Анализ метаболомных и геномных маркеров для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний

Полный текст

Список сокращений

ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания; ANP — предсердный натрийуретический пептид; eNOs — эндотелиальная синтаза оксида азота; IL — интерлейкин; MMP — матриксная металлопротеиназа; NT-proBNP — N-концевой пронатрийуретический пептид типа В; TIMP-1 — тканевой ингибитор металлопротеиназ-1; VCAM-1 — васкулярная молекула клеточной адгезии.

Согласно современным представлениям поиск новых маркеров риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) является предметом интенсивного изучения и обсуждения в научной литературе. К решению проблемы качественной диагностики ССЗ, рассматриваемых на сегодняшний день как основная причина смертности и инвалидности населения, привлекаются специалисты различных отраслей и направлений, а также используются современные молекулярные технологии. Метаболомика и геномика — это одни из основных на данный момент «омных» наук и логическое завершение в системном исследовании биологических объектов.

Поиск патентной документации был проведен с использованием поисковой системы PatSearch в массивах опубликованных патентных документов патентных ведомств стран, входящих в IP-5, а также РФ, стран СНГ и международных патентных ведомств — Всемирной организации интеллектуальной собственности (ВОИС) и Евразийского патентного ведомства (ЕАПВ) [1]. Поиск научной литературы осуществлен в таких базах данных, как PubMed, СyberLeninka, Web of Science, PatentDB, Science Direct Open Access, Scopus, eLibrary и др.

Метаболомные маркеры патофизиологических процессов при ССЗ условно можно разделить на несколько групп:

I группа — маркеры функции левого желудочка и нейроэндокринной активации, включающие натрийуретический пептид типа В (BNP)/N-концевой пронатрийуретический пептид типа В (NT-proBNP), предсердный натрийуретический пептид (ANP), сердечные тропонины hs-cTnT/hscTnI, копептин, адреномедуллин, эндотелин-1, мелатонин и др.;

II группа — воспалительные маркеры, такие как молекула межклеточной адгезии 1-го типа (ICAM-1), васкулярная молекула клеточной адгезии 1 (VCAM-1), E-селектин (ELAM-1), интерлейкины (1α, 1β, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 13, 17, 18, 33 и др.), фактор некроза опухолей (TNFα), YKL-40, С-реактивный белок, растворимый лиганд CD40 (sCD40L), трансмембранный белок NOTCH1, фактор роста GDF15, стимулирующий фактор роста ST-2, интерферон-гамма, липопротеин-ассоциированная фосфолипаза А2 (Лп-ФЛА2), церулоплазмин, миелопероксидаза и др.;

III группа — маркеры системы гемостаза (факторы коагуляции), включающие фибринопептид А, Р-селектин, тканевой активатор плазминогена t-PA, фибриноген, гомоцистеин, фактор фон Виллебранда, эндотелин, тромбомодулин и др.;

IV группа — маркеры-предикторы нарушений липидного обмена, такие как общий холестерин, липопротеины высокой плотности и липопротеины низкой плотности, аполипопротеин А1 (Апо А1), аполипопротеин В (Апо В), липопротеин (а), триглицериды, липопротеины очень низкой плотности, ретинолсвязывающий белок 4-го типа, лептин, гомоцистеин, параоксоназы (PON) и др.;

V группа — маркеры фиброза миокарда, к данной группе могут быть отнесены галектин-3, тканевой ингибитор металлопротеиназ-1 (TIMP-1), тканевой ингибитор металлопротеиназ-2 (TIMP-2), карбокситерминальный пропептид проколлагена I типа (PICP), матриксная металлопротеиназа 9 (MMP-9), матриксная металлопротеиназа 3 (MMP-3), стимулирующий фактор роста ST-2, NT-proBNP, общий холестерин, липопротеины низкой плотности и липопротеины высокой плотности, триглицериды, жирные кислоты, коллаген IV типа и др.;

VI группа — маркеры некроза миокарда, такие как креатинфосфокиназа и ее МВ-фракция, а также тропонин;

VII группа — маркеры эндотелиальной дисфункции, включающие гомоцистеин, асимметричный диметиларгинин (АДМА), эндотелин-1, растворимую васкулярную молекулу клеточной адгезии 1 (sVCAM-1), ICAM-1, sICAM-1, васкулярную молекулу клеточной адгезии 1 (VCAM-1), эндотелиальную синтазу оксида азота (eNOs) и др.

Одновременное определение и анализ нескольких маркеров дают полную картину патогенеза ССЗ, поскольку отражают различные патофизиологические аспекты. Во многих исследованиях подтверждается большое значение мультимаркерной стратегии. Так, например, был определен одновременно уровень маркеров, отражающих реакцию острой фазы, провоспалительные пути, активацию эндотелиальных клеток и сосудистую функцию в сравнении с классическими факторами риска [2, 3]. Воспалительные маркеры С-реактивный белок и IL-6 обладали ограниченной прогностической значимостью как факторы риска сердечно-сосудистых событий (хотя отдельно каждый из них значимо был связан с риском), тогда как включение NT-proBNP повышало качество прогностической модели [4–6].

Другие важные маркеры ССЗ — это церулоплазмин, миелопероксидаза и параоксоназа [7]. Показана обратная зависимость между концентрацией церулоплазмина и развитием окислительного стресса при остром коронарном синдроме [7, 8]. При развитии острого коронарного синдрома повышенные концентрации миелопероксидазы ассоциированы с высоким риском повторных событий и неблагоприятным исходом [9–11]. Параоксоназа, участвуя в защите от окисления липопротеинов высокой и низкой плотности, снижает риск развития атеросклеротических повреждений. Следует отметить, что у пациентов, перенесших инфаркт миокарда, понижен уровень PON1 в плазме крови [12].

Несмотря на многообразие предлагаемых к использованию биомаркеров в диагностике ССЗ, высокая диагностическая эффективность показана не для всех, и не все биомаркеры еще доступны для широкого применения в клинической практике в связи с отсутствием тест-систем, имеющих регистрационное удостоверение на территории Российской Федерации, позволяющих лабораториям выдавать точные и достоверные результаты в максимально короткие сроки [13].

Многие опубликованные за последние 10 лет патентные документы охватывают одновременно несколько метаболомных маркеров, выраженных в виде альтернатив или вариантов и относящихся к нескольким разным группам метаболомных маркеров. Полученные данные были проанализировали на основе определения процентного отношения каждой группы маркеров из указанных семи групп к общей выборке документов, относящихся к маркерам ССЗ (рис. 1).

 

Рис. 1. Доля патентных документов определенной группы маркеров в общей выборке. Здесь и на рис. 3: группа I — маркеры функции левого желудочка и нейроэндокринной активации; группа II — воспалительные маркеры; группа III — маркеры системы гемостаза (факторы коагуляции); группа IV — маркеры-предикторы нарушений липидного обмена; группа V — маркеры фиброза миокарда; группа VI — маркеры некроза миокарда; группа VII — маркеры эндотелиальной дисфункции

Fig. 1. The share of patent documents of a certain group of markers in the total sample. Here and in Fig. 3: group I — markers of left ventricular function and neuroendocrine noisy activation; group II — inflammatory markers; group III — markers of the hemostasis system (factors of coagulation); group IV — markers predictors of impairment lipid metabolism; group V — markers of fibrosis for the myocardium; group VI — markers of myocardial necrosis; group VII — markers of endothelial dysfunction

 

Наибольшее число патентных документов в области метаболомных маркеров ССЗ относится к маркерам фиброза миокарда — 31 %, и воспалительным маркерам — 26,71 % найденных документов. Наименьшее число — маркеры эндотелиальной дисфункции — 4,06 % найденных документов, что свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения основных компонентов сердечно-сосудистого континуума с использованием метаболического профилирования и подтверждением диагностической значимости.

Использование современных молекулярно-биологических методов в генетической кардиологии сделало возможным изучение геномных компонентов ССЗ, что позволило более точно определить молекулярные механизмы, лежащие в их основе [14].

Ключевую роль в развитии ССЗ играют микрорибонуклеиновые кислоты (miRNA), которые инициируют деградацию мРНК либо репрессию трансляции на посттранскрипционном уровне. Определено, что miR-26a-5p способствует активации аутофагии миокардиальных клеток и гипертрофии сердца, регулируя GSK3β. miR26a-5p стимулирует LC3II и снижает экспрессию p62 при PE-индуцированной гипертрофии сердца в присутствии или в отсутствие лизосомального ингибитора [15]. Была выявлена отрицательная корреляция miRNA 126 с индуцированными чрескожным коронарным вмешательством маркерами воспаления, такими как hs-CRP и VCAM1 [16]. Циркулирующая miR-1 служит независимым предиктором ремоделирования левого желудочка через 6 мес. после инфаркта миокарда с подъемом сегмента ST [17]. S.K. Gupta и соавт. [18] идентифицировали miR-22 как обильный и сильный ингибитор процесса сердечной аутофагии.

Е.В. Привалова и соавт. [19] показали необходимость определения маркеров ММР-3 и TIMP-1 в крови для оценки степени фиброобразования, которое в значительной степени определяет клинический вариант течения гипертрофической кардиомиопатии. Обнаруженная ассоциация полиморфизма MMP-3-1171 с маркером TIMP-1 указывает на генетически опосредованное усиление протеолитических процессов у больных гипертрофической кардиомиопатией.

Основные факторы, влияющие на синтез и секрецию ANP и BNP, тождественны. Сходны также и кардиоваскулярные эффекты. Экспрессия гена ANP обнаружена главным образов в предсердиях, тогда как основное место синтеза BNP — это миокард желудочков [20].

Наследственная отягощенность по артериальной гипертензии была ассоциирована с «мутантным» аллелем гена AG (полиморфизм М268Т) и аллелем А1666С гена AGTR1. «Мутантные» аллели гена ангиотензиногена (AGT) полиморфизма М268Т и «мутантный» аллель А1666С гена рецептора ангиотензиногена (AGTR1) выявлены у 50 % молодых лиц с маскированной артериальной гипертензией и у 50 % молодых лиц со стабильной артериальной гипертензией [21].

Генетическая изменчивость липидных регуляторных генов, особенно APOE, значительно влияет на риск ишемической болезни сердца. Наличие аллеля APOE4 является значительным фактором риска развития тяжелого коронарного стеноза (>70 %) [22, 23].

Во многих физиологических регуляторных функциях сердечно-сосудистой системы участвует эндотелиальная синтаза оксида азота eNOS, например в синтезе оксида азота. Значительно более высокая доля аллеля eNOS T894 была обнаружена у пациентов с острым коронарным синдромом по сравнению с контролем (p = 0,006) и пациентами со стабильной стенокардией (p = 0,005) [24]. Полиморфизм rs1799983 eNOS Glu298Asp у пациентов с хронической болезнью почек связан с релевантным субклиническим ремоделированием сердца [25].

Как и в случае с метаболомными маркерами, анализ полученных данных был проведен в виде определения процентного отношения каждого геномного маркера к общей выборке документов, относящихся к маркерам ССЗ.

При этом в использованной выборке не были обнаружены документы, относящиеся к генам 14q23-q24, PECAM1, SREBFs, USF1, ANP и BNP.

Процентное отношение каждого геномного маркера к общей выборке документов, относящихся к маркерам ССЗ, представлено на рис. 2.

 

Рис. 2. Геномные маркеры

Fig. 2. Genomic markers

 

Как уже было отмечено при обсуждении метаболомных маркеров, определенные мутантные варианты IL-1α, IL-1β и NOTCH1 применяют также в качестве геномных маркеров ССЗ, что показано на рис. 2.

Наибольшее число патентных документов относится к использованию генов AGT (2,11 %), ACE (2,05 %) и APOE (1,76 %) в качестве геномных маркеров ССЗ, наименьшее число — к использованию LMOD1 (0,01 %), APOA5 (0,14 %) и LIPC (0,15 %).

Сравнение процентной доли семи групп метаболомных маркеров в общей выборке документов, относящихся к маркерам ССЗ, со средней процентной долей для геномных маркеров представлено на рис. 3.

 

Рис. 3. Сравнение метаболомных и геномных маркеров

Fig. 3. Comparison of metabolomic and genomic markers

 

Согласно приведенным данным изобретатели проявляют заметно больший интерес к метаболомным маркерам ССЗ, чем к геномным, что видно по большей процентной доле метаболомных маркеров относительно геномных в выборке патентных документов, относящихся к маркерам ССЗ.

Анализ патентной активности за последние 10 лет в области изобретений, относящихся к метаболомным и геномным маркерам ССЗ, показал стабильную динамику роста публикаций патентных документов практически на всем протяжении исследуемого периода (рис. 4).

 

Рис. 4. Динамика публикаций патентных документов на маркеры сердечно-сосудистых заболеваний за 2010–2020 гг. по странам. US — Соединенные Штаты Америки; EP (ЕПВ) — Европейское патентное ведомство; WO (ВОИС) — Всемирная организация интеллектуальной собственности; CN — Китай; JP — Япония; KR — Южная Корея; RU+EA+СНГ — Россия + Евразийское патентное ведомство + Содружество Независимых Государств

Fig. 4. Dynamics of publications of patent documents for markers of cardiovascular diseases in 2010–2020 by country. US — United States of America; EP (EPO) — European Patent Office; WO (WIPO) — World Intellectual Property Organization; CN — China; JP — Japan; KR — South Korea; RU+EA+CIS — Russia + Eurasian Patent Office + Commonwealth of Independent States

 

В период с 2010 по 2017 г. по всем массивам наблюдался стабильный рост публикаций патентных документов, касающихся метаболомных и геномных маркеров ССЗ. Начиная с 2017 г. фиксируется незначительный спад патентной активности в данной области в большинстве патентных ведомств, за исключением Японии, КНР и ВОИС.

Анализ соотношения публикаций патентных документов, относящихся к изобретениям в области метаболомных и геномных маркеров ССЗ, в начале и конце исследуемого периода позволил выявить распределение изобретательской активности по странам за последнее десятилетие (рис. 5).

 

Рис. 5. Соотношение публикаций патентных документов на маркеры сердечно-сосудистых заболеваний по странам за 2010 и 2020 гг. RU+EA+СНГ — Россия + Евразийское патентное ведомство + Содружество Независимых Государств; WO (ВОИС) — Всемирная организация интеллектуальной собственности; EP (ЕПВ) — Европейское патентное ведомство; US — Соединенные Штаты Америки; JP — Япония; CN — Китай; KR — Южная Корея

Fig. 5. Ratio of publications of patent documents for markers of cardiovascular diseases by country for 2010 and 2020. RU+EA+CIS — Russia + Eurasian Patent Office + Commonwealth of Independent States; WO (WIPO) — World Intellectual Property Organization; EP (EPO) — European Patent Office; US — United States of America; JP — Japan; CN — China; KR — South Korea

 

Наиболее активны изобретатели США и Европы, также вызывает интерес изобретателей подача международных заявок по системе РСТ, как одна из наиболее удобных возможностей подачи заявок в национальные ведомства интересующих стран. К 2020 г. Китай по числу опубликованных патентных документов в данной области вышел практически на один уровень с США и Европой. Относительно небольшой сегмент составляют патентные документы, обозначенные на рисунках как «RU+EA+CНГ», которые включают массивы патентной документации Евразийского патентного ведомства (ЕАПВ) и стран СНГ, в том числе РФ, что свидетельствует о развивающемся рынке технологий.

Следует обратить внимание на изменение публикационной активности в 2010 и 2020 гг. в процентах к общему числу публикаций патентных документов по выбранным для анализа странам (рис. 6).

 

Рис. 6. Публикационная активность в области маркеров сердечно-сосудистых заболеваний по странам в 2010 и 2020 гг. RU+EA+СНГ — Россия + Евразийское патентное ведомство + Содружество Независимых Государств; WO (ВОИС) — Всемирная организация интеллектуальной собственности; EP (ЕПВ) — Европейское патентное ведомство; US — Соединенные Штаты Америки; JP — Япония; CN — Китай; KR — Южная Корея

Fig. 6. Publication activity in the field of markers of cardiovascular diseases by country in 2010 and 2020. RU+EA+CIS — Russia + Eurasian Patent Office + Commonwealth of Independent States; WO (WIPO) — World Intellectual Property Organization; EP (EPO) — European Patent Office; US — United States of America; JP — Japan; CN — China; KR — South Korea

 

Можно отметить, что у ряда наиболее активных в патентовании метаболомных и геномных маркеров ССЗ стран несколько снизился интерес к данной области: в США уменьшилась активность с 33 % в 2010 г. до 23 % в 2020 г., в Европе с 25 до 21 %, число международных заявок также снизилось — с 22 до 14 %. В два раза сократилось число публикаций патентных документов по данной тематике в странах СНГ согласно анализу публикационной активности патентных ведомств СНГ, включая РФ, а также в ЕАПВ. Однако резко возросла активность в КНР — с 7 % в 2010 г. до 22 % в 2020 г., в Японии — с 5 до 12 %, также увеличилось число публикаций в Республике Корея — с 6 до 7 %.

Таким образом, исследование метаболомных и геномных маркеров ССЗ имеет высокую практическую значимость. Интеграция данных метаболомики с другими ортогональными технологиями, такими как геномика и протеомика, обеспечит еще более глубокое понимание основных биологических путей и механизмов развития заболеваний, в частности ССЗ. Анализ массива патентной документации за последние 10 лет позволяет сделать вывод о достаточно стабильной ситуации с патентованием изобретений в области диагностики ССЗ, касающихся выявления новых метаболомных и геномных маркеров указанных патологий. Повышение патентной активности со стороны стран Востока свидетельствует о явном интересе изобретателей КНР, Республики Корея и Японии к указанной области и стабильном финансировании исследований в данной сфере, поэтому указанную область можно отнести к инвестиционно-привлекательным в условиях развивающегося рынка технологий.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Зинаида Владимировна Жаркова

Научно-исследовательский центр, Астраханский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: morikova21@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0852-8574
SPIN-код: 7010-9650

научный сотрудник научно-исследовательского центра

Россия, Астрахань

Анна Леонидовна Ясенявская

Научно-исследовательский центр, Астраханский государственный медицинский университет

Email: yasen_9@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2998-2864
SPIN-код: 5809-5856

канд. мед. наук, доцент, руководитель Научно-исследовательского центра, доцент кафедры фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии

Россия, Астрахань

Ирина Борисовна Никитина

Федеральный институт промышленной собственности

Email: inikitina@rupto.ru
SPIN-код: 2955-4998

заведующая отделом биотехнологии, сельского хозяйства и пищевой промышленности

Россия, Москва

Ирина Вячеславовна Горетова

Федеральный институт промышленной собственности

Email: otd1334@rupto.ru
ORCID iD: 0000-0001-9783-0833
SPIN-код: 6925-2340

главный государственный эксперт по интеллектуальной собственности отдела биотехнологии, сельского хозяйства и пищевой промышленности

Россия, Москва

Игорь Вячеславович Федосеев

Федеральный институт промышленной собственности

Email: otd1013@rupto.ru

государственный эксперт по интеллектуальной собственности отдела биотехнологии, хозяйства и пищевой промышленности

Россия, Москва

Ольга Александровна Башкина

Научно-исследовательский центр, Астраханский государственный медицинский университет

Email: bashkina1@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4168-4851
SPIN-код: 3620-0724

д-р мед. наук, профессор, ректор, заведующая кафедрой факультетской педиатрии

Россия, Астрахань

Марина Александровна Самотруева

Научно-исследовательский центр, Астраханский государственный медицинский университет

Email: ms1506@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5336-4455
SPIN-код: 5918-1341

д-р мед. наук, профессор, проректор по научной и инновационной работе, заведующая кафедрой фармакогнозии, фармацевтической технологии и биотехнологии

Россия, Астрахань

Список литературы

Дополнительные файлы