Полиморфизмы фактора VII и эпоксид-редуктазы витамина K в клинической практике

Фактор VII является одним из ключевых факторов в каскаде свертывания крови. Он относится к факторам свертывания крови, зависимым от витамина K. Уяснение роли VII фактора в свертывании крови и значения витамина K для нормальной коагуляции открывает путь к пониманию важнейших механизмов, лежащих в основе поддержания нормальной активности системы гемостаза, и механизмов развития патологии, приводящей к повышению риска кровотечений и тромбозов. Наследственные дефекты генов фактора VII и ферментов, участвующих в превращении витамина K могут влиять не только на риск тромбозов и кровотечений, но и на формирование плаценты и плацентарного кровообращения, риск осложнений беременности. Опыт показывает, что не только пациенты, но и многие врачи испытывают трудности с интерпретацией анализов на полиморфизм генов системы гемостаза. Надеемся, что данная статья окажется полезной врачам и пациентам, поможет улучшить качество подготовки к беременности и ведения беременности у женщин высокого риска осложнений беременности. Еще одной целевой аудиторией данной статьи являются врачи, ведущие пациентов с риском сосудистых и тромботических осложнений (терапевты, кардиологи, хирурги, педиатры).

Фактор VII. Общие понятия

Свертывание крови в норме является тонко регулируемой системой, обеспечивающей, с одной стороны, поддержание в жидком состонии крови внутри сосудов, но, с другой стороны, быстро включающейся в ответ на повреждение сосудов, предотвращая кровопотерю. Нормальное состояние крови поддерживается разнонаправленными механизмами, одни из которых обеспечивают активацию, а другие - торможение свертывания крови. При избыточной активности механизмов, способствующих коагуляции и при недостаточной активности механизмов, препятсвующих коагуляции появляется риск тромбозов - образование сгустков крови внутри сосудов, затрудняющих нормальное кровообращение. При противоположных ситуациях повышается риск кровотечений.

Фактор VII стоит в самом начале цепочки реакций самоусиления (каскадных реакций), в конечном итоге приводящих к образованию сгустка фибрина. Он был впервые открыт независимо друг от друга двумя группами исследователей в 1949 и в 1951 г. и имеет несколько синонимов, самым распространенным из которых является проконвертин. Фактор VII является гликопротеином, относящимся к группе витамин-K-зависимых сериновых протеаз. Он играет ключевую роль в свертывании крови. Другими витамин K-зависимыми факторами являются протромбин, факторы IX и X, а также протеины C и S.

Активация фактора VII происходит под воздействием тканевого фактора. Тканевой фактор является гликопротеином мембраны клетки, который в нормальных условиях "спрятан" под мембраной и поэтому не экспрессируется на поверхности выстилки сосудов. При повреждении стенки сосуда тканевой фактор попадает в кровь и начинает взаимодействовать с небольшими количествами активного (VIIa) и неактивного (VII) фактора VII. Это соединение резко ускоряет превращение фактора VII в фактор VIIa. Фактор VIIa в соединении с тканевым фактором в присутствии кальция и фосфолипидов облегчает превращение фактора IX в фактор IXa и фактора X в фактор Xa. Такая активация свертывания крови традиционно называется внешним путем активации гемостаза. Таким образом, комплекс фактора VIIa с тканевым фактором является мощным активаторов факторов IX и X.

Фактор VII имеет самый короткий период полужизни (6-8 часов) по сравнению со всеми другими факторами свертывания крови, поэтому при возникновении таких проблем, как нарушение функции печени или дефицит витамина K, уровень фактора VII в крови снижается быстрее всех витамин K-зависимых факторов.

Концентрация фактора VII повышается во время беременности у здоровых женщин. Концентрация активного фактора VII у носителей разных генетических вариантов фактора может различаться в несколько раз.

Фактор VII. Генетика и структура.

Ген VII фактора расположен на длинном плече 13-й хромосомы (13q34), недалеко от гена фактора X. Фактор VII синтезируется в печени и секретируется в виде гликопротеина, состоящего из одной пептидной цепочки молекулярной массой 48 кД. Подобно остальным витамин K-зависимые зимогенам фактор VII имеет Gla-домен, каталитический домен и домены, подобные эпидермальному фактору роста.

Аббревиатура Gla обозначает остаток гамма-карбоксиглутаминовой кислоты (gamma-carboxyglutamic acid). В синтезируемой внутри клетки белковой цепи фактора VII на N-конце находится 34 остатка глутаминовой кислоты (Glu). После завершения синтеза белка внутри клетки происходит карбоксилирование 10 таких остатков, в результате чего остатки глутаминовой кислоты превращаются в остатки гамма-карбоксиглутаминовой кислоты. Такая модификация белка называется посттрансляционным модифицированием. Пострансляционное модифицирование фактора VII происходит под действием фермента гамма-карбоксилазы в присутствии активной формы витамина K. В результате этой реакции витамин K выступает донором атомов водорода и превращается в неактивную окисленную форму (эпоксид витамина K). Обратное превращение неактивной формы витамина K в активную происходит под действием фермента витамин-K-эпоксид-редуктазы (VKOR, vitamin K oxoreductase). При дефиците витамина K и при снижении активности VKOR нарушается карбоксилирование всех витамин K-зависимых факторов свертывающей и противосвертывающей системы, что резко нарушает их функционирование, поскольку Gla-домен отвечает за взаимодействие факторов свертывания крови с фосфолипидами мембран.

Vitamin K and Factor VII

Каталитический домен отвечает за ферментную активность фактора VII, а 2 домена, сходных с эпидермальным фактором роста отвечают за связь фактора VII с ионами кальция. В таком виде неактивный фактор VII поступает в кровь из печени. Активация фактора VII (превращение профермента (=зимогена) в активный фермент, обозначаемый аббревиатурой VIIa происходит в результате разрезания пептидной связи между остатком аргинина (Arg, R) в позиции 323 и остатком изолейцина (Ile, I) в позиции 324.

Фактор VII. Активация.

Итак, разрезание пептидной связи между остатком аргинина 152 и остатком изолейцина 153 приводит к образованию активной формы фактора VII (VIIa). В результате из N-конца пептидной цепочки образуется легкая цепь (мол. масса около 20000, а из C-конца - тяжелая цепь (мол. масса около 30000). Обе цепи остаются ковалентно связанными дисульфидным мосткиком. из N-

Быстрая активация происходит после соединения неактивного фактора VII со своим кофактором (тканевым фактором) в присутствии ионов кальция.

Полиморфизм Arg353Gln

К настоящему времени описано несколько полиморфизмов фактора VII. Большинство полиморфных вариантов приводят к снижению секреции фактора VII в кровь и к снижению активности фактора VII. Уровень антигена фактора VII в крови, отражающий общую концентрацию фактора обычно обозначается аббревиатурой VII:Ag (от слова antigen), а коагулянтная активность фактора, которая может не совпадать с концентрацией антигена - аббревиатурой VII:C (от слова coagulation, свертывание).

Полиморфизм Arg353Gln заключается в замене аргинина на глутамин в позиции 353. В системе однобуквенных кодов аминокислот, предложенной в начале 1960-х годов биохимиком Джоржтаунского университета Маргарет Оукли Дейхофф аргинин обозначается буквой R, а глутамин - буквой Q. Поэтому в литературе этот полиморфизм обозначается также как R353Q. Это одно и то же. Замена одной аминокислоты на другую в цепочке белка обусловлено точечной заменой в позиции 10976 цепочки гена одного азотистого основания (гуанина, G) на другое азотистое основание (аденин, A). Поэтому тот же самый полиморфизм может обозначаться как G10976A. Наличие варианта Gln в гетерозиготном состоянии (R/Q) приводит к снижению концентрации и активности фактора VII в крови на примерно на 25%, а наличие гомозиготности Q/Q - к снижению концентрации и активности фактора примерно на 50% по сравнению с обычными носителями варианта R/R. Данный полиморфизм был впервые описан Green и сотр. в 1991 г.

Концентрация фактора VII в крови находится под влиянием большого количества генетических факторов и факторов внешней среды. Последние включают в себя количество жиров в диете, возраст, наличие ожирения, наличие сахарного диабета, у женщин - начало менопаузы и назначение гормональной заместительной терапии. Концентрация фактора VII в крови хорошо коррелирует с уровнем триглицеридов. Чем выше уровень триглицеридов в крови, тем выше концентрация фактора VII.

Повышение концентрации фактора VII в крови сопровождается повышением риска таких заболеваний, как инфаркт миокарда и гипертоническая болезнь. В случае инфаркта миокарда вероятность летального исхода значительно повышается при высоких концентрациях фактора VII в крови. Во время беременности риск осложнений, связанных с нарушением функции плаценты бывает тем выше, чем выше концентрация фактора VII. Высокие концентрации фактора VII сопровождаются значительным повышением риска тромботических осложнений у женщин на фоне гормональной контрацепции и гормональной заместительной терапии, особенно в сочетании с курением, ожирением и сахарным диабетом.

Исследования последних лет показали, что наличие вариантов Q/Q и R/Q значительно снижает риск возникновения и тяжелого исхода инфаркта миокарда и гипертонической болезни. Более частый вариант R/R, наоборот, является дополнительным фактором риска сосудистых осложнений.

Многие осложнения беременности, сопровождающиеся риском нарушения плацентарной функции (остановка развития беременности на малых сроках, задержка внутриутробного развития, гипотрофия плода, фето-плацентарная недостаточность, некоторые виды аномалий внутриутробного развития плода) связаны с повышением риска тромбозов спиральных артерий. Ситуация усугубляется физиологическим повышением факторов свертывания крови при беременности, таких как фактор II (фибриноген) и фактор VII. Это объясняет интерес акушеров-гинекологов к полиморфизму фактора VII у беременных женщин и к включению определения данного полиморфизма при обследовании при осложненном течении беременности и после многократных неудачных попыток ЭКО. Л. А. Никитина и сотр. (2007) показали, что наличие варианта Gln снижает риск неблагоприятного исхода беременности. Было также установлено, что наличие генотипа R/R у внутриутробного плода является фактором риска атрезии тонкой кишки. Это связано с повышением риска тромбирования сосудов брыжейки у плода, что является одной из важных причин атрезии тонкой кишки (Johnson и Meyers, 2001). Сочетание варианта R/R c лейденской мутацией еще больше повышают риск атрезии тонкого кишки. Для выяснения риска повторения подобных осложнений беременности может потребоваться обследование мужа на полиморфизм генов гемостаза с целью прогнозирования вариантов генотипа плода.

Практические рекомендации по результатам обследования на полиморфизм фактора VII Arg353Gln (R353Q)

  1. Исследование на полиморфизм R353Q является важной составляющей частью обследования на полиморфизм генов системы гемостаза. Фактором риска, повышающим вероятность осложнений беременности является более частый вариант R. Полиморфный вариант Q снижает риск развития тромботических осложнений беременности.
  2. При наличии варианта R дополнительным фактором риска повышения концентрации фактора VII являются высокие уровни триглицеридов, избыток массы тела, прием гормональных контрацептивов и гормональной заместительной терапии. Поэтому важным дополнением к исследованию является определение липидограммы у пациента с включением в набор показателей триглицеридов. Липидная панель в таких случаях должна состоять из общего холестерина, липопротеидов низкой плотности, липопротеидов высокой плотности и триглицеридов. Важно также определение уровня глюкозы и проведение сахарной кривой. Обязательным является расчет индекса массы тела у пациента.
  3. В состав рекомендаций обязательно должны включаться рекомендации по диете, направленной на снижение потребления животных жиров и углеводов, включением в рацион олеиновой и пальмитиновой кислот (омега-3 кислот). Желательна умеренная физическая нагрузка под контролем специалиста по лечебной физкультуры в составе комплекса мер по борьбе с избыточной массой тела.
  4. Следует помнить, что протективный вариант Q может сочетаться с такими факторами риска тромбофилии как лейденская мутация, гомозиготная форма 4G/4G мутации PAI-1 и т. д., которые могут потребовать назначения гипокоагулянтной терапии в составе низкодозированной ацетилсалициловой кислоты и препаратов гепарина. Относительный дефицит фактора VII у таких пациенток может приводить к повышению риска кровотечений на фоне антикоагулянтной.
  5. Поскольку внутриутробный плод наследует один экземпляр гена от отца, а другой от матери, и часть осложнений беременности связано не только с генотипом матери, но и с генотипом внутриутробного плода (развитие тромбозов у плода), в некоторых случаях бывает необходимо обследование мужа на полиморфизмы генов системы гемостаза с целью расчета рисков повторения ситуации при следующей беременности и разработки адекватной тактики подготовки к беременности.

Витамин K

Henrik Dam Витамин K был открыт датским исследователем Хенриком Дамом в процессе исследований 1929 - 1935 гг., получившим в 1943 году вместе с американским исследователем Эдвардом Дойзи Нобелевскую премию за открытие и исследование свойств витамина K. Дам изучал метаболизм холестерина и для выяснения влияния питания на синтез холестерина в организме проводил опыты на цыплятах, которым давали специальную обезжиренную диету. Цыплята заболевали неизвестной болезнью, если такая диета продолжалась более 2-3 недель. У них возникали множественные кровоизлияния под кожей, в мышцах и внутренних органах, а кровь свертывалась очень медленно. Болезнь возникала в результате нехватки неизвестного химического вещества, которое не совпадало ни с одним из известных к тому времени витаминов. Как сам Дам рассказал в своей Нобелевской лекции, он был назван витамином K по немецко-скандинавскому слову Koagulation (свертывание) и оказался первым витамином, названным от неанглийского слова.

Витамин K включает в себя группу жирорастворимых витаминов, которые необходимы для посттрансляционной модификации нескольких белков, большинство которых является белками свертывающей и противосвертывающей системы крови. Химически они относятся к производным 2-метил-1, 4 нафтохинолона.

Vitamin K

Все члены семейства витамина K имеют метилированное нафтохинолоновое кольцо и боковую цепь, содержащую различное число остатков изопрена. Филлохинолон (витамин K1) имеет 4 остатка изопрена в боковой цепи, один из которых ненасыщен. Менахинолоны (витамин K2) содержат различное количество ненасыщенных остатков изопрена. Обычно они обозначаются как MK-n, где n - число остатков изпорена. Наличие остатков изопрена сближает витамины K с другими жирорастворимыми витаминами (A, E и убихинолоны (коэнзимы Q)). Витамины K1 и K2 являются единственными природными витаминами K. Остальные витамины K (K3, K4 и т. д.) являются синтетическими препаратами.

Витамин K1 содержится в зеленых овощах (шпинат, латук, цветная капуста, злаках, авокадо, киви, бананах, в мясе, молочных продуктах, яцах, сое, растительных маслах, в частности, в оливковом масле. Витамин K2 сннтезируется бактериями кишечника, поэтому авитаминоз витамина K у взрослых - редкое являение, в основном - при дисбактериозах после лечения антибиотиками. Однако у маленьких детей, у которых кишечник еще не заселен бактериями в достаточном количестве, нередко наблюдается гиповитаминоз K, который может давать склонность к кровотечениям. Витамин K не проникает через плаценту.

Как указывалось выше, витамин K необходим для карбоксилирования остатков глутаминовой кислоты в некоторых белках, которые превращаются в остатки гамма-карбоксиглутаминовой кислоты (Gla). Белки, которые претерпевают такую посттрансляционную модификацию называются Gla-белками.

У человека известно 14 Gla-белков:

  • Белки свертывания крови: протромбин (фактор II), факторы VII, IX, X, протеины C, S и Z
  • Белки костного метаболизма: остеокальцин (синоним: костный Gla-протеин, BGP) матриксный Gla-протеин (MGP)
  • Участие в восстановлении сосудов (ангиогенезе)

Полиморфизм VKORC1 C1173T

Ген VKORC1 кодирует субъединицу 1 комплекса эпоксид-редуктазы витамина K. Это мембранный протеин, состоящий из одной пептидной цепи, состоящей из 163 аминокислотных остатков, тесно связанный с эндоплазматическим ретикулумом. Как было показано выше, этот фермент переводит неактивную (окисленную) форму витамина K, поступающую в организм, в активную (редуцированную) форму, участвующие в пострансляционном карбоксилировании витамин K-зависимых белков. Дефицит фермента может приводить к тотальному снижению активности всех витамин-K-зависимых факторов.

Как и ожидалось, наибольшая концентрация VKORC1 была обнаружена в клетках печени, в которой синтезируются факторы свертывания крови. Однако активность фермента не ограничивается только клетками печени. Значительная активность была обнаружена и в клетках сосудистой стенки, костной ткани, в плаценте, пуповине и других тканях плода.

Огромный интерес к гену VKORC1 возник после того, как выяснилось, что полиморфизм гена, проявляющийся в виде замены остатка цитозина (C) на остаток тимина (T) в позиции 1173 (первый интрон гена) объясняет различия действия непрямых антикоагулянтов на организм. Было давно замечено, что существует 3 группы людей, с существенными различиями в эффективной дозе непрямых антикоагулянтов. В группу A входят пациенты, требующие минимальной дозы препаратов для достижения клинического эффекта, в группу B - пациенты, которым требуется значительно большая доза и группа AB, которым требуется промежуточная доза. Долгое время было непонятно, с чем связаны такие различия. Возможным объяснением было то, что у разных людей разрушение непрямых антикоагулянтов в организме происходит с разной скоростью. И действительно, был обнаружен полиморфизм в гене фермента, участвующего в разрушении непрямых антикоагулянтов (CYP2C9), частично объясняющим такие различия, однако полностью явление разной чувствительности к непрямым антикоагулянтам оставалось неясным. И только открытие полиморфизма VKORC1 C1173T все расставило по местам. Оказалось, что у людей, являющихся носителями генотипа T/T скорость синтеза, а потому и концентрация фермента внутри клетки минимальная. Поэтому для блокады работы фермента требуются малые дозы препаратов. У людей, имеющих генотип C/C скорость транскрипции гена максимальная, а потому и для блокады фермента требуются большие дозировки. Людям с генотипом C/T требуются промежуточные дозы непрямых антикоагулянтов.

Это открытие поистине произвело революцию в назначении этих препаратов, являющимися одними из важных в лечении и профилактике тромбозов, инфарктов и других сосудистых осложнений. У врачей появился метод прогнозирования оптимальной дозы препарата еще до его назначения. Это позволяет значительно улучшить прогноз лечения: выбрать дозу, адекватно понижающую избыточную свертываемость крови и не создать риска кровотечения. Американское агентство FDA включило исследование полиморфизма VKORC1 в число рекомендуемых перед назначением лечения непрямыми антикоагулянтами.

Дальнейшие исследования позволили предположить роль полиморфизма VKORC1 не только в чувствительности организма к непрямым антикоагулянтам, но и плане возможной предрасположенности к развитию других заболеваний, в частности к венозным тромбозам. По предварительным данным (Circulation 2006; 113: 1615-1621) наличие гаплотипа СС может удваивать риск инфаркта миокарда или инсульта. По данным недавнего французского исследования (Lacut и сотр., октябрь 2007)

Может оказаться, что значение полиморфизма VKORC1 выходит за рамки только подбора дозы оральных антикоагулянтов, поскольку фермент участвует не только в регуляции гемостаза, но и в апоптозе (программируемой смерти клетки), развитии костей, кальцинировании стенки артерий, проведении сигнала и контроле роста. Внимание акушеров должен обратить тот факт, что по предварительным данным вариант C/C в значительно большей степени предрасполагает к образованию кальцинатов в стенке артерий (Teichert M. и сотр., январь 2008). Скорее всего, в ближайшее время будут проведены исследования о возможной связи старения плаценты и образования в ней кальцинатов с полиморфизмом гена VKORС1.

Отдельная тема, почти не исследованная на сегодняшний день - это значение полиморфизма VKORC1 для риска осложнений беременности. Было показано, что высокая активность фермента внутри клеток коррелирует с пролиферацией, миграцией, адгезией и формированием сосудистой сети клеток эндотелия пуповины (Wang и сотр., 2006). Можно предположить, что наличие вариантных генотипов VKORC1 у плода может влиять на плацентацию и ангиогенез в плаценте. Вариант C/C является неблагоприятным вариантом в случае дефицита витамина K в организме. Дефицит витамина K у беременных обнаруживается довольно редко, однако не исключен. Вероятность его повышается в случае неправильной диеты, после лечения антибиотиками, при хронических заболеваниях печени. В марте 2005 г. французские авторы (Jessica Jaillet и сотр.) опубликовали случай рождения ребенка с синдромом Биндера (неправильное формирование носа и верхней челюсти) у женщины с желчекаменной болезнью и доказанным дефицитом витамина K в первом триместре. В 11 недель беременности у женщины было обнаружено снижение факторов II, VII, X свертывания крови, а также удлинение протромбинового времени, характерных признаков дефицита витамина K. Хотя это единственный опубликованный на сегодняшний день случай, он не должен пройти без внимания врачей акушеров-гинекологов. При наличии дисбактериоза или других факторов риска дефицита витамина K женщинам с генотипом C/C можно было предложить несколько инъекций витамина K на этапе подготовки к беременности.

Заключение

Мы затронули одну из важных тем современной медицины: значение генов витамин-K-зависимых факторов для здоровья и болезни. Возможности современной лабораторной диагностики позволяют выяснить конфигурацию генов у человека и на основе этой конфигурации разработать меры по профилактике заболеваний и продлению жизни человека, обеспечению здоровья потомства. Данная статья является продолжением наших публикаций по геномике и молекулярной генетике:

Теги: анализы

Возврат к списку