводит к проблемам с пищеварением и хроническим поражениям органов. Потовый тест (ионтофорез пилокарпина) считается золотым стандартом для определения повышенного уровня хлоридов в поту, что является характерным признаком муковисцидоза. Основа лечения — симптоматическая терапия. Однако в последнее время разработка модуляторов CFTR обеспечила причинный подход к людям с определенными специфическими мутациями. Средняя продолжительность жизни составляет 39 лет.Осложнения хронических заболеваний легких — основная причина смерти.

Эпидемиология

• Второе по распространенности генетическое нарушение обмена веществ; после гемохроматоза у лиц североевропейского происхождения. ^{[1] [2] [3]}
• Заболеваемость: ок. 1: 3500 в США ^[4]

Эпидемиологические данные относятся к США, если не указано иное.

Этиология

Дети, чьи родители являются гетерозиготными носителями муковисцидоза, имеют 25% -ную вероятность заболевания этим заболеванием.

Патофизиология

• Общие соображения
• В потовых железах
  • Хлоридный канал отвечает за транспортировку Cl ^– из просвета в клетку (реабсорбция).
  • Дефектный АТФ-управляемый хлоридный канал → неспособность реабсорбировать Cl ^— из просвета потовых желез → сниженная реабсорбция Na ⁺ и H ₂ O → чрезмерная потеря соли и повышенный уровень NaCl в потоотделении
• Во всех остальных экзокринных железах (e.g., в желудочно-кишечном тракте или легких)
  • Хлоридный канал отвечает за транспортировку Cl ^– из клетки в просвет (секрецию).
  • Дефектный АТФ-управляемый хлоридный канал → неспособность транспортировать внутриклеточный Cl ^— через клеточную мембрану → снижение секреции Cl ^— и H ₂ O → накопление внутриклеточного Cl ^— → ↑ реабсорбция Na ⁺ (через ENaC) → ↑ H ₂ O реабсорбция → образование гипервязкой слизи → накопление секретов и закупорка мелких проходов пораженных органов → хроническое воспаление и ремоделирование → повреждение органа (см. «Клинические особенности» ниже)
  • ↑ реабсорбция Na ⁺ → трансэпителиальная разность потенциалов между интерстициальной жидкостью и эпителиальной поверхностью увеличивается; (я.е. увеличивается отрицательный заряд; например, от нормального -13 мВ до аномального -25 мВ)

Клинические признаки

Желудочно-кишечный тракт

^[8]

Желудочно-кишечные симптомы часто встречаются у детей. Наличие этих особенностей в младенчестве должно вызвать подозрение на МВ.

Почти во всех случаях кишечной непроходимости мекония муковисцидоз является основным заболеванием.

Респираторные

^[8]

Респираторные симптомы часто встречаются в зрелом возрасте.МВ следует рассматривать у лиц со следующими признаками:

• ХОБЛ с бронхоэктазами
• Хронический синусит: со временем могут развиться носовые полипы.
• Рецидивирующий или хронический продуктивный кашель и легочные инфекции
  • S. aureus — наиболее частая причина рецидивирующих легочных инфекций в младенчестве и детстве.
  • P. aeruginosa — наиболее частая причина рецидивов легочных инфекций у взрослых.
  • Другие часто встречающиеся бактерии
  • Повышенная восприимчивость людей с МВ к условно-патогенным, потенциально опасным для жизни патогенам (например,g., Pseudomonas aeruginosa, Aspergillus)
• Легочная обструкция и гиперреактивность дыхательных путей могут проявляться хрипом на выдохе; и / или одышка.
• Бочкообразная грудь, влажные хрипы (указывают на пневмонию), гиперрезонанс на перкуссию
• Кровохарканье
• Признаки хронической респираторной недостаточности: пальцевые клубы, связанные с хронической гипоксией

• Особенно соленый пот
• Возможная потеря электролита

Скелетно-мышечная

Урогенитальная

Диагностика

Общие

• CF следует подозревать при наличии клинических признаков, положительных результатов скрининга новорожденных или положительного семейного анамнеза.
• Неонатальный скрининг обычно проводится во всех штатах США.
• Лучшим начальным тестом является тест на хлорид пота.
  • Если результаты ненормальные или пограничные, для подтверждения диагноза показано тестирование ДНК на две мутации CFTR.
  • Если выявлена ​​только одна мутация CFTR или не обнаружена ни одна мутация, следует провести расширенный анализ ДНК или второй тест пота; положительный результат любого из этих тестов подтверждает диагноз.
• Скрининг носительства рекомендуется женщинам с семейным анамнезом МВ, желающим забеременеть.

Диагностические критерии

^[12]

Критериями диагностики CF являются:.

Положительный результат теста NBS сам по себе не подтверждает диагноз CF и должен быстро сопровождаться дальнейшей диагностикой.

• Иммунореактивный трипсиноген (IRT)
  • Обычно первый скрининговый анализ проводится на новорожденных через пятно крови (пяточный укол)
  • Обнаруживает повышенный уровень IRT
• Анализ ДНК
  • Либо первичный скрининговый тест, либо подтверждение CF после аномального результата IRT
  • Идентификация распространенных мутаций CFTR

Скрининг CF обычно проводится в США.

Лабораторные испытания

^[14]

• Потовый тест (количественный пилокарпин-ионофорез): лучший начальный тест
  • Метод: Концентрация хлоридов в поте измеряется после химической стимуляции потовых желез пилокарпином.
  • Устный перевод
    • Концентрация хлорида ≥ 60 ммоль / л указывает на вероятный диагноз муковисцидоза.
    • Концентрации хлоридов от 30 до 59 ммоль / л считаются промежуточным диапазоном и требуют генетического анализа для исключения или подтверждения диагноза МВ.
    • Концентрация хлоридов означает, что CF маловероятен.
  • Тест следует проводить у пациентов старше 2 недель и весом> 2 кг.
• Анализ ДНК
  • Пренатальный
  • Послеродовой / взрослый анализ: может потребоваться, если потовый тест отрицательный или промежуточный у пациента с подозрением на CF
• Тест на разность назальных потенциалов
  • Показания: нечеткие результаты тестов пота и ДНК, несмотря на наличие типичных клинических признаков CF
  • Измерения напряжения до и после перфузии носа различными растворами показывают аномальную эпителиальную секрецию хлорида (например,g., более отрицательная базовая разность потенциалов и отсутствие разницы в назальной разнице потенциалов после введения раствора без хлоридов).

Во всех экзокринных железах канал Cl ^— отвечает за транспортировку внутриклеточного Cl ^— через клеточную мембрану. Однако в потовых железах канал Cl ^— отвечает за транспортировку Cl ^— из просвета в клетку. Потовый тест основан на неспособности потовых желез реабсорбировать соль, что приводит к повышению уровня NaCl в поте.

Поддерживающие тесты

Осложнения

Желудочно-кишечный тракт

• Меконий кишечная непроходимость: отказ от первого стула у новорожденных (меконий обычно выходит в течение первых 24–48 часов после рождения)
• Непроходимость тонкой кишки: также может встречаться у детей старшего возраста и взрослых
• Синдром дистальной кишечной непроходимости (DIOS): закупорка тонкого кишечника из-за утолщения стула в дистальном отделе подвздошной и правой ободочной кишки ^[17]
  • Наивысшая распространенность во втором и третьем десятилетии жизни
  • Обычно встречается у лиц с панкреатической недостаточностью
  • Клинические проявления включают боль и вздутие живота, пальпируемое образование слепой кишки и метеоризм.

Респираторный

Мы перечисляем наиболее важные осложнения. Выбор не исчерпывающий.

Прогноз

• Средняя продолжительность жизни: 39 лет ^[20]
• Лица с МВ, у которых наблюдается недостаточность поджелудочной железы, как правило, проявляют в основном легочные симптомы в позднем детстве / раннем взрослом возрасте и обычно имеют более легкое течение болезни ^[21]
• Основным фактором, определяющим продолжительность жизни, является тяжесть заболевания легких: хронические респираторные инфекции и закупорка слизью → бронхоэктазы (необратимые) → прогрессирующая дыхательная недостаточность → смерть.

Профилактика

Лечение

Симптоматическое лечение

Модуляторы CFTR

^{[22] [23]}

• Механизм действия: модуляторы CFTR частично восстанавливают функцию белка CFTR.
• Показания: одобрен для пациентов с МВ с определенными мутациями (например, мутация ΔF508 в гене CFTR).
• Комбинированная терапия: модуляторы CFTR действуют синергетически друг с другом, увеличивая как количество, так и функцию белка CFTR на поверхности клетки, что приводит к усилению транспорта хлоридов.
• Наркотики
  • Ivacaftor
    • Увеличивает вероятность открытия канала Cl ^— на поверхности клетки и, таким образом, улучшает транспорт Cl ^— .
    • Монотерапия для пациентов старше 6 месяцев с мутацией G551D
    • Комбинированная терапия с тезакафтором или люмакафтором
    • Тройная комбинированная терапия с тезакафтором и элексакафтором
  • Люмакафтор
    • Повышает конформационную стабильность дефектного белка CFTR, что приводит к усилению внутриклеточного процессинга и транспорта функционального белка CFTR к поверхности клетки
    • Используется в сочетании с ивакафтором у пациентов старше 6 лет, гомозиготных по мутации дельта F508.
  • Тезакафтор
    • Увеличивает количество зрелого белка CFTR на поверхности клетки за счет улучшения внутриклеточной обработки и транспорта белка CFTR
    • Используется в сочетании с ивакафтором для пациентов ≥ 6 лет, гомозиготных по мутации дельта F508 или мутации CFTR, чувствительной к наркотики
  • Элексакафтор: увеличивает количество зрелого белка CFTR на поверхности клетки за счет улучшения внутриклеточной обработки и транспорта белка CFTR, работает на другом сайте связывания, чем тезакафтор, на белке CFTR

Ивакафтор увеличивает активность CFTR и тем самым улучшает Cl ^— транспорт.

Поскольку модуляторы CFTR эффективны только у лиц с определенными мутациями CFTR, важно выполнить генотипирование CFTR до начала лечения.

Лечение легочных инфекций

^{[24] [25]}

Список литературы

1. Наварро С. Recopilación histórica de la fibrosis quística. Гастроэнтерол Гепатол . 2016; 39
   (1): с.36-42.
   DOI: 10.1016 / j.gastrohep.2015.04.012. | Открыть в режиме чтения QxMD

2. Bosch L, Bosch B, De Boeck K и др.Распространенность муковисцидоза и туберкулеза: намеки на эволюционное селективное преимущество на основе данных с территории Бразилии. BMC Infect Dis . 2017; 17
   (1): с.340.
   DOI: 10.1186 / s12879-017-2448-z. | Открыть в режиме чтения QxMD

3. Сибли CD, Рабин Х, Сюретт МГ. Муковисцидоз: полимикробное инфекционное заболевание. Микробиол будущего . 2006; 1
   (1): с.53-61.
   DOI: 10.2217 / 17460913.1.1.53. | Открыть в режиме чтения QxMD

4. Молекулярная генетика муковисцидоза. https://www.who.int/genomics/publications/reports/en/ .
   Обновлено: 1 января 2004 г.
   Доступ: 19 августа 2020 г.

5. Майтра Р., Гамильтон Дж. Измененный биогенез ΔF508-CFTR после обработки доксорубицином. Cell Physiol Biochem . 2007; 20
   (5): с.465-472.
   DOI: 10,1159 / 000107530. | Открыть в режиме чтения QxMD

6. Ратьен Ф.А. Муковисцидоз: патогенез и будущие стратегии лечения.. Respir Care . 2009; 54
   (5): с.595-605.

7. Tsui L-C, Dorfman R. Ген муковисцидоза: молекулярно-генетическая перспектива. Колд Спринг Харб Перспект Мед . 2013; 3
   (2): p.a009472-a009472.
   DOI: 10.1101 / cshperspect.a009472. | Открыть в режиме чтения QxMD

8. Муковисцидоз: влияет ли сбой CFTR на регулирование pH ?.
   http://www.intechopen.com/books/genetic-disorders/cystic-fibrosis-does-cftr-malfunction-alter-ph-regulation- .Обновлено: 9 января 2013 г.
   Доступ: 7 марта 2017 г.

9. Моран А., Дуниц Дж., Натан Б., Саид А., Холм Б., Томас В. Диабет, связанный с муковисцидозом: современные тенденции в распространенности, заболеваемости и смертности. Уход за диабетом . 2009; 32
   (9): p.1626-1631.
   DOI: 10.2337 / dc09-0586. | Открыть в режиме чтения QxMD

10. Джонс А.М., Додд М.Э., Уэбб А.К. Burkholderia cepacia: текущие клинические проблемы, экологические споры и этические дилеммы.. Европейский респираторный журнал . 2001; 17
    (2): с.295-301.
    DOI: 10.1183 / 0

    36.01.17202950. | Открыть в режиме чтения QxMD

11. Эмерсон Дж., Розенфельд М., Макнамара С., Рэмси Б., Гибсон Р. Pseudomonas aeruginosa и другие предикторы смертности и заболеваемости у детей раннего возраста с муковисцидозом. Педиатр Пульмонол . 2002; 34
    (2): с.91-100.
    DOI: 10.1002 / ppul.10127. | Открыть в режиме чтения QxMD

12. Фаррелл П.М., Уайт ТБ, Рен С.Л. и др.Диагностика муковисцидоза: согласованные рекомендации Фонда муковисцидоза. Дж. Педиатр . 2017; 181
    : п.S4-S15.e1.
    DOI: 10.1016 / j.jpeds.2016.09.064. | Открыть в режиме чтения QxMD

13. Диагноз: Обследование: пренатальный скрининг.
    http://www.hopkinscf.org/what-is-cf/diagnosis/testing/prenatal-screening/ .
    Обновлено: 16 февраля 2017 г.
    Доступ: 16 февраля 2017 г.
14. Каткин Ю.П. Муковисцидоз: клинические проявления и диагностика.В: Сообщение TW, под ред. Дата обновления . Уолтем, Массачусетс: UpToDate. http://www.uptodate.com/contents/cystic-fibrosis-clinical-manifestations-and-diagnosis . Последнее обновление: 29 ноября 2016 г. Дата обращения: 16 февраля 2017 г.

15. Ren CL et al. Основные рекомендации по лечению муковисцидоза легких. Использование модулятора трансмембранного регулятора проводимости при муковисцидозе у пациентов с муковисцидозом. Анналы Американского торакального общества . 2018; 15
    (3): стр.271-280.
    DOI: 10.1513 / annalsats.201707-539ot. | Открыть в режиме чтения QxMD

16. Ридли К., Кондрен М. Элексакафтор-тезакафтор-ивакафтор: первая терапия, регулирующая трансмембранный регулятор проводимости при муковисцидозе с тройной комбинацией. Журнал детской фармакологии и терапии . 2020; 25
    (3): с.192-197.
    DOI: 10.5863 / 1551-6776-25.3.192. | Открыть в режиме чтения QxMD

17. Chmiel JF, Aksamit TR, Chotirmall SH и др.Лечение антибиотиками легочных инфекций при муковисцидозе. I. Микробиом, метициллин-устойчивый золотистый стафилококк, грамотрицательные бактерии и множественные инфекции. AnnalsATS . 2014; 11
    (7): с.1120-9.
    DOI: 10.1513 / AnnalsATS.201402-050AS. | Открыть в режиме чтения QxMD

18. Куон Б.С., Госс СН, Рэмси Б.В. Ингаляционные антибиотики при инфекциях нижних дыхательных путей. Анналы АТС . 2014; 11
    (3): с.425-434.
    DOI: 10.1513 / annalsats.201311-395fr. | Открыть в режиме чтения QxMD

19. Мекония кишечная непроходимость.
    https://radiopaedia.org/articles/meconium-ileus .
    Обновлено: 16 февраля 2016 г.
    Доступ: 16 февраля 2017 г.
20. Признак Нейхаузера (дистальный отдел подвздошной кишки).
    https://radiopaedia.org/articles/neuhauser-sign-distal-ileum .
    Обновлено: 1 января 2018 г.
    Доступ: 15 февраля 2018 г.

21. Филдс TM, Мишель С.Дж., Батлер С.Л., Крисс В.М., Альберс С.Л.Абдоминальные проявления муковисцидоза у детей старшего возраста и взрослых. Американский журнал рентгенологии . 2006; 187
    (5): с.1199-1203.
    DOI: 10.2214 / ajr.05.0327. | Открыть в режиме чтения QxMD

22. Лауфер П., Финк Дж. Н., Брунс В. Т. и др. Аллергический бронхолегочный аспергиллез при муковисцидозе. J Allergy Clin Immunol . 1984; 73
    (1 Пет 1): стр.44-8.

23. Стивенс Д.А., Мосс Р.Б., Куруп В.П. и др.Аллергический бронхолегочный аспергиллез при муковисцидозе — современное состояние: Консенсусная конференция Фонда муковисцидоза .. Clin Infect Dis . 2003; 37 Дополнение 3
    : п.S225-64.
    DOI: 10,1086 / 376525. | Открыть в режиме чтения QxMD

24. Маккензи Т., Гиффорд А.Х., Сабадоса К.А. и др. Продолжительность жизни пациентов с муковисцидозом с 2000 по 2010 год и позже: анализ выживаемости из реестра пациентов Фонда муковисцидоза. Энн Интерн Мед. .2014; 161
    (4): 233 с.
    DOI: 10,7326 / m13-0636. | Открыть в режиме чтения QxMD

25. Крепление DB. Клинические проявления и лечение гипокалиемии у взрослых. В: Сообщение TW, под ред. Дата обновления . Уолтем, Массачусетс: UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/clinical-manifestations-and-treatment-of-hypokalemia-in-adults?source=search_result&search=hypokalemia&selectedTitle=1~150#h4819731 . Последнее обновление: 7 января 2016 г. Доступ: 9 февраля 2017 г.
26. Герольд Г. Внутренняя медицина .
    Герольд Дж.
    ; 2014 г.

27. Ручей I, Hinthorn DR. Хронический синусит. Хронический синусит . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WebMD. http://emedicine.medscape.com/article/232791-overview#showall . Обновлено: 4 марта 2016 г. Дата обращения: 16 февраля 2017 г.
28. Sharma GD. Муковисцидоз. Муковисцидоз . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WebMD. http://emedicine.medscape.com/article/1001602 . Обновлено: 8 июня 2016 г.Доступ: 16 февраля 2017 г.
29. Скрининг новорожденных на CF.
    https://www.cff.org/What-is-CF/Testing/Newborn-Screening-for-CF/ .
    Обновлено: 16 февраля 2017 г.
    Доступ: 16 февраля 2017 г.
30. Эмфизема: недавний рентген грудной клетки показал, что у меня гиперинфляция легких. Что могло быть причиной этого ?.
    http://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/emphysema/expert-answers/hyperinflated-lungs/faq-20058169 .Обновлено: 16 февраля 2017 г.
    Доступ: 16 февраля 2017 г.
31. Саймон Р. Муковисцидоз: Обзор лечения заболеваний легких. В: Сообщение TW, под ред. Дата обновления . Уолтем, Массачусетс: UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/cystic-fibrosis-overview-of-the-treatment-of-lung-disease . Последнее обновление: 13 февраля 2017 г. Дата обращения: 16 февраля 2017 г.
32. Дорнас Альфа.
    https://medlineplus.gov/druginfo/meds/a694002.html .
    Обновлено: 9 января 2010 г.
    Доступ: 16 февраля 2017 г.
33. Cunha BA. Stenotrophomonas Maltophilia. Stenotrophomonas Maltophilia . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WebMD. http://emedicine.medscape.com/article/237024-medication . Обновлено: 18 марта 2016 г. Дата обращения: 16 февраля 2017 г.
34. Munoz FM. Сезонный грипп у детей: профилактика вакцинами. В: Сообщение TW, под ред. Дата обновления . Уолтем, Массачусетс: UpToDate. https: // www.uptodate.com/contents/seasonal-influenza-in-children-prevention-with-vaccines . Последнее обновление: 6 октября 2016 г. Дата обращения: 16 февраля 2017 г.
35. Геном человека — муковисцидоз.
    https://web.stanford.edu/class/psych221/humangenome-CF.htm .
    Обновлено: 1 января 2003 г.
    Доступ: 8 февраля 2018 г.
36. Гольян Э.Ф. Rapid Review Pathology .
    Эльзевир Сондерс
    ; 2018 г.

37. Макфейл ГЛ, Клэнси ДжП.Ивакафтор: первая терапия, действующая на основную причину муковисцидоза. Наркотики сегодня . 2013; 49
    (4): с.253.
    DOI: 10.1358 / dot.2013.49.4.1940984. | Открыть в режиме чтения QxMD

38. Taylor-Cousar JL et al. Тезакафтор – ивакафтор у пациентов с муковисцидозом, гомозиготными по Phe508del. N Engl J Med . 2017; 377
    (21): с.2013-2023.
    DOI: 10,1056 / nejmoa1709846. | Открыть в режиме чтения QxMD

39. Кук К., Тейлор-Кузар JL.Люмакафтор и ивакафтор в лечении пациентов с муковисцидозом: современные данные и перспективы на будущее. Терапевтические достижения в лечении респираторных заболеваний . 2015; 9
    (6): с.313-326.
    DOI: 10,1177 / 1753465815601934. | Открыть в режиме чтения QxMD

40. Оркамби.
    https://www.drugs.com/pro/orkambi.html .
    Обновлено: 1 апреля 2019 г.
    Дата обращения: 5 июля 2019 г.
41. Ивакафтор.
    https: // www.Drugs.com/ppa/ivacaftor.html .
    Обновлено: 10 июня 2019 г.
    Дата обращения: 5 июля 2019 г.
42. Тезакафтор и Ивакафтор.
    https://www.drugs.com/ppa/tezacaftor-and-ivacaftor.html .
    Обновлено: 2 марта 2019 г.
    Дата обращения: 5 июля 2019 г.
43. Муковисцидоз.
    https://ghr.nlm.nih.gov/condition/cystic-fibrosis# .
    Обновлено: 17 августа 2020 г.
    Доступ: 19 августа 2020 г.

44. Янкаскас-младший, Маршалл BC, Суфиан Б., Саймон Р., Родман Д. Уход за взрослыми при кистозном фиброзе. Сундук . 2004; 125
    (1): стр.1С-39С.
    DOI: 10.1378 / Chess.125.1_suppl.1s. | Открыть в режиме чтения QxMD

45. Грум CM, Линч JP 3-й. Рентгенологические данные при муковисцидозе. Semin Respir Infect . 1992; 7
    (3): с.193-209.

46. Коэн-Цемберкно М., Шосеев Д., Керем Э.Управление муковисцидозом. Am J Respir Crit Care Med . 2011; 183
    (11): с.1463-1471.
    DOI: 10.1164 / rccm.201009-1478ci. | Открыть в режиме чтения QxMD

47. Флюм П.А., Могайзел П.Дж., Робинсон К.А. и др. Муковисцидоз легких. Рекомендации. Am J Respir Crit Care Med . 2009; 180
    (9): с.802-808.
    DOI: 10.1164 / rccm.200812-1845pp. | Открыть в режиме чтения QxMD

48. Могайзел П.Дж., Наурецкас Е.Т., Робинсон К.А. и др.Муковисцидоз легких. Рекомендации. Am J Respir Crit Care Med . 2013; 187
    (7): с.680-689.
    DOI: 10.1164 / rccm.201207-1160oe. | Открыть в режиме чтения QxMD

49. Turck D, Braegger CP, Colombo C и др. Руководство ESPEN-ESPGHAN-ECFS по питанию младенцев, детей и взрослых с муковисцидозом. Clin Nutr . 2016; 35 год
    (3): с.557-577.
    DOI: 10.1016 / j.clnu.2016.03.004. | Открыть в режиме чтения QxMD

50. Столлингс В.А., Старк Л.Дж., Робинсон К.А., Феранчак А.П., Куинтон Х.Практические рекомендации, основанные на фактических данных, для лечения детей и взрослых с муковисцидозом и недостаточностью поджелудочной железы, связанных с питанием: результаты систематического обзора. J Am Diet Assoc . 2008; 108
    (5): с.832-839.
    DOI: 10.1016 / j.jada.2008.02.020. | Открыть в режиме чтения QxMD

51. Фаррелл П.М., Розенштейн Б.Дж., Уайт Т.Б. и др. Руководство по диагностике кистозного фиброза у новорожденных и пожилых людей: консенсусный отчет Фонда кистозного фиброза. Дж. Педиатр . 2008; 153
    (2): стр.S4-S14.
    DOI: 10.1016 / j.jpeds.2008.05.005. | Открыть в режиме чтения QxMD

52. Капнадак С.Г., Диманго Э., Хаджилиадис Д. и др. Консенсусные руководящие принципы Фонда кистозного фиброза по уходу за пациентами с распространенным муковисцидозом легких. J Cyst Fibros . 2020; 19
    (3): с.344-354.
    DOI: 10.1016 / j.jcf.2020.02.015. | Открыть в режиме чтения QxMD

Животные модели патологии муковисцидоза: фенотипические параллели и расхождения

Муковисцидоз (МВ) вызывается мутациями в гене трансмембранного регулятора проводимости муковисцидоза (CFTR).Возникающий в результате характерный дефект ионного транспорта приводит к снижению мукоцилиарного клиренса, бактериальной колонизации и хроническому воспалению с преобладанием нейтрофилов. Большое количество знаний о патофизиологии заболевания было получено путем создания моделей на животных, несмотря на присущие каждой из них ограничения. Неспособность некоторых моделей мышей воспроизвести фенотипические проявления болезни человека инициировала создание более крупных животных для изучения МВ, включая свиней и хорьков.В этом обзоре будут обобщены основные фенотипы трех моделей животных и описан вклад таких исследований на животных в наше текущее понимание МВ.

1. Введение

Мультиорганная патология муковисцидоза. В 1989 г. ген CFTR был идентифицирован и выделен из эпителиальных клеток поджелудочной железы, легких, толстой кишки, потовых желез и носовых полипов здоровых людей контрольной группы [1, 2]. Облегчая перенос ионов в клетку и из клетки, функция CFTR приводит к гидратации дыхательных путей и нормальному объему жидкости на поверхности дыхательных путей (ASL).Адекватная ASL обеспечивает оптимальное движение ресничек дыхательных путей, функция которых заключается в удалении слизи, содержащей провоспалительные медиаторы, иммунные клетки и вдыхаемые патогены из легких. МВ — аутосомно-рецессивное наследственное заболевание, вызываемое мутациями в гене CFTR [2], приводящее к повышенной заболеваемости в молодом возрасте [3]. CF поражает 70 000 человек во всем мире [4] и характеризуется нарушенной функцией CFTR, что приводит к снижению секреции хлорида (Cl ^— ) и гиперабсорбции натрия (Na ⁺ ).Сниженный транспорт ионов значительно обезвоживает слизь в дыхательных путях, что приводит к снижению ASL, препятствуя адекватному удалению слизи через мукоцилиарный эскалатор [5]. Накопленные слизью реснички становятся дискинетическими, что приводит к патологической триаде, которая характеризует МВ: хроническое накопление слизи в дыхательных путях, захват микробов и устойчивое воспаление, включающее постоянный приток воспалительных клеток в легкие, что приводит к потере легочной функции и ухудшению клинического исхода [6, 7 ].

Хотя хроническая патология легких представляет собой наиболее серьезное клиническое проявление [8, 9], МВ является полиорганной болезнью.Внелегочные клинические проявления МВ включают поражение желудочно-кишечного тракта. Например, кишечная непроходимость (ИМ), вызванная повышенной вязкостью кишечной слизи в течение нескольких часов после рождения, встречается у 13–17% младенцев с МВ [10]. Белок CFTR также экспрессируется на апикальной мембране эпителиальных клеток поджелудочной железы. Здесь он модулирует абсорбцию и секрецию бикарбоната Cl ^— , важный буфер для поддержания оптимального pH. Обструкция слизистой оболочки, вторичная по отношению к дисфункциональному CFTR в поджелудочной железе, увековечивает локализованное воспаление и рубцевание поджелудочной железы.Общие патологии, связанные с этим органом при МВ, включают недостаточность поджелудочной железы, панкреатит, непереносимость глюкозы и сахарный диабет, связанный с МВ [11]. В этом отношении CFTR играет важную роль в секреции проферментов поджелудочной железы (например, зимогена) в двенадцатиперстную кишку, а плохая эндокринная функция, как это происходит при CF, приводит к нарушению всасывания питательных веществ, включая жирорастворимые витамины, холестерин и белки, что приводит к к плохой прибавке в весе и дефициту питания. CF также может влиять на гепатобилиарную систему.Заболевание печени вызывается обструкцией желчных путей и прогрессирующим перипортальным фиброзом, что приводит к билиарному циррозу. Хотя только 3,9% детей и 5,4% взрослых с МВ страдают заболеванием печени, оно может быть фатальным: в 2013 г. 4% популяции МВ страдали от заболевания печени [12]. CF также снижает фертильность: 97% мужчин страдают бесплодием, а вероятность успешной беременности у женщин снижается [13, 14].

Животные модели CF важны, поскольку они служат для дальнейшего нашего понимания механизмов, связанных с прогрессированием заболевания CF и патологией заболевания, а также помогают в разработке новых методов лечения пациентов с CF.До недавнего времени многие исследования были сосредоточены на мышиной модели. Однако его использование для понимания патологии МВ становится менее популярным по ряду причин. Во-первых, у мышей короткая продолжительность жизни; поэтому прогрессирование заболевания легких при МВ не может быть адекватно изучено у этих животных. Очень важно, что у мышей с МВ не развиваются спонтанные заболевания легких или хронические бактериальные инфекции [15], в отличие от пациентов с МВ. Мыши CF также экспрессируют CFTR-независимый альтернативный канал Cl ^— , что означает, что мыши с дефицитом CFTR все еще секретируют Cl ^— , тем самым компенсируя дисфункциональный CFTR.

В свете этого исследователи обратились к животным, у которых патологические исходы МВ схожи с человеческими. Модель свиньи с нокаутом CFTR и свинья, несущая мутацию ΔF508 , были разработаны в 2008 г. [16]. Это животное любят по многим причинам; Во-первых, у свиней большая продолжительность жизни, что позволяет исследователям изучать прогрессирование заболевания CF с течением времени и эффективность долгосрочных терапевтических средств. Интересно, что даже несмотря на то, что новорожденные свиньи с дефицитом CFTR имеют такое же количество нейтрофилов в дыхательных путях и уровни IL-8, как и свиньи дикого типа (WT), у них все же развивается спонтанное заболевание легких.В легких новорожденных поросят с МВ, инфицированных Staphylococcus aureus ( S. aureus ), не удалось искоренить инфекцию, что стимулирует дебаты о том, возникает ли воспаление дыхательных путей или инфекция в первую очередь [17].

Хорек — еще одна хорошо охарактеризованная модель животного, которая в настоящее время обычно используется для исследований CF. Экспрессия CFTR у хорьков идентична человеческой, и, как и свиньи, они имеют долгую продолжительность жизни. Неонатальные хорьки с дефицитом CFTR демонстрируют фенотипические характеристики, сходные с человеческими, включая заболевания печени, поджелудочной железы и спонтанные инфекции легких [18].У хорьков с дефицитом CFTR также ниже ИМТ и нарушен клиренс слизи [19]. Кроме того, хорьки с МВ не могут успешно искоренить легочные инфекции [20], хотя в жидкости бронхоальвеолярного лаважа (ЖБАЛ) новорожденных хорьков повышены уровни ИЛ-8 и фактора некроза опухоли (ФНО-) α , как описано для людей с МВ [ 20].

В этом обзоре мы обсудим, как модели мышей, свиней и хорьков с МВ расширили наши знания о патологии МВ и способствовали нашему пониманию болезни МВ.Этот обзор литературы проводился с использованием баз данных MEDLINE, Google Scholar и Cochrane Library с использованием нескольких подходящих общих терминов.

2. Влияние мутаций CFTR на количество и активность мембранных каналов

Перед описанием животных моделей заболевания, связанного с МВ, необходимо понимание функции CFTR и мутаций CFTR, влияющих на активность каналов. В нормальных условиях белок CFTR функционирует как канал Cl ^— , перекачивая ионы Cl ^— из клетки.CFTR также действует как регулятор других ионов, включая Na ⁺ , отрицательно регулируя эпителиальный канал Na ⁺ (ENaC) [21, 22]. ENaC, также известный как ненейрональный натриевый канал 1 (Scnn1), представляет собой чувствительный к амилориду ионный канал, ответственный за трансэпителиальный транспорт ионов Na ⁺ . Структурно белок ENaC включает три различных α , β и γ субъединиц, кодируемых генами Scnn1a , Scnn1b и Scnn1c соответственно [23].Каждая субъединица содержит два трансмембранных домена, внеклеточную петлю и короткие N- и C-концы. Четвертая ( δ ) субъединица ENaC была описана, но остается сравнительно малоизученной [24, 25]. Дисфункциональный CFTR в сочетании с повышенной активностью ENaC при МВ приводит к ингибированию нормальной секреции Cl ^– на апикальную поверхность эпителия дыхательных путей и значительной гиперабсорбции Na ⁺ с последующим осмотически управляемым оттоком воды к базолатеральной мембране.Результирующий обезвоженный объем ASL значительно ухудшает мукоцилиарный клиренс [26]. В соответствии с этим было показано, что нейтрофилы CF содержат повышенные концентрации ионов Na ⁺ и Cl ^— , вторичные по отношению к нарушенной функции CFTR [27]. Нарушение ENaC также было связано с заболеваниями, выходящими за рамки МВ, включая болезнь Лиддла и псевдогиперальдостеронизм [28]. CFTR также контролирует транспорт калия (K ⁺ ) путем регулирования почечного наружного мозгового калиевого канала (ROMK) (Рисунок 1) [29].

На сегодняшний день идентифицировано более 2000 мутаций CFTR [30], которые разделены на 6 категорий в зависимости от их влияния потери функции на трансляцию белков, клеточный процессинг или стробирование каналов CFTR (рис. 2). Мутации Missense (изменение одной аминокислоты) составляют 39,71% всех мутаций CFTR, мутации сдвига рамки считывания (вставки или делеции) составляют 15,66%, мутации сплайсинга (влияющие на сплайсинг интронов) составляют 11,45%, а бессмысленные (вставка преждевременного стоп-кодон) мутации составляют 8.28% мутаций CFTR во всем мире [30]. Мутации класса I нарушают синтез белка. Преждевременные стоп-кодоны, с которыми сталкиваются рибосомы, приводят к раннему прекращению трансляции белка CFTR. Получающийся в результате усеченный CFTR, результат сдвига рамки считывания или нонсенс-мутации, деградирует в эндоплазматическом ретикулуме (ER) и не достигает поверхности клетки [12, 31]. Мутации класса II влияют на созревание белка CFTR и характеризуются миссенс-мутациями. Неправильная обработка белка CFTR вызывает неправильную укладку белка.Неправильно свернутый CFTR нацелен на деградацию внутри ER, и поэтому нестабильный белок не достигает апикальной клеточной мембраны. Мутация ΔF508 является мутацией класса II и вызвана делецией остатка фенилаланина в положении 508 гена CFTR [31]. Мутация ΔF508 является тяжелой мутацией и является наиболее частой мутацией у более 90% людей с МВ, гетерозиготных по мутации ΔF508 [12]. Мутации класса III известны как дефекты ворот и влияют на открытие канала CFTR, контролируя связывание и гидролиз аденозинтрифосфата (АТФ) [31].Хотя CFTR обрабатывается правильно и стабильно экспрессируется на клеточной мембране, способность этого мутанта к гейтингу сильно нарушена. Мутация G551D является мутацией класса III и вызвана миссенс-мутацией нуклеотида 1784, приводящей к изменению остатка глицина на остаток аспартата. Из-за этой мутации канал удерживается в закрытой конформации, тем самым блокируя транспорт Cl ^— .

Мутации классов IV, V и VI относительно менее серьезны, чем мутации первых трех классов, поскольку они все еще сохраняют остаточную функцию CFTR на поверхности клетки.В результате этих мутаций может снизиться проводимость Cl ^– (класс IV), сплайсинг CFTR может снизить функцию белка на поверхности клетки (класс V) или ускоренный обмен белка может снизить период полужизни CFTR на поверхности клетки [ 12, 31, 32] (Рисунок 2).

3. Варианты лечения CF

Лечение CF включает в себя терапию для управления симптомами и потенциальной коррекции белка CFTR. Для симптоматического лечения заболевания текущие основные методы лечения включают гипертонический раствор (ГТС), который может использоваться для улучшения мукоцилиарного просвета дыхательных путей у пациентов с МВ [33].HTS, состоящий из 3–7% хлорида натрия (NaCl), регидратирует дыхательные пути, снижает нагрузку на слизистые оболочки [34] и увеличивает клиренс легких. HTS разжижает слизь, заставляя клетки дыхательных путей выделять воду, таким образом восстанавливая слой влаги, облегчая удаление слизи при кашле и снижая уровни провоспалительных медиаторов [35, 36]. Также доступны другие методы лечения для уменьшения скопления слизи. Муколитический фермент рекомбинантная ДНКаза (рчДНаза) в виде аэрозоля или ее торговое название Pulmozyme® расщепляет внеклеточную ДНК, которая высвобождается из клеток в биопленках во время некроза, тем самым снижая вязкость слизи.Снижение вязкоэластичности слизи в дыхательных путях обеспечивает лучший доступ антибиотиков к целевым микробам, захороненным глубоко в слизи. В настоящее время он является третьим по распространенности долгосрочным лечением пациентов с МВ: 46% детей и 50% взрослых с МВ назначили рчДНазу в 2013 г. [12], и было показано, что он улучшает функцию легких и уменьшает количество обострений в течение 6 месяцев [3, 37]. Поддержание хорошего статуса питания важно для пациентов с МВ для достижения максимальных клинических результатов. Дополнительные ферменты поджелудочной железы, витамины и минералы — все это часть симптоматического контроля над заболеванием [12].Если здоровье пациента продолжает ухудшаться, несмотря на изучение всех доступных терапевтических возможностей, трансплантацию можно рассматривать как следующее вмешательство. Было показано, что трансплантаты легких увеличивают выживаемость по сравнению с прогнозируемой выживаемостью пациентов без трансплантата [38].

В течение многих лет терапия CF заключалась в симптоматическом контроле вторичных эффектов дисфункции CFTR, а не в лечебном лечении первичного дефекта. С момента открытия гена CFTR в 1989 году значительное внимание было направлено на разработку таких препаратов, как корректоры и потенциаторы, для устранения генетического дефекта при МВ.С этой целью высокопроизводительный скрининг облегчил разработку терапевтических средств, которые лечат причину генетического нарушения, а не симптомы. Корректоры и потенциаторы ионных каналов способствуют исправлению и функционированию дефектного белка CFTR. Ивакафтор (VX-770), или его зарегистрированное название Kalydeco®, является примером потенцирующего препарата, производимого Vertex Pharmaceuticals (Массачусетс, США), и в настоящее время его вводят перорально пациентам с мутацией G551D . Ивакафтор обратился к проблемам, связанным с дефектами ворот мутированного белка CFTR.У пациентов с мутацией G551D CFTR присутствует на поверхности клетки, но не является функциональным; поэтому ивакафтор был разработан для увеличения времени, в течение которого канал CFTR остается открытым, что позволяет переносить ионы внутрь и из клетки [39]. Потенциатор CFTR увеличивал FEV ₁ на 10%, улучшал набор веса, уменьшал Cl ^– потоотделения и уменьшал количество обострений [40]. В настоящее время появляются сообщения о потенциальных косвенных преимуществах ивакафтора как противовоспалительного средства.Rowe et al. сообщили, что у пациентов с МВ, получавших ивакафтор, отмечалось заметное увеличение бактериального клиренса слизистой оболочки [41]. В подтверждение этого Резников и др. продемонстрировали дозозависимое снижение содержания S. aureus при терапии ивакафтором in vitro [42]. Кроме того, Pohl et al. подчеркнули важность лечения ивакафтором для улучшения дегрануляции нейтрофилов [27]. Наконец, Bratcher et al. идентифицировали потенциал ивакафтора в снижении экспрессии CD11b на изолированных нейтрофилах у пациентов, находящихся на лечении [43].

Мутация ΔF508 является наиболее распространенной и тяжелой мутацией МВ во всем мире [30]. Ивакафтор, вводимый пациентам с мутацией ΔF508 , не вызывал улучшения ОФВ ₁ или Cl ^– в поту по сравнению с пациентами, получавшими плацебо. В отличие от результатов, наблюдаемых для мутации G551D , потенциатор не устранял непосредственно специфический дефект, лежащий в основе мутаций класса II [44]. Напротив, терапия корректирующего типа позволяет транспортировать CFTR к плазматической мембране и может лечить пациентов с мутацией ΔF508 .Lumacaftor (VX-809) — одобренный исследовательский корректор, нацеленный на дефектную мутацию ΔF508 . Комбинированный подход корректора VX-809 и потенцирующего препарата VX-770 в клинических испытаниях фазы 3 продемонстрировал незначительное улучшение функции легких, уменьшение легочных обострений и повышение ИМТ у пациентов, гомозиготных по мутации ΔF508 [45, 46]. Это многообещающий результат, который может улучшить качество жизни большинства пациентов с МВ во всем мире.2 июля 2015 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило комбинированный подход с люмакафтором / ивакафтором, известный как Orkambi®, для лечения пациентов с гомозиготами ΔF508 . Это было большим прорывом для пациентов с МВ, и хотя исследования продемонстрировали незначительные эффекты, минимальные положительные клинические результаты, несомненно, улучшат качество жизни пациентов [47].

4. Использование мышиных моделей в изучении CF

Характеристика гена CFTR в 1989 г. с помощью позиционного клонирования [2, 48] открыла новый взгляд на патофизиологию заболевания CF и всего через три года после его открытия, были описаны самые первые мышиные модели заболевания МВ [49].С общей гомологией аминокислотных последовательностей 78% между мышиным и человеческим CFTR, эти модели способствовали значительному прогрессу в нашем понимании этого сложного и ограничивающего жизнь заболевания [50]. Модель нулевых мышей с потерей функции была впервые предложена в качестве модели CF Snouwaert et al. в Университете Северной Каролины, в котором они успешно создали мышь с нокаутом CFTR () из эмбриональных стволовых клеток путем вставки стоп-кодона в экзон 10 кодирующей последовательности CFTR, названной мутацией S489X [49].Эти модели были далее развиты другими, чтобы создать множество моделей нокаута на различных генетических основах, включая модели,, и [51–54]. В дополнение к нокаутной модели CF были также разработаны различные нокаутные мутанты. Специфические мутации, вызывающие МВ, были введены в эндогенный ген CFTR мыши для мышей-носителей, несущих мутации класса II ΔF508 (,, и) и G480C () [55–58], за которыми последовали мутанты, несущие класс III G551D. мутация () [59].Однако сообщалось об интрамутантных вариациях выживаемости, тяжести заболевания и патологии этих животных. Список моделей мышей CF приведен в таблице 1.

Хотя модель мышей CFTR не является типичной, модель мышей « β -ENaC» также рассматривалась. Как упоминалось ранее, этот канал вместе с секрецией Cl ^— , опосредованной CFTR, играет важную роль в правильном регулировании объема ASL и в адекватном удалении вдыхаемых микроорганизмов и частиц окружающей среды мукоцилиарным эскалатором [65, 66]. .

4.1. Изменения, связанные с заболеваниями дыхательных путей

Как упоминалось ранее, заболевание дыхательных путей при МВ у людей характеризуется обезвоживанием слизи, воспалением и инфекцией; и, соответственно, любые мышиные модели, используемые для изучения болезни, должны быть репрезентативными [9, 67].Там, где доступны данные, носовой эпителий большинства моделей мышей, включая,,,, и, отражает аномальный назальный электрофизиологический профиль, наблюдаемый у людей с МВ, со значительной гиперабсорбцией Na ⁺ и повышенной чувствительностью к амилориду базальной разницей носовых потенциалов (PD ) по сравнению с однопометными мышами без МВ [54–56, 58–60].

В то время как верхние дыхательные пути на мышиных моделях представляют верхние дыхательные пути людей с МВ, нижние дыхательные пути представляют совершенно иную картину.Ни у одной модели мыши CFTR не развилось спонтанное воспаление легких без проблем, что ограничивает их полезность при изучении прогрессирования заболевания легких при МВ. Не было зарегистрировано аномалий эпителия нижних дыхательных путей для моделей с нокаутом, включая,, и / или в моделях, несущих ΔF508 и G551D аллелей, таких как, или [49, 51, 52, 55, 56, 59, 60]. Отсутствие тяжелой спонтанной патологии легких в этих моделях мышей частично объясняется экспрессией не-CFTR кальций-активируемого канала Cl ^— (CACC) в определенных тканях мыши и тем фактом, что эта экспрессия служит для исправления ионного дисбаланса. лежащее в основе заболевание легких МВ.Следует отметить, что у конгенного штамма модели мышей, названного B6-, в котором экспрессируемый мышами альтернативный канал Cl ^— отсутствовал, действительно развилось спонтанное заболевание легких, включая нарушение мукоцилиарного клиренса и фиброз тканей, даже при разведении в среде, свободной от патогенов. среда. У этих конгенных мышей также обнаружено нарушение контроля над инфекцией Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa ) [62, 68, 69]. О развитии хронического воспаления легких и устойчивости бактерий сообщалось в модели после интраназального введения Burkholderia cepacia ( B.cepacia ; BC7), с повышенным количеством нейтрофилов и уровнями цитокинов у мышей, зараженных BC7, по сравнению с контрольными животными [70]. Используя другой подход, значительное легочное воспаление и связанная с ним патология были также индуцированы у мышей S489X после транстрахеальной доставки бусинок агарозы, содержащих P. aeruginosa [71]. Кроме того, низкие уровни экспрессии протонной помпы ATP12A у мышей CF могут способствовать нормальному уровню pH ASL и не нарушать защиту дыхательных путей хозяина. Такие данные могут объяснить, почему мыши с МВ проявляют повышенную защиту от легочной инфекции [72].Интересно, что в модели мышей β -ENaC избыточная активность ENaC, в частности избыточная экспрессия β -субъединицы ENaC ( β -ENaC), ускоряла абсорбцию Na ⁺ и вызывала CF-подобную легочную клиническую картину. фенотип, включая истощение ASL, значительную обструкцию дыхательных путей и воспаление с преобладанием нейтрофилов, что делает его важной и актуальной моделью для изучения заболевания легких при МВ. Модель β -ENaC на мышах не только продемонстрировала критическую важность субъединицы β для оптимальной активности ENaC, но также подчеркнула механизм между аномальным переносом ионов и высотой ASL и нарушением мукоцилиарного клиренса при CF [23, 73].

4.2. Развитие кишечного заболевания у мышей с муковисцидозом, модели

Как уже упоминалось, МВ включает в себя множество внелегочных проявлений у людей, включая осложнения со стороны желудочно-кишечного тракта. Исследования документально подтвердили значительную экспрессию CFTR в желудочно-кишечном тракте, предполагая важную роль ионного канала в этой среде. Действительно, дисфункциональный CFTR в желудочно-кишечном тракте может приводить к задержке секреции слизи, ИМ, синдрому дистальной кишечной непроходимости, нарушению моторики и дисбактериозу кишечника, недостаточности поджелудочной железы и желудочному рефлюксу [11, 49, 74].ИМ может развиться в утробе матери , но редко представляет опасность для жизни при наличии бдительного скрининга и быстрого хирургического вмешательства. Точно так же тяжелая кишечная непроходимость была обнаружена во многих моделях мышей с МВ, но, в отличие от людей, развивается постнатально и связана со значительной смертностью. Фактически, кишечные осложнения, демонстрируемые мышиными моделями МВ, представляют собой наиболее выраженную патологию этой модели, что делает ее подходящей моделью для изучения кишечного заболевания МВ [75, 76].

Несмотря на то, что степень тяжести кишечного заболевания существует, большинство моделей отражают патологию, о которой сообщалось, и с тяжелыми кишечными осложнениями, включая укорочение, гиперплазию бокаловидных клеток, закупорку слизи, непроходимость, расширение крипт и смерть являются общей темой [49, 52–54, 63]. Интересно, что модели и (несущие мутации класса II ΔF508 и G480C , соответственно) обнаруживают кишечные аномалии; однако мыши не страдают такой же летальной кишечной непроходимостью, которая наблюдается у людей или у мышей с нокаутом [55, 58].Сходным образом модель на мышах демонстрирует довольно мягкий фенотип кишечника, который, вероятно, объясняется «протекающей» природой инсерционной мутации экзона 10, приводящей к остаточной функции CFTR [77]. Вторая модель ΔF508 ,,, развивает значительную слизистую закупорку в тонком кишечнике, тощей кишке и толстой кишке с уровнем смертности, аналогичным таковому в нокаут-моделях [57]. Хотя модель G551D действительно отражала некоторые кишечные аномалии, включая непроходимость, аномальные или отсутствующие ворсинки, а также отложение некротического и фекального материала в тонкой кишке, показатели смертности были значительно ниже, чем в модели с нокаутом на мышах [59].Выживаемость и фенотипические различия, наблюдаемые между моделями, вероятно, являются результатом вариаций генетического фона, воздействия патогенов и условий содержания, использованных во время соответствующих исследований [50].

4.3. Болезнь поджелудочной железы у мышей с CF. Модель

Другой важный аспект заболевания CF — серьезные структурные и функциональные аномалии поджелудочной железы, где CFTR играет роль в секреции протоков поджелудочной железы. Однако мышиные модели не могут развить дисфункцию поджелудочной железы с той же серьезностью, что и люди [11, 67].Модели с нулевым нокаутом, такие как и, как сообщалось, имели только легкие или умеренные патологические изменения поджелудочной железы, включая слегка увеличенные ацинусы, дилатацию просвета или закупорку некоторых протоков поджелудочной железы по сравнению с WT [49, 51]. Следует отметить, что модели мышей ΔF508 и G551D (,, и) вообще лишены каких-либо патологий поджелудочной железы [55–57, 59]. Существенное несоответствие между тяжелым панкреатическим фенотипом МВ, наблюдаемым у людей, и более мягким проявлением у мышей можно объяснить очень низкими уровнями остаточной активности CFTR, достаточной для поддержания секреции ионов в поджелудочной железе мышей.Кроме того, действие альтернативной CFTR-независимой CACC в поджелудочной железе мышей может привести к более нормализованной проводимости Cl ^– и улучшению патологии поджелудочной железы [63, 67, 68].

4.4. Развитие гепатобилиарной болезни в моделях CF на мышах

Болезнь печени не изучалась широко на мышах, моделирующих заболевание CF. В то время как у некоторых мышей наблюдались аномалии печени, такие как билиарный цирроз [59], другие модели, в том числе и не сообщают об заметных аномалиях печени [49, 55].У людей, однако, заболевание печени возникает в более позднем возрасте, поэтому, несмотря на то, что большинство моделей мышей демонстрируют незначительную патологию печени или не демонстрируют ее вовсе, исследования на старых мышах необходимы для выяснения потенциального прогрессирования этого заболевания [62, 64]. Интересно, что две модели мышей, и, как было обнаружено, имели растянутый / разорванный и загруженный желчью желчный пузырь с одновременным локализованным воспалением с преобладанием нейтрофилов, что предполагает потенциальную роль этих моделей в исследованиях образования и потенциального лечения желчных камней, которые часто присутствуют в люди с МВ [49, 59, 62].Это контрастирует с описанием явной патологии желчного пузыря [56].

4.5. Фертильность и репродуктивные проблемы у мышей с CF

Бесплодие — обычная характеристика CF, поражающая примерно 97% мужчин из-за врожденного отсутствия семявыносящего протока, приводящего к азооспермии [14, 78]. Однако многие модели мышей, включая и, не могут воспроизвести это бесплодие [49, 51, 52, 55, 58, 59]. Предполагается, что отсутствие наблюдаемого следствия между моделями мышей и людьми снова связано с экспрессией вышеупомянутого альтернативного канала Cl ^— в семенных пузырьках и придатках яичка мышей [79].Хотя некоторые женщины с МВ также страдают бесплодием, исследований гораздо меньше. В прошлом мышиные модели использовались для изучения репродуктивных моделей у самок. Модель нокаута и модель мыши ΔF508 были использованы для демонстрации нарушения транспорта сперматозоидов в репродуктивном тракте самок мышей с CF из-за неадекватного контроля жидкости. В этом исследовании также сообщалось о задержке полового созревания, уменьшении размеров репродуктивных органов и уменьшении количества ооцитов во время овуляции, что может способствовать женскому бесплодию у людей [67, 80].

4.6. Использование мышиной модели CF для оценки новых вариантов лечения

Разработка моделей на мышах открыла новый путь для тестирования экспериментальных соединений на их эффективность в воздействии на дисфункциональный ген CFTR. Du et al. создали модель мыши, несущую мутацию класса I G542X , в которой они продемонстрировали способность перорального биодоступного соединения PTC124 считывать преждевременные стоп-кодоны, ключевую особенность мутаций CFTR класса I, что приводит к частичному восстановлению белка CFTR в кишечник мыши [81].Совсем недавно было показано, что подобное соединение для считывания, NB124, подавляет бессмысленные мутации и частично восстанавливает функцию CFTR на модели трансгенных мышей G542X [82]. Другие лекарственные препараты и подходы к генной терапии также были описаны на мышиных моделях [83–85].

Помимо подхода с использованием модулятора CFTR, антагонисты каналов ENaC также исследуются с использованием модели мышей β -ENaC на предмет их эффективности в восстановлении нормального потока Na ⁺ и их последующих эффектов на клиренс слизи и воспаление [86].

5. Использование моделей свиней для изучения патологии МВ

Хотя область исследований МВ значительно продвинулась благодаря использованию моделей на мышах за последние два десятилетия, проявления, наблюдаемые у мышей, не полностью отражают нормальный клинический фенотип. CF у людей, особенно в связи с прогрессированием легочного заболевания. Следовательно, исследователи обратили свое внимание на модель заболевания CF у свиней как на более надежное представление фенотипа CF человека [75].Действительно, свинья на 92% имеет гомологию последовательности CFTR с человеческим CFTR [87]. В 2008 году Роджерс и его коллеги создали модель CF у домашних животных ( Sus scrofa ), используя рекомбинантный аденоассоциированный вирус-опосредованный (AAV-опосредованный) генный таргетинг в фибробласте плода свиньи. Этот процесс включал генерацию двух различных дефектов CFTR, включая нулевой аллель, в котором отсутствует продукция белка CFTR, и гетерозиготную мутацию ΔF508 [16]. Кроме того, в 2011 году Остедгаард и его коллеги использовали гетерозиготную свинью, полученную ранее Rogers et al.(2008) [16] для создания гомозиготных животных. Уход за этими животными включает начальную операцию по облегчению кишечной непроходимости [88]. Поросятам с МВ также требуется заместительная терапия ферментами поджелудочной железы, витамины и блокаторы h3 и / или ингибиторы протонной помпы для улучшения контроля над кислотностью желудочного сока [87, 89].

5.1. Связанные с заболеваниями дыхательных путей изменения в модели CF свиньи

Модель свиньи была подходящим кандидатом для изучения болезни легких при CF из-за анатомического и физиологического сходства между легкими человека и свиньи [90, 91].Интересно, что еще в 1976 году дыхательные пути свиней использовались для имитации цикла инфицирования и воспаления человека [92]. Фенотипически Meyerholz et al. продемонстрировали, что трахея и бронхи у поросят с МВ были меньше, чем у поросят дикого типа [93], хотя объем легких, как сообщается, был аналогичен их однопометникам без МВ. Поросята с МВ (CFTR ^{— / —} и) также обладают повышенным сопротивлением дыхательных путей, что указывает на обструкцию дыхательных путей [94] и утолщение стенки дыхательных путей, как и у детей с МВ [17].Кроме того, Ostedgaard et al. сообщили, что у поросят заболевание дыхательных путей наблюдается в возрасте 2 дней, с развитием слизисто-гнойного материала, вызывающего обструкцию дыхательных путей [87].

В последние годы в области CF развернулись дебаты о том, возникает ли воспаление или инфекция сначала в дыхательных путях CF, при этом некоторые авторы соглашаются с тем, что воспаление предшествует инфекции у детей с CF [95, 96], а другие предоставляют доказательства того, что наоборот [97]. Модель МВ со свиньей предоставила ученым прочную платформу для подробного изучения этой важной головоломки.Исследования с использованием свиньи CFTR ^{— / —} продемонстрировали одинаковое количество иммунных клеток и концентрации цитокина IL-8 у поросят дикого типа и CF [89]. Основываясь на этом фундаменте знаний и поскольку у свиней CFTR ^{— / —} воспаление отсутствует при рождении, Chen et al. пришли к выводу, что это идеальная модель для изучения дефектов транспорта электролита. Результаты показали, что стимулированный c-AMP транспорт Cl ^— был нарушен в носовых и трахеальных трансэпителиальных дыхательных путях свиней с МВ с мутацией CFTR ^{— / —} [98], как и у людей с МВ [99, 100].Более того, гиперабсорбция Na ⁺ в носовых клетках поросят с МВ была увеличена по сравнению с поросятами дикого типа.

Очень важно, что ЖБАЛ от поросят CFTR ^{— / —} содержал большее количество бактерий, включая S. aureus , которых не было у поросят WT [17]. Интересно, что эти данные отражают отчеты о детях с МВ, где основной бактерией, выделенной из образцов дыхательных путей, была S. aureus [4]. Более того, бактерии были изолированы из легких поросят, в отличие от поросят дикого типа, у которых отсутствовали культивируемые бактериальные колонии [87].Эти данные предоставили первую линию доказательств того, что воспаление возникает после инфицирования у поросят с МВ, и демонстрируют, что наследственный дефект, связанный с недостатком белка и функции CFTR, приводит к нарушению бактериального клиренса и развитию воспаления. В совокупности эти отчеты показывают, что модели CFTR ^{— / —} и свиньи имеют сходные патологические исходы в легких, как и их генотипически идентичные человеческие аналоги, и облегчают наше понимание болезни легких при МВ, обеспечивая доказательства происхождения воспаления и инфекции в легких.

5.2. Развитие кишечных заболеваний у свиней CF Модель

MI классифицируется как простое или сложное. Простой ИМ — это неспособность удалить меконий в течение первых 48 часов после рождения, а сложный ИМ представляет собой атрезию, некроз и перфорацию кишечника [11]. Интересно, что, используя свинью CFTR ^{— / —} , Rogers et al. продемонстрировали, что самым ранним проявлением МВ был ИМ [89]. Исследования показали, что у 100% CFTR ^{— / —} свиней развивается комплексный ИМ [87, 89, 101].Это согласуется с увеличением случаев ИМ у людей, несущих мутацию ΔF508 [102].

В кишечнике CFTR ^{— / —} поросят воспаления не отмечено; однако спиральная ободочная кишка свиньи CFTR ^{— / —} содержала скопления микроклеток и высокий уровень слизи [87]. CFTR ^{— / —} поросята также страдали атрезией кишечника, осложнением, которое возникает при рождении и приводит к сужению кишечника. Интересно, что это также часто встречается у младенцев с МВ [101].Ostedgaard et al. сообщили, что у свиней была патология желудочно-кишечного тракта, аналогичная патологии CFTR ^{— / —} [87]. Кроме того, дивертикулит — состояние, вызванное образованием мешка в стенке толстой кишки, обычно встречается у лиц с МВ, а также у поросят CFTR ^{— / —} [103]. Эти данные показывают, что патологии ЖКТ у CFTR ^{— / —} и подобны, что указывает на связанный с CFTR дефект, влияющий на патологические исходы у поросят, в отличие от их коллег у людей.

5.3. Заболевание поджелудочной железы у свиней CFTR Model

Данные показали, что поросятам CFTR ^{— / —} не удается набрать вес [89]. Недостаточность поджелудочной железы — еще одна характеристика, связанная с поросятами с МВ, фенотипически подобная детям с МВ [104]. Изучение заболевания поджелудочной железы у взрослых пациентов с МВ затруднено, так как оно включает в себя забор жидкости из тощей кишки, которая содержит смесь желчи и панкреатической жидкости, так как общий желчный проток и проток поджелудочной железы вмешиваются. Интересно, что у свиней есть отдельные общие протоки желчи и поджелудочной железы, что позволяет исследователям отдельно изучать желчь и поджелудочную жидкость [105].свиньи имели пониженную секрецию панкреатической жидкости с измененным pH и содержанием белка [105]. У свиней CFTR ^{— / —} количество ацинарных клеток и цитоплазматических гранул зимогена уменьшилось, с повышенной секрецией зимогена в интерстиции и в протоках поджелудочной железы; это похоже на то, что описано у взрослых с МВ [101]. Интересно, что гистология поджелудочной железы свиней была менее тяжелой, чем у свиней CFTR ^{— / —} [87], что указывает на то, что минимальное присутствие / функция CFTR у свиней ΔF508 может снизить прогрессирование заболевания поджелудочной железы, что может облегчить исследователям понимание развития и прогрессирования заболевания поджелудочной железы у лиц с МВ.

5.4. Гепатобилиарная болезнь у свиней Модель CF

В гепатобилиарной системе CFTR располагается на апикальной мембране холангиоцитов [106] и играет роль в регулировании стабильности жидкости и электролитов в желчи. Аномалии желчного пузыря, включая заметно меньший размер желчного пузыря, встречаются примерно у 10–30% всех пациентов с МВ [107]. Действительно, застывшая желчь и слизь были обнаружены в меньших по размеру желчных пузырях CFTR ^{— / —} и свиней по сравнению с дикими свиньями [87, 89].Было показано, что свинья CFTR ^{— / —} имела поражения печени от легкой до умеренной [89] и повышенное содержание желчного белка по сравнению с свиньями дикого типа [105]. Более того, свинья CFTR ^{— / —} имела повышенное клеточное воспаление, гиперплазию протоков и умеренный фиброз. В то же время модель свиньи имела воспаление и общие симптомы билиарного цирроза [87].

5.5. Возможное использование модели свиней CF для разработки новых терапевтических средств

Cook et al. продемонстрировали, используя эпителиальные клетки свиней, что ивакафтор действует, чтобы усиливать канал CFTR, подобно эпителиальным клеткам человека [108].Это дает исследователям возможность изучить долговечность терапии ивакафтором на моделях свиней, а также открывает возможности для других потенциаторов и корректоров.

6. Болезненный фенотип хорька с CF

Модель хорька широко использовалась при оценке легочных инфекций, включая тяжелый острый респираторный синдром [109] и вирус гриппа [110] из-за сходства биологии и анатомии легочных клеток с ними. людей, что делает его идеальным кандидатом для исследований МВ.Степень сходства легких между людьми и хорьками включает сравнимую подслизистую экспрессию CFTR в серозных канальцах, важную для секреции жидкости и слизи в легкие [111] и для защиты дыхательных путей от инфекции [112]. Более того, фармакологическая и биоэлектрическая функциональность CFTR в эпителии хорьков сходна с таковой у человека [113]. Короткий период беременности хорька и время, необходимое для достижения подросткового возраста в течение 4–6 месяцев, а также его меньший размер по сравнению со свиньей, могут сделать его более рентабельной моделью для содержания.При разработке модели хорька CF использовался рекомбинантный аденовирусный ген, нацеленный на ген CFTR, чтобы ввести частичное нарушение экзона 10 или полную делецию гена CFTR [114]. В результате этого процесса были созданы племенные пары CFTR ^+/- для производства хорьков с дефицитом CFTR [18].

6.1. Специфические для болезней дыхательных путей изменения в модели хорька CF

Из CFTR ^{— / —} наборы для хорьков, которые предотвращают смерть от инфаркта миокарда, легочные инфекции в форме пневмонии и плохой пищевой статус являются основными причинами смертности.Даже с улучшенным набором веса хорьки CFTR ^{— / —} демонстрируют повышенный уровень кишечных бактерий в легких с Staphylococcus spp. и Streptococcus spp. найдены изоляты. Хорьки с дефицитом CFTR продемонстрировали улучшение выживаемости при введении антибиотиков. Как и у лиц с МВ, хорьки CFTR ^{— / —} проявляют дисфункцию проксимальных дыхательных путей, включая нарушение секреции жидкости подслизистыми железами и индуцированную ц-АМФ проницаемость для Cl ^— [18].

6.2. Заболевания кишечника, изученные на модели CFTR

У хорьков CF кишечная непроходимость в форме инфаркта миокарда обнаруживается примерно в 75% наборов CFTR ^{— / —} для хорьков [18], по сравнению с 13–17%, наблюдаемыми у человека. Новорожденные с МВ [10]. CFTR ^{— / —} хорьки проявляют большую заболеваемость через 48 часов, поскольку они не могут развиваться, поскольку половина из наборов MI-положительных хорьков погибает от поражений кишечника толстой или подвздошной кишки [18]. Из примерно 25% новорожденных, переживших ИМ, ни один не выживает и не живет дольше 4 дней.Кишечный тракт хорька демонстрирует более тяжелую форму ИМ по сравнению с людьми, мышами и свиньями [18] из-за более быстрого кишечного транзита хорька, что является результатом отсутствия слепой кишки, наблюдаемой у всеядных или травоядных [115].

6.3. Заболевания поджелудочной железы, гепатобилиарной системы и фертильность

Поджелудочная железа хорька CFTR ^{— / —} демонстрирует гистопатологию, аналогичную таковой у новорожденных человека, где возникают поражения и расширение ацинусов и протоков [18, 116]. У хорьков с МВ, переживших ИМ, наблюдалось усиление воспаления поджелудочной железы с потерей экзокринной ткани, аналогичное тому, которое наблюдается у людей с МВ.Сан и его коллеги вводили ингибитор протонной помпы, омепразол, хорькам CFTR ^{— / —} , чтобы противостоять более низкому, чем обычно, уровню pH в кишечнике в результате нарушения секреции бикарбоната поджелудочной железой. Это улучшило всасывание жира и привело к увеличению веса, сравнимому с хорьками CFTR ^{+ / +} [18].

Желчный пузырь и печень наборов хорьков CFTR ^{— / —} не продемонстрировали гистологических различий между наборами CFTR ^{+ / +} или CFTR ^+/- . С помощью анализов крови функция печени наборов CFTR ^{— / —} для хорьков продемонстрировала низкий уровень холестерина и высокий уровень аланинаминотрансферазы (АЛТ) и билирубина в плазме, что указывает на раннее начало заболевания печени, хотя при CFTR не было обнаружено поражений печени. ^{— / —} хорьков.Младенцы с МВ, у которых имеется заболевание печени, демонстрируют патологию, аналогичную наблюдаемой у новорожденных хорьков, хотя обычно она разрешается у людей [117].

CFTR ^{— / —} хорьки также демонстрируют пониженное всасывание желчных кислот желудочно-кишечным трактом, что приводит к плохому всасыванию жира, что приводит к ухудшению нутритивного статуса [18]. Плохое состояние питания хорьков CFTR ^{— / —} является результатом плохого усвоения питательных веществ, что устраняется добавлением урсодезоксихолевой кислоты (УДХК), которая нормализует уровни АЛТ и билирубина в печени.Однако даже в сочетании с антибиотиками для остановки инфекций легких смертность все равно наступает в течение 5–9 дней [18].

Отсутствующий или дегенерированный семявыносящий проток был обнаружен у хорьков CFTR ^{— / —} , аналогичных таковым у человека [118]. У людей с муковисцидозом семявыносящий проток дегенерирован из-за закупорки слизистой оболочки и прогрессирующей дегенерации [119]. Наборы хорьков с CFTR ^{+ / +} или CFTR ^+/- продемонстрировали интактные нормальные семявыносящие протоки в том же исследовании.

Создание моделей животных с МВ значительно расширило наши знания об этом заболевании и будет продолжать информировать о сложности этого заболевания в течение многих лет.Врожденные недостатки заложены в некоторых более ранних моделях, но создание более крупных моделей было направлено на устранение этих недостатков. Фенотипические характеристики трех обсуждаемых здесь моделей приведены в таблице 2.

Использование мышей для изучения патологии при CF дает множество преимуществ, включая легкость, с которой их можно генетически манипулировать, короткие сроки беременности и низкую стоимость содержания животных [62]. Однако есть также ряд ограничений для их использования. Во-первых, фенотипические вариации существуют между моделями, и, действительно, степень выраженности таких проявлений также сильно различается между моделями.В то время как модель на мышах, безусловно, демонстрирует тяжелую кишечную непроходимость и измененную электрофизиологию носа, аналогичную той, которая наблюдается у людей, модели на мышах не могут инициировать спонтанную инфекцию легких без заражения патогенами. Большинство моделей демонстрируют только легкие осложнения со стороны поджелудочной железы, печени и семявыносящего протока, в отличие от серьезных аномалий в тканях человека. Предполагается, что низкие уровни остаточной экспрессии CFTR могут индуцировать достаточный перенос ионов, чтобы облегчить тяжесть заболевания на модели мышей.Кроме того, у мышей эпителиальная экспрессия второго ионного канала Cl ^— с альтернативным сигнальным путем для CFTR может компенсировать дисфункциональный CFTR и может объяснять фенотипические различия между человеческими и мышиными проявлениями заболевания CF [64, 68] .

Свиньи — идеальные модели для изучения МВ по ряду причин; они обладают прекрасными репродуктивными характеристиками с большим количеством потомства. Кроме того, они имеют высокую скорость созревания и долгую жизнь, что позволяет исследователям изучать патологические исходы и прогноз CF.Недостаток белка CFTR и его функции у поросят CFTR ^{— / —} влияет на легкие, печень, поджелудочную железу и желудочно-кишечный тракт, все органы, которые одинаково поражены у людей с МВ [87, 89, 98]. Тем не менее, ИМ присутствует у 100% поросят CFTR ^{— / —} (в отличие от его распространенности в 15% у младенцев с МВ) и приводит к летальному исходу без раннего хирургического вмешательства [89]. Это бремя может ограничить полезность модели свиней в некоторых учреждениях. Потенциальные риски, связанные с хирургическим вмешательством, и осложнения, связанные с инфарктом миокарда, включая атрезию кишечника, требуют большого понимания и приверженности использованию этих животных в исследовании МВ.

Модель хорька действительно демонстрирует большое количество сходств с патологией МВ у людей, особенно новорожденных. Текущие шаги по созданию хорька CFTR ^{— / —} , который преодолевает патологию желудочно-кишечного тракта и позволяет животным достичь подросткового возраста, необходимы, чтобы установить, отражает ли патология легких хорька таковую у людей с МВ. Тем не менее, необходимо отметить, что появление инфекций легких как в начале, так и в конце периода жизни хорька CFTR ^{— / —} отражает болезнь человека, подчеркивая потенциальные преимущества этой модели.Выработка специфических мутантов ΔF508 и G551D необходима для создания хорька в качестве типичной животной модели для CF.

Таким образом, несомненно, что модели на животных внесли значительный вклад в наше понимание этого сложного заболевания. Доступные в настоящее время модели животных будут продолжать модифицироваться и улучшаться, чтобы обеспечить еще большую глубину наших знаний. Важно отметить, что модели на животных не только предоставят информацию о патологии заболевания, но также предоставят бесценную основу для тестирования новых соединений и методов лечения для использования в управлении заболеванием МВ.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Вклад авторов

Джиллиан М. Лавель и Мишель М. Уайт внесли равный вклад в эту работу.

Выражение признательности

Авторы хотели бы выразить признательность своим источникам финансирования, включая Совет по исследованиям в области здравоохранения Ирландии, Научный фонд Ирландии (гранты № 11 / RFP / BMT / 3094 и SFI / 08 / US / B1676), Благотворительный лазарет Благотворительный фонд Ирландии и Программа исследований в институтах третьего уровня (PRTLI), администрируемая Управлением высшего образования.

Ранний патогенез муковисцидоза желчного пузыря на модели свиньи

.

PubMed
PubMed Central

Google Scholar