Преконцепционный скрининг

Преконцепционный генетический скрининг – это исследование, которое проводится при планировании беременности (до её наступления) и представляет собой обследование будущих родителей на носительства распространенных аутосомно-рецессивных заболеваний. При аутосомно-рецессивном наследовании носители не имеют признаков болезни. Риск рождения больного ребенка в браке двух носителей генетических аберраций в одном и том же гене высокий и для каждой беременности составляет 25%. В случае выявления носительства у обоих партнеров возможно применение различных вариантов репродуктивных технологий, позволяющих снизить риск рождения ребенка с наследственным заболеванием. Также в ряде случаев проводится скрининг на наличие заболеваний, сцепленных с X-хромосомой.

Рис. 1. Аутосомно-рецессивный тип наследования

При планировании беременности врач-гинеколог уточняет у будущих родителей, были ли в семье наследственные заболевания, пороки развития плода, психические заболевания, а также онкологические заболевания, которые могут носить наследственный характер (рак молочных желез, яичников, матки, толстой кишки).

Признаки, на основании которых могут быть заподозрены наследственные заболевания

• наличие заболевания у кровных родственников

• этническая предрасположенность к определенным наследственным заболеваниям

• близкородственный брак

• аналогичное или сходное заболевание поражает нескольких членов семьи

• ранний дебют заболевания

• данное заболевание обычно встречается у лиц противоположного пола

• многоочаговое или двухстороннее поражение (особенно при раке)

• заболевание возникает при отсутствии факторов риска или несмотря на адекватную профилактику

• один или несколько серьезных пороков развития

• задержка развития или умственная отсталость

• аномалии роста (задержка роста, асимметричный рост или чрезмерный рост)

• привычное невынашивание беременности (два или более случая)

Если у одного или обоих партнеров выявлено носительство наследственных заболеваний, пара направляется на медико-генетическое консультирование с целью определения вероятности рождения ребенка с наследственной патологией и информирования о возможностях раннего скрининга заболевания у плода.

Однако в случае, если ранее в семьях супругов не наблюдалось наследственных заболеваний, бессимптомное носительство аутосомно-рецессивных аберраций может быть пропущено, поскольку оно никак не проявляет себя клинически. В большинстве случаев единственным методом, позволяющим выявить гетерозиготных носителей, является генетическое тестирование.

На данный момент зарегистрировано более 1900 заболеваний с аутосомно-рецессивным типом наследования. Хотя каждое из этих заболеваний встречается довольно редко, в совокупности они затрагивают миллионы людей во всем мире и составляют почти 20% в структуре детской смертности. Учитывая эти данные, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендовала проводить скрининг носительства наиболее распространенных аутосомно-рецессивных заболеваний.

Во многих странах обсуждается вопрос о внедрении скрининга носительства на государственном уровне. В настоящее время подобная практика, в основном, нацелена на группы высокого риска. Известно, что некоторые наследственные болезни чаще встречаются в определенных популяциях или этнических группах. Например, болезнь Тея-Сакса чаще встречается среди евреев-ашкенази, β-талассемия – в странах Средиземноморья. Уже в начале 70-х годов были внедрены программы преконцепционного скрининга носительства болезни Тея-Сакса среди евреев-ашкеназов в США, Австралии и других странах. Считается, что в Соединенных Штатах Америки и Канаде частота этого заболевания среди еврейского населения сократилась более чем на 90%. Есть данные, что проведение скрининга носительства на муковисцидоз привело к значимому снижению частоты заболевания в Великобритании, США и Италии.

Для жителей Российской Федерации характерна высокая распространенность муковисцидоза, фенилкетонурии, галактоземии, спинальной мышечной атрофии и нейросенсорной тугоухости. Несмотря на высокую частоту заболеваний, тяжелые последствия и доступную диагностику, в настоящее время в России исследование на носительство остается прерогативой коммерческих организаций, на государственном же уровне никаких рекомендаций, направленных на развитие данного направления, не существует.

Для снижения затрат на скрининг носительства этих заболеваний может быть предложено исследование только «мажорных» патогенных вариантов. Термин «мажорный» употребляется по отношению к патогенным вариантам, которые встречается наиболее часто в данной популяции. Небольшое количество мажорных патогенных вариантов, определяющих большую часть случаев заболевания, позволяет использовать метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), как наиболее простой и доступный метод скрининга.

Международные рекомендации и исследования

В рекомендациях по преконцепционному скринингу Американского общества репродуктивной медицины (ASRM) и Американского колледжа акушеров и гинекологов (ACOG) 2019 г. [1] содержатся указания на проведение скрининга следующих заболеваний:

• болезнь Канавана

• муковисцидоз

• семейная дизавтономия (синдром Райли-Дея)

• синдром ломкой Х-хромосомы (синдром Мартина-Белл)

• гемоглобинопатии

• спинальная мышечная атрофия

•  болезнь Тея-Сакса

Безусловно, данные рекомендации требуют адаптации для российской популяции с учётом этнического состава и частоты встречаемости заболеваний. Только для муковисцидоза и спинальной мышечной атрофии в данном документе сформулированы рекомендации проводить преконцепционный скрининг всем женщинам, планирующим беременность, что актуально и для российской популяции.

Скрининг на синдром ломкой Х-хромосомы показан всем женщинам с семейным анамнезом данного заболевания, женщинам с умственной отсталостью с подозрением на данное заболевание, женщинам с необъяснимой недостаточностью яичников в возрасте до 40 лет.

Евреям-ашкеназам показан скрининг на болезнь Тея-Сакса (частота носительства 1/30), болезнь Канавана (частота носительства 1/37–1/53) и семейную дизавтономию (частота носительства 1/32). Если только один из партнеров относится к данной этнической группе, скрининг начинают с него. Если он является носителем аберраций, скрининг показан и второму партнеру. Рекомендации актуальны для России, поскольку подавляющая часть евреев, проживающих в России, относятся к ашкеназам. В канадских рекомендациях 2016 г. [2] и американских рекомендациях 2017 г.[3] приводится расширенный список наследственных заболеваний, часто встречающихся среди евреев-ашкеназов (синдром Блума, врожденный гиперинсулинизм, анемия Фанкони, болезнь Гоше, болезнь накопления гликогена I типа, синдром Жубера, болезнь кленового сиропа и др.) Преконцепционный скрининг на эти заболевания рекомендован только в случае наличия данного заболевания у родственников.

В обновлённых рекомендациях ACOG 2022 г.[4] также рекомендован преконцепционный скрининг на гемоглобинопатии всем женщинам, планирующим беременность, без учета расовой и этнической принадлежности. Рекомендации основаны на высокой частоте встречаемости гемоглобинопатий в США (1/66) и высокой частоте смешанных браков в этой стране, в результате чего зачастую расовая и этническая принадлежность неочевидна. Для российской популяции эти рекомендации мало актуальны, скрининг на гемоглобинопатии по-прежнему рационально проводить в группах риска, в частности у выходцев с Кавказа и из Средней Азии.

В 2021 г. Американским колледжем генетики и геномики (ACMG) была предложена четырехуровневая система преконцепционного скринига, в которой каждый последующий уровень является более широким и автоматически включает в себя предыдущий [6]:

• Уровень 1 (минимальный). Скрининг на муковисцидоз, спинальную мышечную атрофию, а также наследственные заболевания с учетом индивидуальной стратификации риска.

• Уровень 2. Скрининг на аутосомно-рецессивные заболевания с частотой носительства ≥1/100.

• Уровень 3. Скрининг на аутосомно-рецессивные заболевания с частотой носительства ≥ 1/200 и Х-сцепленные заболевания. 

• Уровень 4. Скрининг на наследственные заболевания с частотой <1/200 – дополнительный выбор генов/заболеваний на усмотрение лаборатории.

Рис 2. Четырехуровневая система преконцепционного скринига, предложенная Американским колледжем генетики и геномики (ACMG)

В статье [6] приведены таблицы с распределением аутосомно-рецессивных заболеваний по частотности носительства и наиболее частыми Х-сцепленными заболеваниями (всего 97 аутосомно-рецессивных заболеваний и 16 Х-сцепленных)

Рекомендации ACMG:

• Всем беременным или планирующим беременность женщинам должен быть предложен 3-й уровень скрининга на аутосомно-рецессивные и Х-сцепленные заболевания.

• Уровень 4 рекомендован:

• когда беременность наступила от известного или возможного кровного родственника (троюродного брата или более близкого родственника);

• когда этого требует семейный или индивидуальный медицинский анамнез.

• Не рекомендуется рутинное использование 1-го и 2-го уровней, поскольку они не позволяют адекватно обследовать все расовые и этнические группы.

• Не рекомендуется рутинное использование 4-го уровня.

В 2024 г. опубликованы результаты исследования по расширенному преконцепционному скринингу в Израиле, выходящему за рамки стандартной государственной программы [5]. Было обследовано 10115 человек, из них 59.7% – пары, 40.3% – один супруг из пары. Наиболее частыми были аберрации в генах GJB2/GJB6 (частота носительства 1:22), CFTR (1:28), GBA (1:34), TYR (1:39), PAH (1:50), SMN1 (1:52) и HEXA (1:56). Среди 3018 протестированных пар у 25% не были выявлены патогенные варианты, в 48.5% случаев один из партнеров был носителем аберрации, в 24.3% оба партнера были носителями аберраций в разных генах, ответственных за различные заболевания. Было выявлено 79 пар высокого риска (2.6%), в которых либо оба партнера были носителями аутосомно-рецессивных аберраций в одном и том же гене, либо женщина была носительницей Х-сцепленного заболевания. Исследователи сделали вывод, что в 48.1% из этих случаев патогенные варианты не были бы выявлены при использовании стандартной рутинной государственной израильской программы генетического преконцепционного скрининга и рекомендовали внедрение расширенной программы скрининга.

В российском исследовании 2019 г. [7] была оценена частота гетерозиготного носительства аберраций в генах CFTR, PAH, GALT и GJB2 в выборке здоровых жителей г. Москвы и Московской области. В исследовании принимали участие 2168 лиц, у которых отсутствовали клинические проявления наследственных заболеваний. Молекулярно-генетическое исследование образцов проводили путём анализа наиболее частых аберраций в генах CFTR, PAH, GALT и GJB2 с применением real-time PCR. Всего среди 2168 человек было обнаружено 192 носителя патогенных вариантов (частота в выборке составила 8,86%). При генотипировании были выявлены 46 носителей аберраций в гене CFTR, 63 носителя аберраций в гене PAH, 12 носителей аберраций в гене GALT и 74 носителя аберраций в гене GJB2. Кроме того, в 3 случаях было установлено сочетанное носительство аберраций в разных генах. Частота носительства патогенных вариантов составила: CFTR - 1/34, PAH - 1/34, GJB2 – 1/29, GALT – 1/185. Полученные данные свидетельствуют о высокой частоте носительства патогенных вариантов в исследуемых генах. Таким образом, имеются предпосылки для диагностики носительства аберраций, приводящих к наиболее частым аутосомно-рецессивным заболеваниям в популяции. Подобные исследования могут стать эффективным инструментом для профилактики наследственной патологии в семьях носителей патогенных вариантов.

Ещё одна частая аутосомно-рецессивная патология, скрининг которой не был включен в вышеуказанное исследование – это спинальная мышечная атрофия (СМА). По данным ФГБНУ МГНЦ имени академика Н. П. Бочкова частота носительства аберраций в гене SMN1, ответственного за развитие СМА в России составляет 1/36 человек, расчетная частота рождения ребенка с данной патологией – 1 на 5184 новорожденных [8].

На основании проанализированных данных нашей лабораторией было принято решение включить в преконцепционный скрининг четыре наиболее распространённых аутосомно-рецессивных заболевания:

• спинальная мышечная атрофия (ген SMN1)

• муковисцидоз (ген CFTR)

• фенилкетонурия (ген PAH)

• нейросенсорная тугоухость (ген GJB2, вызывающий наиболее частый вариант тугоухости)

Спинальная мышечная атрофия

Проксимальная спинальная мышечная атрофия 5q (СМА) — это тяжелое аутосомно-рецессивное нервно-мышечное заболевание, характеризующееся прогрессирующими симптомами вялого паралича и мышечной атрофии вследствие дегенерации α-мотонейронов передних рогов спинного мозг. Частота встречаемости 1:6000—10000, это одно из самых частых нейромышечных заболеваний детей. Развитие СМА обусловлено аберрациями в гене SMN1. Чaстота гетерозиготного носительства гена СМА составила 2.7% (1:37) - 2.8% (1:36) при обследовании пациентов из разных регионов России.

Рис 3. Дегенерация мотонейрона приводит к постепенной атрофии мышц.

Ген SMN – Survival Motor Neuron («ген выживаемости мотонейронов») кодирует ядерный белок, играющий важную роль в метаболизме нервных клеток. Функция белка заключается в биогенезе ядерных рибонуклеопротеинов и в обеспечении транспорта РНК по аксонам. Особенностью гена SMN является то, что он представлен двумя копиями: одна копия находится теломерной области 5 хромосомы (SMN1), вторая (SMN2) – в центромерной области той же хромосомы. Аберрации теломерной копии вызывают амиотрофии I, II, III типов. Основным типом аберраций в этом гене являются делеции экзонов 7 и/или 8, которые выявляются у 95 % больных. Остальные 5 % являются компаунд-гетерозиготами по делеции в одной копии гена SMN1 и точечной аберрации в другой.

Обнаружение делеции 7 и/или 8 экзонов данного гена в гомозиготном состоянии позволяет точно поставить диагноз больному, а обнаружение данной аберрации в гетерозиготном состоянии у обоих супругов – сделать заключение о высоком риске рождения ребенка со спинальной амиотрофией и спланировать профилактические мероприятия по проведению диагностики этого заболевания на ранних сроках беременности.

Рис 3. Клинические проявления спинальной мышечной атрофии

Проксимальная спинальная мышечная атрофия I типа, или болезнь Верднига-Гоффмана возникает в возрасте до 6 месяцев и характеризуется тяжелой мышечной слабостью. Больные дети не способны держать голову, переворачиваться, сидеть без поддержки. Проксимальная, симметричная мышечная слабость, отсутствие моторного развития и мышечная гипотония являются основными клиническими признаками СМА I типа.

Проксимальная спинальная мышечная атрофия II типа или хроническая СМА (болезнь Дубовица) имеет более позднее начало в возрасте 6-18 месяцев и менее тяжелое течение. Такие дети сохраняют способность сидеть и удерживать голову самостоятельно. У пациентов со СМА II наблюдаются фасцикуляции мышц языка, тремор пальцев вытянутых рук, фасцикулярные и фибриллярные подергивания мышц проксимальных отделов конечностей, выраженный сколиоз, слабость межреберной мускулатуры, диафрагмальное дыхание. Развиваются и прогрессируют скелетные деформации.

Начало проксимальной спинальной мышечной атрофии III типа (юношеская форма), или болезни Кугельберга-Веландер, варьирует в возрасте начиная с 18 месяцев и до юношеского возраста. Пациенты со СМА III сохраняют способность передвигаться самостоятельно, но могут часто падать или испытывать трудности при подъеме и спуске по лестнице, беге, наклоне, подъеме из положения сидя.

Рис 4. Пациент со спинальной мышечной атрофией

Муковисцидоз и другие CFTR-ассоциированные заболевания

В группу CFTR-ассоциированных заболеваний входят муковисцидоз, CFTR-ассоциированные диссеминированные бронхоэктазы, наследственный CFTR ассоциированный панкреатит, CFTR-ассоциированный синусит, изолированная обструктивная азооспермия, двухсторонняя врожденная аплазия семявыносящих путей, синдром псевдо-Барттера.

Известно около 2 000 патогенных вариантов в гене CFTR, при этом генотип определяет фенотип, то есть преобладающие клинические проявления.

Белок CFTR локализуется в апикальной части мембраны эпителиальных клеток, выстилающих выводные протоки желез внешней секреции (потовых, слюнных, желез в бронхах, поджелудочной железе, кишечнике, урогенитальном тракте), он регулирует транспорт электролитов (главным образом хлора) между этими клетками и межклеточной жидкостью. Аберрации в гене CFTR нарушают секрецию ионов хлора. При этом увеличивается реабсорбция натрия железистыми клетками, что вызывает изменение электролитного состава и дегидратацию секрета желез внешней секреции. В результате выделяемый секрет становится чрезмерно густым и вязким. При этом страдают легкие, желудочно-кишечный тракт, печень, поджелудочная железа, мочеполовая система.

Рис 5. Патология CFTR-каналов приводит к повышенной вязкости слизи при муковисцидозе.

Муковисцидоз (кистозный фиброз) представляет собой наследственную системную экзокринопатию с аутосомно-рецессивным типом наследования, характеризующаяся поражением органов дыхания, поджелудочной железы, кишечника, печени и репродуктивной системы у мужчин.

Частота выявления муковисцидоза в Европе - 1:2000-1:2500, в России 1:4000-1:10 000. Частота гетерозиготного носительства аберраций в гене CFTR в российской популяции составляет 2,9 %, или 1:34. Наиболее часто встречающийся патогенный вариант в гене CFTR при муковисцидозе – F508del (составляет около 55% для российской популяции).

Патологические изменения в лёгких характеризуются признаками хронического бронхита с развитием бронхоэктазов и диффузного пневмосклероза. Симптомами бронхо-лёгочной формы муковисцидоза являются вялость, бледность кожных покровов ребенка, недостаточная прибавка массы тела при удовлетворительном аппетите. В некоторых случаях с первых дней жизни появляется кашель. Кашель сопровождается отделением густой мокроты, которая при присоединении бактериальной флоры становится впоследствии слизисто-гнойной.

Клиническая симптоматика кишечной формы обусловлена секреторной недостаточностью поджелудочной железы. Нарушение ферментативной активности желудочно-кишечного тракта особенно ярко выражено после перевода ребёнка на искусственное вскармливание или прикорм и проявляется недостаточным расщеплением и всасыванием белков, жиров и в меньшей степени углеводов.

Таблица 1. Клиническая картина муковисцидоза [9]

Органы и системы	Патологические процессы	Конечный результат
Легкие	Бронхообструкция, снижение толерантности к инфекции, колонизация дыхательных путей P. aeruginosa и другими патологическими микроорганизмами, хроническое воспаление дыхательных путей, бронхоэктазы, деструкция паренхимы легких.	Дыхательная недостаточность, легочная гипертензия, сердечная недостаточность.
Поджелудочная железа	Обструкция протоков железы, появление кист, недостаточность поджелудочной железы (внутренне- и внешнесекреторная), кишечная мальабсорбция.	Мекониевый илеус, нарушение стула (частый, жирный, зловонный, обильный), снижение нутритивного статуса (у детей – отставание в развитии), авитаминозы, сахарный диабет.
Печень	Холестаз, холелитиаз	Цирроз печени, синдром портальной гипертензии, гиперспленизм, печеночная недостаточность, желчнокаменная болезнь
Кишечник	Увеличение вязкости / адгезивности каловых масс	Кишечная непроходимость, синдром дистальной интестинальной обструкции, выпадения прямой кишки
Околоносовые пазухи	Обструкция соустий околоносовых пазух, застой слизи в пазухах, колонизация слизистой оболочки патологической микрофлорой (в том числе P. aeruginosa), формирование полипов в пазухах с распространением в полость носа	Хронический риносинусит, полипы в околоносовых пазухах и полости носа
Электролитный баланс	Гипокалиемия, гипонатриемия, гипохлоремия, алкалоз	Синдром псевдо-Барттера – (жизнеугрожающий синдром потери электролитов)
Репродуктивная система (у мужчин)	Обструкция и последующая атрезия выносящих протоков яичек, азооспермия	Бесплодие

CFTR-ассоциированный панкреатит

В основе патогенеза - осаждение бляшек мукопротеинов в просвете протоков, снижение pH и активации трипсиногена. До 48% людей с хроническим панкреатитом являются носителями аберраций в гене CFTR. Носительство вариантов в гене CFTR повышает риск развития панкреатита в 11 раз. Специфичные аберрации в гене CFTR: F508del, R117H, IVS8-5T, нередко сочетаются с патогенными вариантами в генах SPINK1, PRSS1

Изолированная обструктивная азооспермия

У 98 % мужчин, больных муковисцидозом, нарушена репродуктивная функция, так как имеет место азооспермия или олигозооспермия тяжелой степени. У мужчин, больных муковисцидозом, семявыносящие протоки чаще всего отсутствуют или заблокированы пробкой из густой слизи. При этом болезнь не нарушает выработку половых гормонов и функцию половых желёз. Половое развитие происходит нормально, хотя может быть замедлено.

С аберрациями гена CFTR ассоциировано врождённое двустороннее отсутствие семявыносящего протока (ВДОСП). У некоторых мужчин ВДОСП является единственным признаком болезни. Частота ВДОСП – 1:1 000 мужчин, составляет около 5% от всех случаев мужского бесплодия. Специфичные варианты аберраций в гене CFTR – F508del (33%), R117H (28%), IVS8-5T (16%).

Фенилкетонурия

Фенилкетонурия (ФКУ) – моногенное заболевание из группы наследственных болезней обмена веществ, обусловленное нарушением обмена незаменимой аминокислоты фенилаланин, поступающей в организм человека с белковой пищей, и накоплением токсичных продуктов метаболизма. Классическая ФКУ обусловлена аберрациями в гене РАН (кодирует фермент фенилаланин-4-гидроксилазу). Наследуются аутосомно-рецессивно. Описано более 1000 вариантов аберраций, для многих характерна региональная специфичность. Тип аберрации определяет тяжесть течения заболевания. В России наиболее частым патогенным вариантом является R408W (62,3–63,6%).

Частота выявления ФКУ в российской популяции - 1:7000. Частота гетерозиготного носительства аберраций в гене PAH в РФ по разным данным составляет 1:31 – 1:35.

При рождении у ребёнка нет никаких явных признаков заболевания. Однако поступление фенилаланина с пищей (в т.ч. с материнским молоком) вызывает манифестацию заболевания уже в первом полугодии жизни, а в дальнейшем приводит к тяжелым нарушениям умственного и физического развития. Поражение головного и задержка развития – основные проявление ФКУ, связанные с нарушением прохождения через ГЭБ больших нейтральных аминокислот. Отмечается микроцефалия, судороги, нарушение пигментации кожи.

Рис. 6. Микроцефалия (слева), нормальный размер головы (справа)

Нейросенсорная тугоухость

Нейросенсорная (сенсоневральная) тугоухость (НТ) — это ухудшение или потеря слуха в результате повреждения элементов внутреннего уха, слухового нерва или нейронов головного мозга, которые отвечают за распознавание звука. Нейросенсорная тугоухость может развиваться под воздействием множества факторов, таких как генетические причины, воспалительные процессы, травмы и др., она может быть врожденной или приобретенной, врожденная может быть несиндромальной или синдромальной.

Рис 7. Классификация тугоухости

На долю НТ приходится около 70% всех случаев тугоухости.  Распространенность врожденной НТ составляет по некоторым расчетам до 5 на 1000 новорожденных. Наиболее часто врожденная НТ является единственным проявлением заболевания, то есть является несиндромальной. Описано более 150 генов, аберрации в которых могут вызывать НТ. Наиболее частой причиной развития НТ являются случаи, ассоциированные с патогенными вариантами в гене GJB2. Ген GJB2 кодирует трансмембранный белок коннексин-26 (Cx26), который представляет собой белок щелевых контактов. Аберрации в гене GJB2 приводят к образованию стоп-кодонов, вследствие чего прекращается синтез коннексина 26, что ведет к нарушению обмена сигнальных молекул в тканях и различных метаболитов, приводя к накоплению ионов калия во внутреннем ухе. Это влечет за собой гибель нейроэпителия Кортиева органа, вследствие чего происходит формирование наследственной глухоты. В большинстве случаев НТ, ассоциированная с аберрациями в гене GJB2, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, и частота носительства патогенных вариантов в популяции в РФ может достигать 4% населения.  По разным данным, частота гетерозиготного носительства аберраций в гене GJB2 составляет 1:27 – 1:29.

Рис 8. Повреждение волосковых клеток внутреннего уха при нейросенсорной тугоухости

Выводы

Преконцепционное обследование обоих родителей на частые аутосомно-рецессивные заболевания позволяет значительно снизить вероятность рождения ребёнка с тяжелой наследственной патологией, спланировать профилактические мероприятия по проведению диагностики этих заболеваний на ранних сроках беременности и является перспективным методом заботы о здоровье будущих поколений, снижающим затраты на лечение тяжелые наследственных болезней. Нашей лабораторией рекомендовано выполнение данного исследования при планировании беременности:

Комплексное молекулярно-генетическое исследование родителей на гетерозиготное носительство частых наследственных болезней при планировании беременности (гены GJB2, SMN1, PAH, CFTR)