The influence of the  TBX6  gene on the development of congenital spinal deformities in children

Sergei E. Khalchitsky; Хальчицкий Сергей Егорович; Sergei V. Vissarionov; Виссарионов Сергей Валентинович; Dmitry N. Kokushin; Кокушин Дмитрий Николаевич; Vladislav P. Muldiiarov; Мульдияров Владислав Павлович; Nikita O. Khusainov; Хусаинов Никита Олегович

doi:10.17816/PTORS70797

О влиянии гена TBX6 на развитие врожденных деформаций позвоночника у детей

Авторы: Хальчицкий С.Е.¹, Виссарионов С.В.¹, Кокушин Д.Н.¹, Мульдияров В.П.¹, Хусаинов Н.О.¹
Учреждения:
1. Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии им. Г.И. Турнера
Выпуск: Том 9, № 3 (2021)
Страницы: 367-376
Раздел: Обзоры литературы
Статья получена: 19.05.2021
Статья одобрена: 24.08.2021
Статья опубликована: 04.10.2021
URL: https://journals.eco-vector.com/turner/article/view/70797
DOI: https://doi.org/10.17816/PTORS70797
ID: 70797

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Обоснование. Врожденные деформации позвоночника представляют собой группу серьезных врожденных дефектов позвонков, которые могут проявляться в клинической картине как изолированной патологией осевого опорно-двигательного аппарата, так и состояниями, ассоциированными с врожденными дефектами внутренних органов и других систем. В последнее время ген TBX6 был идентифицирован как генетическая причина врожденного сколиоза примерно в 11 % случаев. Данный подтип сколиоза выделяют как TBX6-ассоциированный врожденный сколиоз. Для его фенотипа характерны бабочковидные позвонки и полупозвонки в нижнем грудном и поясничном отделах без выраженных пороков развития спинного мозга.

Цель — изучение и оценка данных зарубежных и отечественных научных публикаций, посвященных исследованию гена-кандидата врожденного сколиоза TBX6.

Материалы и методы. Научные публикации для написания литературного обзора были получены из научных электронных баз данных PubMed, Cochrane Library, Web of Science, SCOPUS, MEDLINE, eLibrary, Cyberleninka. Критерии включения: систематические обзоры, метаанализы, мультицентровые исследования, контролируемые когортные исследования, неконтролируемые когортные исследования пациентов с врожденными деформациями позвоночника. Критерии исключения: клинические случаи, наблюдения, материалы конференций, врожденный сколиоз при генетических синдромах, врожденный сколиоз, ассоциированный с пороками нервной системы.

Результаты. Для достижения поставленной цели было изучено 70 научных публикаций, касающихся оценки и анализа данных по исследованию гена-кандидата врожденного сколиоза TBX6. Было выделено 49, из них отечественных — 2, остальные — зарубежные публикации, в которых приведены сведения о молекулярном анализе генов, вызывающих врожденную деформацию позвоночника у людей и животных.

Заключение. Анализ изученных исследовательских работ по данной теме свидетельствует о наличии значимого влияния мутаций гена TBX6, приводящих к появлению врожденного сколиоза. Успехи в выяснении генетического вклада в развитие врожденной деформации позвоночника и молекулярную этиологию клинических фенотипов открывают возможности для дальнейшего уточнения классификации признаков врожденного сколиоза в соответствии с лежащей в его основе генетической этиологией.

Ключевые слова

врожденная деформация позвоночника, врожденный сколиоз, ген TBX6, дети

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Врожденные деформации позвоночника (ВДП) у детей относят к наиболее тяжелой и инвалидизирующей патологии осевого скелета. Распространенность ВДП составляет около 0,5–1,0 на 1000 новорожденных [1–2]. Аномалии позвонков возникают из-за сбоев в процессах формирования или сегментации, которые происходят в первые 6 нед. эмбриогенеза в результате воздействия тератогенных факторов и мутационных повреждений генома [3–4]. Среди ВДП наиболее часто встречается врожденный сколиоз — один из наиболее сложных типов раннего сколиоза [5]. Самый распространенный порок развития позвоночника, способствующий прогрессирующему характеру течения врожденной деформации, — нарушение формирования позвонков. Дефекты позвонков могут привести к значительной деформации, неврологическим нарушениям и ограничению роста органов грудной клетки, что может быть причиной синдрома кардиопульмональной недостаточности [6]. С целью профилактики неврологического дефицита и предотвращения развития грубых врожденных деформаций позвоночника у детей необходимы своевременное выявление прогрессирующих форм искривлений и раннее хирургическое лечение [7].

Врожденный сколиоз преимущественно носит спорадический характер и редко развивается как моногенное заболевание. Отягощенный семейный анамнез врожденных деформаций позвоночника выявляют в 1–3,4 % случаев врожденного сколиоза. Наличие у больного множественных дефектов позвоночника увеличивает риск порока развития у его сибсов до 2,5–3 % [8–9]. До 17 % пациентов с врожденным сколиозом сообщают о наличии ВДП у ближайших родственников, что свидетельствует о генетической предрасположенности к деформациям позвоночника [10].

Выявление генетических факторов этиологии врожденных деформаций позвоночника позволит лучше понять патогенез и прогнозировать развитие деформаций. Недавние успехи в понимании этиологии и прогрессирования деформаций позвоночника обусловлены данными генетических исследований. Так, например, мутации в сигнальном пути Notch, включая гены DLL3, MESP2, LFNG, HES7, RIPPLY2 и NOTCH2, и варианты других генов, таких как PAX1, SLC35A3, TBXT, FBN1, PTK7, SOX9, FLNB и HSPG2, вызывают врожденные деформации позвоночника [11–14]. В последнее время гетерозиготные варианты мутации TBX6 также были идентифицированы как генетическая причина врожденного сколиоза примерно у 11 % пациентов [15].

Исследование генетических предпосылок возникновения врожденных пороков развития представляет собой важную и актуальную задачу. Понимание биологической природы этого явления позволяет вести целенаправленную профилактику и разрабатывать диагностические мероприятия, которые дают возможность уже на первых годах жизни ребенка выявлять деформации позвоночника, характеризующиеся прогрессирующим течением, на фоне аномалий развития тел позвонков [16]. В свою очередь это позволит провести раннее хирургическое вмешательство.

Цель — изучение и оценка данных зарубежных и отечественных научных публикаций, посвященных исследованию гена-кандидата врожденного сколиоза TBX6.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для достижения поставленной цели было изучено 70 научных публикаций, касающихся оценки и анализа данных по исследованию гена-кандидата врожденного сколиоза TBX6. Среди них было выделено 49, отечественных — 2, остальные — зарубежные публикации, в которых приведены сведения о молекулярном анализе генов, вызывающих ВДП у людей и животных. Научные публикации для написания литературного обзора были получены из научных электронных баз данных PubMed, Cochrane Library, Web of Science, SCOPUS, MEDLINE, eLibrary, Cyberleninka. Рассматриваемый период — с 2008 по январь 2021 г. Несколько литературных источников, опубликованных ранее 2008 г., включены в настоящий обзор, так как содержали важные сведения, не нашедшие отражения в более поздних публикациях.

Поиск литературных источников проводили по следующим ключевым словам: «врожденный сколиоз» (congenital scoliosis), «врожденный порок развития позвоночника» (congenital vertebral malformation), «ген TBX6» (gene TBX6), «хромосома 16p11.2» (chromosome 16p11.2), «TBX6-опосредованные гены» (TBX6-mediated genes), «биаллельная мутация» (bi-allelic mutation), «сегментация позвоночника» (vertebrate segmentation), «сомитогенез» (somitogenesis).

Критерии включения: систематические обзоры, метаанализы, мультицентровые исследования, контролируемые когортные исследования, неконтролируемые когортные исследования пациентов с врожденными деформациями позвоночника.

Критерии исключения: клинические случаи, наблюдения, материалы конференций, врожденный сколиоз при генетических синдромах, врожденный сколиоз, ассоциированный с пороками нервной системы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Информация об основных публикациях, соответствующих критериям включения, представлена в таблице.

Таблица. Информация об основных публикациях

Авторы	Год публикации	Страна	Объем выборки	Количество пациентов с мутациями	Тип мутации	Патология позвоночника
Shimojima et al. [41]	2009	Япония	3	2	Делеция 16p11.2	Полупозвонки
Ghebranious et al. [33]	2008	США	50	3	Миссенс-мутация	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Fei Qi et al. [38]	2010	Китай	254	17	Делеция области 16p11.2 + TCA-гаплотип	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Sparrow D.B. et al. [37]	2013	Австралия	5	3	Стоп-кодон	Спондило-костальный дизостоз
Al-Kateb et al. [43]	2014	США	15	-	Делеция и дупликация области 16p11.2	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Wu N. et al. [45]	2015	Китай	237	23	Нулевые варианты TBX6	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Baschal E.E. et al. [44]	2015	США	42	–	–	Семейный идиопатический сколиоз
Lefebvre M. et al. [35]	2017	Франция	56	4	Делеции 16p11.2	Нарушение сегментации позвоночника
Takeda K. et al. [39]	2017	Япония	94	9	Миссенс-мутации	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Otomo N. et al. [36]	2019	Япония	200	10	Делеции 16p11.2, миссенс-мутации	Нарушение формирования и сегментации позвоночника, спондилокостальный дизостоз
Liu J. et al. [46]	2019	Китай	497	58	TBX6 LoF	Нарушение формирования и сегментации позвоночника, аплазия X–XII ребер
Chen W. et al. [47]	2020	Китай	523	43	TBX6 LoF	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Yang Y. et al. [48]	2020	Китай	584	28	MEOX1, MEOX2, Mesp2, MYOD1, Myf5, RIPPLY1 и RIPPLY2	Нарушение формирования и сегментации позвоночника
Feng X. et al. [49]	2020	Китай	67	4	16p11.2/TBX6 делеция	Нарушение формирования и сегментации позвоночника

У человека позвонки происходят от сомитов посредством процесса, называемого сомитогенезом, который представляет собой гармоничную работу множества сигнальных путей, родственных генов [17]. Мутации в генах, связанные с сомитогенезом или нарушением симметричной генной модуляции, могут в конечном счете способствовать возникновению ВДП [18].

В эмбриогенезе позвоночных параксиальная мезодерма происходит от предшественников, первоначально расположенных в поверхностном слое эмбриона, которые позже интернализуются при гаструляции и образуют пресомитическую мезодерму (ПСМ). Впоследствии параксиальная мезодерма подвергается сегментации и располагается на боковых сторонах нервной трубки [19]. Первичная полоска дифференцируется в массу клеток, называемых хвостовой почкой [20]. Хвостовая почка, расположенная на заднем конце зародыша, содержит предшественники ПСМ, способствующие последующему образованию тканей [21]. В этом процессе структура сомита постепенно формируется синхронно и ритмично. Сомиты дают начало позвонкам, мышцам, сухожилиям и связкам позвоночника [22]. Эмбриональное развитие сомитов из ПСМ регулируется целым рядом факторов. Детальные механизмы, лежащие в основе взаимодействий этих факторов, были проиллюстрированы несколькими моделями, в том числе широко принятой моделью тактового волнового фронта [23]. В модели тактового волнового фронта ПСМ постепенно сегментируется на повторяющиеся сомиты, управляемые периодической активацией сигнальных путей Notch, WNT и FGF [24]. В сомитогенезе сегментация происходит после образования сомитов, когда образовавшиеся сомиты получают тактовый сигнал [25]. Например, MESP2 активируется NICD (Notch путь) и TBX6. MESP2 первоначально экспрессируется в ограниченной области сомита (длине одного сегмента), а затем RIPPLY1 и RIPPLY2 экспрессируются в области задней половины сегмента, таким образом определяя будущие границы сомита в соответствии с областью действия сигнала [26, 27]. Активируется нисходящий целевой ген RIPPLY2, который, как полагают, является ингибитором отрицательной обратной связи MESP2 и TBX6. Этот процесс способствует определению передней границы новообразованного сегмента. Инактивация MESP1 и MESP2 приводит к нарушению формирования параксиальной мезодермы [28].

Гены Т-box кодируют транскрипционные факторы, участвующие в регуляции процессов развития. Ген TBX6, расположенный в области 16p11.2, является членом филогенетически консервативного семейства генов [29, 30]. Как мы можем видеть, ген TBX6 необходим для формирования задних сомитов, а также как незаменимый компонент для правильной параксиальной дифференцировки и сегментации мезодермы [31, 32].

Ghebranious и соавт. предположили, что мутации в генах T и/или TBX6 могут приводить к возникновению врожденных пороков развития позвоночника [33].

White и соавт. (2005) на основе анализа результатов генотипирования модели мыши и человека предположили, что TBX6 может быть потенциальным геном-кандидатом, ассоциированным с врожденным сколиозом [34]. При взаимодействии TBX6 с лигандом Notch данные фенотипы сходны с фенотипами некоторых врожденных дефектов человека, таких как спондилокостальный дизостоз и врожденный сколиоз [35, 36].

Sparrow и соавт. (2013) использовали полноэкзомное секвенирование для исследования трех поколений македонской семьи со спондилокостальным фенотипом. Из пяти членов семьи трое имели клинические признаки и рентгенологические свидетельства спондилокостального дизостоза, а двое не имели клинических проявлений. Было подтверждено, что у троих больных членов семьи была гетерозиготная нонсенс-мутация в гене TBX6, в то время как двое без клинических проявлений были гомозиготны по дикому типу, что указывает на сегрегацию с заболеванием в семье, где была выявлена мутация с полной пенетрантностью [37].

Сообщалось, что некоторые однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) гена TBX6 были связаны с врожденными пороками позвоночника. Fei и соавт. генотипировали их в гене TBX6 среди 254 этнических китайцев (включая 127 пациентов с врожденным сколиозом и 127 пациентов из контрольной группы). Два анализа SNP rs2289292 (SNP1, экзон 8) и rs3809624 (SNP2,5’-нетранслируемая область) значительно различаются между случаями и контролем (p = 0,017 и p = 0,033 соответственно). Анализ гаплотипов показал значительную связь между случаями SNP1/SNP2 и врожденным сколиозом (p = 0,017) [38].

Исследование ассоциации случай – контроль было впервые проведено в китайской популяции [39]. В исследовании были выявлены два однонуклеотидных полиморфизма TBX6, связанных с врожденным сколиозом. В 2015 г. проведено молекулярно-генетическое исследование гена TBX6 и идентифицировано сложное гетерозиготное наследование вариантов нуклеотидной последовательности в когорте больных врожденным сколиозом среди жителей Южного Китая [39, 40]. У 10 % пациентов была обнаружена гетерозиготная делеция в хромосоме 16p11.2, которая включала ген TBX6 или мутация со сдвигом рамки считывания в гене TBX6. Интересно, что по другому аллелю все пациенты с гетерозиготными нулевыми мутациями в гене TBX6 имели общий гаплотип. Данная причина врожденного сколиоза, вызванного сложным наследованием редких нулевых мутаций и гипоморфного гаплотипа, была дополнительно подтверждена после исследований в японских и европейских когортах. Эти исследования также определили аналогичные двуаллельные варианты в гене TBX6 у 9 из 94 и 4 из 56 пациентов с врожденным сколиозом [40].

Shimojima и соавт. (2009) сообщили о 3-летнем мальчике с задержкой развития, паховой грыжей, полупозвонками T₁₀, T₁₂ и L₃; отсутствующим правым XII ребром и гипоплазией левого XII ребра. У пациента была делеция 16p11.2 в 593 тыс. пар нуклеотидов, и у матери была такая же делеция, идентифицированная хромосомным микроматричным анализом [41, 42].

Al-Kateb и соавт. (2014) проанализировали рентгенологические данные, полученные от 10 пациентов с делецией в хромосоме 16p11.2 с ВДП. У 8 из них был врожденный сколиоз, а у остальных — идиопатический сколиоз. Они дополнительно рассмотрели 5 пациентов, о которых ранее сообщалось, с перестройкой региона хромосомы 16p11.2 и подобными скелетными аномалиями и заключили, что 2 из них имели врожденный сколиоз, в то время как остальные — идиопатический сколиоз [43].

Baschal и соавт. (2015) провели секвенирование по Сенгеру у 42 пациентов с семейным идиопатическим сколиозом и не выявили связи заболевания с геном TBX6 [44].

Впоследствии Wu и соавт. уточнили, что TBX6-нулевые варианты и общие гипоморфные аллели TBX6 вместе вносят вклад в развитие врожденного сколиоза. В группе из 161 пациента с ВДП обнаружили 17 гетерозиготных TBX6-нулевых мутаций у лиц, страдающих врожденным сколиозом. В эту группу входили 12 случаев рецидивирующей делеции хромосомы 16p11.2, включающей ген TBX6, и 5 однонуклеотидных вариантов (1 нонсенс-мутация и 4 мутации со сдвигом рамки считывания). Идентификация фенотипически нормальных особей с микроделецией хромосомы 16p11.2 и диссонирующими им семейными фенотипами врожденного сколиоза у носителей данной микроделеции позволила предположить, что наличия гетерозиготных нулевых мутаций в одном из аллелей гена TBX6 недостаточно для того, чтобы вызвать врожденный сколиоз [45].

Liu и соавт. (2019) провели масштабное молекулярно-генетическое исследование 497 больных с врожденным сколиозом, в результате которого было установлено, что мутации гена TBX6 встречаются у 10 % (n = 52). Авторы выделяют генетически новый тип врожденного сколиоза — TBX6-ассоциированный врожденный сколиоз (TAВС). Для фенотипа ТАВС характерны бабочковидные позвонки и полупозвонки в нижнем грудном и поясничном отделах без выраженных пороков развития спинного мозга [46].

Liu и соавт. (2019) разработали модель TACScore для прогнозирования TABC на основе фенотипических данных и клинически измеримых эндофенотипов. TACScore включает следующие критерии: сегментированные полупозвонки / бабочковидные позвонки, располагающиеся в нижнем грудном и поясничном отделах позвоночника (T₈–S₅), количество пороков развития позвонков, наличие интраспинальных дефектов и тип пороков ребер [46].

Chen и соавт. (2020) на основе молекулярно-генетических исследований создали модель дозирования генов TAВС. В предполагаемой модели фенотипы пациентов с TAВС различаются наряду с характерными мутациями гена TBX6. Незначительную потерю функции TBX6, вызванную гетерозиготным гипоморфным гаплотипом или биаллельным гипоморфным гаплотипом, можно рассматривать как допустимую дозу мутации, не приводящую к фенотипу ВДП. Тем не менее один гетерозиготный тяжелый гипоморфный или нулевой аллель все равно будет приводить к врожденному сколиозу. Тяжелый гипоморфный или нулевой аллель в сочетании с легким гипоморфным гаплотипом вызывает высокую пенетрантность врожденного сколиоза, приводящую к наиболее распространенному фенотипу TAВС [47].

Yang и соавт. (2020) у 584 больных с врожденным сколиозом провели генетическое исследование TBX6-опосредованных генов-кандидатов MEOX1, MEOX2, MESP2, MYOD1, MYF5, RIPPLY1 и RIPPLY2. Установлено, что единичная мутация в данных генах не определяет фенотип врожденного сколиоза, однако комбинированный эффект мутантных вариантов в нескольких генах может синергически привести к заболеванию [48].

Feng и соавт. (2021) проанализировали группу больных с врожденным сколиозом и обнаружили, что у 3 из 67 пациентов (4,5 %) гетерозиготные варианты TBX6 ассоциированы с врожденным сколиозом [49].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в настоящем обзоре научные публикации отечественных и зарубежных авторов позволяют в сконцентрированной форме получить современную информацию об основных аспектах такой актуальной для детской ортопедии проблемы, как генетические факторы риска врожденного сколиоза. Анализ работ по данной теме свидетельствует о наличии значимого влияния мутаций гена TBX6, приводящих к появлению врожденного сколиоза.

Успехи в выяснении генетического вклада в развитие ВДП и молекулярной этиологии клинических фенотипов открывают возможности для дальнейшего уточнения классификации признаков врожденного сколиоза в соответствии с лежащей в его основе генетической этиологией. Такая генетическая классификация может привести к созданию моделей для прогнозирования прогрессирования врожденных деформаций позвоночника у детей.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Отсутствует.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с настоящей публикацией.

Вклад авторов. С.Е. Хальчицкий — концепция и дизайн исследования, анализ литературных источников, написание текста статьи. С.В. Виссарионов — концепция и дизайн исследования, редактирование текста статьи. Д.Н. Кокушин, В.П. Мульдияров, Н.О. Хусаинов — анализ литературных источников, обобщение информации, написание текста статьи.

Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.