Twoja wyszukiwarka

JÓZEF DULAK
SERCE W RĘKACH GENETYKÓW
Wiedza i Życie nr 5/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 5/1998

ZAWAŁY SERCA, NADCIŚNIENIE, SCHORZENIA NACZYŃ OBWODOWYCH ORAZ UDARY MÓZGU CO ROKU POZBAWIAJĄ ŻYCIA PONAD 11 MLN OSÓB NA CAŁYM ŚWIECIE. U ICH PODŁOŻA LEŻY MIAŻDŻYCA, KTÓRA ZWYKLE ROZPOCZYNA SIĘ JUŻ W DZIECIŃSTWIE I ROZWIJA W MIARĘ, JAK ORGANIZM NIE MOŻE SOBIE PORADZIĆ Z NADMIAREM SPOŻYWANEGO TŁUSZCZU. DO TEJ PORY WALCZYLI Z NIĄ KARDIOLODZY I DIETETYCY, BYĆ MOŻE JUŻ WKRÓTCE INICJATYWĘ PRZEJMĄ GENETYCY.

Miażdżyca jest schorzeniem tętnic, o którym każdy z nas wie przynajmniej to, że związane jest z podwyższonym poziomem cholesterolu we krwi. Wiemy też, że jego rozwój prowadzi do coraz wyraźniejszego zwężania się naczyń krwionośnych, co utrudnia przepływ krwi. Jeśli blaszka miażdżycowa powstaje w naczyniach dostarczających krew do serca, czyli w naczyniach wieńcowych, wówczas rozwija się choroba niedokrwienna serca, natomiast miażdżyca rozwijająca się w tętnicach nóg sprawia, iż chory ma coraz większe trudności w chodzeniu, a przejście nawet niewielkiego odcinka sprawia ogromny ból.

Blaszki miażdżycowe są strukturami niestabilnymi, pod wpływem różnych czynników mogą więc oderwać się od ściany naczynia. Konsekwencje tego zjawiska bywają dramatyczne. Zaczopowanie światła tętnicy wieńcowej prowadzi do zawału serca, a na skutek zamknięcia tętnic szyjnych czy mózgowych dojść może do udaru mózgu.

W ostatnich latach dokonano znacznego postępu w leczeniu miażdżycy i komplikacji z niej wynikających. Opracowywane są coraz to nowe i, miejmy nadzieję, coraz skuteczniejsze leki. Należą do nich statyny, które obniżają stężenie cholesterolu oraz zawierających go lipoprotein LDL we krwi, blokują jego syntezę w wątrobie i wzmagają ekspresję receptorów LDL na powierzchni komórek wątroby, dzięki czemu nadmiar LDL jest usuwany z krążenia [patrz ramka Cholesterol - dobry czy zły?]. Nadal jednak można raczaj mówić o hamowaniu rozwoju miażdżycy niż o jej wyleczeniu. Nic więc dziwnego, iż wraz z postępem biologii molekularnej lekarze, a za nimi chorzy, z nadzieją myślą o terapii genowej.

JAK OBNIŻYĆ STĘŻENIE CHOLESTEROLU?

Najpoważniejszą chorobą dziedziczną, związaną z zaburzeniem gospodarki lipidowej w organizmie, jest rodzinna hipercholesterolemia. Jest spowodowana wadą w genie receptora LDL. W najcięższej postaci, kiedy chorzy nie mają w ogóle receptorów LDL, występuje rzadko, jeden przypadek na milion osób. Częściej - raz na 500 osób - zdarza się łagodniejsza postać choroby, charakteryzująca się zmniejszoną liczbą receptorów LDL. Obie grupy chorych mają we krwi nadmiar cholesterolu, który nie jest dostatecznie sprawnie usuwany przez komórki wątroby. Perspektywy takich pacjentów, szczególnie całkowicie pozbawionych receptorów LDL, są bardzo przykre - wcześnie rozwija się u nich choroba wieńcowa i już w młodym wieku, czasem nawet u dzieci, może dojść do ciężkiego zawału serca.

Wyleczenie rodzinnej hipercholesterolemii możliwe byłoby wtedy, gdyby udało się zmusić wątrobę do oczyszczania krwi z nadmiaru cholesterolu. Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy to przeszczepienie tego narządu. Jest to jednak sposób bardzo niepewny, przede wszystkim dlatego, że trudno znaleźć odpowiedniego dawcę, ale także ze względu na konsekwencje nieudanej operacji. Drugi sposób to wprowadzenie do komórek wątroby genu receptora LDL, co umożliwi wywarzanie brakującego organizmowi białka receptorowego.

Pierwsze próby terapii genowej rodzinnej hipercholesterolemii już zostały podjęte. Zespół Mary Ann Grossman i Jamesa Wilsona z Filadelfii pobrał komórki wątroby chorych całkowicie pozbawionych receptorów LDL i poza organizmem wprowadził do nich gen kodujący białko receptorowe. Tak zmodyfikowane genetycznie hepatocyty przez żyłę wrotną ponownie dotarły do wątroby. Po kilku tygodniach okazało się, iż u trzech spośród pięciu pacjentów leczonych tą metodą obniżył się poziom cholesterolu we krwi, co oznacza, że komórki wątroby wyprodukowały potrzebne białko. Do pełnego sukcesu jednak jeszcze daleko. Choć stężenie cholesterolu wyraźnie się obniżyło, nadal jego poziom we krwi tych chorych kilkakrotnie przewyższał wartości obserwowane u chorych z nabytą hipercholesterolemią czy już rozwiniętą miażdżycą.

O leczniczych efektach terapii genowej w rodzinnej hipercholesterolemii można będzie mówić dopiero wtedy, gdy obniżenie poziomu cholesterolu będzie znaczące i długotrwałe. A do tego potrzebny jest taki wektor wprowadzający leczniczy gen, który zapewni wytwarzanie dużych ilości białka receptorowego, i to przez całe życie. Z tym problemem borykają się wszyscy, którzy próbują stosować terapię genową ze zmiennym, jak dotąd, szczęściem.

Innym pomysłem na terapię genową może być tzw. szczepionka przeciwcholesterolowa. Ostatnio w Stanach Zjednoczonych podjęte zostały próby uodparniania zwierząt na pewne białko (CETP), które przenosi cholesterol z HDL na LDL i VLDL, zwiększając tym samym stężenie "złego" cholesterolu [patrz ramka Cholesterol - dobry czy zły?].

Nadmiar tłuszczów zwierzęcych w diecie zwiększa ryzyko rozwoju miażdżycy. Krew z trudem przeciska się przez coraz bardziej zwężone naczynia krwionośne, co może skończyć się zawałem serca lub udarem mózgu

Pierwsze badania uczonych z Narodowych Instytutów Zdrowia w Bethesdzie wykazały, iż po domięśniowym wstrzyknięciu plazmidu [Genetyczni kolonizatorzy, "WiŻ" nr 9/1997] zawierającego fragmenty genu CETP królikowi dochodzi do wytworzenia przeciwciał, zmniejszających stężenie tego białka. Pociąga to za sobą obniżenie poziomu cholesterolu we krwi oraz ograniczenie zmian miażdżycowych w tętnicach królików odżywianych dietą bogatotłuszczową, prowadzącą nieuchronnie do rozwoju miażdżycy. Są nadzieje na zastosowanie podobnej terapii genowej u ludzi.

Jeszcze inną propozycję przeciwmiażdżycowej terapii genowej opracowali badacze z firmy farmaceutycznej Rhône-Poulenc Rorer. Myszy karmione pokarmem bogatym w cholesterol wyposażyli w gen kodujący enzym zwany LCAT, który ułatwia przemianę cholesterolu wolnego w jego estry w osoczu krwi. Na skutek tej terapii u myszy wzrosło stężenie lipoprotein o wysokiej gęstości, a w konsekwencji doszło do znacznej redukcji zmian miażdżycowych. Być może i ten rodzaj terapii będzie wkrótce badany u ludzi.

JAK USUNĄĆ BLASZKĘ MIAŻDŻYCOWĄ?

Zwężone tętnice wieńcowe lub obwodowe rozszerza się podczas zabiegu zwanego przezskórną angioplastyką [Operacja bez skalpela, "WiŻ" nr 2/1998]. Polega on na wprowadzeniu np. przez tętnicę udową odpowiednio skonstruowanego cewnika, zakończonego balonikiem. Kiedy balonik dotrze do blaszki miażdżycowej, wypełnia się go płynem. Rozdęty balonik zgniata blaszkę miażdżycową i w ten sposób rozszerza światło naczynia.

Pozytywne efekty zabiegu są widoczne bardzo szybko - do niedotlenionego uprzednio serca dociera więcej krwi, ustępują więc bóle w klatce piersiowej, a w przypadku choroby naczyń obwodowych chory może bez trudu pokonać większe odległości. Niestety, tak drastyczna dla ściany naczynia interwencja pociąga za sobą uruchomienie wiele niespecyficznych reakcji, które mogą zniszczyć efekt zabiegu.

Po pierwsze, na skutek zniszczenia śródbłonka dochodzi do aktywacji układu krzepnięcia i szybko tworzący się skrzep może zaczopować rozszerzone naczynie. Ponadto komórki mięśni gładkich ściany naczynia, pozbawione nadzoru śródbłonka, zaczynają się szybko dzielić i w ciągu kilku miesięcy dochodzi do wytworzenia nowej warstwy mięśni w ścianie naczynia i ponownego zwężenia jego światła. Konieczne staje się wykonanie kolejnego zabiegu angioplastyki, a gdy to jest niemożliwe, przeszczepia się fragment zdrowego naczynia, co fachowo nazywa się pomostowaniem, by doprowadzić krew do niedokrwionego narządu. Niestety, przeszczep często też staje się niedrożny.

Jak walczyć z restenozą?

Dotychczas nie udało się znaleźć skutecznego leku zapobiegającego tym niekorzystnym zjawiskom. Nadzieję budzi zatem możliwość zastosowania terapii genowej, której celem byłoby wzmocnienie naturalnych mechanizmów ochronnych śródbłonka, by nie dopuścić do ponownego zamykania światła tętnicy, czyli restenozy. Do zrozumienia idei takiej terapii potrzebne są informacje dotyczące śródbłonka. Jak już wspomniałem, chroni on składniki krwi przed kontaktem z komórkami znajdującymi się pod śródbłonkiem. Nienaruszona powierzchnia śródbłonka zabezpiecza przed przyczepianiem się do niego krwinek, wśród nich płytek krwi, a tym samym chroni przed tworzeniem się skrzepów.

Śródbłonek produkuje ponadto wiele substancji, które działają albo na komórki krwi, albo na komórki ściany naczynia. Najważniejsze z nich to prostacyklina i tlenek azotu [patrz ramka Obrońcy naszych tętnic]. Już niewielkie uszkodzenie śródbłonka może zapoczątkować tworzenie blaszki miażdżycowej, bowiem zaraz po uszkodzeniu wytwarzanie obu substancji jest wyraźnie zaburzone. Gdy jednak śródbłonek zostanie całkowicie zniszczony podczas angioplastyki, wówczas niekorzystne zjawiska, normalnie hamowane przez prostacyklinę i NO, zaczynają się gwałtownie nasilać. Dochodzi do rozwoju restenozy.

Zapobieganie restenozie wydaje się być bardzo dogodnym obiektem do terapii genowej. Jeśli nie dojdzie do zwężenia naczynia w ciągu kilku miesięcy, tym bardziej nie stanie się to wtedy, gdy odtworzony śródbłonek znów podejmie swoje funkcje. Dlatego, w odróżnieniu np. od terapii rodzinnej hipercholesterolemii czy innych chorób dziedzicznych, nie będzie potrzebna długotrwała ekspresja genu leczniczego. Można zatem przypuszczać, iż wystarczy nawet zastosowanie prostszych wektorów, jak wektory plazmidowe, których zaletą jest ich nieszkodliwość dla organizmu człowieka.

Dotychczas przeprowadzono u ludzi tylko nieliczne próby genetycznego wzmocnienia funkcji śródbłonka w chorobach układu krążenia. Pierwszą podjął w 1996 roku zespół Jeffreya Isnera z Wydziału Medycznego Uniwersytetu Tuftsa w Bostonie, wykorzystując gen odpowiedzialny za stymulację podziałów komórek śródbłonka i tworzenie nowych naczyń. Plazmid z genem wprowadzono do niedokrwionej nogi 72-letniej pacjentki. Po czterech tygodniach okazało się, iż w podudziu kobiety powstały liczne nowe naczynia krwionośne doprowadzające krew do niedotlenionej tkanki.

JAK UDROŻNIĆ TĘTNICE?

Był to pierwszy dowód, iż terapia genowa może być przydatna w leczeniu chorób naczyń. Do końca ub.r. skutecznie leczono w ten sposób kolejnych
9 chorych. Badania zespołu Isnera wykazały także, iż wprowadzenie tego samego genu do ściany tętnic królika, które wcześniej poddano angioplastyce, stymulowało regenerację śródbłonka i zapobiegło zamknięciu światła tętnicy. Stąd wniosek, że kodowany przez ten gen czynnik wzrostu pomaga uruchomić naturalne mechanizmy chroniące przed nadmiernym rozrostem komórek mięśni gładkich ściany naczyń.

Inne podejście prezentują badania przeprowadzone na Uniwersytecie Stanforda przez zespół Heiko von der Leyena i Victora Dzau. Wprowadzili oni do uszkodzonych tętnic szyjnych szczura plazmid z genem syntazy NO, enzymu wytwarzającego NO. Po dwóch tygodniach okazało się, iż tętnice były drożne, a warstwa komórek mięśniowych znacznie mniejsza niż w tętnicach, które otrzymały plazmid kontrolny. Wyniki te zostały niezależnie potwierdzone przez innych badaczy.

Być może jeszcze lepsze efekty przyniesie kompleksowa terapia genowa, wykorzystująca kilka genów równocześnie (czynnika wzrostu śródbłonka, syntazy NO, syntazy prostacykliny). Badania takie prowadzone są obecnie w zespole prof. Aldony Dembińskiej-Kieć z Zakładu Biochemii Klinicznej Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, a bierze w nich udział także autor tego artykułu.

Innym sposobem przeciwdziałania rozrostowi mięśni gładkich może być bezpośrednie działanie na geny aktywne w dzielących się komórkach. Zespół wspomnianego już Victora Dzau (obecnie na Uniwersytecie Harvarda w Bostonie) rozpoczyna właśnie badania kliniczne nad zastosowaniem oligonukleotydów antysensowych. Są to krótkie fragmenty DNA, które, hamując aktywność mRNA, uniemożliwiają normalną ekspresję wybranego genu. Być może, uda się w ten sposób zablokować produkcję dwóch białek charakterystycznych dla dzielących się komórek (CDC2 i PCNA) i tym samym powstrzymać podziały komórek w tętnicach zwierząt.

Czy efektem tej strategii będzie także zahamowanie zarastania przeszczepów żylnych stosowanych w leczeniu schorzeń tętnic obwodowych - odpowiedź na to pytanie przyniesie cykl badań rozpoczęty właśnie przez uczonych z Bostonu.

Ten sam zespół rozpoczyna również zakrojone na szeroką skalę badania nad zastosowaniem tzw. pułapek oligonukleotydowych. Są to fragmenty dwuniciowego DNA, które uniemożliwiają tzw. czynnikom transkrypcyjnym wykonanie ich zadania. A jest nim sygnalizowanie genom, że powinny rozpocząć swą pracę. W efekcie gen niby jest, a jakby go nie było, bo kodowane przez niego białka nie są wytwarzane. Zespół Victora Dzau chce sprawdzić u prawie 2 tys. osób działanie pułapki oligonukleotydowej zapobiegającej aktywności genów CDC2 i PCNA.

Chorym, u których zmienione przez miażdżycę tętnice mają być zastąpione przez autoprzeszczep zdrowej żyły, wstrzyknięte zostaną do krwi odpowiednie pułapki. Czy dzięki temu przeszczepione odcinki naczyń pozostaną nie zwężone? Rezultaty wcześniejszych badań na zwierzętach były bardzo obiecujące. Badania kliniczne, ze względu na łatwiejsze wykonywanie pomiarów kontrolnych, zostaną przeprowadzone najpierw u pacjentów ze schorzeniami tętnic obwodowych. Pozytywne wyniki pierwszego etapu badań pozwolą zastosować tę metodę do zapobiegania restenozie w tętnicach wieńcowych.

Wniosek z opisanych tu badań jest oczywisty - terapia genowa może być pomocna w leczeniu niektórych chorób układu krążenia. Opisałem tu tylko wybrane pomysły badaczy, ale badań na zwierzętach wykonuje się znacznie więcej i obecnie rozpoczynają się pierwsze próby kliniczne. Mimo że jest to bardzo obiecujący kierunek badań, nie sądzę, by należało się spodziewać, że terapia genowa rozwiąże wszystkie nasze problemy "sercowe". Nie jest to zresztą konieczne. Chorobom układu krążenia, w odróżnieniu od wielu innych chorób, potrafimy skutecznie zapobiegać.

Zanim oddamy nasze serce w ręce lekarzy, warto sobie uświadomić, iż istnieją znacznie przyjemniejsze sposoby zapobiegania lub co najmniej powstrzymywania rozwoju miażdżycy. Oprócz bezwzględnego rzucenia palenia, chronić się możemy przed niekorzystnym działaniem cholesterolu i jego pochodnych, prowadząc aktywny tryb życia, ograniczając spożycie tłuszczów zwierzęcych na korzyść ryb i oliwy z oliwek, pijąc umiarkowane ilości czerwonego wina i zielonej herbaty. Wbrew pozorom, zalecenie takie nie jest zachętą do stosowania tzw. medycyny alternatywnej. Liczne badania sugerują bowiem, że związki chemiczne zawarte w tych produktach zapobiegają utlenianiu LDL, chroniąc przed jego toksycznym działaniem śródbłonek naszych naczyń krwionośnych.

Dr JÓZEF DULAK pracuje w Zakładzie Biochemii Klinicznej Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(05/98) SERCE W RĘKACH GENETYKÓW
(04/98) NO I CO CZYLI DOBROCZYNNE GAZY