Диарея и мальабсорбция (пониженное всасывание) в младенчестве - относительно распространенное явление, которое обычно можно объяснить различными приобретенными или обусловленными материнскими факторами причинами, такими как врожденные инфекции и непереносимость пищевого белка. Моногенные нарушения кишечного эпителия, также известные как врожденные диареи и энтеропатии (CoDEs), являются редкой причиной тяжелой, угрожающей жизни диареи, и описывают гетерогенную группу нарушений, возникающих в результате вариантов одного гена, которые непосредственно изменяют функцию эпителия. Эти расстройства характеризуются неонатальной или младенческой диареей и мальабсорбцией и, как правило, требуют интенсивной медицинской поддержки, включая внутривенное питание и жидкости. Многие из этих заболеваний связаны с изменением функций других систем органов, включая иммунную систему; однако нарушение структуры и функции кишечного эпителия является универсальной особенностью, определяющей эту группу генетических заболеваний. Здесь мы даем обзор расстройств CoDEs, включая достижения в их диагностике и клеточной биологии, рассматривая их в контексте с другими генетическими нарушениями, вызывающими заболевания кишечника. Мы подробно рассмотрим архетипичные CoDEs, а также недавно открытые гены и обозначим некоторые из основных проблем и возможностей в этой области.

Краткая история расстройств CoDEs: Младенцы с тяжелой и стойкой потерей жидкости в кишечнике и мальабсорбцией, требующие интенсивной терапии с рождения или в первые несколько недель жизни, - редкое явление. Таким младенцам часто требуется высокий уровень поддержки для сохранения жизни и проведения дальнейшего обследования и диагностики. До наступления геномной эры в исследованиях и клинической медицине младенцев, выживших после неонатального периода, часто объединяли в группы с диагнозом "неустранимая диарея младенческого возраста". Этот термин был популяризирован Avery et al. в их описании серии младенцев с хронической диареей неизвестной этиологии (Avery et al. 1968). Первые описания младенцев и детей с хронической диареей неизвестной этиологии, наводящие на мысль о наследственной этиологии, были сделаны Gamble et al. and Darrow в 1945 году (Darrow 1945; Gamble et al. 1945). Они описали необычную водянистую диарею большого объема, с высоким содержанием хлоридов в кале, гипохлоремией и метаболическим алкалозом. В 1960-х годах серия случаев в Финляндии (Perheentupa et al. 1965; Holmberg et al. 1977; Luaniala et al. 1968) привела к признанию того, что это расстройство, названное врожденной хлоридной диареей, является генетическим, наследуется по аутосомно-рецессивному типу и, вероятно, обусловлено дефектом одного гена. В 1996 году причинный ген был идентифицирован как хлоридно-бикарбонатный транспортер SLC26A3. Аналогичным образом в 1978 году Davidson et al. описали подробную серию случаев пяти младенцев с постоянной тяжелой диареей с рождения без признаков воспаления или иммунного дефицита, но с доказательствами наследственности, основанной на аналогичном заболевании у братьев и сестер (Davidson et al. 1978). Авторы обнаружили явные эпителиальные аномалии при исследовании кишечных биопсий и предположили, что пациенты "очевидно, страдали от врожденной энтеропатии, которая вызвала глубокие дефекты в их способности усваивать питательные вещества", отметив, что "патогенез этого расстройства, если это действительно одно заболевание, остается неясным". Несколько лет спустя Катц и др. исследовали ультраструктуру кишечного эпителия с помощью электронной микроскопии у одного из этих пациентов, а также еще в нескольких случаях тяжелой диареи младенческого возраста, выявив уникальные "внутрицитоплазматические включения, состоящие из аккуратно расположенных микроворсинок", назвав это расстройство болезнью микроворсинок (Cutz et al. 1989). Позже эта же группа впервые гистологически описала характерные эпителиальные "ворсинки", обнаруженные при расстройстве CoDE - врожденной ворсинчатой энтеропатии (Reifen et al. 1994).

Хотя ряд выявленных расстройств CoDEs были хорошо описаны как семейные с классическим менделевским типом наследования, причинные гены, как и в случае многих моногенных расстройств, не были идентифицированы до конца 1990-х и 2000-х годов. Первыми были идентифицированы несколько причинных генов, включая SLC5A1 (SGLT1) для глюкозо-галактозной мальабсорбции (Marti'n et al. 1996) и SLC26A3 (DRA) для врожденной хлоридной диареи (Höglund et al. 1996), а затем MYO5B для болезни включения микроворсинок (Müller et al. 2008) и EPCAM для врожденной tufting (рост пучками) энтеропатии (Sivagnanam et al. 2008). Наличие доступных и недорогих целевых генетических тестов привело к устойчивому потоку выявления причинных генов, который значительно ускорился с появлением технологии секвенирования следующего поколения и секвенирования всего генома в течение последнего десятилетия (рис. 1). Помимо достижений в области геномики, улучшения в клиническом лечении пациентов с CoDEs привели к общему увеличению общей выживаемости с последующим ростом эффективности диагностики. Достижения в области парентерального питания, ухода за центральными линиями, а также создание специализированных центров и клиник позволили увеличить продолжительность жизни при тяжелых расстройствах CoDEs с младенчества до позднего детства и далее.



Рис. 1 Timeline of the association of genes important for epithelial function and intestinal disease. Colors indicate CoDE disorder classification

Monogenic intestinal disorders and other monogenic causes of intestinal disease: Моногенные кишечные эпителиальные расстройства или CoDEs определяются мутациями, которые фундаментально изменяют функцию эпителиальных клеток и впоследствии приводят к заболеванию кишечника. При большинстве заболеваний преобладающим симптомом является диарея, при этом воспалительный компонент в слизистой оболочке кишечника минимален или отсутствует. Однако потеря барьерной функции эпителия или нарушение нормальной архитектуры слизистой оболочки, например, при дефиците TTC7A (Dannheim et al. 2022), или изменение нормального ответа хозяина на микробиом (например, при дефиците SLC9A3 (Kini et al. 2022)) может привести к вторичной воспалительной реакции слизистой оболочки. Это контрастирует и может отличаться от моногенных причин очень раннего начала воспалительного заболевания кишечника, таких как мутации IL10 или другие первичные иммунодефициты с вовлечением кишечника, такие как мутации WAS (Wiskott-Aldrich) или мутации FOXP3 (IPEX), которые в первую очередь влияют на функцию или развитие иммунных клеток (Nambu и Muise 2020). Поэтому трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (HSCT) часто оказывается целебной для воспалительных заболеваний кишечника с ранним началом, в то время как при расстройствах CoDEs это не так. Другой отличительной особенностью расстройств CoDEs является первичное поражение тонкой кишки с переменным вовлечением толстой кишки, что приводит к генерализованной энтеропатии с последующей мальабсорбцией питательных веществ и нарушением нормального обмена жидкости и электролитов.

Evaluation of CoDE disorders: Диагностическая оценка расстройств CoDEs значительно изменилась за последние несколько лет с появлением доступного генетического тестирования и постепенным ростом признания этих расстройств педиатрическими врачами. За последние несколько лет появились общие диагностические подходы для помощи в первоначальной оценке младенцев с подозрением на CoDEs (Thiagarajah et al. 2018; Elkadri 2020; Younis et al. 2020; Russo 2020; Mantoo et al. 2021). В целом, большинство подходов сосредоточены на выявлении младенцев с анамнезом и симптомами, подозрительными на расстройство CoDE, первоначальной оценке рациона питания и стула, раннем генетическом тестировании и проведении эндоскопической биопсии как можно скорее.

Исторически сложилось несколько серьезных проблем, с которыми столкнулась область расстройств CoDEs. Как и в случае со многими моногенными расстройствами, существенной проблемой является редкость отдельных расстройств CoDEs. Это привело к общей неосведомленности многих медицинских учреждений о диагностической оценке, общей нехватке данных об эпидемиологии, естественной истории и лечении, а также относительно небольшой механистической информации о клеточной патофизиологии многих расстройств. Для многих пациентов отсутствие раннего распознавания или подозрения на наличие расстройства CoDE приводит к диагностической одиссее, часто характеризующейся ненужными тестами и вмешательствами, а также длительными госпитализациями, ведущими к повышенной смертности и заболеваемости. Природа этих расстройств, часто сопровождающихся глубокой потерей функции энтерального всасывания, тяжелой недостаточностью роста и недоеданием в наиболее критический период физического и когнитивного развития, означает, что ранняя диагностика и соответствующее клиническое лечение могут оказать глубокое влияние на прогноз и результаты лечения пациентов. Помимо клинических последствий для самих пациентов, эта диагностическая одиссея ложится тяжелым финансовым бременем на систему здравоохранения и семьи. Недавнее сравнение для одного пациента с CoDE в США (LeBlanc et al. 2020) показало разницу в расходах на госпитализацию/клиническое лечение до и после диагностики примерно в 4 миллиона долларов.

Последнее десятилетие принесло значительные улучшения в клинической диетологии пациентов с CoDEs, а тщательное управление парентеральным питанием и несъемными центральными венозными катетерами привело к снижению смертности даже пациентов с тяжелыми нарушениями CoDEs, такими как болезнь включения микроворсинок и tufting энтеропатия. Однако основной остающейся проблемой является отсутствие как эффективных симптоматических методов лечения потери жидкости и диареи, так и специфических лечебных или модифицирующих болезнь методов. Усилия по углублению нашего понимания клеточной биологии и физиологии функции кишечного эпителия и влияния мутаций CoDE на белки-мишени будут иметь решающее значение для разработки будущих терапевтических вариантов.

Кишечный эпителий организован в виде единого слоя клеток, которые выстилают поверхность кишечного тракта. В тонкой кишке этот слой архитектурно характеризуется железами (криптами) и пальцевидными выступами (ворсинками). Эпителиальные клетки кишечника (IECs) образуются из плюрипотентных стволовых клеток, которые находятся в основании крипт и помечены рецепторным белком Lgr5. Эти стволовые клетки дают начало популяциям клеток-предшественников, которые в конечном итоге дифференцируются в широкий спектр различных эпителиальных подтипов, включая секреторные клетки, такие как бокаловидные клетки, энтероэндокринные клетки, а также столбчатые всасывающие клетки (Santos et al. 2018; Gehart and Clevers 2019).

IECs демонстрируют клеточную поляризацию, имея две различные поверхности плазматической мембраны или области: апикальную, или обращенную к просвету, и базолатеральную, или обращенную к телу, с эпителиальными узкими соединениями, демаркирующими границу между этими областями. Апикальная поверхность IECs является местом поглощения питательных веществ. Она богата активными и пассивными транспортными каналами (например, ENaC, NHE3, SGLT1) и пищеварительными ферментами (например, сукраза-изомальтаза, лактаза, энтерокиназа) (Kiela and Ghishan 2016). Апикальная поверхность IECs также содержит многочисленные микроскопические выступы - микроворсинки, которые служат для увеличения площади апикальной поверхности и, таким образом, способности клетки поглощать питательные вещества. IECs содержат сложный и поляризованный механизм внутриклеточной транспортировки, который служит для поддержания локализации мембранных белков. Боковые поверхности IECs отвечают за поддержание спаек между клетками, которые укрепляют целостность эпителия и предотвращают парацеллюлярное перемещение большинства растворителей. Белки, ответственные за поддержание адгезии, включают молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM) и E-кадхерин, а белки, формирующие плотные соединения, включают клаудины, окклюдин и zonula occludens-1 (ZO-1) (Choi et al. 2017). Базолатеральная поверхность IECs является местом выхода питательных веществ в кровообращение через пассивные и активные транспортные каналы (например, GLUT2, ферропортин, SLC7A7). На этой стороне также находится натрий-калиевая АТФаза (Na/K АТФаза), которая обеспечивает основную электрохимическую движущую силу для большинства видов транспорта питательных веществ и электролитов. Наконец, базолатеральная поверхность является местом, где IECs закрепляются на нижележащей базальной мембране с помощью интегринов.

Хотя они обычно связаны и определяются изменением функции кишечного эпителия, расстройства CoDE демонстрируют широкий спектр патофизиологических механизмов на уровне клеток и тканей. Несмотря на эту гетерогенность, для классификации конкретных генов возникли некоторые широкие категории. Поскольку в настоящее время можно установить конкретные гены-возбудители многих случаев не приобретенной тяжелой хронической диареи с младенческим началом, стало важным перейти от синдромного или клинически определенного наименования расстройств к более конкретному обозначению по пораженному гену (например, дефицит SPINT2 против синдромной врожденной диареи натрия). Это особенно актуально для текущих и будущих исследований, направленных на корреляцию конкретных мутаций с фенотипом, прогнозом и лечением. Как и при любой попытке классифицировать столь гетерогенную группу заболеваний, существуют специфические гены/расстройства, которые плохо вписываются в какую-либо одну категорию. В некоторых случаях, таких как недавно обнаруженный дефицит WNT2B, это позволило расширить или разработать новые категории. По мере появления новых причинных генов (например, PERCC1, UNC45A, AGR2) и новой информации о механизмах заболевания, эти категории будут нуждаться в постоянном пересмотре и уточнении. Болезни можно классифицировать и другими методами, такими как онтология белка (например, функциональная аннотация) или клинический исход (например, зависимость от парентерального питания).

В целом, моногенные эпителиальные нарушения можно разделить на пять основных категорий, которые включают в себя основные модули эпителиальной функции. Они перечислены ниже (см. также рис. 1), и далее следует подробное описание нескольких нарушений в каждой категории:

Эпителиальный транспорт

Эпителиальные ферменты и метаболизм

Структура, перемещение и полярность эпителия

Энтероэндокринная функция

Функция эпителиальных стволовых клеток

Возможно, наиболее типичными нарушениями CoDEs являются те, которые связаны с изменением транспортной функции кишечного эпителия. Несколько нарушений затрагивают процесс электронейтрального поглощения натрия и параллельной обработки хлорида/бикарбоната (SLC26A3) либо напрямую через мутации потери функции в NHE3, либо косвенно через мутации усиления функции в рецепторе GUCY2C. Мутации GUCY2C также вызывают активацию секреции хлоридов через хлоридные каналы апикальной мембраны. При глюкозо-галактозной мальабсорбции всасывание натрия изменяется через SGLT/SLC5A1, а потеря натрий-зависимого транспорта желчи в подвздошной кишке приводит к врожденным диареям, опосредованным желчными кислотами.

Ген SLC26A3, состоящий из 21 экзона, картирован на хромосоме 7q31 и кодирует хлоридно-бикарбонатный обменник, также известный как down regulated in adenoma (DRA), трансмембранный белок, локализованный в основном на апикальной стороне слизистой оболочки подвздошной и проксимальной части толстой кишки (Byeon et al. 1996). Gamble et al. и Darrow вероятно, описали первые случаи с мутациями SLC26A3 в 1945 году у двух пациентов с водянистой диареей, не поддающейся обычной терапии и характеризующейся чрезвычайно высоким содержанием хлоридов в стуле в сочетании с низким содержанием хлоридов в сыворотке крови и метаболическим алкалозом (Darrow 1945; Gamble, et al. 1945). Этот синдром был назван врожденной хлоридной диареей (CLD). За этими наблюдениями вскоре последовало несколько сообщений о случаях с подобными характеристиками в США, Великобритании и Франции, а также большое количество случаев в Финляндии (Kelsey 1954; Perheentupa et al. 1965; Evanson and Stanbury 1965; Holmberg et al. 1977).

Хотя мутации SLC26A3 были обнаружены по всему миру, частота встречаемости и распространенность неравномерны. Приблизительно 20% случаев зарегистрировано в Финляндии, где мутация встречается в целом у 1:30 000-40 000 живорожденных, но в отдельных географических районах распространенность выше (Wedenoja et al. 2010). Выявление p.Val317del почти во всех финских случаях, мутации с тремя парами оснований p.Ile675-676ins в 47% хромосом, связанных с CLD в польских случаях, и мутации p.Gly187* в 94% хромосом у пораженных арабских пациентов подтверждает существование эффекта основателя в этих популяциях (Höglund et al. 1998). Недавний ретроспективный обсервационный и проспективный генетический анализ, проведенный в Японии, показал, что уникальная мутация c.2063-1G(->T) присутствует у 7 из 13 CLD пациентов и может быть мутацией-основателем в Восточной Азии (Konishi et al. 2019).

Наше понимание генетики мутаций SLC26A3 в значительной степени основывается на результатах различных углубленных исследований в популяциях с более высокой, чем обычно, заболеваемостью, например, в финской, польской и арабской популяциях, где имеются специфические аутосомно-рецессивные мутации в SLC26A3 вследствие эффекта основателя (Holmberg et al. 1977; H?glund et al. 1998; Wedenoja et al. 2011). Большинство найденных к настоящему времени мутаций представляют собой однонуклеотидные замены, а также миссенс, нонсенс, инсерции и мутации сайта сплайсинга. Хотя согласно базе данных мутаций генов человека было идентифицировано 110 мутаций, большинство из которых описано в последние годы, ассоциации генотип-фенотип остаются не до конца понятными. Необходимы дальнейшие исследования для определения ассоциаций и понимания того, как конкретные мутации влияют на функцию SLC26A3.

Обменник хлорид/бикарбонат (HCO₃-/Cl-), кодируемый SLC26A3, играет важную роль в гомеостазе жидкости в организме человека. Его задача - перенос хлорид-ионов в обмен на бикарбонат через апикальную мембрану эпителиальных клеток кишечника. Это стимулирует электронейтральное поглощение натрия через связанные Na+/H+ обменники (NHE3) в кишечнике (Yu 2021). Поэтому при мутациях SLC26A3 с потерей функции неспособность секретировать HCO₃ в просвет кишечника приводит к закислению просвета кишечника, изменяя движущие силы и препятствуя электронейтральному всасыванию натрия с потерей нормального всасывания жидкости и диареей. Потеря абсорбции хлоридов параллельно приводит к характерным высоким концентрациям хлоридов в кале. Потеря нормальной кислотно-основной работы организма приводит к характерному системному метаболическому алкалозу, необычному для большинства диарейных расстройств, которые обычно приводят к системному метаболическому ацидозу. На диагноз дефицита SLC26A3 указывает высокий уровень скорректированного хлорида в кале, превышающий 90 ммоль/л (Wedenoja et al. 2010). Диарея часто начинается во внутриутробном периоде, что приводит к полигидрамниозу и преждевременным родам (Holmberg et al. 1975). Также может наблюдаться неспособность к разрастанию и нефропатия, имитирующие проявления синдрома Bartter, с той лишь разницей, что мутации SLC26A3 не приводят к нарушениям уровня кальция. Учитывая сходство метаболического профиля, при обследовании младенца с подозрением на синдром Барттера важно выявить врожденную хлоридную диарею в качестве дифференциального диагноза (Matsunoshita et al. 2018).

В ряде работ (Asano et al. 2009; Shao et al. 2018) говорится о том, что биаллельные мутации в SLC26A3 могут повышать риск развития inflammatory bowel disease (IBD) в более позднем возрасте. Это подтверждается исследованиями дефицита Slc26a3 у мышей, которые показывают повышенную восприимчивость к индукции колита (Xiao et al. 2012) и согласуется с данными, которые показывают, что экспрессия DRA снижается при воспалительных состояниях кишечника (Yu 2021). Современные теории о связи между SLC26A3 и воспалением предполагают, что потеря функции транспортера может привести к хроническому изменению микробиома просвета и среды слизистой оболочки, что ведет к потере барьерной функции эпителия (Kini et al. 2022).

Лечение врожденной хлоридной диареи в основном поддерживающее, с профилактикой обезвоживания и электролитных нарушений путем энтерального введения жидкости и электролитов. В целом, при раннем начале интенсивного лечения пациенты могут избежать длительного парентерального питания, и большинство пациентов имеют хороший долгосрочный прогноз. В качестве лечения было предложено снижение желудочной секреции хлоридов с помощью ингибиторов протонной помпы (Aichbichler и др. 1997), хотя последующие исследования показали неоднозначную пользу (Höglund et al. 2001). В качестве потенциальной терапии также была предложена короткоцепочечная жирная кислота бутират, которая обычно вырабатывается в результате метаболизма бактерий толстой кишки. Хотя механизм, посредством которого бутират ослабляет диарею, до конца не определен, предполагается, что это происходит через регуляцию транспорта хлорида/бутирата, улучшение барьерной функции или другие трофические эффекты (Kelly et al. 2015; Deng et al. 2021). В ряде исследований сообщалось о неоднозначных и зависящих от генотипа результатах применения бутирата на практике, хотя недавно был предложен альтернативный ступенчатый подход для оптимизации индивидуальных доз (Di Meglio et al. 2022).

Врожденная натриевая диарея, характеризующаяся тяжелой водянистой диареей с неонатальным началом и высоким уровнем натрия в кале, была первоначально описана в 1980-х годах (Holmberg and Perheentupa 1985). Диарея с высоким уровнем натрия в кале была выявлена во многих случаях, связанных с немного разными фенотипами и, в конечном счете, с разными генами-возбудителями. Синдромное состояние с другими аномалиями, такими как поверхностный точечный кератит и хоанальная атрезия, в конечном итоге было связано с мутациями SPINT2 (Heinz-Erian et al. 2009). Было установлено, что не-синдромная форма вызвана либо мутациями в гене GUCY2C, либо в Na+/H+-обменнике SLC9A3 (Fiskerstrand et al. 2012; Janecke et al. 2015). Роль SLC9A3 во врожденной натриевой диарее была окончательно установлена на группе из девяти пациентов из восьми неродственных семей, у которых наблюдалась водянистая секреторная диарея с высоким содержанием натрия, полигидрамниоз у матери и абдоминальная дистензия. У семи пациентов с помощью полногеномного секвенирования, анализа хромосомных микрочипов или прямого секвенирования по Сэнгеру была обнаружена частная гомозиготная или сложная гетерозиготная мутация SLC9A3. У двух пациентов была выявлена только одна экзонная мутация (Janecke et al. 2015).

На сегодняшний день описано всего около 12 пациентов с подтвержденной врожденной натриевой диареей, обусловленной мутациями SLC9A3. У ряда пациентов с фенотипом, соответствующим SLC9A3-опосредованной врожденной натриевой диарее, не было обнаружено кодирующей мутации при стандартном полногеномном секвенировании. Обнаружение единичных предположительно патогенных мутаций SLC9A3 в нескольких когортах ставит вопрос о существовании глубоких интронных или промоторных вариантов SLC9A3, которые еще предстоит обнаружить. Постепенное внедрение секвенирования всего генома в качестве основного метода диагностики должно предоставить дополнительную информацию об этой возможности в будущем.

SLC9A3, картированный на хромосоме 5p15.3, кодирует Na+/H+-обменник 3 (NHE₃), локализованный преимущественно на апикальной стороне эпителиальных клеток кишечника и проксимальных почечных канальцев. NHE₃ отвечает за основную часть электронейтральной абсорбции Na+ в просвете тонкого и толстого кишечника в обмен на внутриклеточные протоны, а также за большую часть реабсорбции отфильтрованного Na+ в проксимальных почечных канальцах (Nwia et al. 2022). Исследования на мышиных моделях, включая недавнее создание модели мыши с индуцируемым нокаутом Nhe₃, специфичным для эпителиальных клеток кишечника, имитирующей врожденную натриевую диарею, позволили получить ценную информацию о важной роли NHE₃ в целостности кишечного эпителия и его участии в кислотно-основном гомеостазе (Xue et al. 2020).

Были выявлены различные мутации SLC₉A₃, мутации миссенс, сплайсинга и укорочения, причем мутации миссенс встречаются наиболее часто и не имеют четкой корреляции между генотипом и фенотипом (Dimitrov et al. 2019). Полиморфизм rs11739663, расположенный рядом с SLC₉A₃, является однонуклеотидным полиморфизмом (SNP), связанным с язвенным колитом, что позволяет предположить потенциальное объяснение ассоциации между мутациями SLC₉A₃ и развитием воспалительного заболевания кишечника в позднем возрасте (Jostins et al. 2012). Как и в случае врожденной хлоридной диареи, дефицит SLC₉A₃ наследуется по аутосомно-рецессивному типу. У пациентов, страдающих этим заболеванием, может наблюдаться сильное растяжение живота из-за расширенных, заполненных жидкостью петель кишечника, что может быть ошибочно принято за кишечную псевдообструкцию.

Лечение дефицита SLC₉A₃ в основном поддерживающее, с тщательным контролем питания, добавлением натрия и лечением метаболического ацидоза, с целью оптимизации питания и предотвращения обезвоживания, чтобы обеспечить нормальный рост. Систематических данных о прогнозе для пациентов мало, но сообщения о случаях заболевания в целом указывают на то, что тяжелая потеря жидкости и натрия обычно кратковременна, и у многих пациентов наблюдается нормальный рост после первых нескольких лет жизни (Bogdanic et al. 2022).

GUCY2C, картированный на хромосоме 12p12.3, кодирует гомодимерный рецепторный фермент гуанилилциклазу C (GC-C), локализованный на апикальной мембране энтероцитов и активируемый гуанилином, урогуанилином и термостабильным энтеротоксином Escherichia coli (STa). Активирующие мутации, которые наследуются аутосомно-доминантным образом, являются признанной причиной не-синдромальной секреторной врожденной натриевой диареи (Fiskerstrand et al. 2012). Активация эндогенными гуанилином и урогуанилином или термостабильными энтеротоксинами приводит к выработке циклического гуанозинмонофосфата (cGMP) и активации сигнальных каскадов, опосредованных протеинкиназами. cGMP активирует cGMP-зависимую протеинкиназу II (PKGII) и ингибирует циклический аденозинмонофосфат (cAMP) фосфодиэстеразу PDE3, что приводит к косвенной активации cAMP-зависимой протеинкиназы A (PKA) (Forte et al. 2000). Протеинкиназа II и протеинкиназа А фосфорилируют канал трансмембранного регулятора проводимости муковисцидоза (CFTR), что приводит к повышению секреции хлоридов. Параллельно повышенный уровень cGMP ингибирует электронейтральный натриевый Na+/H+ обменник (NHE₃), снижая абсорбцию натрия, что вместе с повышенной секрецией хлоридов приводит к потере жидкости и диарее (рис. 2).



Fig. 2 The effect of GUCY2C activation on epithelial electrolyte transport. GUCY2C (Guanylate cyclase 2C), cGMP (cyclic guanosine monophosphate), cAMP (cyclic adenosine monophosphate), PDE3 (phosphodiesterase 3), PKGII (Protein kinase G type 2), PKA (Protein kinase A), NHE3 (Sodium-hydrogen exchanger 3, SLC9A3), CFTR (Cystic Fibrosis Conductance Regulator)

Большинство пациентов с выявленными мутациями в гене GUCY2C страдают водянистой секреторной диареей раннего возраста, которая обычно более тяжелая в младенчестве и уменьшается с возрастом, что, возможно, связано с большей плотностью рецепторов в раннем детстве (Cohen et al. 1988). Как и при других причинах врожденной диареи, потенциальные осложнения включают обезвоживание и метаболический ацидоз. Имеются данные об ассоциации между этими мутациями и развитием синдрома раздраженного кишечника, воспалительных заболеваний кишечника, непроходимости тонкого кишечника и эзофагита (Fiskerstrand et al. 2012). В более поздних описанных случаях сообщается об антенатальном проявлении секреторной диареи, вызывающей полигидрамниоз во время беременности и повышающей риск развития таких осложнений, как сепсис, ileus, volvulus и рано начавшийся IBD (Müller et al. 2016). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как мутации GUCY2C вовлечены в долгосрочное развитие воспалительных заболеваний кишечника, непроходимости тонкого кишечника и эзофагита.

Аутосомно-доминантные мутации в GUCY2C были идентифицированы как причина врожденной диареи в результате анализа норвежской семьи, в которой несколько членов страдали хронической, легкой диареей с ранним началом. Анализ последовательностей показал, что миссенс-мутация GUCY2C c.2519G -> T миссенс-мутация в экзоне 22 гена присутствовала у всех пациентов, вызывая замену серина на изолейцин в кодоне 840, в каталитическом домене белка (Fiskerstrand et al. 2012). Совсем недавно были выявлены четыре различные de novo миссенс-мутации в каталитическом домене, в линкерной области и в домене гомологии киназы GUCY2C, вызывающие лиганд-опосредованную активацию рецептора и значительно повышенный уровень базального внутриклеточного cGMP (Müller et al. 2016). Как и в случае мутаций SLC₉A₃, ведение пациентов с мутациями GUCY2C заключается в основном в интенсивной питательной и жидкостной поддержке и добавлении натрия. Недавно были предложены новые ингибиторы активности GC-C в виде небольших молекул, которые показали обнадеживающие результаты в энтероидах, полученных от пациентов (van Vugt et al. 2021).

Глюкозные транспортеры - это разнообразная группа мембранных белков, задачей которых является облегчение переноса глюкозы через плазматическую мембрану. В целом, эти транспортеры глюкозы делятся на два семейства: транспортеры глюкозы с облегченной диффузией (GLUT) и натрий-зависимые транспортеры глюкозы (SGLT) (Scheepers et al. 2004). Конкретно ген SLC5A1, картированный на хромосоме 22q12.3, кодирует натрий-зависимый ко-транспортер глюкозы/галактозы 1 (SGLT1), трансмембранный белок размером 73 кДа, который присутствует в основном в тонком кишечнике, сердце и почках (Wright et al. 2011). Он является основным транспортером, опосредующим всасывание глюкозы в тонкой кишке, и важен для нормального всасывания глюкозы, натрия и жидкости в проксимальном отделе тонкой кишки.

Мутации потери функции в SLC5A1 как причина глюкозо-галактозной мальабсорбции были впервые обнаружены в 1990-х годах Мартином и другими (Marti'n et al. 1996). Зарегистрированные случаи глюкозо-галактозной мальабсорбции, вызванной мутациями SLC5A1, остаются редкими, в литературе описано всего около 300 случаев. SGLT1 - высокоаффинный транспортер с низкой емкостью, расположенный преимущественно на стороне клеток, обращенной в просвет, слизистой кишечника и в проксимальных канальцах почек. Его функция заключается в переносе одной молекулы глюкозы вместе с двумя молекулами натрия в клетку, используя электрохимический градиент, создаваемый насосом Na+/K+ АТФазы. Он играет важную роль во всасывании D-глюкозы и D-галактозы через апикальную мембрану энтероцитов. Затем глюкоза попадает в циркуляцию через транспортер GLUT2, расположенный в базолатеральной мембране (Scheepers et al. 2004; Wright et al. 2011). Как член семейства SGLT, SGLT1 представляет собой 664-аминокислотный белок, содержащий 14 альфа-спиральных трансмембранных доменов. Его гидрофобный цитоплазматический С-концевой домен содержит пять терминальных трансмембранных спиралей, участвующих в связывании и транслокации глюкозы (Wright et al. 2011). N-конец SGLT1 дикого типа оказался внеклеточным. Мутации миссенс, нонсенс, сдвига рамки считывания и сплайс-сайта приводят к потере функции белка SGLT1, а исследования мутаций миссенс предоставили важную информацию о структуре и механизме транспорта белка (Wright et al. 2002). Потеря функции SGLT1 приводит к глюкозо-галактозной мальабсорбции (GGM) - аутосомно-рецессивному наследственному заболеванию, которое проявляется в течение первых недель жизни из-за неспособности поглощать и утилизировать моносахариды глюкозу и галактозу. У детей с GGM наблюдается вызванная диетой диарея, которая начинается, когда их кормят грудным молоком или молочной смесью. Такая диарея может вызвать сильное обезвоживание и метаболический ацидоз, что делает раннюю диагностику и лечение критически важными. Первоначальный диагноз может быть установлен клинически, путем диетического устранения симптомов с помощью замены молочной смеси без глюкозы/галактозы, но за этим должно последовать подтверждающее генетическое тестирование. Лечение GGM заключается в введении строгой диеты без глюкозы/галактозы, ограничивая потребление углеводов фруктозой, но по мере взросления пациента в рацион может добавляться небольшое количество глюкозы (Chan et al. 2021). После младенческого возраста пациенты обычно могут справиться с диареей только с помощью диеты и в целом чувствуют себя хорошо, хотя систематических исследований долгосрочных последствий для здоровья пациентов с GGM нет.

Группа нарушений CoDEs вызвана мутациями в гетерогенном наборе генов, участвующих в метаболической переработке питательных веществ в эпителиальных клетках. К ним относятся несколько ферментов кишечной щеточной каймы, участвующих в поглощении углеводов, таких как сахароза-изомальтаза (SI), и ключевые белки, участвующие в переработке жиров в кишечнике, такие как диацилглицерол О-ацилтрансфераза 1 (DGAT1). Совсем новым членом этой группы является AGR2, который участвует в нормальном сворачивании белков и секреции муциновых белков из эпителиальных бокаловидных клеток.

Ген сукраза-изомальтазы (SI), картированный на хромосоме 3q26.1, кодирует сукраза-изомальтазу, гетеродимерный белок с двумя субъединицами, сукразой и изомальтазой. Сукраза-изомальтаза - это трансмембранный дисахаридазный гликопротеин II типа, экспрессируемый в щеточной кайме кишечника (Naim et al. 1988). Первоначально белок, кодируемый геном SI, представляет собой белок-предшественник, который впоследствии расщепляется протеазами поджелудочной железы на сукразу и изомальтазу. В то время как сукраза гидролизует сахарозу, изомальтаза перерабатывает крахмал, изомальтозу и мальтозу. Поэтому пациенты с биаллельными мутациями гена SI не способны метаболизировать эти углеводы, и их потребление приводит к вызванной диетой диарее, сопровождающейся вздутием живота различной степени и болью. Это состояние, врожденный дефицит сукразы-изомальтазы (CSID), было впервые выявлено и описано в 1960-х годах (Weijers et al. 1960).

До сих пор нет четкого мнения о распространенности врожденного дефицита сукразы-изомальтазы в мире из-за неспецифического характера симптомов и различий в тяжести заболевания. По оценкам, мутация составляет около 0,2% у лиц европейского происхождения, 5-10% у иннуитов Гренландии и 3-7% у иннуитов Канады и Аляски (Treem 2012). По оценкам, четыре мутации обусловливают более 80% случаев CSID в европейских популяциях: p.Gly1073Asp, p.Val577Gly, p.Phe1745Cys и p.Arg1124* (Gericke et al. 2017). Молекулярный и клеточный анализ 13 миссенс-мутаций позволил разделить их на три основных фенотипа в зависимости от того, на что влияют: на трафик белка, ферментативную активность или ассоциацию с липидными плотиками (Gericke et al. 2017). В целом, однако, эти мутации приводят в той или иной степени к неправильному нацеливанию на плазматическую мембрану и комбинированному дефициту как сукразы, так и изомальтазы (Naim et al. 1988).

Окончательный диагноз врожденного дефицита SI ставится с помощью биопсии двенадцатиперстной или тощей кишки и анализа на дисахаридазу (Puntis and Zamvar 2015). Пациентам рекомендуют придерживаться диеты без сахарозы и крахмала, которая лишь частично снимает симптомы. При необходимости может быть назначена заместительная ферментная терапия с использованием сахарозидазы, позволяющая восстановить близкую к нормальной деятельность кишечника.

Диацилглицерол О-ацилтрансфераза 1 (DGAT1) - это микросомальный фермент, который играет важную роль в синтезе клеточных триацилглицеролов (рис. 3), используя в качестве субстратов диацилглицерол и fatty acyl CoA (Wang et al. 2020a). Ген DGAT1 человека был картирован на хромосоме 8q с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (Cases et al. 1998). Биаллельные сплайс-изменяющие мутации потери функции в DGAT1 были впервые описаны как причина аутосомно-рецессивного заболевания в семье евреев-ашкенази в 2012 году (Haas et al. 2012). Клиническая картина этих пациентов характеризовалась тяжелой диареей, связанной с нарушением электролитного обмена (ETRD), рвотой, недостаточностью роста, энтеропатией с потерей белка и гипоальбуминемией. Кроме того, у этих пациентов наблюдалось повышение уровня триглицеридов и холестерина натощак (Haas et al. 2012; Gluchowski et al. 2017).



Fig. 3 CODE genes/proteins involved in intestinal epithelial fat processing. DGAT 1 (Acyl-CoA diacylglycerol acyltransferase), MTTP (microsomal triglyceride transfer protein), APOB (apolipoprotein B), SAR1B (secretion-associated Ras-related GTPase 1B)

Биопсия тонкой кишки у пациентов с дефицитом DGAT1 выявляет легкое притупление ворсинок и хроническое воспаление с эозинофилией в просвете (Xu et al. 2020; Eldredge et al. 2021). Некоторые авторы сообщали о липидных каплях, видимых на поверхности эпителиальных клеток без расширения лимфатических сосудов (Eldredge et al. 2021).

Структура DGAT1 была недавно раскрыта двумя отдельными группами в 2020 году (Sui et al. 2020; Wang et al. 2020a). В своей зрелой форме DGAT1 присутствует в виде димера или тетрамера на плазматической мембране. Он состоит из девяти трансмембранных доменов с одной петлей в просвете и двумя внеклеточными петлями. Каталитический остаток гистидина, His415, присоединен к 7-му трансмембранному домену, который образует туннеле-подобный канал с 8-м трансмембранным доменом для создания активного сайта.

Мутации, связанные с заболеваниями, выявленные в DGAT1, в основном состоят из нонсенс, делеций или дупликаций, вызванных сдвигом рамки считывания, и сплайс-изменяющих мутаций. Большинство из этих вариантов, вероятно, представляют собой эффективные нокаутирующие аллели, продукты которых разрушаются в результате нонсенс-опосредованного распада. Были идентифицированы две миссенс-мутации (p.Leu105Pro и p.Leu295Pro) и одна in-frame делеция (p.Ala226_Arg250del) (Stephen et al. 2016; Eldredge et al. 2021). Доказано, что мутация p.Leu105Pro вызывает лишь частичную потерю функции DGAT1 и, как следствие, менее тяжелую клиническую картину (Gluchowski et al. 2017). Точные механизмы, посредством которых потеря функции DGAT1 в эпителиальных клетках кишечника приводит к диарее и энтеропатии с потерей белка, остаются малоизученными. Недавние исследования указывают на возможный механизм, включающий повышенный липидами индуцированный стресс ER и восприимчивость к липид-индуцированной гибели клеток (van Rijn et al. 2018, 2019). Лечение таких пациентов предполагает коррекцию жидкостного статуса и основных электролитных нарушений наряду с соблюдением диеты с ограничением жиров (Gluchowski et al. 2017).

Абеталипопротеинемия (ABL) и гомозиготная гипобеталипопротеинемия (HHBL) - это синдромы, обусловленные полным отсутствием или крайне низким уровнем аполипопротеина В. В младенчестве эти пациенты проявляются одинаково - жирной диареей и связанной с ней мальабсорбцией жирорастворимых витаминов (Leppert et al. 1988; Zamel et al. 2008). Позже в жизни у них могут развиться стигматы дефицита жирорастворимых витаминов, в частности атаксия, периферическая нейропатия и атипичный пигментный ретинит (Zamel et al. 2008; Welty 2014). Пациенты с ABL и HHBL клинически неотличимы друг от друга, за исключением фенотипа их родителей: гетерозиготные родители пациентов с ABL будут иметь нормальные липидные показатели, в то время как родители пациентов с HHBL будут иметь полунормальные уровни апоВ-содержащих липопротеинов (Lee and Hegele 2014).

В конечном итоге эти синдромы определяются биохимически по низким или не обнаруживаемым уровням циркулирующих хиломикронов, VLDL и LDL (Leppert et al. 1988; Welty 2014). Внешний вид ABL и HHBL при EGD и гистологическом исследовании очень схож с таковым при болезни задержки хиломикронов. У этих пациентов слизистая оболочка выглядит как "белый иней", а при биопсии обнаруживаются осветленные энтероциты, содержащие липиды, которые окрашиваются масляным красным O (Lee and Hegele 2014). Кроме того, у этих пациентов в мазке периферической крови обнаруживается акантоцитоз baseline (Zamel et al. 2008). Аполипопротеин В кодируется геном APOB и существует в двух основных изоформах - апоВ-100 и апоВ-48 (Welty 2014). Полноразмерная изоформа апоВ-100 используется печенью для упаковки и выделения VLDL, нагруженных триглицеридами, а сплайс-вариант апоВ-48 используется энтероцитами для упаковки и выделения триглицеридов и холестерина в хиломикроны (рис. 3). Ген MTTP кодирует митохондриальный белок переноса триглицеридов (MTP), белок, который гетеродимеризуется с protein disulfide isomerase (PDI) и переносит липиды на аполипопротеин B (рис. 3) для формирования зрелых VLDL и хиломикронов (Zamel et al. 2008). Гомозиготные мутации в MTTP вызывают ABL, а гомозиготные мутации в APOB - HHBL (Lee and Hegele 2014). Следует отметить, что у пациентов, гетерозиготных по мутации APOB, наблюдается ко-доминантность, приводящая к полу-нормальным LDL, VLDL и хиломикронам. Пациенты с определенными полиморфизмами этих генов имеют только измененный риск метаболического синдрома, гиперлипидемии и печеночного стеатоза (Hsiao et al. 2015).

Аполипопротеин В - это особенно крупный белок, длина которого составляет 4536 аминокислот в полноразмерной форме (апоВ-100) и 2152 аминокислоты в сплайс-варианте (апоВ-48) (Hooper et al. 2005). Он состоит из N-концевой сигнальной последовательности (которая подвергается ко-трансляционному расщеплению), за которой следует домен βα1, содержащий сайты связывания MTP и липопротеинлипазы, С-концевой сайт связывания рецептора LDL (остатки 3359 - 3369), а также многочисленные бета-нити и альфа-спирали, образующие поясоподобную структуру (Hooper et al. 2005; Benn et al. 2008). Связанные с заболеваниями мутации в APOB в основном состоят из усечений, вариантов сплайсинга и нонсенс-мутаций. Выявлена только одна миссенс-мутация, p.Arg463Trp, которая была первоначально представлена как "p.Arg490Trp", когда была впервые описана в 2003 году (Hooper et al. 2005; Ayoub et al. 2021). Эта мутация встречается преимущественно у лиц ливанского происхождения (Ayoub et al. 2021). Точный механизм, с помощью которого она вызывает HHBL, остается неясным.

MTP структурно состоит из N-концевого сигнального пептида, бета-баррельного домена, альфа-спирального домена, липид-связывающего домена и С-концевой последовательности KDEL (Biterova et al. 2019). Мутации, связанные с заболеваниями, выявленные в MTP, весьма разнообразны, включая многочисленные вставки и делеции, вызванные сдвигом рамки считывания, сплайс-мутации, нонсенс-мутации, мутации с потерей старта и миссенс-мутации. Хотя связанные с болезнью миссенс-мутации встречаются в каждом из трех основных доменов, большинство из них обнаружено в С-концевом участке альфа-спирального домена от остатков 528 до 590: p.Tyr528His, p.His529Arg, p.Arg540Cys, p.Arg540His, p.Pro552Leu, p.Ile564Thr, p.Ser590Ile (Vlasschaert et al. 2021). Остаток Arg540 расположен в N-концевой части альфа-спирали 14 в альфа-спиральном домене. Было показано, что мутации, заменяющие аргинин в этом месте, приводят к сохранению связывания апоВ и PDI, но значительно ухудшают активность переноса липидов (Miller et al. 2014). Стеаторея, вызванная ABL и HHBL, реагирует на диету с пониженным содержанием жира (менее 30% от общего количества калорий) с добавлением незаменимых жирных кислот и жирорастворимых витаминов (Welty 2014). Оценка степени заболевания печени у этих пациентов имеет ключевое значение, поскольку у некоторых из них в раннем возрасте может развиться конечная стадия болезни печени, и им потребуется трансплантация печени (Burnett et al. 2021).

Мутации гена SAR1B, который кодирует белок Sar1b, картированы на хромосоме 5q31.1 и связаны с развитием chylomicron retention disease (CRD), которая в настоящее время считается тем же заболеванием, что и болезнь Anderson. Дефицит SAR1B характеризуется тяжелой жировой мальабсорбцией, плохим прибавлением в весе, диареей и рвотой в младенчестве или детстве. Соответственно, у пациентов, страдающих различными вариантами потери функции гена SAR1B, наблюдается низкий уровень холестерина в крови, отсутствие хиломикронов, дефицит холестерин-зависимых жирорастворимых витаминов и последующие неврологические нарушения.

Презентация CRD при эзофагогастродуоденоскопии (EGD) весьма поразительна: авторы описывают белую слизистую двенадцатиперстной и тощей кишки (Charcosset et al. 2008; Ferreira et al. 2018). Это коррелирует с энтероцитами, насыщенными жиром, при гистологических исследованиях и многочисленными липидными каплями, заметными при электронной микроскопии (Georges et al. 2011; Ferreira et al. 2018). На гистологическом препарате эти липидные капли могут быть выделены с помощью oil red O краски.

SAR1B - это клеточная ГТФаза, которая в эпителиальных клетках кишечника имеет решающее значение для формирования и транспорта хиломикронов из эндоплазматического ретикулума в цис-Гольджи (рис. 3). Это жизненно важная часть процесса транспорта и всасывания жиров посредством клеточного трансцитоза. Его специфическая функция заключается в вербовке гетеродимеров комплекса COPII на мембрану ER GTP-зависимым образом (Suda et al. 2017; Auclair et al. 2021). В большинстве тканей эта функция избыточна благодаря присутствию SAR1A и SAR1B; однако образование пре-хиломикронов, по-видимому, полностью зависит от SAR1B (Peotter et al. 2019). Оба белка SAR1 состоят из N-концевого амфипатического спирального домена, за которым следуют два переключающих домена, переключатель I и переключатель II, которые позволяют белкам SAR1 изменять конформацию во время гидролиза GTP. Остатки 32-39 содержат мотив GxxxxGKT Walker A, который необходим как для docking (паркрвки) Sec12, так и для загрузки GTP (Peotter et al. 2019).

Выявленные в SAR1B мутации, связанные с заболеваниями, включают сдвиги рамки считывания, нонсенс-мутации, in-frame делеции, мутацию с потерей старта и несколько миссенс-мутаций. In-frame делеция p.Ser117_Lys160del устраняет длинную часть белка, включая важный сайт связывания GTP (Jones et al. 2003). Мутация p.Glu114del приводит к образованию CRD путем удаления одного остатка глутаминовой кислоты, но механизм патологии, вызванной этой мутацией, остается неясным (Doya et al. 2021). Идентифицированные миссенс-мутации включают p.Gly37Arg, которая удаляет ключевой глицин в мотиве GxxxxGKT, и p.Gly185Val, которая удаляет структурно важный глицин в начале альфа-спирали (Jones et al. 2003; Peotter et al. 2019). Дополнительные миссенс-мутации p.Asp137Asn и p.Ser179Arg затрагивают остатки, которые помогают формировать активный сайт и взаимодействуют с GTP посредством водородной связи. Мутация p.Asp137Asn является особенно распространенным вариантом, который был обнаружен во многих французско-канадских семьях (Jones et al. 2003; Charcosset et al. 2008). Лечение болезни задержки хиломикронов обычно состоит из диеты с низким содержанием длинноцепочечных жирных кислот и приема жирорастворимых витаминов, особенно витаминов A и E.

Ген TMPRSS15 кодирует фермент энтерокиназу (также называемый энтеропептидазой), ключевого игрока в каскаде активации ферментов поджелудочной железы. Связь между мальабсорбцией и дефицитом энтерокиназы (EKD) была впервые установлена Hadorn et al. в 1969 году, которые выявили младенца с хронической мальабсорбцией и низкой активностью протеолитических ферментов, которую можно было скорректировать добавлением экзогенной энтерокиназы in vitro (Hadorn et al. 1969). Этот биохимический синдром не был связан с геном до 2002 года, когда у трех пациентов были выявлены мутации в гене, который сейчас известен как TMPRSS15 или ENTK (Holzinger et al. 2002). Клинический синдром этих пациентов характеризуется задержкой в прибавлении веса, хронической диареей, низким уровнем сывороточного белка и диффузными отеками, начинающимися в первые недели жизни (Haworth et al. 1971; Holzinger et al. 2002; Madhusudan et al. 2021). Хотя это заболевание хорошо охарактеризовано как классический пример физиологии и биохимии кишечника, оно остается крайне редким: с момента его открытия более 50 лет назад было зарегистрировано всего около 20 случаев (Madhusudan et al. 2021).

Энтерокиназа - это трансмембранная сериновая пептидаза, экспрессируемая на энтероцитах, которая выполняет важную роль активации трипсиногена в трипсин при секреции панкреатического сока в дуоденальное пространство (Mössner 2010). Физиологически это служит одним из многих механизмов, предотвращающих преждевременную активацию панкреатических ферментов до их поступления в двенадцатиперстную кишку. Гистопатология у пациентов с EKD, как правило, ничем не примечательна, как и ультраструктурный анализ (Hadorn et al. 1969; Haworth et al. 1971). Однако ферментативный анализ дуоденального сока этих пациентов демонстрирует низкую активность пептидазы и энтерокиназы при сохраненной активности липазы и амилазы (Hadorn et al. 1969).

Учитывая редкость этого заболевания и тот факт, что многие случаи были выявлены биохимически до появления легкодоступных генетических тестов, в TMPRSS15 было выявлено мало мутаций, вызывающих заболевание. Большинство известных патогенных вариантов - это нонсенс-мутации или сдвиги рамки считывания, приводящие к раннему окончанию транскрипции (Wang et al. 2020b; Madhusudan et al. 2021). Также сообщалось о вариантах сплайсинга, включая интронный c.1428 + 2T -> G и экзонный p.Glu641Lys, последний из которых приводит к пропуску экзона 16 и создает in-frame делецию 47 аминокислот во втором рецептор-подобном домене LDL . Наконец, были также зарегистрированы миссенс-мутации p.Val799Asp и p.Gly1002Arg. Было показано, что p.Val799Asp снижает как экспрессию, так и активность фермента (Wang et al. 2020b). Обе эти миссенс-мутации локализуются в С-концевом сериновом протеазном домене, что позволяет предположить, что они могут влиять непосредственно на упаковку или катализ этого домена.

С точки зрения лечения, дефицит TMPRSS15 сегодня можно лечить путем замены экзогенных панкреатических ферментов, как и другие нарушения экзокринной функции поджелудочной железы. Однако, поскольку EKD встречается так редко, нет систематических данных, которые могли бы помочь в выборе терапии, и рекомендации по лечению основаны на общем лечении панкреатической недостаточности.

Недавно Al-Shaibi et al. сообщили о случае братьев и сестер с врожденной энтеропатией и уменьшенным количеством бокаловидных клеток и муцина в биоптатах кишечника (Al-Shaibi et al. 2021). У этих пациентов были обнаружены причинные гомозиготные мутации в гене AGR2; таким образом, их клинический синдром был назван "Энтеропатия, вызванная дефицитом AGR2, потерей бокаловидных клеток и стрессом ER", или синдром EAGLES. Впоследствии Bertoli-Avella et al. описали серию случаев из 13 пациентов из 9 семей и выявили новые причинные варианты в AGR2 (Bertoli-Avella et al. 2021). Из пациентов, описанных в данном исследовании, 6 из 13 из трех отдельных семей имеют идентичный участок 8,2 Мб на хромосоме 7 и имеют сирийское происхождение. Дополнительные клинические признаки, наблюдаемые у этих пациентов, включают рецидивирующие инфекции нижних дыхательных путей и бронхоэктазы, аномалии сердца и гепатоспленомегалию; однако лабораторных доказательств иммунологической дисфункции ни в одном из отчетов не было.

Биопсия двенадцатиперстной кишки двух пациентов, описанных Al-Shaibi et al. , продемонстрировала практически полное отсутствие воспаления, но заметное снижение количества нормальных бокаловидных клеток, выявляемых при окраске гематоксилином и эозином, наряду с апоптозом и регенеративными криптами с митотическими фигурами. Окрашивание на маркер бокаловидных клеток TFF3 выявило повышенное количество бокаловидных клеток по сравнению с невоспаленным контролем, но меньшее количество бокаловидных клеток по сравнению с воспаленным контролем. Биопсия желудка, с другой стороны, продемонстрировала обширную кишечную метаплазию с малым количеством бокаловидных клеток наряду с лимфоцитарным инфильтратом (Al-Shaibi et al. 2021). На данный момент это единственное описание гистологии пациентов с дефицитом AGR2 в литературе, поскольку Bertoli-Avella et al. не прокомментировали гистологию пациентов из своей когорты. Поскольку в данном случае не было выявлено явного воспаления двенадцатиперстной кишки, мы пришли к выводу, что на данный момент недостаточно информации для классификации этой энтеропатии как воспалительной. С другой стороны, желудочный фенотип, вероятно, является химическим гастритом из-за потери защитного барьера из щелочной слизи.

AGR2 - это изомераза дисульфида белка (PDI), которая помогает регулировать сворачивание белка и дисульфидные мостики в эндоплазматическом ретикулуме, а также может секретироваться для взаимодействия с внеклеточным матриксом независимо от активности PDI (Fessart et al. 2016; Jach et al. 2021). AGR2 необходима для производства нескольких гелеобразных муцинов, включая MUC2, посредством образования смешанных дисульфидных связей в белке-предшественнике (Park et al. 2009; Jach et al. 2021). Структурно AGR2 состоит из N-концевого сигнального пептида, прилегающего неструктурированного N-концевого домена, который облегчает межклеточную адгезию, центрального тиоредоксин-подобного домена, центральной пептид-связывающей петли и C-концевой последовательности KTEL ER-retention.

В 15 случаях дефицита AGR2, описанных на сегодняшний день, наблюдается смесь миссенс-вариантов и вариантов, изменяющих сплайсинг, а также одна большая делеция. Все выявленные варианты имеют аутосомно-рецессивный характер наследования заболевания. Выявленные миссенс-варианты включают p.Pro71Thr, p.His117Tyr и p.Gly143Glu. Интересно, что ни одна из этих миссенс-мутаций не попадает в идентифицированные функциональные домены AGR2 (Moidu et al. 2020). Мутация p.Pro71Thr находится между N-концевым неструктурированным доменом и тиоредоксин-подобным доменом и может привести к потере правильной ориентации тиоредоксин-подобного домена. Мутация p.His117Tyr находится между тиоредоксин-подобным доменом и пептид-связывающим доменом, что может изменить ориентацию любого из этих доменов или действовать по другому механизму. Мутация p.Gly143Glu находится сразу после пептид-связывающего домена и может привести к повреждению близлежащей альфа-спирали c громоздкой глутаминовой боковой цепью (Bertoli-Avella et al. 2021). Выявленные мутации, изменяющие сплайсинг в AGR2, c.330?+ 1G -> T и c.330?+?1del, обе связаны с потерей нормального сплайсинга экзона 5. Вариант большой делеции, описанный в литературе, приводит к потере участка экзон 1 - экзон 7 AGR2, а также всего соседнего гена AGR3. Эта делеция является единственной окончательно установленной полной потерей функции AGR3 и была обнаружена в гомозиготном состоянии, демонстрируя, что AGR3 не требуется для жизни.

Учитывая, что это заболевание было описано совсем недавно, существует мало опубликованной информации о лечении этих пациентов. Многим из этих пациентов, вероятно, потребуется хотя бы частичное парентеральное питание. В литературе отмечается их клиническое сходство с пациентами с муковисцидозом, с колонизацией Pseudomonas aeruginosa и бронхоэктазами в раннем возрасте (Bertoli-Avella et al. 2021). Таким образом, скрининг на легочные заболевания является важным клиническим моментом в уходе за этими пациентами.

Фермент лактаза-флоризин гидролаза (LPH), ключевой для нашей способности переваривать лактозу в молоке, является щеточной пограничной β-галактозидазой, кодируемой геном LCT, расположенным на хромосоме 2q21 (Anguita-Ruiz et al. 2020). В то время как многие люди быстро теряют экспрессию LPH после отлучения от груди, у младенцев экспрессия LPH сохраняется независимо от их будущего статуса персистенции лактазы. Врожденный дефицит лактазы (CLD) является аутосомно-рецессивным заболеванием. У новорожденных с CLD, которых кормят молоком, содержащим лактозу, в течение первой недели жизни наблюдается водянистая диарея (Järvelä et al. 1998). Диарея, вызванная лактозой в присутствии CLD, является классическим примером осмотической диареи, вызванной диетой. В таких случаях может развиться тяжелая диарея с угрожающим жизни обезвоживанием и метаболическим ацидозом (Wanes et al. 2019). Несмотря на то, что клинический и биохимический синдром CLD был описан еще в 1960-х годах, ген LCT был открыт только в 1998 году Jarvela et al. Случаи врожденного дефицита лактазы были выявлены у представителей многих этнических групп, однако большинство выявленных мутаций были обнаружены у лиц финского происхождения (Järvelä et al. 1998; Diekmann et al. 2015; Wanes et al. 2019).

Биопсия тонкого кишечника у пациентов с CLD демонстрирует нормальную гистологию без атрофии ворсинок или воспаления, с низкой или отсутствующей активностью лактазы (Torniainen et al. 2009). Помимо лактозы, LPH также катализирует гидролиз целлобиозы, целлотриозы, лактозилцерамида, глюкозидов флавоноидов и хлоризина (Anguita-Ruiz et al. 2020). Она состоит из N-концевого сигнального пептида (Met1 - Gly19), за которым следуют четыре гомологичных домена (Troelsen 2005; Diekmann et al. 2015). Домены I (Gly19-Arg734) и II (Leu 735-Arg868) жизненно важны для правильной транспортировки LPH к месту его биологической активности. Домен III содержит активный сайт гидролазы хлоризина, а домен IV - активный сайт лактазы (Jacob et al. 2002; Diekmann et al. 2015). Белок прикреплен к мембране С-концевым однопроходным трансмембранным гидрофобным доменом. Домены I и II отщепляются в процессе транслокации, и конечная мембраносвязанная форма LPH, начинающаяся со щеточной каймы, содержит только домены III и IV (Wanes et al. 2019).

Мутации, вызывающие CLD, представляют собой смесь нонсенс-мутаций, дупликационных и вызванных делецией мутаций со сдвигом рамки считывания и миссенс-мутаций (Wanes et al. 2019). Мутации со сдвигом рамки считывания и нонсенс-мутации равномерно распределены по всему белку. Аналогично, миссенс-мутации встречаются как в доменах расщепленного трафика (например, p.Gln268His, p.Ser688Pro), так и в каталитических доменах (например, p.Ser1121Leu, p.Gly1363Ser) LPH (Torniainen et al. 2009; Sala Coromina et al. 2015; Wanes et al. 2019). Вариант p.Tyr1390* представляет собой особенно распространенную мутацию-основательницу в финской популяции (Kuokkanen et al. 2006). Хотя большинство вариантов были выявлены только в одной этнической группе, мутация p.Gly1363Ser была обнаружена у пациентов финского, турецкого и персидского происхождения. Эта p.Gly1363Ser демонстрирует интересный фенотип, при котором создается новый сайт N-гликозилирования, а белок демонстрирует температурно-зависимый транзит через ER. При физиологических температурах LPH p.Gly1363Ser оказывается в ловушке внутри ER. Однако при температуре 20 градусов Цельсия p.Gly1363Ser LPH способен правильно сворачиваться и нормально перемещается к клеточной мембране (Wanes et al. 2019). Точный механизм, посредством которого другие миссенс-мутации в LCT приводят к CLD, остается неясным.

После выявления CLD представляет собой одну из наиболее поддающихся лечению форм врожденной энтеропатии. Пациенты быстро реагируют на безлактозную диету и добавки лактазы (Peretti и Mas 2022). Уникальная природа распространенного варианта p.Gly1363Ser побудила некоторых авторов задаться вопросом, может ли терапия на основе шаперонов помочь в сворачивании лактазы и лечении дефицита лактазы у некоторой части пациентов (Wanes et al. 2019).

Гены, вовлеченные в эпителиальную структуру, трафик и полярность, составляют важную группу нарушений CoDEs и включают классические расстройства, такие как болезнь микроворсинок (MYO5B) и Tufting Enteropathy (EPCAM). Несколько генов связаны с поляризованной транспортировкой, которая в эпителиальных клетках опирается на уникальные везикулярные компартменты, не всегда присутствующие в других клетках. Было установлено, что на эпителиальный апикальный путь рециркуляции, включающий везикулярное перемещение с участием Myo5B, влияют мутации множества различных генов (MYO5B, STX3, UNC45A, STXBP2), что указывает на важность этого пути для нормальной функции эпителия. Врожденные нарушения гликозилирования в кишечном эпителии являются хорошо известной, но малоизученной причиной кишечной дисфункции. Наконец, мутации в таких генах, как TTC7A и SPINT2, вызывают интересные структурные и онтогенетические дефекты в эпителиальных клетках. Исследования потери функции генов при многих из этих расстройств выявили увлекательные и глубокие открытия в фундаментальной клеточной биологии эпителиальных клеток кишечника.

Microvillus inclusion disease (MVID) была впервые описана в 1978 году в серии случаев пяти младенцев Davidson et al. У младенцев с рождения наблюдалась постоянная диарея, а гистопатологическое исследование выявило атрофию ворсинок, гиперплазию крипт и "лизосомоподобные включения" (Davidson et al. 1978). Эти пациенты были типичным примером тяжелой патологии и плохого прогноза, связанного с этим заболеванием. Тридцать лет спустя было установлено, что варианты MYO5B, гена, кодирующего нетрадиционный миозиновый мотор, миозин Vb, связаны с этими результатами (Müler et al. 2008). В настоящее время MVID является установленным диагнозом, он встречается примерно у 1 из 1 000 000 живорожденных и наследуется по аутосомно-рецессивному типу (Ruemmele et al. 2006). Пациенты с MVID проявляются тяжелой водянистой диареей в первые дни жизни, требующей длительного парентерального питания. У некоторой группы пациентов отмечается более позднее начало заболевания, начиная с нескольких месяцев жизни, с лучшим общим прогнозом и возможностью энтеральной автономии в будущем (Müller et al. 2008). Отмечается повышенная распространенность вариантов MYO5B, ассоциированных с MVID, среди некоторых этнических популяций, например, среди выходцев из Навахо или Ближнего Востока (Erickson et al. 2008). Интересно, что мутации в MYO5B также были зарегистрированы в качестве причины прогрессирующего семейного внутрипеченочного холестаза (PFIC), и в литературе показана сильная корреляция между характеристиками мутации и фенотипом заболевания (Aldrian et al. 2021).

MVID - это нарушение эндосомального трафика, характеризующееся дефектом рециркуляции апикальной мембраны. В здоровом кишечном эпителии ранние эндосомы сортируют груз между тремя основными путями: ретроградный транспортный путь Гольджи, путь деградации и путь рециркуляции (O'Sullivan and Lindsay 2020). Апикальный путь рециркуляции в эпителиальных клетках кишечника отвечает за доставку груза обратно к клеточной мембране. Для этого он полагается на двигательную активность миозина Vb вдоль актинового цитоскелета. Rab8a и Rab11a служат связующими звеньями между рециркулирующей эндосомой и С-концевым груз-связывающим доменом миозина Vb (рис. 4). После доставки груза к клеточной мембране для слияния мембраны требуется взаимодействие между синтаксином-3 (STX3) и синтаксин-связывающим белком-2 (STXBP2, также известным как Munc18-2) семейства Sec/Munc (Knowles et al. 2014; Vogel et al. 2015). Вместе эти белки образуют ось миозин Vb-STX3-STXBP2, необходимую для правильной апикальной рециркуляции, и потеря любого из этих основных компонентов приводит к фенотипу кишечного MVID (Dhekne et al. 2018). Хотя Rab8a и Rab11a также жизненно важны для этого пути, не существует известных вариантов этих белков, связанных с MVID. Следует отметить, что нокдаун любого из Rab у мышей приводит к фенотипу MVID с характерными микроворсинками при электронной микроскопии (Sato et al. 2007; Sobajima et al. 2014). UNC45A, шаперон, способствующий сворачиванию миозина Vb, также был признан необходимым условием для правильной апикальной рециркуляции (Duclaux-Loras et al. 2022). Именно сочетание потери площади эпителиальной поверхности, потери эпителиальных транспортеров, потери соответствующего везикулярного трафика и негерметичности узких соединений в конечном итоге является причиной мальабсорбции у этих пациентов.



Fig. 4 Myosin Vb-dependent epithelial vesicular trafficking. MYO5B (Myosin Vb), UNC45A (Unc45 Myosin Chaperone A), STXBP2 (syntaxin-binding protein 2), STX3 (Syntaxin 3), RAB8A (Ras-related protein RAB8a), RAB11A (Ras-related protein 11a)

В соответствии с природой дефектной рециркуляции в MVID, небольшие субапикальные эндосомы, содержащие компоненты апикальной мембраны, такие как виллин, Na+/H+ обменник-3 (NHE₃) и организованные микроворсинки, являются гистопатологической отличительной чертой заболевания (Ruemmele et al. 2006; Knowles et al. 2014). Эти включения могут быть выделены при окраске PAS или иммуногистохимии на белки апикальной мембраны и лучше всего видны при электронной микроскопии. В остальном гистология отличается атрофией ворсинок без воспаления или гиперплазии крипт.

Структурно миозин Vb состоит из N-концевого моторного домена, промежуточного удлиненного рычага миозина V и С-концевого груз-связывающего домена (Knowles et al. 2014; Dhekne et al. 2018). Диапазон зарегистрированных мутаций в MYO5B, вызывающих MVID, включает миссенс-мутации, нонсенс-мутации, мутации, изменяющие сплайсинг, инсерции, делеции и дупликации (van der Velde et al. 2013). Подавляющее большинство миссенс-мутаций, затрагивающих MYO5B, локализуются в моторном домене миозина Vb. Сообщалось, что эти связанные с заболеванием миссенс-мутации нарушают связывание F-актина (p.Cys514Arg, p.Leu528Phe, p.Arg531Trp, p.Phe538Ser, p.Ile550Phe, p.Pro619Leu), связывание АТФ (p.Gly168Arg), гидролиз АТФ (p. Arg219His), механику моторного домена (p.Val108Gly, Gly316Arg, p.Arg401His, p.Asn456Ser, p.Arg656Cys) и сворачивание белка (p.Ala143Glu, p.Gly435Arg, p.Pro660Leu) (van der Velde et al. 2013; Dhekne et al. 2018). В отличие от миссенс-мутаций, ассоциированные с болезнью укорачивающие мутации равномерно распределены по всей длине белка (Aldrian et al. 2021).

Aldrian et al. оценили дифференциальную связь характеристик мутации MYO5B с фенотипом MVID, фенотипом PFIC или смешанным фенотипом. Эта группа продемонстрировала, что полная потеря миозина Vb в результате нонсенс-опосредованного распада, как правило, приводит к фенотипу MVID без внутрипеченочного холестаза (Aldrian et al. 2021). Напротив, поздние укорочения (особенно при комбинированной гетерозиготности с полной потерей функции мутаций) обычно приводят к смешанному фенотипу MVID с внутрипеченочным холестазом. Поведение миссенс-мутаций в MYO5B предсказать сложнее: некоторые миссенс-мутации приводят к чистому фенотипу MVID, а некоторые - к смешанному фенотипу MVID/PFIC (Qiu et al. 2017; Aldrian et al. 2021). Было обнаружено, что небольшое подмножество миссенс-мутаций, включая p.Cys266Arg и p.Ser158Phe, вызывают внутрипеченочный холестаз со смещением желчных канальцевых транспортеров при сохранении функции кишечника. Остается неясным, какие особенности этих миссенс-мутаций предрасполагают к соответствующим фенотипам заболеваний.

Некоторые мутации, связанные с MVID, ассоциируются с менее тяжелыми исходами заболевания. Мутация моторного домена p.Val108Gly была связана со случаем гомозиготной MVID с поздним началом, который в итоге достиг болдее 50% энтерального питания (Müller et al. 2008; van der Velde et al. 2013). Одна из выявленных мутаций, локализованная в груз-связывающем домене, p.Leu1055dup, была связана с лучшим прогнозом во многих исследованиях (Perry et al. 2014; Dhekne et al. 2018). В одном из случаев два составных гетерозиготных сиблингов, несущих мутации p.Leu1055dup и p.Phe450Leufs*30, смогли добиться энтеральной автономии и гистологической ремиссии заболевания (Perry et al. 2014).

Лечение MVID представляет собой особенно сложную задачу. Начальный этап лечения включает коррекцию острых метаболических нарушений, включая дегидратацию, метаболический алкалоз и уровень электролитов. Пероральное питание этих пациентов приводит к диарее большого объема, а растворы для пероральной регидратации неэффективны из-за неправильной локализации SGLT1 (Engevik et al. 2018; Leng et al. 2020). Поэтому такие пациенты чаще всего нуждаются в парентеральном питании при поступлении и имеют пожизненные потребности в парентеральном питании с небольшой надеждой на спонтанную энтеральную автономию в большинстве случаев. Как описано выше, у части пациентов с более поздним началом заболевания может быть более легкое течение болезни и частичная или полная энтеральная автономия с возрастом. Окончательного лечения MVID пока не существует, но в настоящее время пациенты могут дожить до младенческого возраста. Управление жидкостью, электролитами и кислотно-основным состоянием при дефиците MYO5B остается чрезвычайно сложной задачей, и симптоматическая терапия, такая как блокирующие хлоридные каналы противодиарейные препараты, может оказаться полезной. Недавно на мышиных моделях MVID было получено несколько многообещающих результатов, включая лизофосфатидную кислоту и путь Wnt/Notch (Kaji et al. 2020, 2021). Следующим этапом для этого очень тяжелого и ограничивающего жизнь заболевания является разработка и открытие модифицирующих болезнь терапий, способных восстановить хотя бы в некоторой степени всасывающую функцию кишечника.

Первые варианты синтаксин-связывающего белка 2 (STXBP2), вызывающие заболевание, были обнаружены у пациентов с семейным гемофагоцитарным лимфогистиоцитозом типа 5 (HLH5) zur Stadt et al. . в 2009 году (zur Stadt et al. 2009). Как и MVID, семейный HLH был механистически охарактеризован как заболевание дефектного клеточного трафика, но в первую очередь он влияет на доставку цитотоксических гранул в CD8+ T-клетках и NK-клетках (Canna and Marsh 2020). Позднее было продемонстрировано, что часть пациентов с семейным HLH типа 5 также демонстрирует фенотип тяжелой врожденной диареи, а впоследствии у этих пациентов были обнаружены гистопатологические признаки MVID (Pagel et al. 2012; Stepensky et al. 2013). Как описано выше, STXBP2 выступает в качестве жизненно важного адаптерного белка на последних этапах апикального пути рециркуляции в эпителиальных клетках кишечника. Кишечные проявления вариантов STXBP2 демонстрируют аутосомно-рецессивное наследование с неполной пенетрантностью, в то время как семейный фенотип HLH демонстрирует преимущественно аутосомно-рецессивное наследование с сообщениями об олигогенном наследовании (Stepensky et al. 2013; Zhang et al. 2014; Vogel et al. 2015).

Как и MYO5B-ассоциированное заболевание, спектр которого варьируется от фенотипа пациентов с тяжелым кишечным заболеванием до пациентов с умеренным холестазом, спектр STXBP2-ассоциированного заболевания варьируется от чистого кишечного эпителиального заболевания до чистого семейного HLH, а промежуточные случаи имеют признаки обоих заболеваний. Хорошо известно, что взаимодействие STXBP2 с синтаксином-11 (STX11) необходимо для правильной дегрануляции цитотоксических клеток, а взаимодействие STXBP2 с STX3, по-видимому, необходимо для правильной апикальной рециркуляции (Pagel et al. 2012; Vogel et al. 2015; Benavides et al. 2020). Остаток Arg190 в STXBP2, по-видимому, играет ключевую роль во взаимодействии STXBP2-STX11, поскольку точечные мутации в этом сайте приводят к доминантно-негативному фенотипу семейного HLH типа-5, не влияя на субклеточную локализацию или экспрессию STXBP2, а также не приводя к развитию дефектов щеточной каймы и трофики (Zhang et al. 2014; Benavides et al. 2020). Эквивалентные консервативные сайты, участвующие во взаимодействии STXBP2-STX3, пока не идентифицированы. В литературе отсутствуют данные о структурно-функциональных характеристиках миссенс-мутаций STXBP2, поскольку большинство миссенс-мутаций STXBP2 приводят к дисфункциональному сворачиванию белка и снижению экспрессии (Dhekne et al. 2018).

По крайней мере, некоторые ассоциированные с болезнью варианты STXBP2 демонстрируют противоречивые фенотипы заболевания. В первой работе Pagel et al., описывающей желудочно-кишечные проявления у пациентов с STXBP2-ассоциированным HLH, отсутствие хронической диареи было связано с наличием мутации сплайс-сайта экзона 15, p.Val417Leufs*126; однако в более позднем сообщении о случае был описан пациент, гомозиготный по этому аллелю, с хронической диареей и MVID-подобными симптомами (Pagel et al. 2012; Dhekne et al. 2018). Аналогичным образом, сообщалось о пациентах, гомозиготных по мутации p.Pro774Leu, как с кишечными проявлениями, так и без них (Dhekne et al. 2018). Zhang et al. показали, что многие случаи семейного HLH обусловлены олигогенным наследованием нескольких генов на пути перемещения цитотоксических гранул (Zhang et al. 2014). Возможно, что подобная олигогенная схема наследования может объяснить вариабельные кишечные фенотипы, наблюдаемые у пациентов с мутациями STXBP2.

Клиническое ведение семейного HLH с кишечными симптомами включает в себя комбинированные проблемы, связанные с ведением как MVID, так и HLH. Лечение MVID рассмотрено выше, а лечение семейного HLH обсуждается в многочисленных обзорах (Henter et al. 2007; Canna and Marsh 2020; Griffin et al. 2020). Окончательное лечение всех форм семейного HLH включает трансплантацию костного мозга.

Синтаксин-3 (STX3) - это белок t-SNARE, который необходим для интеграции рециркулирующих эндосом в апикальную плазматическую мембрану эпителиальных клеток кишечника (Knowles et al. 2014; Vogel et al. 2015). Впервые на этот ген как на мишень мутаций, вызывающих MVID, указали Wiegernick и др. в 2014 году, которые выявили гомозиготные мутации p.Arg247* и p.Arg125Leufs*7 у двух пациентов с фенотипами MVID, но без выявляемых мутаций MYO5B (Wiegerinck et al. 2014). Впоследствии сообщалось о вариантах этого гена в ассоциации с врожденной ретинопатией и умственной отсталостью без диареи (Chograni et al. 2015). Janecke et al. сообщили о когорте из 10 пациентов с MVID с биаллельными мутациями в STX3 (включая случаи, зарегистрированные Wiegernick et al. и другими авторами), у восьми из которых была обнаружена тяжелая дистрофия сетчатки (Janecke et al. 2021). Считается, что ретинальный фенотип вариантов STX3 связан с трафиком родопсина в палочковые фоторецепторы (Mazelova et al. 2009).

Из выявленных вариантов STX3 единственным вариантом с ограниченным кишечным заболеванием, который был идентифицирован, является p.Arg247*. Впервые об этом варианте было сообщено в первоначальном сообщении о случае (Wiegerinck et al. 2014), а затем он был выявлен у отдельного пациента (Alsaleem et al. 2017), причем ни в одном из этих случаев не было описано поражение сетчатки. Избыточная экспрессия варианта p.Arg247* в клетках Caco-2 привела к нарушению клеточной полярности, что указывает на доминантно-негативный эффект. Эта мутация приводит к введению стоп-кодона в центральный SNARE-домен STX3, в результате чего образуется продукт, в котором отсутствует как SNARE-мотив, так и С-концевой трансмембранный домен, и который экспрессируется в цитоплазме, а не является мембран-связанным (Wiegerinck et al. 2014; Dhekne et al. 2018).

Варианты STX3, которые были идентифицированы как кишечные, так и ретинальные заболевания, составляют большинство случаев и состоят в основном из ранних усечений и мутаций со сдвигом рамки считывания, включая p.Arg125Leufs*7, p.Tyr60Glnfs*16 и другие (Janecke et al. 2021). Таким образом, оказывается, что N-концевой домен STX3 важен для сохранения функции сетчатки. Это подтверждается ограниченным фенотипом сетчатки при мутации p.Glu41Gly (Chograni et al. 2015). Выявление дополнительных случаев и дальнейшее изучение интерактома STX3 необходимы для лучшего понимания корреляции генотип-фенотип вариантов STX3. Лечение кишечных проявлений STX3-ассоциированного диарейного заболевания аналогично лечению MYO5B и рассматривается выше. STX3-ассоциированная ретинопатия лечится так же, как врожденный пигментный ретинит, и обсуждается в других обзорах (Mendes et al. 2005; Wang et al. 2019).

Unc45 миозиновый шаперон A (UNC45A) - это миозиновый ко-шаперон, необходимый для адекватного сворачивания белка и экспрессии миозина Vb, а также других миозинов (Li et al. 2022; Duclaux-Loras et al. 2022). Вызывающие заболевание мутации в UNC45A были впервые описаны Esteve et al. в серии случаев из трех пациентов из четырех семей с синдромом диареи, холестаза, ухудшения слуха и хрупкости костей, который был назван остео-ото-гепато-энтерическим (O2HE) синдромом (Esteve et al. 2018). Все выявленные случаи синдрома O2HE до настоящего времени демонстрировали аутосомно-рецессивное наследование.

UNC45A состоит из N-концевого домена тетратрикопептидного повтора (TRP), центрального домена и С-концевого UCS-домена. Домен TRP, по-видимому, участвует в привлечении шаперонов семейства белков теплового шока Hsp70 и Hsp90, а домен UCS, как было показано, имеет решающее значение для связывания миозина (Barral et al. 1998; Scheufler et al. 2000; Esteve et al. 2018). Пара совсем недавних исследований показала сходство клеточного фенотипа с таковым при мутациях UNC45A и MYO5B в эпителиальных клетках кишечника (Li et al. 2022; Duclaux-Loras et al. 2022).

В качестве мутаций, вызывающих синдром O2HE, были описаны миссенс-мутации, нонсенс-мутации, мутации со сдвигом рамки считывания и варианты сплайсинга. Вызывающие заболевание миссенс-мутации распределены по всем доменам белка, но большинство приходится на центральный домен (например, p. Leu222Pro, p.Thr230Arg) (Esteve et al. 2018; Duclaux-Loras et al. 2022). Интересно, что во всех случаях O2HE с легкими диарейными симптомами и частичным или полным отказом от парентерального питания наблюдалась сложная гетерозиготность с мутацией в дистальном домене UCS (p.Ala838Pro в одном случае и цис-мутации p.Ser878Leu и p.Cys912Gly в двух других случаях). Возможно, что ассоциированные с заболеванием мутации в этой области могут предвещать лучший прогноз в отношении энтеральной автономии; однако для того, чтобы определить, верна ли эта тенденция, необходимы дальнейшие исследования.

Лечение кишечных проявлений UNC45A-ассоциированного диарейного заболевания аналогично при мутациях MYO5B и обсуждается выше. Диагностика и терапия моногенных этиологий тугоухости, включая некоторые этиологии, связанные с дефектами других UNC45A-ассоциированных миозинов, обсуждаются в других обзорах (Angeli et al. 2012; Wrobel et al. 2021).

Маннозо-6-фосфат-изомераза (MPI) - это цинк-зависимый металлофермент, катализирующий превращение фруктозо-6-фосфата (F6P) в маннозо-6-фосфат (M6P) (Eklund and Freeze 2006). Этот манноза-6-фосфат затем используется в синтезе растущих N-связанных олигосахаридов, которые помогают направлять перемещение, сворачивание и деградацию различных белковых продуктов. Мутации в MPI, связанные с аутосомно-рецессивным заболеванием, были впервые описаны в 1998 году в серии из трех независимых публикаций. Симптомы заболевания были одинаковы во всех публикациях: начало в виде белково-потерянной энтеропатии в возрасте до 1 года, циклическая или эпизодическая рвота, фиброз печени различной степени и предрасположенность к тромботическим событиям (Niehues et al. 1998; de Koning et al. 1998; Jaeken et al. 1998). Хотя функция MPI заключается в катализе основной биохимической реакции, заболевание, вызванное потерей активности MPI, лучше всего классифицировать как нарушение клеточной транспортировки, учитывая жизненно важную роль N-гликозилирования для движения белков по секреторному пути.

Гистология биоптатов двенадцатиперстной кишки при врожденной болезни гликозилирования (ВБГ) типа 1b характеризуется частичной атрофией ворсинок с легкой лимфангиэктазией, а биопсия печени у этих пациентов демонстрирует врожденный печеночный фиброз. Ультраструктурный анализ гепатоцитов при CDG типа 1b отличается наличием лизосомальных включений, предположительно из-за накопления неправильно перемещенных белков (Niehues et al. 1998; Lipinski and Tylki-Szymanska 2021). Окончательный диагноз ставится с помощью ферментативных анализов, направленных на функцию MPI из свежевыделенных фибробластов или лейкоцитов с подтверждением анализа гена MPI (Cechova' et al. 2020).

Мутации, ассоциированные с заболеванием, в основном представляют собой миссенс-мутации, а также некоторые мутации со сдвигом рамки считывания и мутации, изменяющие сплайсинг. Большинство миссенс-мутаций, связанных с заболеваниями, находятся в непосредственной близости от активного сайта (например, p.Met51Thr, p.Ser102Leu) или локализованы в бета-листах, составляющих ядро белка (например, p.Arg152Gln, p.Arg219Gln), а некоторые локализованы в С-концевом домене (p.Ile398Thr, p.Arg418His) (Schollen et al. 2000). Мутация p.Met138Thr, в частности, приводит к замене одного из остатков метионина, связывающего цинк катализатора (Jaeken et al. 1998). Хотя вполне вероятно, что энтеропатия при этом заболевании обусловлена неправильной локализацией специфических белков, неясно, какие именно белки поражены, чтобы вызвать этот фенотип. В отличие от этого, коагулопатия объясняется неправильной транспортировкой протеина S, протеина C и антитромбина III (Jaeken et al. 1998). Корреляция генотип-фенотип при CGD типа 1b изучена мало, и это представляет собой важную область для будущих исследований.

CDG типа 1b примечателен тем, что является одним из наиболее поддающихся лечению заболеваний гликозилирования, поскольку этапы, катализируемые MPI, могут быть обойдены простым пероральным или внутривенным введением экзогенной маннозы. Затем экзогенная манноза превращается в маннозо-6-фосфат под действием маннокиназы и может быть использована в синтезе N-связанных олигосахаридов (Eklund and Freeze 2006; Cechova' et al. 2020).

Об ассоциированных с болезнью мутациях в ALG8, гене, кодирующем альфа-1,3-глюкозилтрансферазу 8, впервые сообщили Chantret et al. в 2003 году. Клинические проявления в этом случае были схожи с проявлениями CDG типа 1b, однако активность фермента MPI была не нарушена (Chantret et al. 2003). Как и при MPI-CDG, у пациентов с ALG8-CDG наблюдается глубокая энтеропатия с потерей белка и гиперкоагуляция (Chantret et al. 2003; Eklund and Freeze 2006). Также были описаны поражение печени, скелетные аномалии и задержка развития (Albokhari et al. 2022). Как и MPI, ALG8 регулирует производство N-связанных олигосахаридов, которые конъюгируются с белками для направления их движения по секреторному пути. К сожалению, как и в случае с MPI-CDG, остается неясным, какие именно белки подвергаются неправильному переносу.

Описанные в литературе случаи ALG8-ассоциированного CDG состоят из миссенс-мутаций, нонсенс-мутаций и сплайс-мутаций. Наиболее часто сообщалось о мутации p.Thr47Pro (Höck et al. 2015). Парадоксально, но миссенс-мутации в ALG8 были связаны с худшим прогнозом, в то время как многие пациенты с нонсенс- и сплайс-мутациями продемонстрировали длительную выживаемость (Stölting et al. 2009). В одном случае было обнаружено, что сплайс-вариант (c.1434delC) влияет на доминантный вариант транскрипта ALG8, но не затрагивает второй наиболее распространенный транскрипт, что дает возможное объяснение улучшенному прогнозу.

Спектр возможных проявлений заболевания при ALG8-CGD довольно велик, поэтому на момент постановки диагноза необходима тщательная оценка вовлеченных систем органов. Как и во многих случаях белок-теряющей энтеропатии, терапия включает в себя добавление альбумина и лечение периферических отеков (Braamskamp et al. 2010; Levitt and Levitt 2017). Роль трансплантации кишечника при энтеропатиях, ассоциированных с CDGs, еще предстоит выяснить.

Субъединица сигма-1 комплекса адапторного протеина-1 (AP1S1) является субъединицей комплекса адапторного протеина-1 (AP-1), который необходим для сборки оболочки клатрина в сети транс-Гольджи и эндосом (Duncan 2022). Считается, что эта субъединица играет роль в стабилизации комплекса AP-1 (Montpetit et al. 2008). Montpetit et al. определили, что варианты AP1S1 связаны с синдромом MEDNIK, который ранее был описан как клиническая единица в четырех франко-канадских семьях Saba et al. (Saba et al. 2005; Montpetit et al. 2008). Синдром MEDNIK характеризуется задержкой развития, энтеропатией, глухотой, невропатией, ихтиозом и кератодермией. Диарея при синдроме MEDNIK проявляется в течение первой недели жизни с глубоким обезвоживанием и истощением солей (Klee et al. 2020). Интересно, что у этих пациентов также наблюдаются нарушения транспорта меди, приводящие к гипокупремии и накоплению меди в печени, аналогично тому, что наблюдается при болезни Вильсона (Martinelli et al. 2013).

Нокаут AP1S1 или экспрессия только выявленных у пациентов вариантов p.Leu90Pro и p.Glu116Lys в клетках CaCo-2 приводит к преимущественной неправильной локализации ZO-1 и клаудина-3 на базолатеральной мембране (Klee et al. 2020). Окончательной этиологией энтеропатии у этих пациентов считается потеря функции плотных соединений. Учитывая редкость этого заболевания и недостаточное количество образцов биопсии у этих пациентов, потерю локализации ZO-1 и клаудина-3 еще предстоит подтвердить путем окрашивания образцов от пациентов.

Как и у пациентов с MVID, у пациентов с синдромом MEDNIK в первые дни жизни развивается глубокая диарея и метаболические нарушения, что требует ранней коррекции кислотно-основного и электролитного дисбаланса и начала парентерального питания. Некоторых из этих пациентов со временем удается отучить от парентерального питания (Torres et al. 2019).

Трихогепатоэнтерический синдром (THES), также называемый "синдромальной диареей" или "фенотипической диареей младенчества", является мультисистемным заболеванием, которое наследуется аутосомно-рецессивно и поражает примерно 1 из 1 000 000 живорожденных (Hartley et al. 2010; Fabre et al. 2011). В 60% случаев фенотип, исторически описанный как THES, вызывается мутациями в гене TTC37, который кодирует цитозольный белок, известный как thespin (Fabre et al. 2011). Проявления болезни у детей с вариантами TTC37 очень широки и могут включать умеренную или тяжелую энтеропатию, задержку роста, экзему, дисморфизм лица, рецидивирующие инфекции верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, заболевания печени, гемолитическую анемию, тромбоцитопению, сопровождающуюся другими аномалиями тромбоцитов, пороки сердца, алопецию и узловатый трихорексис (Fabre et al. 1993). Пострадавшие младенцы обычно нуждаются в парентеральном питании, но есть сообщения о том, что с возрастом они приобретают энтеральную автономию (Hartley et al. 2010). THES также ассоциируется с фенотипом иммунной дисрегуляции, который сравнивали с иммунной дисрегуляцией, полиэндокринопатией, энтеропатией, Х-сцепленной (IPEX)-болезнью и синдромом гипер IgM (Baxter et al. 2022; Kristal et al. 2022).

Гистопатологический анализ биоптатов тонкой кишки пациентов с THES продемонстрировал различную степень атрофии ворсинок и смешанные воспалительные инфильтраты, при структурно нормальной щеточной кайме энтероцитов (Landers 2003; Hartley et al. 2010). Иммуногистохимические исследования, проведенные на биопсиях кишечника и печени пациентов с подтвержденными мутациями TTC37, демонстрируют широкий спектр изменений клеточной полярности и сигнализации. В то время как Na+/K+ АТФаза соответствующим образом экспрессируется на базолатеральной мембране, имеются сообщения об изменениях в локализации Na+/H+ обменников и Na+/I симпортера. Кроме того, описано снижение апикальной экспрессии H+/K+ АТФазы и отсутствие AQP7 (Hartley et al. 2010).

Thespin является компонентом комплекса Ski, белкового комплекса, который является цитоплазматическим кофактором комплекса РНК-экзосомы и участвует в цитоплазматической деградации мРНК в случае потери или избыточности. Он играет важную роль как в поддержании жизнедеятельности клеток, так и в противовирусных ответах (Bourgeois et al. 2018). Предполагается, что иммунологический фенотип при THES обусловлен потерей активности эндонуклеазы thespin, которая негативно регулирует Rig-подобные рецепторы, что приводит к гиперактивности Rig-подобных рецепторов и чрезмерному сигналу интерферона 1 типа (Eckard et al. 2014). Однако механизм, с помощью которого потеря функции thespin приводит к неправильному перемещению апикальных транспортеров, еще предстоит выяснить.

Большинство мутаций, вызывающих заболевания, наблюдаемых в TTC37, являются нонсенс-мутациями, в меньшинстве - мутации сайта сплайсинга, миссенс-мутации, а также мутации, вызванные вставкой или делецией кадров. Наиболее распространенными мутациями являются p.Trp936* (которая встречается в семьях из Пакистана и Индии) и p.Trp1524* (которая встречается в семьях из Турции) (Bourgeois et al. 2018). Примечательно, что мутация p.Trp1524* приводит к позднему усечению, близкому к С-концу белка, и оказалась связана с улучшением выживаемости и снижением потребности в парентеральном питании (Esteve et al. 2018). Другая примечательная мутация, p.Lys1446_Ala1447insLeu, была обнаружена в ассоциации с p.Arg710* у пациента с иммунной дисрегуляцией, но без выраженной диареи (Rider et al. 2015). Это позволяет предположить, что данный мутантный белок может обладать остаточной активностью в кишечном эпителии, нарушая при этом функцию иммунных клеток. Необходимо дальнейшее изучение таких случаев для лучшего понимания дифференциальной функции TTC37 в эпителиальных и иммунных клетках.

Пациенты с THES часто имеют большие потребности в парентеральном питании при поступлении, однако 30-50% пациентов могут достичь энтеральной автономии после длительной PN (Fabre et al. 2018). Эти пациенты также подвержены высокому риску гуморального иммунодефицита и должны быть обследованы при поступлении на наличие активной инфекции и дисфункции иммунной системы. Внутривенная иммуноглобулиновая терапия была успешной в лечении этого иммунодефицита (Rider et al. 2015). Следует отметить, что трансплантация гемопоэтических стволовых клеток не привела к значительному улучшению исходов у этих пациентов (Kammermeier et al. 2014).

SKIV2L был идентифицирован как ген, ассоциированный с заболеванием, Fabre et al. в когорте из 6 пациентов с клиническими и гистопатологическими проявлениями THES, но без мутаций в TTC37 (Fabre et al. 2012). Как и thespin, SKIV2L является членом комплекса Ski, описанного выше. Клинические проявления SKIV2L-ассоциированного THES идентичны таковым при TTC37-ассоциированном THES. Структурно SKIV2L содержит хеликазный домен и хеликазный АТФ-связывающий домен (Bourgeois et al. 2018).

Хотя большинство пациентов с SKIV2L-THES гомозиготны или комбинированно гетерозиготны по аллелям, вызывающим заболевание, описанs немногие пациенты с гетерозиготными генотипами и доминантно-отрицательным аллелем, которые составляют примерно 10% случаев (Bourgeois et al. 2018). Связанные с заболеванием миссенс-мутации, нонсенс-мутации и мутации со сдвигом рамки считывания встречаются примерно одинаково часто, а о мутациях в местах сплайсинга в литературе сообщается в немногих случаях. Большинство наблюдаемых миссенс-мутаций находятся в АТФ-связывающем домене хеликазы, охватывая экзоны с 10 по 14. В отличие от этого, нонсенс-мутации распределены по всему белку. Как и в случае с TTC37, сообщалось о вызывающих заболевание вариантах SKIV2L с иммунологическими проявлениями, но без энтеропатии. Один пациент с гетерозиготными p.Gln302* и p.Arg888Glyfs*12 демонстрировал такой фенотип, однако точный механизм, благодаря которому этот пациент избежал кишечных проявлений, остается неясным (Poulton et al. 2019).

Ген EPCAM кодирует белок эпителиальной молекулы клеточной адгезии (EpCAM), который обычно экспрессируется на базолатеральной мембране клеток эпителиальных тканей и на плазматических клетках (Pathak et al. 2019). Мутации EPCAM были связаны с врожденной ворсинчатой энтеропатией - аутосомно-рецессивным заболеванием с описанной частотой встречаемости 1 на 50 000-100 000 живорожденных в Западной Европе (Goulet et al. 2007; Sivagnanam et al. 2008). Они также были связаны с синдромом Lynch, опухолевым синдромом, вызванным недостатками в пути mismatch репарации (Pathak et al. 2019). Синдром Линча является одной из форм синдрома наследственного неполипозного рака толстой кишки (HNPCC), который также проявляется повышенным риском развития злокачественных опухолей вне толстой кишки.



Fig. 5 Epithelial structural and functional pathways associated with EpCAM and SPINT2 function. ENaC (Epithelial sodium channel), CTE (congential tufting enteropathy), CSD (congential sodium diarrhea), ZO-1 (Zona occludens protein 1)

Congenital tufting enteropathy (CTE), также известная как дисплазия кишечного эпителия, проявляется в первые дни жизни опасной для жизни неукротимой водянистой диареей, электролитными нарушениями и неспособностью к увеличению веса (Sivagnanam et al. 2008; Kozan et al. 2015). Гистология двенадцатиперстной и толстой кишки CTE характеризуется отсутствием воспаления и атрофией ворсинок, ветвящихся крипт и патогномоничных эпителиальных "пучков" из очагово скопившихся энтероцитов, расположенных на кончиках ворсинок (Reifen et al. 1994; Goulet et al. 2007). В клетках T8₄ нокдаун EPCAM приводит к снижению экспрессии белков плотных соединений ZO-1 и окклюдина, а также транспортера NKCC1, и это нарушение белков плотных соединений и транспортеров может частично объяснить фенотип заболевания (рис. 5). Более поздние исследования предположили, что изменение дифференцировки эпителиальных клеток также может играть важную роль в проявлениях заболевания (Das et al. 2021).

Многие мутации EPCAM, связанные с ХТЭ, представляют собой функциональный нокаут белка. Наиболее распространенной мутацией EPCAM, вызывающей CTE, является c.499dupC, которая приводит к сдвигу рамки считывания и связана с худшим общим прогнозом по сравнению с другими вариантами. Мутация p.Ala18_Gln24del нарушает нацеливание лидерного пептида EPCAM на клеточную мембрану, а миссенс-мутации преимущественно затрагивают домен гомологии тиреоглобулина или внеклеточный С-концевой домен и, как считается, нарушают межклеточные взаимодействия (Pathak et al. 2019). Именно потеря EpCAM-опосредованного межклеточного взаимодействия была предложена в качестве конечного механизма энтеропатии при CTE. В отличие от этого, моноаллельные делеции 3' конца EPCAM приводят к развитию синдрома Линча через эпигенетическое глушение MSH2 (Sehgal et al. 2014). В случаях, когда последовательность полиаденилирования EPCAM утрачена, но последовательность, кодирующая белок EPCAM, и промотор MSH2 сохранены, наблюдается фенотип MSH2-Lynch без СТЭ (Kloor et al. 2011; Lynch et al. 2011). Примечательно, что до сих пор не было зарегистрировано ни одного случая совпадения ХТЭ и синдрома Lynch, однако это может быть связано с маскировкой фенотипа Lynch высокой смертностью в раннем возрасте при CTE.

С терапевтической точки зрения пациенты с CTE требуют быстрого начала парентерального питания при поступлении, и большинство пациентов никогда не достигнут энтеральной автономии (Goulet и др. 2007; Das и Sivagnanam 2020). Для пациентов с трансплантацией кишечника прогноз еще хуже: 3-летняя выживаемость составляет всего 30% (Das and Sivagnanam 2020; Ozler et al. 2021).

Ингибитор сериновых протеаз типа Kunitz 2 (SPINT2) является негативным регулятором множества эндогенных сериновых протеаз. Связанные с заболеванием мутации SPINT2 были впервые выявлены в контексте пациента с врожденной натриевой диареей в 2009 году (Heinz-Erian et al. 2009). В следующем году Sivagnanam et al. выявили пациента с tufting-энтеропатией, у которого отсутствовала мутация в EPCAM, но была гомозиготная мутация в SPINT2 (Sivagnanam et al. 2010). Врожденная натриевая диарея (CSD) была охарактеризована как аутосомно-рецессивное заболевание с неонатальной водянистой диареей большого объема с высоким содержанием натрия в кале (Müller et al. 2000). Пациенты с SPINT2-мутацией имеют дополнительные особенности, включая атрезию хоанального канала и эрозии роговицы. По этой причине CSD, связанную с этими признаками, иногда называют "синдромным" CSD (Janecke et al. 2016). Между тем, форма CSD, связанная с мутациями SPINT2, похожа на ту, что связана с мутациями EPCAM, но включает дополнительные симптомы системного кератита и хоанальной атрезии (Salomon et al. 2014). Это было названо "синдромным" CSD (Sivagnanam et al. 2010). Оба "синдрома" представляют собой вариации соответствующего фенотипа заболевания, связанного с мутациями SPINT2, и поэтому могут рассматриваться как часть спектра дефицита SPINT2.

В конечном итоге, диарея с повышенным содержанием натрия обусловлена неправильной локализацией, отсутствием или дисрегуляцией натриевых транспортеров в кишечном эпителии - в частности, NHE3 и ENaC (Müller et al. 2000). Классическая форма CSD обусловлена первичной потерей функции NHE3, кодируемого SLC9A3 и описанного в разделе о нарушениях эпителиальных транспортеров. В здоровом кишечном эпителии сериновые протеазы регулируют как ENaC, так и EpCAM. На мембранах закрепленные сериновые протеазы простазин и матриптаза превращаются в свои активные формы путем взаимной активации зимогена, связывая их функциональность. Простазин и матриптаза мощно активируют ENaC, расщепляя γ-субъединицу и увеличивая вероятность открытия канала (Wakida et al. 2006; Bruns et al. 2007; Kota et al. 2012). Матриптаза также негативно регулирует EpCAM, расщепляя белок и направляя его на лизосомную деградацию (Wu et al. 2017). SPINT2 служит эндогенным ингибитором обеих протеаз, но в случае заболевания SPINT2 теряет способность ингибировать эти сериновые протеазы. Также могут существовать еще не идентифицированные мишени SPINT2, которые играют роль в развитии патологии.

Все зарегистрированные до сих пор пациенты с дефицитом SPINT2 и гистологическими признаками CTE имели генотипы с по крайней мере одной гипоморфной мутацией, приводящей к остаточной функциональности, а конститутивный нокаут Spint2 у мышей приводит к эмбриональной летальности. Поэтому вполне вероятно, что некоторая остаточная активность SPINT2 необходима, чтобы избежать эмбриональной летальности (Kawaguchi et al. 2019; Cai et al. 2020). Наиболее часто выявляемая мутация при заболевании SPINT2 - p.Tyr163Cys (Janecke et al. 2016). Эта мутация и близлежащие миссенс-мутации во втором домене Кунитца (KD-2) SPINT2, p.Arg148Cys, p.Phe161Val и p.Gly168Ser, приводят к неспособности SPINT2 ингибировать простазин, не влияя на его способность ингибировать матриптазу (Wu et al. 2017; Hirabayashi et al. 2018; Holt-Danborg et al. 2019). Однако, поскольку эти протеазы подвергаются взаимной активации зимогена, эти мутации могут по-прежнему нарушать биологическую активность матриптазы, снижая ее преобразование в активную конформацию (Friis et al. 2013).

Пока неясно, как мутации SPINT2 приводят к преобладанию признаков CSD над признаками CTE, или наоборот. Гомозиготность по миссенс-мутациям в домене KD-2 больше связана с фенотипом CSD; однако пациенты, гомозиготные по p.Tyr163Cys и другим миссенс-мутациям KD-2, присутствуют в обеих популяциях (Heinz-Erian et al. 2009; Salomon et al. 2014). Между тем, пациенты с комбинированной гетерозиготностью по мутации домена KD-2 в сочетании со сдвигом рамки считывания или потерей начального кодона, как правило, ассоциируются с фенотипом CTE. Следует отметить, что существуют пациенты с клинической CTE без мутаций в EPCAM или SPINT2, что позволяет предположить, что неизвестные генетические этиологии CTE остаются невыявленными. В целом, соотношение генотипа и фенотипа при SPINT2-ассоциированном заболевании все еще плохо изучено, и необходимы дальнейшие исследования для определения молекулярной этиологии CTE, CSD или смешанного фенотипа CTE-CSD.

Лечение SPINT2-дефицита зависит от преобладающего фенотипа. SPINT2-CTE лечится так же, как и EPCAM-CTE, с акцентом на питание и рост, как описано выше, с дополнительным наблюдением за другими особенностями, требующими клинического внимания, такими как хоанальная атрезия, поражение роговицы, поражение кожи и т.д. (Salomon et al. 2014). Аналогичным образом, лечение SPINT2-CSD аналогично лечению NHE3-CSD, но требует такого же внимания к сопутствующим синдромальным признакам.

Было установлено, что домен тетратрикопептидных повторов 7A (TTC7A) является геном-возбудителем врожденного заболевания со спектром отклонений, включающим множественные атрезии кишечника (MIA), энтеропатию, воспаление кишечника, разнообразные кожные и волосяные проявления, а также комбинированный иммунодефицит различной степени тяжести. Параллельно в 2013 году три группы сообщили о мутациях TTC7A в когортах пациентов с кишечными атрезиями, комбинированным иммунодефицитом и воспалением кишечника. Samuels et al. продемонстрировали наличие мутаций TTC7A у пациентов с MIA из семи франко-канадских семей с помощью полноэкзомного секвенирования, наряду с исследованиями Avitzur et al. и Chen et al. в когортах пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника и комбинированным иммунодефицитом, соответственно (Samuels et al. 2013; Chen et al. 2013; Avitzur et al. 2014).

TTC7A - это строительный белок, содержащий девять тетратрикопептидных (TRP) повторов. Было показано, что он играет важную роль в мембранной локализации и генерации фосфоинозитидов путем шаперонирования фосфатидилинозитол-4-киназы (PI4K)-III на клеточных мембранах (Avitzur et al. 2014; Bugda Gwilt and Thiagarajah 2022). Известно, что правильная последовательность и время образования различных видов фосфоинозитидов на везикулярных и плазматических мембранах имеет решающее значение для нормальной поляризации de novo кишечных эпителиальных клеток и правильного формирования кишечного и железистого просветов (Bugda Gwilt and Thiagarajah 2022). Следовательно, мутации потери функции в TTC7A приводят к глубоким нарушениям в полярности кишечного эпителия и формировании просвета. Это приводит к сильно архитектурно искаженному эпителию, особенно в толстой кишке, характеризующемуся стратифицированным или псевдо-стратифицированным эпителием, формированием крипт с многочисленными просветами и неправильной локализацией апикальных и базолатеральных маркеров (Bigorgne et al. 2014; Jardine et al. 2018; Dannheim et al. 2022). Помимо дефектов эпителиальной полярности, TTC7A также играет роль в стабилизации сигнального пути выживания Akt (Jardine et al. 2018). Поэтому потеря функции TTC7A приводит к снижению фосфорилирования Akt, увеличению расщепления каспазы-3 и последующей повышенной восприимчивости к апоптозу.

Клинически миссенс-мутации TTC7A обычно ассоциируются с меньшим количеством атрезий, менее тяжелым иммунодефицитом и фенотипом с преобладанием энтероколита и меньшей заболеваемостью и смертностью по сравнению с пациентами, имеющими гомозиготные нонсенс-мутации, сдвиги рамки считывания и сплайс-сайтовые мутации, которые приводят к эффективному нокауту гена (Jardine et al. 2018). Эти миссенс-мутации составляют большинство вариантов, которые ассоциированы с проявлениями заболевания (Lien et al. 2017). Наиболее распространенным ассоциированным с заболеванием миссенс-вариантом TTC7A является p.Glu71Lys; однако все 13 случаев гомозиготности по этому варианту были получены в одной большой французской семье с кровным родством (Lien et al. 2017). У этих пациентов проявлялись CID и воспалительные заболевания кишечника, но без MIA. В первой серии случаев, связывающих варианты TTC7A с MIA, пять пациентов из четырех франко-канадских семей несли одну и ту же гомозиготную делецию 4 п.н., включающую донорский сайт сплайсинга экзона 7 (Samuels et al. 2013). Этот вариант был связан с фенотипом MIA у четырех гомозиготных пациентов и с MIA-CID у двух гетерозиготных пациентов.

Стандартизированного лечения дефицита TTC7A пока не существует, учитывая широкий спектр заболевания и сложность решения многочисленных клинических проблем. Были предприняты попытки хирургического вмешательства для коррекции сопутствующих атрезий; однако эти резекции не предотвращают образование новых атрезий и не всегда приводят к улучшению долгосрочных исходов (Jardine et al. 2018; Culbreath et al. 2022). Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток обычно эффективна для решения проблемы иммунодефицита у этих пациентов, но общие результаты были неоднозначными из-за того, что это не улучшает фенотип заболевания кишечника (Kammermeier et al. 2016). Недавние исследования группы Muise в Торонто в сотрудничестве с нашей лабораторией выявили препарат leflunomide в качестве возможной терапии эпителиальной дисфункции при дефиците TTC7A. Лефлуномид способен повысить выживаемость и уменьшить сужение кишечного тракта в модели рыбок данио с нокаутом TTC7A, а также улучшить апикобазальную полярность и транспортную функцию в колоноидах пациентов с дефицитом TTC7A (Jardine et al. 2020). Поскольку лефлуномид уже является препаратом, одобренным FDA и ранее применявшимся у педиатрических пациентов, в настоящее время проводятся начальные терапевтические испытания n = 1 у пациентов с TTC7A с некоторыми первыми многообещающими результатами. Однако его формальная эффективность еще не определена у достаточного количества пациентов, чтобы делать выводы, и долгосрочная целесообразность лечения заболевания кишечника TTC7A, таким образом, остается неопределенной.

Энтероэндокринные клетки являются критической секреторной популяцией эпителиальных клеток в кишечнике, которые играют разнообразные регуляторные и сенсорные роли. Несколько заболеваний CoDEs (NEUROG3, PCSK1, PERCC1) обусловлены генами, вовлеченными в нормальное развитие/дифференцировку энтероэндокринных клеток, что приводит к потере этой популяции клеток и дает представление об их важности для нормального всасывания жидкости и питательных веществ.

Нейрогенин-3 (NEUROG₃) - это ген, расположенный в хромосоме 10q22.1, который играет критическую роль в дифференцировке стволовых клеток энтерального тракта и клетках предшественниках поджелудочной железы. Гомозиготные миссенс-мутации в этом гене были впервые описаны как причина заболевания человека в 2006 году в группе пациентов, у которых после введения прикорма наблюдалась неустранимая мальабсорбционная диарея (Wang et al. 2006). Потеря функции NEUROG₃ приводит к дефектному развитию энтероэндокринных клеток кишечника, поэтому данное заболевание также называют "энтеральным эндокринозом". Расстройство, обусловленное мутациями NEUROG₃, встречается крайне редко, на сегодняшний день в литературе описано всего 10 случаев.

Энтеральный эндокриноз характеризуется тяжелой мальабсорбционной диареей в неонатальном периоде, которая, если не принять надлежащих мер, может привести к обезвоживанию и метаболическому ацидозу; кроме того, у пациентов может развиться диабет в детском возрасте (Rubio-Cabezas et al. 2011). Отсутствие Ngn3 приводит к потере α-, β-,γ- и панкреатических полипептидных клеток, а также соответствующих гормонов, вырабатываемых этими клетками; тем не менее, биопсия кишечника показывает нормальное соотношение крипт и ворсинок (Gradwohl et al. 2000). Wang et. al. описали трех пациентов, страдавших врожденной диареей с мальабсорбцией и неясной причиной, которых пришлось перевести на парентеральное питание и ограниченное энтеральное питание. У обоих пациентов, переживших младенческий возраст, в итоге развился сахарный диабет 1 типа. Хотя в биоптатах этих пациентов была обнаружена нормальная ворсинчатая структура, окрашивание на хромогранин А показало дефектное формирование энтероэндокринных клеток с отсутствием синаптофизина (Wang et al. 2006). NEUROG₃ кодирует нейрогенин-3 (Ngn3), основной хеликс-петля-хеликсный транскрипционный фактор с хорошо известной ролью в развитии нейрогенов. Исследования на мышах доказали, что нейрогенин-3 необходим для дифференцировки всех эндокринных предшественников поджелудочной железы (Gradwohl et al. 2000). Нижележащие мишени нейрогенина-3 включают NeuroD, Pax4 и Nkx2.2, все они способствуют завершению процесса дифференцировки клеток-предшественников поджелудочной железы (Jensen 2004). Транскрипция Ngn3 подавляется высоким уровнем сигнала Notch, и перекрестное взаимодействие между членами сигнального пути Notch и Ngn3 важно для координации дифференцировки кишечника своевременным и организованным образом (Li et al. 2012). Секвенирование трех пациентов, которые были первоначально описаны, показало, что они страдают от гомозиготных миссенс-мутаций потери функции в гене NEUROG₃ (Wang et al. 2006). Эти мутации привели к замене аргинина на серин в положении 107 (p.Arg107Ser), которое соответствует первой спирали белка, у одного пациента, и к замене аргинина на лейцин выше по течению в положении 93 (p.Arg93Leu), в ДНК-связывающей области, у двух других пациентов. Обе мутации сделали Ngn3 неспособным активировать NeuroD1, который является нижележащим транскрипционным фактором, регулирующим экспрессию гена инсулина.

Установление того, что нейрогенин-3 является важнейшей детерминантой, регулирующей развитие эндокринных клеток поджелудочной железы и кишечника человека, открывает широкие возможности для исследований, направленных на понимание роли этих клеток в кишечном транспорте, сенсорной функции и развитии (Zeve et al. 2022).

Ген PERCC1, картированный на хромосоме 16p13.3, кодирует богатый пролином и глутаматом белок с доменом свернутой спирали 1 (PERCC1). Совсем недавно было установлено, что PERCC1 является причинным геном в ряде случаев с неизвестной мальабсорбционной диареей и задержкой роста. Уникально то, что обнаружение потери функции PERCC1 было сделано путем анализа не-кодирующей области генома, часто удаляемой в этой серии случаев (Oz-Levi et al. 2019).

PERCC1 граничит с геномным регионом, названным "кишечным критическим регионом (ICR)", не-кодирующей последовательностью, которая, как было установлено впоследствии, контролирует экспрессию PERCC1. Это открытие было сделано после того, как у восьми пациентов еврейско-иракского происхождения, страдавших тяжелой врожденной мальабсорбционной диареей, с помощью секвенирования всего экзома и всего генома была обнаружена гомозиготная делеция ICR. ICR был определен как минимальная область в 1528 пар оснований, перекрывающаяся между гомозиготной делецией 7013 п.н. и сложной гетерозиготной делецией 3 101 п.н. Как и ожидалось, анализ одноклеточных транскриптомов из мышиной кишки идентифицировал Percc1-позитивные клетки как энтероэндокринные, с экспрессией Sox и Ngn3. Анализ данных секвенирования РНК из нокаутных моделей мыши Percc1 показал значительное снижение в желудке и кишечнике многих гормонов, зависящих от продукции энтероэндокринных клеток, таких как гастрин и соматостатин, а также повышение уровня некоторых про-воспалительных генов. Интересно, что органоиды кишечника человека, полученные от больных пациентов, сначала не имели морфологических отклонений, но позже, к 42-му дню, наблюдалось значительное снижение количества энтероэндокринных клеток в органоидах, полученных от пациентов с PERCC1. Это позволяет предположить, что роль PERCC1 может проявляться на более поздних этапах развития энтероэндокринной системы.

Недавно вычислительный анализ последовательности белка PERCC1 показал, что PERCC1 является гомологом YAP (Yes-associated protein), TAZ (transcriptional coactivator with a PDZ-binding domain) и FAM181; эти транскрипционные регуляторы связываются с ДНК через TEADs (TEA/ATTs домен) (Sanchez-Pulido et al. 2022). Структурная гомология PERCC1 с сохранением TEAD-связывающих интерфейсов-2 и -3 теперь дает ценное представление о ранее неизвестном молекулярном механизме этого белка. Будущие исследования с использованием клеточных линий PERCC1, возможно, позволят детально описать взаимодействие между PERCC1 и транскрипционными факторами TEAD (домен TEA/ATTS).

Ген PCSK1 человека, расположенный в хромосоме 5q15, содержит 14 экзонов, локализован на хромосоме 5q15 и кодирует субтилизиноподобную протеинконвертазу-1 и протеинконвертазу-3 (PC1/3). Кальций-зависимая сериновая эндопротеаза, необходимая для биосинтетической переработки предшественников гормонов и нейропептидов и их превращения в полностью функциональные формы (Jean et al. 1993; Mart?n et al. 2013). PC1/3 можно обнаружить в гипоталамусе, эндокринной части поджелудочной железы и желудке (Stijnen et al. 2016). Он синтезируется в виде пропептида, который подвергается автокаталитическому расщеплению и в конечном итоге хранится в зрелых секреторных гранулах (Muller and Lindberg 1999).

Первоначально гастроинтестинальный фенотип, обусловленный мутациями PCSK1, был недооценен, поскольку основное внимание уделялось детскому ожирению (Marti'n et al. 2013). Первые два случая дефицита PC1/3, связанного с врожденной диареей, были описаны в 2003 году, причем один из них был связан с пациенткой, которую ранее характеризовали исключительно на основании ее эндокринологических проявлений, но у которой впоследствии, при последующей переоценке, была выявлена легкая и умеренная степень дисфункции тонкой кишки (Jackson et al. 2003). На сегодняшний день в литературе выявлено и описано около 30 случаев дефицита PCSK1 (Aerts et al. 2021). Как и при многих других CoDEs, мутации PCSK1 опасны для жизни в раннем младенчестве и могут потребовать длительного парентерального питания, хотя в большинстве случаев от него удается отучиться к 2 годам (Aerts et al. 2021). Характерно, что у большинства пациентов биопсия кишечника нормальная; тем не менее, в некоторых случаях описана легкая атрофия ворсинок без признаков воспаления (Marti'n et al. 2013).

В отличие от фенотипа, вызванного мутациями потери функции NEUROG₃ при энтеральном эндокринозе, у пациентов, несущих мутации потери функции PCSK1, не было обнаружено развития сахарного диабета. Однако у них могут наблюдаться другие тяжелые эндокринопатии, такие как надпочечниковая недостаточность, гипотиреоз, гиперкортизолизм, гипогонадотропный гипогонадизм и ожирение в позднем детстве, в дополнение к рано начавшейся мальабсорбционной диарее (Mart?n et al. 2013; Aerts et al. 2021).

Были описаны нонсенс, миссенс, сдвига рамки считывания мутации и мутации сайта сплайсинга PCSK1. Секвенирование в когорте из 13 пациентов с гомозиготными мутациями PCSK1 дало ценную информацию о влиянии различных точечных мутаций PCSK1, большинство из которых приводили к отсутствию ферментативной активности даже при правильном синтезе белков (Marti'n et al. 2013). Наиболее тяжелую клиническую картину вызвали две нонсенс-мутации: мутация p.Met1*, удалившая инициирующий кодон, и мутация p.Arg405*, удалившая Р- и С-концевые домены белка. Единственный выявленный вариант со сдвигом рамки считывания, p.Val450fs*1, привел к образованию усеченного белка PC 1/3, а замена p.Pro258Thr не привела к изменению секреции белка или его ферментативной активности, что позволяет предположить, что она может влиять на каталитический домен в области, которая не является критической для сворачивания белка.

Недавно у новорожденного мужского пола, клиническая картина которого была совместима с дефицитом PCSK1, с помощью полногеномного секвенирования была обнаружена ранее не описанная гомозиготная точечная мутация c.1034A ->C (p.Glu345Ala) в экзоне 8 гена PCSK1 (Aerts et al. 2021). Учитывая, что остаток Glu345 расположен в каталитическом домене PC1/3, были проведены исследования in vitro с мутантным PC 1/3 для оценки его роли в ферментативной активности; результаты показали, что мутация не влияет на автокаталитическую активацию, но делает PC1/3 неспособным осуществлять транс-расщепление. Другие гомозиготные мутации, идентифицированные ранее, такие как Ser307Leu и Asn309Lys, не влияют на внутриклеточный трафик и созревание, но приводят к потере ферментативной активности (Farooqi et al. 2007; Wilschanski et al. 2014). Будущие генетические анализы конкретных мутаций PCSK1 могут позволить лучше охарактеризовать эту связь между генотипом и фенотипом.

Ген RFX6, картированный на хромосоме 6q22.1, состоит из 19 экзонов и кодирует RFX6, транскрипционный регуляторный фактор, который функционирует ниже нейрогенина-3 и участвует в развитии поджелудочной железы, кишечника и желчного пузыря (Aftab et al. 2008). Мутации RFX6 приводят к синдрому Mitchell-Riley, крайне редкому, но потенциально смертельному аутосомно-рецессивному клиническому состоянию, о котором в литературе описано около 20 случаев, характеризующемуся атрезией кишечника, мальротацией, прогрессирующим холестазом, неонатальным диабетом, гипоплазией поджелудочной железы и затяжной врожденной диареей (Smith et al. 2010). Это заболевание было первоначально описано у пяти пациентов, у которых наблюдались сходные клинические проявления, хотя и разной степени тяжести (Mitchell et al. 2004). В ходе последующих поисков молекулярного объяснения было установлено, что RFX6 участвует в дифференцировке эндокринных клеток, включая островковые клетки поджелудочной железы, за исключением панкреатических полипептид-продуцирующих клеток. Он был обнаружен в дефинитивной эндодерме на ранних стадиях развития, позже локализован в кишечнике и панкреатической почке и в конечном итоге ограничен панкреатическими островками в зрелой поджелудочной железе. Степень поражения поджелудочной железы и желчного пузыря при синдроме Mitchell-Riley, по-видимому, связана с конкретной мутацией гена RFX6, при этом у некоторых пациентов сохраняется остаточная активность поджелудочной железы, что позволяет предположить корреляцию генотип-фенотип (Kambal et al. 2019). Недавно у нескольких пациентов с синдромом Mitchell-Riley был выявлен врожденный дефицит глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1), что позволяет предположить потенциальное патогенетическое объяснение диареи; был назначен синтетический аналог GLP-1 - лираглутид, что привело к ослаблению диареи у всех пациентов, не повлияв на гликемический статус (No'brega et al. 2021). Эти результаты заслуживают дальнейшего изучения, поскольку они могут стать ключом к успешному лечению этого заболевания.

Ген ARX - это небольшой, ~12,5 кб, пятиэкзонный ген, картированный на хромосоме Xp21.3, который кодирует aristaless-related homeobox, X-linked, фактор транскрипции с парным доменом, играющий роль в развитии человеческого мозга, яичек и поджелудочной железы (Stromme et al. 2002). Впервые описанный в 2002 году, он был идентифицирован с множественными мутациями, вызывающими гетерогенную клиническую картину различной степени тяжести (Stromme et al. 2002; Bienvenu et al. 2002; Kitamura et al. 2002). Эти мутации были связаны с развитием различных патологий, характеризующихся в основном неврологическими пороками и умственной отсталостью, таких как Х-сцепленная лиссэнцефалия с аномальными гениталиями, синдром Веста и синдром Партингтона. Кроме того, клиническая картина может включать тяжелую врожденную диарею (Kato et al. 2004). У мышей с мутантной потерей функции Arx наблюдается тяжелая гипогликемия, обезвоживание и смерть в течение первых нескольких дней жизни; внимательное изучение их поджелудочной железы показывает, что популяция альфа-клеток, продуцирующих глюкагон, практически отсутствует, при этом заметно увеличивается популяция бета- и дельта-клеток, что служит доказательством роли ARX в определении судьбы эндокринных клеток. В этом исследовании также было установлено, что ARX и PAX4 играют антагонистическую взаимоингибирующую роль в жестком предопределении судьбы эндокринных предшественников (Collombat et al. 2003). Биопсия двенадцатиперстной кишки у пациентов с ARX и мышей с утратой функции с гастроинтестинальным фенотипом выявила селективное снижение GLP-1 и CCK, что позволяет предположить энтероэндокринный дисгенез как потенциальную причину диареи у этих пациентов (Terry et al. 2015).

Различные типы выявленных мутаций ARX включают сайт сплайсинга, нонсенс, миссенс, делеции, инсерции и дупликации, причем большинство из них являются результатом расширения первых двух из четырех полиаланиновых трактов (Shoubridge et al. 2010). Наиболее распространенной мутацией, составляющей около 40% всех мутаций ARX, является c.429_452dup, которая расширяет второй полиаланиновый тракт с 12 до 20 остатков аланина.

При мутациях ARX наблюдается корреляция генотип-фенотип, причем наиболее тяжелые проявления возникают при усечении и миссенс-мутациях, вызывающих аминокислотные замены в области гомеодомена, тогда как наименее тяжелая клиническая картина без порока развития мозга возникает при экспансии полиаланина и некоторых миссенс-мутациях (Kato et al. 2004; Shoubridge et al. 2010). К сожалению, несмотря на прогресс, который был достигнут для лучшего понимания молекулярных патогенетических механизмов мутаций ARX, до сих пор не существует целевой терапии для этих пациентов.

Кишечные эпителиальные стволовые клетки, расположенные в основании кишечных крипт, обеспечивают производство всех линий и типов эпителиальных клеток в процессе развития, гомеостаза и в ответ на травму. Соматические мутации, накапливающиеся в популяциях стволовых и клеток предшественников, как полагают, также лежат в основе неоплазии кишечника. Учитывая критическую важность поддержания стволовых клеток, мутации зародышевой линии в генах, участвующих в регулировании и настройке функции стволовых клеток, а не в генах, имеющих фундаментальное значение для их сохранения, стали причиной относительно недавней категории расстройств CoDEs. Как и в случае с нарушениями CoDEs, связанными с трафиком и полярностью, мутации в таких генах, как WNT2B, открыли интересные и удивительные возможности для понимания нормального раннего развития слизистой оболочки кишечника человека.

Ген WNT2B, картированный на хромосоме 1p13. 2, кодирует WNT2B, белок, ранее известный как WNT13, который является членом семейства сайтов интеграции MMTV типа wingless и участвует в формировании паттерна развития, дифференциации и росте клеток (Katoh et al. 1996; Wakeman et al. 1998). Хорошо известно, что белки Wnt играют важную роль в развитии и в обновлении и поддержании кишечных эпителиальных стволовых клеток.

Значение WNT2B в биологии кишечника было относительно мало изучено до обнаружения мутаций WNT2B у человека, связанных с кишечными заболеваниями. В оригинальном исследовании O'Connell et al. выявили серию из трех пациентов с инфантильной хронической диареей, вызванной диетой, и задержкой роста, у которых впоследствии были обнаружены гомозиготные нонсенс-варианты в WNT2B (O'Connell et al. 2018). Гистопатологический анализ биопсий кишечника, взятых у этих пациентов, показал нарушение нормальной архитектуры крипт в толстой и тонкой кишке, скудность желез крипт и снижение экспрессии белка маркера кишечных эпителиальных стволовых клеток OLFM4 (van der Flier et al. 2009). У пациентов также наблюдались выраженные гистологические изменения в желудке с наличием не-аутоиммунного типа атрофического гастрита (O'Connell et al. 2018). В последующих исследованиях было сообщено о четвертом пациенте с новыми сложными гетерозиготными вариантами WNT2B (вариант со сдвигом рамки (c.423del) и миссенс-изменение, c.722?G ???A), причем описанный миссенс-вариант, предсказанный с помощью гомологического моделирования, нарушает пост-трансляционное ацилирование белка (Zhang et al. 2021).

Добавление этого случая также позволило подтвердить фенотип желудочно-кишечного тракта и распространить фенотип на другие органы, в частности, на глаза. У трех из четырех пациентов также были обнаружены значительные аномалии передней камеры (микрокорнеа, колобома), что утверждает болезнь WNT2B как оккуло-интестинальное расстройство (Zhang et al. 2021). Более поздние данные также указывают на значительные изменения в функции надпочечников: у трех пациентов наблюдался гиперренинемический гипоальдостеронизм. Что касается лечения, то в младенческом возрасте пациентам требовалось интенсивное парентеральное питание и введение жидкости. У трех пациентов с возрастом постепенно улучшались показатели переносимости энтерального питания и всасывания, что, возможно, свидетельствует о критическом периоде развития для роли WNT2B в функционировании кишечника. Конкретная роль и контекст функции WNT2B в различных участках кишечника (желудок, тонкая кишка и толстая кишка) еще не изучены и являются предметом текущих исследований.

Врожденный дискератоз (DC) - это мультисистемное заболевание, вызванное нарушением поддержания теломер. Отличительной чертой DC является клиническая триада: диспластические ногти, кружевная сетчатая пигментация верхней части спины или шеи и лейкоплакия полости рта (Savage and Niewisch 2022). Пациенты с DC также подвержены риску развития миелодисплазии, легочного фиброза и неоплазии многих тканей. Синдром Hoyeraal-Hreidarsson (HHS) - это тяжелый вариант DC с дополнительными признаками внутриутробного ограничения роста, гипоплазии мозжечка, иммунодефицита и прогрессирующей недостаточности костного мозга (Glousker et al. 2015). Примерно у четверти пациентов с HHS также развивается тяжелая энтеропатия с хронической диареей (Glousker et al. 2015). Диарея появляется у этих пациентов в среднем в возрасте 6,7 лет, но в некоторых случаях может возникнуть вскоре после рождения (Jonassaint et al. 2013). Распространенность врожденного дискератоза составляет примерно 1-9 случаев на 1 миллион живорожденных, в то время как синдром Hoyeraal-Hreidarsson представляет собой лишь небольшое подмножество таких случаев (Savage and Niewisch 2022).

DC и HHS - это заболевания, вызванные неспособностью делящихся клеток поддерживать адекватную длину теломер и тем самым избегать кризиса теломер и апоптоза (Gramatges and Bertuch 2013). Для удлинения теломер теломераза (кодируемая геном TERT) образует из многих белков комплекс на концах хромосомной ДНК (Glousker et al. 2015). Отдельный, но родственный комплекс, комплекс shelterin, выполняет функцию защиты 3' теломерного нависания ДНК от распознавания механизмами репарации ДНК. Являясь физическим барьером для 3' теломерного конца, он также регулирует доступ теломеразы к месту ее каталитической активности.

Дефицит одного из жизненно важных компонентов либо комплекса теломеразы, либо комплекса шелтеринов приводит к фенотипу dyskeratosis congenita. Пациенты с DC рождаются с очень короткими теломерами, менее 1-го процентиля для своей возрастной группы, как показано с помощью проточной цитометрии (Glousker et al. 2015). Пациенты с HHS имеют исключительно короткие теломеры даже среди других случаев классического DC, что может объяснять их более тяжелый фенотип (Alter et al. 2012). Только несколько генов, связанных с DC, обнаружены в ассоциации с HHS, и из них только определенные варианты, по-видимому, вызывают этот синдром.

Биопсия пациентов с HHS, сопровождающимся врожденной диареей, демонстрирует очагово атрофированные железистые и эпителиальные элементы с апоптозом как в толстой, так и в двенадцатиперстной кишке. Это сопровождается легким мононуклеарным инфильтратом и фиброзом в ламинарном слое (Sznajer et al. 2003; Jonassaint et al. 2013). Хотя точный механизм, с помощью которого эти пациенты приобретают рефрактерную диарею, остается неясным, общепризнано, что нарушения биологии теломер приводят к разрушению стволовых клеток в высоко пролиферативных тканях (Bertuch 2016; Woo et al. 2016). Поэтому можно предположить, что нарушение ниши стволовых клеток в кишечном тракте этих пациентов приводит к наблюдаемой атрофии желез и эпителия и, в свою очередь, к рефрактерной диарее.

DKC1, кодирующий белок дискерин, был первым геном, обнаруженным в ассоциации с DC (в частности, с Х-сцепленной рецессивной формой заболевания) в 1998 году (Knight et al. 1998). Несколько лет спустя был выявлен ген TERT, кодирующий обратную транскриптазу теломеразы человека, в ассоциации с аутосомно-доминантной формой DC (Armanios et al. 2005). За последние 20 лет было обнаружено еще несколько генов, связанных с аутосомно-доминантным и аутосомно-рецессивным DC, но единственные гены, варианты которых также встречаются при HHS, включают TERT, DKC1, RTEL1, TNIF2, ACD и PARN. TNIF2 и ACD кодируют компоненты комплекса шелтеринов, RTEL1 кодирует ДНК-геликазу, которая ассоциируется с теломеразой, а PARN кодирует поли-А-специфическую 3' экзорибонуклеазу (Glousker et al. 2015; Bertuch 2016).

Дискерин - это нуклеолярный белок, состоящий из N-концевого dyskerin-подобного домена, центрального домена псевдоуридинсинтетазы TruB и РНК-связывающего домена PUA. На мутации в дискерине приходится 20-25% выявленных случаев врожденного дискератоза, и многие из них представляют собой мутации de novo (Bertuch 2016; Savage and Niewisch 2022). Хотя в DKC1 выявлено более 50 вариантов, вызывающих заболевание, только четверть из них вызывает HHS (Glousker et al. 2015; Bertuch 2016). Эти мутации в подавляющем большинстве случаев являются миссенс-мутациями, при этом выявлена одна интронная мутация. Большинство связанных с HHS мутаций в dyskerin группируются вокруг N-концевого dyskerin-подобного домена (например, p.Ile32Thr, p.Thr49Met) или вокруг домена PUA (например, p.Ser304Asp, p.Lys314Arg). Две HHS-ассоциированные мутации также были идентифицированы в домене TruB (p.Ser121Gly, p.Arg158Trp). На данный момент остается неясным, почему некоторые мутации проявляются как классический DC, а некоторые - как HHS, причем многие варианты, ассоциированные с HHS у одних пациентов, проявляются как DC у других (Glousker et al. 2015). Явное отсутствие нонсенс и сдвига рамки считывания мутаций позволяет предположить, что некоторая остаточная функция dyskerin необходима для жизни, и это подтверждается наблюдением, что целенаправленное нарушение Dkc1 у мышей приводит к эмбриональной летальности (He et al. 2002).

Теломераза - это эндогенная обратная транскриптаза, выполняющая важную функцию удлинения теломерных повторов TTAGGG на основе связанного шаблона РНК, кодируемого геном hTR и присоединенного через pseudoknot/template домен (Sekne et al. 2022; Liu et al. 2022). Теломераза человека имеет четыре домена: теломеразный важный N-концевой домен (TEN), теломеразный РНК-связывающий домен (TRB), домен обратной транскриптазы (RT) и домен С-концевого удлинения (CTE). Как и в случае с DKC1, связанные с болезнью мутации TERT, как правило, представляют собой варианты миссенс, а не сдвиги рамки считывания или нонсенс-мутации. Было описано более 50 вариантов TERT, связанных с заболеваниями, при DC, HHS, идиопатическом легочном фиброзе, апластической анемии, синдроме Revesz и миелодиспластическом синдроме (Glousker et al. 2015; Bertuch 2016). Из них только пять вариантов были описаны в связи с HHS: p.Pro530Leu, p.Thr567Met, p.Ala880Thr, p.Arg901Trp и p.Phe1127Leu. Варианты p.Ala880Thr и p.Arg901Trp относятся к домену RT и нарушают каталитическую активность теломеразы, а p.Pro530Leu и p.Thr567Met относятся к домену TRB. Мутация p.Phe1127Leu относится к домену CTE и приводит к замене только в пяти остатках от С-конца белка. Следует отметить, что это единственный вариант TERT, который связан с аутосомно-доминантным наследованием HHS, хотя пенетрантность заболевания неполная. Было высказано предположение, что TERT, а также родственный ген TERC могут демонстрировать феномен предвосхищения. Это объясняется теорией, согласно которой вариант de novo может привести к укорочению теломер, недостаточному для возникновения заболевания в течение жизни человека, но достаточно значительному для возникновения заболевания в следующем поколении, если эти короткие теломеры будут передаваться по наследству (Mason and Bessler 2011).

DC и HHS - это мультисистемные заболевания. После постановки любого из этих диагнозов пациенты должны быть обследованы на предмет поражения кишечника, легких, глаз, печени и костного мозга. Желудочно-кишечные проявления могут вызвать значительную заболеваемость и привести к необходимости колэктомии и хронического парентерального питания у некоторых пациентов (Jonassaint et al. 2013). Костномозговая недостаточность, вторичная по отношению к нарушениям биологии теломеразы, не реагирует на иммуносупрессию, поскольку это не аутоиммунный процесс; однако экзогенные андрогены были эффективны у некоторых пациентов (Ferna'ndez Garci'a и Teruya-Feldstein 2014). Единственным методом лечения гематологического поражения является аллогенная трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (Fioredda et al. 2018).

Ген EGFR кодирует рецептор эпидермального фактора роста (EGFR). Сигнальный путь EGF хорошо охарактеризован как жизненно важный митогенный сигнальный путь, который поддерживает и регулирует нишу стволовых клеток во многих органах, включая кишечник (Abud et al. 2021). Хотя большая часть литературы, посвященной этому пути, сосредоточена на важной роли усиления функции EGF в биологии рака, описаны также редкие случаи врожденных вариантов EGFR с нарушением функции. Первый из таких случаев был описан Campbell et al. в 2014 году, которые описали пациента с эрозиями кожи, алопецией, трихомегалией, водянистой диареей и затрудненным дыханием с рецидивирующими легочными инфекциями (Campbell et al. 2014). У этого пациента была обнаружена гомозиготная миссенс-мутация в EGFR с помощью полногеномного секвенирования. Впоследствии Ganetzky et al., Hayashi et al. и Earl et al. сообщили о дополнительных единичных случаях, а Mazurova et al. выявили 18 случаев в 16 цыганских семьях (Ganetzky et al. 2015; Hayashi et al. 2018; Mazurova et al. 2020; Earl et al. 2020). Интересно, что у всех пациентов вне цыганской когорты была тяжелая диарея, но только у 3 из 18 пациентов цыганской когорты развились эти симптомы, что позволяет предположить, что генотип может быть предиктивным в отношении вовлечения кишечника. Случаи врожденной гипофункции EGFR почти одинаково фатальны в неонатальном периоде, в большинстве случаев смерть наступает в возрасте до 6 месяцев, и только два пациента выжили после младенчества (Mazurova et al. 2020; Earl et al. 2020).

Описания гистопатологии у пациентов с гипофункцией EGFR в литературе немногочисленны, но имеющаяся информация рисует картину легкого очагового воспаления с в целом сохраненной архитектурой тканей (Hayashi et al. 2018; Earl et al. 2020). В настоящее время точный механизм, посредством которого гипофункция EGFR приводит к тяжелой диарее, остается неясным; однако изучение диареи в условиях ингибирования тирозинкиназы EGFR для лечения злокачественных опухолей позволяет предположить многофакторную патологию, включающую атрофические изменения, воспаление и секреторную диарею (Hirsh et al. 2014; Rugo et al. 2019). Было показано, что ингибирование Egfr у мышей снижает плюрипотентность и самообновление и повышает дифференцировку стволовых клеток кишечника, что, как полагают, объясняет атрофические изменения при ингибировании EGFR (Yu et al. 2019). Пациенты с мутациями EGFR также демонстрируют укороченные теломеры для соответствующей возрастной группы, подобно пациентам с врожденным дискератозом (Ganetzky et al. 2015).

Среди 23 рассмотренных случаев было выявлено только три патологических варианта. 22 пациента продемонстрировали гомозиготность по p.Gly428Asp, и только в одном случае, о котором сообщили Hayashi и др., наблюдалась сложная гетерозиготность по p.Arg98* и p.Ile365Asn (Hayashi и др. 2018; Mazurova и др. 2020; Earl и др. 2020). Отсутствие нонсенс и сдвига рамки считывания мутаций, наблюдаемых при EGFR, позволяет предположить, что какая-то остаточная функция в этом пути необходима для жизни, что согласуется с наблюдением, что полный нокаут Egfr приводит к предимплантационной гибели эмбрионов мыши (Yu et al. 2019). Мутация p.Gly428Asp находится во втором лиганд-связывающем домене EGFR, и исследования показывают снижение сродства этого мутантного рецептора к иммобилизованному EGF (Siwak et al. 2010; Ganetzky et al. 2015). Мутация p.Ile365Asn, напротив, находится между двумя лиганд-связывающими доменами и может изменять трехмерную структуру рецептора таким образом, что аналогичным образом снижает его сродство к EGF.

В настоящее время не существует единых рекомендаций по лечению диареи у таких пациентов. Многие из описанных пациентов нуждались в полном парентеральном питании. Учитывая тяжесть диареи и электролитных нарушений, наблюдаемых при таком внутреннем дефекте кишечника, трансплантация кишечника может оказаться полезной. К сожалению, многие из этих пациентов страдают от дисфункции многих органов, что может стать препятствием для успешной трансплантации.

По словам сэра Humphrey Davy, "ничто так не способствует прогрессу знаний, как применение нового инструмента" (Davy, 1812). Ландшафт генетики человека быстро изменился за последние 20 лет и только демонстрирует признаки дальнейшего ускорения с применением секвенирования следующего поколения (NGS) и технологий CRISPR. Секвенирование следующего поколения оказалось революционной технологией. Оно может использоваться для создания панели известных генов, связанных с определенным клиническим синдромом, для широкого секвенирования всего генома или целенаправленно для примерно 22 000 кодирующих генов человеческого генома (Choi et al. 2009; Behjati and Tarpey 2013). Хотя гены, кодирующие белки, составляют всего 1% генома, они содержат около 85% известных вариантов, вызывающих заболевания. Поэтому секвенирование целого генома стало наиболее предпочтительным методом исследования как более дешевая и простая в анализе альтернатива секвенированию генома, которая менее предвзята, чем панель отдельных генов. Используя секвенирование целых геномов трио, в рамках исследования Deciphering Developmental Disorders Study удалось установить диагноз в 40% из более чем 1000 случаев неидентифицированных врожденных нарушений (Wright et al. 2018). Как следствие, эти данные также привели к масштабному открытию новых заболеваний развития и более глубокому пониманию биологии развития (Deciphering Developmental Disorders Study, 2015; (Kaplanis et al. 2020). Наш собственный анализ когорты пациентов CoDEs показал аналогичный уровень диагностического успеха.

Секвенирование целого экзома или генома (WES/WGS) все чаще используется врачами многих специальностей, поскольку тестирование становится все более доступным, а время получения результатов сокращается. По мере того, как биотехнологическая промышленность стремительно развивает технологии, необходимые для широкого распространения генетического секвенирования, стоимость секвенирования генома снизилась со 100 миллионов долларов США в 2001 году до менее чем 1000 долларов США в 2021 году, опережая темпы даже закона Мура для вычислительной мощности компьютеров (Wetterstrand 2021). Это привело к внедрению секвенирования экзома в некоторых центрах для быстрого скрининга отобранных новорожденных (Holm et al. 2018). Учитывая текущую стоимость и время выполнения WES/WGS, в настоящее время рассматривается вопрос о расширении всеобщего скрининга новорожденных для включения более редких заболеваний, включая некоторые расстройства CoDEs, ранняя диагностика которых может существенно повлиять на ведение или лечение. Хотя стоимость секвенирования продолжает снижаться, доступность генетического секвенирования по-прежнему ограничена странами с высоким уровнем дохода или специализированными третичными больницами и академическими центрами. Расширение доступа для более широких слоев населения должно стать важной задачей на будущее. Помимо доступа, ограничения на секвенирование меняются от экономических и практических до этических и социологических: как обеспечить надлежащее информированное согласие в таких случаях? Как сбалансировать благополучие младенца и его семьи, право членов семьи на конфиденциальность их собственных геномов и пользу этих знаний для общества в целом (Remec et al. 2021)? Генетические исследования с участием этнических групп сталкиваются с уникальными проблемами в отношении справедливости, как, например, в нации навахо, которая в 2002 году наложила мораторий на генетические исследования в пределах своей юрисдикции в связи с опасениями по поводу неправильного обращения с данными и потенциальной несправедливости (Claw et al. 2021).

Самые старые из описанных в этой статье нарушений были первоначально идентифицированы как функциональные белковые дефициты с помощью основных биохимических методов и трудоемкого картирования на соответствующие хромосомные участки. Пациенты, описанные в этих статьях, были диагностированы только благодаря наличию исследовательской экспертизы и финансирования. Сейчас пациенты с новыми генными мутациями выявляются в рутинной клинической практике в многопрофильных центрах с помощью секвенирования нового поколения. Это привело к быстрому увеличению числа известных вариантов, вызывающих заболевания, отчасти благодаря вкладу молекулярных генетиков и клиницистов, анализирующих экзомные последовательности как в исследовательском контексте, так и вне его (Rockowitz et al. 2020). По мере дальнейшего снижения стоимости секвенирования и дальнейшего внедрения этой технологии в клиническую практику, скорость обнаружения вариантов для расстройств CoDEs может еще возрасти. Новым вызовом для этой области будет включение этого потока генетических данных в контекст физиологии кишечника и расшифровка основных клеточных биологических механизмов.

По мере того как генетическая основа расстройств CoDEs становится все более определенной и точной, следующая важная задача в этой области связана с разработкой методов лечения этих редких расстройств. Важнейшим первым шагом в этом процессе является понимание патофизиологии тканей, корреляций генотип-фенотип и клеточной биологии, связанной с эпителиальными белками. Необходимы исследования естественной истории отдельных заболеваний и углубленный анализ гистологии тканей, включая использование новых пространственных методов, таких как мультиплексная иммунофлюоресценция (Hickey et al. 2022), пространственная транскриптомика (Moffitt et al. 2016) и анализ на основе машинного обучения (Syed et al. 2019). Важной частью этих анализов являются ресурсы для исследовательского сообщества, такие как реестры пациентов и систематическая характеристика изменений в кишечнике, например, атласы тканей и клеток для заболеваний CoDEs. Формирование национальных и международных консорциумов для изучения этих заболеваний, таких как Консорциум педиатрической врожденной диареи (PediCoDE; www.pedicode.org), позволило объединить многие из этих ресурсов сообщества, и важным следующим шагом в этой области является использование этих инструментов для терапевтического воздействия.

Одним из основных методов как для понимания биологии, так и для разработки терапии является использование первичных клеток кишечника пациента или энтероидов в трехмерных и двухмерных моделях. Поскольку расстройства CoDEs связаны с дисфункцией эпителия, энтероиды представляют собой уникальную мощную модель этих расстройств и точно отражают клеточные изменения, наблюдаемые в родном кишечнике. Недавние исследования ряда расстройств показали их использование для понимания механизмов эпителиальной дисфункции (van Rijn et al. 2019; van Vugt et al. 2021; Duclaux-Loras et al. 2022). Недавние исследования также показали, как энтероиды могут быть использованы для ускорения разработки терапии, выступая в качестве специфического для пациента метода оценки терапии (Jardine et al. 2020). В дополнение к оценке, генерация ресурсов и биобанкинг образцов пациентов могут вскоре позволить проводить первичный скрининг со средней пропускной способностью для потенциальных методов лечения.

Выявление генетической основы заболеваний также открывает перспективы для прямой генно-целевой терапии, основанной на специфических вариантах. Анти-смысловые олигонуклеотиды (ASO) представляют собой особенно привлекательный вариант для такого применения, поскольку они могут быть разработаны на основе одной только кодирующей последовательности. ASO представляют собой модифицированные последовательности нуклеотидов, которые способны изменять экспрессию белка, взаимодействуя с незрелой мРНК, чтобы либо способствовать деградации мРНК, либо влиять на сплайсинг мРНК (Oberemok et al. 2018). Эти терапевтические препараты оказались успешными в лечении нейроразвивающих и нейродегенеративных заболеваний, например, nusinersen при спинальной мышечной атрофии и inotersen при наследственном транстиретиновом амилоидозе (Finkel et al. 2017; Benson et al. 2018). В качестве примера такого типа прецизионной терапии Kim et al. . выявили редкий случай болезни Баттена у молодого пациента, определили причинный вариант с помощью полноэкзомного секвенирования и использовали эту информацию для разработки ОСА, изменяющего сплайсинг (milasen), который затем был использован для лечения этого пациента в клиническом исследовании N-of-1 со значительным эффектом (Kim et al. 2019). Однако ASO в первую очередь полезны в случаях с вариантами с усиленной функцией или вариантами, в которых существующий, незатронутый вариант сплайсинга может быть фенокопирован путем пропуска экзонов. Еще одним серьезным препятствием, специфичным для использования при расстройствах CoDEs, является доставка и удержание интактных ASO в желудочно-кишечном тракте. Использование ASOs и других методов генной терапии для лечения генетических заболеваний кишечника, несмотря на огромные перспективы, пока еще не готово к клиническому применению.

Моногенные кишечные эпителиальные нарушения или расстройства CoDEs - это уникальная группа генетических заболеваний кишечника, характеризующихся первичными дефектами эпителия, которые приводят к изменению транспорта жидкости и электролитов, нарушению барьеров, а также дефектам развития и регенерации тканей (табл. 1 и 2). При многих CoDEs хроническое воспаление слизистой оболочки практически отсутствует, хотя некоторые заболевания характеризуются различными уровнями воспаления слизистой оболочки, которое в значительной степени является вторичным по отношению к первичной дисфункции эпителия. Это отличается от генетических расстройств, которые можно охарактеризовать как очень раннее начало IBD или первичный иммунодефицит с поражением кишечника, которые в первую очередь влияют на функцию иммунных клеток. Генетическая основа расстройств CoDEs в настоящее время все более четко определена, и информация о конкретных расстройствах, как указано в данном обзоре, продолжает расти. Следующий рубеж в этой области - воплотить эти новые генетические и биологические знания в мероприятия, которые могут значительно изменить жизнь пациентов с расстройствами CoDEs.

Таблица 1 Генетика расстройств CoDEs

Table 2 Intestinal phenotype and clinical characteristics of CoDE disorders