Молекулярные аспекты синдрома Рея как одного из осложнений вирусных инфекций

Актуальность. Cиндром Рея - острая энцефалопатия у детей и подростков - осложнение инфекций, вызываемых вирусом гриппа А или В, герпесвирусом Varicella-zoster, при их лечении салицилатами. Несмотря на, что пик заболеваемости пришёлся на 1980 год, в настоящее время всё ещё встречаются случаи заболевания.
Цель: Изучить взаимосвязь мутации гена ACADM с предрасположенностью к возникновению синдрома Рея.
Задачи
Изучить роль продуктов экспрессии гена ACADM.
Изучить патогенез синдрома Рея на молекулярном уровне.
Изучить взаимосвязь мутации гена с развитием синдрома.

Синдром Рея представляет собой редкое, но потенциально смертельное заболевание, характеризующееся печёночной недостаточностью и печёночной энцефалопатией.
Впервые данное клинико-патологическое состояние было описано в 1963 году австралийским патологом Дугласом Реем.

Впервые данное клинико-патологическое состояние было описано в 1963 году австралийским патологом Дугласом Реем у ребёнка, умершего от инфекции, вызванной Influenzavirus A.
Подобное состояние было описано им, как «нарушение сознания, лихорадка, судороги, рвота, нарушение мышечного тонуса, дисфункция ритма дыхания
В КАЧЕСТВЕ ЭТИОЛОГИЧЕСКОГО АГЕНТА ДАННОГО СОСТОЯНИЯ БЫЛИ ВЫДВИНУТЫ ТРИ ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ:
ВНУТРЕННИЙ ТОКСИН, ВЫЗЫВАЮЩИЙ ДИСФУНКЦИЮ МИТОХОНДРИЙ
ВНЕШНИЙ ТОКСИН, УСУГУБЛЯЮЩИЙ КЛАССИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ ВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИИ
ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГЕНОМА

Пик заболеваемости
1979 — 1980 гг — 555 cлyчaeв (пик зaбoлeвaeмocти).
1980 — 1997 гг. —1207 cлyчaя
1985 — 1986 гг. —200 случаев
1987 — 1997гг. —72 случая.
Нaчинaя c 1994 г. в CШA eжeгoднo peгиcтpиpyютcя oкoлo двyх cлyчaeв зaбoлeвaния cиндpoмoм Peя.

Признаки синдрома Рея
Печёночная энцефалопатия на фоне печёночной недостаточности
Печёночная энцефалопатия является следствием отравляющего действия избытка жирных кислот, которые не способны в полной мере утилизироваться в печени

Результат биопсии печени отражает картину печёночной недостаточности на фоне нарушения липидного обмена: печёночный венозный коллапс и микровезикулярный стеатоз гепатоцитов.
Результаты биопсии печени

В ноябре 2016 года учёными из Пенсильвании во главе с Radha Uppala было проведено исследование по изучению влияния аспирина на процессы b-окисления жирных кислот – процесса, который лежит в основе патогенеза синдрома Рея.
ГЛАВНАЯ ЦЕЛЬ – ВЛИЯЕТ ЛИ АСПИРИН НАПРЯМУЮ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ – КЛЕТОЧНАЯ ЛИНИЯ HEK293
В качестве субстрата использовалась меченая пальмитиновая кислота. Это позволило исследовать скорость и уровень её утилизации.

Биологический смысл – пополнение энергетических запасов клетки.
Процесс происходит в митохондриях

Аспирин и b-окисление жирных кислот
В процессах окисления жирных кислот участвуют как митохондриальные, так и пероксисомные ферментные системы.
Для понимания того, какая из систем является мишенью для действия аспирина, был проведён двойной эксперимент: в одну клеточную культуру вносили аспирин без добавок, во вторую – аспирин с этомоксиром – ингибитором CPT-1A
CPT-1A - карнитинпальмитоилтрансфераза-1А, белковый транспортёр, способствующий транспорту ЖК в матрикс митохондрий.
В течение 3 часов культура клеток подвергалась воздействию терапевтических доз аспирина.

В результате было отмечено усиление митохондриального пути окисление с ингибированием пероксисомного.
Метаболизм аспирина
Активация транспорта
Аспирин в клетках расщепляется до салициловой кислоты, которая косвенно активирует CPT-1A через АМПК (аденозин-монофосфат-активированную протеинкиназу) путём блокады его ингибитора – малонил-КоА.

В результате было отмечено усиление митохондриального пути окисление с ингибированием пероксисомного.
Данный процесс обусловлен не только активацией транспортёра.
Интенсивность утилизации пальмитата

Следующий этап исследования был направлен на изучение изменения морфологии митохондрий и пероксисом под действием аспирина для объяснения причины усиления интенсивности b-окисления жирных кислот митохондриальным путём.
Интенсивность биологического окисления зависит от состояния структуры митохондрий (слитая или фрагментированная) так, фрагментированная митохондриальная сеть характеризуется сниженным уровнем окисления углеводов с компенсаторным повышением интенсивности b-окисления жирных кислот.
Спустя 24 часа пероксисомы деградировали в нефункционирующие структуры, в то время, как митохондрии подвергались фрагментации с образованием изолированных частиц. При этом наблюдалось усиление интенсивности b-окисление жирных кислот.

Аспирин влияет на структуру митохондрий
До обработки
3 часа
24 часа
Для визуализации структур органелл использовалась обработка флуоресцирующими антителами к соответствующим митохондриальным и пероксисомным ферментам.

Исследования, проведённые в июне 2020 года Pankaj Prasun, отражают суть метаболических нарушений, связанных с мутацией гена ACADM. Дефект носит аутосомно-рецессивный характер передачи, что является причиной частого носительства.
Ген, локализованный в 1 хромосоме, кодирует синтез семейства ацил-КоА-дегидрогеназ – ключевых ферментов b-окисления жирных кислот, катализирующих отщепление протонов от ацил-КоА жирных кислот на простетическую группу флавопротеина ФАД.
Семейство включает в себя белки LCAD (light-chains - для короткоцепочеченых ЖК), MCAD (medium-chains – для среднецепочечных ЖК, ключевое значение), VCAD (very long chains – длинноцепочечные ЖК)

Окисление жирных кислот при участии дегидрогеназ

Клинические проявления
Первый тип
Острое начало в неонатальном периоде
Выраженная печёночная недостаточность
Критический уровень гипераммониемии
100% летальность
Второй тип
Позднее начало в зрелом возрасте
Миастения, миалгия, рабдомиолиз
Может возникнуть в детском возрасте на фоне приёма препаратов ацетисалициловой кислоты (аспирина)
Первый тип заболевания является одной из причин внезапной детской смерти
(Описан случай в 2012 году)

В статье, опубликованной в октябре 2012 года Cristina Lovera, описан случай синдрома внезапной детской смерти у ребёнка на 3 сутки жизни. Внешне здоровый, получивший при рождении оценку по шкале Апгар 8/9, внезапно скончался на 3 сутки жизни от сердечной и дыхательной недостаточности.
Лабораторные исследования выявили тяжёлую гипогликемию (0.5 ммоль/л), выраженную гипераммониемию (176 мкмоль/л), а также повышение концентрации в крови ферментов печени, что подтверждает врождённый дефицит MCAD.

Лечение таких пациентов заключается в переводе на интенсивную терапию: интубацию в связи с развивающейся дыхательной недостаточностью, а также терапию с применением свежезамороженной плазмы, витамина К, утилизаторов аммиака (рифаксимин) и введением углеводов для купирования гипогликемии
Полное восстановление обычно наступает спустя 2-4 месяца. Детская смертность в этом случае наступает в 25-30% случаях.

Синдром Рея в зрелом возрасте
Первопричинным фактором в развитии синдрома Рея могу быть не только врождённые генетические дефекты, но также и приобретённые патологии печени.
Как отмечает Laster, синдром Рея во взрослом возрасте может появиться на фоне хронически заболеваний печени, обусловленных чрезмерным употреблением алкоголя или наркотических веществ.

Выводы
Синдром Рея - острая энцефалопатия у детей и подростков - осложнение инфекций, вызываемых вирусом гриппа А или В, герпесвирусом Varicella-zoster, при их лечении салицилатами.
Аспирин не изменяет активность ключевых ферментов b-окисления жирных кислот, активация b-окисления связаны, во-первых, с активацией транспортёра CPT-1A, во-вторых с изменением структуры митохондрий, ведущей к компенсаторному усилению b-окисления на фоне замедления утилизации углеводов, в-третьих - с исчезновением пероксисом, как альтернативного пути метаболизма жирных кислот.
Это является подтверждением того, что приём аспирина является не первопричинным фактором в возникновении синдрома Рея, а пусковым механизмом в усилении метаболической декомпенсации на фоне первичной недостаточности ключевых ферментов b-окисления, связанной с мутацией гена ACADM.