Бурное развитие молекулярной генетики позволило расширить наши представления о возможных причинах нарушений углеводного обмена, с которыми все чаще приходится сталкиваться в рутинной практике эндокринолога. Диапазон этих нарушений очень широк и охватывает как умеренное повышение уровня гликемии натощак, так и случаи с развернутой клинической картиной сахарного диабета (СД). До недавнего времени все случаи СД, манифестирующего в детском возрасте, относились к СД 1 типа, единственно возможным способом лечения которого оставалась инсулинотерапия. Как и прежде, в подавляющем большинстве случаев причиной СД у детей является аутоиммунная деструкция β-клеток, но примерно в 5-7 % случаев патогенез развития заболевания связан с иными механизмами [1].
Лидирующее положение среди редких вариантов СД занимают моногенные формы, ассоциированные с мутациями в генах, обеспечивающих нормальное развитие и функцию β-клеток поджелудочной железы. Понимание молекулярногенетических основ возникновения СД является ключом к ранней и адекватной диагностике указанных форм диабета и назначению патогенетически обоснованного лечения. Согласно этиологической классификации СД Американской диабетической ассоциации (American Diabetes Association (ADA) и Всемирной организации здравоохранения, моногенные формы выделены в подгруппу “Генетические нарушения функции β-клеток”. В настоящем обзоре речь пойдет о наиболее важных в практике детского врача моногенных формах - СД типа MODY и неонатальном СД.
Диабет типа MODY
СД типа MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young) - гетерогенная группа заболеваний, характеризующаяся аутосомно-доминатным типом наследования и обусловленная мутациями генов, приводящих к дисфункции β-клеток поджелудочной железы. Впервые термин “диабет зрелого типа у молодых” и аббревиатуру MODY ввели S. Fajans и R. Tattersall в 1975 г. для определения непрогрессирующего или малопрогрессирующего диабета у молодых пациентов с отягощенным семейным анамнезом [2]. Ими было описано 3 семьи с аутосомно-доминантной формой СД, характеризующейся ранним началом и относительно нетяжелым течением: у 7 из 12 больных, диагноз которым был поставлен до 30 лет, осложнения отсутствовали спустя в среднем 37 лет.
Исследования последних лет показали, что частота наследственных форм СД не столь редка, как принято считать. В среднем MODY выявляется в 2-5 % случаев среди общей заболеваемости СД 1 и 2 типов и в половине случаев при гестационном диабете [3]. На сегодняшний день известны мутации в 11 генах, приводящие к развитию разных типов MODY, которые различаются по частоте встречаемости, клинической картине и терапевтической тактике ведения пациентов. Мутации в генах HNF1A и GCK признаны наиболее частыми причинами MODY (около 70 %) во всех проведенных в Европе популяционных исследованиях [4]. При этом в них продемонстрирована различная распространенность подтипов MODY в обследуемых группах. Так, среди обследуемых пациентов во Франции и Италии преобладал MODY2 [5], в то время как в Британии чаще верифицировали MODY3 [6].
Один из самых частых вариантов MODY (40-60 %) - тип MODY2, связан с мутациями в гене глюкокиназы (GCK), кодирующем этот фермент. К настоящему моменту описано около 200 мутаций в этом гене (http://www.hgmd.cf.ac.uk). Инактивирующие гетерозиготные мутации приводят к парциальному дефекту глюкокиназы и ассоциированы с MODY2. Гомозиготные мутации ведут к полному дефициту фермента и ассоциированы с перманентным СД новорожденных. Фермент глюкокиназа (гексозо-6-фосфотрансфераза) принадлежит к семейству гексокиназ и катализирует фосфорилирование глюкозы в глюкозо-6-фосфат в гепатоцитах и β-клетках островков поджелудочной железы. Мутации в гене GCKприводят к нарушению способности глюкокиназы фосфорилировать глюкозу и как следствие - увеличению минимальной концентрации глюкозы, при которой стимулируется секреция инсулина. Снижение скорости секреции инсулина при дефекте глюкокиназы зависит от типа мутации и может достигать 60 %. Секреторный ответ инсулина на стимуляцию глюкозой обычно сохранен, что может свидетельствовать о нарушении чувствительности к углеводам. Активность глюкокиназы также может снижаться вследствие недостаточной аккумуляции гликогена в клетках печени за счет активации вторичных путей глюкогенеза [7, 8]. Клиническая картина в случае MODY2 характеризуется умеренной непрогрессирующей гипергликемией натощак и гестационным сахарным диабетом. В семьях таких пациентов родственники первой и второй степени родства чаще всего имеют фенотип “мягкого” варианта СД 2 типа, либо умеренную гипергликемию натощак, либо нарушение толерантности к глюкозе (НТГ). Как правило, повышение гликемии натощак не превышает 5,5—8,0 ммоль/л, выявляется у детей и молодых взрослых (до 40 лет), носит бессимптомный характер, не прогрессирует в течение длительного времени, не приводит к сосудистым осложнениям и не требует медикаментозной коррекции. Показатели гликированного гемоглобина (НbА1с) не превышают уровня 7,5 % и не изменяются в динамике. Характерна сохранная секреция инсулина и С-пептида, в т. ч. на фоне стимуляции при оральном глюкозотолерантном тесте. Гестационный диабет может протекать как с повышением гликемии натощак, так и в виде НТГ [9].
Другой не менее распространенный вариант MODY3 (20-75 %) обусловлен мутациями в гене ядерного фактора гепатоцитов-1α (HNF1A), приводящими, как и при других мутациях генов факторов транскрипции, к дефекту в метаболизме инсулиновой секреции и/или снижению количества β-клеток [10]. Ген HNF1Aэкспрессирован в β-клетках поджелудочной железы, печени, почках и половых органах. Более 300 различных мутаций, приводящих к развитию MODY3, были обнаружены как в кодирующей последовательности, так и в промоторе (http://www.hgmd.cf.ac.uk/). Клинически MODY3 чаще протекает как “мягкая” форма СД, но и пограничная гипергликемия натощак, и НТГ при MODY3 нередки. Поскольку HNF1A также экспрессируется в почках, патогномоничным признаком MODY3 является глюкозурия в сочетании с нормогликемией у пациентов без заболеваний почек [11]. Нередко СД типа MODY3 ошибочно диагностируется как СД 1 типа. Нетипичными для СД 1 типа являются отсутствие кетоза при манифестации заболевания и благоприятное течение - характерна удовлетворительная компенсация заболевания (содержание HbA1c≤ 8 %) на фоне малой потребности в инсулине. Поскольку MODY3 ассоциирован с прогрессирующим снижением инсулиновой секреции, ожидаемо развитие всего спектра сосудистых осложнений [12]. Несмотря на то что пациенты с мутациями в гене HNF1Aпо сравнению с другими подтипами MODY наиболее чувствительны к гипогликемическому эффекту препаратов сульфонилмочевины, по мере снижения инсулиновой секреции вероятно назначение инсулинотерапии [13].
Сахарный диабет типа MODY1, обусловленный мутациями в гене ядерного фактора гепатоцитов-4α (HNF4A), занимает третье место по частоте, но встречается менее чем в 5 % случаев среди всех вариантов MODY [14]. Клиническая картина крайне схожа с MODY3. Протекает без глюкозурии (ген не экспрессируется в почках), у взрослых сочетается со снижением уровней триглицеридов и аполипопротеидов, у новорожденных описаны гипогликемии в сочетании с макросомией [6]. Таким образом, данный вариант MODY следует иметь в виду, когда диазоксид-чувствительный гиперинсу- линизм (неонатальная гипогликемия) новорожденных с макросомией (более 4,4 кг) был диагностирован в семье с доминантным типом наследования диабета, а также в случае, когда клиническая картина заболевания крайне схожа с MODY3, но молекулярно-генетическое исследование не выявило мутаций в гене HNF1A [15].
Довольно редкий, но яркий по своей клинической симптоматике тип MODY5 впервые был описан в 1997 г. [16]. Помимо тяжелого сахарного диабета MODY5 сочетается с поликистозом почек либо почечной дисфункцией, которая предшествует манифестации диабета, а также с врожденными аномалиями развития внутренних гениталий у девочек (аплазия влагалища, рудиментарная или двурогая матка). Пациенты с HNF-lβ-мутациями в отличие от пациентов с HNF-lα-мутациями, не чувствительны к сульфонилмочевине и обычно требуют инсулинотерапии [17].
Гетерозиготные мутации в гене IPF1(фактор промотера инсулина) приводят к нарушению развития β-клеток, и в этом случае развиваются различные типы нарушений метаболизма глюкозы от НТГ до инсулиннезависимого СД (MODY4) [18]. Гомозиготные или компаундгетерозиготные мутации в данном гене приводят к развитию перманентного СД новорожденных с экзокринной панкреатической недостаточностью, обусловленной агенезией (гипоплазией) поджелудочной железы. NEUROD1 -фактор транскрипции, экспрессирующийся в развивающихся и зрелых панкреатических β-клетках. Являясь фактором нейрогенной дифференцировки 1, NEUROD1 также экспрессируется в нейронах центральной и периферической нервной системы. Гетерозиготные мутации в гене NEUROD1 ассоциированы с MODY6, при котором нарушена экспрессия гена инсулина, и клинически он протекает как тяжелый СД [19]. Причиной MODY7 признаны мутации в гене KLF11, при которых нарушаются рост и дифференцировка β-клеток, регуляция гена инсулина, что обуславливает развитие СД с фенотипом 2 типа, но с доминантной формой наследования и без ожирения [20]. MODY8 описан в двух норвежских семьях с СД и экзокринной дисфункцией поджелудочной железы, обусловлен мутациями в гене CEL, кодирующем карбоксилэстерлипазу [21]. Мутации в гене PAX4приводят не только к нарушению развития β-клеток, но и к ослаблению процессов их регенерации в последующей взрослой жизни, ведут к развитию диабета с прогрессирующим снижением уровня инсулина, развитием сосудистых осложнений. MОDY10, связанный с гетерозиготными мутациями в гене INS,протекает в виде непрогрессирующей гипергликемии и успешно корректируется диетой [23]. В случае MODY11-мутации в гене BLK-киназы В-лимфоцитов, которая действует как стимулятор синтеза и секреции инсулина в ответ на глюкозу, выявляется фенотип СД 2 типа [24].
В целом дифференциальная диагностика вариантов MODY основана на характере и вариантах течения нарушений углеводного обмена, типе инсулинового ответа при проведении глюкозотолерант-ного теста, а также наличии патогномоничной органной патологии, отражающей экспрессию генных мутаций.
Таким образом, можно выделить наиболее достоверные клинические критерии, помогающие заподозрить СД типа MODY:
- Раннее начало заболевания (до 25 лет хотя бы у одного члена семьи).
- Умеренная гипергликемия натощак (глюкоза в плазме 7-8,5 ммоль/л) без клинических признаков СД у детей и молодых взрослых либо НТГ, либо фенотип СД типа 1, характеризующийся одним или несколькими из следующих признаков:
- отсутствие кетоацидоза при манифестации, а также на фоне отсутствия терапии инсулином;
- компенсация заболевания (HbA1c≤8 %) на фоне малой потребности в инсулине;
- длительная (≥ 3 лет) ремиссия без периодов декомпенсации;
- сохранение секреторной активности β-клеток (уровень С-пептида находится в пределах нормы);
- отсутствие маркеров аутоиммунной реакции против β-клеток (антител к островковым клеткам, глутаматдекарбоксилазе, инсулину).
3. Глюкозурия в сочетании с гликемией ниже 10 ммоль/л у пациентов без заболеваний почек.
4. Высокая чувствительность к препаратам сульфонилмочевины: развитие гипогликемий даже на фоне применения небольших доз этих препаратов.
5. Сочетание СД с тяжелой врожденной патологией почек (поликистоз), внутренних половых органов у девочек, поджелудочной железы.
6. Наличие родственников 1-й или 2-й степени родства без ожирения и инсулинорезистентности с СД, НТГ или пограничной гипергликемией натощак, заболевших в молодом возрасте (до 45 лет).
Неонатальный диабет
В настоящее время определение “Неонатальный сахарный диабет” (НСД) объединяет группу гетерогенных по этиопатогенезу и клинической картине заболеваний, сопровождающихся стойкой (более 2 недель) гипергликемией у детей первых 6 месяцев жизни, требующей назначения сахароснижающей терапии [25]. Менее 1 % всех случаев НСД приходится на СД 1 типа, остальные случаи имеют моногенную природу.
В настоящее время в большинстве европейских стран частота НСД составляет 1 : 160 тыс. - 300 тыс. новорожденных. У 50 % пациентов НСД является транзиторным (ТНСД) и, как правило, регрессирует в течение первого года жизни [26]. Перманентный НСД (ПНСД) требует пожизненного назначения сахароснижающей терапии [27].
В основе ТНСД лежит снижение секреции фетального инсулина β-клетками поджелудочной железы [28]. Заболевание манифестирует в течение первых двух месяцев жизни ребенка высоким уровнем гликемии, дефицитом веса и роста при рождении. В отдельных случаях встречаются макроглоссия и дефекты передней брюшной стенки. В 40-50 % случаев возможно развитие рецидива СД в старшем возрасте - чаще во время беременности или в период пубертата. Назначение инсулинотерапии и физиологической диеты позволяет достигать компенсации метаболических нарушений, а спустя несколько месяцев от начала заболевания возникает спонтанная клиникометаболическая ремиссия. Этиология ТНСД в настоящее время установлена в 90 % случаев - основной причиной развития заболевания является нарушение созревания панкреатических β-клеток в результате аномалий хромосомы 6q24 (до 70 % случаев) [29]. Около 25 % случаев ТНСД обусловлено дисфункцией АТФ-зависимых К-каналов вследствие активирующих мутаций в генах KCNJ11 и ABCC8, результатом которых является нарушение секреции инсулина в ответ на повышение уровня гликемии [30].
ПНСД является более гетерогенным состоянием. На сегодняшний день идентифицировано более 10 генов, дефекты которых вызывают развитие ПНСД. Большинство выявленных мутаций являются спонтанными, часть передается по наследству. Основные молекулярно-генетические причины возникновения ПНСД можно разделить на три большие группы. К первой группе относят аномалии развития поджелудочной железы в результате мутаций в генах факторов транскрипции, контролирующих нормальную закладку и дифференцировку эндокринных, в ряде случаев - экзокрин- ных панкреатических клеток, а также экспрессию ключевых генов β-клеток, включая ген проинсулина (INS). В настоящее время к данной группе мутаций также относят гомозиготные или компаундгетеро-зиготные мутации в гене IPF-1, вызывающие развитие агенезии (гипоплазии) поджелудочной железы, что фенотипически проявляется сочетанием ПНСД с синдромом мальабсорбции [31]. В случае мутаций в гене PTFA1 НСД сочетается с церебральной агенезией [32]. Кроме того, к данной группе можно отнести крайне редкие случаи синдромального ПНСД в результате гомозиготных или компаунд- гетерозиготных мутаций в генах факторов транскрипции GLIS3 [33], NEUROD1 [34], NEUROG3 [35], RFX6[36], участвующих в закладке и дифференцировке панкреатических β-клеток.
Мутации в гене GLIS3приводят к развитию ПНСД в сочетании с врожденным гипотиреозом, а у ряда пациентов - к врожденной глаукоме, поликистозу почек и фиброзу печени. Гомозиготные мутации в гене NEUROD1 описаны у пациентов с НСД, задержкой психомоторного развития, выраженной гипоплазией мозжечка, нейросенсорной тугоухостью и зрительными аномалиям от миопии до дистрофии сетчатки. NEUROG3 - фактор транскрипции, играющий ключевую роль в развитии панкреатических и энтероэндокринных клеток. В результате гомозиготных гипоморфных мутаций в данном гене развивается редкая форма ПНСД в сочетании с тяжелым синдромом мальабсорбции, требующим смешанного (энтерального и парентерального) питания в течение длительного времени. Гомозиготные мутации в гене RFX6 описаны у пациентов с синдромом Митчелла-Релея (Mitchell-Riley syndrome), включающим ПНСД с первых дней жизни, гипоплазию поджелудочной железы, атрезию или мальротацию двенадцатиперстной или тонкой кишки, гипоплазию или атрезию желчного пузыря.
Вторая группа мутаций представлена дефектами генов INS [16], EIF2AK3 [17], FOXP3[18], вызывающих развитие ПНСД в результате преждевременного β-клеточного апоптоза. ПНСД, ассоциированный с гомозиготными и компаундгетерозиготными мутациями гена INS, в подавляющем большинстве случаев манифестирует в течение первых 6 месяцев жизни ребенка (15-20 % от всех случаев НСД, чаще 1-24-й день жизни), для него характерны низкие весо-ростовые показатели при рождении, свидетельствующие о внутриутробном дефиците инсулина [37]. Дефекты гена EIF2AK3связаны с развитием синдрома Wolcott-Rallison, представляющего собой редкое заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования, частое для близкородственных браков. Клинически для таких пациентов характерно сочетание инсулинзависимого НСД с задержкой роста и множественной спондилоэпи- физарной дисплазией. Другие клинические проявления синдрома Wolcott-Rallison крайне вариабельны и включают задержку умственного развития, гепато- и нефропатию, врожденные пороки развития сердечно-сосудистой системы, нарушение экзокринной функции поджелудочной железы, нейтропению [38].
Дефекты гена FOXP3 ассоциированы с синдромом IPEX (Immune dysregulation, Polyendocrinopathy, Enteropathy, X-linked), тяжелым наследственным заболеванием с крайне неблагоприятным прогнозом для жизни. В большинстве случаев IPEX-синдром дебютирует вскоре после рождения или в течение первых 3-4 месяцев жизни. Наличие мутаций в гене FOXP3 обуславливает повышение иммунологичес-кой реактивности организма и многократно увеличивает риск развития аутоиммунных заболеваний. Фенотипические проявления синдрома крайне вариабельны. К основным диагностическим критериям относят наличие энтеропатии (в 100 % случаев), НСД (около 70 %), эксфолиативного дерматита (около 65 %), тиреоидита (около 30 %) и рецидивирующих инфекций [39].
Для практической деятельности наиболее интересна третья группа мутаций, обусловливающих функциональные нарушения со стороны нейроэндокринных АТФ-зависимых К+-каналов панкреатических β-клеток. Эти каналы регулируют поток ионов калия через клеточную мембрану, связывая внутриклеточный метаболизм глюкозы с электрическим потенциалом β-клетки и последующим повышением секреции инсулина [29]. К данной группе мутаций относят дефекты генов KCNJ11, ABCC8, кодирующих KIR6.2- и SUR1-субъединицы АТФ-зависимых каналов, а также гена GCK. Гомозиготные или компаунд-гетерозиготные мутации в гене глюкокиназы (GCK) приводят к возникновению ПНСД в первые дни жизни ребенка, требующего назначения инсулинотерапии [40].
На сегодняшний день дефекты гена KCNJ11, впервые описанные в 2004 г., считаются ведущей причиной развития ПНСД и встречаются в 30-50 % случаев заболевания [41]. Дефекты гена АВСС8, ассоциированные с ПНСД, выявляются у 13-27 % пациентов c этой формой диабета [42]. Активирующие мутации в гене KCNJ11нарушают способность АТФ ингибировать KIR6.2-субъединицу К+-каналов либо путем поражения области связывания с АТФ (“binding- mutations”), либо путем увеличения времени, которое KIR6.2-субъединица проводит в открытом состоянии (“gating- mutations”), и по современным представлениям являются самой частой причиной развития ПНСД. Активирующие мутации в гене АВСС8 вызывают увеличение активности SUR1-субъединицы К+-каналов при физиологических концентрациях нуклеотида магния, что приводит к нарушению баланса между процессами открытия, закрытия каналов и нарушению секреции инсулина. Однако при этом сохраняется чувствительность мутантных каналов к препаратам сульфонилмочевины, что позволяет их использовать для компенсации СД данными пациентами.
Для большинства больных с мутациями в генах KCNJ11 и АВСС8 характерно изолированное нарушение углеводного обмена. У 25 % пациентов с мутациями в гене KCNJ11, а также при наличии единичных мутаций в гене АВСС8 течение НСД осложняется неврологической симптоматикой в виде эпилепсии, выраженной задержки психомоторного и речевого развития, мышечной гипотонии. Данное состояние получило название "DEND-синдром": development delay, epilepsy, neonatal diabetes. Также описаны пациенты с промежуточным фенотипом - iDEND (intermediate DEND), характеризующимся умеренной задержкой моторного и речевого развития, отсутствием очагов эпиактивности на ЭЭГ [43].
Клинические проявления НСД крайне неспецифичны. При рождении характерны низкие весо-ростовые показатели, отражающие дефицит инсулина во внутриутробном периоде. Наиболее постоянным клиническим признаком является отсутствие прибавки или прогрессирующая потеря массы тела при адекватном режиме кормления ребенка. Дебют заболевания может как носить бессимптомный характер, так и начинаться с классических проявлений СД вплоть до развития кетоацидотической комы. Наряду с инсулинотерапией в лечении НСД, обусловленного дефектами генов KCNJ11 и АВСС8, с успехом применяются препараты сульфонилмочевины (используется их уникальная способность связываться с SUR1-cубъединицей калиевых каналов, вызывая увеличение секреции инсулина) [30, 41, 44]. Назначение таким пациентам препаратов сульфонилмочевины на фоне полной отмены инсулинотерапии позволяет добиваться стойкой компенсации углеводного обмена, улучшения неврологического компонента заболевания, уменьшения риска возникновения сосудистых осложнений при снижении инвазивности и стоимости лечения, что значительно улучшает качество жизни больных.
Таким образом, очевидно, что молекулярно-генетическое подтверждение диагноза позволяет значительно улучшать клиническую и доклиническую диагностику наследственных случаев СД. Генетический скрининг должен войти в рутинный алгоритм обследования при подозрении на наследуемый характер диабета, а выявленная взаимосвязь гено- и фенотипа (клинический вариант, течение и прогноз заболевания) при данном варианте нарушений углеводного обмена должна учитываться в выборе клинической тактики ведения пациентов.
