Ugrás a tartalomhoz

Népegészségügyi genomika

Ádány Róza (2011)

Debreceni Egyetem

Szív-érrendszeri betegségek

Szív-érrendszeri betegségek

Thrombosisok

A vénás tromboembólia (VTE) olyan komplex betegség, melynek hátterében genetikai és környezeti tényezők együttesen fordulnak elő.

A trombózisokra való fokozott fogékonyság (trombofília) genetikai meghatározottsága  (öröklött trombofília) sokrétű:

- az antikoaguláns rendszer fehérjéit kódoló gének funkcióvesztéssel járó mutációi vezetnek az antitrombin III (ATIII), protein C (PC) és protein S (PS) deficienciákhoz;

- az V-ös alvadási faktor (FV) Leiden mutációja a prokoaguláns aktivitás hosszasabb fennmaradását (APC rezisztencia) eredményezi;

- a protrombin gén 20210A allél öröklötten emelkedettebb II-es alvadási faktor szinthez vezet.  

Az V-ös alvadási faktor Leiden mutációja

A kaukázusi populációban, így Magyarországon is a leggyakoribb öröklött trombofília a FV Leiden mutációjának következtében kialakuló aktivált protein C (APC) rezisztencia.

Nevét a hollandiai Leiden városról kapta, ahol először észlelték ezt a mutációt. Az 1. kromoszóma hosszú karján (1q23) lévő FV gén 1691. pozíciójában a guanin helyére adenin lép, ami a kódolt fehérjében az 506. aminosav pozícióban az arginin glutaminra való cserélődését okozza (Arg506Gln). Az 506. aminosav pozíció az aktív V-ös faktor (FVa) inaktiválása szempontjából kritikus fontosságú, mivel az aktivált V-ös faktort először ezen a helyen hasítja az aktív protein C (APC). A hasítás következtében FVa aktivitásának kb. 60%-át elveszíti. Mivel az APC csak arginin mellett képes hasítani, a mutált gén terméke nem hasítható, így aktivitása csak lassan vész el (“APC rezisztencia” alakul ki).

A FV Leiden allél előfordulási gyakorisága a magyar populációban kiemelkedően magas, kb. 4% (a kaukázusi populációban általában 1% körüli).

A heterozigóta mutáció hordozók kockázata vénás trombózisok kialakulására kb. ötszöröse a Leiden allélt nem hordozókénak, míg homozigóta mutáció-hordozók esetében a kockázat kb. 80-szoros.

A FV Leiden mutáció hordozása és a fogamzásgátló szedése együttesen kb. 30-szoros VTE kockázat-fokozódást jelent.

Az artériás trombózisok vonatkozásában a FV Leiden mutáció nem tekinthető kockázati tényezőnek.

Az V-ös alvadási faktor Leiden mutációja

A kaukázusi populációban, így Magyarországon is a leggyakoribb öröklött trombofília a FV Leiden mutációjának következtében kialakuló aktivált protein C (APC) rezisztencia.

Nevét a hollandiai Leiden városról kapta, ahol először észlelték ezt a mutációt. Az 1. kromoszóma hosszú karján (1q23) lévő FV gén 1691. pozíciójában a guanin helyére adenin lép, ami a kódolt fehérjében az 506. aminosav pozícióban az arginin glutaminra való cserélődését okozza (Arg506Gln). Az 506. aminosav pozíció az aktív V-ös faktor (FVa) inaktiválása szempontjából kritikus fontosságú, mivel az aktivált V-ös faktort először ezen a helyen hasítja az aktív protein C (APC). A hasítás következtében FVa aktivitásának kb. 60%-át elveszíti. Mivel az APC csak arginin mellett képes hasítani, a mutált gén terméke nem hasítható, így aktivitása csak lassan vész el (“APC rezisztencia” alakul ki).

A FV Leiden allél előfordulási gyakorisága a magyar populációban kiemelkedően magas, kb. 4% (a kaukázusi populációban általában 1% körüli).

A heterozigóta mutáció hordozók kockázata vénás trombózisok kialakulására kb. ötszöröse a Leiden allélt nem hordozókénak, míg homozigóta mutáció-hordozók esetében a kockázat kb. 80-szoros.

A FV Leiden mutáció hordozása és a fogamzásgátló szedése együttesen kb. 30-szoros VTE kockázat-fokozódást jelent.

Az artériás trombózisok vonatkozásában a FV Leiden mutáció nem tekinthető kockázati tényezőnek.

A protrombin (FII) gén 3’- nem transzlálódó régiójában, a 20210. nukleotid pozícióban lévő mutáció guanin-adenin cserét eredményez. A FII 20210A allél frekvenciája Magyarországon kb. 2%.

A mutáció a fehérjetermékben nem jár aminosav cserével, de emelkedett protrombin szintet eredményez, ami fokozott trombin keletkezéshez vezet

A FII 20210 A allél heterozigóta hordozása 3-4-szeresre fokozza a trombózis kockázatát; a homozigóták esetében csak kismértékű kockázat növekedés van. A fogamzásgátlók szedése és a FII20210A allél jelenléte együttesen a vénás trombózisok bekövetkezésének esélyét kb. hétszeresére növeli.

A FV Leiden és a FII20210A allél együttes hordozása kb. 20-szoros VTE kockázatot jelent.

Azon terhes nők esetében, akik a FV Leiden mutációra homozigóták, vagy kettős heterozigóták a FV Leiden mutáció és a FII20210A allél tekintetében trombózis profilaxis (alacsony molekulasúlyú heparin készítményekkel) indokolt.

Az artériás trombózisok kockázatát a FII20210A allél hordozása nem fokozza.

Aterotrombotikus megbetegedések

Az ateroszklerózis kialakulása genetikai és környezeti tényezők komplex hatásának következménye.

Több gén egyedileg általában csekély, de együttesen additív hatása a betegség iránt fogékonyságot hoz létre, melyet környezeti tényezők és gén-környezeti interakciók módosítanak.

4.4. ábra - A hipertónia kialakulásának modellje

A hipertónia kialakulásának modellje

A hipertónia kialakulásnak modellje szerint például több magasvérnyomásra hajlamosító génváltozat valamint környezeti és magatartásbeli tényező együttesen ún. „intermedier fenotípusokra” hatnak (pl. szimpatikus aktivitás, renin-angiotenzin rendszer aktivitás, endoteliális tényezők), ezek összessége determinálja a teljes perifériás ellenállást és a szív lökettérfogatát, ami pedig következményesen meghatározza a vérnyomást.

Az aterotrombózis genetikai determinánsainak vizsgálómódszerei

candidate gene analysis - “kiválasztott gének analízise”

Ismert (vagy részben ismert) funkcióval rendelkező fehérjék génjeinek ateroszkerózissal való összefüggésének tanulmányozása jellemzően eset-kontroll vizsgálatokban

A módszer alkalmazása során tapasztalhatő nehézségek:

- általában egy adott gén és a betegség kapcsolatát vizsgálják, s nincs lehetőség a  a gén-gén, gén-környezet interakciók módosító hatásainak figyelembevételére

- közlési hiba torzító hatása (a negatív eredményű – azaz a kapcsolat hiányára utaló tanulmányok – közlésének nehézségei torzító hatásúak

Linkage vizsgálatok (“quantitative trait loci” (QTL) analízis)

Az ateroszklerózissal kapcsolatba hozható mennyiségi jellegek kialakításáért felelős kromoszóma régiók azonosítását célozza Jellemzően olyan családokon végzik a vizsgálatot, melyen belül egy adott szív-érrendszeri betegség (pl. szívinfarktus) halmozódsát mutat.

“Genome wide association study” (GWAS)

Adott betegséggel kapcsolatba hozható eltérések feltárását célozza a teljes genomban.

A magasvérnyomás genetikai háttere

A vérnyomás alakulását genetikai és környezeti tényezők (ill. azok kölcsönhatásai) befolyásolják. A genetikai tényezők szerepére a köznapi tapasztalat, iker, család és adoptációs vizsgálatok eredményei hívták fel a figyelmet.

Mendeli úton öröklődő, monogénes hipertóniák

Igen ritka előfordulású (az összes eset néhány %-a) E mutációk következtében emelkedett a keringő mineralokortikoid hormonok szintje, ami fokozza a vesén keresztüli nátrium reabszorpciót, ezáltal növekedik az érpályában keringő vérvolumen, ami emelkedett perctérfogaton keresztül vezet magas vérnyomáshoz.

Hipertóniára hajlamosító polimorfizmusok

- a renin-angiotenzin rendszer (RAS) fehérjéit kódoló gének

Az enzimrendszer tagjai közül az angiotenzinogén (AGT), renin és az angiotenzin-konvertáz (ACE) enzimeket valamint az angiotenzin-II receptort kódoló gének tartoznak a leggyakrabban vizsgált magasvérnyomásra hajlamosító gének közé.

4.5. ábra - A   renin-angiotenzin rendszer

A   renin-angiotenzin rendszer

Az angiotenzinogén (AGT) a májban szintetizálódik majd a vérbe jutva a vese juxtaglomeruláris apparátusában termelődő renin által hasítódik. Ez a reakció az angiotenzin I képződéséhez vezet, amelyből az angiotenzin konvertáz enzim (ACE) hatására egy potens vazokonstriktor peptid az angiotenzin II képződik, majd ez stimulálja a mellékvese aldoszteron termelését, amely fokozott só és víz reabszorpciójához vezet, valamint az ATR1 és ATR2 receptorokon keresztül okoz szisztémás, illetve veseér vazokonstrikciót. Az ACE ezen kívül hasítja a vasodilatátor hatású bradikinint (kallikrein-kinin rendszer része) is. Így az ACE enzimatikus aktivitása kettős: a vazokostriktor hatású angiotenzin II aktiválódását és a vazodilatátor hatású bradikinin inaktiválódását egyaránt katalizálja.

ACE gén

Az ACE gén (17q23) inszerciós/deléciós (I/D) polimorfizmusa egy 287 bázispár hosszúságú DNS szakasz (Alu repetitív szekvencia) jelenléte (inszerció – I allél) vagy hiánya (deléció – D allél) a gén 16-os intronjában. Az I allél alacsonyabb aktivitású enzimet kódol, mint a D allél, s a magasabb enzimaktivitás fokozott angiotenzin I à angiotenzin II átalakulást eredményez. Ezért a D allélra homozigóta egyének vérnyomása magasabb. Az angiotenzin II az aldoszteron szintézisének növekedésén keresztül végül fokozza a vese nátrium reabszorpcióját, amely ha tartósan fennáll, emelkedett vérnyomáshoz vezet.

AGT gén

Az AGT gén 235. kodonjában lévő mutáció (timin helyett citozin) eredményeként a gén által kódolt fehérje 704. poziciójában metionin helyett treonin aminosav van. Ez a 235Thr variáns emelkedett plazma angiotenzin koncentrációt eredményez, különösen homozigóta egyénekben. Feltételezik, hogy a magasabb angiotenzinogén koncentráció a vazokonstriktor hatású angiotenzin II keletkezésének kedvez, ami az aldoszteron hatásának fokozott érvényesüléséhez (fokozott nátrium reabszorpcióhoz), s ezáltal emelkedett vérnyomáshoz vezet.

- G proteinek

A G protein b3 alegységének (GNB3) 825-ös pozíciójában lévő (C3T) polimorfizmus alternatív splicing révén 41 aminosav elvesztéséhez vezet a gén egy konzervatív régiójában, ami fokozott aldoszteron szintet eredményez.

- egyéb gének

GWAS használatával közel 10 kromoszómarégiót azonosítottak, melyek hipertóniához köthetők. Ezekben a régiókban számos kandidáns gén is található pl.: 3-as kromoszóma-angiotenzin II-1 típusú receptor, 5-as kromoszóma β2 adrenerg receptor, 8-as kromoszóma lipoprotein lipáz, 17-es kromoszóma angiotenzin konvetáz enzim.

Az aterotrombózis genetikai háttere

Az aterotrombózis kialakulásában szerepet játszó mechanizmusokban involvált gének eltérései – egyedileg és egymással kölcsönhatásban is – befolyásolhatják az aterotrombózis iránti fogékonyságot

1.           lipidháztartás jellegzetességei

2.           aminósav anyagcsere (homocisztein)

3.           hemosztázis tényezők (alvadási faktorok, fibrinolízis tényezők, thrombocyták)

4.           a gyulladásos folyamatok mediátorai

5.           endotél diszfunkcióhoz vezető eltérések

6.           az oxidatív stressz mértékét befolyásoló tényezők

7.           a vaszkuláris struktúrát befolyásoló tényezők (remodelling)

4.6. ábra - A homocisztein anyagcsere vázlata

A homocisztein anyagcsere vázlata

MTHFR: metilén tetrahidrofolát reduktáz

B2: B2 vitamin

B12: B12 vitamin

B6: B6 vitamin

Aminósav anyagcsere (homocisztein)

A homocisztein a táplálékkal felvett metionin demetilációjával keletkezik.

Metabolizmusa:

- remetiláció: visszaalakul metioninná (a folyamatot a metionin szintetáz enzim katalizálja). A reakció metil-donora az 5-metil-tetrahidrofolát, melynek regenerációját a metilén-tetrahidrofolát reduktáz (MTHFR) enzim katalizálja.

– transszulfuráció: a homocisztein ciszteinné alakul (a cisztationin-b-szintetáz (CBS) enzim katalizálja)

A plazma homocisztein koncentráció referencia tartománya 5-15 mmol/L. A súlyos hiperhomociszteinémiás betegek plazma homocisztein koncentrációja 100 mmol/L felett van.  

A magas homocisztein koncentráció károsítja a vaszkuláris endothel sejteket, gyulladásos mediátorokat szabadít fel, serkenti a fibrin lerakódást az érfalba, gátolja a nitrogén-monoxid szintetázt.

Az enyhe homocisztein szint emelkedés (12,5 mmol/L feletti éhgyomri plazma homocisztein szint) hátterében leggyakrabban az elégtelen folsav (esetleg B12 vitamin) bevitel és/vagy a MTHFR gén polimorfizmusai következtében megnövekedett folsav igény áll.

A homocisztein anyagcsere zavarát általában a CBS, vagy a MTHFR gének különböző mutációi okozzák.

MTHFR gén polimorfizmus

Az MTHFR gént érintő leggyakoribb polimorfizmus a 677C>T nukleotid csere, mely a fehérjetermék szintjén Ala222Val aminosavcserében nyilvánul meg. A 677T allél hordozása (különösen a homozigóta un. TT genotípus) emelkedett homocisztein szintet eredményez. A mutáns allél frekvenciája a magyar populációban kb. 35%. A mutáció következtében az MTHFR enzim termolabilis, csökkent aktivitású. Az MTHFR 677T allélt hordozó személyek esetében különösen fontos a normál szint fenntartása annak érdekében, hogy ne emelkedjen a homocisztein szint.

Hemosztázis tényezők

Azon genetikai eltérések, melyek befolyásolják a trombociták, az alvadási kaszkád és a fibrinolízis fehérjéinek funkcióját, az alvadás inhibitorainak mennyiségét vagy funkcióját, fontos szerepet tölthetnek be a betegség kialakulásában.

4.7. ábra - A véralvadás aktivációja és limitáló tényezői

A véralvadás aktivációja és limitáló tényezői

A nyilak az aktivációs, a gömb végű vonalak a gátló útvonalakat jelölik. TF: szöveti faktor, ES: endothel sejt, T: trombocita, tPA: szöveti plazminogén aktivátor, PAI-1: plazminogén aktivátor inhibitor, ATIII: antitrombin III, TFPI: szöveti faktor útvonal inhibitor, vWF: von Willebrand faktor, PC: protein C, PS: protein S.  

Fibrinogén

A fibrinogén b-lánc génjének promoter régiójában talált G-854A, G-455A és C-148T polimorfizmusokról kimutatták, hogy emelkedett fibrinogén szinttel járnak, de az ateroszklerózissal direkt kapcsolatukat nem sikerült igazolni.  

Faktor VII

A FVII génjében talált Arg353Gln polimorfizmus kapcsán kimutatták, hogy a Gln353 allél hordozása alacsonyabb plazma FVII szinttel jár, de a polimorfizmus és a MI összefüggését (nevezetes a Gln353 allél protektív hatását) nem sikerült igazolni. A gén promoter régiójában található –402G/A polimorfizmus esetében igazolták, hogy az A2 allél jelenléte csökkent promoter aktivitással jár, ami alacsonyabb FVII koncentrációt eredményez, így feltehetően protektív a MI vonatkozásában.  

Faktor XIII

A FXIII A alegységének génjében található Val34Leu aminosavcserével járó polimorfizmus tekintetében igen ellentmondásos volt az irodalom. A legfrissebb meta-analízis eredménye szerint a Leu34 allél hordozása mérsékelten védő hatású az ateroszklerózissal szemben.    

PAI-1

A PAI-1 fehérje génjének promoterében található –675 4G/5G polimorfizmusról kimutatták, hogy a 4G/4G genotípus emelkedett PAI-1 szinttel jár. Szerepe a koronariabetegségek kockázatában még tisztázatlan.  

Trombocita fehérjék

A GPIIIa gén 2. exonjában található T>C nukleotid csere Leu33Pro aminosavcseréhez vezet (PlA2 allél). Ennek a polimorfizmusnak az előfordulása az európai populációban gyakori (kb. 25%). A PlA2 allél hordozása esetén a trombociták könnyebben aktiválódnak, ezért hordozása fokozott MI kockázatával jár. Ezen egyének esetében az Aspirin kezelés csökkent hatékonyságú.  

A GPIa génben talált 807 T>C polimorfizmus szintén fokozza a MI kockázatát.

A gyulladásos folyamatokat befolyásoló tényezők

A lokális, viszonylag enyhe krónikus gyulladás az ateroszklerózis patogenezisében az újabb kutatások eredményei szerint kulcsfontosságú tényező.  

A C-reaktív protein (CRP) génben található azon polimorfizmusok, melyek a CRP szérumszintjének emelkedéséhez vezetnek, az iszkémiás érbetegségek fokozott kockázatával járnak.  

A gyulladásos folyamatokban szereplő interleukinok, citokinek, adhéziós molekulák, kemokinek génjeiben számos polimorfizmust azonosítottak, de az ateroszklerózissal, illetve az akut aterotrombotikus eseményekkel való közvetlen kapcsolatot egyetlen polimorfizmus esetében sem sikerült igazolni.

A ciklooxigenáz-1 (COX-1) enzim (erős trombocita aktiváló ágens) génjében (PTGS1) leírt G1006A polimorfizmus hatására az enzim aktivitása csökken, előnytelenül befolyásolva az agyi véráramlást; az 1006A allél hordozása és az iszkémiás stroke kockázata között pozitív összefüggést találtak. A COX-2 enzim génjének (PTGS2) G765C polimorfizmusáról feltételezik, hogy védő hatású a MI-sal és a stroke-kal szemben.

Endotél diszfunkcióra hajlamosító genetikai eltérések

Az endotél eredetű nitrogénoxid szintetáz (eNOS) által termelt nitrogén-oxid (NO) felelős az artériák relaxációjáért, a trombocita aggregáció gátlásért, valamint a fehérvérsejtek endotélhez történő adhéziójának gátlásáért. Az eNOS-t kódoló NOS3 gén G894T polimorfizmusa (az un. “T” allél előfordulási gyakorisága az európai populációban kb. 34%) a kardiovaszkuláris betegségek kockázati tényezője.

Az oxidatív stressz mértékét befolyásoló tényezők

A myeloperoxidáz (MPO), az extracelluláris szuperoxid dizmutáz (EC-SOD)gének esetében egyaránt azonosítottak olyan polimorfizmust, mely feltehetően fokozott ateroszklerózis kockázattal jár. A mitokondriális uncoupling protein 2 (UCP2) génjének promoter régiójában azonosított –866G/A polimorfizmusról is feltételezik, hogy az ateroszklerózis kockázati tényezője. A hem-oxigenáz (HO) enzim génjének promoter régiójában található GT repetitív szakasz magas ismétlődésszámú jelenlétének csökkent enzim koncentrációt és fokozott ateroszklerózis rizikót tulajdonítanak.

A glutation peroxidáz 1 (GPX1) és a glutation-s-transzferáz (GST) enzimek génjeiben több SNP-t találtak, de ezek jelentősége ma még nem tisztázott.

A vaszkuláris struktúrát befolyásoló tényezők

A transzformáló növekedési faktor (TGF) b gén polimorfizmusainak szerepét az ateroszklerózisban számos tanulmány igazolta. A matrix metalloproteináz (MMP) enzimek (MMP-1, MMP-3, MMP-7, MMP-9, MMP-12) génjeiben talált polimorfizmusok is kockázati tényezői lehetnek az ateroszklerózisnak.