Genetyczne aspekty wrodzonych wad urologicznych

Opracowano na podstawie: Genetic Aspects of Congenital Urologic Anomalies. Nordenskjöld A. European Urology Supplements 2015; 14(1): 2-8

Wady wrodzone mogą być traktowane jako zaburzenia prawidłowego rozwoju wewnątrzmacicznego. Z punktu widzenia genetyki ich przyczynę w większości stanowią złożone zaburzenia genetyczne czy też współistnienie przyczyn genetycznych oraz środowiskowych. Z tego powodu często jednolity fenotyp wady może powstać na tle różnych zaburzeń.

Większość wad wrodzonych stanowią przypadki sporadyczne (nie-dziedziczne). Występowanie rodzinne określonych zaburzeń, mimo mniejszego rozpowszechnienia, umożliwiło w niektórych sytuacjach poznanie genetycznych przyczyn rozwoju nieprawidłowości. W zakresie urologii dziecięcej wykryto istotne tło genetyczne głównie w przypadku odpływu pęcherzowo-moczowodowego i spodziectwa. W wymienionych patologiach ryzyko względne wystąpienia choroby wśród rodzeństwa wynosi odpowiednio 50:1 i 20:1. Badacze wciąż poszukują zaburzeń genetycznych mających odpowiadać za między innymi wynicowanie pęcherza moczowego, wnętrostwo, wodonercze wrodzone czy zastawkę cewki tylnej.

Podstawowym pytaniem, z jakim musi zmierzyć się lekarz, który zetknął się z problematyką wad wrodzonych u dzieci, jest przyczyna wystąpienia wady oraz ryzyko jej rozwoju u rodzeństwa i innych krewnych pacjenta. Badania genetyczne przynajmniej częściowo umożliwiają znalezienie odpowiedzi na te pytania.

Tło genetyczne wad wrodzonych

Wady wrodzone mogą być dziedziczone zgodnie z prawami Mendla, czyli w sposób autosomalnie dominujący, autosomalnie recesywny oraz recesywny związany z chromosomem X. Przykładem dziedziczenia autosomalnie dominującego jest zespół ręka-noga-genitalia (HFGS), związany z mutacją w genie HOXA13. Jeden z typów wrodzonego przerostu nadnerczy (WPN), spowodowany niedoborem 21-hydroksylazy, może być modelem dziedziczenia autosomalnie recesywnego mutacji w genie CYP21, zaś wzorem dziedziczenia recesywnego związanego z chromosomem X może być względny niedobór androgenów, związany z niedoborem receptora dla androgenów kodowanego na chromosomie X.

Jednakże przeważająca większość wad wrodzonych ma bardziej skomplikowaną patogenezę, a końcowy fenotyp jest sumą różnorodnych przyczyn genetycznych i środowiskowych. Wydaje się, że prawidłowym ujęciem patogenezy wad wrodzonych jest kontinuum między wpływem genetycznym a środowiskowym. Za przewagą czynników genetycznych mogą przemawiać takie przesłanki, jak występowanie rodzinne, częstsze występowanie wśród bliźniąt monozygotycznych, czy opisany związek z zaburzeniami chromosomalnymi. Istotny jest też fakt, że izolowana wada wrodzona może być jedynie objawem zespołu genetycznego, w którym ekspresja pozostałych objawów pozostaje na niskim czy niezauważalnym poziomie.

Tabela 1	Czynniki zwiększające prawdopodobieństwo tła genetycznego wad wrodzonych

Metody badań genetycznych

W dziedzinie molekularnych metod diagnostyki genetycznej w ciągu ostatnich dekad nastąpił ogromny postęp. Od lat 50. XX wieku dostępna jest metoda kariotypowania, dzięki której możliwe jest wykrycie anomalii genetycznych z rozdzielczością 10-15 milionów par zasad, co odpowiada średnio 50 do 150 genów. Kariotypowanie do dziś używane jest do diagnostyki zaburzeń chromosomalnych między innymi zespołu Downa. Obecnie dostępne są metody umożliwiające wykrycie mutacji pojedynczych genów czy nawet pojedynczych par zasad. Wśród wysokorozdzielczych metod można wyróżnić łańcuchową reakcję polimerazy techniką Sangera, masowe sekwencjonowanie równoległe, fluorescencyjną hybrydyzację in situ czy najbardziej czułą metodę diagnostyki genetycznej-sekwencjonowanie genomu.

Dobór odpowiedniej metody jest zależny głównie od częstości występowania wad, częstości występowania rodzinnego czy też możliwych przyczyn genetycznych (mutacje genomowe, chromosomowe, genowe).

Genetyka wybranych wad wrodzonych układu moczowo-płciowego

Wnętrostwo

Wnętrostwo, czyli niezstąpienie jąder, jest to nieprawidłowe położenie jednego lub obu jąder poza moszną. Wnętrostwo stanowi najczęstszą urologiczną wadę wrodzoną wśród noworodków płci męskiej, osiągając częstość około 3-4%. Z uwagi na samoistne zstępowanie jąder, w 6. miesiącu życia wnętrostwo utrzymuje się jedynie u około 1% niemowląt.

W trakcie życia wewnątrzmacicznego niezróżnicowane gonady różnicują się w kierunku jąder po wystąpieniu ekspresji genu SRY (sex-determining region Y) zlokalizowanego na chromosomie Y, następuje to około 6. tygodnia ciąży. Pierwszy etap zstępowania jąder z przestrzeni zaotrzewnowej w kierunku pierścienia wewnętrznego kanału pachwinowego przypada między 10. a 15. tygodniem życia płodowego. Proces ten zachodzi za sprawą skracania się jądrowodu (więzadło płciowo-pachwinowe) i jest regulowany przez insulinopodobny czynnik wzrostu 3 (INSL3) oraz jego receptor. Hormon INSL3 jest wydzielany przez komórki Leydiga zstępującego jądra i oddziałuje na receptory zlokalizowane w jądrowodzie. Kolejny etap stanowi zstępowanie jądra przez kanał pachwinowy do moszny, co jest zależne od stężenia androgenów.

Badania genetyczne w kilku procentach przypadków wnętrostwa wykazały obecność mutacji w genie INSL3 i jego receptora. Jednak patogeneza większości przypadków wnętrostwa wciąż pozostaje wieloczynnikowa.

Wodonercze wrodzone

Wrodzone wodonercze jest heterogenną pod względem anatomicznym wadą wrodzoną. Najczęstszą przyczyną są nieprawidłowości mięśniówki połączenia miedniczkowo-moczowodowego powodujące jego zwężenie i w konsekwencji poszerzenie układu kielichowo- miedniczkowego nerki. Wodonercze wrodzone występuje jako element kilku dziedzicznych zespołów wad wrodzonych, między innymi zespół Cornelia De Lange czy zespół Schinzel-Giedion. Izolowane wodonercze wrodzone może wystąpić z prawdopodobieństwem sięgającym nawet 50% u rodzeństwa. Mimo takich danych oraz przeprowadzenia badań genetycznych z wykazaniem możliwego genetycznego kandydata - genu TSHZ3, do tej pory nie potwierdzono jednoznacznie występowania mutacji pojedynczego genu w patogenezie wodonercza wrodzonego u ludzi.

Odpływ pęcherzowo-moczowodowy

Odpływ pęcherzowo-moczowodowy (VUR) z wstecznym przepływem moczu z pęcherza do górnej części układu moczowego dotyczy około 1-2% populacji w zależności od płci i wieku. Zaburzenie to jest objawem występującym w kilku zespołach wad wrodzonych, jak zespół Kallmana, zespół moczowo-twarzowy czy zespół nerkowo-coloboma. VUR może ustąpić samoistnie wraz z wiekiem dziecka, dlatego obserwacja fenotypu w rodzinie jest trudna. Mimo to wykazano rodzinne występowanie odpływu pęcherzowo-moczowodowego, ze zgodnością występowania wśród bliźniąt monozygotycznych sięgającą 80%, a wśród bliźniąt dizygotycznych w 35%. Wzrost ryzyka wystąpienia VUR wśród rodzeństwa wynosi od 26% do 50%, szczególnie w przypadku występowania wady u rodzica. Z tego powodu podjęto badania nad genetycznymi przyczynami VUR, ale jedynie w nieznacznej części przypadków potwierdzono występowanie punktowych zaburzeń genetycznych.

Wykryto wiele genów odpowiedzialnych za rozwój dróg moczowych, takich jak: GDNF, RET, PAX2, SALL1, HOX11. W doświadczeniach na myszach knock-outowych pozbawionych genu SLIT2 i receptora ROBO2 stwierdzono występowanie wielu pączków moczowodowych oraz zaburzenie ekspresji genu GDNF, co powodowało zaburzenia rozwojowe w zakresie dróg moczowych, jednak nie potwierdzono powyższej zależności wśród ludzi. W innym badaniu opisano przypadek mężczyzny z wrodzonym obustronnym odpływem pęcherzowo-moczowodowym i translokacją genu ROBO2. Co więcej, zaburzenia genu ROBO2 opisano także w dwóch innych przypadkach VUR. Innym kandydatem genetycznym jest gen SOX17 występujący na chromosomie 8., którego duplikacja została opisana w pojedynczym przypadku obustronnego odpływu pęcherzowo-moczowodowego.

Liczne badania genetyczne jak dotąd nie wykazały pojedynczego genu odpowiedzialnego za występowanie odpływu pęcherzowo-moczowodowego, mimo wspomnianych przesłanek genetycznego tła zaburzenia. Prawdopodobnie jest to związane z występowaniem opisanego fenotypu jako wyniku różnych zaburzeń genetycznych.

Zastawka cewki tylnej

Zastawka cewki tylnej (PUV) jest anomalią rozwojową, której cechą jest występowanie struktury błoniastej w proksymalnej części cewki moczowej chłopców. Prawdopodobnie zastawka jest pozostałością przegrody moczowo-odbytowej lub błony stekowej występujących w okresie zarodkowym. Zastawka może wywoływać różnego stopnia zaburzenia odpływu moczu, prowadząc w ciężkich przypadkach do krańcowej niewydolności nerek. PUV zwykle występuje jako wada izolowana, jednak jej obecność może też być związana z zespołem suszonej śliwki (prune belly syndrome). W badaniach genetycznych zauważono możliwość mutacji w obrębie chromosomu 10. związanego z wymienionym zespołem, dodatkowo opisano wystąpienie mikrodelecji w rejonie 6p25.3 u pacjenta z zespołem suszonej śliwki i zastawką cewki tylnej.

Wydaje się, że izolowana obecność zastawki cewki tylnej również może mieć podłoże genetyczne. Do tej pory opisano zaburzenia genetyczne w ramach chromosomów 1. i 11., jednak do wyciągnięcia ogólnych wniosków niezbędna jest większa liczba pacjentów.

Spodziectwo

Spodziectwo to wada będąca następstwem przedwczesnego zatrzymania rozwoju cewki moczowej między 8. a 16. tygodniem ciąży, co powoduje dyslokację jej ujścia zewnętrznego. Częstość występowania spodziectwa szacuje się na 1:125 chłopców. Opisano dziedziczność spodziectwa na drodze autosomalnej dominującej, autosomalnej recesywnej oraz recesywnej związanej z chromosomem X. W około 7% zaburzenie występuje u przynajmniej jednego krewnego. Ryzyko związane z wystąpieniem wady u kolejnego dziecka płci męskiej szacuje się na 10%, a gdy spodziectwem dotkniętych jest dwóch krewnych pierwszego stopnia, ryzyko wzrasta nawet do 25%. Ryzyko względne wystąpienia spodziectwa w rodzinie wynosi jak 20-30:1, co wskazuje na silny wpływ czynników genetycznych.

Spodziectwo jest też częstym komponentem zespołów wad wrodzonych. Do tej pory wykryto wiele genów, których mutacje mogą być przyczyną spodziectwa, między innymi: AR, SRD5A2, HSD17B3, MAMLD1 i DGGK. Co więcej, opisano, że wzrost powtórzeń tripletów CAG w genie receptora androgenowego (AR) może zwiększyć ryzyko wystąpienia wady.

Zaburzenia różnicowania płci oraz wrodzony przerost nadnerczy

Zaburzenia różnicowania płci stanowią złożoną grupę wad wrodzonych, które mogą być wynikiem nieprawidłowości w różnych etapach rozwoju zarodkowego i płodowego. Istotne z punktu widzenia klinicznego jest ustalenie genetycznej etiologii fenotypu, z uwagi na możliwe występowanie innych chorób. Przykładem może być zespół Denys-Drasha (spodziectwo, wnętrostwo, niewydolność nerek, guz Wilmsa), w którym rozpoznanie tła genetycznego umożliwia włączenie leczenia guza nerki na wczesnym etapie.

Wśród noworodków kariotypowo męskich (46XY), u których okołoporodowo występują trudności z określeniem fenotypowej płci - feminizacja, jedynie w kilku procentach przypadków stwierdzane są zaburzenia chromosomalne (głównie zespół Klinefeltera). W przypadku noworodków o kariotypowej płci żeńskiej - 46XX, za większość przypadków wirylizacji odpowiada wrodzony przerost nadnerczy (CAH).

Wrodzony przerost nadnerczy (zespół nadnerczowo-płciowy) jest zaburzeniem genetycznym, w którym występuje nieprawidłowe funkcjonowanie kory nadnerczy. W ramach zaburzenia można wyróżnić 5 typów, z których najczęstszy (około 95% przypadków) jest niedobór 21-hydroksylazy spowodowany mutacją recesywną w genie CYP21A2. Niedobór enzymu wywołuje blok metaboliczny, powodując odpowiedź przysadkową - wzrost syntezy ACTH oraz wzrost produkcji androgenów nadnerczowych, głównie androstendionu i dihydroizoandrosteronu. Oba hormony mogą zostać przekształcone na obwodzie do testosteronu i dihydrotestosteronu, dając efekt w postaci maskulinizacji płodów żeńskich. Łagodne formy niedoboru 21-hydroksylazy, zwane nieklasycznymi typami WPN, mogą objawiać się jedynie jako wirylizacja w dzieciństwie, co jest przyczyną wykrywania tego stanu tylko wśród dziewczynek.

Tabela 2	Genetyczne tło wad wrodzonych układu moczowo-płciowegoh

Wynicowanie pęcherza moczowego

Wynicowanie pęcherza moczowego jest rzadkim zaburzeniem rozwojowym (ok. 1:35 000 noworodków). W większości przypadków stanowi izolowaną, sporadyczną wadę, jednakże współwystępowanie wady wśród bliźniąt monozygotycznych jest znacznie częstsze niż wśród bliźniąt dizygotycznych (45% vs 6%). Co więcej, w literaturze opisano występowanie rodzinne wynicowania pęcherza moczowego, określając ryzyko wystąpienia wady wśród rodzeństwa na 1:70, a ryzyko wystąpienia wady wśród potomstwa rodzica z zaburzeniem na 1:300. Powoduje to osiągnięcie wysokich wartości ryzyka względnego, co sugeruje przyczynę genetyczną choroby.

W trakcie badań nad genetyczną patogenezą ekstrofii pęcherza moczowego przebadano 100 pacjentów dotkniętych tą chorobą. Badanie pozwoliło wykryć 4 przypadki duplikacji w rejonie 22q11 - region ten zawiera około 50 genów, co więcej, w zespole Di- George'a występuje jego delecja. W innym badaniu stwierdzono mutację o typie mikroduplikacji na chromosomie 19. Pozwala to stwierdzić, że w przypadku wynicowania pęcherza moczowego mamy do czynienia z fenotypem, który może być wynikiem różnych zaburzeń w genomie.

Wnioski

Z przedstawionych danych jasno wynika, że wady wrodzone dotychczas klasyfikowane fenotypowo jako jednorodne stanowią raczej grupę chorób genetycznych o różnych przyczynach. Co więcej, obraz choroby może się znacznie różnić w zależności od nieprawidłowego szlaku metabolicznego. Z tego powodu osoby dotknięte opisanymi wadami będą prawdopodobnie wymagały różnych sposobów leczenia i obserwacji, zarówno w okresie dzieciństwa, jak i w dorosłym wieku.

Dzięki coraz szerszym możliwościom badań genetycznych i znacznemu postępowi naukowemu lekarz praktyk będzie mógł dostosować sposób leczenia do właściwej genetycznie przyczyny choroby, jak również będzie w stanie udzielić rodzicom chorego dziecka informacji na temat ryzyka wystąpienia wady wśród potencjalnego rodzeństwa.

Oprac.: lek. Tomasz Piecha
Katedra i Klinika Urologii Ogólnej, Onkologicznej i Czynnościowej
Warszawski Uniwersytet Medyczny
kierownik kliniki: prof. dr hab. n. med. Piotr Radziszewski