Введение

На основе углубленного клинического обследования девяти пациентов из одной семьи норвежский педиатр и генетик Дагфинн Аарског в 1970 году описал новый клинический синдром, характеризующийся множественными структурными нарушениями развития скелета, аномалиями мочеполовой системы, и предположил генетическую природу его наследования [1]. Все обследованные им пациенты мужского пола имели сходную клиническую картину в виде низкого роста, типичных изменений лица, умеренного птоза, гипертелоризма (широко поставленные глаза), широкого носа с расширенными и вывернутыми наружу ноздрями, длинным и широким носогубным желобком. Также у них отмечались генитальные аномалии, а у некоторых из них были диагностированы неопущенные яички. Наблюдение за пациентами выявило отставание в костном возрасте обследованных детей и снижение максимального роста у взрослых мужчин до 159 см при среднем популяционном росте 176±3 см. Сходный клинический синдром с акромелическим типом задержки роста был описан американским генетиком Чарльзом Скоттом и впоследствии выделен в отдельную нозологическую форму – АСС (Аарског–Скотт синдром) [2]. В медицинской номенклатуре фациогенитальная дисплазия закрепилась под названиями синдром Аарскога–Скотта (Aarskog-Scott syndrome, Facio-digito-genital dysplasia, Faciogenital dysplasia, shawl scrotum syndrome, OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) 3005400). Клиническая картина болезни наиболее отчетливо выражена у лиц мужского пола, однако некоторые проявления синдрома также отмечаются у женщин, которые выступают в качестве носителей мутантного гена [3]. АСС является Х-сцепленным, клинически и генетически гетерогенным заболеванием [1–7]. Выраженность клинических проявлений вариабельна у разных пациентов и не зависит от типа генной мутации [8]. Использование пренатальной ультразвуковой диагностики также возможно, такой подход основан на выявлении дефектов костей, позвоночника, гипертелоризма в семейном анамнезе [9–11].

На сегодняшний день нет точных данных частоты встречаемости АСС. Тем не менее распространенность заболевания может составлять 1:25 000, что является усредненным показателем в сопоставлении со сходным числом ежегодно выявляемых случаев других редких орфанных болезней [7]. Вариабельность частоты встречаемости АСС обусловлена определенным числом пациентов с умеренным клиническим течением или его недиагностированными формами, что не учитывается в оценке распространенности заболевания. Описано более 360 наблюдений пациентов с АСС с поставленным клиническим диагнозом и/или подтвержденными мутациями [5, 7, 12]. Однако достоверная распространенность АСС не определена ввиду стертой клинической симптоматики.

Дефекты скелета при этой патологии представлены диспропорционально низким ростом (акромелического типа), избыточной подвижностью суставов, брахидактилией с межпальцевыми перепонками, синдактилией, гипоплазией фаланг пальцев, аномалией позвоночника (включая spina bifida), деформацией кистей. Типичными проявлениями АСС являются множественные поражения лица, которые включают в себя гипертелоризм, дисморфизм глаз, монголоидный разрез глазных щелей, птоз, удлиненный губной желобок, короткий нос, недоразвитие и деформацию ушных раковин, «мыс вдовы», гипоплазию верхней и нижней челюстей, а также гипоплазию и задержку прорезывания зубов. Среди других симптомов нередко отмечается склонность у страдающих АСС к развитию паховой грыжи на фоне слабости передней стенки живота и выпячивания пупка, воронкообразная деформация грудной клетки [2, 3, 5]. У пациентов отмечались характерная слабость связочного аппарата кистей, что выражается гиперподвижностью пальцев, а также деформация коленей и плоскостопие [5, 9]. Кроме того, гиперподвижность в шейном отделе позвоночника, сочетающаяся с аномалией зубовидного отростка позвонка, может приводить к неврологической симптоматике [2].

Одними из частых клинических проявлений заболевания, наблюдающихся у пациентов, являются задержка умственного развития и синдром дефицита внимания и гиперактивности, который выражается в прогрессирующем нарушении поведенческих реакций, способности к концентрации и обучению [4]. Это вызывает сложности в освоении знаний и возможности получения полноценного образования уже в начальной школе. Позднее, в зрелом возрасте, отмечаются трудности с приобретением профессиональных навыков, и изменения социального поведения становятся более очевидными [5]. Задержка умственного развития у пациентов с АСС фиксируется более чем в 30% клинических наблюдений, при этом социальная интеграция и адаптация пациентов с возрастом становится удовлетворительной. Orrico A. et al. отметили, что 16-летний пациент с выраженным дисморфизмом, напоминающим АСС, имел низкий интеллектуальный коэффициент [4]. Выявленные при клиническом обследовании нарушения поведенческих реакций и когнитивных способностей являются важной составляющей фенотипа носителей АСС, однако единого мнения у специалистов в этом спорном вопросе нет [4, 12].

Bottani A. et al. описали 8-летнего пациента с характерными фенотипическими проявлениями АСС, включая низкий рост, дефекты пальцев рук, крипторхизм, подтянутую к пенису мошонку и низкую способность к обучаемости. В неврологическом статусе установлены несколько эпизодов тонико-клонических судорог и глазной тик. При углубленном клиническом обследовании выявлена переднебоковая правосторонняя полимикрогирия. При клиническом обследовании родственников пациента у них не было обнаружено каких-либо отклонений [13].

Аномалии мочеполовой системы встречаются в большинстве клинических наблюдений АСС и представлены в виде высокого расположения «шалевидной» мошонки и задержки опущения яичек [9, 12, 14].

Синдром Аарскога–Скотта – редкое сцепленное с Х-хромосомой заболевание, основной причиной которого являются мутации в гене FGD1, но есть свидетельства того, что существует также аутосомно-доминантная или аутосомно-рецессивная форма с вовлечением других, еще не описанных генов [14].

Анализ данных литературы наглядно демонстрирует широкий спектр клинических проявлений АСС с преимущественным поражением костей лицевого черепа, нарушением формирования скелета и аномалиями гениталий [12, 15]. Тем не менее для подтверждения синдрома АСС достаточно нескольких классических клинических признаков, а именно небольшого роста, гипертелоризма, брахидактилии, короткого носа и подтянутой мошонки. Непропорциональное нарушение роста начинает отчетливо проявляться уже к третьему году жизни и выражается в виде отставания в росте и появлении костно-лицевых дефектов. Задержка роста у пациентов обычно сочетается с нормальным ростом внутренних органов, что может приводить к их постепенному сдавлению.

Из-за высокого разнообразия симптомов АСС нередко маскируется другими, схожими по клинической картине болезнями, вызывая диагностические сложности, что приводит к ошибочной лечебной тактике. К примеру, фетальный алкогольный синдром имеет определенные клинические сходства с АСС в виде множественных дефектов лица, птоза век, нарушения прорезывания зубов, дефицита роста и задержки умственного развития [16]. Дифференциальный диагноз синдрома Аарскога–Скотта обычно проводится с другими генетическими болезнями, характеризующимися преимущественным нарушением роста и сходными фенотипическим проявлениями (синдром Нунан, синдром Робинова–Сильвермена–Смита). Тем не менее единственным на сегодняшний день достоверным методом диагностики орфанных заболеваний является проведение генетического исследования в сопоставлении с клиническими данными [12].

Структурная характеристика белка FGD1

Молекулярно-генетические исследования показали, что ген FGD1 кодирует одноименный белок FGD1 (молекулярный вес 107 kDa), который концентрируется на плазматической мембране, мембранах комплекса Гольджи и цитозоле. Белок FGD1 функционирует как фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (guanine nucleotide exchange factor, GEF). GEF активирует белки, называемые ГТФазами (GTPase), конвертируя переход ГТФазы из неактивной гуанозиндифосфат-связанной в активную гуанозин-5'-трифосфат-связанную форму [17–19].

Всего выявлено более 100 различных мутаций FGD1, большая часть которых располагается преимущественно в участке, кодирующем каталитический домен белка FGD1, что, вероятно, приводит к нарушению пространственной организации белка. Клинический анализ не показал прямой корреляции между фенотипическими проявлениями АСС и расположением выявленных мутаций, что косвенно подтверждает факт возможного изменения конформации белка, приводящего к снижению его функциональной активности [8].

Структура белка FGD1 включает в себя пять доменов, начиная с N-конца: пролин-богатый домен (prolin reach domain, PRD), в составе которого есть участки, гомологичные Src, SH3, Ena/VASP; домен, гомологичный Dbl (Dbl-homology domain, DH); примыкающий домен, гомологичный плекстрину (Pleckstrin homology domain, PH), прилегающий цинк-содержащий домен (Fab1, YOTB, Vac1, EEA1, FYVE) и PH2 (второй домен, гомологичный плекстрину) (рис. 1 А). Участок PRD N-конца FGD1 играет роль негативного регулятора активности белка. FYVE домен имеет высокое сродство к форфатидилинозитолам, что обеспечивает его концентрацию на эндосомах. Однако в структуре FYVE домена отсутствует участок WxxD, что ограничивает специфическое связывание белка FGD1 с мембранами эндосомальной системы [20].

Участок DH белка FGD1 содержит GEF (фактор обмена гуаниновых нуклеотидов), ответственный за специфическую активацию ГТФазы CDC42 – белка суперсемейства RAS [21]. В свою очередь, активный CDC42 обеспечивает регуляцию множества клеточных процессов, включая транспорт белков, организацию цитоскелета, экспрессию генов, поляризацию клеток и клеточную пролиферацию. Учитывая тот факт, что начало экспрессии FGD1 в длинных трубчатых костях совпадает с началом роста и минерализации кости в эмбриональном периоде, предполагается, что FGD1/CDC42 сигнальный механизм каким-то образом определяет формирование и созревание костной ткани (рис. 1 B). В экспериментах с использованием stem cells было показано, что FGD1 необходим для формирования и роста костной ткани. Экспрессия в плюрипотентных клетках только активного FGD1 и CDC42 обеспечивает остеогенную дифференцировку. Gao L et al. предполагают, что FGD1/CDC42 сигнальный механизм дифференцировки остеобластов существует на протяжении всей жизни человека и может функционировать при регенерации костной ткани [22]. В постнатальном периоде высокий уровень экспрессии FGD1 выявлен в участках активного образования костной ткани, хондроцитах и покоящихся фибробластах околосуставной капсулы [23].

Больше того, экспрессия белка FGD1 выявлена в почках, печени, легких, сердце и головном мозге [23]. Интересно, что белок, аналогичный по своей структуре и функции FGD1, был обнаружен у бактерий (Mycobacterium tuberculosis), кольчатых червей (Caenorhabditis elegans), Xenopus tropicalis, беспозвоночных, млекопитающих (мыши, крысы, собаки, коровы, обезьяны) и дрожжей (Saccharomyces сerevisiae), что характеризует белок как весьма консервативный по своей структуре и, возможно, по назначению. К примеру, гомолог FGD1 у дрожжей, белок CDC24, является уникальным и специфическим активатором CDC42, вовлеченным в регуляцию цикла деления дрожжей. В ответ на внешние стимулы может происходить олигомеризация CDC24 через его каталитический DH домен [24].

Механизм регуляции белка FGD1

Точный механизм активации и внутриклеточной регуляции FGD1 до сих пор остается неизвестным. Данные литературы показывают, что одним из возможных кандидатов, регулирующих активность белка FGD1, является рецептор, сопряженный с G-белком, располагающийся на плазматической мембране, который опосредует передачу сигнала из внеклеточного пространства, что приводит к активации множества сигнальных путей, в том числе и FGD1-зависимого [25]. При этом локальная активация белка FGD1 влечет конверсию CDC42 в его активную (гуанозин-5'-трифосфат-связанную) форму, что определяет передачу сигнала специфическим эффекторам и регуляцию биологических процессов, контролируемых CDC42. Другой механизм, регулирующий активность белка FGD1, опосредуется через эпидермальный фактор роста и TGF-β/Src-зависимый путь [26]. Активация расположенных на пластинчатом комплексе Гольджи тирозинкиназ семейства SFks (Src tyrosine family kinase) может приводить к локальной активации белка FGD1 и регуляции транспорта секреторного материала, проходящего через аппарат Гольджи [27]. По всей видимости, фосфорилирование тирозина в PRD домене запускает каскадный механизм, определяющий его биологические внутриклеточные эффекты. Нельзя исключить и другие механизмы, регулирующие активность FGD1 на клеточных мембранах (рис. 2).

Локальное увеличении пула фасфатидилинозитолов может способствовать «заякориванию» FGD1 в участках клеточных мембран за счет высокой аффинности к ним имеющихся в его составе доменов (PH, PH2 и FYVE). Описанный механизм предположительно определяет повышенную концентрацию FGD1 на мембранах аппарата Гольджи и эндосомальной системы через PH и FYVE домены. Внутриклеточная локализация белка FGD1, по всей видимости, регулируется только его N-терминальным участком, что обеспечивает его преимущественное субкортикальное накопление на структурах актинового цитоскелета и мембранах комплекса Гольджи. Нельзя исключить, что другие эффекторы белка FGD1, такие как кортактин (кортикальный актин-связывающий белок) и mAbp1 через PRD домен могут определять его ассоциацию с актиновым цитоскелетом [28].

Убиквитин-зависимый протеолиз представляет собой один из универсальных механизмов, играющих ведущую роль в регуляции клеточных процессов и утилизации белков. Приведенное исследование [29] показало, что деградация белка FGD1 происходит путем его двойного фосфорилирования в участке DS283GIDS287 между PRD и DH доменами в положении аминокислоты серин (S283 и S287). Установлено, что фосфорилирование FGD1 опосредуется гликогенсинтазной киназой (GSK3β), что обеспечивает распознавание этого участка цитозольной специфической Е3 лигазой SCFFWD1/β-TrCP с последующей протеолитической деградацией FGD1 [29]. Замещение серина в участках FGD1 S283 и S287 на нефосфорилируемый аланин (FGD1(SA) мутант) не только приводит к существенному увеличению количества внутриклеточного белка FGD1, но и вызывает выраженные биологические эффекты, обусловленные избыточной активностью его основного эффектора CDC42, с формированием множества выростов на плазматической мембране (филоподий) [29]. Интересно также то, что субстратом киназы GSK3β являются и другие белки FGD1 зависимого сигнального пути, например MLK3 (MAP3K mixed-lineage kinase 3) и JNK (c-Jun N-terminal kinase), которые вовлечены в регуляцию экспрессии генов, апоптоз, клеточную пролиферацию и дифференцировку остеобластов. Исследования Adachi et al. впервые показали существенное накопление GSK3β киназы на трансчасти комплекса Гольджи в культивированных клетках линии HeLa [30]. Нельзя исключить, что оба белка, GSK3β и FGD1, могут функционировать в сходных экспортных субдоменах аппарата Гольджи, обеспечивая тем самым совместную координацию направленного пост-Гольджи транспорта секреторных белков (коллагена I типа). При этом нарушение трансляции гена GSK3β ускоряет транспорт секреторных белков от эндоплазматического ретикулума до плазматической мембраны. Располагаясь на трансчасти комплекса Гольджи, GSK3β потенциально может контролировать динамику секреторного процесса и действовать как биологический регулятор, определяя интенсивность сигнала и степень активности белков секреторного аппарата через регуляцию определенных участков эффекторных белков, например FGD1. Предложенный механизм регуляции активности белка FGD1 GSK3β-зависимым способом непосредственно координируется через его основной эффектор CDC42, что создает сигнальный каскад, работающий по принципу обратной связи [29, 31].

Таким образом, структурная организация белка FGD1 обеспечивает его накопление в определенных клеточных компартментах и устанавливает его биологическую роль в регуляции внутриклеточных процессов, включая транспорт секреторных белков, организацию цитоскелета, клеточную поляризацию, эндоцитоз и экспрессию генов. Регуляция внутриклеточной активности белка FGD1 может осуществляться несколькими независимыми сигнальными механизмами, что, по-видимому, обеспечивает его пространственную и временную активность в различных клеточных структурах, направленных на обеспечение специализированных функций.

Патогенез синдрома Аарскога–Скотта

Механизм патогенеза АСС до сих пор остается неизвестным. Тем не менее проведенные исследования с применением методов клеточной биологии показали возможную роль FGD1 в регуляции факторов транскрипции, отвечающих за клеточную пролиферацию и дифференцировку остеобластов [22]. Белок FGD1 может контролировать несколько сигнальных путей. После конверсии в активную форму CDC42 через свои эффекторы, в частности MLK3 (MAP3K mixed-lineage kinase 3), ЕRК1/2 и р38 регулирует дифференцировку остеобластов. Интересно, что мыши с генотипом MLK3−/− характеризуются снижением костной массы, нарушением минерализации костной ткани и множественными аномалиями зубов. Было убедительно показано [32], что экспрессия мутантных белков FGD1, выделенных из костной ткани пациентов с синдромом АСС, приводит к нарушению активации MLK3 и снижает активность фактора транскрипции RUNX2, регулирующего дифференцировку остеобластов. При этом JNK не участвует в FGD1-зависимом механизме дифференцировки остеобластов.

Нарушение регуляторной функции FGD1 приводит к замедлению пост-Гольджи транспорта секреторных белков, в частности проколлагена I типа, являющегося основным белком костного матрикса, что может быть также ключом к пониманию комплексного механизма патогенеза АСС (рис. 2) [33].

Тактика при синдроме Аарскога–Скотта

В настоящее время алгоритм патогенетического лечения АСС не разработан. Исследования показали, что концентрация гормонов роста в крови страдающих им находится в пределах допустимых значений или незначительно ниже нормы, поэтому использование гормональной терапии малоэффективно [12, 34]. При назначении группе из пяти пациентов с генетически подтвержденным диагнозом «синдром Аарскога–Скотта» рекомбинантного гормона роста отмечена небольшая коррекция ростового показателя [35]. Тем не менее убедительные доказательства о выраженном терапевтическом эффекте гормона роста в доступной литературе отсутствуют. Лечение пациентов с АСС осуществляется по клиническим рекомендациям, в соответствии с которыми проводится косметическая коррекция дефектов челюстно-лицевого аппарата, зубов и мягких тканей [34, 36–38]. Прогноз для жизни и работы у пациентов с АСС благоприятный и зависит от выраженности фенотипических проявлений и умственной отсталости.

Заключение

Клиническая картина синдрома Аарскога–Скотта разнообразна и характеризуется преимущественно структурно-функциональными нарушениями формирования костной ткани длинных трубчатых и плоских костей, обусловленными мутацией гена FGD1. Изучение механизма патогенеза синдрома Аарскога–Скотта и разработка на его основе медикаментозной таргетной терапии, направленной на коррекцию аномалий развития костей, представляет собой перспективное научное направление и, возможно, определит значение белка FGD1 в регенерации костной ткани после переломов, оперативных вмешательств и прогрессировании злокачественных опухолей.