SYNGAP1-ассоциированный синдром: патогенез, расстройства сна и их терапия

Введение

SYNGAP1-ассоциированный синдром (SYNGAP1-associated syndrome, SRS) – крайне редкое аутосомно-доминантное моногенное заболевание [1], обусловленное спонтанными гетерозиготными мутациями в гене SYNGAP1, локализованном на коротком плече хромосомы 6p21.32 [1–17]. Клиническая картина характеризуется триадой основных нарушений [3]: умственной отсталостью (от умеренной до тяжелой), эпилепсией (98%) и расстройствами аутистического спектра (50%) [10]. Дополнительные симптомы включают поведенческие расстройства (гипервозбудимость, агрессия, самоповреждающее поведение), нарушения сна, которые нередко сопоставимы по степени влияния на качество жизни с эпилептическими приступами [3], а также двигательные нарушения, снижение болевого порога и запор.

Несмотря на общий фенотип, тяжесть заболевания зависит от типа мутации, что затрудняет окончательную диагностику [1–3, 9, 10, 12, 13]. Выделяют SYNGAP1-ассоциированную развивающуюся и эпилептическую энцефалопатию (SYNGAP1-DEE – developmental and epileptic encephalopathy), при которой наиболее выражены ранние, трудно поддающиеся лечению эпилептические приступы [2], усугубляющие когнитивные и поведенческие нарушения [2, 4, 9, 13].

Впервые заболевание было описано в 2009 г. в зарубежных исследованиях у трех пациентов с несиндромальной задержкой умственного развития [1, 2, 7, 9, 13]. В России первый случай зарегистрирован в 2014 г. [2, 11]. Синдром составляет около 0,7–1% всех случаев умственной отсталости. В мире официально зарегистрировано более тысячи пациентов, однако истинная распространенность, вероятно, значительно выше, что подчеркивает актуальность изучения данной патологии [1, 2, 10, 11, 13].

Патогенез SYNGAP1-ассоциированного синдрома

Ген SYNGAP1 кодирует RAS-GTPаза-активирующий белок SynGAP, локализованный в постсинаптической плотности (postsynaptic density, PSD) возбуждающих глутаматергических нейронов и экспрессирующийся исключительно в тканях головного мозга. SynGAP – крупный мультидоменный белок, в структуре которого выделяют N-концевой PH-подобный (плекстрин-гомологичный) домен, C2-домен (чувствительный к кальцию и липидам), центральный Ras/Rap-GAP-домен (обеспечивающий GTPазную активность), а также C-концевые участки: пролин-обогащенный SH3-связывающий фрагмент, спиральный домен, отвечающий за мультимеризацию, и PDZ-связывающую область, взаимодействующую с белком PSD-95 [3].

Благодаря сложному альтернативному сплайсингу белок SynGAP имеет множество изоформ. Наиболее изученной считается изоформа альфа-1, которая в основном экспрессируется на поздних сроках постнатального развития, тогда как изоформа бета – на ранних этапах развития [3, 5]. Мутации неодинаково влияют на разные изоформы белка, что влечет за собой гетерогенность клинических проявлений болезни, в том числе их различный возрастной дебют [1, 3–8].

Белок SynGAP выполняет две взаимосвязанные функции в синаптической передаче [1, 3]:

ферментативную (GAP-активность). Через GAP-домен SynGAP подавляет активность малых GTPаз семейства Ras и Rap, катализируя гидролиз гуанозинтрифосфата до гуанозиндифосфата и переводя их в неактивное состояние [3, 5]. Ras в свою очередь активирует каскад Ras-ERK, запускающий транскрипцию генов и синтез белков, необходимых для синаптической пластичности, а также опосредует встраивание AMPA-рецепторов (рецепторы альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты) в постсинаптическую мембрану [1, 3, 5]. Таким образом, SynGAP предотвращает избыточную активацию Ras-ERK-пути и неконтролируемое встраивание AMPA-рецепторов в мембрану;

структурную. Через C-концевой PDZ-связывающий фрагмент SynGAP взаимодействует с белком PSD-95, участвуя в формировании постсинаптической плотности. Ключевой аспект – конкурентное взаимодействие SynGAP и вспомогательной субъединицы AMPA-рецепторов TARP за связывание с PSD-95 [1, 3]. Связываясь с PSD-95, SynGAP ограничивает количество AMPA-рецепторов, встраиваемых в мембрану, регулируя тем самым синаптическую активность [3, 5].

Активность SynGAP контролируется нейрональными механизмами. Большинство дендритных шипиков реагируют на возбуждающий нейромедиатор глутамат через N-метил-D-аспартатные рецепторы (NMDAR), связанные с множеством трансмембранных, каркасных и сигнальных белков. SynGAP входит в сигнальный комплекс, который через NMDAR ингибирует GTPазы. При поступлении глутамата, активации NMDA-рецепторов и последующем входе ионов кальция в постсинаптическую мембрану запускается фосфорилирование SynGAP [3, 5], регулируемое протеинкиназой CaMKII, что снижает его аффинность к PSD-95. В результате SynGAP отделяется от мембраны и перемещается внутрь нейрона. Временное освобождение синапса от ингибирующего влияния SynGAP позволяет активировать Ras, запустить ERK-каскад и встроить дополнительные AMPA-рецепторы в мембрану. Это явление лежит в основе долговременной потенциации (long term potentiation, LTP) – механизма обучения и памяти [3, 5]. По окончании сигнала SynGAP возвращается в PSD, восстанавливая тормозной контроль.

Экспериментально показано, что мыши с гомозиготными мутациями SYNGAP1 погибают вскоре после рождения, что свидетельствует о критической роли гена в раннем постнатальном развитии; гетерозиготные животные жизнеспособны, но имеют нарушения синаптической пластичности и обучения [7].

При гаплонедостаточности SYNGAP1 уровень белка SynGAP снижается на 50% от нормы [1, 3], что вызывает патологические изменения на молекулярном и клеточном уровнях. Важным открытием последних лет, изменившим понимание патогенеза расстройств, связанных с мутациями в гене SYNGAP1, стало доказательство того, что структурная функция SynGAP не менее значима, чем ферментативная [1, 3]. В экспериментах на мышах селективное нарушение GAP-активности (при сохранной структурной функции) не вызывало эпилепсии и не нарушало LTP, тогда как повреждение структурной функции сопровождалось развитием эпилептического фенотипа [1, 3]. Снижение количества SynGAP в PSD приводит к гиперактивации Ras-ERK-сигнального пути. При отсутствии достаточного тормозного контроля со стороны SynGAP Ras остается в активном состоянии долгое время, и происходит избыточная активация ERK-каскада [3, 5]. Это вызывает чрезмерную транскрипцию генов и способствует большему встраиванию AMPA-рецепторов в постсинаптическую мембрану. Кроме этого, снижение количества SynGAP освобождает места для AMPA-рецепторов, что приводит к их избыточному встраиванию в синапс [1, 3]. Это явление, подтвержденное экспериментально, показало, что именно структурная функция SynGAP важна для предотвращения избыточной синаптической передачи [3].

На клеточном уровне дефицит SynGAP вызывает преждевременное созревание дендритных шипиков – специализированных постсинаптических структур, которые находятся в местах синаптических контактов [3, 5]. В норме синапсы проходят последовательные стадии созревания. При патологии вследствие избыточного встраивания AMPA-рецепторов синапсы достигают функциональной зрелости раньше срока: увеличивается соотношение AMPA/NMDA-токов, ускоряется формирование зрелых шипиков, возрастает синаптическая передача [5]. Это подтверждено на мышах и на нейронах, дифференцированных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентов [1, 3].

Преждевременное созревание синапсов негативно влияет на синаптическую пластичность. Механизмы обучения и памяти требуют встраивания новых AMPA-рецепторов в ответ на синаптическую активность. Однако если синапс уже содержит максимальное количество AMPA-рецепторов, его способность к дальнейшему созреванию резко снижается [3, 5]. Диапазон синаптической пластичности сужается, что ведет к нарушению формирования гиппокампа [2, 5, 8, 11], неокортекса [5, 8, 10] и в меньшей степени полосатых тел [5]. Клинически это проявляется когнитивными расстройствами: снижением обучаемости и проблемами с памятью. Нарушения закладываются внутриутробно, но сохраняются в течение всей жизни и трудно поддаются лечению [2, 3, 5, 6, 8, 10, 12].

Еще одним следствием гаплонедостаточности SYNGAP1 является нарушение баланса возбуждения/торможения (E/I-дисбаланс) [1, 3]. Этот патофизиологический механизм вызывает аномальную нейрональную возбудимость, приводящую к эпилептическим припадкам, повышенной реактивности и нарушениям сна. Долгое время считалось, что E/I-дисбаланс обусловлен преимущественно гиперактивностью возбуждающих глутаматергических нейронов. Однако исследования последних лет показали не менее важную роль дисфункции тормозных ГАМКергических нейронов, особенно парвальбуминовых (PV+) интернейронов [1, 3]. Эксперименты на мышах продемонстрировали, что SYNGAP1 экспрессируется не только в возбуждающих, но и в тормозных интернейронах, где он также необходим для нормального развития и функционирования [1, 3]. При гаплонедостаточности SYNGAP1 в PV+-интернейронах наблюдаются снижение частоты спонтанных возбуждающих постсинаптических токов, увеличение порога генерации потенциала действия (интернейроны становятся менее возбудимыми) и нарушение регуляции калиевых токов [1, 3].

В результате PV+-интернейроны (основные генераторы гамма-ритмов) теряют способность эффективно синхронизировать и тормозить активность возбуждающих нейронов [3, 4]. При этом сами возбуждающие нейроны становятся гипервозбудимыми из-за избытка AMPA-рецепторов. Гипервозбудимость нейронной сети клинически проявляется эпилептическими приступами, тревожностью и сенсорными нарушениями [13]. Нарушения в тормозной системе не ограничиваются PV+-интернейронами: вовлекаются и другие типы интернейронов, нарушается ГАМКергическая передача [1, 3].

Нарушения сна

Нарушения сна относятся к числу наиболее устойчивых проявлений SRS: их распространенность достигает 62% в детской популяции [17] и 86% – во взрослой [9], что указывает на прогрессирующий, а не регрессирующий характер проблемы [18]. Основной метод исследования – опросник для родителей Children's Sleep Habits Questionnaire (CSHQ) [15]; инструментальные методы включают полисомнографию, актиграфию и продленную видеоэлектроэнцефалографию (ЭЭГ) [12].

Нарушения сна при SRS необходимо рассматривать как прямое клиническое следствие дефицита тормозного контроля. Сонные веретена, обеспечивающие непрерывность сна и защиту от внешних раздражителей, формируются таламическими ГАМКергическими нейронами. В экспериментах у животных с гаплонедостаточностью SYNGAP1 отмечалось уменьшение количества ГАМКергических нейронов в среднем и заднем мозге, что приводило к E/I-дисбалансу вследствие нарушения соотношения возбуждающих и тормозных влияний [1]. Этим, вероятно, объясняется снижение плотности сонных веретен, зарегистрированное у 82% пациентов при видео-ЭЭГ-мониторинге [19]. При SRS во время переходов между фазами сна наблюдается дисрегуляция гамма-ритма: гамма-активность патологически сохраняется высокой в NREM-сне вместо физиологического снижения [4], что приводит к фрагментации сна и частым пробуждениям [17].

Эпилептиформная активность при SRS закономерно усиливается во сне [3], что также укладывается в картину дефицита тормозных влияний, максимально проявляющегося в состояниях, физиологически зависимых от ГАМКергической активности.

Ведущая жалоба родителей детей с SRS – сопротивление отходу ко сну (bedtime resistance) [17], статистически тесно связанное с тревожностью, ассоциированной со сном, и парасомниями [17]. Дополнительным фактором является затруднение снижения двигательной и эмоциональной активности перед сном: дети с SRS демонстрируют выраженную гиперактивность в вечерние часы, препятствующую наступлению физиологического сна [17]. Сравнительный анализ подтверждает, что по ключевым параметрам (увеличенная латентность засыпания, частые ночные пробуждения, потребность в присутствии родителя, трудности засыпания вне дома) показатели детей с SRS статистически значимо превышают таковые здоровых сверстников [20]. Среди парасомний чаще всего встречаются ночной энурез и двигательное беспокойство во сне, вносящие вклад во фрагментацию сна, не связанный напрямую с эпилептиформной активностью [17].

По данным CSHQ, тяжесть нарушений сна при SRS достоверно превышает таковую при синдроме Фелан – МакДермид, а после десяти лет выраженность нарушений статистически значимо нарастает [15]. Ретроспективный анализ полисомнографии у пациентов с SRS выявил значимое снижение стадии REM-сна, увеличение латентности ее наступления и более частую потребность в снотворных средствах, что указывает на структурный, а не только на поведенческий характер нарушений [15]. Актиграфия дает более сложную картину, лишь частично совпадающую с родительскими анкетами: у детей с SRS зарегистрирован бифазный характер сна с выраженным вторичным периодом дневного сна, меньшим числом эпизодов сна в ранние утренние часы и повышенной фрагментацией [12].

SYNGAP1-энцефалопатия определена как самостоятельная форма генерализованной эпилептической энцефалопатии развития, при которой сон выступает основным фактором активации эпилептиформной активности [21]. Характерные типы приступов – атипичные абсансы, миоклонически-атонические приступы, миоклонии век с абсансами – демонстрируют выраженную активацию именно во сне и при переходах между фазами [21]. У значительной части пациентов эпилептиформные разряды регистрируются преимущественно или исключительно во сне (при отсутствии в состоянии бодрствования), что делает ЭЭГ-мониторинг обязательным при подозрении на SRS [20]. Связь между сном и эпилепсией носит двунаправленный характер: плохой сон не только сопутствует эпилептиформной активности, но и усиливает ее, замыкая порочный круг [13]. Это подтверждается и на популяционном уровне: пациенты с активной эпилепсией демонстрируют достоверно более высокие показатели нарушений сна по сравнению с пациентами без приступов [20].

Как уже отмечалось, нарушения сна при SRS не имеют тенденции к спонтанному улучшению: распространенность и тяжесть с возрастом увеличиваются, особенно после десяти лет [9, 15, 17]. С возрастом клиническая картина выходит за рамки сна: нарастание аутистических черт в 27–30 месяцев сопровождается более чем пятикратным повышением риска возникновения приступов, а после трех лет регистрируется значимый рост их частоты – оба процесса протекают на фоне усугубления нарушений сна [18]. Это делает оценку сна необходимым элементом наблюдения у таких больных. Дневная сонливость, обусловленная фрагментацией ночного сна, дополнительно ухудшает когнитивные функции и усиливает поведенческие проблемы [20]. Хронический недосып опекунов, ухаживающих за ребенком с SRS, ассоциирован со снижением их собственного качества жизни [20], что делает коррекцию сна пациента задачей, значимой для всей семьи.

Терапия нарушений сна при SYNGAP1-ассоциированном синдроме

Несмотря на обилие исследований нарушений сна при SRS, данных о терапии этих расстройств недостаточно. В основном предлагается симптоматическое лечение.

S. Gupta и соавт. описывают опыт применения перампанела (PER) – противосудорожного препарата, антагониста AMPA-рецепторов. При SRS наблюдается избыточное встраивание этих рецепторов в постсинаптическую мембрану, что способствует возникновению эпилептических приступов. В исследовании использовали низкие дозы PER: 0,2 мг перед сном с последующим увеличением до 1,5 мг. Несмотря на низкую эффективность судорог в контрольной группе, у 25-месячной пациентки достигнуты хорошие результаты коррекции сна (подтвержденные на мышах): нормализация гамма-ритма на ЭЭГ, уменьшение ночных пробуждений и улучшение общего когнитивного профиля. Положительная динамика появилась к третьей неделе приема и сохранялась не менее двух лет (по словам матери) [4]. Результаты показали высокую эффективность PER даже в низких дозах для лечения нарушений сна при SRS.

В работе E. Cook и соавт. говорится об использовании клонидина с повышением дозы с 0,1 до 0,3 мг для лечения бессонницы [14]. Для коррекции инсомнии также применяют мелатонин [12], гуанфацин, дифенгидрамин, тразодон, арипипразол [15].

При расстройствах сна у пациентов с SRS эффективна также противосудорожная терапия. Основными средствами для лечения генерализованных абсансных, миоклонических и миоклонически-атонических приступов являются препараты широкого спектра действия: вальпроат [2, 6], ламотриджин, клобазам. Вальпроат показывает высокую результативность (вплоть до ремиссии). При векообразных миоклониях используют этосуксимид, ламотриджин, леветирацетам [11], зонисамид, топирамат [6], лакосамид. Однако эффективность конкретных препаратов варьирует у разных пациентов [2, 3, 6, 11, 13].

Для улучшения качества жизни пациента важны и немедикаментозные средства: кетогенная диета (значительное снижение числа приступов), стимуляция блуждающего нерва, физиотерапия, занятия с логопедом и лечебная физкультура [2, 6, 11].

Расстройства сна при SRS коррелируют с дефицитом белка SynGAP, поэтому их коррекция должна быть неразрывно связана с устранением основного генетического дефекта. Рассмотрим перспективные методы лечения SRS, разрабатываемые в настоящее время.

Большой интерес представляет использование антисмысловых олигонуклеотидов. Эта терапия направлена на альтернативный сплайсинг с целью увеличения экспрессии SYNGAP1. Исследования на мышах показали положительные результаты: повышение уровня SynGAP и улучшение поведенческого профиля. Однако существует проблема прохождения препарата через гематоэнцефалический барьер, которая в экспериментах на мышах решалась внутримозговой желудочковой инъекцией. Но необходимы исследования побочных эффектов введения препарата у человека и оценка целесообразности применения данного метода при различных типах мутаций гена SYNGAP1 [1, 3].

Перспективным методом на доклинической стадии является применение трансляционно-активирующих РНК (taRNA) – бифункциональных молекул на основе РНК, которые специфически связываются с определенной матричной РНК и способствуют ее трансляции, повышая синтез нужного белка. Эффективность проверена на клетках пациентов. Доставка taRNA осуществляется с помощью липидных наночастиц или вектора аденоассоциированных вирусов (adeno-associated viruses, AAV) [1, 3].

Аналогичный подход – генная терапия с использованием вектора AAV. Добавление гена SYNGAP1 мышам показало положительную динамику: улучшение электрофизиологических показателей на ЭЭГ и приближение фенотипа к здоровому. Это доказывает, что метод способствует увеличению экспрессии SYNGAP1. Такая стратегия подходит для раннего вмешательства, но ключевыми вопросами остаются эффективная и безопасная доставка вектора в масштабах всего мозга человека, потенциальные иммунные реакции и определение оптимального временного терапевтического окна [1, 3, 16].

Заключение

SYNGAP1-ассоциированный синдром – сложная генетическая патология с разнообразными проявлениями, значительно снижающими качество жизни пациента и требующими пристального внимания со стороны семьи и медицинских работников. Нарушения сна при этой патологии крайне распространены и по тяжести сопоставимы с эпилептическими проявлениями. Однако на сегодняшний день не существует этиотропной терапии ни для расстройств сна, ни для других симптомов заболевания. Это делает крайне актуальными разработку новых методов лечения, связанных с генной инженерией, а также исследования эффективности различных медикаментозных средств и целесообразности их применения. 

Авторы заявляют об отсутствии финансирования и конфликта интересов.