Продолжение книги "Врачевание" (размышления детского врача).
1.5. Экстракорпоральное оплодотворение и эпигенетика
Необычайно популярным методом преодоления бесплодия стало ЭКО (экстракорпальное оплодотворение). Идея простая, техника сложная и требует высокой квалификации. Возможно, поэтому гинеколог В.И.Кулаков хвалит эту методику и считает ее чрезвычайно перспективной. Напротив, педиатр А.А.Баранов справедливо отзывается о ней критически и говорит, что “ дети из пробирки“ в 80% случаев стали инвалидами, и у них в ответ на вакцинацию не было роста иммунитета. Следовательно, по его мнению, возник врожденный иммунодефицит, представляющий опасность для выживания таких детей. Он подчеркивает и излишнюю коммерческую заинтересованность в ЭКО соответствующих центров. Возражает он и против оплаты государством этих дорогих методик (12). В ряде других стран, гораздо менее богатых, государство оплачивает до 90% стоимости ЭКО до рождения двух детей. На сегодня это пока единственный достаточно надежный способ помочь несчастной семье родить ребенка и почувствовать себя полноценными людьми, обрести счастье материнства и отцовства, часто – сохранить семью.
Как это часто бывает, клинические наблюдения, потребности здравоохранения служат мощным стимулом к научным поискам. В данном случае практические задачи педиатров оказались теснейшим образом связанными с фундаментальной наукой – молекулярной генетикой, ее совершенно новым направлением – эпигенетикой (7). До 5,5% детей имеют врожденные заболевания, в том числе 1,2% приходится на наследственные болезни. Принято считать, что около 5000 болезней человека обусловлены в той или иной степени нарушениями генетического компонента, а морфо-функциональное состояние более 1200 генов связывают с возникновением и развитием определенных болезней. В то же время, научные работы последнего десятилетия дают основание полагать наличие значительной степени связи возникновения, особенностей течения и исходов практически всех болезней человека с состоянием его генома. Достижения генетики в конце 20-го и начале 21-го века по своему научному, философскому и прикладному значению вполне сопоставимы с революционными успехами физики прошлого столетия, а по предстоящим последствиям экономическим, этическим, моральным, социальным и политическим гораздо более впечатляющими и не менее ответственными перед обществом.
Наука о биологии человека тесно связана с изучением и его социальных свойств. Эти две главные характеристики человека неразрывно взаимосвязаны и взаимодействуют. Требования общества к безопасности науки справедливо стали еще более жесткими. Наука не признает национальных, политических или классовых барьеров, ибо служит она всему человечеству. В этом важнейшее кредо науки. Принципиальная особенность клинической медицины в том, что она выступает не только главным потребителем новейших генетических методов диагностики, лечения и профилактики большинства заболеваний человека, но и основным заказчиком исследований в этих направлениях. Одновременно возрастает более широкое и углубленное познание биологии человека, его эволюции, индивидуального развития, адаптации, физиологических и интеллектуальных возможностей. Наметились принципиально новые перспективы снижения смертности и продления здоровой, активной, качественно полноценной жизни. Наряду с клинической генетикой и другими ее традиционными разделами, быстрыми темпами стали развиваться новейшие направления генетики: онкогенетика, фармакогенетика, иммуногенетика, клонирование, искусственное оплодотворение, пересадка и терапия гена, использование стволовых клеток, протеомика и другие. Заново пересматриваются, уточняются или отменяются многие традиционные положения – таковы законы развития науки. Например, классическая догма “ один ген – один белок (фермент)“ дополнилась обширными сведениями об участии того или иного гена в регуляции функций других генов и белков, в наличии системных связей (генетические сети) и взаимовлияний. Установлено множественное действие гена.
Как следует из классической генетики, при оплодотворении яйцеклетки образуется зародыш, имеющий два соматических набора идентичных (гомологичных) хромосом и две половые хромосомы, – всего 46 хромосом. В клетке они случайно перемешиваются и обеспечивают за счет парных аллелей генов (материнских и отцовских) все последующее развитие организма, его “ генетическую судьбу“. Каждая клетка содержит полный набор генов, приблизительно 27000 генов, составляющих единый геном. Значительная часть из них не активные (“молчащие“ гены). Реализация генетической программы в клетках не одинаковая, а зависит от морфофункциональных свойств и назначения специфических тканей, органа. Гену принадлежит информационно-регулирующая роль, он определяет время, порядок, последовательность, ритм, темп и особенность синтеза конкретного белка в конкретной клетке. В свою очередь, каждый ген находится под многообразным и разной интенсивности воздействием других генов, гормонов, ферментов, биологически активных факторов внутренней среды организма и внешних условий. С этим в немалой степени связан тип формирования поливариантности онтогенеза. Гаметогенез, ведущий к образованию половых клеток, содержащих генетическую информацию, может сопровождаться некоторыми биохимическими реакциями на молекуле ДНК – особой маркировкой. Одинаковые гены, полученные от отца и матери, могут в ходе гаметогенеза приобрести и нести особый специфический “ отпечаток“, след пола родителя, что в дальнейшем определяет их значительно различающуюся активность. Этот врожденный феномен получил название “геномный импринтинг“, что до некоторой степени созвучно импринтингу, описанному ранее в этологии (К.Лоренц), а затем в психологии и социологии.
Импринтингу (впечатанию) подвергаются от 0,1% до 1% генов (8). Они образуются в каждом новом поколении во время гаметогенеза после завершения репликации ДНК, не влияют на структуру генов и закодированную в них информацию. Они являются эпигенетической модификацией, делающей различающимися родительские аллели. Молекулярные механизмы, ведущие к этим отличиям, пока не полностью выяснены. Ведущим считается биохимический процесс метилирования цитозиновых оснований ДНК импринтов, в результате которого снижается или блокируется экспрессия генов одной из родительских хромосом. Наиболее часто наблюдается импринтинг генов отцовского происхождения. Например, гены отцовского происхождения, регулирующие рост и развитие эмбриона, в результате метилирования “ замолкают“, не работают, а подобные гены матери, напротив, активизируются и стимулируют рост. В то же время, развитие и формирование плаценты регулируется в основном генами отца. “Антагонистическое“ противодействие этих генов и их групп отмечается не всегда и существенно зависит от уровня их метилирования, состояния генома и других условий. Импринт влияет, как сигнал, подавляет одни гены и освобождает, индуцируя моноаллельную экспрессию кодирующих генов. Метилирование – обратимый ферментативный процесс, и этим принципиально отличается от мутаций. Однако, импринтинг в организме может эпигенетически наследоваться, переходя из поколения в поколение клеток на протяжении всей жизни индивида, не изменяя при этом нуклеотидную последовательность ДНК и не влияя на закодированную генетическую информацию (9).
Метилирование ДНК и геномный импринтинг, очевидно, возникли в процессе естественного отбора и имеют жизненно важное значение, способствуя оптимальному развитию организма и повышая его способность к адаптации в изменяющихся условиях окружающей среды. В процессе интенсивного метилирования ДНК и ее естественной модификации большая часть “ балластного“(Junk DNA) генома остается в неактивном состоянии. Также биологически целесообразным является метилирование промоторной области большинства генов и инактивация одной из двух половых Х-хромосом в женских клетках. Для нормального развития женского организма необходима адекватная сбалансированность половых и соматических генов с инактивацией большинства генов одной из двух Х-хромосом.
С уровнем интенсивности метилирования ДНК связывают контроль экспрессии или супрессии гена и, соответственно, контроль пререкомбинантных событий. Отмечается четкая зависимость: отсутствие метилирования или его малая выраженность свойственны высокой активности гена и, напротив, чем интенсивнее метилирование ДНК, тем существеннее супрессия генов. Метилирование ДНК не только эпигенетически влияет на регуляцию экспрессии импринтированных и часть тканеспецифических генов, стабильно репрессирует гены одной из двух Х-хромосом, поддерживает подавление экспрессии “ молчащих“ генов основного генома, но и, видимо, благодаря избирательности метилирования, поддерживает постоянство, генетическую “ чистоту“ биологического вида, способствуя распознаванию и уничтожению чужеродных ДНК вирусов, “ паразитных “ молекул, проникших в клетку, то есть при метилировании маркируются ДНК по принципу “свои “ и “чужие “.
Метилирование ДНК, геномный импринтинг – естественные проявления жизнедеятельности, в ходе чего контролируется экспрессия генов, эпигенетическое наследование. Однако в этом процессе могут возникать “сбои “, приводящие к развитию тяжелых болезней (10). Метилированные остатки цитозина находятся в составе ДНК в виде 5-метилдезоксицитидина и весьма чувствительны к спонтанному дезаминированию, в ходе которого превращаются в пиримидиновое основание Тимин. Тимин – нестойное соединение, легко подвергающееся различным изменениям, и при этом могут произойти в молекуле ДНК нуклеотидные замены, потери, нарушения структуры и функции некоторых генов. В обычных, повседневных условиях жизнедеятельности все эти повреждения самоустраняются организмом, но в некоторых случаях возникшие соматические мутации не могут быть устранены и приобретают патогенное значение (10). Так, подобный механизм мутации выявлен в гене-супрессоре, кодирующем антионкогенный белок р53. Ген локализован на коротком плече хромосомы 17р13, контролирует процесс репарации ДНК, клеточный цикл развития, экспрессию белка р53. Присутствие в клетке этого белка предупреждает злокачественный рост. В случае мутации гена белка р53 создаются условия для опухолевого процесса (изменения гена обнаружены в 50% всех злокачественных опухолей). Этому же многофункциональному белку в норме принадлежит центральное значение в процессе апоптоза, когда устраняются клетки с генетическими повреждениями. Он влияет также на некоторые другие гены, на рецептор инсулиноподобного фактора роста, на специфический белок, связывающий этот гормон (IGFBP3) и другие.
Вопросы нарушения функций импритинга и метилирования ДНК в последнее десятилетие внезапно привлекли к себе внимание не только ученых и многих практических врачей, но и широкую общественность и прессу. Это связано с выявленными опасными проблемами, возникающими иногда при проведении экстракорпального оплодотворения. Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ) – искусственное оплодотворение яйцеклетки вне организма (в пробирке, интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида, и другие методики оплодотворения) приобрели в развитых странах большое распространение. Оплодотворенная яйцеклетка внедряется в слизистую оболочку матки и воздействует на гены Н19 и IGF2, участвующие, по-видимому, в процессах метилирования, роста и развития эмбриона и затем плода. Изучение эмбрионов, полученных при ВРТ, показало, что нередко на самых ранних стадиях эмбриогенеза могут возникать серьезные эпигенетические нарушения с тяжелыми последствиями. Они проявляются необычным усилением или, напротив, потерей метилирования импринтинга, в первую очередь, генов KCNQ10T1(LIT1, IGF2, H 19). Именно эти гены кодируют и регулируют рост и развитие зародыша. Нарушенная по каким-то причинам эпигенетическая модификация генов может не только затруднить эмбриональное развитие, но и стать причиной врожденной болезни, уродств, и отрицательно влиять на всю последующую жизнь человека после рождения (7). Оказалось, что среди новорожденных, зачатых путем ВРТ, в несколько раз чаще, чем в обычной естественной популяции, выявлялись синдром Беквит-Видеманна, синдром Ангельмана и другие болезни.
Своеобразные эпигенетические мутации, лежащие в основе этих болезней, вызывают нарушения внутриматочного генетического и гормонального программирования роста и развития. Они продолжают вредно действовать и после рождения ребенка, создавая исключительно опасные предпосылки для возникновения у таких детей эмбриональных опухолей: гепатобластомы, нефробластомы, рабдосаркомы, аденокарциномы, нейробластомы. Риск развития злокачественных опухолей у детей, рожденных с помощью ВРТ, достигает 10–20%. Этиология “ болезней импринтинга“ сложная и во многом еще не выяснена. Известно, что речь идет о преимущественно эпигенетических мутациях группы тесно взаимосвязанных и близко расположенных на ДНК генов, влияющих на цикл развития клетки, иногда в сочетании с генетическими повреждениями и неблагоприятными влияниями окружающей среды. Из 80 известных на сегодняшний день генов-импринтов многие вовлечены в регулирование плацентарного и эмбрионального роста. Осложнения, возникающие при использовании ВРТ, несомненно, связаны с отрицательным воздействием на гены-регуляторы и гормоны лабораторной искусственной среды (“пробирки“), но сам механизм повреждений остается неясным. В основе возникновения этих заболеваний лежат эмбриональные нарушения генетического контроля внутриутробного цикла развития, приводящие к несбалансированному замедлению или, напротив, ускорению роста и созревания различных органов и тканей. Это, несомненно, связано с нарушением метилирования ДНК и импринтированием генов, экспрессия которых зависит от их родительского происхождения.
Гены также могут существенно изменить восприимчивость к экологическим сигналам, повышая или понижая силу ответной реакции организма на эти стимулы, нарушая синхронность взаимодействия. Опыты на мышах (наиболее удобная и близкая по генетическому составу экспериментальная модель) наглядно показали, что изменение степени метилирования и прекращение импринтинга, а также разрушение IGF2 рецептора могут приводить к сверхэкспрессии IGF2 гена и возникновению у животных фенотипа, подобного Беквит-Видеманна синдрому. IGF2 ген кодирует эмбриональный фактор роста. В обычных условиях его активность координируется и ограничивается другими генами (Н19 и другие). Рецептор IGF2R – белок, функционально наиболее активный во время внутриутробного развития, максимально локализован в мембране клеток поджелудочной железы и в плаценте, относится к антионкогенам, туморонекротизирующим факторам, а как рецептор – транспортирует через мембрану и направляет IGF2 для деградации к лизосомам. Нарушение регуляции и экспрессии гена рецептора IGF2R ассоциируется с адренокортикальной опухолью, гепатоцеллюларной карциномой, раком грудной железы, желудочной карциномой и другими формами рака.
Активность, степень супрессии и взаимовлияния генов, расположенных в одном локусе, в большинстве случаев зависит от интенсивности метилирования этой зоны и импринтинга генов. Эти факторы довольно изменчивы и потому создается мозаика разнообразных комбинаций. Но при этом индивидуально отличные механизмы действия каждого из генов анализируемой группы “ канализируются“, направлены в общее основное русло – на регуляцию развития, роста и пролиферации, на торможение метаплазии. Однако кариотип сохраняется, структура гена и наследственная программа не повреждены, но в результате нарушения метилирования и импринтинга неадекватно меняется уровень активности генов.
Гетерогенность генетических и эпигенетических нарушений, их взаимодействия, ведущее к болезни, определяет, видимо, и многоликость фенотипа этих болезней. Кроме того, возможны и ограниченные или изолированные патологические синдромы, связанные с генетическими модификациями. Li M.(11) указывает на корреляцию потери метилирования гена KCNQ10T1(LITI) с торможением роста монозиготных близнецов, но усилением развития эмбриональных опухолей (кроме нефросаркомы). Напротив, гиперметилирование Н19 гена ассоциировано с опухолью Вильмса. Потеря импринтинга IGF2 создает потенциальный риск раковых поражений, но в то же время, у 10% людей, остающихся клинически здоровыми, ген лишен импринтинга. Возможно, их надо отнести в группу повышенного риска при канцерогенно опасных условиях окружающей среды.
До сих пор не ясны причины и механизм самого метилирования и его повреждения, а соответственно, и суть импринтинга и его прекращения, не установлена роль наследственной предрасположенности к этим процессам, не выявлен и характер средовых условий. Следует заметить, что ранее в опытах на животных и при клонировании подобные нарушения также нередко отмечались. Сложность проблемы усугубилась и тем, что до сих пор неизвестна степень риска возможности в последующей жизни увеличения частоты опухолевых болезней среди детей, зачатых и родившихся с использованием указанных ВРТ. Установлено, что возникновение опухоли Вильмса (опухоль почки) связано с утратой геномного импринтинга гена IGF2, и подобное выявлено также при раке легкого, раке толстого кишечника и др.
Следует обратить внимание на особый контингент лиц, которым потребовались ВРТ. Это в основном женщины и мужчины немолодого возраста (35–40 лет и старше), страдавшие многие годы различными болезнями, затруднявших естественное оплодотворение. Они получили в прошлом множество лекарственных препаратов, преимущественно повторные циклы гормональной терапии, некоторые прошли химиотерапию и рентгеновское облучение по поводу опухолей. Эти пациенты чаще находятся в состоянии тяжелого психо-эмоционального стресса, порой – депрессии, у большинства из них наибольшая вероятность изначального повреждения, неполноценности половых клеток. Оплодотворение яйцеклеток при ВРТ производится несколькими сперматозоидами и, в случае удачи, развиваются гомозиготные или чаще – гетерозиготные близнецы (в 15–20 раз чаще, чем при естественном оплодотворении). Близнецы, как хорошо известно акушерам и педиатрам, хуже развиваются внутриутробно, чаще болеют и погибают, у них при рождении малые величины массы тела и длины. Сочетание у таких детей эпигенетической модификации ДНК, изменения импринтинга экспрессии генов, трудностей антенатального и постнатального развития, пониженная устойчивость к действию неблагоприятных факторов окружающей среды, – все это потенциально предрасполагает к более частому возникновению у них злокачественных опухолей и других болезней. Дети, родившиеся в результате использования ВРТ, чаще недоношены, извлечены посредством кесаревого сечения, медленнее развиваются физически, чаще, чем в обычной популяции, имеют врожденные пороки сердца и\или другие пороки и аномалии развития (12). У них отмечается заметно более частые, чем в общей популяции, затруднения в становлении речи, трудности развития координации и тонкой моторики, некоторая задержка формирования психических функций. Напряженная работа в течение нескольких лет с такими детьми психологов, неврологов, педиатров и других специалистов, при очень активном участии родителей, – дает в целом вполне удовлетворительные результаты. Большинство детей учатся в обычной школе без серьезных проблем (наблюдения в Израиле). То обстоятельство, что эти дети неплохо адаптированы в социальной среде и вполне справляются с физическими и психическими нагрузками, чувствуют себя здоровыми, – все же не служит доказательством устранения проблем. Те эпигенетические нарушения, которые могли возникнуть еще до формирования зародыша и в прямой связи с ВРТ, требуют длительных и тщательных наблюдений и дополнительных исследований. Мы еще не знаем, как отразится пережитое нынешними детьми в будущем на их потомстве, не возникнут ли через одно или несколько поколений устрашающие генетические повреждения. Пока для многих успех очевиден, хотя нельзя отрицать и немалое число затруднений и серьезных проблем. В большинстве случаев родители и врачи удовлетворены результатом рождения и развития детей. Это дает основания надеяться, что по мере совершенствования медицинского отбора пациентов на ВРТ, улучшения предварительной специфической медицинской и психологической подготовки будущих родителей, внедрения щадящих и более эффективных ВРТ, развития научной и практической антенатальной педиатрии в сочетании с акушерской помощью, – результаты работы станут более эффективными и менее опасными. Уже сейчас есть немало клиник в мире, наработавших большой опыт по ВРТ, и дающих вполне удовлетворительные, по их сведениям, результаты. Но и в этих учреждениях не решена главная проблема – предупреждение эпигенетических и последующих нарушений.
Повреждения функций геномных импринтингов, лежащих в основе все увеличивающейся группы из более 30 болезней (болезни импринтинга), установлены в последние годы вполне достоверно для хромосом 7,11, 14, 15. Врожденные метки (импринтные), полученные от отца и\или матери, почти всегда блокируют “ выключают” те или иные гены, препятствуют считыванию с них закодированной информации, то есть такие гены “молчат “. Во время внутриутробного развития (особенно в первые два месяца эмбрионального периода), когда значительно повышена сенситивность (чувствительность) – и в постнатальные первые 3 месяца могут возникать приобретенные эпигенетические метки. Возможно, эпигенетические изменения происходят и на протяжении всей жизни. Это сейчас активно исследуется, особенно в связи с проблемами онкологии и старения.
Приобретенные эпигенетические модификации играют исключительно важную роль, поскольку они адаптивно появляются как результат индуцирования факторами окружающей среды направленного изменения активности (экспрессии) генов. Как и врожденные метки, так и приобретенные, только включают или выключают работу генов, не влияя ни на структуру, ни на их программы. Гены активны или “ молчат“. Приобретенные маркеры возникают как следствие не только метилирования ДНК (не непосредственно в нуклеотидах, а на их поверхности), но и в результате ацетилирования гистонов хроматина, фосфорилирования или при участии микроРНК, находящихся вне нуклеотидов. Гистоны – ядерные белки, способствуют уплотнению ДНК в хромосомах. Метильные или ацетильные группы способны, соединяясь с некоторыми аминокислотами гистонов, модифицировать их, что вызывает “ разрыхление“ ДНК. В результате этого она становится более доступной для ферментов, считывающих информацию с генов вблизи модифицированных гистонов. Присоединение ацетильной группы к гистонам (эпигенетическая модификация) чаще вызывает активацию транскрипции и экспрессии генов. Метилирование ДНК в основном подавляет транскрипцию и выключает работу генов, хотя в небольшом числе условий возможно включение генов. Стимулы окружающей среды, вызывающие эпигенетические изменения активности генов и образование специфических белков, посредством этих же белков включают и другие гены, и генетические сети. Работа и программа этих клеток меняется, и при очередном делении они передают эпигенетическую модификацию своим дочерним клеткам (память) на протяжении жизни индивида (13). Как правило, при формировании половых клеток эпигенетическая модификация, импринтинг стираются, исчезают. У потомков метки образуется заново. Однако в последние несколько лет все больше появляется сообщений, что если на потомка действуют те же условия среды, что стимулировали эпигенетическую модификацию у родителей, то и у потомков в течение 2–4 поколений возникают (сохраняются?) такие же эпигенетические изменения работы генов. Некоторые авторы считают это доказательством правоты учения Ж.Ламарка, полагавшего возможным передачу потомству признаков, благоприобретенных родителями. Биология – наука развивающаяся, и смена парадигм естественна. Однако, в данном случае нет изменения (мутации) в генах основной программы развития организма, и без дополнительного стимулирования эпигенетические модификации обязательно исчезают в ближайших поколениях. Следовательно, этот важный феномен свидетельствует не о закреплении и наследовании приобретенных признаков, а о его адаптивной необходимости и возникновении таких же эпигенетических изменений у потомства, оказавшегося в таких же условиях существования, как ранее их родители.
Значение питания и условий жизни беременной для роста и развития плода и новорожденного давно и хорошо известно. Голод матери ведет к гибели плода или к недонашиванию и рождению детей с низкой массой тела. Избыточное, чрезмерное питание, тучность женщины вызывает большую массу плода и в последующей жизни частое развитие ожирения и болезней (сахарный диабет 2 типа, метаболический синдром, опухоли и др.). Новейшие исследования показали механизм этих нарушений и влияние их на последующую жизнь человека (14). Вес и структура плаценты адаптивно меняются в зависимости от темпов и уровня роста плода, количественного и качественного состава питания беременной. Новорожденные у женщин, голодавших в третьем триместре беременности, имели низкий вес при рождении, но соотношение вес плаценты: вес новорожденного было таким же, как и при отсутствии голодания женщины. Недостаточное питание беременной в первую половину беременности приводило к росту значительно более массивной плаценты. Этот адаптивно-компенсаторный процесс сопровождался увеличением в плаценте кровеносных сосудов, то есть шла реакция саморегулирования, направленного на повышение снабжения плода питательными веществами и кислородом. В случае низкого потребления беременной в пище белка, незаменимых аминокислот, – эффект был другой: масса плаценты тоже возрастала, но в ней плохо и мало синтезировалась окись азота (NO) и недостаточно развивалась кровеносная сосудистая сеть. В итоге, компенсаторный рост плаценты был недостаточным, плод голодал и его рост и вес к рождению были малых размеров. У юных (подростки) беременных в 2 раза чаще, чем у взрослых беременных, новорожденные имели маленький вес при рождении и были недоношенными. Смертность новорожденных у юных матерей в 3 раза выше, чем детей взрослых женщин. Недостаточное питание матери и плода вызывает комплекс нарушений эмбриональной гормональной деятельности. Лептин – гормон (фактор насыщения), у плодов с малой массой и длиной тела был низкой концентрации, но после рождения к 1 году его содержание быстро увеличивалось и способствовало развитию ожирения. По-видимому, начавшаяся внутриутробно, дисрегуляция продукции лептина лежит в основе инсулинорезистентности, тучности и ожирения взрослых людей. Избыточное образование у голодающей беременной в результате стресса у нее и у ее плода большого количества глюкокортикоидов приводит к дисфункции гормональной оси – гипоталамус – гипофиз – кора надпочечников. У новорожденных могут появиться вследствие этих нарушений дефициты нервных и когнитивных процессов, повреждения дендритных клеток. Инсулиноподобные факторы роста выполняют важную регулирующую функцию как в период внутриутробного, так и последующего роста. У голодающих зародышей, плодов изменяются соотношения в этой группе гормонов. После рождения подобная генетическая и гормональная дисрегуляция тормозит рост и способствует возникновению болезней (сахарный диабет 2 типа, гипертоническая болезнь, неудовлетворительное физическое и психическое развитие). Дефицит питания, вызывающий недостаток аминокислот, витамина В9 (фолиевой кислоты, являющейся донором метильных групп) может изменить метилирование ДНК, состояние гистонов.
Следовательно, количественный и качественный состав пищи, потребляемый беременной женщиной, может непосредственно воздействовать на эпигенетическую модификацию эмбрионального программирования, и затем влиять во взрослой жизни на восприимчивость к опухолевым болезням, метаболическому синдрому и т.д. (13, 14).
Антенатальная задержка созревания и роста плода является одним из важных факторов риска возникновения в последующей жизни психических нарушений, асоциального поведения, болезней сердечно-сосудистой системы. У новорожденного ребенка масса головного мозга составляет 10% от веса тела, а у взрослого это соотношение составляет около 2%. Затруднения роста плода, вызванные неполноценным питанием матери до и во время беременности, либо упорной рвотой, коротким интервалом между беременностями, болезнями матери, вредностью среды и т.п. расстройствами – в итоге отражается, в первую очередь, на темпе роста головного мозга. Он меньше должного и в последующей жизни плохо развивается.
Эпигенетика в немалой степени дополнительно расшифровала молекулярные механизмы регуляции работы генетического аппарата и компенсаторно-приспособительных реакций, обеспечивающих адекватное в конкретной окружающей среде развитие организма. Подтверждены и хорошо обоснованы основные требования педиатров относительно раннего создания условий для предупреждения болезней и обеспечения возможностей полноценного развития потенциала человека, его качественной, активной и продолжительной жизни. Всего несколько лет назад генетики и биохимики приступили к созданию индивидуальных генетических паспортов, в которых заложили сведения о перспективе возможных болезней, которые могут возникнуть у человека, являющегося носителем патологических (мутированных) генов. Сегодня очевидна зависимость реализации этой опасной тенденции как от влияния дополнительных факторов риска в окружающей среде, условий жизни, питания, профессиональных вредностей, так и от возможности оставить (заставить) угрожающий ген в “ молчащем“ состоянии. Фармацевтические фирмы в Германии и США уже предлагают препараты, способные вызвать или усилить эпигенетическое метилирование ДНК у таких пациентов. Предлагают также регулярно потреблять зеленый чай и другие натуральные продукты с теми же надеждами. Основания для подобных радужных надежд не беспочвенные. Они появились после исключительно великолепных результатов резкого снижения частоты внутриутробных повреждений головного и спинного мозга, черепа, позвоночника у плодов, матери которых принимали профилактически фолиевую кислоту за 1,5–2 месяца до беременности и во время беременности.
Технически простой эксперимент Ренди Джиртля (США) стал исключительно важной вехой в развитии эпигенетики теоретической и практической для клиники. Он кормил мышей-носителей патологического гена “ Агути“ во время беременности пищей, обогащенной фолиевой кислотой и метиониновой аминокислотой. Контрольная группа беременных мышей тоже носителей гена Агути получала такое же питание, но без добавки фолиевой кислоты. В первой (опытной) группе родились здоровые мышата, а во второй (контроль) – больные (ожирение и разные болезни, желтая окраска шерсти). Генетически обе группы были одинаковыми, но в первой группе (опытной) произошло метилирование патологического гена Агути, он оказался выключенным, то есть перестал работать. Чрезвычайно показательный опыт: посредством, в общем-то, обычного качественного питания, которое получала мать во время беременности, удалось заблокировать патологический ген, не меняя его структуру, и фенотипически вылечить потомство. Потомство, которое иначе было б обречено страдать наследственной болезнью. Геном остался прежним, изменилась лишь регуляция отдельного гена и связанных с его деятельностью структур (синтез белка, ферментов, активность метаболизма липидов, углеводов и т.д.). Как видно, гены гораздо более чувствительны к внешним воздействиям, чем ранее полагали. Они могут адаптивно работать более интенсивно или, напротив, выключиться, замолкать (15).
Успех эпигенетики, конечно, породил массу новых проблем. До сих пор неизвестно, почему вообще происходит процесс разметки одинаковых генов, чем и как определяется выбор генов, подлежащих метке. Когда и где, и какие из них должны быть “ молчаливыми“, а другие – активными. Впервые метилирование ДНК происходит в ходе гаметогенеза (образование половых клеток), то есть заранее, до оплодотворения. Как меняется этот процесс в развивающемся организме и на протяжении всей последующей жизни человека? Почему с возрастом снижается интенсивность метилирования, и в какой мере это вредит организму, является ли это генетически запрограммированной функцией или результат истощения резервов в ответ на вредные влияния окружающей среды? Подобно ли такое деметилирование также возрастному уменьшению клеточного иммунитета и повышению в связи с этим склонности к злокачественным новообразованиям. В организме все процессы взаимно сбалансированы, поддерживается гомеостаз. Значит, должны быть регуляторы метилирования и ацетилирования единого генома. Новая наука ищет ответы.
Для педиатра важна главная идея – геном консервативен (в этом сохранность биологического вида), но его фенотипическая чувствительность, подвижность – весьма широкая. Не разрушая ген, можно эпигенетически добиться существенных изменений его активности. Наметилась реальная возможность химически заблокировать патологический ген (перевести его в состояние “ молчащего“ гена), и таким путем предупредить возникновение болезни или облегчить ее течение. В то же время, следует проявлять повышенную осторожность в отношении любых пищевых, лекарственных и различных факторов окружающей среды, так или иначе воздействующих на организм. Нельзя забывать, что геном человека, при всем его консерватизме, все же высоко чувствителен, и очень часто невозможно предвидеть, как он отреагирует на очередные внешние воздействия, даже на те, которые ранее не вызывали нежелательных реакций. Биология, природа человека создавалась миллионы лет, она адаптирована к жизни на планете Земля, и менять, “подправлять” ее не только не нужно, но и опасно для будущего человечества.
Каждый человек уникален. Чтобы не повредить ему, необходимо знать семейный и личный анамнез, генетический паспорт, характер развития человека и все, что связано с социально-биологической природой его. Нередко мутированный ген “ молчит“ или его фенотипические проявления не слишком мешают человеку, который одновременно обладает, допустим, генами таланта в какой-то области. Какой путь избрать врачу, должен ли он вообще вмешиваться в природу такого пациента? Не разрушит ли вмешательство врача то главное, чем дорожит этот пациент, и может быть многие его поклонники. Нет одинаковых людей, нет одинаковых болезней и нет стандартных решений. Даже монозиготные близнецы, имеющие идентичные геномы, проявляют все же фенотипические своеобразия из-за накопления влияний разных эпигенетических факторов. Эпигенетическое метилирование и ацетилирование хромосом возникает непредвиденным (случайным?) образом на самой ранней стадии эмбрионального развития. Распределение этих разметок происходит у близнецов по подобной схеме, но все же не одинаково, и уровень активности генов в таком случае тоже не идентичен.
Гены могут иметь свои копии, число которых у каждого человека, по-видимому, тоже случайное и, соответственно, количество синтезируемых белков различается. Образуются некоторые индивидуальные биохимические и иммунологические различия при выраженной общей схожести. В дальнейшем с увеличением возраста у близнецов, живущих в разных климатических и социально-экономических условиях, – выявляются уже достаточно отчетливые внешние отличия. Это относится и к болезням, которыми они страдают, и к активности генов, кодирующих синтез белков, ферментов, ответственных за утилизацию лекарств, пищевых продуктов, факторов окружающей среды.
Любой человек ощущает себя личностью, имеет полное право на личную жизнь в самом широком понимании этого явления. Врач строит свою тактику диагностики, лечения и профилактики в соответствии с данным принципом. Разумеется, в практических целях он должен ориентироваться на некие средние нормативы, стандарты, выработанные на основе массовых исследований, и отражающих норму реакции вида и конкретной популяции. Этой же цели служат многочисленные, обязательные для исполнения, алгоритмы диагностики и лечения, распоряжения и приказы Головных учреждений, Центров и министерства здравоохранения. Хорошо, если они хотя бы не противоречат друг другу, а порой – противоречат. Стремление “ усреднить“ работу врача, ввести критерии формальной оценки ее эффективности, получить сравниваемые статистические массивы, – все это, очевидно, призвано облегчить и улучшить повседневную деятельность врача и его помощников. Широко применяемые в российском здравоохранении, так называемые, “ группы здоровья“, типы конституций и их аномалий, многие местные классификации, – не соответствуют современному состоянию науки, давно устарели. Для квалифицированного, думающего врача перечисленные требования – досадные затруднения, но он обязан им следовать. В столь частых за последние годы в работе врача конфликтных ситуациях любое отклонение от инструкций и приказов решается, как правило, не в пользу врача, особенно в судах. По существу, большая часть бюрократической системы здравоохранения совместно с еще более бюрократичной судебной системой во многих странах накладывает “ путы“, ограничивающие нестандартную самодеятельность врача, низводя его до робото-подобного исполнителя распоряжений бюрократической в медицине “ вертикали власти“. В то же время, для многих посредственных врачей, формально исполняющих свою “службу”, такая структура очень удобная, не требует работы мысли, на все случаи жизни имеет уготовленные решения и защищена от различных индивидуальных притязаний пациентов и их адвокатов. Но врачевание не только рукоделие, повседневная шаблонная практика. В деятельности врача заключена большая часть творчества, искусства глубокого анализа, высокого научного синтеза, охватывающего все стороны жизни и состояния пациента, особенности его личности. Врач-специалист диагностирует болезнь, назначает и проводит индивидуализированное лечение и, что не менее важно, дает обоснованные рекомендации на многие годы последующей профессиональной и личной жизни пациента. Подобное заключение далеко не каждому врачу по силам, особенно, когда его держат в “тисках” многочисленных параграфов. В рамках закона и клятвы Гиппократа врач должен обладать условиями для творческой работы, приносящей людям наибольшую пользу.