Посещений: 
БОЛЕЗНЬ ФАРБЕРА И SMA-PME
Описание и терапевтические подходы
Acid ceramidase deficiency: Farber disease and SMA-PME Fabian P. S. Yu, Samuel Amintas, Thierry Levade and Jeffrey A.
 Orphanet Journal of Rare Diseases201813:121
https://doi.org/10.1186/s13023-018-0845-z
|
Acid ceramidase (ACDase) deficiency is a spectrum of disorders that includes a rare lysosomal storage disorder called Farber disease (FD) and a rare epileptic disorder called spinal muscular atrophy with progressive myoclonic epilepsy (SMA-PME). Both disorders are caused by mutations in the ASAH1 gene that encodes the lysosomal hydrolase that breaks down the bioactive lipid ceramide. To date, there have been fewer than 200 reported cases of FD and SMA-PME in the literature. Typical textbook manifestations of classical FD include the formation of subcutaneous nodules, accumulation of joint contractures, and development of a hoarse voice. In reality, however, the clinical presentation is much broader. Patients may develop severe pathologies leading to death in infancy or may develop attenuated forms of the disorder wherein they are often misdiagnosed or not diagnosed until adulthood. A clinical variability also exists for SMA-PME, in which patients develop progressive muscle weakness and seizures. Currently, there is no known cure for FD or for SMA-PME. The main treatment is symptom management. In rare cases, treatment may include surgery or hematopoietic stem cell transplantation. Research using disease models has provided insights into the pathology as well as the role of ACDase in the development of these conditions. Recent studies have highlighted possible biomarkers for an effective diagnosis of ACDase deficiency. Ongoing work is being conducted to evaluate the use of recombinant human ACDase (rhACDase) for the treatment of FD. Finally, gene therapy strategies for the treatment of ACDase deficiency are actively being pursued. This review highlights the broad clinical definition and outlines key studies that have improved our understanding of inherited ACDase deficiency-related conditions.
|
Dr. Sidney Farber описал первый случай "disseminated lipogranulomatosis" у 14-мес. мальчика в 1947. В 1952 он описал 3-х пациентов на встрече American Pediatric Society. Описания были расширены в 1957 [1, 2]. Farber первоначально предполагал, что болезнь связана с накоплениями липидов, характерным для болезни Niemann-Pick, а также с воспалением, наблюдаемым при болезни Hand-Schüller-Christian. Хотя Farber продемонстрировал увеличение липидовв своих ранних биохим. исследованиях, но основным липидом, накапливающимся при болезни Фабера (FD), оказался ceramide, который не был идентифицирован вплоть до 1967 [3]. Acid ceramidase (ACDase), которая впервые была описана в 1963, катализирует синтез и деградацию церамида (ceramide) в sphingosine и жирную кислоту [4]. В 1972, Sugita с коллегами установили, что активность ACDase не обнаруживается в тканях умерших пациентов с FD [5]. В 1996, ген ASAH1, кодирующий ACDase, был полностью секвенирован и охарактеризован [6].
Согласно литературе за 70 лет идентифицирован 201 patients, как имеющий дефицит ACDase (Tables 1 and 2). Хотя большинство случаев имели классический FD фенотип, некоторые были связаны с редкой болезнью двигательных нейронов, SMA-PME (Tables 1 and 2).
Table 1
Cases Analyzed
Cases mentioned in literature Average age of onset Average age of last documentation Average age of death
Classic & Severe FD 102 5.8 ± 4.6 M (70) 1.9 ± 1.8 Y (18) 2.6 ± 6.0 Y (61)
Mild & Intermediate FD 40 1.5 ± 1.4 Y (34) 14.9 ± 18.1 Y (26) 14.3 ± 8.1 Y (8)
FD (Unspecified) 16 - - -
SMA-PME 23 5.8 ± 4.2 Y (18) 16.5 ± 5.7 Y (15) 14.4 ± 3.0 Y (5)
SMA-PME Like 20 8.9 ± 7.38 (20) 22.68 ± 17.8 Y (10) 21.9 ± 17.2 Y (10)
Total FD 158
Total SMA-PME 43 Общее количество случаев дефицита ACDase, описанное с 1952 по 2018 по клиническому описанию, тяжести и среднему возрасту. Точно не установленные случаи, при которых диагноз поставлен, но было недостаточно клинической информации были отнесены к клинической категории. (See Additional file 1 for methodology). M months, Y years, количество в скобках использованы для подсчета среднего возраста и стандартного отклонения.
Table 2
Main Clinical Features Present in Cases Related to ACDase Deficiency
Variants Cases with clinical details Nodules Joint contractures Hoarse voice Hepatosplenomegaly
Neurological and behavioral Respiratory Motor neuron/Muscle weakness Ocular Bone Myoclonus & seizures
Classic and Severe FD 79 95% 96% 90% 38% 62% 38% 32% 22% 18% 19%
Mild & Intermediate FD 36 94% 97% 72% 3% 22% 25% 25% 8% 31% 14%
SMA-PME 20 0% 0% 0% 0% 60% 45% 100% 0% 0% 100%
SMA-PME (like) 19 0% 0% 0% 0% 32% 26% 95% 0% 0% 100%
Процентами обозначены распространенные клинические признаки в литературе для FD и SMA-PME вариантов недостаточности ACDase
Traditional classifications of Farber disease
Farber disease (FD; OMIM #228000), также известна как Farber's lipogranulomatosis, является чрезвычайно редким нарушением лизосомального накопления (LSD). Оно вызывается мутациями в ASAH1, это приводит к снижению активности ACDase и, в свою очередь, к накоплению церамида и различным патологическим проявлениям (Fig. 1). Moser с коллегами впервые подразделили FD на 5 подтипов в 1989, позднее были добавлены 2 других фенотипа [7, 8]. Тип 1, известен также как "классический" вариант FD, включает пациентов с кардинальными симптомами подкожных узелков, с контрактурами суставов и охриплость голоса. Такие пациенты могут также имеет увеличенную печень и селезенку вместе с нейрологическими и респираторными осложнениями [8, 9]. Традиционно, пациенты с типа 1 FD обнаруживают симптомы в детстве, обычно не живут после 2-3-летнего возраста [2, 10]. Пациенты типа 2 и 3 FD обозначаются как имеющие "промежуточную" и "ослабленную" версию, соотв.; пациенты с этими фенотипами обычно имеют более продолжительный период жизни из-за пониженного вовлечения нейрологических нарушений. Однако, пациенты с Types 2 и 3 FD страдают от подкожных узлов, контрактур суставов и афонии из-за воспаления. Пациенты с типа 4 и 5 FD имеют тяжелые проявления болезни. Тип 4 ассоциирован с вариантом "Neonatal-Visceral", при этом новорожденные испытывают тяжелую органомегалию и висцеральный гистиоцитоз [8, 11]. Тип 5 является "Neurological Progressive" вариантом, который проявляется прогрессирующими нейрологическими нарушениями и судорогами. Узелки и вовлечение суставов присутствуют при Type 5; но они менее тяжелые. Тип 6 FD наз. "Combined Farber and Sandhoff Disease variant." При этом одиночном случае совпадения пациент имел комбинацию болезней Farber и Sandhoff (OMIM #268800) [12]. TУ пациента присутствовали клинические признаки FD, и был продемонстрирован дефицит как ACDase, так и hexosaminidases A и B [12]. Наконец, Type 7 FD обозначен "Prosaposin Deficiency." Этот фенотип был идентифицирован у одного пациента и его родного брата [13]; мутация была идентифицирована в белке предшественнике saposins (т.e., prosaposin, кодируемом геном PSAP) [14]. Всего идентифицировано 4 saposins и эти белки вместе GM2 ganglioside activator protein, коллективно относятся к группе sphingolipid activator proteins (SAPs). Лишь горстка пациентов описана с Type 7 FD [15]. Как и при типе 6 FD, эти пациенты часто имеют дефициты множественных ферментов, таких как понижена активность glucocerebrosidase, galactocerebrosidase и ceramidase. В то время как пациенты с дефицитом prosaposin могут обнаруживать некоторые биохимические и клинические признаки, перекрывающиеся с FD, это нарушение рассматривается как отдельная болезнь (OMIM #176801). Многие из недавно описанных случаев просто идентифицируют FD как классический вариант у детей или среднюю и ослабленную форму [16-18]. Поскольку некоторые из этих подтипов редки и представляют собой самостоятельные состояния, обновленные классификации д. это учитывать.
Fig. 1
The typical clinical manifestations by organ type that have been reported in cases of Farber Disease (FD) and SMA-PME in the published literature. FD symptoms organized by neurological symptoms, ophthalmic symptoms, cardinal triad symptoms, respiratory symptoms, hematopoietic symptoms, gastrointestinal involvement, dermatological manifestations, liver disease, motor neuron and muscle weakness, and bone disease phenotypes
Biochemistry, genetics and diagnosis
Acid ceramidase and ceramides
Кислая церамидаза (ACDase) (E.C. #3.5.1.23) впервые идентифицирована в 1963 Gatt в экстрактах головного мозга крыс, у которых он продемонстрировал, что ACDase является катализатором для гидролиза амидных связей церамидов (Fig. 2) [4]. Оптимальным pH для ACDase является 4.5-5, и этот энзим отвечает за гидролиз церамида на sphingosine и жирную кислоту. Из-за низкого pH, было предположено, что энзим может играть роль в лизосомной системе [19]. Первая крупная очистка не была осуществлена вплоть до 1995, когда были использованы выборки мочи человека [20]. Очищенный энзим позднее был идентифицирован как гетеродимер, состоящий из субъединиц α (13 kDa) и β (40 kDa) . Исследование по использованию впервые анти-ACDase поликлональных антител выявило, что ACDase первоначально синтезируется как полипептид предшественник и затем после транскрипции модифицируется и подвергается преобразованию в α и β субъединицы внутри лизосом [21]. Это исследование также выявило, что расщепление на субъединицы важно для ферментативной активности. Позднее исследование с использованием rhACDase показало. что расщепление полипептида предшественника происходит посредством аутопротеолитической реакции, которая зависит от цистеинового остатка 143 [22, 23]. Недавно установлена кристаллическая структура ACDase млекопитающих как для проэнзима, так и для зрелой формы [24]. Это исследование показало, что ауто-расщепление ACDase запускает конформационное изменение, которое открывает активный сайт для проникновения в церамид [24]. Дополнительное моделирование демонстрирует самостоятельные каталитические механизмы для ауто-расщепления и для гидролиза субстрата [24]. ACDase, подобно др. энзимам, также обладает обратной реакцией, при которой ACDase может использовать C12:0 жирную кислоту и sphingosine, чтобы сформировать церамид при pH 6 скорее, чем при более низком pH в 4.5 [25]. Подобно др. кислым гидролазам, ACDase нагружена mannose-6-phosphate остатком для транспорта в лизосомный компартмент.
Fig. 2
Reaction schema of the hydrolysis of ceramide by acid ceramidase into sphingosine and free fatty acid
Церамиды расположены на одной из центральных ступеней по разрушению и образованию др. сфинголипидов [26, 27]. Многие из этих липидов, такие как sphingomyelin и комплекс гликолипидов играют важную роль в клеточных мембранах [26, 27]. Др. сфинголипиды, такие как glucosylceramides и sulfatides, существенны для формирования и разрушения миелина [28]. Существуют многие виды церамидов и каждый вид определяется по длине, насыщенности и гидроксилированию как жирных кислот, так и sphingoid base moieties [26]. Благодаря центральной роли церамидов в метаболизме сфинголипидов, любой дисбаланс в метаболизме церамидов может приводить к существенным нижестоящим эффектам и болезням [29-33].
Prevalence of ACDase deficiency
FD является ультра-редким заболеванием, для которого распространенность и заболеваемость известны не достаточно точно. Согласно эпидемиологическому Orphanet report, FD (ORPHA 333) прогнозируется распространенность < 1/1000000 (https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php Expert=333). Поскольку нет формального исчерпывающего международного эпидемиологического изучения, проведенного дляr FD, один недавний количественный анализ 96 случаев, выявленных в Индии и США и более 10 описанных случаев из Саудовской Аравии, Германии, Франции и Италии [34].
Базируясь на наших литературных исследованиях, мы идентифицировали 158 описанных случаев FD между 1952 и 2018 (Table 1). SMA-PME имеет свой собственный OMIM номер и обычно рассматривается ка подтип SMA [35]. Мы идентифицировали 23 случая SMA-PME, ассоциированных с мутациями в гене ASAH1, тогда как Zhou с коллегами впервые описали эти находки [36]. Из-за редкой природы обоих нарушений, они первоначально посчитали их как два очень различающихся состояния; однако, т.к. в большинстве случаев каждое из них охарактеризовано, при этом клинические картины начинают перекрываться. Напр., недавно описан пациент, который обнаруживает мышечную слабость, типичную для SMA-PME, но который также имеет суставные боли, характерные для FD [37]. Кроме того, несколько случаев FD обнаруживают нейрологическую симптоматику, такую как задержка умственного развития, судороги и мышечную слабость в качестве превалирующей патологии [9, 38-40].
Genetics and mutations
Ген человека acid ceramidase ( ASAH1) имеет общую длину приблизительно в 30 kb. Он содержит 14 экзонов длиной от 46 до 1200 bp он картирован в коротком плече хромосомы 8 (8p21.3/22) [41]. Первая идентифицированная мутация, c.665C>A (p.T222K), обнаружена у пациента с тяжелой формой FD [6]. Базируясь на литературе, мы идентифицировали 61 патологическую мутацию, ведущую к FD или SMA-PME. Эти мутации суммированы в Табл. 3 и 4. Кроме того, более 120 генетических вариантов представлено в NCBI ClinVar public архиве [42]. В то время как количество опубликованных мутаций с патологической ролью, большинство вариантов было получено при клиническом диагностическом тестировании и не содержит подтвержденные патологические детали. Поэтому наш современный список, скорее всего, представлен не полностью, касательно всех секвенированных патологических мутаций при FD. Несмотря на это некоторые наблюдения могут быть экстраполированы. Мутации были идентифицированы по всему гену ASAH1, но большая чаксть мутаций, по-видимому, является missense мутациями (Fig. 3a-e). Среди описанных мутаций, приводящих к FD, большинство расположено в β-субъединице. У 18 пациентов была обнаружена мутация в экзоне 8 и 9 пациентов имели мутацию в экзоне 13. Напротив при SMA-PME наибольшее количество мутаций обнаруживалось в α-субъединице. Одним из наиболее интересных наблюдений стало то, что мутации T42A и T42M в экзоне 2 было ассоциировано более, чем с половиной случаев SMA-PME. При этом некоторые из этих случаев затрагивали детей одних родителей, но они также возникали и в независимых семьях [36, 43-47]. Насегодня не существует четких генотип-фенотипических взаимоотношений для обнаруженных мутаций, в частности, когда один пациент с SMA-PME , а др. с FD имели одну и ту же мутацию Y137C [48, 49]. Др. пациент имел симптомы полисуставного артрита с FD, а позднее у него развивалась мышечная слабость в отсутствие PME [37]. Эти примеры показывают, что мутации в ASAH1 могут выщывать широкий круг фенотипов.
Table 3
Reported Mutations in ASAH1 that result in FD
DNA Change Mutation type Locus Amino acid change Allelic status ACDase activity Number of cases Reference
c.66G > C Missense Exon 1 p.Q22H NI NI 1 [195]
c.67C > G Missense Exon 1 p.H23D NI NI 1 [195]
c.92G > T Missense Exon 2 p.C31F Homoallelic NI 2 [49, 115]
c.107A > G Missense Exon 2 p.Y36C Homoallelic & Heteroallelic NI 4 [49, 196]
c.126-3941_382 + 1358del Deletion Exon 3-5 p.Y42Rfs*10 Heteroallelic undetectable 1 [197]
c.174_175InsC Insertion Exon 3 p. E64* Heteroallelic NI 1 [169]
c.212C > A Missense Exon 3 p.P71Q Heteroallelic NI 1 [198]
c.256_257insA Insertion Exon 4 p.T86Nfs*13 Heteroallelic NI 1 [17]
c.290_292delTGG Deletion Exon 4 p.V96del Homoallelic 37% 1 [199]
c.290 T > A Missense Exon 4 p.V97E Heteroallelic 35% 1 [199]
c.290 T > G Missense Exon 4 p.V97G Homoallelic NI 2 [120]
c.314 T > C Missense Exon 4 p.L105P Heteroallelic NI 1 [17]
c.383-16_383-12delTTTTC Deletion Intron 5 - Heteroallelic NI 1 [131]
c.372 T > A Missense Exon 6 p.D124E Heteroallelic NI 1 [198]
c.408 T > A Missense Exon 6 p.F136L Heteroallelic NI 1 [131]
c.412G > T Deletion Exon 6 p.E139* Heteroallelic NI 1 [169, 196]
c.410A > G Missense Exon 6 p.Y137C Homoallelic NI 1 [49]
c.410_411delAT Deletion Exon 6 p.Y137* Heteroallelic NI 2 [114, 169]
c.413A > T Missense Exon 6 p.E138V Homoallelic & Heteroallelic < 5% 5 [41, 50, 169, 196]
c.457 + 4A > G Splicing Intron 6 - Homoallelic NI 2 [121, 131]
c.502G > T Missense Exon 7 p.G168W Homoallelic undetectable 1 [126]
c.505 T > C Missense Exon 8 p.W169R Homoallelic & Heteroallelic < 10% 7 [49, 53, 93, 131]
c.538G > A Missense Exon 8 p.E180K Heteroallelic NI 1 [131]
c.544C > G Missense Exon 8 p.L182V Homoallelic NI 4 [107, 131]
c.593 T > C Missense Exon 8 p.V198A Heteroallelic NI 1 [131]
c.626G > A Missense Exon 8 p.G209D Heteroallelic NI 1 [169]
c.665C > A Missense Exon 9 p.T222K Homoallelic < 5% 1 [6, 196]
c.677G > C Missense Exon 9 p.R226P Heteroallelic NI 1 [131]
c.703G > C Missense Exon 9 p.G235A Homoallelic & Heteroallelic 2% 3 [131, 199]
c.704G > A Missense Exon 9 p.G235D Heteroallelic NI 1 [114]
c.704-2A > G Splicing Exon 9 - Homoallelic NI 1 [49]
c.760A > G Missense Exon 10 p.R254G Homoallelic & Heteroallelic < 10% 4 [41, 54, 93, 169, 198]
c.770 T > C Missense Exon 10 p.L257P Homoallelic NI 1 [55]
c.833C > T Missense Exon 11 p.P278L Homoallelic NI 2 [8, 169]
c.917 + 4A > G Splicing Intron 11 - Heteroallelic NI 1 [197]
c.917 + 5G > A Splicing Intron 11 - Homoallelic NI 1 [169]
c.958A > G Missense Exon 12 p.N320D Homoallelic < 15% 1 [196]
c.959A > G Missense Exon 12 p.N320S Homoallelic NI 1 [131]
c.991G > A Missense Exon 12 p.D331N Heteroallelic NI 1 [169, 196]
c.997C > T Missense Exon 12 p.P333C Homoallelic & Heteroallelic NI 3 [49, 92]
c.997C > G Missense Exon 12 p.P333G Heteroallelic NI 4 [49, 131]
c.998G > A Missense Exon 12 p.P333H Homoallelic NI 1 [131]
c.1085C > G Missense Exon 13 p.P362R Homoallelic < 5% 2 [41]
c.1084C > A Missense Exon 13 p.P362T Heteroallelic NI 1 [131]
c.1096A > C Missense Exon 13 p.K366Q Heteroallelic NI 2 [49, 53]
c.1105G > A Missense Exon 13 p.V369I Heteroallelic NI 1 [199]
c.1098 + 1G > T Splicing Intron 13 p.N348_K366del Heteroallelic NI 1 [196]
c.1175A > G Missense Exon 14 p.R254G Heteroallelic NI 1 [169]
c.1186_1187insT Insertion Exon 14 p.*396L NI NI 1 [195]
List of ASAH1 mutations reported in the literature that result in FD. Only pathogenic mutations are included. The number of cases column indicates any case in which one allele carries a mutation. Patients with compound mutations that are pathogenic are listed twice. The listed residual enzyme activity is expressed as a percent of the normal control; NI not indicated
Table 4
Reported Mutations in ASAH1 that result in SMA-PME
DNA Change Mutation type Locus Amino acid change Allelic status ACDase activity Number of cases Reference
c.77C > G Missense Exon 1 p.P26R Heteroallelic NI 1 [200]
c.124A > G Missense Exon 2 p.T42A Homoallelic & Heteroallelic < 10% 4 [43, 47, 49]
c.125C > T Missense Exon 2 p.T42M Homoallelic 32% 12 [36, 44-46, 153, 201]
c.125 + 1G > A Insertion Intron 2 - Heteroallelic NI 2 [49, 200]
c.177C > G Nonsense Exon 3 p.Y59* Heteroallelic NI 1 [44]
c.223_224insC Insertion Exon 3 pV75Afs*6 Heteroallelic NI 1 [44]
c.410A > G Missense Exon 6 p.Y137C Heteroallelic NI 1 [48]
c.456A > C Missense Exon 6 p.K152N Heteroallelic < 20% 5 [44, 48, 49, 91]
c.518A > T Missense Exon 8 p.N173I Heteroallelic < 10% 1 [37]
c.536C > T Missense Exon 8 p.T179I Heteroallelic NI 3 [43, 49]
c.594_599dupCTTCAA Duplication Exon 8 F199_K200dup Heteroallelic < 10% 1 [37]
c.850G > T Nonsense Exon 11 p.G284X Heteroallelic < 10% 1 [145]
c.886C > T Missense Exon 11 p.R296X Heteroallelic < 20% 1 [91]
Список мутаций ASAH1 , которые вызывают SMA-PME. Включены только патогенетические мутации. Пациенты с компаундными патогенными мутациями приведены дважды. Остаточная ферментативная активность выражена в процентах от нормального контроля; NI неизвестно
Fig. 3
Structure of the human ASAH1 gene with the protein and distribution of mutations. aASAH1 genomic structure. b ASAH1 mature transcript structure. c Schematic of the ACDase protein with annotations for the signal peptide, -subunit, and -subunit. d Percentages of the reported 65 ASAH1 mutations by type for FD and SMA-PME. e Frequency of mutations by subunit and reported disease phenotype
В том же году, когда были выявлены взаимоотношения между ASAH1 и SMA-PME, др. сообщение также продемонстрировало, что Han Chinese пациенты с диагнозом шизофрения, обнаруживали подавление активности гена ASAH1 . Более того, это исследование идентифицировало два ASAH1 SNPs (rs7830490 и rs3753118), ассоциированные с шизофренией [50]. Такое же наблюдение было сделано в др. отдельно и более крупном исследовании, в котором анализировали экзомы 12332 шведов, из которых 4877 из которых имели шизофрению [51]. Это исследование выявило пациентов с шизофренией, как имеющих чрезвычайно редкие варианты, из которых 7 SNPs локусов были в гене ASAH1 gene (rs781294134, rs759037498, rs761518207, rs13785393, rs764327759, rs757058563, и rs773025886) [51]. Одним из финальных примеров широты фенотипов при дефиците ACDase стало формирование келоида при L386P мутации в ASAH1 [52].
Clinical diagnosis
FD наследуется как аутосомно рецессивный признак. Из-за его редкости пренатальный и неонатальный скрининг обычно неосуществим ,если в семье нет уже ребенка с этим диагнозом . Принимая во внимание, что FD обычно базируется на кардинальной триаде симптомов: 1) подкожные узелки, 2) боли в суставах и 3) хриплый голос [8]. Диагностика умеренных и ослабленных вариантов FD довольно затруднительна, поскольку один или более из этих симптомов может отсутствовать или замаскирован во время обследования. В одном сообщении описан пациент, который не имел обнаружимых подкожных узелков вплоть до 12 лет[53]. В др. случаях устанавливался неправильный диагноз, как juvenile idiopathic arthritis (JIA) [54, 55]. Фактически, одно групповое исследование продемонстрировало, что более 71% of FD с умеренными или промежуточными вариантами FD первоначально неправильно диагностируется как JIA [55]. Поэтому показатель FD, скорее всего, занижен. Пациенты с JIA, имеющие симптомы, соответствующие кардинальной триаде д. быть пересмотрены для тестирования FD среди них.
Помимо JIA, неправильная диагностика включает ревматоидный артрит, ювенильный гиалиновый фиброматоз и multi-centric histiocytosis, благодаря сходству проявлений в суставах и под кожей [8]. В тяжелых случаях неправльная диагностика может возникнуть из-за клинической картины histiocytosis и hepatosplenomegaly [56]. В этих случаях кардинальные симптомы часто маскируются или не развиваются из-за тяжелых симптомов, обычно проявляющихся в раннем детстве.
В то время как диагностика FD часто требует дальнейшего биохимического и генетического анализа, некоторые случаи, происходящие из развивающихся стран, базируются на клинике и гистологической диагностике. Морфологическая характеризация часто достигается посредством анализа подкожных узелков и биоптатов из др. тканей. Описания обычно включают присутствие гранулём и крупных, нагруженных липидами макрофагов. Некоторые исследования использовали ультраструктурный анализ, чтобы продемонстрировать присутствие полу-изогнутых (semi-curvilinear) включений, известных также как 'Farber bodies, Banana bodies и Zebra тельца', в различных типах ткани [57-60].
Biochemical and genetic diagnosis
Одним из методов, приспособленных к постановке диагноза FD является тест на нагруженность липидами культивируемых живых клеток. При этой технике экзогенно меченные сфинголипиды добавляются к клетками пациента и оценивается оборот церамидов. Были использованы разнообразные предшественники, включая [14C] stearic acid-labeled cerebroside sulfate в кожных фибробластах, [3H] sphingomyelin как в культивируемых фибробластах пациента, так и в трансформированных лифоцитах и [14C] serine, субстра предшественник на пути синтеза de novo церамида, чтобы продемонстрировать нарушения деградации церамида при FD [61-63].
Наиболее распространенный биохимический метод для диагностики FD является метод определения активности энзима, используя культивируемые фибробласты пациента. Ферментативная активность в FD клетках обычно < 10% от контрольных уровней, в то время как SMA-PME клетки обнаруживают 32% активности от контроля [8, 36]. Помимо фибробластов метод активности энзима применяется к лейкоцитам, плазме и тканям умершено и к культивироуемым амниоцитам при пренатальной диагностике [64-68]. Обычно активность ACDase определяется с помощью или радиомечения церамидов или флуоресценции аналогов церамидов. Многие из этих соединений не растворимы в воде и требуют использования детергентов в дополнение к специализированной технической экипировке для анализа[20, 64, 68-73]. Этот недостаок означает, что диагностика доступна только в очень ограниченном числе лабораторий. Сегодня активность ACDase может быть определена с использованием флюорогенного субстрата Rbm14-12 на 96-well plate при высоко-производительном способе [74, 75].
Количественное определение избытка церамидов является др. методом диагностики. Метод оценки diacylglycerol широко использовался в ранних исследованиях общего уровня церамидов, но он был ограничен поскольку не предоставлял информации об индивидуальных видах церамидов [76]. Позднее хроматографические методы, такие как тонкослойная хроматография и высокопроизводительная жидкостная хроматография были также использованы для количественной оценки церамидов [77-79]. Основными проблемами трех методов оказались потребности в радиомечении или инкорпорации fluorophore. Эти методы столкнулись с трудностью осуществления и ограниченностью информации относительно индивидуальных типов церамидов. Mass spectrometry (MS), в особенности electrospray ionization mass spectrometry (ESI/MS), является на сегодня наиболее чувствительным методом для дискриминации и детекции сфинголипидов [80-85]. Эти методы были применены, чтобы продемонстрировать избыток церамидов в биоптатах подкожных узелков, в выборках печни умерших и культивируемых клетках [8, 49, 57, 71, 77, 86-89].
Genetic testing
Первые несколько мутаций в ASAH1 были идентифицированы в культивируемых фибробластах пациентов identified и требовали амплификации геномных последовательностей ASAH1 и комбинации PCR и Sanger секвенирования [6, 90]. Секвенирование экзомов сегодня широко используется и в сочетании с биохимическими методами обеспечивает достоверную диагностику дефицита ACDase [37, 91]. Это особенно информативно у пациентов с не-классическими FD, SMA-PME и в случаях, при которых симптомы предполагают дефицит ACDase, но имеют атипические проявления [47, 48, 92, 93].
Biomarkers
Усиление воспаления и образование гистиоцитов широко распространено при многих случаях FD. Недавние исследования нашей лаб. идентифицировали monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1) в качестве потенциального биомаркера [94, 95]. Мультиплексный анализ цитокинов, осуществлен с использованием плазмы, полученной от пациентов с FD, JIA и от FD пациентов, подвергшихся HSCT. Это исследование продемонстрировало повышеннцй уровень MCP-1 в выборках от FD, но низкий уровень у JIA и нормализованный уровни у FD пациентов. подвергшихся HSCT [94]. MCP-1может быть пригодным биомаркером и может помочь избегать неправильной диагностики при легких случаях FD.
Др. потенциальным биомаркером для диагностики FD является C26:0 церамид, который идентифицирован при количественной оценке липидов в MS, при количественной оценке церамидов в липидах, выделенных из пятен засохшей крови [49]. Описаны две изоформы C26:0, при этом изоформа1 экспрессируется на достоверно более высоком уровне у новорожденных (0-6 мес.) в противовес подросткам (0.5-4 лет) и взрослым (> 17 лет). Не было предоставлено каких-либо деталей относительно клинических фенотипов у этих пациентов, но пригодность платформы для анализа кровяных пятен у новрожденных может быть важной ступенью для ранней диагностики дефицита ACDase.
The diverse signs and symptoms in ACDase deficiency
Cardinal triad symptoms of FD
Классическая триада симптомов, проявляющаяся при FD в виде подкожных узелков, больи распухание суставов и возникновение хриплого голоса и афонии [9]. Подкожные узелки пальпируются и во многих случаях с повышенной болевой чувствительностью часто обнаруживаются в первые несколько недель после рождения в тяжелых случаях [2, 10, 12]. Однако, образование узелков может возникать позднее при ослабленной форме болезни [55, 96, 97]. Узелки обычно появляются на суставах и поверх точек постоянного давления. Со временем узелки могут утолщаться и увеличиваться в размере и количестве, вызывая значительное припухание. Контрактуры суставов могут возникать в ряде мест, в пределах от межфаланговых, пястных, запястных, локтевых, коленных, щиколоточных и суставах позвонков [98-101]. Контрактуры суставов прогрессируют и в результате приводят к обездвиживанию у некоторых пациентов [99, 102]. Формирование хриплого голоса также происходит в результате образования узелков в горле. У детей часто описывается слабость криков, что прогрессирует с дисфонию и в конечном итоге в неспособность говорить [98]. Образование узелков в верхних отделах дыхательных путей может распространиться на надгортанник, вызывая его набухание, которое может приводить к затруднению приема пищи и дыхания [10, 89, 103]. В крайних случаях оказывается необходима трахеостомия [10, 86].
Hematologic findings
Образование узелков и воспаление повсеместны во всем спектре FD. Этот признак подчеркивает роль гематопоэтической системы в возникновении болезни. Узелки состоят из пенистых гистиоцитов и макрофагов. Этот характерный пенистый (foamy) фенотип вызывается накоплением запасных веществ [98-101, 106, 107]. Ультраструктурный анализ узелков выявляет присутствие Zebra телец и искривленных полу-линейных трубчатых телец (Farber телец) [108-110]. Выборки крови от пациентов также выявляют повышенную скорость седиментации лейкоцитов и эритроцитов и умеренное повышение в плазме chitotriosidase и C-reactive protein (CRP) в некоторых случаях [54, 111-115]. Образование узелков и инфильтрация гистиоцтов распространяются за пределы конечностей и суставов и обнаруживается также внутри ретикуло-эндотелиальной системы, включая костный мозг, печень, легкие, лимфатические узлы и селезенку, а также тимус и сердце у ряда пациентов [106, 116, 117]. В одном случае присутствовали только инвазирующие гистиоциты в костном мозге пациента [118].
Описано и несколько др. гематологических находок. Увеличенные лимфатические узлы описаны при аутопсии [2, 77, 116, 119]. Лимфаденопатия и кальцификация подмышечных лимфатических узлов выявлена при рентгеновском обследовании [100].Наконец, описаны анемия, тромбоцитопения и присутствия ядерных эритроцитов у FD пациентов [99, 100, 116].
Neurological findings
Нейрологические проявления обычно обнаруживаются у пациентов с Type 5 или классической FD [8]; эпилептическая картина, характеризующая SMA-PME будет описана ниже. Нейрологические нарушения при FD широки и могут затрагивать ЦНС и ПНС. В головном мозге обнаруживаются гидроцефалия, атрофия коры головного мозга [120, 121]. Патология накопления описана для разных нервных тканей, включая передние рога спинного мозга, ствол головного мозга, кору головного мозга и мозжечок [17, 120, 122-124]. Патология накопления описана также в клетках ПНС, где миелинизирующиеся и не миелинизирующиеся Шванновские клетки обнаруживают крупные связанные с мембранами включения [60, 124, 125]. Описаня указывают на то, что сжатие аксональных тел могут нарушать собственно нервную передачу [98, 124, 125]. В ряде случаев описано возникновение судорог и развитие задержки, ведущее к умственной недостаточности [38, 120, 122, 124]. Из-за патологии передних рогов и периферической нейропатии может наблюдаться также гипотония, мышечная слабость и атрофия, ведущих к инвалидному креслу [38, 120, 122-124].
Pulmonary findings
Легочные осложнения являются одним из наиболее распространенных проявлений при классических и ослабленных вариантах FD [9]. Клинические признаки могут включать sternal retraction, expiratory stridor, афонию и затрудненное дыхание [1, 38, 77, 97, 102]. Если узелки образуются в горле и верхних дыхательных путях, то может потребоваться экстренная трахеостомия [56, 102, 126]. Рентгеновское исследование показывает присутствие уплотнений, узелковых затемнений и легочных atelectasis [86, 97, 102, 125]. Бронхиальные смывы с альвеол и исследования умерших выявили существенное воспаление с присутствием нагруженных липидами крупных макрофагов и инфильтрацию клетками в бронхиолы и альвеолы [1, 67]. Легочная ткань одного пациента была описана как сильно разреженная с избыточной соединительной тканью, а её ультрастуктурный анализ выявил легочные гистиоциты, содержащие криволинейные тельца накопления [123]. Легодные distress, инфекция и пневмония являются главными причинами смертности [2, 8, 97, 101, 123, 127].
Ophthalmic findings
Глазные проявления в основном ассоциированы с классической формой FD и с теми, затрагивающими нейрологию [8]. В оригинальном описании Farber's описано, что его второй пациент был слеп [2]. Разнообразные офталмологические находки представлены в литературе; наиболее распространенным признаком является вишнево-красные пятна [77, 115, 125, 126, 128, 129]. Дополнительными глазными проявлениями являются помутнение сетчатки, помутнение роговицы и макулярная дегенерация [10, 59, 128, 130]. Др. находки связаны с включением присутствия xanthoma-подобного роста в конъюктиве, слабая зрительная фиксация и нистагм [102, 120, 127]. Анализ глаз умерших не выявил аномалий в переднем сегменте, но задний сегмент содержал двупреломляющие липиды внутри ганглиолярного слоя клеток и обнаруживал четко проявляющуюся патологию накопления в др. типах глаз[128, 131].
Gastrointestinal findings
Существует несколько случаев в литературе, описывающих проявления в ЖКТ при FD. Упорный понос иногда наблюдается у детей [99, 110]. Один пациент имел также экстенсивные нарушения ЖКТ с широко распространенной эрозией слизистой ЖКТ [110]. В др. исследованиях брали биоптаты ткани толстого кишечника у пациента с тяжелой болезнью и было продемонстрирован повышенный уровень апоптоза клеток крипт толстого кишечника. Это исследование продемонстрировало также, что позитивные по caspase-3 клетки локализуются совместно с клетками, которые позитивны по GD3 ганглиозиду, это указывает, что апоптоз колоноцитов может быть запущен путем запуска синтеза GD3, как следствие накопления церамида [132].
Hepatic findings
Пальпируемая печень и гепатомегалия обычно описываются у пациентов с классическим вариантом FD [1, 59, 67, 86, 96]. Zebra тельца и Farber тельца наблюдались в гепатоцитах, эндотелиальных клетках и Kupffer клетках [133, 134]. Наиболее существенная печеночная патология наблюдается у пациентов с тяжелой type 4 FD [8]. У детей обнаруживаются холестатическая желтуха, асцит, печеночный фиброз и повышенный уровень энзимов [11, 56, 135]. В уникальном случае, 6-мес. ребенок обнаруживал достоверную печеночную недостаточность и был поставлен неправильный диагноз неонатальный гепатит; проведена печеночная трансплантация, которая впоследствии нормализовала печеночную функцию [56]. FD была собственно диагностирована после появления узелков и инфильтратов гистиоцитов. В этих немногих тяжелых случаях увеличение висцеральных органов и образование гистиоцитов могли маскировать или предшествовать появлению узелков [56].
Bone findings
Когда у пациентов с FD затронуты суставы, то имеются также околосуставные эрозии и деминерализации [86, 87, 96, 103]. Помимо суставов, эрозии кости, наблюдаются в длинных костях, в пястных костях, плюсневых костях и фалангах [111, 116, 136-138]. Остеопороз часто прогрессирует в ходе болезни [97, 99, 102]. Один пациент, 9-летняя девочка обнаруживала рост опухолевидного костного повреждения на позвоночном столбе, вызывающее деструкцию odontoid с помощью воспалительных клеток. Девочка подверглась двум HSCTs, которые улучшили её подвижность, но эпизоды миоклонической эпилепсии всё ещё сохранялись [139]. Более умеренный спектр представлен, Bonaf et al. в серии из трёх сиблингов, которые обнаруживали периферический остеолиз в возрасте 40-60 лет [93]. Все пациенты имели укороченные пальцы рук и ног, а также излишки кожи. У одного из братьев имелись ограничения подвижности колен и пальцев ног [73]. Неродственный 29-летний пациент также обнаруживал деформации рук, демонстрируя укороченные пальцы и избыток кожи [97]. Эти пациенты имели более продолжительный период жизни и не были первоначально диагностированы как имеющие FD до взрослого периода.
Dermatological findings
Помимо образования подкожных узелков, описаны повреждения кожи и бляшки у некоторых пациентов с FD [99, 140, 141]. Анализ биоптатов кожи выявил гиалинизированные коллагены в дерме, гиперкератоз и присутствие крупных пузырчатых гистиоцитов [99, 131, 134]. Патология хранения ткани кожи и гистиоциты указывают на присутствие Farber телец [134, 141, 142]. Редкие проявления присутствуют у детей с клиническими признаками, которые перекрываются синдромом stiff skin [113]. У ребенка обнаруживается толстая отвердевшая кожа с рождения, кривошея и области, похожие на склеродерму; ребенок погиб примерно в 2 года [113]. Недавнее исследование продемонстрировало, что гетерозиготные мутации ASAH1 могут повышать чувствительность к образованию келоида. В этом сообщении осуществлен генетический анализ семейства Yoruba в Nigeria, и из 24 членов, 9 имели келоиды, а 2 др. имели гипертрофические или вытянутые рубцы [52]. Мутация L386P (clinVar ID SCV000538196) была идентифицирована посредством комбинации анализа сцепления и секвенирования экзома [52]. Возникновение келоида в этой семье происходило в возрасте от 2 до 57 лет. Кроме того, расположение образования келоида варьировало. К сожалению, не было проведено анализа липидов или активности энзимов. Однако, вариант тем не менее распространяется на клиническую картину дефицита ACDase [52].
Hydrops Fetalis
В литературе описаны два FD пациента с водянкой плода [34]. Одно сообщение касается 29-недольного мертворожденного плода с умеренной внутренней водянкой, с хорошо сохранившейся селезенкой и присутствием пузырчатых (foamy) клеток [117]. Второе описание касается 3-дневгого новорожденного с крайним фенотипом водянки плода [106, 143]. У этого ребёнка был увеличенный живот, заполненный геморрагическим асцитом, гепатоспленомегалия и множество белых узелков на перитонеальной поверхности печени, селезенки и др. органов. Это самые кратковременно живущие индивиды с Farber болезнью.
Spinal muscular atrophy with progressive myoclonic epilepsy (SMA-PME)
Новый вариант дефицита ACDase возник, как не имеющий классических признаков и симптомов FD. Эти пациенты имеют отдельную болезнь, наз. spinal muscular atrophy with progressive myoclonic epilepsy (SMA-PME) (OMIM #159950). SMA-PME впервые была описана в 1978 Jankovic с колл. Описаны пациенты из семей в Louisiana и Texas, у которых сначала развивалась мышечная слабость и исхудание, которые постепенно прогрессировали в дерганье конечностей и миоклоны [144]. Большинство пациентов, страдающих от SMA обычно имеют мутацию в SMA1 или SMD2 [36]. Однако, некоторые пациенты с SMA-PME несли мутации в ASAH1 [36, 44, 46, 91, 145, 146]. Лучше всего известны 23 подтвержденных случаев SMA-PME с ASAH1 мутациями (Table 1). Кроме того, с 1978 по 2009, описано 20 случаев с SMA-PME-подобными клиническими проявлениями, которые были включены в описание оригинальных случаев Jankovic [144, 147-151].
Симпотомы SMA-PME могут появляться самое ранее с 2-х лет [44] и характеризуются возрастающими затруднениями в хождении, спорадические падения, мышечная слабость и тремор [35, 36, 151]. Развивается болезнь нижних двигательных нейронов в форме мышечной слабости, это является первым проявлением SMA-PME у пациентов [152]. Мышечная слабость описана у детей в возрасте между 3 и 7 годами вплоть до подросткового возраста в 15 лет [44, 145]. Болезнь нижних двигательных нейронов затрагивает также дыхательные мышцы. Гибель обычно обусловливается дыхательной недостаточностью и проявляется самое раннее у подростков (teenage) [36, 44, 91, 145]. Эпилепсия возникает обычно после начала болезни нейронов в позднем детстве, в исключительных случаях возникает так, как это описано Filosto с колл., которые описали двух сестер с развитым SMA фенотипом и без миоклонической эпилепсии [35, 47]. Наиболее распространенной формой эпилепсии являются миоклональные судороги, которые проявляются в виде серии шок-подобных проксимальных конвульсий верхних конечностей [152]. Проявления миоклонов и миоклонические состояния также были описаны у некоторых пациентов [44]. Наконец, др. проявления включают возникновение генерализованного тремора, сколиоз и нейросенсорная потеря слуха [44, 91, 145, 152]. По мере прогрессирования болезни пациенты переживают повышение активности судорог [151]. Нарушения подвижности, снижение когнитивной способности и затруднения глотания появляются почти в самом конце жизни [152].
Обобщение клинической картины д. привлечь внимание, поскольку количество идентифицированных случаев SMA-PME ограничено и в большинстве описанных случаев обнаруживается одна и та же мутация T42M (Table 4). Однако, некоторые случаи позволяют расширить наше понимание SMA-PME. Напр., первое описание взрослого пациента с SMA с мутацией в гене ASAH1 не характеризовалось миоклонической эпилепсией [47]. Др. пациент характеризовался миоклоническим статусом epilepticus век в дополнение к мышечной слабости, чего ранее не наблюдалось при SMA-PME [153].
Phenotypic variability in ACDase deficiency
ASAH1 мутации, по-видимому, вызывают два отдельных нарушения, что указывает на огромную важность ACDase для собственно поддержания здоровья. Мы подчеркиваем разнообразие клинического спектра, который может наблюдаться при разных формах дефицита ACDase. Интересно, что фенотипическая изменчивость также описывается при сравнении сиблингов. У одного в таком случае сиблинга обнаруживали классический фенотип Farber и он погиб в возрасте 6 мес., тогда как др. сиблинг жил 12 недель и обнаруживал чрезвычайную гистиоцитарную инфильтрацию по всему телу [67]. Удивительно, вскрытие после гибели и анализ печеночной ткани от обоих пациентов выявил сходный уровень ферментативной активности [67]. Др. случай показал гепатоспленомегалию у 3-мес. мальчика [119]. Хотя не было обнаружено узелков у этого пациента, гистиоцитоз был главным в фенотипе. Его сестра в возрасте 5 с половиной мес. обладала классическим фенотипом FD [119]. Fiumara et al. обследовали двух сестер и одну двоюродную сестру с умеренным вариантом FD и значительной изменчивостью симптомов [97]. Клинически все три пациентки обнаруживали образование узелков, вовлечение суставов и наличие эрозий [97]. Однако, наблюдалась изменчивость симптомов по их началу и продолжительности. У одной сестры симптомы возникали на 2-м году её жизни и она дожила до 30-летнего возраста, тогда как у др. сестры симптомы возникли в возрасте 20 мес. и погибла она в 18 лет. Тогда как активность ACDase энзима не была определена у недолго жившей сестры, были использованы культивируемые клетки от кузины, у которой симптомы возникали даже раньше и она умерла в 11 лет. В этом исследовании ферментативной активности обе длительно живущие сестры, кузина и FD контроль обнаруживали ферментативную активность между 4 и 6% от контрольного уровня [97]. По-видимому, все три пациентки с умеренной FD имели сходные мутации, при этом обнаруживали очевидную изменчивость в начале возникновения симптомов и в продолжительности жизни пациентов [97]. Сходным образом, ферментативная активность у классических пациентов, имевших более короткую продолжительность жизни, может быть сравнима с таковой у пациентов с более продолжительным периодом жизни. Следовательно, поскольку активность энзима важна для диагностики FD, она не обнаруживает полной корреляции между активностью энзима in vitro и исходом болезни у пациента.
Research, treatment and future therapy
Animal models
Нокаутные по ACDase модельные мыши ранее были получены с помощью инсерционного мутагенеза в гене Asah1. Гетерозиготные мыши (Asah1+/ ) погибали, не обнаруживая каких-либо изменений в фенотипе и имели нормальную продолжительность жизни около 1.5 лет [154]. Однако, анализ органов гетерозиготных мышей в возрасте 6 мес. и старше выявил накопление липидов и включений в печени, легких, коже и костях [154]. Гетерозиготная печень была повреждена наиболее сильно; она становилась фиброзной и тусклой. В то время как большинство типов печеночных клеток было заполнено липидами, наиболее значительный эффект наблюдался в Kupffer клетках. В 9 мес. возрасте некоторые церамиды также были повышены у гетерозиготных мышей, у которых наивысшие скопления были обнаружены в печени, увеличиваясь в 1.5-2-раза по сравнению с животными дикого типа. Гомозиготные мыши (Asah1 -/- ) оказывались эмбриональными леталями; погибали на ст. E8.5 или позже [154].Вторые нокаутные мыши были получены путем целенаправленного воздействия на клон ES клеток [155]. Анализ этой модели продемонстрировал, что гомозиготные эмбрионы доживают только до 2-4-клеточной стадии и подвергаются апоптической клеточной гибели, подчеркивая важность ACDase как жизненно необходимого энзима для раннего эмбрионального развития.
Индуцированные tamoxifen кондиционные Asah1 нокаутные мыши также были получены [156]. Внутрибрюшинное введение tamoxifen 5-недельным самкам мышей вызывало нарушение плодовитости из-за отсутствия зрелых фолликулов в яичниках. Фолликулы были неспособны развиваться до конца, апоптоз возникал между переходом от вторичной к antral стадии. Это наблюдение подчеркнуло существенную роль ACDase для созревания яичников и её важность для плодовитости [156]. Инъекции Tamoxifen обнаруживали разную пенетрантность, при этом 100% устранение Asah1 было описано в коже и 70% в яичниках [156]. Сообщения об использовании этих кондиционных нокаутных мышей были сконцентрированы исключительно на фенотипических изменениях яичников. В то время как классические и тяжелые случаи FD не доживали до полового созревания, данные полученные в этих исследованиях были важны для понимания пациентов с умеренными или ослабленными вариантами FD.
Наконец, была также получена knock-in модель путем внесения мутантного ASAH1 гена (P362R) от пациента в соотв. локус мыши (P361R), получаемые в результате мыши воспроизводили многие проявления, наблюдаемые в классических случаях FD [157]. Мутация P362R была идентифицирована у двух пациентов с FD. Один пациент, умерший в потора года, имел классическую форму FD и был гомоаллельным по мутации [41]. Др. пациент, умерший в 8 лет, был гетероаллельным по P362R и E138V [41]. Более того, этот сайт мутации был выбран потому, что представлял наиболее законсервированный регион гена у разных видов [157]. Гомозиготные (Asah1P361R/P361R) мыши имели короткий период жизни и сниженный вес. Эти мыши обнаруживали значительный воспалительный фенотип и накапливали множество пузырчатых макрофагов во многих тканях. Недавнее исследование также показало, что эти мыши имеют нарушенный гематопоэз, патологию ЦНС, аномальное развитие кожи и нарушения в легких [94, 158-160]. Модель Asah1P361R/P361R не давала узелков, но она обладала многими признаками, наблюдаемыми у пациентов, такими как воспаление; увеличенные органы, включая гепатоспленомегалию, респираторный distress; а также нейрологические и поведенческие отклонения [94, 158-160]. Эти мыши служат важной моделью для поиска терапии пациентов в будущем.
Current treatment
На сегодня не существует лечения дефицита ACDase. Современные терапевтические стратегии концентрируются на ослаблении симптомов. Противовоспалительное лечение и физиотерапия могут помочь в борьбе с болью и неподвижностью [18, 161, 162]. хирургические вмешательства могут иногда применяться для удаления узелков на руках и в ротовой полости [138, 163]. В одном тяжелом случае, когда у пациента ошибочно была диагностирована hemangioendothelioma, была проведена серия из 5 хирургических вмешательств для удаления sacrococcygeal масс и три операции для удаления массы на скальпе. Пациент в конечном итоге прожил 5 лет[164]. HSCT является др. терапевтическим подходом и , как было установлено, существенно улучшает подвижность и снижает боль у ряда FD пациентов, у которых не была затронут нервная система [165, 166]. Ранние исследования, при которых проводилась HSCT у двух пациентов с классической FD с осложнениями в ЦНС, поскольку у них обнаруживалась повышенная активность ACDase и сильная охриплость голоса, подкожные узлы и боли в суставах [167, 168]. Однако, в обоих случаях HSCT не устраняла нейрологических проявлений и состояние пациентов со временем ухудшалось. В недавнем сообщении говорится о долговременном воздействии на 10 FD пациентов, к которым применяли HSCT в течение, по крайней мере, 15 лет [169]. 8 из 10 трансплантированных FD пациентов всё ещё живы, со средней продолжительностью жизни в 10.4 лет [169]. Воспалительная болезнь суставов устранялась у всех выживших пациентов, дыхательные нарушения были изменчивы, а нейрологические недостатки сохранялись (и даже прогрессировали у некоторых пациентов) [169]. Несмотря на бедность данных, HSCT, по-видимому, является многообещающим лечением при умеренных и ослабленных вариантах FD.
При SMA-PME большинству пациентов предписываются противо-эпилептические лекарства для уменьшения судорог, эффективность вмешательства варьирует [146, 153]. Поскольку респираторные осложнения прогрессируют, у некоторых пациентов применяли механическую вентиляцию и питание через желудок [44, 153].
Gene therapy
Дефицит ACDase является привлекательной мишенью для генотерапии, поскольку он обусловлен дефектом одного гена. Фактически, некоторые генотерапии для монозиготных лизосомных болезней накопления сегодня исследуются в клинических испытаниях [170-172]. В контексте дефицита ACDase одно раннее исследование продемонстрировало, что клетки FD пациента с восстановленной активностью ACDase были внесены с помощью онко-ретровирусного вектора, который преобразовывал экспрессию ACDase человека [173]. Это исследование подтвердило, что трансдуцированные клетки, имеющие повышенную активность ACDase нормализуют уровни церамидов [173]. Кроме того, обработанные клетки могут также перекрестно корректировать необработанные клетки, будучи добавленными в среду, где содержались трансдуцированные клетки, которые секретировали ACDase человека [173]. Посредством пути рецептора mannose-6-phosphate, не инфицированные клетки приобретали функциональный энзим, демонстрируя эффект метаболической кооперации. Последнее исследование воспроизвело тот же самый эффект при использовании лентивирусных векторов в качестве устройства для доставки и продемонстрировало успешную коррекцию гена в гематопоэтических стволовых клетках [174]. В том же исследовании было также показано, что прямые инъекции вектора новорожденным мышатам вызывают долговременную экспрессию ACDase до 13 недель [174]. Тот же самый подход был использован на P361R FD модельных мышах и было продемонстрировано увеличение продолжительности жизни с 9-10 недель до 16.5 недель [157].
Ex vivo генотерапия является терапевтической стратегией, которая может вызвать длительно длящийся лечебный эффект по сравнению с традиционной HSCT. При таком подходе стволовые клетки, предшественники или дифференцированные клетки, полученные от пациента или донора, модифицируются с помощью генетической коррекции и затем трансплантируются обратно пациенту [175, 176]. HSCs являются многообещающим типом клеток для такой терапевтической стратегии, поскольку они легко доступны и легко выделяются из крови пациента и могут умножаться дифференцироваться в долго живущие типы клеток [177, 178]. Ex vivo генотерапия, используемая при трансплантации вызывает большее улучшения по сравнению только с HSCT, поскольку трансдуцированные клетки экспрессируют энзим из терапевтического вектора в дополнение к их эндогенной генной экспрессии, это теоретически позволяет увеличивать продукцию энзима, лизосомную активность и потенциал перекрестной коррекции.
Ногие протоколы активной генотерапии исследуют такие ex vivo HSCT трансдукции/трансплантации для лечения генетических нарушений [179]. Ex vivo генотерапия позволяет преодолевать ограничения трансплантатов HSCT самих по себе, чтобы улучшать нейрологические симптомы, как в случае metachromatic leukodystrophy [180]. В случае дефицита ACDase, ex vivo трансдукция, сопровождаемая HSCT также является многообещающим подходом. Серия исследований по проверке концепции продемонстрировла успешность транслокации huACDase кДНК в мышиные CD34+ стволовые клетки и клетки предшественники и позднее в аналогичные клетки от не человеко-образных приматов [174, 181]. В последнем исследовании, более высокая. чем в норме активность энзима ACDase была обнаружена в кровяных клетках, в костном мозге, селезенке и печени в течение более года [181]. Кроме того, эти животные имели пониженные уровни церамида [181].
Сегодня проводится клиническое испытание генотерапии для SMA type I (clinicaltrials.gov ID NCT02122952). Это испытание использует adeno-associated virus serotype 9 (AAV9), не интегрирующийся вирус, кодирующий SMA1 cDNA, вводимую посредством периферических вен. Поскольку испытание всё ещё продолжается, предварительные данные демонстрируют снижение потребности в поддержке легких и пациенты могут сами принимать пищу [182, 183]. Хотя эти результаты для др. типа SMA, вполне возможно. что сходный генотерапевтический подход может быть предложен и для пациентов с SMA-PME фенотипами.
Enzyme replacement therapy
Enzyme replacement therapy (ERT) сегодня является стандартом для лечения некоторых LSDs. Поскольку ранние исследования продемонстрировали эффективность ERT при болезни Gauche, такая стратегия терапии была разработана для широкого круга LSDs. Она была применена для лечения болезни Pompe, болезни Fabry, MPSI, II, VI, нейронального ceroid lipofuscinosis type 2 (CLN2) и Niemann-Pick B [184-190]. ERT с помощью rhACDase сегодня разрабатывается и является многообещающей для лечения дефицита ACDase и некоторых др. состояний, при которых накопление церамидов является патологическим, как при кистозном фиброзе [191, 192]. Сегодня крупные объемы продукции rhACDase достигнуты путем амплификации и трансфекции клеток оварий китайского хомячка (CHO) [193]. Избыточная экспрессия ACDase в клетках CHO приводит к секреции энзима в среду, которая затем очищается с помощью серии хроматографических этапов [193].
Недавнее исследование по проверке концепции с использованием происходящей из CHO rhACDase в качестве лечения P361R FD модельных мышей породило надежду [193]. Воздействие рекомбинантного энзима приводило к снижению накопления церамида, к меньшей инфильтрации макрофагами, снижению экспрессии MCP-1 и к нормализации веса селезенки у FD мышей [193]. Это первоначальное исследование дало надежду на лечение FD в будущем, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять реакции на дозы в этой модели и определить как этот эффект луче всего перенести на человеческий вариант FD или SMA-PME. Одним из ограничений ERT является снижение способности пересекать гемато-энцефалический барьер, что важно для тех LSDs, которые обнаруживают нейрологические компоненты, такие как в случае FD. Однако, целенаправленное воздействие на ЦНС энзима может позволить преодолеть это затруднение, а использование слитых белков с нацеленной на ЦНС половинкой сегодня оценивается как многообещающий метод доставки энзима в ЦНС
[194].
Conclusion
Over 70 years have passed since Farber's Mayo Foundation lecture. Included in this historic transition is a brief transcript where Farber states: "The clinical picture I describe may be found to be typical for these 3 cases and may not be encountered in the next 20 or 30. We should, with a disease of this kind, expect to see a number of unrelated clinical pictures in the future" [1]. Farber's comment and insight are highly relevant to this day. ACDase deficiency is a spectrum disorder that includes FD, SMA-PME, and potentially keloid formation or susceptibility to schizophrenia. Even amongst the individual conditions, there is a wide clinical spectrum. In mild cases, a misdiagnosis or a delay in diagnosis could impact the treatment plan and adversely affect the ability to properly manage symptoms [34]. A natural history study is currently underway on clinicaltrials.gov (ID NCT03233841), which aims to gain greater insight into the natural history of ACDase deficiency through retrospective and prospective patient data. It also aims to establish clinical information, biomarkers and other functional data to access the efficacy of future therapies, such as rhACDase ERT. The establishment of a complete natural history will greatly improve and potentially fill in gaps in the current definition of ACDase deficiency. Finally, due to the wide spectrum of clinical presentations, the precise number of patients is likely to be underrepresented. An improved understanding of the disease and increasingly effective knowledge translation will allow more patients to be identified, efficiently diagnosed, and effectively managed.
|