Персонализированная медицина нового поколения: клональная реконституция гемопоэза и CHIP-основанная

В книге проведен серьезный анализ научной литературы по проблеме клонального гемопоэза и впервые на собственном клиническом материале было показано его наличие при самых различных болезнях цивилизации: при нейродегенеративных заболеваниях (боковом амиотрофическом склерозе, системной нейродегенерации головного мозга, при болезни Альцгеймера и т. д.), при аутоиммунных заболеваниях (сахарном диабете 1-го типа, ревматоидном артрите, системной красной волчанке и др.), при различных злокачественных солидных опухолях (раке легкого, раке молочной железы) и нейроэндокринных опухолях (нейроэндокринный рак кишечника и т. д.), а также при целом ряде наследственных болезней (альфа-талассемии, болезни Шарко – Мари – Тута). Ранее клональный гемопоэз был описан преимущественно при миелопролиферативных онкогематологических заболеваниях (миелобластных лейкозах, различных типах лимфом, миелоидной болезни и др.), а также при большинстве сердечно-сосудистых заболеваний (стенозирующий системный атеросклероз, инфаркт миокарда и инфаркт мозга). То, что в основе большинства болезней цивилизации лежит клональный гемопоэз, стало даже для нас большим откровением. Но именно этот научный факт патологической клональности при БЦ, обнаруженный нами в собственных исследованиях, позволил по-новому подойти к пониманию проблемы и предложить новое решение персонализированного лечения БЦ.

Авторы книги выражают искреннюю благодарность коллективам своих предприятий, без которых проведение столь масштабных исследований без государственной финансовой поддержки и написание этой книги было бы просто невозможно, а также благодарят профессора, д. м. н. И. С. Долгополова за замечания при прочтении книги и помощь в научном редактировании этой монографии. Авторы благодарят руководителя генетической лаборатории ФГБУ НМИЦ радиологии Минздрава России, к. б. н. П. А. Шаталова и специалиста-генетика, к. б. н. М. П. Райгородскую за плодотворную работу по проведению полноэкзомного секвенирования 22 000 генов человека и анализ мутаций генов клональности у больных с БЦ с клональным гемопоэзом. Мы благодарим директора Института репродуктивной генетики ФГБУ НМИЦ акушерства, гинекологии и перинатологии Минздрава России, членкора РАН, профессора Д. Ю. Трофимова за помощь в оценке полученных геномных данных и понимании сути генетических результатов. В этой исследовательской работе большую помощь оказала руководитель отдела иммунологии МНРЦ им. А. Ф. Цыба – филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России д. б. н., к. м. н. Л. Ю. Гривцова. Проведенные ею протеомные исследования и молекулярно-биологический анализ мембранных антигенов ГСК с использованием проточной многоцветной цитометрии были очень нестандартными и подробными, а научные дискуссии с ней были очень полезными и поучительными, за что автор ей очень благодарен и признателен.

Автор надеется, что читатели поймут и примут наши новые научно-методологические подходы к геноориентированной и протеом-основанной эпигенетической терапии БЦ и реституции костного мозга, изложенные в данной монографии, и с пониманием отнесутся к нашим высокотехнологичным терапевтическим инновациям в лечении смертельных болезней цивилизации. Мы доказали, что эти новаторские подходы работают как в эксперименте, так и в клинике, и в целом ряде случаев позволяют остановить прогрессирование большинства смертельных БЦ с клональным гемопоэзом, а механизм их работы, несомненно, будет окончательно установлен в будущем. Мы очень верим, что разработанный нами подход к восстановлению врожденного иммунитета при целом ряде фатальных онкологических, аутоиммунных, нейродегенеративных и наследственных БЦ будет с пониманием принят научной общественностью и получит дальнейшее развитие при лечении целого ряда этих смертельных заболеваний человека.

Автор

Введение

Одним из ведущих мировых трендов в развитии современной системы здравоохранения является персонализированная медицина (от англ. personalized medicine) – также называемая персонифицированная медицина, прецизионная медицина, индивидуализированная медицина, которая представляет собой совокупность высокоточных методов профилактики патологического состояния, диагностики и лечения в случае его возникновения, основанных на индивидуальных особенностях пациента. К подобным индивидуальным особенностям относят генетические, эпигенетические, транскриптомные, протеомные маркеры, а также совокупность вариативных фенотипических признаков – как всего организма пациента, так и его отдельных тканей или клеток (Wikipedia, 2022). Расшифровка генома человека и «генетизация» медицины привела к появлению нового направления в персонализированной медицине – генной терапии, которая базируется на достижениях молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии, а также на новых информационных технологиях. Изначально под генной терапией понималось лечение наследственных заболеваний путем коррекции мутантных генов на уровне хромосомной ДНК. Однако сложность проблемы заставила ученых пересмотреть взгляды на данную методологию. К настоящему времени исследователи лишь нащупали подходы к такому решению проблемы (технология химеропластики). Ввиду сложности задачи корректировки повреждений генома, наибольшее распространение получили методы, основанные на введении в организм больного полноценных, функционально активных (терапевтических) генов в составе плазмидной ДНК (Бабаев А. А. с соавт., 2007). В последние годы генная терапия получила новый инструмент коррекции генома, называемый редактирование генов, или редактирование геномов, – это тип генной инженерии, при котором ДНК вставляется, удаляется или заменяется в геноме клеток организма с использованием специализированных программируемых нуклеаз или «молекулярных ножниц» (Ребриков Д. В., 2016). Быстро развивающиеся технологии редактирования генома из научно-исследовательских лабораторий уверенно переходят в клиническую практику. Разработаны принципиально новые методы изменения генома человеческих эмбрионов на ранних стадиях развития, и разрешены к клиническому применению самые дорогостоящие инновационные генотерапевтические препараты. Создан молекулярный инструментарий для исправления генетических нарушений у людей в любом возрасте. Врач, по сути, становится корректором генетической инструкции по построению и функционированию организма человека (Бабаев А. А. с соавт., 2007).

В настоящее время в борьбе со старением человека, при терапии рака и других злокачественных онкологических заболеваний, нейродегенеративных болезней и особенно наследственных болезней предпочтение отдается генотехнологиям. Основные надежды ведущие мировые специалисты в области генотехнологий возлагают исключительно на геномное редактирование. Однако безопасность этих технологий вызывает много вопросов и сомнений, так как нельзя исключить ошибки в расчетах и ятрогенный человеческий фактор. Как говорил великий российский ученый С. П. Королёв (1965), проложивший дорогу в космос: «Там, где есть человеческий фактор, всегда есть высокий риск фатальных ошибок». Поэтому разработка и создание новых, более безопасных технологий генной терапии для персонализированной медицины, основанных на альтернативных геномному редактированию научных принципах работы, приобретает большую актуальность и практическую значимость для клинической практики.

Для решения столь сложной и пока не решенной поставленной задачи надо получить ряд принципиально важных ответов на центральные вопросы проблемы генотерапии. Какие клеточные системы могут и должны стать главным объектом и центральной биологической мишенью современной генотерапии в борьбе со старением и основными болезнями цивилизации (БЦ)? Как правильно доставить генетический материал в соматическую клетку и не повредить ее геном при генной инженерии и генотерапии? Как обеспечить реставрацию генома, но без насильственных исправлений (повреждений) генома и без использования агрессивных интервенций типа «молекулярных ножниц или программируемых нуклеаз» или с помощью векторов, плазмид или вирусов? Как вылечить наследственные болезни, если генетический дефект имеет место в каждой соматической клетке организма человека или млекопитающего уже при его рождении? Нужна ли универсальная, унифицированная технология генотерапии и/или эпигенетической терапии в каждом конкретном случае болезни или нужно создавать персонализированную технологию генотерапевтического лечения?

Абсолютно очевидно, что у уже рожденного человека или млекопитающего с наследственным генетическим заболеванием попытка исправить генетический дефект в каждой клетке организма, даже теоретически, обречена на неудачу и технически невозможна. Но нужно ли делать это? Если организм млекопитающего или человека с генетическим дефектом смог дожить до своего рождения, не умер после рождения и жил долгие годы после рождения, даже не подозревая о болезни, то наличие его генетического дефекта, даже имеющегося во всех клетках организма, не является смертельным приговором для данного организма, и в определенных условиях его геном может быть «генетически стабильным», или, точнее, возможна «молекулярная компенсация» патологически измененного генома. Декомпенсация поврежденного генома тканеспецифических клеток (ТСК) при нейродегенеративных, онкологических, аутоиммунных и наследственных болезнях зачастую приводит к прогрессированию болезни и манифестации клинических проявлений и может привести к смертельному исходу. Причиной декомпенсации болезни и формирования декомпенсации болезни является возникновение неустойчивости генома дифференцированных ТСК. Причиной неустойчивости генома в большинстве случаев является критическое накопление драйверных дополнительных соматических мутаций (ДСМ) в геноме долгоживущих клеток организма: нервных клеток, гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), мезенхимальных стромальных стволовых клеток (МССК), половых клеток и др. Так, например, в процессе канцерогенеза драматическое количество ДСМ накапливается даже в здоровом геноме, формирует накопление в клетке патоспецифических белков и проявляется хорошо известной «неустойчивостью генома» высокоспециализированных дифференцированных клеток органов и тканей. При опухолевом процессе «неустойчивость генома» специализированных клеток органов и тканей еще в начале прошлого века отметил Тeodor Bovery (1905). Сегодня онкологи всего мира объясняют появление дополнительных соматических мутаций накоплением онкоспецифических белков (ОСБ) в опухолевых клетках (ОК) (Заридзе Д. Г., 2004). При нейродегенеративных заболеваниях (НДБ) «неустойчивость генома» нейронов разной локализации обусловлена также появлением дополнительных генетических мутаций и накоплением нейроспецифических белков (НСБ) в цитоплазме нейронов различной локализации, то есть в различных высокодифференцированных клетках нервной ткани в головном и спинном мозге (Брюховецкий А. С., 2019). Использование современных молекулярных и клеточных технологий анализа генома в клетках головного мозга при широко распространенных и социально значимых психических заболеваниях (аутизм, шизофрения, болезнь Альцгеймера и др.) показали, что геномная нестабильность представляет собой патогенетический механизм нарушения центральной нервной системы, а также играет роль в развитии ряда болезней головного мозга человека. Генный (геномный) дисбаланс не только нарушает гомеостатическое равновесие нервной клетки, приводя к ее гибели, но и является значимым биологическим маркером нервно-психических заболеваний, позволяющим определять геномные сети, изменения в которых приводят к дисфункции синапсов или нейродегенерации (Тиганов А. С., Юров Ю. Б., Ворсанова С. Г., Юров И. Ю., 2012). «Неустойчивостью генома» клеток миокарда и специализированных клеток сосудистой стенки проявляется формированием атеросклеротических бляшек при накоплении кардиоспецифических белков (КСБ) или вазоспецифических белков (ВСБ) и т. д. (De Majo F. Martens L., Hegenbarth J. C. et al., 2021).

При таком аутоиммунном заболевании (АИЗ), как сахарный диабет 1-го типа, «неустойчивость генома» характерна для бета-клеток поджелудочной железы. И дальше можно продолжать этот список неустойчивых геномов высокодифференцированных клеток при различных заболеваниях очень долго и абсолютно научно обоснованно. Очевидно, что исходом «неустойчивости генома» высокодифференцированных ТСК органов и тканей является дегенерация и последующая атрофия этих клеток (минус-ткань) или, наоборот, процесс сопровождается пролиферацией и патологическим увеличением клеток (плюс-ткань) и манифестирует, например, опуxолевым ростом. Аналогичные процессы неустойчивости генома характерны для всего процесса старения организма.

Основным механизмом, направленным на устранение неустойчивости генома поврежденных высокоспециализированных ТСК и балансировку их геномной неустойчивости, является системная иммунная реакция организма, направленная на устранение этой неустойчивости геномов, формируемая аутологичными гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК). Другими словами, именно ГСК и ее потомки в виде иммунокомпетентных клеток (ИКК) устраняют неустойчивость генома поврежденных ТСК и определяют судьбу этих ТСК. В одном случае это перенаправление ТСК в апоптоз (программную клеточную гибель), в другом – эти клеточные системы подвергаются уничтожению НК-клетками, НКТ-клетками, макрофагами и цитотоксическими лимфоцитами (ЦТЛ), в третьем случае они активируют клетки микроглии или они устраняют «межклеточный мусор» в виде патоспецифических белков, поддерживающий неустойчивость генома ТСК. Также возможен вариант стабилизации генома поврежденных ТСК за счет воздействия цитокинов и биологически активных веществ, секретируемых регуляторными ГСК. В последнем случае ТСК продолжают свое существование в обновленном виде. Поэтому именно ГСК формируют одновременный системный иммунный ответ организма, обеспечивающий выживание организма человека и животных, и именно этим клеткам принадлежит главная и стабилизирующая роль в этом саногенетическом процессе организма. В ряде случаев из-за повреждения молекулярно-биологической геномно-постгеномной структуры аутологичных ГСК они становятся практически не способны выполнять саногенетическую роль молекулярного «стабилизатора» и «успокоителя» неустойчивого генома в пострадавших клетках, и это приводит к прогрессированию БЦ или ее рецидиву.

Примененные нами в этой книге термины «реституция костного мозга» (РКМ) и/или реституция гемопоэтических стволовых клеток (РГСК), вынесенные в оглавление и в предисловие книги, требуют пояснения и обоснования уже во введении к этой монографии. Более того, в этой монографии мы впервые в научной литературе сформулировали основные тезисы инновационного научного медицинского направления в регенеративной медицине и обозначили его именно как реституция костного мозга в терапии аутоиммунных, нейродегенеративных, онкологических, сердечно-сосудистых и наследственных болезней цивилизации с клональным гемопоэзом. Новое теоретическое понимание проблемы клонального гемопоэза, активно разрабатываемое в западной научной литературе в последние годы, и наши более 20-летние исследования гемопоэтической стволовой клетки в патогенезе большинства неврологических и онкологических БЦ и формулирование концепции системообразующей и регуляторной роли CHIP-клона ГСК в формировании большинства клинических проявлений болезней цивилизации позволили расширить и даже дать новое научное определение понятию «реституция костного мозга» и описать клиническое содержание различных стадий реституции КМ и реституции ГСК.

Во введении хотелось бы остановиться на новой терминологии (РКМ и РГСК), примененной в книге. Происхождение самого слова «реституция» берет свое начало еще со времен российского императора Петра I. Реститу́ция – «возвращение, восстановление в прежней должности» – впервые описана у Петра I (см. Смирнов, 263). Вероятно, слово образовано через перевод польского слова restytucja из лат. restitūtiō – то же. Об этом факте упоминается в «Этимологическом словаре русского языка», написанного Максом Фасмером. Термин «реституция» в «Словаре иностранных слов, вошедших в состав русского языка», написанном Ф. Павленковым и вышедшем в свет в 1907 году, обозначал восстановление, возобновление утраченных сил, здоровья; возвращение к прежнему состоянию здоровья, какое было до болезни. Под «реституцией» в «Полном словаре иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке» (Попов М., 1907) понималось «восстановление здоровья». Современная «Википедия» за 2023 год определяет термин реституция (от лат. restitutio – восстановление) как «восстановление», но при этом дает различные толкования данного термина «восстановление», в зависимости от области применения данного термина. Подробно на этих аспектах мы остановимся в 7-й главе книги. Здесь мы лишь отметим, что термин «реституция» в медицине далеко не новый и подразумевает полную регенерацию (т. е. замещение дефекта равноценной тканью), а неполную регенерацию врачи называют субституцией. В стоматологии восстановление зубной эмали после повреждения тоже называется реституцией. В акушерстве возвращение повернутой головки плода к ее естественному соотношению с плечами после ее выхода из вульвы называют также реституцией [Restitutio, акт восстановления] (Медицинский словарь Farlex Partner© Farlex, 2012).

По-видимому, именно понимание реституции как «акта восстановления исходного состояния» наиболее правильно отражает медицинскую сущность данного термина. Под реституцией в неврологии понимают формирование саногенетических механизмов при патологии нервной системы, и она является залогом успешности реабилитационных мероприятий, так как сущность саногенетических механизмов проявляется их направленностью на приспособление (адаптацию) к окружающей среде на качественно новом уровне, в связи с имеющимся или имевшимся в организме патологическим процессом. Такими саногенетическими механизмами, которые в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности обеспечивают приспособительный эффект, а при патологии – восстановление нарушенных функций мозга, личного и социального статуса больных, являются реституция, регенерация и компенсация. В неврологии и восстановительной медицине эти понятия являются синонимами. Как пишет в своей монографии «Восстановительная медицина» В. А. Епифанов (2013): «Реституция – процесс восстановления деятельности обратимо поврежденных структур» организма человека и животных «путем активации морфологически сохранных, но функционально бездеятельных структур, находящихся в состоянии глубокой депрессии, в значительной степени». Мы считаем, что это самое наукоемкое и научно обоснованное определение медицинского понимания термина «реституция», который отражает суть происходящих процессов в поврежденных органах, тканях и клетках организма и позволяет построить реальные стратегии восстановления повреждений любых органов и тканей. Сущность медицинского термина «реституция» мы сформулировали как «акт восстановления исходного состояния органа или ткани организма человека и животных путем активации ингибированных болезнью ее структурных компонентов и замещение ими поврежденных молекулярно-биологических структур органа или ткани».

При патологии нервной системы реституционные изменения происходят в нервных клетках, нервных волокнах и в структурных элементах нейродистрофически измененных нервных тканей. Реституционные механизмы осуществляются в основном благодаря проницаемости и возбудимости мембран, нормализации внутриклеточных окислительно-восстановительных процессов и активации ферментных систем, следствием чего являются нормализация биоэнергетической и белково-синтезирующей деятельности клеточных структур и восстановление проводимости по нервным волокнам и синапсам. При реституции в нейронных и волокнистых структурах мозга улучшается биоэнергетическое снабжение, нормализуются процессы проницаемости в клеточных мембранах, возрастает биосинтетическая, пластическая и функциональная способность (Епифанов В. А., 2013).

Реституционные механизмы саногенеза в поврежденных органах и тканях достаточно жестко завязаны на кроветворение и иммунитет. Именно системообразующая и регуляторная, управляющая роль ГСК формирует реституционный саногенетический потенциал и сам механизм восстановления поврежденных органов и тканей. Если существует поликлональность гемопоэза (работают около 1000 из 100 000—200 000 существующих клонов ГСК), то саногенетические механизмы организма работают исправно и четко. Однако в процессе жизни или стрессорного воздействия происходит накопление достаточного количества ДСМ в долгоживущих клеточных системах и в стволовых клетках (СК). Часть этих ДСМ в таких долгоживущих клетках, как ГСК, становятся драйверными и драматическими и приводят к формированию клонального гемопоэза и клональной экспансии этих клеток. В крови формируется один или несколько доминирующих клонов кроветворения, которые «выигрывают соревнование» среди других стволовых кроветворных клеток. Постепенно расширяясь в объеме, потомки ГСК и гемопоэтических предшественников доминирующего клона (клонов) кроветворения подавляют ИКК других клонов ГСК всей циркулирующей крови. Иногда количество ИКК доминирующего клона (клонов) ГСК в общей циркуляции клеток крови составляет до 70%, а иногда расширяется до 50—93% и определяет возникновение и манифестацию клинических проявлений большинства фатальных БЦ.

Еще раз уточним и очертим наше понимание клонального гемопоэза с неопределенным потенциалом (CHIP). Мы рассматриваем CHIP как функциональное состояние, пока объем клона составляет более 4% от объема циркулирующей крови (ОЦК). Как только объем CHIP-клона ГСК превышает 10% от ОЦК. это состояние следует рассматривать как геномно-постгеномное заболевание собственных ГСК и главный фундаментальный молекулярно-биологический процесс этипатогенеза большинства иммуноассоциированных неинфекционных болезней цивилизации. CHIP – это основной молекулярно-биологический механизм запуска и прогрессирования большинства иммуноассоциированных болезней цивилизации (БЦ). Если говорить образно, то CHIP, появляясь в ОЦК, изначально является свечой, освещающей преимущества отдельных клонов ГСК в их выживании, но при значительном росте CHIP-клона ГСК эта свеча становится «костром, который запускает и поддерживает своей энергией постоянно кипящий на нем котел патогенеза любой иммуноопосредованной болезни». Его результатом является формирование иммунотолерантного или иммуноагрессивного системного CHIP-ответа собственного иммунитета организма человека и животных на возникновение патологии ТСК и тканей органов и систем. Особенно наглядна эта аналогия CHIP с «костром» наблюдается при нейродегенеративных заболеваниях. CHIP постоянно поддерживает и «подогревает» стойкую патологическую активность и аутоагрессивность иммунокомпетентных клеток крови, которые активируют глиальные клетки, астроциты и микроглию в головном и спинном мозге и формируют хроническое нейровоспаление, которое приводит к повреждению сосудистого обеспечения на уровне артериол и артерий, нарушению синаптических межклеточных контактов и дегенерации нейронов. Другими словами, изначально возникая как преимущество в выживании одних клонов над другими, CHIP является очень полезным приобретением для этого клона, но, если он начинает доминировать в ОЦК и преобладать в репродуктивных функциях, он становится фундаментальной причиной и катализатором патологического процесса в органах и тканях и из положительного фактора превращается в главный инструмент старения и гибели организма.

Чтобы преодолеть основные негативные системные явления, обусловленные влиянием CHIP на органы и ткани, главной стратегией современной медицины может и должна стать стратегия геноориентированной и протеом-основанной эпигенетической терапии, центральным технологическим элементом которой может стать реституция костного мозга и реституция ГСК и CHIP-фокусированная терапия. Она способна обеспечить восстановление здоровья до статус-кво (status quo – возврат в исходное состояние) ГСК костного мозга. В целом ряде случаев эффект частичной реконституции при фатальных БЦ удается получить путем трансплантации костного мозга (ТКМ) или трансплантации ГСК. Однако риск смертельных осложнений от этой высокотехнологичной процедуры составляет до 6—9%, и этот риск смертельных осложнений перекрывает все возможные достоинства этой технологии. Далее в 7-й главе монографии мы объясняем принципиальные различия реституции костного мозга от ТКМ и трансплантации аутологичных и аллогенных ГСК.

Таким образом, реституция костного мозга – это не придуманный нами, вычурный медико-биологический неологизм, а давно известный медицинский термин, являющийся синонимом таких медицинских слов, как «восстановление», «регенерация», «компенсация», «репарация». Новое клиническое содержание термина «реституция» в современной прецизионной (высокоточной) медицине было нами расширено для нужд регенеративной медицины вообще и персонализированной медицины в частности. Это позволило нам предложить принципиально новое решение проблемы восстановления клеточного состава поврежденного костного мозга – восстановление его врожденной поликлональности и иммунологической функциональности, которое было у КМ до болезненного состояния.