Потужний інгібітор протеаз α1-антитрипсин відноситься до білків гострої фази запалення і присутній в сироватці, різних біологічних рідинах і тканинах тіла.
Він синтезується гепатоцитами, моноцитами і бронхоальвеолярному макрофагами і захищає тканини від ушкодження протеазами - трипсином, химотрипсином, еластазою, колагеназою, а також від протеаз, секретується нейтрофилами і макрофагами. Інгібуюча активність сироватки щодо протеаз на 90% забезпечується α1-антитрипсину; на його частку припадає близько 90% смуги α1-глобулінів при електрофорезі білків сироватки.
Білок α1-антитрипсин відноситься до гликопротеидам; він складається з однієї поліпептидного ланцюга з 4 бічними вуглеводними ланцюжками. Відомо щонайменше 60 ізоформ білка (виявлені за їх рухливості при електрофорезі в крохмальної гелі в кислому середовищі з наступним перехресним іммуноелектрофореза в агарозному гелі), обумовлених мутаціями відповідного гена. Метод ізоелектричного фокусування в поліакриламідному гелі, що прийшов на зміну електрофорез в крохмальної гелі, дозволив точніше виявляти різні ізоформи α1-антитрипсину. Ізоформи, які кодуються різними алелями гена, позначаються різними літерами алфавіту (більш рухливі ізоформи позначаються першими літерами алфавіту). Найширше поширена изоформа М із середньою рухливістю, изоформа S рухається повільна, а сама повільна изоформа - Z.
Недостаточностьα1 -антитрипсину успадковується аутосомно, Кодомінантність. Ген α1-антитрипсину розташований на 14-й хромосомі. Кожен з двох алелей вносить свій внесок в експресію білка. При наявності ізоформи, кодируемой аллелем S, кількість α1-антитрипсину в плазмі становить лише 60% від норми, а при наявності ізоформи, кодируемой аллелем Z, - 10-15%. До низької концентрації α1-антитрипсину в плазмі призводить також наявність рідкісних алелей. Існують і так звані нульові аллели, при наявності яких а -антитрипсин в плазмі не визначається зовсім. Аллель S порівняно широко поширений в Іспанії, а аллель Z - в скандинавських країнах.
При гомозиготности по аллелю М (фенотип ММ) середня концентрація α1-антитрипсину в сироватці становить 220 мг%. При гострому і хронічному запаленні (реакція на пошкодження тканин), прийомі естрогенів і пероральних контрацептивів, вагітності, злоякісних пухлинах і після вакцинації проти черевного тифу рівень білка може підвищуватися. При вираженій недостатності α1-антитрипсину рівень білка в зазначених випадках підвищується лише незначно.
Гістологічне дослідження тканини, печінки при вираженій недостатності α1-антитрипсину виявляє скупчення аморфного матеріалу в гепатоцитах, який, як і глікоген, дає позитивну ШИК-реакцію, але на відміну від глікогену стійкий до впливу діастази. Цей ШИК-позитивний матеріал, який найбільшою мірою накопичується в гладкому ЕПР гепатоцитів, є варіантом α1-антитрипсину, який є продуктом аллели Z, в якому глутамат в одному з положень замінений на лізин. Це порушує транспортування білка з гладкого ЕПР в апарат Гольджі і його екскрецію з гепатоцитів, що в кінцевому рахунку призводить до низької концентрації α1-антитрипсину в сироватці. Амінокислотні заміни є і при інших, менш тяжких формах недостатності α1-антитрипсину. Ізоформи Mduarte і Mmalton мають практично нормальну електрофоретична рухливість, але тим не менш призводять до низького рівня білка в плазмі, наявності внутрішньоклітинних включень і ураження легень і печінки. Продукт алелі S характеризується зниженою стабільністю і не накопичується в гепатоцитах. У негрів аллели, відмінні від М, зустрічаються рідко. Аллель Z найбільш поширений в Північній Європі. У США виражена недостатність α1-антитрипсину є приблизно у 1 з 676 білих.
Гомозиготи ZZ, а також, ймовірно, гетерозиготи SZ і, можливо. MZ більш схильні до ризику емфіземи, хронічного бронхіту або обох захворювань разом, ніж в середньому серед населення. Куріння ще більше збільшує ризик. Емфізема зазвичай вражає все частки легких; першими залучаються до патологічного процесу нижні частки.
Ризик емфіземи обернено пропорційний рівню α1-антитрипсину в плазмі, а тяжкість ураження печінки залежить від накопичення білка в гепатоцитах. Печінка уражається при фенотипах, для яких характерні внутрішньоклітинні скупчення білка (аллели Z, особливо гомозиготи ZZ, Mmalton, Mduarte, можливо, також гетерозиготи MZ). При недостатності α1-антитрипсину, обумовленої внутрішньоклітинної деградацією білка (аллель S, нульові аллели), печінку, навпаки, не уражається. Патогенез ураження печінки поки не ясний.
Причини недостатності альфа 1 антитрипсину
α1-антитрипсин (ААТ) відноситься до позитивних білків гострої фази, т. е. до білків, синтез яких посилюється при гострому запаленні (реакція гострої фази). ААТ - інгібітор серинових протеаз (серин-ІП, або серпін), синтезується в печінці і легенях, але виявляється у всіх тканинах і плазмі. При електрофорезі сироватки ААТ становить основний компонент α1 -піка. ААТ пригнічує дію трипсину і еластази в нейтрофілах. Це особливо важливо в легких, де ААТ захищає тканини від руйнування еластазою, що виділяється з нейтрофілів.
Недостатність ААТ (синдром Лаурелла-Еріксона) розвивається при мутаціях гена, що кодує ААТ і локалізованого на хромосомі 14. Це призводить до аутосомно-рецесивним захворювання, при якому замість нормального алеля М (фенотип РРММ) утворюється аллель S або Z (частота гомозиготних форм 1: 1500-1: 5000). Найбільш високий ризик несе гомозиготний фенотип PPZZ. Недостатність ААТ призводить до надмірної активності протеїнази легких, що викликає руйнування тканини і розвиток емфіземи і бронхоектазів, а в кінцевому підсумку-к дихальної недостатності з гипоксемией і гіперкапнією. Куріння і супутні інфекції прискорюють порушення функції легенів. Синтез в печінці найбільш поширеного варіанту ААТ (PI * ZZ) призводить до об'єднання молекул дефектного білка з утворенням полімерів і подальшим накопиченням їх в ЕПР (ЕПР) клітин печінки. Це викликає розвиток холестатичної жовтяниці новонароджених, хронічного активного гепатиту, цирозу печінки і печеночіие-ноклеточного раку. Як і при хворобі Вільсона, для лікування ААТ необхідна трансплантація печінки.
ураження печінки
Генетична природа зв'язку між недостатністю α1-антитрипсину і цирозом печінки вперше була виявлена у дітей. Пізніше цей зв'язок була підтверджена і у дорослих. При цирозі, обумовленому недостатністю α1-антитрипсину, підвищується також частота печінковоклітинного раку.
У клінічних дослідженнях у 12% немовлят з генотипом ZZ вже в перші місяці життя був холестаз, а ще у 7% - інші ознаки ураження печінки. До шестимісячного віку симптоми ураження печінки зникали, але зберігалася підвищена активність печінкових ферментів. У віці 3 міс активність печінкових ферментів була підвищена у 47% таких новонароджених. -лише у 34% немовлят з генотипом ZZ не було ні клінічних, ні лабораторних ознак ураження печінки. До 4 років приблизно у половини дітей з генотипом ZZ зберігалася підвищена активність печінкових ферментів.
Приблизно у 75% дітей з недостатністю α1-антитрипсину і клінічно вираженим ураженням печінки вже в перший рік життя розвиваються холестаз і жовтяниця. У решти 25% в більш старшому віці з'являються симптоми портальної гіпертензії. З новонароджених з холестазом лише 25% одужують і не мають ознак цирозу печінки.
Іноді важкий холестаз на тлі недостатності а, -анти-трипсину викликає у новонароджених картину, що нагадує обструкцію позапечінкових жовчних шляхів. Однак під час операції виявляють фізіологічні порушення відтоку жовчі, але не атрезію жовчних проток.
Приблизно у 25% дітей з недостатністю α1-антитрипсину і холестазом зберігаються значні відхилення біохімічних показників функції печінки від норми. У них розвивається цироз печінки з портальною гіпертензією, асцитом, варикозним розширенням вен стравоходу, і вони вмирають від печінкової недостатності в перші 10 років життя. Ще у 25% дітей при виражених відхиленнях біохімічних показників функції печінки цироз розвивається повільніше; смерть настає у віці 10-20 років. Ще у 25% дітей функція печінки порушена незначно, гепатоспленомегалія виражена слабо, ступінь фіброзу печінки менше; такі хворі доживають до дорослого віку. Решта 25% дітей одужують, залишковий фіброз печінки мінімальний.
І у дорослих, і у дітей ураження печінки вдвічі частіше зустрічається у осіб чоловічої статі. У хворих з генотипом ZZ шведського або північноєвропейського походження ризик цирозу становить 37-47%, а печінковоклітинного раку 15-29%. Серед гетерозигот MZ і SZ відносний ризик цих захворювань становить 1,8 і 5,7 відповідно.
діагностика
Недостатність α1-антитрипсину слід запідозрити у всіх випадках хронічного захворювання печінки невідомої етіології у білих дітей і дорослих, особливо північноєвропейського походження. Вірогідність захворювання вище при наявності захворювань печінки або X03J1 у найближчих родичів і в тих випадках, коли можна виключити алкогольний і вірусні гепатити. Визначення алелей гена α1-антитрипсину показано дітям з гепатитом новонароджених, гігантоклітинним гепатитом, ювенільний цироз печінки або з постійно підвищеною активністю амінотрансфераз. Генодіагностика показана також дорослим з хронічним активним гепатитом при відсутності серологічних маркерів вірусних гепатитів або з криптогенним цирозом печінки, при наявності печінковоклітинного раку або без нього.
На недостатність α1-антитрипсину вказує відсутність піку, характерного для фракції а, глобулінів, при електрофорезі білків молочної сироватки. Метод не дуже чутливий, і для підтвердження діагнозу зазвичай визначають концентрацію α1-антитрипсину в сироватці і генотип алелей гена α1-антитрипсину. Остаточно діагноз підтверджують біопсією, яка допомагає також визначити тяжкість ураження печінки.
Визначення фенотипу. Методом вибору при визначенні изоформ α1-антитрипсину служить ізоелектричного фокусування в поліакриламідному гелі. Отримано моноклональні антитіла до ізоформ, кодируемой аллелем Z. Вони використовуються в твердофазном ІФА, який застосовується для масових обстежень. Такі антитіла можна застосовувати також для імуногістохімічного фарбування біоптатів.
Точне визначення більшості фенотипів можна провести також на рівні ДНК. Деякі мутації можна виявити за допомогою блоттинга по Саузерну завдяки їх вдалому розташуванню поблизу сайту розщеплення ендонуклеаза рестрикції (аналіз поліморфізму довжин рестрикційних фрагментів ДНК). Для цього методу досить ДНК всього лише з декількох клітин, що робить його ідеальним для пренатальної діагностики.
Иммунофлюоресцентное і імунопероксидазному фарбування із застосуванням неспецифічних антитіл проти α1-антитрипсину виявляє включення білого в гепатоцитах краще, ніж ШИК-реакція з обробкою діастазою. Ці методи підходять для фарбування як заморожених, так і фіксованих формаліном препаратів. При електронній мікроскопії в ЕПР частини перипортальних збільшених гепатоцитів можна виявити α1-антитрипсин - як у гомо- так і у гетерозигот. У дорослих з недостатністю α1 -атітріпсіна ураження печінки зазвичай протікає з порівняно слабкою запальної реакцією, що розповсюджується від портальних трактів. Запальний інфільтрат (в основному лімфоцити) зосереджений в безпосередній близькості від скупчень ШИК-позитивних глобул. Можуть виявлятися ступінчасті некрози. У міру прогресування захворювання збільшується ступінь фіброзу і розвивається великовузлового цироз. На тлі цирозу можливі печінковоклітинний рак або холангіокарцинома.
Профілактика і лікування
Профілактика. Як і при інших генетичних захворюваннях, при виявленні у хворого недостатності α1-антитрипсину, незалежно від клінічної картини (ураження легень, печінки або наявність інших симптомів), необхідно обстежити його найближчих родичів. Гомозиготні форми захворювання бажано виявляти ще до появи симптомів. Хворим рекомендують уникати паління. Сім'ям, де є хоча б одна дитина з ураженням печінки, необхідно медико-генетичне консультування.
Медикаментозне лікування. Ефективною медикаментозної терапії при ураженні печінки немає.
Трансплантація печінки забезпечує організм новим джерелом α1-антитрипсину. У таких хворих фенотип изоформ α1-антитрипсину збігається з фенотипом донора. У більшості клінік, що спеціалізуються на трансплантації органів, однорічна виживаність дітей і підлітків після трансплантації печінки становить 90%, а п'ятирічна - 80- 85%. Даних про трансплантацію печінки у дорослих з цирозом печінки, що несуть аллель Z, мало. При відсутності тяжкого ураження легень показанням до трансплантації печінки є декомпенсована печінкова недостатність, викликана цирозом печінки. Перед операцією необхідно оцінити функцію зовнішнього дихання і виключити печінковоклітинний рак.