Шизофрения как хроническое прогрессирующее заболевание является социально значимой болезнью, поскольку бремя обеспечения и ухода за пациентами оказывается существенным не только для их ближайшего окружения, но и для системы здравоохранения и общества в целом. Затраты на оказание помощи данной группе больных огромны, достигая в развитых странах 2% бюджета здравоохранения. Распространенность шизофрении колеблется от 0,8 до 1% популяции [1]. В 40% случаев в течение 1 года после первой госпитализации наблюдается рецидив психотической симптоматики. У 40—80% больных течение болезни приобретает хронический характер [2]. Трудовая занятость среди больных шизофренией в 6—7 раз меньше, чем среди здоровых лиц того же социального статуса. Продолжительность жизни в среднем на 15—20 лет меньше, чем в популяции [3]. От 4 до 13% пациентов заканчивают жизнь самоубийством [4]. Доля всех занятых больничных коек пациентами с шизофренией достигает 9% больничного фонда всего мира [3].

Одной из трудностей изучения генетики шизофрении являются ее достаточно условные диагностические критерии и границы с другими психотическими расстройствами. И хотя критерии, выбранные для установления дискретной диагностической единицы, охватывающей круг болезненных проявлений, которые когда-то решили называть шизофренией, являются прогностически весьма надежными, в каждом конкретном случае можно наблюдать разную представленность и выраженность дефинициональных и факультативных психотических симптомов, различия в динамике и тяжести исхода, а также способности к адаптации больных. В DSM-5, помимо клинического, был реализован дименсиональный подход, т. е. количественная оценка симптоматики. Это дает возможность изучать генетические ассоциации уже не с общим понятием шизофрении, а c индивидуализированным рисунком ее основных психопатологических проявлений.

Генетические исследования семей, близнецов и приемных детей [5, 6] подтвердили сильную генетическую составляющую в этиологии шизофрении. Риск развития болезни повышается с увеличением степени генетического родства к больному. У родственников третьей степени родства риск развития шизофрении равен 2% (в общей популяции — 0,5—1%). У родственников первой степени родства он увеличивается до 9%, а степень конкордантности у монозиготных близнецов равна 80% [5, 7, 8]. Соответственно конкордантность наследуемости выше у однояйцевых близнецов, чем у разнояйцевых, что также свидетельствует о семейной сегрегации и важной роли генетических факторов в развитии заболевания. Наследственная предрасположенность шизофрении оценивается примерно в 64—81% [9]. Однако гетерогенность фенотипических характеристик заболевания даже у родственников и слабое влияние каждого конкретного генетического варианта на риск развития болезни указывают на сложные механизмы наследования [10—12].

Перспективным направлением в развитии генетических исследований считается изучение связи геномных вариаций с эндофенотипами шизофрении.

Эндофенотип — это фенотипическое выражение заболевания [13], которое возможно оценить количественно.

Согласно концепции, предложенной I. Gottesman и T. Gould [13], выделяют пять основных признаков эндофенотипа: 1) наличие связи между эндофенотипом и заболеванием в данной популяции; 2) наследование эндофенотипа; 3) независимость эндофенотипа от состояния (т.е. он присутствует независимо от того, находится ли больной в активной или доклинической фазе заболевания); 4) наличие внутрисемейной сегрегации эндофенотипа, характеризующейся большей частотой встречаемости какого-либо эндофенотипа, обнаруженного у больного и среди здоровых членов семьи по сравнению с общей популяцией, а также накопления внутри семей больных и их родственников эндофенотипа заболевания.

Только наличие всех упомянутых свойств у какого-либо количественного признака, связанного с психическим заболеванием, может служить доказательством того, что он является полноценным эндофенотипом данной патологии [14].

По природе эндофенотипы разнообразны. Они могут быть нейро-, биохимическими, электрофизиологическими, когнитивными, нейроанатомическими и т. д. Примером электрофизиологического эндофенотипа может служить сенсомоторный дефицит, характеризующийся специфическими особенностями энцефалограммы. Генетические факторы вносят весомый вклад в формирование данного эндофенотипа, который определяется серьезными нарушениями глутаматергической системы и ингибированием нейротрансмиттерной функции ГАМК [15]. Пример нейрофизиологического эндофенотипа — нарушение у больных шизофренией способности к плавному слежению глазами за движущимися предметами [16].

Клиническая манифестация заболевания представляет собой совокупность различных эндофенотипов. Таким образом, отдельно взятый эндофенотип не может характеризовать фенотипическое выражение заболевания в целом, но более удобен для оценки роли генетических факторов и маркеров в патогенезе заболевания. Для определения роли генетического компонента в эндофенотипе необходим анализ многих генетических маркеров, которые функционально и в первую очередь связаны с его формированием.

Генетическими маркерами (ДНК-маркеры) являются полиморфные участки в нуклеотидной последовательности, определяемые вариативностью нуклеотидов. Наиболее частый тип полиморфных генетических маркеров — это однонуклеотидные замены (SNP). К настоящему времени насчитываются свыше 154 млн референсных SNP, наличие которых доказано в двух независимых исследованиях и более.

Кроме SNP, существует много других более редко встречающихся в индивидуальных геномах типов полиморфных участков, включая тандемные повторы, вставки/делеции, вариацию числа копий (CNV); различия индивидуальных геномов по числу копий хромосомных сегментов размером от 1 тыс. до нескольких млн пар оснований и т. д. [17—19].

Функциональные полиморфные участки, имеющие фенотипическое выражение и значимо связанные с клиническим проявлением заболевания, могут служить в качестве ценных генетических маркеров [20].

Для быстрого анализа большого числа маркеров были разработаны специальные панели (биочипы, или SNP arrays), включающие расположенные в строгом и определенном порядке аллельспецифичные меченые олигонуклеотидные зонды, иммобилизованные на компактных матрицах. Индивидуальная ДНК наносится на биочип, после чего происходит ее гибридизация с определенными иммобилизованными зондами, что генерирует сигнал о наличии определенных генотипов. Таким образом, можно получить большие массивы данных о полиморфизмах, расположенных по всему геному человека [21].

Технология глобального количественного анализа экспрессии генов (genome-wide gene expression; GWGE) разработана относительно недавно, и это сразу позволило оценить функциональную значимость множества полиморфных маркеров, для которых при использовании SNP-панелей была показана ассоциация с психическими заболеваниями [22]. Экспрессионные биочиповые панели могут быть использованы для независимого обнаружения генов-кандидатов, вовлеченных в развитие патологии. Однако не всякий ген, экспрессия которого существенно различается между больными и здоровыми, обязательно напрямую вовлечен в патологию. Достоверные различия между уровнями экспрессии могут носить вторичный характер и являться следствием ингибирования или активации определенных сигнальных путей. Глобальный анализ экспрессии генов используется для обнаружения полиморфных маркеров, которые влияют на сплайсинг первичных транскриптов.

Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) — революция в генетике заболеваний человека, в том числе шизофрении. Согласно оценке W. Cookson и соавт. [23], до 10—15% полиморфных маркеров, для которых показана ассоциация в различных GWAS, кластеризованы в известных геномных регуляторных районах, называемых экспрессией локусов количественных признаков (eQTL), что свидетельствует об их вероятной вовлеченности в регуляцию экспрессии генов.

Первый полногеномный поиск [24] ассоциаций с шизофренией был проведен с использованием биологического материала 178 пациентов и 144 здоровых. Он показал связь шизофрении с геном CSF2RA (рецептор колонийстимулирующего фактора 2а типа). Однако во втором аналогичном исследовании [25] связи шизофрении с мутациями в каком-либо локусе ДНК обнаружено не было. Дальнейшие исследования в этой области дали столь же противоречивые результаты. Так, при полногеномном поиске [26] ассоциаций у 6829 пациентов с шизофренией и 9897 здоровых были обнаружены 12 связанных с заболеванием локусов, 3 из которых были статистически значимыми. Это было подтверждено в некоторых дальнейших исследованиях, однако ассоциация полиморфизма rs1344706 гена ZNF804A (кодирует фактор транскрипции, регулирующий экспрессию генов) была обнаружена у пациентов с биполярным аффективным расстройством и даже у здоровых. Это сразу поставило под сомнение традиционные диагностические критерии этих заболеваний и одновременно снизило специфичность ZNF804A как биологического маркера шизофрении [26].

В дальнейшем выяснилось, что решающую роль в исследованиях по поиску ассоциаций генов с заболеваниями играет размер выборки. Поэтому был разработан Проект полногеномного поиска ассоциаций с шизофренией, в котором генетическим анализом были охвачены 51 695 человек. Уже в 2011 г. были опубликованы [27] результаты соответствующего анализа, показавшие, что большинство ранее найденных ассоциаций с шизофренией не играет существенной роли в развитии болезни, хотя из семи ассоциированных локусов пять были новыми. Самая сильная ассоциация была обнаружена между полиморфизмом rs1625579 в интроне первичного транскрипционного фактора MIR137 (микроРНК 137), регулятора роста нейронов.

По мере увеличения числа проводимых исследований список ассоциированных с шизофренией локусов стал увеличиваться, но было также найдено много общих генов между шизофренией и биполярным аффективным расстройством, включая ANK3, CACNA1C, MHC, TCF4, NRGN, DGKH, PBRM1, NCAN и ZNF804A, причем данные генетические варианты оказались ассоциироваными с различными общими фенотипическими (морфологические и функциональные) характеристиками заболеваний, полученными в результате нейровизуализации. К таковым относятся гены, модулирующие целостность (ANK3 и ZNF804A), объем (CACNA1C и ZNF804A) и плотность (ZNF804A) белого вещества, функциональное взаимодействие (CACNA1C и ZNF804A) и активацию различных отделов мозга при принятии ответственных решений (ANK3, CACNA1C, DGKH, NRGN и ZNF804A) и пр. [28]. Плейотропией генов, ассоциированных с шизофренией, а также их влиянием на патогенетические механизмы, может быть объяснено, например, то, что ген ZNF804A вовлечен в регуляцию множества общих нейровизуальных фенотипических признаков шизофрении и биполярного аффективного расстройства [29]. В результате молекулярных исследований было обнаружено, что в отделах головного мозга, функция которых нарушена при обоих заболеваниях, происходит предпочтительная экспрессия предрасполагающих аллелей ZNF804A [30], которые обладают более низким сродством к еще неидентифицированным ядерным белкам в нервных клетках [31]. Ген CACNA1C кодирует потенциал-зависимый мембранный переносчик ионов кальция Сa²⁺. Было отмечено, что его дисфункция приводит к нарушению внутримозговых контактов, вовлеченных в контроль эмоциональных реакций у больных как шизофренией, так и биполярным аффективным расстройством [32].

Гены кальциевых переносчиков CACNA1C и CACNB2 вовлечены в развитие сразу нескольких психических заболеваний, что свидетельствует о важной роли кальцийзависимых сигнальных механизмов в высшей нервной деятельности [33]. При этом генетическая и функциональная связь между данными локусами и конкретным заболеванием модулируется функционально важными гаплотипами, которые образованы различными аллельными комбинациями SNP, ассоциированными с заболеванием [34]. Результаты последнего самого крупного исследования по поиску рассматриваемых ассоциаций были опубликованы в 2014 г. [35, 36]. К настоящему времени с помощью методики GWAS установлены независимые ассоциации между наличием шизофрении и однонуклеотидными полиморфизмами в 128 изолированных генах, которые удалось ограничить 108 локусами, называемыми «локусами риска шизофрении», причем о 83 из них ранее не сообщалось [36].

Наиболее важные из вновь выявленных генов, связанных с повышением риска развития шизофрении, представлены в таблице, в которой суммированы данные 36 989 больных шизофренией и 113 075 здоровых.

Генетические ассоциации, выявленные GWAS, имеют две важные особенности: это почти всегда однонуклеотидные замены в пределах одного гена, и они почти всегда затрагивают некодирующие участки (т.е. не влияют напрямую на первичную последовательность белка), а это значит, что скорее всего влияние происходит на уровне трансляции. Например, ассоциация между однонуклеотидным полиморфизмом в гене CACNA1C и шизофренией означает, что эта вариация влияет на экспрессию белка CACNA1C, а не его аминокислотную последовательность, поскольку сам полиморфизм расположен в интронной области гена. Эффекты однонуклеотидных замен в гене могут проявляться на уровне экспрессии путем регулирования энхансеров, промоторных участков или сайленсинга, а также нарушать сплайсинг. Все это может приводить к тонким изменениям количества, функционального состояния, времени синтеза или пространственной структуры белка. Для ряда генов-кандидатов, таких как DRD2 (дофаминовый рецептор 2-го типа) и нескольких генов, вовлеченных в глутаматергическую нейротрансмиссию — GRM3 (метаботропный глутаматный рецептор 3-го типа), GRIN2A (GluN2A субъединица NMDA-рецептора), СRR (серин-рацемаза) и GRIA1 (GluA1 субъединица АМРА-рецепторов), был подтвержден их вклад в этиологию шизофрении и биологическую основу болезни [33, 35]. Было обращено внимание, в частности, на увеличение у пациентов с шизофренией связывающей способности NMDA-рецепторов [37]. SRR кодирует фермент, преобразующий L-серин в D-серин. D-серин служит сигнальной молекулой в мозге для NMDA-рецепторов, связываясь с их глициновым сайтом [38]. В цереброспинальной жидкости при шизофрении обнаружены [39] сниженные уровни как D-серина, так и общей фракции этой аминокислоты. К тому же некоторые симптомы шизофрении успешно нивелируются при добавлении серина к лечению [40]. Снижение уровня D-серина вносит значительный вклад к гипофункции NMDA-рецепторов при шизофрении. Результаты многочисленных исследований генетических ассоциаций с шизофренией показали, что многие геномные вариации локализуются в генах, связанных с закладкой и развитием нервной системы, нейротрансмиссией и в том числе активностью нейромедиаторов, чувствительностью рецепторов, работой транспортеров, синаптической пластичностью, клеточным дыханием, работой ионных лиганд- и потенциалзависимых каналов [18, 36, 41].

К сожалению, среди генов-кандидатов почти нет несомненных генов, определяющих предрасположенность к шизофрении, и не получено доказательств устойчивой связи геномных вариаций с отдельными формами шизофрении [10]. Имеются лишь отдельные данные об ассоциации некоторых генетических полиморфизмов с частными проявлениями болезни, например ассоциации SLC6A4 (ген переносчика серотонина) с нарушением распознавания мимических эмоций при шизофрении [42], гена CNP (ген 2’3’-циклонуклеотида 3’-фосфодиэстеразы) с психопатологической симптоматикой, включающей кататонию, депрессию, тревогу, аутизм (депрессивно-кататонический синдром) [43] и BDNF (ген мозгового нейротрофического фактора) с симптомами вкладывания и отнятия мыслей, бредом воздействия и вербальными галлюцинациями [44—46].

Сказанное выше делает необходимым проведение дальнейших исследований, призванных уточнить особенности вклада тех или иных генетических мишеней в патофизиологию болезни. В каждом отдельном случае нахождение и идентификация вариации отдельных генов, точное определение их местоположения в локусах и оценка влияния на функционирование белков, кодируемых этими генами, являются необходимыми шагами для поиска наиболее подходящей терапевтической стратегии — активировать или ингибировать продукт, кодируемый данным конкретным геном.

На сегодняшний день «золотым стандартом» исследования в области геномики психических заболеваний является работа A. Sekar и соавт. [46], которые использовали методики секвенирования генома, анализа экспрессии генов и опыты по выключению найденных генов-кандидатов в экспериментах с использованием лабораторных животных, чтобы доказать, что локус, содержащий гены компонентов главного комплекса гистосовместимости, ассоциирован с шизофренией. Мутации генов, кодирующих компоненты системы комплемента, C4A и C4B приводят к снижению количества синапсов в ЦНС и ветвистости аксонов, что наблюдается при шизофрении. Оценивая количество копий (CNV) каждого гена и наличие или отсутствие у человека модулирующей транскрипцию последовательности, A. Sekar и соавт. [46] установили связь между мутациями и количественным уровнем экспрессии генов C4A и C4B и клинической картиной шизофрении. Кроме того, используя технологии выключения генов, были созданы нокаутные мыши по указанным выше генам. У этих животных обнаружили [47] статистически значимое снижение нейронных связей между структурами головного мозга, что позволило окончательно доказать ассоциацию между отдельной генетической мутацией с патофизиологией шизофрении.

Таким образом, после геномассоциированных исследований на сегодняшний день наиболее подтвержденным результатом является наличие связи между мутациями в локусе MHC и шизофренией. Другие найденные ассоциации, а именно гены, участвующие в функционировании глутаматергической системы, или пре- и постнатальном нейрогенезе, к сожалению, пока на статистически значимом уровне в отношении связи с развитием шизофрении не подтверждены.

В настоящее время идет подготовка большого проекта, направленного на разработку панели, определяющей все возможные мутации и их вклад в структуру болезни. Важно, что в этом проекте признается, что следует, помимо исследований геномных ассоциаций, анализировать экспрессию генов в контексте найденных мутаций с помощью технологии экспрессии локусов количественных признаков (eQTL), а также эпигенетическую регуляцию количественной экспрессии [46].

Интеграция данных проведенных исследований должна быть решающей как для понимания этиологии заболевания, так и выявления новых терапевтических мишеней. Так, P. Falkai [48] предлагает учитывать не только наличие или отсутствие диагноза шизофрении или другого психического расстройства, но и принимать во внимание этап развития болезни, вариант ее динамики (тип течения), случаи продромальных этапов, первых или повторных эпизодов, длительности течения.

Раскрытие биологии гена и механизма образования риска шизофрении позволит определить потенциал генетической вариации. Вместе с тем уже сейчас достижения генетики не только указывают на ключевые генные сети и вероятные биохимические пути развития болезни, но и формируют приоритет психопатологических дименсий или регистров, не проводя жестких границ между различными психозами [10].

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.