Фенотипирование альфа-1-антитрипсина с помощью изоэлектрофокусирования PIM, PiZ, PiS и другие аллельные формы (эмфизема, ХОБЛ)

Исследованию фенотипа α1-антитрипсина подлежат следующие пациенты:

• люди, у которых выявлена сниженная концентрация α1-антитрипсина в крови;

• кровные родственники лиц с доказанной недостаточностью α1-антитрипсина;

• один из супругов, если у другого имеется 1 или 2 аллеля Z – в рамках обследования при планировании беременности.

Метод определения генетически обусловленного варианта молекулы альфа-1-антитрипсина, основанный на различиях в подвижности молекул в электрическом поле.

Синонимы русские

α1-антитрипсин, фенотипирование.

Синонимы английские

α1-Antitrypsin Phenotyping, Alpha-1-Antitrypsin Phenotype, A1A Phenotyping, AAT Phenotyping, PiTyping.

Метод исследования

Изоэлектрофокусирование (IEF).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Альфа-1-антитрипсин – это белок, который синтезируется в печени и обладает способностью угнетать активность некоторых протеаз – ферментов, разрушающих белковые структуры. Молекула α1-антитрипсина состоит из 418 аминокислот, порядок которых закодирован в гене Pi, расположенном на 14-й хромосоме. Человек получает от каждого из родителей по одному варианту (аллелю) гена Pi, причем оба аллеля доминантны – это значит, что постройка молекул α1-антитрипсина происходит с каждого из них.

Ген Pi обладает выраженным полиморфизмом – к настоящему времени известно более 100 его вариаций, в каждой из которых есть единичные изменения закодированной последовательности аминокислот в молекуле α1-антитрипсина. В некоторых случаях это не приводит к функционально значимым изменениям белка – такие аллели называются нормальными. Однако около 30 вариантов гена Pi приводят к постройке функционально неполноценных молекул α1-антитрипсина и снижению его концентрации в крови.

Специфической мишенью действия α1-антитрипсина является нейтрофильная эластаза. Этот фермент, содержащийся в некоторых лейкоцитах, способен разрушать различные белки, в том числе коллаген и эластин, которые являются основными компонентами внеклеточного вещества и способствуют поддержанию структуры органов и тканей, выполняя роль своеобразного каркаса. Чужеродные компоненты – микроорганизмы, частицы пыли и дыма, попадающие в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, вызывают неспецифическую защитную реакцию находящихся там нейтрофильных лейкоцитов, сопровождающуюся выбросом протеолитических ферментов, в том числе нейтрофильной эластазы. В норме продолжительность действия протеолитических ферментов короткая благодаря их быстрой инактивации α1-антитрипсином. Однако при недостаточности α1-антитрипсина отсутствует контроль за активностью протеолитических ферментов в легочной ткани, вследствие чего компоненты эластического каркаса легких подвергаются медленному разрушению, что приводит к формированию обструктивных заболеваний и эмфиземы.

Выявление продуктов мутированного гена Pi в сыворотке крови называется фенотипированием и позволяет обнаружить мутацию в гене α1-антитрипсина. Золотым стандартом диагностики недостаточности α1-антитрипсина является метод изоэлектрического фокусирования. Он основан на том, что вследствие даже единичных изменений в аминокислотной последовательности молекулы α1-антитрипсина изменяют свои электрические свойства и при электрофорезе в геле двигаются с неодинаковой скоростью, останавливаются и накапливаются в разных местах. Различия в электрофоретической подвижности продуктов аллелей гена Pi легли в основу их обозначения: быстро мигрирующие от отрицательного электрода к положительному варианты α1-антитрипсина обозначаются начальными буквами латинского алфавита, медленные - конечными.

Так, нормальный аллель продвигается к середине геля и попадает в М-область - соответственно, нормальным фенотипом является PiMM (две буквы М означают, что нормальный белок кодируется каждым из двух генов Pi). Наиболее частый аллель, приводящий к дефициту α1-антитрипсина, двигается медленно и остается расположенным близко к отрицательному электроду – в Z-области, соответственно, обозначается PiZ. Другим часто встречающимся дефицитным аллелем является РiS. Аллели S и Z производят ненормальный белок, основная часть которого так и остается в клетках печени, разрушается там и не попадает в кровяное русло. С этим также связано то, что в некоторых случаях генетический дефицит α1-антитрипсина проявляется поражением печени с исходом в цирроз. При наличии патологического аллеля он может быть представлен только на одном гене – тогда в обозначении фенотипа останется одна буква М, обозначающая нормальный аллель, а вторая будет обозначать патологический, например PiMZ. Такая комбинация называется гетерозигота. Сочетание двух одинаковых аллелей гена Pi называется гомозиготой.

Для чего используется исследование?

• Для выявления наследственной недостаточности α1-антитрипсина, которая ассоциирована, в том числе, с заболеваниями дыхательной системы, такими как эмфизема и хроническая обструктивная болезнь легких.

Когда назначается исследование?

Исследованию фенотипа α1-антитрипсина подлежат следующие пациенты:

• люди, у которых выявлена сниженная концентрация α1-антитрипсина в крови;

• кровные родственники лиц с доказанной недостаточностью α1-антитрипсина;

• один из супругов, если у другого имеется 1 или 2 аллеля Z – в рамках обследования при планировании беременности.

Что означают результаты?

Результат исследования представляет собой описание выявленного фенотипа α1-антитрипсина, а также может содержать сведения о клиническом значении обнаруженного сочетания аллелей в развитии патологии легких.

Наиболее часто встречающиеся варианты фенотипа α1-антитрипсина:

• PiMM – нормальный фенотип, встречается у 86,5% людей.

• PiZZ – гомозиготный вариант дефицитного аллеля, с ним ассоциированы тяжелые клинические проявления недостаточности α1-антитрипсина не только со стороны легких, но и со стороны печени ввиду накопления патологического белка в гепатоцитах. Является показанием к назначению заместительной терапии препаратами α1-антитрипсина. Частота в популяции 0,05%.

• PiMZ – гетерозигота, с одним нормальным аллелем и одним дефицитным. У лиц с таким фенотипом отмечается предрасположенность к заболеваниям легких и печени, которая значительно усугубляется курением, а также при регулярных контактах с дымом и пылью, например при использовании печного отопления или профессиональной деятельности в условиях повышенной задымленности. Частота в популяции – около 3,9%.

•  PiMS – гетерозиготы с таким фенотипом обычно производят достаточно α1-антитрипсина (около 80% от нормы) для защиты легких. Распространенность фенотипа в популяции 8%.

• PiSZ– гетерозигота с дефицитными аллелями, как и в случае с MZ, имеется высокий риск развития легочной патологии, особенно при курении или регулярных контактах с дымом и пылью (печное отопление, работа в условиях повышенной задымленности). Частота в популяции 0,3%.

• PiSS – гомозигота по дефицитному аллелю S, однако, несмотря на это, в организме при таком фенотипе производится достаточно α1-антитрипсина для предотвращения заболеваний легких. Процент активности α1-антитрипсина – около 60% от нормы.

Что может влиять на результат?

• Современные стандарты лечения α1-антитрипсиновой недостаточности предполагают в некоторых случаях применение препаратов α1-антитрипсина, полученных из донорской крови. Не рекомендуется проводить исследование во время заместительной терапии, так как при этом выявится 2 фенотипа: пациента и донорского белка.

Важные замечания

Существует также аллель Null, который обозначает выключенный ген – с него не происходит построения молекул α1-антитрипсина. Однако так как изоэлектрическое фокусирование выявляет только продукты работы генов, в случае сочетания аллеля Null с другим аллелем будет обнаружен только продукт второго и результат исследования будет выглядеть как гомозиготный фенотип. В случаях сочетания Null с нормальным аллелем М или с аллелем S, который не приводит к выраженному дефициту α1-антитрипсина, результаты фенотипирования не будут коррелировать с пониженным сывороточным уровнем α1-антитрипсина. В таких случаях необходимо генетическое исследование.

Также рекомендуется

• Альфа-1-антитрипсин

• Генотипирование (секвенирование) гена α1-антитрипсина

Кто назначает исследование?

Пульмонолог, гастроэнтеролог, терапевт, неонатолог, ревматолог.