Мутации гена филаггрина как фактор нарушения регуляции эпидермального барьера у детей

В статье представлены современные данные о роли мутаций гена филаггрина в формировании аллергических болезней.




Gene filaggrin mutations as a factor of disorders in regulation of epidermal barrier in children

The article presents current data of the role of filaggrina gene mutations in the formation of allergic diseases in children.

На сегодняшний день установлено, что мутации гена филаггрина (FLG) являются важными генетическими факторами риска развития атопического дерматита (АтД). Филаггрин — это один из ключевых белков, присутствующий в эпидермисе кожи уже на третьем месяце жизни ребенка и препятствующий потере воды через роговой слой [1, 2].

Ранее показано, что «атопический марш» предполагает тенденцию развития пищевой аллергии, бронхиальной астмы (БА) и аллергического ринита (АР) у больных с АтД. При этом мутации гена FLG являются факторами риска на каждом шаге в пролонгированном процессе: формирование АтД [3], аллергической сенсибилизации [4], БА у больных с АтД [5] и АР [6]. Таким образом, мутации гена FLG являются важным фактором риска реализации атопии в целом, но с разными шансами для конкретного фенотипа [7].

Тесная связь между мутациями гена FLG и АтД стала важной вехой в генетическом исследовании аллергических заболеваний [7]. Мутации гена FLG объясняют пониженную экспрессию FLG и продуктов его деградации у пациентов с АтД [2]. В настоящее время мутации гена FLG рассматривают как основной фактор риска развития АтД [8, 9], особенно у пациентов с ранним его началом (до 2 лет жизни) и больных с персистирующей БА [10].

В 2006 г. впервые обнаружены две нулевые мутации, р.R501X и с.2282del4, гена FLG у пациентов с вульгарным ихтиозом (наследственным заболеванием, связанным с нарушением кератинизации) в 15 семьях шотландского, ирландского и американцев европеоидного происхождения [3, 11]. При более детальном исследовании привлек внимание факт наличия у нескольких членов семей с ихтиозом также и АтД [12].

Впервые C. N. Palmer и соавт. [13] сообщили о снижении или отсутствии экспрессии гена FLG вследствие мутаций, связанных с потерей его функций, что ведет к нарушению эпидермального барьера и клиническим проявлениям АтД. На сегодняшний день идентифицировано около 40 мутаций гена FLG в европейских и азиатских популяциях [12–14].

Распространенность мутаций гена FLG различается по странам Европы, но р.R501X и с.2282del4 являются двумя наиболее часто встречающимися и имеющими существенную связь с АтД по всему континенту [15]. Однако в Италии данные мутации редки (частота аллелей менее 1%). Таким образом, в различных популяциях к АтД могут предрасполагать различные генетические факторы, что определяет необходимость дальнейшего детального изучения [3, 16].

Большинство исследований показали, что мутации гена FLG ассоциированы с АтД и БА или только с АтД [17–19]. В европейской популяции у носителей мутаций гена FLG (р.R501X и с.2282del4) шанс заболеть АтД практически в 5 раз выше (ОШ = 4,78, 95% ДИ [3,31–6,92]) в сравнении с контролем (ОШ = 1,99, 95% ДИ [1,72–2,31]) [4].

Последние исследования демонстрируют статистически значимую ассоциацию мутаций гена FLG с астмой (ОШ = 1,48, 95% ДИ [1,32–1,66]), но при этом БА сочеталась с АтД (ОШ = 1,11, 95% ДИ [0,88–1,41]) [15]. В японской когорте спектр мутаций гена FLG практически полностью отличается от европейцев и североамериканцев [7]. Только две мутации (р.R501X и р.E2422X) определялись как у европейского, так и у азиатского населения [20, 21].

Исследования, проведенные в РФ, в выборке пациентов с АтД выявили частоту делеции с.2282del4, равной 9,1% (Т. И. Саликова и соавт.). Кроме того, показано, что в Республике Башкортостан данная мутация выявлена у 12,3% больных АтД и лишь у 2,23% индивидов контрольной группы [22]. Ученые из ближнего зарубежья, изучая частоту мутации с.2282del4 у больных аллергодерматозами, обнаружили данную делецию у 9,9% пациентов [23].

В научной литературе также имеются данные об ассоциации мутации с.2282del4 гена FLG с АтД, АР и развитием БА у детей. Ряд авторов указывает на статистически значимую ассоциацию делеции с.2282del4 гена FLG с АР, причем как без АтД (ОШ = 1,78, 95% ДИ [1,16–2,73]), так и при его наличии (ОШ = 2,84, 95% ДИ [2,08–3,88]) [4, 24].

Ген FLG находится в хромосомной области 1q21 в составе эпидермального дифференцировочного комплекса (ЭДК), представляющего собой массивный кластер генов, охватывающий регион около 1,9 млн пар нуклеотидов геномной ДНК человека и принимающий участие в терминальной дифференцировке эпидермиса и образовании рогового слоя [7, 25]. В данном регионе идентифицировано около 45 генов [12]. Там же расположены гены, кодирующие белки, участвующие в формировании рогового конверта: прекурсоры лорикрина, инволюкрина и малых пролин-богатых белков. Другие гены ЭДК кодируют белки, связанные с синтезом профилаггрина и трихохиалина, а также семейство S100A кальцийсвязывающих белков [25]. Таким образом, ЭДК является группой структурно и эволюционно связанных генов, при тесном сотрудничестве которых протекает сложный механизм дифференцировки эпидермиса, нарушение которого ведет к развитию АтД [12].

Термин «филаггрин» (от англ. filament aggregating protein — филамент, агрегирующий белок) впервые введен в 1981 г. для описания класса структурных белков рогового слоя эпидермиса [1]. На ультраструктурном уровне выявлено, что потеря функции гена FLG связана с дезорганизацией нитей кератина, нарушением синтеза ламеллярных телец и архитектоники пластинчатого бислоя [5].

Филаггрин способствует образованию белково-липидного конверта ороговевших клеток, который заменяет плазматическую мембрану при дифференциации кератиноцитов, перекрестно связанных трансглутаминазой. При этом образуется барьер, предотвращающий потерю воды и минимизирующий проникновение аллергенов и микроорганизмов [3].

Ген профилаггрин/филаггрин состоит из трех экзонов и двух интронов. Большая часть белка ЭДК кодируется в третьем экзоне, который является самым большим (более 12 т. п.н.). Филаггрин образуется из профилаггрина и является ключевым белком, способствующим терминальной дифференцировке эпидермиса и образованию защитного барьера кожи [1, 7]. Профилаггрин представляет собой высокофосфорилированный, гистидин-богатый белок с молекулярной массой около 500 кДа [26]. Наибольшее его количество расположено не выше двух слоев рогового слоя. Профилаггрин «хранится» в виде неактивной формы в нерастворимых гранулах кератогиалина зернистого слоя эпидермиса. При увеличении уровня кальция происходит дегрануляция кератогиалиновых гранул [1, 5]. При этом профилаггрин подвергается дефосфорилированию с образованием 10–12 практически идентичных, с массой около 37 кДа, пептидов филаггрина [27], которые связывают кератиновые филаменты. Это приводит к «сжатию» клеток зернистого слоя эпидермиса в сплюснутые чешуйки. Такой цитоскелет вместе с прикрепленными белками и компонентами мембраны претерпевает пространственное перекрестное сцепление с формированием ороговевшей клеточной оболочки — наружного барьерного слоя кожи [26]. Филаггрин участвует в аггрегации кератиновых тонофиламентов, образуя между ними аморфный матрикс. К ним присоединяются белки, полисахариды, липиды, аминокислоты, высвобождающиеся при начинающемся здесь (под влиянием гидролитических ферментов кератиносом и лизосом) распаде ядер и органелл. В итоге образуется сложное по составу соединение кератогиалин [27]. Далее, с помощью различных протеаз, филаггрин подвергается дальнейшей деградации до свободных аминокислот и их производных [1]. Свободные аминокислоты катаболизируются до составных компонентов «натурального увлажняющего фактора», таких как молочная, пирролидонкарбоксильная и уроканиновая кислоты, а также мочевина. Совместно они способствуют гидратации эпидермиса, тем самым повышая барьерную функцию кожи [3]. Кроме того, продукты распада FLG вносят вклад в формирование определенной кислотности кожи. Так, трансуроканиновая и пирролидонкарбоновая кислоты помогают поддерживать определенный градиент рН эпидермиса. Об этом свидетельствует более высокое поверхностное рН эпидермиса при наличии мутаций гена FLG [9].

«Кислотная мантия» рогового слоя обладает противомикробным эффектом. Доказано, что продукты распада филаггрина оказывают тормозящее влияние на рост золотистого стафилококка [28]. Также он изменяет активность целого каскада сериновых протеаз, необходимых для скоординированной эпидермальной дифференцировки и образования рогового конверта [3].

Имеются данные о возможной роли продуктов распада филаггрина в защите от УФ-лучей. В результате фотоизомеризации трансцисуроканиновой кислоты возникают молекулы спектра действия 280–310 нм, находящиеся в диапазоне ультрафиолетовой радиации. Более того, in vitro доказано, что цисуроканиновая кислота обладает иммуномодулирующим действием в человеческих кератиноцитах и лейкоцитах [3].

Филаггрин экспрессируется в коже, переднем преддверье носа и слизистой оболочке рта, но не в респираторном эпителии дыхательных путей или эпителии пищевода [6, 29]. Несмотря на то, что мутации FLG не носят органоспецифического характера, тем не менее есть основания полагать, что они косвенно участвуют в развитии атопических заболеваний «отдаленных» органов. Ассоциация мутаций FLG с другими атопическими нарушениями, вероятно, происходит именно в результате чрескутанной сенсибилизации аллергенами и/или вторично, посредством системного, иммунологического механизма стимуляции через нарушенный кожный барьер [7, 29].

Более того, факт, что БА встречается только у индивидов-носителей мутаций гена FLG с АтД, подтверждает гипотезу о том, что БА является вторичной по отношению к аллергической сенсибилизации, произошедшей после нарушения эпидермального барьера. Мутации гена FLG, по всей видимости, играют роль в хронизации заболевания и IgE-сенсибилизации у пациентов с АтД [19].

Таким образом, предположительно дефицит FLG в коже может предрасполагать к БА у детей c АтД, увеличивая риск сенсибилизации к аэроаллергенам. Однако не следует полагать, что развитие БА является неизбежностью даже у гомозиготных носителей мутаций гена FLG, приводящих к изменению его функции. Кроме того, даже у детей, сенсибилизированных аэроаллергенами, данные мутации следует рассматривать как обязательную предпосылку для развития АтД или БА [29]. Несмотря на то, что до 30% пациентов европейских когорт с АтД имеют нулевые мутации гена FLG, маловероятно, что только это может объяснить увеличение трансэпидермальной воды, которое наблюдается почти у всех пациентов с АтД в активной стадии болезни [30]. Более того, около 40% индивидов-носителей мутации гена FLG вообще не страдают АтД (среди здоровых лиц Северной Европы частота носительства мутаций достигает 12%) [31]. В связи с этим возникает предположение, что только присутствие мутаций гена FLG недостаточно для реализации АтД и/или Th2-адаптивного иммунного ответа. Очевидно, что определенную роль играют и другие генетические дефекты, а также факторы окружающей среды. Вероятно, существуют и такие нарушения эпидермального барьера, которые вносят вклад и/или модулируют эпикутанную сенсибилизацию, что приводит к формированию атопического фенотипа [31].

Таким образом, механизмы, с помощью которых мутации гена FLG вызывают заболевания дыхательных путей, до конца еще не ясны. Чрескожная сенсибилизация и вторичные иммунологические эффекты индукции Th2-цитокинов в эпителии — это только гипотезы, которые требуют дальнейшего детального исследования [7, 19].

Литература

  1. Sandilands A., Sutherland C., Irvine A. et al. Filaggrin in the frontline: role in skin barrier function and disease // J. Cell. Sci. 2009. Vol. 122. Р. 1285–1294.
  2. Kezic S., Kemperman P. M., Koster E. S. et al. Loss-of-function mutations in the? laggrin gene lead to reduced level of natural moisturizing factor in the stratum corneum // J. Invest. Dermatol. 2008. Vol. 128 (8). Р. 2117–2119.
  3. Brown S. J., McLean W. H. One remarkable molecule: filaggrin // J. Invest. Dermatol. 2012. Vol. 132. Р. 751–762.
  4. Van den Oord R. A., Sheikh A. Filaggrin gene defects and risk of developing allergic sensitisation and allergic disorders: systematic review and meta-analysis // Br. Med. J. 2009. Vol. 339. Р. 1–12.
  5. Brown S. J., Relton C. L., Liao H. et al. Filaggrin null mutations and childhood atopic eczema: a population-based case-control study // J. Allergy Clin. Immunol. 2008. Vol. 121 (4). Р. 940–946.
  6. Weidinger S., O’Sullivan M., Illig T. et al. Filaggrin mutations, atopic eczema, hay fever, and asthma in children // J. Allergy Clin. Immunol. 2008. Vol. 121. Р. 1203–209.
  7. Osawa R., Akiyama M., Shimizu H. Filaggrin gene defects and the risk of developing allergic disorders // Allergol. Int. 2011. Vol. 60. Р. 1–9.
  8. Flohr С., Mann J. New insights into the epidemiology of childhood atopic dermatitis // Allergy. 2014. Vol. 69 (1). Р. 3–16.
  9. Jungersted J. M., Scheer H., Mempel M. et al. Stratum corneum lipids, skin barrier function and filaggrin mutations in patients with atopic eczema // Allergy. 2010. Vol. 65. Р. 911–918.
  10. Stemmler S., Parwez Q., Petrasch-Parwez E. et al. Two common loss–of–function mutations within the filaggrin gene predispose for early onset of atopic dermatitis // J. Invest. Dermatol. 2007. Vol. 127. Р. 722–724.
  11. Smith F. J., Irvine A. D., Terron-Kwiatkowski A. et al. Loss-of-function mutations in the gene encoding filaggrin cause ichthyosis vulgaris // Nat. Genet. 2006. Vol. 38 (3). Р. 337–342.
  12. Hoffjan S., Stemmler S. On the role of the epidermal differentiation complex in ichthyosis vulgaris, atopic dermatitis and psoriasis // Br. J. Dermatol. 2007. Vol. 157. Р. 441–449.
  13. Palmer C. N., Irvine A. D., Terron-Kwiatkowski A. et al. Common loss-of-function variants of the epidermal barrier protein filaggrin are a major predisposing factor for atopic dermatitis // Nat. Genet. 2006. Vol. 38 (4). Р. 441–446.
  14. Akiyama M. FLG mutations in ichthyosis vulgaris and atopic eczema: spectrum of mutations and population genetics // Br. J. Dermatol. 2010. Vol. 162. Р. 472–477.
  15. Rodríguez E., Baurecht H., Herberich E. et al. Meta-analysis of filaggrin polymorphisms in eczema and asthma: robust risk factors in atopic disease // J. Allergy Clin. Immunol. 2009. Vol. 123. Р. 1361–1370.
  16. Cascella R., Cuzzola V. F., Lepre T. et al. Full sequencing of the FLG gene in Italian patients with atopic eczema: evidence of new mutations, but lack of an association // J. Invest. Dermatol. 2011. Vol. 131 (4). Р. 982–984.
  17. Ziyab A. H., Karmaus W., Zhang H. et al. Association of filaggrin variants with asthma and rhinitis: is eczema or allergic sensitization status an effect modifier? // Int. Arch. Allergy Immunol. 2014. Vol 164 (4). Р. 308–318.
  18. Morar N., Cookson W. O., Harper J. I., Moffatt M. F. Filaggrin mutations in children with severe atopic dermatitis // J. Invest. Dermatol. 2007. Vol. 127. Р. 1667–1672.
  19. Barker J. N., Palmer C. N., Zhao Y. et al. Null mutations in the? laggrin gene (FLG) determine major susceptibility to early-onset atopic dermatitis that persists into adulthood // J. Invest. Dermatol. 2007. Vol. 127 (3). Р. 564–567.
  20. Hamada T., Sandilands A., Fukuda S. et al. De novo occurrence of the filaggrin mutation p.R501x with prevalent mutation c.3321 dela in a Japanese family with ichthyosis vulgaris complicated by atopic dermatitis // J. Invest. Dermatol. 2008. Vol. 128. Р. 1323–1325.
  21. Chen H., Ho J. C., Sandilands A. et al. Unique and recurrent mutations in the filaggrin gene in Singaporean Chinese patients with ichthyosis vulgaris // J. Invest. Dermatol. 2008. Vol. 128. Р. 1669–1675.
  22. Гималова Г. Ф. Исследование молекулярно-генетических основ атопического дерматита. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Уфа, 2013. 23 с.
  23. Зуева М. И. Мутации R501 X и 2282 del4 гена FLG у больных аллергодерматозами // Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. 2011. № 947. С. 93–97.
  24. Ohshima Y., Yamada A., Hiraoka M. et al. Early sensitization to house dust mite is a major risk factor for subsequent development of bronchial asthma in Japanese infants with atopic dermatitis: results of a 4–year follow–up study // Ann. Allergy Asthma Immunol. 2002. Vol. 89 (3). Р. 265–270.
  25. Mischke D., Korge B. P., Marenholz I. et al. Genes encoding structural proteins of epidermal cornification and S100 calcium-binding proteins form a gene complex («epidermal differentiation complex») on human chromosome 1q21 // J. Invest. Dermatol. 1996. Vol. 106 (5). Р. 989–992.
  26. Карунас А. С., Гималова Г. Ф., Федорова Ю. Ю. и др. Анализ ассоциации мутаций в гене профилаггрина с развитием аллергических заболеваний в Республике Башкортостан // Медицинская генетика. 2012. № 1. С. 40–46.
  27. Michael J. C., Simon G. D., Yiannis V. et al. Epidermal barrier dysfunction in atopic dermatitis // J. Invest. Dermatol. 2009. Vol. 129. Р. 1892–1908.
  28. Miajlovic H., Fallon P. P., Irvine A. D., Foster T. J. Effect of filaggrin breakdown products on growth of and protein expression by Staphylococcus aureus // J. Allergy Clin. Immunol. 2010. Vol. 126 (6). Р. 1184–1190.
  29. Ying S., Meng Q., Corrigan C. J., Lee T. H. Lack of filaggrin expression in the human bronchial mucosa // J. Allergy Clin. Immunol. 2006. Vol. 118. Р. 1386–1388.
  30. Gupta J., Grube E., Ericksen M. B. et al. Intrinsically defective skin barrier function in children with atopic dermatitis correlates with disease severity // J. Allergy Clin. Immunol. 2008. Vol. 121. Р. 725–730.
  31. Benedetto A. De, Kubo A., Beck L. A. Skin barrier disruption — a requirement for allergen sensitization? // J. Invest. Dermatol. 2012. Vol. 132 (3). Р. 949–963.

С. В. Левашева1
Э. И. Эткина, доктор медицинских наук, профессор
Л. Л. Гурьева, кандидат медицинских наук
Л. И. Бабенкова, кандидат медицинских наук
А. Р. Бикташева, кандидат медицинских наук
Н. А. Орлова, кандидат медицинских наук
А. А. Фазылова, кандидат медицинских наук
Г. Д. Сакаева, кандидат медицинских наук
Л. Я. Данилова
С. Э. Якута

ГБОУ ВПО БГМУ МЗ РФ, Уфа

1 Контактная информация: levashova79@mail.ru.

Купить номер с этой статьей в pdf

Все новости и обзоры - в нашем канале на «Яндекс.Дзене». Подписывайтесь

Актуальные проблемы

Специализации




Календарь событий:

  • 14
    Ноя
    «Manage Pain» (Управляй Болью!) дата окончания: 16 Ноября 2019 Место проведения: «Radisson Collection, Москва» (г. Москва, Кутузовский пр., 2/1, стр. 6)
  • 20
    Ноя
    XIV Национальный конгресс терапевтов дата окончания: 22 Ноября 2019 Место проведения: г. Москва, Крокус Экспо
  • 22
    Ноя
    АДАИР дата окончания: 23 Ноября 2019 Место проведения: г. Москва, пл. Европы 2,  отель «Radisson Slavyanskaya»
  • 10
    Дек
    II Global Genetic Forum 2019 дата окончания: 12 Декабря 2019 Место проведения: Инновационный Центр «Сколково» (Москва)