Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă  »  EDUCAȚIE  »  Ars Medici

Genomica hipertensiunii arteriale – o nouă cale pentru descifrarea patogeniei moleculare a bolii

Viața Medicală
Prof. dr. Mircea COVIC joi, 2 august 2012

Pentru majoritatea pacienţilor cu hipertensiune arterială esenţială nu pot fi determinate cauzele bolii, iar realizarea unui „profil individual“ al acesteia e dificilă, făcând practic imposibilă alegerea unei terapii optime pentru un anumit bolnav şi stabilirea unui prognostic. Aşadar, înţelegerea completă a patogeniei moleculare a HTA rămâne o prioritate. Într-un amplu articol, în cadrul rubricii Medicina genomică, dl prof. dr. Mircea Covic trece în revistă descoperiri recente în căile patogenice „clasice“ şi căile nou identificate.

 

     Hipertensiunea arterială (HTA) este una dintre cele mai frecvente boli cronice, afectând peste un miliard de persoane în întreaga lume1. Ca urmare a riscului crescut de complicaţii asociate (accidente vasculare, boală coronariană şi boală renală cronică), HTA reprezintă o sursă majoră de morbiditate şi mortalitate. Prevalenţa înaltă a HTA şi consecinţele sale au deci un impact economic negativ semnificativ, individual şi populaţional, care evidenţiază importanţa prevenţiei primare a HTA (7).
     În plus, cu toate progresele terapeutice recente, controlul HTA este deseori nesatisfăcător şi pentru mulţi bolnavi tratamentul aplicat nu realizează nivelurile ţintă ale tensiunii arteriale (TA) stabilite de ghidurile actuale. Pentru majoritatea bolnavilor cu HTA esenţială nu pot fi determinate cauzele creşterii TA, iar stabilirea unui „profil individual“ al bolii este dificilă, făcând practic imposibilă alegerea unei terapii optime pentru un anumit bolnav şi stabilirea unui prognostic; în consecinţă, tratamentul antihipertensiv este eminamente empiric, bazat pe patogenia bolii, contextul epidemiologic şi trialurile clinice (1). În aceste condiţii, înţelegerea mai bună şi, pe cât posibil, mai completă a patogeniei moleculare a HTA rămâne o prioritate.
     Determinanţii principali ai TA sunt fluxul sanguin (dependent de debitul cardiac şi volumul sanguin) şi rezistenţa vasculară periferică (produsă de starea de contracţie a arterelor mici şi arteriolelor)2. Ambele componente sunt reglate printr-o reţea complexă, intricată, de căi fiziologice care asigură – prin mecanisme renale, neurovegetative şi endocrine – homeostazia volumului fluidului extracelular, contractilitatea cardiacă şi tonusul vascular (1, 7). Perturbarea oricăreia din aceste căi fiziologice – produsă de factori de mediu şi de factori genetici – va avea ca efect creşterea sau scăderea presiunii sanguine.
     Fără a intra în descrierea mecanismelor de reglare ale TA, accesibile în orice manual sau în articole de sinteză (6), vom preciza doar câteva descoperiri recente în căile patogenice „clasice“, precum şi identificarea unor căi noi (1):
     • confirmarea rolului crucial al rinichilor în reglarea TA şi patogenia HTA, prin intervenţia receptorilor AT1A pentru angiotensinogen din tubii contorţi proximali în reglarea fenomenului de „natriureză presională“, precum şi prin stimularea activităţii nervilor simpatici intrarenali asociată cu creşterea reabsorbţiei de sodiu şi dezvoltarea HTA;
     • descifrarea mecanismelor moleculare implicate în rezistenţa vasculară periferică, îndeosebi a căilor de semnalizare activate de receptorii mediatorilor hormonali cuplaţi cu proteine G implicate în reglarea tonusului vascular şi a TA;
     • descoperirea rolului ţesutului interstiţial din piele ca „rezervor dinamic“ de sodiu, care tamponează impactul acumulării de sodiu asupra volumului intravascular şi TA;
     • identificarea rolului important al inflamaţiei şi sistemului imun în dezvoltarea HTA, care devine şi o boală autoimună (imunogenii endoteliali determină infiltrarea şi activarea limfocitelor T în adventicea vasculară, urmată de eliberarea unor citokine ce cresc TA).
     Toate aceste descoperiri recente au consecinţe terapeutice importante (1): blocarea receptorilor AT1, denervarea renală (cu ajutorul unui cateter de radiofrec­venţă) în formele refractare de HTA, blocarea căilor de semnalizare mediate de proteina G, dezvoltarea de vaccinuri pentru HTA (faţă de imunogeni eliberaţi de endoteliul vascular sau contra unor mediatori neurohormonali, de exemplu angiotensina II).
     Deşi interacţiunile complexe dintre sistemele care reglează TA au fost intens studiate în ultimele decenii, rolul lor specific în producerea HTA nu este complet elucidat încă. Cert este doar faptul că în aceste procese intervin numeroase molecule care sunt codificate de gene şi a căror expresie (crescută sau redusă) este controlată prin mecanisme genetice sau epigenetice. În acest context, vom sublinia din nou inabilitatea cercetătorilor de a stabili cauzele HTA la fiecare bolnav, inclusiv vulnerabilităţile sale genetice, fapt ce constituie un obstacol major pentru dezvoltarea unui management clinic mai personalizat şi mai eficient.
     Existenţa unei componente genetice în producerea HTA a fost sugerată de incidenţa familială crescută a bolii (chiar în condiţiile în care diferiţi membri ai aceleiaşi familii trăiesc în medii diferite, cu factori de risc variaţi), frecvenţa crescută la bărbaţi şi la anumite grupuri etnice (de exemplu, afroamericani). Ereditatea HTA esenţiale a fost mulţi ani un subiect de confruntare între două ipoteze (2): • Platt (1947) a măsurat TA la persoane normotensive şi hipertensive precum şi la rudele lor, găsind o distribuţie bimodală a TA (bolnavii fiind o subpopulaţie distinctă faţă de normotensivi), fapt ce l-a determinat să afirme că HTA este o boală mono­ge­­nică mendeliană, produsă de o singură mutaţie • Pickerring (1959) a demonstrat că TA are un caracter cantitativ, complex, cu o distribuţie continuă (gaussiană) şi cu determinism poligenic; hipertensiunea (definită prin valori ale TA sistolice ≥ 140 mm Hg)3 este numai porţiunea superioară (+ 2,5 deviaţii standard) a curbei de distribuţie continue a TA. În timp, ipoteza Pickering a fost confirmată de studii epidemiologice ample şi în prezent se consideră că marea majoritate a cazurilor de HTA sunt determinate multifactorial, fiind produse de intervenţia mai multor gene de susceptibilitate ale căror efecte sunt modulate de interacţiuni între diferite gene (epistazie) şi între gene şi mediu. Totuşi, ipoteza Platt nu poate fi eliminată integral, deoarece există forme rare de hipertensiune şi hipotensiune arterială care sunt determinate de mutaţii monogenice rare, cu penetranţă înaltă şi efecte semnificative. HTA prezintă cert o heterogenitate fenotipică şi genotipică.
     După stabilirea unui model etiologic multifactorial, s-a încercat determinarea contribuţiei relative a genelor în determinismul bolii. Mai multe studii recente au estimat că ponderea eredităţii (numită heritabilitate) în etiologia HTA este cuprinsă între 31 şi 68% (7), iar rudele de gradul I ale bolnavilor cu HTA au un risc de trei-patru ori mai mare de a dezvolta boala comparativ cu populaţia generală. Cu toate acestea, factorii de mediu (dieta, stilul de viaţă, stresul, fumatul, alcoolul ş.a.) joacă un rol cauzal important, conferind HTA titlul de „boală a civilizaţiei“.
     Problema esenţială a geneticii HTA este identificarea genelor şi efectelor diferitelor variante alelice ale acestor gene în modularea TA, precum şi elucidarea mecanismelor genetice ce intervin în HTA. Rezolvarea acestor elemente ar permite o înţelegere corectă şi completă a mecanismelor bolii, stabilirea unui „profil patogenic individual“ şi identificarea unor noi ţinte terapeutice. În pofida unor eforturi ample, perfect justificate, această problemă este greu de rezolvat.
    Studiul sindroamelor monogenice rare ce afectează TA a permis identificarea unor mutaţii cu efecte majore în mai mult de 20 de gene (7) ce produc modificări în: • excreţia renală de sodiu şi/sau potasiu (de exemplu, sindroamele Bartter şi Gitelman, sindromul Gordon sau sindromul Liddle) • sinteza steroizilor/aldosteronului (de exemplu, deficienţa în 17a-hidro­xilază sau hiperaldosteronismul familial) • sistemul simpatic (de exemplu, paraganglioamele). Analiza acestor mutaţii rare dar cu efecte mari a contribuit la înţelegerea mecanismelor de control al TA. Cu toate acestea, marea majoritate a contribuţiei genetice în HTA multifactorială a rămas neexplicabilă, datorită complexităţii bolii şi naturii poligenice, care implică mai multe gene care au fiecare efecte mici.
     Identificare genelor de susceptibilitate implicate în HTA multifactorială se bazează pe studiile de înlănţuire şi de asociere genică, care au ca scop stabilirea unei asocieri semnificative a unei anumite regiuni cromozomiale sau a unei variante alelice cu boala, pe baza ipotezei „boală comună – variantă comună“; această ipoteză porneşte de la premisa că principalele alele de susceptibilitate vor putea fi identificate la toţi bolnavii cu aceeaşi afecţiune (2, 3).
     Analizele de înlănţuire s-au efectuat în familii de bolnavi pe baza prezumţiei că bolnavii (de obicei fraţi afectaţi) vor avea mai frecvent în comun o anumită alelă (a unei gene candidat) comparativ cu persoanele sănătoase din aceeaşi familie. Studiile de asociere se efectuează într-o populaţie şi compară incidenţa unui anumit polimorfism genic la bolnavi cu incidenţa lui într-un grup control; dacă o alelă specifică a locusului polimorfic are o prezenţă semnificativ mai mare la indivizii cu boală comparativ cu cei neafectaţi, atunci se poate presupune că alela respectivă este implicată în patogenia bolii.
     În ciuda complexităţii bolii şi dificultăţilor tehnice, în perioada „pregenomică“ au fost identificate câteva variante genice ce conferă susceptibilitate la HTA (2), în special ale genelor ce codifică diferite componente ale sistemului renină-angiotensină, canale ionice sau enzime ce participă la sinteza aldosteronului: • gena ADD1 (a-aducină, senzor al modificărilor presiunii hidrostatice, situată pe cromozomul 4p16) • gena AGT (pentru angiotensinogen, situată pe cromozomul 1q42-q43) • genaREN (pentru renină, situată pe cromozomul 1q32) • gena ACE (pentru enzima de con­ver­sie a angiotensinei, situată pe cromozomul 17q23) • gena AT1R (pentru receptorul angiotensinei, situată pe cromo­zomul 3q21) • gena GJA5 (pentru conexina 40, din structurile joncţionale ale celulelor endoteliale din arteriola eferentă şi aparatul juxtaglomerular) • gena SCNN1B (pen­tru subunitatea b a canalului de sodiu non-voltaj depen­dent tip 1, situată pe cromozomul 16p13-p12) • gena CYP11B2 (pentru aldosteron-sintetază, situată pe cromozomul 8q21).
     În ultimii ani, studiile de asociere „caz-control“ (pe baza ipotezei „boală comună – variantă comună“) s-au realizat la nivelul întregului genom (în engleză „genome wide association studies“ – GWAS)4, accelerând descifrarea arhitecturii genetice a TA şi HTA. Folosind genotiparea prin tehnici cu „debit mare“ (microreţele/microcipuri ADN de tip SNPs), se pot cerceta printr-o singură scanare a genomului uman circa un milion de markeri genetici care acoperă larg în­tre­gul genom. Genotiparea a zeci de mii de pacienţi cu aceeaşi boală şi a unui lot control de indivizi sănătoşi a permis identificarea regiunilor genomice, asociate semni­ficativ cu boala, în care sunt localizate variantele genelor de sus­ceptibilitate la boală. Descoperirea variantei genice cauzale (în regiunea cromozomială identificată) şi de­ter­minarea mecanismului prin care această variantă participă la realizarea bolii necesită, evident, alte studii: • carto­grafierea de fineţe pentru reducerea la maximum posibil a dimensiunii re­giunii în care s-ar putea găsi gena de susceptibilitate • analiza secvenţelor ADN în intervalul minim determinat, pentru identificarea genei/genelor prezente, fiecare cu nu­meroase variante alelice • testarea funcţională a variantelor genelor candidat pentru a determina, pe cale experimentală, efectul funcţional al genei identificate şi rolului ei în patogenia bolii (4).
     În perioada 2008–2011, au fost realizate, pe populaţii largi şi cu origini etnice diferite, şapte studii GWAS pentru TA şi/sau HTA (1, 7); au fost identificate 41 de SNPs asociate semnificativ cu TA şi/sau HTA. În regiunile cromozomiale (˜ 100 Kb)/locii definite prin aceste „semnale“, identificarea unor gene cauzale s-a dovedit a fi dificilă (v. tabelul); numai câteva gene (NPPA, NOS3, UMOD) sunt asociate clar cu un anumit SNP, situat în secvenţa unei gene; majoritatea SNPs se află în regiuni bogate în gene şi atunci s-a luat în calcul „gena cea mai apropiată“ (v. tabelul); alteori, SNPs pot im­plica „secvenţe reglatoare“ (situsuri de fixare a unor factori de transcripţie sau molecule de microARN) pentru gene de risc care se află mai la distanţă şi care urmează a fi identificate.
     Analiza locilor identificaţi prin GWAS pentru TA şi/sau HTA relevă câteva elemente surprinzătoare (1, 7):
     • numai două dintre genele asociate cu HTA multi­factorială sunt implicate şi în sindroamele monogenice cu modificări ale TA: CYP17A1 în deficienţa în 17a-hidro­xilază şi NOS3 în HTA indusă de sarcină (v. tabelul);
     majoritatea locilor nu au conexiuni evidente cu căi patogenice cunoscute a fi implicate în HTA; excepţie fac: gena CYP17A1 – ce participă la sinteza steroizilor, inclusiv a aldosteronului; genele NPPA, NPPB şi NRP3 (pentru peptidele natriuretice şi receptorul lor) sau genaAGT, pentru angiotensinogen implicate în echilibrul electrolitic renal; gena EDN3 ce codifică o endotelină – care are funcţii vasculare; restul locilor asociaţi cu HTA participă la alte căi patogenice, fie necunoscute, fie nou identificate (v. mai jos);
     • unii loci asociaţi cu TA şi/sau HTA sunt asociaţi puternic şi cu alte boli comune, de exemplu, boala cronică renală, boala coronariană, anevrismele intracraniene, schizofrenia ş.a., fapt ce impune cu necesitate efectuarea unor studii funcţionale pentru a stabili rolul genelor asociate; una din explicaţiile posibile ar fi implicarea lor în relee patogenice comune unor boli diferite.
     GWAS în TA/HTA au evidenţiat cel puţin două posibile căi patogenice noi. Prima implică gena UMOD care prezintă o variantă alelică asociată cu un risc scăzut de HTA: creşterea secreţiei de uromodulină scade sensibilitatea maculei densa la Cl şi produce creşterea ratei de filtrare glomerulară şi reducerea TA. A doua cale patogenică implică genele NOTCH şi JAG1, identificate recent în regiuni asociate cu HTA; calea de semnalizare NOTCH participă la dezvoltarea sistemului cardiovascular şi, prin mecanisme necunoscute, la reglarea TA (1).
     Rezultatele obţinute prin GWAS demonstrează evident că există numeroase variante genetice ce influenţează TA/HTA în populaţii diferite. Totuşi, fiecare dintre locii identificaţi prezintă numai un efect foarte mic asupra variaţiei TA. Efectul combinat al tuturor locilor explică doar 2% din heritabilitatea HTA (estimată între 31 şi 68%). În aceste condiţii,utilitatea predictivă a variantelor asociate cu HTA (fie luate individual, fie incluse în scoruri de risc) este limitată.
     Pentru a explica „heritabilitatea lipsă“ s-au formulat mai multe ipoteze (3): • nu au fost „capturate“ variante structu­rale genomice „non-SNP“ (variaţii ale numărului de copii – CNVs, sau inserţii şi deleţii – indels) care sunt frecvente şi ar putea juca un rol în susceptibilitatea şi/sau patogenia bolii • GWAS nu poate identifica variante rare (cu o frecvenţă populaţională sub 5%) dar cu efecte mari şi nici interacţiuni între gene (epistazie) sau între gene şi mediu (efecte epigenetice). Aceste critici sunt îndreptăţite, deoarece existenţa unorvariante genotipice rare dar cu efecte mari a fost demonstrată printr-un studiu recent efectuat pe 5.000 de persoane (incluse şi în Framingham Heart Study), la care s-au analizat trei gene – SLC12A3, SLC12A1 şi KGNJ1 – asociate cu sindroamele monogenice Bartter şi Gitelman, caracterizate prin reducerea TA (1); în cohorta Framingham au fost identificate variante alelice rare ale acestor gene, asociate cu scăderea TA şi un risc scăzut de HTA. De ase­me­nea, modularea epigenetică a expresiei unor gene impli­cate în reglarea TA şi HTA – ce implică intervenţia unor factori de mediu şi unor mecanisme moleculare specifice (modi­ficarea histonelor, metilarea ADN sau acţiunea unor molecule de micro ARN) – a fost demonstrată de două studii recente (7).
     • Primul studiu a evidenţiat că infecţia cu virusul citomegalic uman (HCMV) se asociază pozitiv cu HTA esenţială, independent de alţi factori de risc; HCMV codifică un microARN care este puternic exprimat la pacienţii hipertensivi; acest fapt a fost confirmat experimental: infecţia şoarecilor cu CMV murin creşte TA.
     • Al doilea studiu se referă la mecanismul epigenetic al HTA induse de sare (ingestia de sodiu produce, prin creşterea activităţii simpatice, retenţia de sodiu şi creşterea TA). S-a demonstrat că stimularea receptorilor b-adrenergici induce, prin modificarea histonelor, supresia transcripţiei genei WNK4, care conduce la activarea cotransportorului sodiu-clor, retenţie de sodiu şi creşterea TA.
     Pentru a depăşi limitele studiilor GWAS actuale se preco­nizează o nouă strategie, care se bazează pe: • folosirea unor versiuni îmbunătăţite de analiză genomică, ce eva­luează o gamă largă de polimorfisme structurale • creşterea dimensiunii loturilor analizate (prin implicarea unor consorţii internaţionale) – care să permită identificarea unor variante rare • utilizarea secvenţierii regiunilor genomice asociate cu HTA pentru identificarea precisă a genelor • cuplarea unor studii de genomică funcţională (3, 4).
     Ce concluzii se pot desprinde din studiile recente de analiză genomică a HTA? Cu toate eforturile şi progresele înregistrate, arhitectura genetică complexă a HTA s-a dovedit a fi mai dificil de descifrat decât poate ar fi sugerat heritabilitatea sa importantă. Numeroase gene de susceptibilitate identificate au funcţii noi în căi patogenice cunoscute sau intervin probabil în căi patogenice noi. Elucidarea acestor aspecte necesită alte studii, dar va duce cu certitudine la ameliorarea diagnosticului etiologic, stabilirea unui profil individual al bolii şi optimizarea terapiei prin găsirea unor „soluţii personalizate“. În sprijinul acestei idei ne vom referi, în încheiere, la farmacogenomica medicamentelor antihipertensive.
     În pofida existenţei a numeroase clase de medicamente eficace şi a multor tipuri de medicamente din fiecare clasă, ratele de control al TA printre hipertensivi sunt dezamă­gitoare (sub 35%), în principal datorită eficienţei reduse la unele persoane; în plus, răspunsurile terapeutice la un medicament sau la o combinaţie de medicamente diferă mult între bolnavi, sunt foarte variabile (5). Soluţia acestui incon­venient este individualizarea terapiei pe baza informaţiei gene­tice personale sau, pe scurt, farmacogeno­mica hiper­tensiunii. Până în prezent s-au identificat polimorfisme în mai multe gene implicate în acţiunea unor medicamente, care explică variaţiile individuale ale efectelor lor: gena ACE (codifică angiotensinogenul) şi inhibitorii de angiotensină; gena ADD1 (codifică a-aducina, senzor de presiune hidro­­statică) şi diureticele tiazidice; gena ADRB1 (codifică recep­torul adrenergic b1) şi beta-blocante sau gena KCNMB1 (codifică subunitatea beta a canalului de potasiu activat de calciu) şi medicamente anticalcice sau betablocante. Totuşi, potenţialul clinic al farmacogenomicii HTA va trebui să fie mai clar, mai precis, pentru ca practicienii să beneficieze de un test rapid care să ofere informaţii despre utilizarea medicamentelor antihipertensive din prima linie; se estimează că până în 2020 aceste deziderate se vor realiza.

 

1OMS apreciază că în 2020 numărul bolnavilor hipertensivi va depăşi 1,5 miliarde în întreaga lume;
2Alţi determinanţi ai TA sunt vârsta, greutatea corporală, dieta şi etnia;
3La acest nivel, „beneficiile unei acţiuni terapeutice le depăşesc pe cele ale lipsei de acţiune“ (1)
4Detalii asupra studiilor GWA au fost prezentate într-un articol anterior publicat în „Viaţa medicală“ (2).
 
Bibliografie

1. Coffman TM. Under pressure: the search for the essential mechanisms of hypertension. Nat Med. 2011 Nov 7;17(11):1402-9

2. Covic M, Ştefănescu D, Sandovici I. Bolile multifactoriale. În Genetică Medicală. Ediţia a II-a. Polirom, Iaşi, 2011, pp. 471-95

3. Covic M. Genomica bolilor comune ale adultului – o nouă cale pentru optimizarea prevenţiei şi tratamentului lor. Viaţa Medicală, 2012, nr. 24

4. Hirschhorn JN, Gajdos ZK. Genome-wide association studies: results from the first few years and potential implications for clinical medicine. Annu Rev Med. 2011;62:11-24

5. Johnson JA. Pharmacogenomics of antihypertensive drugs: past, present and future. Pharmacogenomics. 2010 Apr;11(4):487-91

6. Lifton RP, Gharavi AG, Geller DS. Molecular mechanisms of human hypertension. Cell. 2001 Feb 23;104(4):545-56

7. Padmanabhan S, Newton-Cheh C, Dominiczak AF. Genetic basis of blood pressure and hypertension. Trends Genet. 2012 Aug;28(8):397-408

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 200 de lei
  • Digital – 129 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.