Способ прогнозирования степени тяжести двигательных нарушений у детей с врожденными поражениями головного мозга
METHOD FOR PREDICTING THE SEVERITY OF MOTOR DISORDERS IN CHILDREN WITH CONGENITAL BRAIN DAMAGE

Изобретение относится к области медицины, а именно - неврологии, и может быть использовано для прогнозирования степени тяжести степени тяжести двигательных нарушений у детей с врожденными поражениями головного мозга. В частности, изобретение определяет комплекс признаков, позволяющих прогнозировать двигательные нарушения и их выраженность у детей с врожденными поражениями головного мозга.
Проблематика тяжелых врожденных поражений головного мозга в течение долгих лет не теряет актуальности. С ростом наших познаний не только в клинических, но и в базисных дисциплинах значимость ее возрастает. Парадоксальность ее в современной науке определяется сочетанием признанной бесперспективности лечения проявлений грубого неврологического дефицита традиционными методами с бурным прогрессом в изучении патогенетических механизмов и первыми результатами успешной генной терапии.
С определенной долей осторожности можно констатировать, что порядка 70% случаев развития церебрального паралича (ЦП) определяется такими вполне понятными факторами, как недоношенность и гипоксически-ишемическое поражение мозга. Однако в 30% случаев выявить этиологический фактор развития ЦП не представляется возможным, что определяет многолетний интерес к исследованию генетических аспектов генеза данной патологии [MichelS. Fahey, AlastairH. Maclennan, DorisKretzscmar, JozefGecz, MichaelC. Kruer The genetic basis of cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2017 May; 59(5): 462-469. doi: 10.1111/dmcn.13363.].
До недавнего времени лишь 1-2% врожденных ЦП (в основном семейных) связывались с мутациями. Сейчас же бурное развитие методик секвенирования позволило выявить генетическую детерминированность в более широком понимании [AlastairH. MacLennan; SuzannaC. Thompson; Jozef Gecz. Cerebralpalsy: causes, pathways, and the role of genetic variants.].
В настоящее время имеется большое количество доказательств, подтверждающих значительную роль генетических факторов в формировании ЦП. Все большее число исследований выявляет возможные варианты генетических нарушений в семьях с ЦП, а также в отдельных спорадических случаях. Секвенирование следующего поколения в настоящее время помогает клиницистам в постановке конкретных молекулярных диагнозов, предоставляя в будущем возможности для индивидуального лечения и принятия обоснованных репродуктивных решений [vanEyk CL, Corbett MA, Maclennan AH. The emerging genetic landscape of cerebral palsy. Handb Clin Neurol. 2018; 147: 331-342. doi: 10.1016/B978-0-444-63233-3.00022-1.].
14% случаев определяются геномными мутациями, до 31% - имеют клинически значимые изменения количества копий, весомую лепту вносят исследования полиморфизмов и экспрессии генов.
Интеграция данных о вариативности генома и идущее широким фронтом описание функциональных элементов генома, а также появившиеся возможности по оценке глобальной транскрипции позволяют понять влияние генетической вариативности на экспрессию генов [HaraksinghRR, SnyderMP. Impacts of variation in the human genome on gene regulation. J MolBiol. 2013; Nov 1; 425(21): 3970-7. DOI: 10.1007/s13258-018-0729-6/].
Несомненность участия в патогенезе врожденных ЦП генетических механизмов подтверждается широкими популяционными когортными исследованиями [ WilcoxAJ, LieRT, MosterD. Familial risk of cerebral palsy: population based cohort study. BMJ. 2014; Jul 15; 349: g4294. doi: 10.1136/bmj.g4294.].
Растущее количество генетических исследований показывает связь развития церебральных параличей с наследственными факторами. Последние достижения в секвенировании следующего поколения позволяют получить упорядоченные знания о человеческом геноме достаточно быстро и не столь затратно, как ранее. Вполне вероятно, что будут выявлены новые гены, ассоциированные с развитием церебральных параличей, поскольку все больше исследователей и клиницистов используют этот подход к изучению случаев заболевания с неявными причинами. С ростом наших знаний об основных патофизиологических механизмах развития церебральных параличей растет и вероятность разработки геномно-управляемых методов лечения данной патологии» [AndresMoreno-De-Luca, DavidH. Ledbetter, ChristaL. Martin. Genomic insights into the etiology and classification of the cerebral palsies. Thelancetneurology, 2012, Citedby 182. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(11)70287-3].
Ассоциированные с фенотипом ЦП мутации могут находиться в генах, известных своей связью с формированием фенотипа заболевания, так и формироваться denovo. Высокая эффективность поиска определяется технологиями секвенирования.
В числе первых была вывлена ассоциация с развитием фенотипа ЦП гена глутаматдекарбоксилазы (GAD1) [HydeTM, LipskaBK, AliT, MathewSV, LawAJ, MetitiriOE, StraubRE, YeT, ColantuoniC, HermanMM, BigelowLB, WeinbergerDR, KleinmanJE. Expression of GABA signaling molecules KCC2, NKCC1, and GAD1 in cortical development and schizophrenia. J Neurosci. 2011; 31: 11088-11095. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1234-11.2011.]. В последующем была выявлена ассоциация генов KANK1 [KakinumaN, ZhuY, WangY, RoyBC, KiyamaR. Kankproteins: structure, functionsanddiseases. Cell Mol Life Sci. 2009; 66: 2651-2659. DOI: 10.1007/s00018-009-0038-у/], AP4M1 [Moreno-De-Luca A, Helmers SL, Mao H, Burns TG, Melton AM, Schmidt ICR, Fernhoff PM, Ledbetter DH, Martin CL. Adaptor protein complex-4 (AP-4) deficiency causes a novel autosomal recessive cerebral palsy syndrome with microcephaly and intellectual disability. J Med Genet. 2011; 48: 141-144. DOI: 10.1136/jmg.2010.082263.], DAAM1 [McMichael G, Girirajan S, Moreno-De-Luca A, Gecz J, Shard C, Nguyen LS et al Rare copy number variation in cerebral palsy. Eur J; Hum Genet 2014; 22(1): 40-45. Doi 10.1038/ejhg.2013.93.], SLC19A3 [11. Jeong H, Huh HJ, Youn J, Kim JS, Cho JW, Ki CS. Ataxia-telangiectasia with novel splicing mutations in the ATM gene. Ann Lab Med 2014; 34(1): 80-84. Doi 3343/alm.2014.34.1.80; Kasapkara CS, Akar M, Ozbek MN, Tuzun H, Aldudak B, BaranRT, Tanyalcin T. Mutations in BTD gene causing biotinidase deficiency: a regional report. J PediatrEndocrinolMetab 2015; 28(3-4): 421-424. https://doi.org/10.1515/jpem-2014-0056; Vernau K, Napoli E, Wong S, Ross-Inta C, Cameron J, Bannasch D et al (2015) Thiamine deficiency-mediated brain mitochondrial pathology in Alaskan Huskies with mutation in SLC19A3.1. BrainPathol 25(4): 441-453. https://doi.org/10.1111/bpa.12188).]. Выявлена ассоциация формирования фенотипа церебральных параличей с нарушениями регуляции обмена ГАМК и ГАМК-рецепции [Zhu Q1, Ni Y2, Wang J2, Yin H2, Zhang Q2, Zhang L2, Bian W2, Liang B3, Kong L3, Xuan L3, Lu N3.Identification of pathways and genes associ-ated with cerebral palsy. Genes Genomics. 2018 Dec; 40(12): 1339-1349. doi: 10.1007/s13258-018-0729-6.].
Обобщение данных о 200 пациентах с этой делецией позволило выявить распределение ассоциированных нарушений: задержки развития (73% случаев), речевые расстройства (67%), задержка развития моторных функций (42%), синдромом дефицита внимания / дефицита внимания и гиперактивности (35%) и расстройством аутистического спектра (27%) [Butler MG Clinical and genetica spects of the 15q11.2 BP1-BP2 microdeletiondisorder. J Intellect Disabil Res. 2017 Jun; 61(6): 568-579. doi: 10.1111/jir.l2382. Epub 2017 Apr 7.].
Matthews AM и соавт. провели секвенирование экзома у 50 отобранных пациентов с атипичным церебральным параличом из 49 семей. Основным критерием отбора пациентов было нарушение двигательной функции с ранним началом - с рождения до достижения годовалого возраста Точный молекулярный диагноз был установлен у 65% из 50 пациентов. [Matthews AM, Blydt-Hansen I, Al-Jabri В, Andersen J, Tarailo-Graovac M, PriceM, Selby K, Demos M, Connolly M, Drögemoller B, Shyr C, Mwenifumbo J, Elliott AM, Lee J, Ghani A, Stöckier S, Salvarinova R, Vallance H, Sinclair G, Ross CJ, Wasserman WW, McKinnon ML, Horvath GA, Goez H, vanKarnebeek CD. Atypical cerebral palsy: genomics analysis enables precision medicine. Genet Med. 2019 Jul; 21(7): 1621-1628. doi: 10.1038/s41436-018-0376-y.].
Число выявленных генных ассоциаций непрерывно растет и в месте с ним растет необходимость упорядочения этой информации и поиска закономерностей во влиянии генома на формирование фенотипа врожденного поражения центральной нервной системы. В отдельных работах проводились попытки выявления векторов детерминирования.
Известно несколько попыток выделения направлений воздействия генома на формирование фенотипа ЦП по детерминируемым ими функциям. Так, McMichael G и Bainbridge MN выделили такие группы ассоциированных генов по детерминантам, как аксональная навигация, белковые внутрисинаптические взаимодействия непосредственно синаптическая передача [McMichael G1, Bainbridge MN2, Haan Е3, Corbett М4, Gardner А4, Thompson S5, vanBon BW6, vanEyk CL1, Broadbent J1, Reynolds C1, O'Callaghan ME1, Nguyen LS7, Adelson DL8, Russo R9, Jhangiani S2, Doddapaneni H2, Muzny DM2, Gibbs RA2, Gecz J4, MacLennan AH1. Whole-exome sequencing points to considerable genetic heterogeneity of cerebral palsy. DOI: 10.1038/mp.2014.189.].
Д.А. Чегодаев с соавторами в 2012 году выделил непрямое влияние на формирование церебральных параличей генов, обеспечивающих адекватность гемостаза [Чегодаев Д.А., Львова О.А., Баранов Д.А. (2012) Генетические аспекты патогенеза детского церебрального паралича. // Системная интеграция в здравоохранении. №3 (17). С. 52-60. Chegodayev D.A., L'vova О.А., Baranov D.A. (2012) Geneticheskiye aspekty patogeneza detskogo tserebral'nogo paralicha. // Sistemnayaintegratsiya v zdravookhranenii. №3 (17). S. 52-60.].
Zhu Q и соавт. на основе полноэкзомного секвенирования 10 детей (восьми не связанных между собой лиц и пары близнецов) с церебральными параличами выделили 23 ассоциированных гена, воздействие которых осуществлялось по трем направлениям: нарушению навигация аксонов, патологии синаптической передачи и расстройствам белок-белковых взаимодействий в синапсах [Zhu Q1, Ni Y2, Wang J2, Yin H2, Zhang Q2, Zhang L2, Bian W2, Liang B3, Kong L3, Xuan L3, Lu N3. Identification of pathways and genes associ-ated with cerebral palsy. Genes Genomics. 2018 Dec; 40(12): 1339-1349. doi: 10.1007/s 13258-018-0729-6.].
Однако ни в одном из упомянутых сообщений не проведена классификация всего объема известных генных нарушений, выявленных у больных с врожденными грубыми поражениями центральной нервной системы, по генным детерминантам. Классифицировались лишь генные нарушения, выявленные в данном конкретном исследовании.
Аронскинд Е.В. и Шершнев В.Н. предложили «Способ прогнозирования возникновения ДЦП у детей первых 3-х месяцев жизни с перинатальным поражением ЦНС» (Российский патент 2019 года по МПК А61В 5/476 А61В 5/26), в котором прогнозирование развитие спастических форм церебрального паралича производится на основании клинико-анамнестических данных (гестационного возраста, длительности безводного периода, искусственной вентиляции легких и частичного парентерального питания, а также наличия пери-интравентрикулярного кровоизлияния III-IV степени, перивентрикулярной лейкомаляции, отека мозга, величины размеров задних рогов боковых желудочков) по системе диагностических коэффициентов (баллов), однако этот метод позволяет прогнозировать развитие лишь спастических форм заболевания, и в постнатальном периоде.
Также на анализе клинико-анамнестических данных основан «Способ прогнозирования ДЦП методом определения длительности продленной искусственной вентиляции легких» (патент РФ №2357655 от 26.12.2007). Для оценки используются длительность безводного периода, оценка по шкале Апгар, факт применения допамина (дофамина) или адреналина, седуксена в 1-7 суток жизни, наличие интубации трахеи, масочная искусственная вентиляция легких в родильном зале, применение вальпроевой кислоты в 1-30 суток жизни. Данный способ так же, как и описанный прежде, предполагает проведение балльной оценки принятых клинико-анамнестических критериев с формированием или неформированием прогноза развития детского церебрального паралича на 30-е сутки жизни.
Известен «Способ прогнозирования нарушений моторного развития у доношенных детей с перинатальными гипоксическими поражениями головного мозга» (патент РФ №231954 от 14.08.2006), основанный на анализе уровня содержания нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) в сыворотке венозной крови ребенка в возрасте 3-х месяцев жизни. При его значении в диапазоне не более 15 нг/мл прогнозируют нарушение моторного развития в возрасте 6-ти месяцев жизни. Недостатками этого способа является возможность применения его только с 3-х месячного возраста, а также ориентированность на возможное формирование не только клинической картины церебрального паралича, но и иных расстройств в моторной сфере ребенка.
Известен «Способ прогнозирования риска развития неврологического дефицита у доношенных новорожденных с гипоксически-ишемическим поражением головного мозга» (патент РФ №2365095 от 20.10.2015) на основании клинического и нейроимиджингового исследования младенца, который предполагает двухэтапное исследование - сначала нейросонографическое, при выявлении аномалий на котором проводится магнитно-резонансная томография головного мозга в диффузионно-взвешенном режиме, и уже по значениям коэффициента диффузии строится прогноз развития либо неразвития функциональных или стойких (имеется в виду клинические проявления церебрального паралича) нарушении моторики ребенка. К недостаткам данного способа можно отнести, прежде всего, необходимость использования дорогостоящего стационарного оборудования (MP-томографа) и, в процессе проведения исследования - продолжительного анестезиологического пособия (наркоза).
Кроме того, все приведенные способы прогнозирования развития тяжелых двигательных расстройств в форме ДЦП ориентированы лишь на гипоксически-ишемические поражения мозга, тогда как, исходя из приведенных нами выше данных, порядка 30% случаев формирования фенотипа врожденных церебральных параличей определяются генетическими нарушениями.
Задачей изобретения является создание способа прогнозирования выраженности двигательных нарушений у детей с врожденными поражениями головного мозга генетической природы, позволяющего проводить такое прогнозирование с момента доступности для исследования генетического материала, то есть не только после рождения, но и во внутриутробном периоде.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является возможность получения объективных данных, выраженных в присутствии нарушений в конкретных генах из конкретных групп генов, полученных в процессе анализа генетического материала, при которых прогнозируется легкая, средняя или тяжелая выраженность двигательных нарушений или - оцененная в баллах по международной шкале глобальных моторных функций GMFCS.
Выраженность двигательных нарушений есть важнейшее клиническое проявление глубины поражения мозга, в том числе - врожденного, поэтому прогнозирование по данному показателю позволит во внутриутробном периоде, на самых ранних сроках беременности, прогнозировать выраженность двигательных расстройств в послеродовом периоде и на протяжении всей дальнейшей жизни ребенка.
Обладание такой информацией позволит выявлять нежелательные беременности на самых ранних этапах и прерывать их по медицинским показаниям. Такой комплекс мер позволит реально снизить заболеваемость тяжелыми врожденными поражениями головного мозга, выражающимися, в том числе, в клинической картине (фенотипе) детских церебральных параличей.
Поставленный технический результат достигается тем, что способ определения и прогнозирования степени тяжести двигательных нарушений у детей с врожденными поражениями головного мозга включает в себя:
Отнесение выявленной генной аномалии к одной из групп детерминант.
Определение степени достоверности прогноза (предполагаемый или вероятный).
Собственно прогнозирование степени нарушения двигательных функций.
1. Отнесение выявленной генной аномалии к одной из групп генных детерминант.
Гены относятся к группе генных детерминант на основании детерминируемого признака участия в физиологических процессах:
Если ген регулирует общие аспекты обмена веществ в клетке - он относится к группе GASM (General Aspects of the regulation of Cell Metabolism).
Если ген регулирует процессы, расстройство которых приводит к формированию болезней накопления - он относится к группе GSD (Group of Storage Diseases).
Если ген осуществляет регуляцию функции митохондрий (исключая функционал группы GSD), он относится к группе RMF (Regulationof Mitochondrial Function).
Если ген осуществляет регуляцию толерантности клетки к внешним воздействиям (гипоксии, ишемии, экзогенной интоксикации и т.д.) - он относится к группе СТ (CellTolerance)
Если ген осуществляет регуляцию образования и функционирования цитоскелета - он относится к группе CS (Cyto Skeleton).
Если ген осуществляет регуляцию нейроонтогенеза (нейрональной миграции, спрутинга, синаптогенеза, миелинизации и апоптоза) - он относится к группе NOG (Neuro Onto Genesis).
Если ген осуществляет регуляцию внутриклеточного транспорта и секреции (функционирования комплекса Гольджи) - он относится к группе GC (Golgi Complex).
Если ген осуществляет регуляцию транспорта через наружную мембрану клетки- он относится к группе ЕСМ (External Cell Membrane).
Если ген осуществляет регуляцию возбудимости нейрональной мембраны (функции ионных каналов) - он относится к группе ENM (Excitability of the Neuronal Membrane).
Если ген осуществляет регуляциюрибосомального белкового синтеза - он относится к группе RPS (Ribosomal Protein Synthesis).
Если ген осуществляет регуляциюобмена нейромедиаторов и функционирования синапсов- он относится к группе NTS (Neuro Transmitters and Synapses).
Если ген осуществляет регуляцию иммунитета или процессов онкогенеза - он относится к группе IOG (Immunity and Onco Genesis).
Если ген осуществляет управление модификациями хроматина, процессами транскрипции и репликации - он относится к группе CMTR (Chromatin Modifications, Transcription, Replication).
2. Определение степени достоверности прогноза.
Если выявленный у пациента ген с нарушениями отнесен к группам GASM, GSD, RMF, СТ, CS, NOG, GC, IOG, NTS, RPS, CMTR - вероятность прогноза оценивается как высокая. Если ген с выявленными нарушениями относится к группе ЕСМ - вероятность прогноза оценивается как средняя.
Если ген с выявленными нарушениями относится к группе ENM - вероятность прогноза оценивается как низкая.
Прогноз степени выраженности двигательных нарушений производится в соответствии с данными, представленными в таблице 1.
3. Собственно прогнозирование степени выраженности двигательных нарушений.
Производится посредством поиска соответствия гену степени выраженности дефицита двигательных функций
Распределение генов по группам детерминант и степени выраженности нарушения двигательных функций.
В Таблице 2 представлена характеристика групп генов, по которой производится их распределение. При наличии плейотропности выявленного гена (то есть тогда, когда один ген ответственен за реализацию нескольких признаков) ген относится к группе на основании признака, определяющего фенотип у конкретного больного.
Таким образом, сущность изобретения состоит в определении комплекса признаков: группы, к которой принадлежит ген, для определения степени достоверности прогноза, и собственно прогноза тяжести двигательных нарушений, который производится по самому гену путем соотнесения с таблицей.
С этой целью для определения достоверности прогноза разработана систематизация генов по признаку общности детерминант, а также произведена группировка генов по признаку выраженности двигательных нарушений.
Ниже представлено более подробное описание заявляемого изобретения.
В исследовании участвовали 136 детей с врожденными церебральными параличами и генетическими аномалиями, подтвержденными на материале венозной крови методом секвенирования нового поколения (NGS). Среди них было 84 (61,8%) мальчика и 52 (38,2%) девочки.
При проведении исследования были использованы следующие методы:
Сбор анамнеза жизни и заболевания, сбор жалоб;
Клиническое исследование с оценкой неврологического статуса. Для определения выраженности дефекта двигательных функций использовалась международная шкала GMFCS (Система оценки глобальных моторных функций), справочная таблица классификации генов по группам детерминант и данные по выраженности двигательного дефекта у пациентов с выявленными аномалиями в конкретных генах.
Распределение генов по группам детерминант и степени выраженности нарушения двигательных функций.
Варианты оценки в типичных клинических случаях приведены ниже.
Пример 1.
В процессе исследования генотипа плода выявлены нарушения в гене DYNC1H1 - он относится к группе CS (нарушения регуляции образования и функционирования цитоскелета), что определяет высокую достоверность прогноза по степени выраженности двигательных нарушений. Прогнозируется легкая степень двигательных нарушений, соответствующая 1 баллу по шкале GMFCS. Родители информированы о прогнозе, приняли решение о сохранении беременности.
Пример 2.
Пациент мальчик, в возрасте 4-х месяцев, в клинической картине -тетрапарез, задержка психического развития. У пациента выявлены нарушения в гене GABRA1 - ген относится к группе NTS (регуляция обмена нейромедиаторов и функционирования синапсов), достоверность прогноза оценивается как высокая, прогнозируется тяжелая степень двигательных нарушений, соответствующая 5 баллам по шкале GMFCS.
Пример 3.
Пациент - девочка 5 мес. В неврологическом статусе - мышечная дистония, умеренная задержка психомоторного развития. При генетическом обследовании выявлены нарушения в гене АВСВ11 - ген относится к группе ЕСМ (регуляция транспорта через наружную мембрану клетки), достоверность прогноза оценивается как средняя, существует вероятность развития легкой степени двигательных нарушений, соответствующей 1 баллу по шкале GMFCS.
Пример 4.
При генетическом консультировании проведено исследование методом секвенирования генома у плода на материале пуповинной крови на сроке гестации 16 недель. Выявлены нарушения в гене SCN4A - ген относится к группе ENM (регуляция возбудимости нейрональной мембраны, «ген каналопатиии»), достоверность прогноза оценивается как низкая, существует вероятность развития тяжелой степени двигательных нарушений, соответствующей 5 баллам по шкале GMFCS. Отнесение гена к группе каналопатий определяет высокий риск развития наследственного варианта эпилепсии. Родители информированы. Приняли решение о прерывании беременности по медицинским показаниям.
Таким образом, посредством распределения генов с выявленными у пациентов аномалиями, по группам по признаку общности детерминанты, определяется степень достоверности прогноза, а по соотнесению гена с прогностической таблицей определяется собственно прогноз нарушения двигательных функций, что позволяет существенно повысить качество и информативность семейного консультирования в дородовом периоде и клинического генетического консультирования детей первого года жизни с неясным прогнозом.