ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ АЛКОГОЛИЗМА
М. Е. Вартанян (1988)
В течение многих лет в традиционном мышлении врача формировалось представление о том, что знание внешнего патогенного фактора болезни существенно облегчает борьбу с вызываемыми им заболеваниями. История борьбы со многими инфекционными болезнями, равно как и достижения профилактической медицины в целом, это подтверждают. Действительно, снижение показателей заболеваемости и понимание механизмов патогенеза ряда заболеваний были достигнуты благодаря углубленному изучению действующих на организм извне средовых факторов.
В этом смысле алкоголь среди экзогенных факторов составляет исключение. Несмотря на многолетние исследования, мы пока далеки от понимания механизмов действия алкоголя и привыкания к нему, а распространенность хронического алкоголизма не обнаруживает тенденции к снижению.
Все это привело к тому, что при изучении этиологии и патогенеза алкоголизма исследователи все больше внимания стали обращать на внутреннюю среду организма. Именно в связи с этим в последние годы ведется интенсивное изучение механизмов взаимодействия алкоголя и эндогенных (генотипических) факторов. Важно понять природу этого взаимодействия, определив в частности количественный вклад в развитие алкоголизма средовых факторов, с одной стороны, и генотипических, с другой.
В настоящее время разработана эффективная методология такого анализа. Факторы среды, которые взаимодействуют с генотипическими факторами, могут носить двоякий характер — предрасполагающий и защитный (протективный).
Предрасполагающая среда включает и себя все те факторы, которые способствуют проявлению соответствующих генотипических особенностей. Поиски и выяснение этих факторов послужат основой для создания методов, направленных на устранение предрасполагающих факторов среды.
Наоборот, протективные средовые факторы могут в ряде случаев затормозить проявление существующих генотипических свойств организма. Изучение протективных факторов среды должно внести существенный вклад в создание методов профилактики алкоголизма, равно как и других болезней с наследственной предрасположенностью.
Развитие методов анализа взаимодействия средовых и генетических факторов привело к возможности его количественной оценки. Один из наиболее простых вариантов такого анализа может быть представлен в следующем виде: Р= l/(l+e~L), где Р —вероятность заболевания, е — средовые факторы, L — подверженность.
Знание количественного вклада каждого из факторов среды и генотипа, а также механизмов их взаимодействия имеет важное теоретическое и практическое значение. Применительно к алкоголизму этим интегративным подходам
должно предшествовать углубленное аналитическое изучение природы и характера как средовых факторов в развитии привыкания к алкоголю, так и предрасполагающих к этому заболеванию биологических факторов.
В настоящей работе основное внимание будет уделено биологическим подходам к изучению генетического предрасположения к алкоголизму.
Убедительно доказано, что среди биологических факторов, формирующих механизмы развития алкоголизма, значительное место принадлежит наследственному предрасположению.
Многочисленные семейные, близнецовые исследования, как и изучение судьбы детей, биологические родители которых страдали алкоголизмом, убедительно продемонстрировали существенный вклад генетических факторов в развитие алкоголизма.
Оценивая различные модели наследования алкоголизма, можно утверждать, что наиболее адекватной из них является мультифакториальная модель. Вместе с тем все более очевидным становится высокая степень клинической и генетической гетерогенности алкоголизма. Например, показано, что существует определенная форма алкоголизма, предрасположение к которому наследуется сцепленно с Х-хромосомой. Анализ наследования различных клинических признаков алкоголизма показал, что вклад наследственных факторов в формирование разных параметров болезни неоднозначен.
Например, такой признак алкоголизма, как «частота приема алкоголя», характеризуется коэффициентом наследуемости h2, равным 0,39. Сходная величина 0,43 установлена для признака «количества» потребляемого алкоголя конкретным больным. Это свидетельствует о том. что вклад генетических факторов в вариабельность этих двух признаков существен.
В то же время такой признак, каре «отсутствие контроля поведения» (имеется в виду поведение в общепринятом смысле), преимущественно определяется факторами окружающей среды.
Для понимания природы наследственной гетерогенности алкоголизма необходимы широкие и углубленные исследования биологических маркеров различных форм хронического алкоголизма.
Современные представления о требованиях, предъявляемых к биологическим маркерам болезни, привели к созданию новой методологии их изучения. В соответствии с этой методологией все маркеры делятся на две большие группы: а) маркеры патологического процесса (state marker); б) маркеры предрасположения к развитию болезни (trait marker). Под первыми маркерами принято понимать те физиологические нарушения в организме больного, большинство которых появляются в манифестном периоде заболевания и исчезают вместе с улучшением клинического состояния больного. В период ремиссии и выздоровления этот вид маркеров не обнаруживается. Маркеры предрасположения определяются в организме в течение всей жизни — как до начала заболевания, так и после исчезновения его клинических проявлений.
В качестве примера одного из маркеров предрасположения может быть рассмотрен такой ключевой фермент, метаболизирующий алкоголь в организме человека, как альдегиддегидрогеназа (АЛДГ). Известно, что АЛДГ метаболизирует ацетальдегид до ацетата СО2 и воды. Этот фермент имеет две изоформы — АЛДГ I и АЛДГ II. АЛДГ I имеет низкую константу Михаэлиса (Кт) для ацетальдегида и изоэлектрическую точку, равную 4,95, АЛДГ II отличается высокой 1 для ацетальдегида и имеет изоэлектрическую точку, равную 5,30.
Недостаточность АЛДГ I в организме при приеме алкоголя приводит к образованию повышенных концентраций альдегида, вызывающих ряд таких неприятных симптомов, как тошнота, головокружение, гиперемия кожных покровов лица, субъективно оцениваемые «неприятные ощущения» в теле и т. д.. В связи с этим было высказано предположение, что недостаточность АЛДГ I может рассматриваться в качестве одного из протективных факторов развития алкоголизма. Несомненный интерес для понимания закономерностей распространенности алкоголизма представляло изучение популяционных частот этого варианта фермента в разных группах населения.
Интенсивные исследования этого фермента в больших группах населения оказались возможными благодаря новому микрометоду определения АЛДГ в волосяных луковицах, существенно упрощающему получение материала.
Сотрудники центра ВОЗ по биологической психиатрии и психофармакологии, работающего на базе Научного центра психического здоровья АМН СССР (А. Мухин и Л. Прилипко), совместно со специалистами центров ВОЗ в Базеле (Швейцария), Загребе (Югославия), Маниле (Филиппины), Лакнау (Индия), Касабланке (Марокко), Мехико (Мексика) и Саппоро (Япония) организовали и провели международное исследование по изучению распределения частот генов, детерминирующих различные варианты АЛДГ среди лиц, злоупотребляющих алкоголем, по сравнению с нормальной популяцией здоровых в зависимости от их этнической принадлежности. Установлено, что у здоровых жителей Японии (Саппоро) недостаточность АЛДГ I встречается в 43 % случаев, в то время как у злоупотребляющих алкоголем — всего в 4 % (Р<0,01). Сходные результаты получены при обследовании населения острова Тайвань (10 %) [5].
При обследовании жителей Швейцарии, Нидерландов, Югославии, европейской части Советского Союза (всего 146 человек) ни в одном случае недостаточность АЛДГ I не обнаружена.
Полученные результаты свидетельствуют о существенных этнических различиях в популяционной частоте недостаточности фермента АЛДГ I. В свете их получает частичное объяснение меньшая распространенность алкоголизма в азиатских популяциях. Но недостаточность АЛДГ 1 не имеет абсолютного значения, поскольку, хотя и редко, среди этих лиц также встречаются больные, страдающие алкоголизмом.
Приведенные данные тем не менее могут оказаться полезными для будущих разработок методов профилактики привыкания к алкоголю. Высказано предположение, что новые селективные ингибиторы АЛДГ I могут быть использованы как безопасные средства, повышающие чувствительность к приему алкоголя, а следовательно, и предупреждающие развитие привыкания к нему. Одним из других возможных подходов к изучению наследственного предрасположения к алкоголизму является поиск физиологически активных веществ, способных вызвать различные нарушения поведения человека. Например, существует предположение, что некоторая часть больных начинает злоупотреблять алкоголем, стремясь снизить тревожность и психическое напряжение (используя седативные свойства алкоголя).
Можно допустить, что такие эндогенные «факторы тревоги», как пептид DBI (diazepam binding inhibitor), — фактор ингибирования диазепама, являются именно теми веществами, которые регулируют или модулируют компоненты тревоги в психической деятельности. Если это предположение логически допустимо, то измерение уровня DBI при алкоголизме представляется оправданным. Е. Costa (США) установил, что у больных алкоголизмом в период абстиненции уровень DBI в спинномозговой жидкости повышен по сравнению с таковым в контрольной группе обследованных. Дальнейшее изучение DBI покажет, в какой степени этот пептид является фактором, определяющим уровень тревоги у человека. Поэтому исследование генетических факторов, кодирующих синтез пептида DBI, представляет огромный интерес.
В лаборатории генетики Научного центра психического здоровья АМН СССР А. Яковлев в сотрудничестве с В. Кумаревым (СО АН СССР), создав олигонуклеотидные зонды на основе знания аминокислотной последовательности пептида DBI, использовали их для изучения первичных фрагментов ДНК, кодирующих структуру DBI мозга человека.
На основании знания генетического кода и частот встречаемости отдельных кодонов и динуклеотидов в геноме млекопитающих по аминокислотным последовательностям коротких пептидных фрагментов пептида DBI (Т7 и Т5), обладающих выраженной анксиогенной активностью, были синтезированы четыре частично взаимно комплементарных олигонуклеотида. Смесь их была отожжена, обработана ДНК-лигазой и полученная двунитевая структура клонирована по предусмотренным липким концам в бактериальной плазмиде pUC19.
Рекомбинантная плазмидная ДНК, полученная таким образом, была мечена 32Р методом нуклеотидного замещения до специфической активности около 10 миллиардов импульсов в минуту на 1 мкг ДНК и использована в качестве зонда в процедуре блоттинг-гибридизации с рестриктными фрагментами геномной ДНК человека. Результаты свидетельствуют о наличии в геноме человека по крайней мере двух типов фрагментов ДНК, гомологичных использованной пробе. Первый из них представлен EcoRl-фрагментами ДНК длиной около 5000 пар нуклеотидов и обнаруживается во всех исследованных геномных ДНК как уникальная последовательность. Другой тип фрагментов длиной 2800 пар нуклеотидов также выявляется почти во всех исследованных геномах, однако характеризуется выраженным полиморфизмом по числу копий, которое может различаться в геномах разных индивидов в десятки раз.
Обнаружено, что последовательность нуклеотидов, установленная с помощью созданных авторами зондов ДНК, полиморфна, т. е. обнаруживает межиндивидуальную вариабельность. В перспективе это позволит использовать обнаруженный полиморфизм для популяционного (в том числе и семейного) молекулярно-генетического анализа маркеров предрасположения к развитию алкоголизма.
Открытие в мозге человека одного из метаболитов диазепама — М-десметилдиазепама дает основание развить идею о возможной роли эндогенных лигандов диазепамовых рецепторов в происхождении алкоголизма.
В случае, если обнаруженный эндогенный N-десметилдиазепам вызывает в мозге соответствующий диазепаму эффект, можно допустить, что избыток этого метаболита в тканях мозга в состоянии вызвать подавление нейрональной активности и связанные с ней нарушения ответов ЦНС на внешние стимулы.
Недавно опубликованные данные свидетельствуют о том, что у ряда родственников пробандов, страдающих алкоголизмом, реакция на стандартные стрессовые раздражители снижена по сравнению с таковой в контрольной группе здоровых. Эта сниженная реакция на стресс родственников больных алкоголизмом может объяснить причину их стремления (мотивации) к приему алкоголя как «возбуждающего» агента. Эта гипотеза является по своему механизму антиподом модели с DBI, описанной в этой статье.
Проверка рассмотренных здесь, а также других гипотез должна в итоге привести к выяснению физиологических механизмов предрасположения к алкоголизму и роли генетических и средовых факторов в его формировании. Однако исследования роли наследственных и средовых факторов в развитии алкоголизма могут быть успешными только при учете всего многообразия форм его проявления, ибо, как уже говорилось, алкоголизм в клиническом и биологическом смысле представляет собой гетерогенное по своей природе явление. Об этом свидетельствуют прежде всего значительная вариабельность поведенческих реакций в ответ на введение алкоголя и большое клиническое разнообразие течения алкоголизма (степень злокачественности процесса), различия в реакциях больных на лечение, а также неодинаковая степень наследственного отягощения и т. д. Все это указывает на необходимость выделения дискретных клинических признаков алкоголизма и его форм с целью изучения конкретных биологических признаков (маркеров) болезни и создания более специфических гипотез этиологии и патогенеза алкоголизма, механизмов привыкания к алкоголю.