Псориаз

Спецпроект посвящен генетическому кожному заболеванию, от которого страдает около 1% россиян. В статьях спецпроекта мы стараемся подробно, достоверно и интересно осветить это заболевание со всех возможных сторон. В этом нам помогают наши рецензенты: специалист по псориазу, кандидат биологических наук Алёна Золотаренко и врач-дерматовенеролог, кандидат медицинских наук Михаил Бетехтин.

В предыдущих статьях цикла мы уже познакомились с тем, что такое псориаз вообще и каков его патогенез. Теперь настало время генетики. Псориаз — это очень гетерогенное заболевание с точки зрения генетика. Оно часто передается по наследству: наследуемость, по данным эпидемиологических исследований, оценивается в 60–90%. Семь из 10 пациентов, у которых псориаз диагностировали в детстве, могут «похвастаться» семейной историей этой болезни. Если один из близнецов болеет псориазом, то для второго риски достигают 73%, если речь идет о монозиготной паре, и 12–20% в случае дизиготной [1], [2].

Распространенность псориаза варьирует в разных популяциях, и ученые выделяют несколько клинических подтипов болезни в зависимости от возраста человека в момент начала ее развития. Все вышеперечисленные особенности псориаза можно разгадать, пристальнее взглянув на ДНК носителя заболевания. Несмотря на то, что нет определенной мутации, которая обязательно «приговорит» человека к появлению псориаза, существует множество вариантов генов, которые увеличивают риски его развития.

Статистическая сила GWAS

Из-за относительно высокой наследуемости псориаза по всему миру было проведено немало генетических исследований, в которых искали гены, влияющие на риск развития заболевания. GWAS помогают внести хоть какую-то ясность в запутанный патогенез псориаза, поскольку их результаты позволяют выявить «основных подозреваемых» — гены, изменения в которых чаще встречаются у больных, а значит, связаны с развитием этой патологии.

В первой статье цикла уже упоминались PSORS (psoriasis susceptibility loci) — участки, ассоциированные с риском развития псориаза [5]. В целом GWAS выявили около 50 участков предрасположенности к псориазу [6]. Хотя каждая такая область охватывает несколько генов, исследователи выделили в пределах каждого локуса и отдельные гены, которые считают наиболее правдоподобными «виновниками» заболевания с биологической точки зрения — с учетом функции кодируемых ими белков [1]. Вклад генов, обнаруженных GWAS, в наследуемость болезни составляет для европейцев менее 25% [7] — правда, это может быть связано с тем, что с помощью GWAS трудно «засечь» редкие варианты генов, ассоциированных с риском псориаза.

Однако генетические факторы риска — это вовсе не приговор. Если у человека есть вариант гена, ассоциированный с риском псориаза, это отнюдь не значит, что заболевание у него разовьется. Например, у большинства носителей аллеля HLA-Cw6 — самого «мощного» фактора предрасположенности — псориаза таки нет [3].

Теперь стόит, наконец, посмотреть, какие же гены влияют на псориаз. За основу псориаза всё чаще принимают нарушение взаимодействия между иммунными клетками и резидентными клетками кожи (рис. 2) [8]. При этом аллели, выявленные как «факторы риска», могут быть активны только в одном типе клеток — например, в клетках кожи или в каком-то типе иммунных клеток, — а могут функционировать и в разных типах клеток. Таким образом, чтобы разобраться в том, что такое псориаз с генетической точки зрения, нужно вместе сложить как минимум три части пазла: врожденный иммунитет, приобретенный иммунитет и барьерную функцию кожи [1]. Иллюстрацией врожденного иммунитета послужит путь сигналинга NF-kB; примером адаптивного станут гены, вовлеченные в процесс презентации антигена; и наконец разговор зайдет о генах, чьи продукты важны для поддержания барьерной функции кожи.

Конечно, «частей пазла» гораздо больше, и GWAS выявил множество локусов предрасположенности к псориазу, связанных с другими молекулярными каскадами. Однако эти три темы — самые главные.

Врожденный иммунитет: сигнальный путь NF-kВ

В развитии псориаза важную роль играет врожденный иммунитет. Так, с помощью данных GWAS, для европейской популяции были определены гены в сигнальных каскадах врожденного иммунитета, связанные с патогенезом псориаза. Многие из них уже знакомы читателю по статье «Патогенез псориаза: Т-хелперы, цитокины и молекулярные шрамы»: гены каскада NF-kB (например, REL, TNIP1, NFKBIA и CARD14), участники путей регуляции Т-клеток (например, RUNX3, IL13, TAGAP, ETS1 и MBD2) и противовирусного сигналинга (например, IFIH1, DDX58 и RNF114) [9]. Работа этих генов разобрана на картинках ниже.

Как же на развитие этой болезни могут влиять гены, кодирующие различные молекулы из сигнального каскада NF-kВ, который мы выбрали в качестве примера? Путь NF-kB в основном регулирует клеточный ответ на стресс, например, на инфекции [10]. Также он играет важную роль в воспалении и апоптозе. Неоднократно было показано, что этот сигнальный путь активирован в коже, пораженной псориазом. NF-kВ — это ключевой фактор транскрипции в иммунных реакциях (во всех типах клеток, не только в иммунных). Он находится в цитоплазме клетки в комплексе со своим ингибитором IkB. Многие клеточные рецепторы иммунной сигнализации вызывают активацию сигнального каскада NF-kВ. После связывания активирующего лиганда с поверхностным рецептором происходит опосредованная адапторными белками передача активирующего сигнала в клетку, ингибитор IkB фосфорилируется IkB-киназой (IKK) и следует на деградацию, а освобожденный NF-kВ направляется в ядро, где и индуцирует экспрессию генов, связанных с воспалением [6].

Сам по себе NF-kВ — димер, в состав которого могут входить разные субъединицы: p50, p52, RelA(p65), Rel-B, c-Rel. Ген c-Rel находится в локусе предрасположенности к псориазу. Вдобавок c-Rel может непосредственно регулировать рост кератиноцитов и прохождение ими клеточного цикла.

Одним из важных адапторных белков, регулирующих активацию NF-kB, является белок CARD14 из семейства CARD. Исследования показали роль белков этого семейства в развитии псориаза, а также других воспалительных заболеваний. Из всех белков семейства (CARD6,8,9,10,11,14) именно CARD14 наиболее важен для развития псориаза (рис. 3) и, пожалуй, наименее изучен. Ученые обнаружили, что его ген входит в один из локусов предрасположенности к псориазу, PSORS2, а белок синтезируется в кератиноцитах и эндотелиальных клетках. Мутации в CARD14, ведущие к появлению заболевания, активируют сигналинг NF-kB и производство некоторых воспалительных цитокинов и хемокинов в обоих типах клеток [6]. На этом мы не прощаемся с CARD14 — он еще пригодится нам в разговоре про подтипы псориаза.

Адаптивный иммунитет: презентация антигена

Хотя нарушения в генах врожденного иммунитета увеличивают риск возникновения псориаза, гены адаптивного иммунитета тоже вносят свою лепту в развитие заболевания. Согласно генетическим исследованиям, локус, играющий самую важную роль в предрасположенности к псориазу у населения Европы и Китая, — это HLA-Cw6. Он входит в PSORS1 и, в зависимости от изучаемой популяции, встречается у каждого пятого, а то и каждого второго пациента с псориазом. HLA-Cw6 — это один из аллелей гена рецептора HLA-C, относящегося к главному комплексу гистосовместимости I (MHCI). Белки MHCI располагаются на ядросодержащих клетках и являются ключевыми молекулами иммунного надзора. Они представляют внутриклеточные пептиды цитотоксическим Т-клеткам иммунной системы (рис. 4). Если антиген оказывается чужеродным, то следует немедленная реакция: иммунные клетки избирательно убивают только эти поврежденные или зараженные клетки.

Ученые связали с предрасположенностью к псориазу и полиморфизмы гена ERAP1 [6]. Он кодирует аминопептидазу 1 эндоплазматического ретикулума, тоже вовлеченную в процесс презентации пептидов на MHCI.

Была выявлена важная роль оси IL23—Th17 в развитии псориаза: в частности, генов TNFAIP3, IL23R, IL12B, TRAF3IP2, IL23A и STAT3 (рис. 5). Как оказалось, Th17 в очаге воспаления выделяют цитокины IL-1, IL-17 и другие молекулы, которые воздействуют на кератиноциты, тем самым активируя их [9], [11]. Эта находка позволила разработать препараты-ингибиторы IL-23 или IL-17, которые с разной долей успеха могут применяться в клинической практике. И об одном таком препарате пойдет речь в главе про фармакогеномику.

Генетика и барьерная функция кожи

Как уже отмечалось в предыдущих статьях, псориатические поражения отличаются от здоровой кожи на клеточном уровне. Они характеризуются измененной дифференцировкой кератиноцитов и неполноценной кератинизацией, в том числе и нарушением образования ороговевшего слоя клеток. Потеря воды через кожу у больных псориазом больше, чем у здоровых. Хотя основной молекулярный механизм этой особенности пока не ясен, считается, что здесь «виноваты» кератиноциты, которые не справляются с возложенной на них задачей по поддержанию барьерной функции.

Сами кератиноциты рогового слоя в здоровой коже погружены в липидный матрикс, который поддерживает барьерные функции кожи. Образно такую структуру сравнивают с кирпичами, скрепленными друг с другом строительным раствором. При развитии же псориаза липидный профиль меняется, количество липидов снижается, и, следовательно, барьерная функция нарушается [12], [13].

При псориазе синтез белков в роговом слое оказывается разбалансированным по сравнению со здоровой кожей. Многие гены, мутации в которых приводят к развитию псориаза, входят в комплекс генов дифференцировки эпидермиса (epidermal differentiation complex) [14]. Например, экспрессия ранних маркеров дифференцировки — инволюкрина, корнеодесмозина (CDSN), цистатина А, малых богатых пролином белков и трансглутаминазы 1 увеличивается, тогда как экспрессия поздних маркеров дифференцировки, таких как лорикрин и филаггрин, уменьшается. Из-за этого внешний ороговевший слой клеток формируется не так, как надо, что может влиять и на барьерную функцию кожи [15].

Бета-дефензины — это пептиды, обладающие широким спектром антимикробной активности и ответственные за поддержание химического барьера кожи. Обнаружено, что относительный риск псориаза увеличивается при наличии в геноме каждой дополнительной копии гена человеческого бета-дефензина 2 (hBD-2) — DEFB4 (свыше первых двух копий). Иными словами, если в геноме присутствует избыточное количество генов бета-дефензинов, вероятность развития псориаза увеличивается.

Как показали исследования геномов европейцев и китайцев, большую роль в развитии псориаза играет и группа LCE-генов (генов «позднего рогового конверта», late cornified envelope) — она тоже входит в комплекс генов дифференцировки эпидермиса (рис. 6). LCE-кластер из 18 генов кодирует белки рогового слоя эпидермиса. Особое внимание в контексте разговора о псориазе нужно обратить на гены LCE3C и LCE3B, входящие в PSORS4 [7]. Предполагается, что делеции этих генов ухудшают восстановление барьерной функции кожи после травмы [9]. Однако, как признают ученые, такие рассуждения сейчас больше похожи на спекуляцию: частота встречаемости делеций в общей популяции тоже очень высока — около 60–70%. Возможно, эти мутации возникли не на пустом месте и даже помогли с эволюционной точки зрения. Так, если после незначительной травмы кожный барьер восстановится не полностью, и через него в организм попадут антигены, они, с одной стороны, не вызовут серьезного заражения, а с другой — подстегнут работу иммунной системы [15].

Такой разный псориаз: подтипы болезни

Исследования геномов пациентов с псориазом показали, что, скорее всего, это не одно заболевание, а несколько схожих. Такой вывод не стал большим сюрпризом. Уже давно отмечали, что у пациентов псориаз появляется в разное время: или в молодом возрасте, или после 40 лет. Соответственно, ученые разделили псориаз на подтип 1 и подтип 2, которые оказались различны и генетически. GWAS показали, что предрасположенность к подтипу 1 связана в первую очередь с локусом HLA-C. С риском развития 2-го подтипа сильнее всего коррелирует полиморфизм IL1R1. К сожалению, пока что неясно, как генетические особенности влияют на возраст проявления болезни у пациента. Для ответа на этот вопрос нужны дополнительные исследования [9].

Есть и другое деление псориаза на подтипы. Например, в 1910 году был впервые задокументирован случай генерализованного пустулезного псориаза (generalized pustular psoriasis, GPP), необычного по своим симптомам варианта этой болезни. Его обычно сопровождают системные симптомы вроде лихорадки, и он может даже угрожать жизни пациента. Проявляется GPP в любом возрасте, и спровоцировать его развитие могут инфекции, беременность, гипокальциемия, связанная с гипотиреозом, и медикаменты. Целый век причины болезни оставались неизвестными, поскольку симптомы и триггеры появления бляшек были слишком разнообразными. Только несколько лет назад установили, что все случаи этого подтипа болезни объединяет генетический «фон»: мутации в генах IL36RN и CARD14 [9], [16].

Путь к лекарству: фармакогеномика

У тех, кто впечатлился количеством участков предрасположенности к псориазу, выявленных GWAS, может возникнуть вопрос: а зачем это всё было, помимо любви к науке и воссозданию целостной картины мира (а также некоторой помощи в предсказании проявления и течения заболевания)? Ответом будет особое направление фармакологии — фармакогеномика, изучающая восприимчивость пациента к тем или иным вариантам лечения в зависимости от его генетических особенностей. Результаты генетических исследований вполне можно преобразовать в помощь людям, страдающим от псориаза: создать лекарства, нацеленные на те белки или гены, в которых были обнаружены мутации, и разобраться, почему возникают определенные побочные эффекты в ответ на лечение.

Фармакогеномика псориаза всё еще находится на «младенческой» стадии развития. Однако заявка на движение в сторону введения персонализированной медицины в клинической практике уже была сделана. Цель фармакогеномики — разделить пациентов по результатам геномного теста и подобрать терапию, специфическую для каждой выделенной группы. В идеале лечение для каждого человека с псориазом вообще окажется персонализированным, или стратифицированным. Лекарственная терапия каждому пациенту будет подбираться на основании его уникальных характеристик, а не по среднестатистическим характеристикам всей популяции. Если говорить по-простому, то благодаря такому подходу удастся назначить правильный препарат для «правильного» пациента в правильной дозе и в нужное время [4], [17].

Голубой мечтой пока остается прогностическое использование генетического теста у каждого пациента ab initio. В идеале по его результатам можно было бы предсказать заранее, какой препарат окажется эффективнее и каких потенциальных осложнений от лекарств ожидать. Кроме того, это ускорило бы лечение и снизило бы его стоимость. Именно такую стратегию считают наиболее перспективной сами ученые [18]. Но для ее реализации необходима коммуникация не только внутри научного сообщества. В Великобритании, например, уже 20 лет проходят международные конференции под слоганом «Псориаз: От гена к клинике» (Psoriasis: From Gene to Clinic), где ведущие клиницисты, ученые, представители фармацевтической и биотехнологической промышленностей обсуждают последние генетические новости и их применение во врачебной практике [19].

Хотя до полностью персонализированной медицины еще далеко (как в случае с псориазом, так и относительно других заболеваний), GWAS всё же принеcли свои плоды.

Одно из крупнейших и наиболее полных фармакогенетических исследований в области псориаза посвящено изучению эффективности лечения метотрексатом (methotrexate). Это цитостатический препарат, оказывающий иммуносупрессивное действие на организм. С ответом на метотрексат оказались связаны три SNP в гене ABCC1 и два в гене ABCG2. Однако не было обнаружено строгой взаимосвязи между клиническим исходом лечения и полиморфизмами четырех других генов, которые кодируют ферменты внутриклеточного метаболизма этого препарата. Кроме того, были определены и несколько генов, чьи аллели могут быть ассоциированы с токсичностью препарата или плохим клиническим ответом на него.

Другой препарат, привлекший внимание ученых-генетиков, — ацитретин (acitretin), синтетический ретиноид. У него множество побочных эффектов, в том числе гиперлипидемия и тератогенность, поэтому он используется как препарат второй линии лечения тяжелых форм псориаза. Предсказать ответ пациентов на этот препарат, как оказалось, можно с помощью анализа полиморфизмов генов аполипопротеина Е (APOE) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF).

Еще один интересный препарат — устекинумаб (ustekinumab), моноклональное антитело, нацеленное на общую субъединицу интерлейкинов IL-12 и IL-23 — p40. Установили, что синтез субъединицы р40 увеличивается при развитии псориаза. Препарат ингибирует воспалительные сигнальные пути с участием IL-12/23 (рис. 7) [20], которые играют немаловажную роль в патогенезе хронического воспаления эпителия и о которых «биомолекула» уже рассказывала во второй статье цикла [21]. Роль IL-12 трудно переоценить, ведь с помощью его секреции дендритные клетки могут «направить» наивные Т-клетки на путь Th1. IL-23 в предполагаемых схемах патогенеза псориаза долгое время не фигурировал. До тех пор, пока не обнаружилось, что этот цитокин связан с новым типом Т-клеток — Th17. Сейчас уже ясно, что иммуногенетическая связь IL-23 и развития псориаза довольно сильна, и идентифицированы полиморфизмы, ответственные за это.

Было проведено несколько исследований того, как меняется экспрессия генов после одной инъекции ингибитора IL-12/23, устекинумаба. По экспрессии, как считают ученые, можно предсказать, пройдет ли лечение данного пациента успешно или он не ответит на препарат [7].

Где же истина, или почему результаты разных GWAS часто противоречат друг другу

Окончательные выводы по генетической основе псориаза делать еще рано — несмотря на то, что с помощью GWAS было найдено множество генов, ассоциированных с этой болезнью. На самом деле в результатах многих GWAS есть противоречия и ограничения, наложенные и предметом исследования, и методами исследования.

В первую очередь, псориаз — это очень сложное, комплексное заболевание, характеризующееся значительной фенотипической гетерогенностью. В его развитии принимает участие множество взаимовлияющих генетических и негенетических факторов. Ожидать, что прочтение ДНК сразу покроет все белые пятна в изучении псориаза, было бы неразумно.

Немало вопросов возникает и по отношению к дизайнам самих работ. К примеру, большинство работ ретроспективны, то есть в них анализируются результаты предыдущих исследований и собранный другими авторами исходный материал. Кроме того, количество пациентов-участников во многих публикациях довольно мало. Используются и разные критерии успешности лечения. Наконец, иногда в одном исследовании смешивают представителей разных этнических групп или пациентов, принимавших разные лекарства, — конечно, это тоже влияет на результат генетического анализа [71]. Будем надеяться, что в ближайшее время появятся крупномасштабные исследования, проведенные в однородных популяциях.

Однако есть и еще одно объяснение того, почему анализ первичного генетического материала не дает всех ответов, — это эпигенетика. Именно в ней причина того, что из двух монозиготных близнецов (обладающих одинаковыми генотипами) псориаз иногда возникает только у одного. Из-за внешних воздействий экспрессия генов может меняться, и инструментов такой регуляции множество: метилирование ДНК, химические модификации гистонов, микроРНК... Среди эпигенетических факторов, ответственных за патогенез и/или прогрессирование псориаза, называют условия окружающей среды, воздействие различных инфекционных агентов (особенно стрептококков группы А), психологический стресс, курение, ожирение, чрезмерное употребление алкоголя, применение ряда лекарств, включая нестероидные противовоспалительные средства и иммуномодуляторы, и многое другое [8], [11], [22]. Захватывающие детали влияния эпигенетики на развитие псориаза ждут вас уже в следующей статье цикла!

Литература

1. Mahil S.K., Capon F., Barker J.N. (2015). Genetics of psoriasis. Dermatol. Clin. 33, 1–11;
2. Villarreal-Martínez A., Gallardo-Blanco H., Cerda-Flores R., Torres-Muñoz I., Gómez-Flores M., Salas-Alanís J. et al. (2016). Candidate gene polymorphisms and risk of psoriasis: A pilot study. Exp. Ther. Med. 11, 1217–1222;
3. Elder J.T., Bruce A.T., Gudjonsson J.E., Johnston A., Stuart P.E., Tejasvi T. et al. (2010). Molecular dissection of psoriasis: integrating genetics and biology. J. Invest. Dermatol. 130, 1213–1226;
4. Foulkes A.C. and Warren R.B. (2015). Pharmacogenomics and the resulting impact on psoriasis therapies. Dermatol. Clin. 33, 149–160;
5. Псориаз: на войне с собственной кожей;
6. Harden J.L., Krueger J.G., Bowcock A.M. (2015). The immunogenetics of psoriasis: a comprehensive review. J. Autoimmun. 64, 66–73;
7. O’Rielly D.D. and Rahman P. (2015). Genetic, epigenetic and pharmacogenetic aspects of psoriasis and psoriatic arthritis. Rheum. Dis. Clin. North. Am. 41, 623–642;
8. Pivarcsi A., Ståhle M., Sonkoly E. (2014). Genetic polymorphisms altering microRNA activity in psoriasis—a key to solve the puzzle of missing heritability? Exp. Dermatol. 23, 620–624;
9. Ray-Jones H., Eyre S., Barton A., Warren R.B. (2016). One SNP at a time: moving beyond GWAS in psoriasis. J. Invest. Dermatol. 136, 567–573;
10. Eder L., Chandran V., Gladman D.D. (2015). What have we learned about genetic susceptibility in psoriasis and psoriatic arthritis? Curr. Opin. Rheumatol. 27, 91–98;
11. Chandra A., Ray A., Senapati S., Chatterjee R. (2015). Genetic and epigenetic basis of psoriasis pathogenesis. Mol. Immunol. 64, 313–323;
12. van Smeden J., Janssens M., Gooris G.S., Bouwstra J.A. (2014). The important role of stratum corneum lipids for the cutaneous barrier function. Biochim. Biophys. Acta. 1841, 295–313;
13. Sahle F.F., Gebre-Mariam T., Dobner B., Wohlrab J., Neubert R.H. (2015). Skin diseases associated with the depletion of stratum corneum lipids and stratum corneum lipid substitution therapy. Skin Pharmacol. Physiol. 28, 42–55;
14. Kypriotou M., Huber M., Hohl D. (2012). The human epidermal differentiation complex: cornified envelope precursors, S100 proteins and the ’fused genes’ family. Exp. Dermatol. 21, 643–649;
15. Bergboer J.G., Zeeuwen P.L., Schalkwijk J. (2012). Genetics of psoriasis: evidence for epistatic interaction between skin barrier abnormalities and immune deviation. J. Invest. Dermatol. 132, 2320–2331;
16. Sugiura K. (2014). The genetic background of generalized pustular psoriasis: IL36RN mutations and CARD14 gain-of-function variants. J. Dermatol. Sci. 74, 187–192;
17. Sutherland A., Power R.J., Rahman P., O’Rielly D.D. (2016). Pharmacogenetics and pharmacogenomics in psoriasis treatment: current challenges and future prospects. Expert. Opin. Drug Metab. Toxicol. 12, 923–935;
18. Menter M.A. and Griffiths C.E. (2015). Psoriasis: the future. Dermatol. Clin. 33, 161–166;
19. Psoriasis: from gene to clinic congress report. (2015). J. Clin. Aesthet. Dermatol. Supplement 1. 7, 17–25;
20. Teng M.W., Bowman E.P., McElwee J.J., Smyth M.J., Casanova J.L., Cooper A.M., Cua D.J. (2015). IL-12 and IL-23 cytokines: from discovery to targeted therapies for immune-mediated inflammatory diseases. Nat. Med. 21, 719–729;
21. Псориаз: Т-хелперы, цитокины и молекулярные шрамы;
22. Hawkes J.E., Nguyen G.H., Fujita M., Florell S.R., Callis Duffin K., Krueger G.G., O’Connell R.M. (2016). microRNAs in psoriasis. J. Invest. Dermatol. 136, 365–371;
23. Bowcock A.M. and Krueger J.G. (2005). Getting under the skin: the immunogenetics of psoriasis. Nat. Rev. Immunol. 5, 699–711.