Генетические факторы риска нетуберкулезных микобактериальных заболеваний легких (систематический обзор)

Введение

Род Mycobacterium — это большая гетерогенная группа микроорганизмов, включающая сапрофитные и условно-патогенные виды, некоторые из которых способны вызывать такие болезни, как туберкулез, лепра, а также микобактериозы [1, 2]. Повсеместная распространенность инфекций, ассоциированных с нетуберкулезными микобактериями — НТМБ (табл. 1) [3–8], обусловливает повышенный интерес медицинского сообщества к заболеваниям, вызванным этими патогенами [1, 9, 10].

---

Таблица 1. Распространенность инфекций, вызванных нетуберкулезными микобактериями, в некоторых странах

---

Увеличение случаев выявления инфекций, вызванных НТМБ, может быть связано как с совершенствованием методов диагностики, так и с возросшей осведомленностью медицинского сообщества о данных микобактериях [3, 5]. Однако заболевания, относящиеся к НТМБ-инфекциям, включая наиболее распространенную форму — нетуберкулезные микобактериозы легких (НТМЛ), не входят в список для обязательной регистрации [9]. Эта особенность затрудняет актуальный подсчет заболеваемости.

Наибольшему риску развития НТМЛ подвержены иммунокомпрометированные лица, страдающие от ВИЧ-инфекций; пациенты, получающие иммуносупрессивную терапию в связи с трансплантацией органов; больные с хроническими заболеваниями легких, такими как муковисцидоз, хроническая обструктивная болезнь легких, бронхоэктатическая болезнь и другие. Пожилые люди также склонны к повышенному риску развития НТМЛ [11, 12].

Таким образом, выявление генетически-обусловленных факторов предрасположенности к НТМЛ может помочь в разработке персонализированных подходов для предотвращения развития осложнений у лиц в группе риска.

Цель систематического обзора — составление списка генетических маркеров, обусловливающих повышенный риск развития нетуберкулезных микобактериозов легких, на основе анализа литературных источников и сведений геномных баз данных.

Материалы и методы

Критерии включения и исключения представлены в табл. 2. Для анализа решили отбирать исследования случай–контроль, а также направленные на поиск полногеномных ассоциаций (GWAS). Исследуемые группы должны были состоять из лиц 18 лет и старше, исключая ВИЧ-инфицированных, онкологических больных или пациентов, страдающих от системных заболеваний и получающих иммуносупрессивную терапию. Описанный генетический вариант считали протективным при отношении шансов меньше единицы (OR<1). В случае OR=1 корреляции не выявлено. При OR>1 установлена взаимосвязь между генетическим вариантом и повышенным риском развития НТМЛ. Ассоциация считалась статистически значимой только при p≤0,05. Таким образом, мы исключали литературные источники, в которых корреляция не была выявлена или при OR≤1.

---

Таблица 2. Критерии включения и исключения литературных источников

---

Стратегия поиска литературных источников. Для нашей работы мы обратились к трем глобальным базам данных: PubMed, Google Scholar и ScienceDirect. Поиск не ограничивали по времени публикации материала.

Поисковый запрос в PubMed включал фразы “nontuberculous mycobacterial lung disease” или “nontuberculous mycobacterial pulmonary disease”, а также слова “gene”, “polymorphism” и их производные. Для предварительной фильтрации результатов поиска выводная информация не должна была содержать слово “children” и его производные. В соответствии с вышеизложенными условиями запрос для поискового алгоритма выглядел следующим образом:

(((“nontuberculous”[All Fields] AND (“mycobacterial”[All Fields] OR “mycobacterials”[All Fields]) AND (“lung diseases”[MeSH Terms] OR (“lung”[All Fields] AND “diseases”[All Fields]) OR “lung diseases”[All Fields] OR (“lung”[All Fields] AND “disease”[All Fields]) OR “lung disease”[All Fields])) OR (“nontuberculous”[All Fields] AND (“mycobacterial”[All Fields] OR “mycobacterials”[All Fields]) AND (“lung diseases”[MeSH Terms] OR (“lung”[All Fields] AND “diseases”[All Fields]) OR “lung diseases”[All Fields] OR (“pulmonary”[All Fields] AND “disease”[All Fields]) OR “pulmonary disease”[All Fields]))) AND (“genes”[MeSH Terms] OR “genes”[All Fields] OR “gene”[All Fields]) AND (“polymorphic”[All Fields] OR “polymorphics”[All Fields] OR “polymorphism s”[All Fields] OR “polymorphism, genetic”[MeSH Terms] OR (“polymorphism”[All Fields] AND “genetic”[All Fields]) OR “genetic polymorphism”[All Fields] OR “polymorphism”[All Fields] OR “polymorphisms”[All Fields])) NOT (“child”[MeSH Terms] OR “child”[All Fields] OR “children”[All Fields] OR “child s”[All Fields] OR “children s”[All Fields] OR “childrens”[All Fields] OR “childs”[All Fields]).

В результате поиска отобрано 28 публикаций. В связи с малым количеством источников провели дополнительные поиски в агрегаторе Google Scholar и базе данных ScienceDirect. Для запроса в Google Scholar использовали фразу “genetic factors of nontuberculous mycobacterial lung disease” и получили 25 700 записей. В поле поиска ScienceDirect вводили “nontuberculous mycobacterial pulmonary disease genetics”, что привело к выводу 348 записей. Далее проводили скрининг работ по заголовкам и аннотациям, в ходе которого исключали статьи, не подходящие к теме нашей работы. К таким статьям мы относили исследования микобактериальных культур, клинические наблюдения и дублирующиеся записи. В итоге перечень литературных источников составил 42 статьи.

На следующем этапе тщательно анализировали полные тексты отобранных статей и их сопроводительные материалы (при наличии), опираясь на критерии включения и исключения. Мы исключили статьи, в которых исследуемая группа состояла из несовершеннолетних (до 18 лет), пациентов с онкологическими заболеваниями или лиц с системными заболеваниями, получающих иммуносупрессивную терапию. Во внимание также не брали работы, в которых взаимосвязь между генетическими вариантами и риском развития НТМЛ была статистически незначимой (p>0,05).

Далее мы изучили списки литературных источников избранных статей и проанализировали еще 12 публикаций. После исключения статей, неподходящих по нашим критериям, осталось 9 работ. Схема отбора источников представлена на рис. 1.

---

Рис. 1. Схема поиска данных в соответствии с PRISMA

---

Данный литературный обзор подготовлен с учетом критериев PRISMA, а также зарегистрирован в международном проспективном перечне систематических обзоров PROSPERO (регистрационный номер — CRD42019128569).

Результаты

В результате тщательного отбора и систематического анализа множества публикаций составлен список генетических маркеров, наличие которых может свидетельствовать о повышенном риске развития НТМЛ. Этот список включает 14 генетических вариантов в 10 генах (табл. 3) [13–20]. Приведенные нами генетические варианты связаны с различными иммунологическими процессами, в том числе с ответом на микобактерии. Ниже представлена информация о роли каждого гена и его продукта.

---

Таблица 3. Генетические варианты, ассоциированные с повышенным риском развития нетуберкулезных микобактериозов легких

---

Ген SLC11A1 (также NRAMP, NRAMP1), кодирующий одноименный белок, расположен на длинном плече второй хромосомы (2q35). Белок SLC11A1 является аналогом мышиного белка Slc11a1, который участвует в защите от микроорганизмов, в том числе от Mycobacterium tuberculosis, лейшманий и сальмонелл [21–23]. Основная функция этого белка заключается в переносе ионов металлов в любом направлении против протонного градиента. SLC11A1 локализуется на лизосомных мембранах и транспортирует дивалентные катионы из цитозоля внутрь лизосом для их прямого участия в антимикробной активности. Разделение ионов металлов, в частности Fe²⁺ и Mn²⁺, являющихся кофакторами как у прокариот, так и у эукариот, способствует защите макрофагов от активных форм кислорода и одновременно не позволяет патогенным микроорганизмам использовать железо и магний для синтеза защитных ферментов [24, 25].

Ген NLRP3, кодирующий белок NLRP3, расположен на длинном плече первой хромосомы (1q44). Данный белок, также известный как криопирин, в основном экспрессируется в хондроцитах и белых клетках крови, в частности макрофагах. Криопирин является частью NLRP3-инфламмасомы и отвечает за ее активацию в ответ на повреждение мембраны клетки и на присутствие инородных объектов [26]. Активацию NLRP3 стимулируют внеклеточный аденозинтрифосфат, нигерицин, активные формы кислорода, кристаллы уратов или холестерина, волокна бета-амилоида, а также частицы и наночастицы, такие как асбест, оксид кремния, угольная пыль и другие [27–29].

Следует отметить, что в работе M.F. Wu и соавт. [14] была выявлена взаимосвязь варианта rs34298354 с развитием вызванного Mycobacterium avium complex НТМЛ у женщин при генотипе С/Т (adjOR=8,517; p=0,049) и варианта rs3806268 — при генотипе G/A (adjOR=1,945; p=0,085). Мы не включили вариант rs3806268 в наш список в связи с тем, что p-значение было выше 0,05.

Ген TLR2 кодирует одноименный белок, который является членом семейства толл-подобных рецепторов (TLR), играющих фундаментальную роль в распознавании патогенов и активации врожденного иммунитета. TLR2 находится на поверхности клеток и может образовывать гетеродимеры с другими белками семейства TLR для распознавания патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP). Активация с помощью PAMP приводит к запуску сигнальных путей и последующему воспалительному ответу. Cчитается также, что этот белок способствует апоптозу в ответ на бактериальные липопротеины, в том числе и содержащиеся в M. tuberculosis [30–32]. TLR2 связан с патогенезом нескольких аутоиммунных заболеваний.

Ген CFTR, кодирующий белок CFTR, находится на длинном плече седьмой хромосомы (7q31.2). CFTR является трансмембранным регулятором муковисцидоза и экспрессируется в различных органах, включая поджелудочную железу и легкие, а также в протоках потовых желез и других тканях [33–35]. Данный белок относится к семейству ABC-транспортеров и состоит из двух трансмембранных доменов, соединенных с цитоплазматическими доменами. Встраиваясь в апикальную мембрану эпителиальных клеток, CFTR регулирует транспорт ионов хлора [36]. Повреждение хлорного канала приводит к изменению электролитного состава клетки и, как следствие, нарушению секретируемого продукта [37].

Ген IFNGR1 расположен на длинном плече шестой хромосомы (6q23.3) и кодирует белок IFNGR1. Данный белок наряду с IFNGR2 является частью рецептора интерферона-гамма, который играет важную роль в антимикробном и противоопухолевом ответе, активируя эффекторные иммунные клетки и усиливая антиген-презентацию [38, 39].

Ген STK17A (также DRAK1) расположен на коротком плече седьмой хромосомы (7p13) и кодирует белок STK17A, который относится к серин/треонин-киназам. Этот белок участвует в регуляции апоптоза и метаболизме активных форм кислорода [40, 41].

Ген PDCD1 расположен на длинном плече второй хромосомы (2q37.3) и кодирует мембранный белок PD1, относящийся к надсемейству иммуноглобулинов. PD1 имеет два лиганда — PD-L1 и PD-L2 — и участвует в отрицательной регуляции иммунной системы, предотвращая активацию Т-лимфоцитов, тем самым снижая аутоиммунность и одновременно повышая аутотолерантность [42]. PDCD1-опосредованный путь может использоваться раковыми клетками для изменения противоопухолевого ответа и избегания уничтожения иммунной системой [43].

IFNL3 (также IL28B) расположен на длинном плече девятнадцатой хромосомы (19q13.2) и кодирует белок интерферон лямбда 3, который представляет собой цитокин с противовирусной, противоопухолевой и иммуномодуляторной активностью. Этот белок играет важную роль в противовирусном ответе (в основном в эпителиальных тканях), являясь лигандом к гетеродимерному рецептору, состоящему из IL10RB и IFNLR1. Взаимодействие с рецептором приводит к активации пути JAK/STAT и экспрессии интерферон-стимулируемых генов [44, 45].

Ген TNF, кодирующий фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), находится на коротком плече шестой хромосомы (6p21.33). TNF-α — цитокин, секретируемый макрофагами, который способствует клеточной смерти некоторых опухолевых клеток. Этот цитокин также является важным пирогеном, вызывающим лихорадку, воздействуя напрямую или стимулируя секрецию интерлейкина-1. При определенных условиях TNF-α может способствовать клеточной пролиферации и индуцировать дифференциацию клеток [46].

Ген IL10 расположен на длинном плече первой хромосомы (1q32.1) и кодирует интерлейкин-10 — цитокин, который участвует в ограничении иммунного ответа и воспаления, что помогает уменьшить повреждение клеток организма. Мутации в данном гене ассоциируют с восприимчивостью к ВИЧ-инфекции и ревматоидному артриту [47–49].

Обсуждение

По данным проанализированных нами статей, повышенный риск развития НТМЛ ассоциирован с женским полом, хронической патологией органов дыхания и снижением иммунологической реактивности [50]. Генетический фактор является тем нюансом, который при сочетании даже с одним из названных выше факторов может сыграть решающую роль в развитии активного патологического процесса и обусловить характер его течения. Учитывая связь НТМЛ с состояниями, снижающими защиту организма от проникновения чужеродных антигенов, можно предположить, что у людей с обозначенными факторами риска имеются генетически детерминированные особенности врожденного иммунитета, что и было продемонстрировано в нашем обзоре.

Исходя из представленной выше информации, предполагается связь по меньшей мере 10 генов и полиморфизмов в них с развитием НТМЛ. Приведенный нами в табл. 3 перечень генов можно разделить по функциям кодируемых ими белков. Продукты генов IFNL3, TLR2, IFNGR1, PDCD1, IL10 — регуляторные белки, участвующие в усилении или ингибировании тех или иных иммунных реакций; белки, кодируемые генами SLC11A1 и CFTR, можно отнести к транспортным белкам, обеспечивающим перемещение определенных молекул в зависимости от потребностей клетки; ген NLRP3 кодирует белок воспалительного ответа, являющийся частью инфламмасомного комплекса; продукты генов STK17A, TNF — белки, участвующие в запуске контролируемой клеточной смерти. Среди указанных в этой статье генов, варианты в которых ассоциированы с повышенным риском развития НТМЛ, преобладают гены, вовлекаемые в формирование ответа на молекулы бактериальной природы (рис. 2; создано с помощью GeneMANIA [51]).

---

Рис. 2. Схема коэкспрессии генов, связанных с повышенным риском развития нетуберкулезных микобактериозов легких (изображение создано с помощью сервиса GeneMANIA [51])

---

Несмотря на тщательный отбор и анализ литературных источников, в перечне оказались гены, отвечающие за синтез многофункциональных, часто неспецифических факторов, например цитокинов. Это значительно понижает уровень достоверности интерпретации их роли как предикторов развития НТМЛ и требует дальнейшего, более детального изучения данной проблемы.

Кроме того, каждый из представленных полиморфизмов не оказывает свое действие изолированно, а вносит вклад в риск развития заболевания в контексте общей генетической конституции пациента. В связи с этим особое внимание должно быть уделено изучению взаимодействия генетических факторов между собой и исследованию роли сочетания полиморфизмов генов рецепторов и опсонизирующих белков, участвующих в реакциях врожденного иммунитета. Кроме того, немалый интерес представляет анализ взаимосвязи вариантов генов, коэкспрессирующихся с теми, которые показали ассоциацию с развитием НТМЛ в нашем исследовании (см. рис. 2).

Ассоциация генных вариантов с развитием НТМЛ продемонстрирована в разных популяциях. В связи с этим частота и вклад каждого из упомянутых генетических маркеров могут отличаться среди представителей той или иной популяции. Последнее подчеркивает актуальность изучения взаимосвязи указанных нами полиморфизмов с риском развития НТМЛ в отечественной популяции.

При анализе литературных источников мы не нашли данных о генетических особенностях, способствующих преимущественному развитию инфекционного процесса, обусловленного конкретным видом микобактерий. В опубликованных исследованиях описаны в основном наиболее часто диагностируемые комплексы микобактерий (в первую очередь M. avium-intracellulare complex) — около 50% всех НТМЛ [50, 52]. Возможно, это связано с тем, что заболевания, вызванные отдельными штаммами НТМБ, встречаются в небольшом проценте случаев, что затрудняет получение статистически значимых результатов [53].

Таким образом, вопрос влияния генетических факторов на заболеваемость и течение НТМЛ в зависимости от вызвавшего его возбудителя требует дальнейшего изучения.

Заключение

В ходе анализа литературных источников мы определили 14 генетических вариантов в 10 генах человека, наиболее подходящих на роль факторов повышенного риска развития НТМЛ. В дальнейшем необходимо изучить влияние описанных вариантов на заболеваемость НТМЛ в группах пациентов различных популяций, а также исследовать потенциальное взаимодействие генов между собой. В связи с этим требуется разработка молекулярно-генетической системы для выявления конкретных генетических вариантов. Кроме того, немаловажным шагом является определение частоты рисковых аллелей в российской популяции. Следует также изучить молекулярные эффекты вариантов на широкой выборке пациентов с легочными заболеваниями, вызванными нетуберкулезными микобактериями, с целью установления истинного влияния генетических вариантов на риск повышения заболеваемости НТМЛ.

Вклад авторов. Ф.С. Свиридов — сбор материала, написание текста, ответственность за целостность всех частей статьи; М.М. Литвинова — сбор материала, разработка концепции и дизайна исследования, написание текста, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи; М.А. Карнаушкина — участие в разработке концепции и дизайна исследования, написание текста, редактирование; Н.Н. Макарьянц — сбор и систематизация материала; М.В. Горбунова — сбор материала, участие в написание текста, подготовке статьи к публикации.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.