Genetické příčiny syndromu náhlého úmrtí kojence. Co přineslo sekvenování nové generace

Overview

Syndrom náhlého úmrtí kojence je definován jako náhlá a neočekávaná smrt kojence, kterou neobjasní detailní anamnéza, ohledání místa úmrtí ani pitva. Přestože mají tato úmrtí společný patogenetický mechanismus, ani recentní genetické analýzy založené na sekvenování nové generace jednotnou genetickou příčinu neodhalily. Přibližně u 10 % těchto kojenců lze vystopovat dominantní vliv patogenní varianty v jednom z řady kandidátních genů. Jedná se především o geny kódující iontové kanály v srdci, jejichž poruchy způsobují vrozené arytmické syndromy, například syndrom dlouhého QT intervalu nebo katecholaminergní polymorfní komorovou tachykardii. Jejich dědičnost je zpravidla autosomálně dominantní a existuje tedy zvýšené riziko onemocnění a náhlého úmrtí u prvostupňových příbuzných. Proto je v současné době doporučeno kardiologické vyšetření prvostupňových příbuzných zemřelého a genetické vyšetření post mortem zaměřené právě na vrozené arytmické syndromy. Mezi další kandidátní geny patří například geny pro sodíkové iontové kanály v respiračních kosterních svalech a v mozku, pro mineralokortikoidní receptor a geny kódující enzymy, které se podílejí na adrenální steroidogenezi. Interpretace molekulárně genetického vyšetření post mortem musí být velmi opatrná. Pouze skutečně patogenní nálezy, a to vždy v korelaci s klinickým nálezem u příbuzných, lze využít pro genetické poradenství v rodině.

Klíčová slova:

syndrom náhlého úmrtí kojence – sekvenování nové generace – vrozené arytmické syndromy – nekardiální genetická predispozice

ÚVOD

Syndrom náhlého úmrtí kojence (sudden infant death syndrome, SIDS) je definován jako náhlá a neočekávaná smrt kojence, jejíž příčinu neobjasní detailní anamnéza, ohledání místa úmrtí ani kompletní pitva [1]. Typicky se jedná o úmrtí dosud zdánlivě zdravého dítěte, zpravidla v průběhu spánku. Vyšetření post mortem by mělo být velmi důkladné, aby nebylo přehlédnuto například týrání nebo dědičné onemocnění, které by mohlo znamenat ohrožení pro další sourozence nebo jiné blízké příbuzné. V případech náhlého úmrtí kojence se proto kromě jiných vyšetření doporučuje i celotělový rentgen k vyloučení známek fyzického týrání a metabolické vyšetření k vyloučení vrozených poruch metabolismu [2]. Ve všech případech SIDS by se také měl odebrat vzorek krve nebo tkáně na DNA analýzu [3]. V současné době lze pro tuto DNA analýzu využít moderní technologie jako sekvenování nové generace (next generation sequencing, NGS), které umožňují vyšetření mnoha genů najednou nebo dokonce vyšetření celého exomu či genomu. Na začátku detekce genetické příčiny onemocnění s nejasnou etiologií stojí vyhledání genových variant, které jsou ve zdravé populaci velmi vzácné (ideálně s výskytem <0,00005 v populační databázi https://gnomad.broadinstitute.org/) a jsou významně zastoupeny v kohortě nemocných, a tudíž by mohly být potenciálně patogenní. Následně se zkoumá jejich patogenita podle doporučených kritérií, která zahrnují využití počítačových programů, schopných předpovědět vliv dané genové varianty na funkci nebo strukturu výsledného proteinu. Zkoumá se rovněž, zda varianta postihuje tzv. konzervovanou část genu. Konzervované části genů jsou společné u řady organismů, a proto se předpokládá výraznější dopad jejich poškození. Někdy je možné provést funkční studie, které porovnávají například strukturu, aktivitu enzymu nebo iontového kanálu u mutovaného proteinu s proteinem nemutovaným. V případě postižení více členů rodiny lze provést také segregaci varianty s fenotypem [4]. Jednou z nevyřešených otázek je, jaké geny (a u kterých případů SIDS) post mortem vyšetřovat.

Předpokládá se, že naprostá většina případů SIDS je důsledkem souběhu vnějších rizikových faktorů a genetické predispozice. Řadu vnějších nepříznivých faktorů se podařilo identifikovat a jejich eliminací významně snížit výskyt SIDS. Například ukládání kojenců ke spánku v poloze na zádech snížilo výskyt SIDS o více než polovinu. Přesto zůstává SIDS nejčastější příčinou postneonatální úmrtnosti v rozvinutých zemích a v ČR na něj umírá okolo 20 kojenců ročně, přičemž tento počet dlouhodobě neklesá [5]. Do popředí se tak dostává genetická predispozice. Přestože se i dnes potvrzuje, že jen minimum případů SIDS je monogenně podmíněných – způsobených patogenní variantou v jediném genu s mendelovským typem dědičnosti, je třeba na tuto možnost myslet a ve vybraných případech indikovat molekulárně genetické vyšetření post mortem, tzv. molekulární pitvu, a doporučit klinické vyšetření prvostupňovým příbuzným.

Následující přehled shrnuje aktuální poznatky o genetické predispozici SIDS a zaměřuje se na její praktické důsledky.

SIDS A KARDIÁLNÍ GENETICKÁ PREDISPOZICE

Fatální geneticky podmíněná arytmie se nabízí jako velmi věrohodné vysvětlení náhlého úmrtí s negativním pitevním nálezem, a tedy i SIDS. Mohou ji způsobit především vrozené arytmické syndromy, méně často kardiomyopatie v počáteční fázi onemocnění, kdy ještě nejsou zjevné morfologické změny v myokardu, ale je již přítomna elektrická nestabilita. Vrozené arytmické syndromy jsou nejčastěji způsobeny patogenními variantami v genech pro srdeční iontové kanály. Proud iontů proudících skrze tyto kanály určuje charakter a délku akčního potenciálu kardiomyocytů. Alterace akčního potenciálu při poruše srdečních iontových kanálů zvyšuje riziko vzniku život ohrožujících arytmií. Dědičné arytmické syndromy mají charakteristické změny na EKG, jsou většinou autosomálně dominantně dědičné a projevují se synkopami, křečemi nebo náhlým úmrtím. Patří mezi ně syndrom dlouhého QT intervalu (LQTS), syndrom Brugadových (BrS), katecholaminergní polymorfní komorová tachykardie (CPVT) a syndrom krátkého QT intervalu (SQTS). Důkaz o příčinné souvislosti geneticky podmíněného LQTS a SIDS přinesl případ 44denního kojence, který byl nalezen cyanotický v bezdeší a na EKG měl fibrilaci komor. Po úspěšné defibrilaci měl významně prodloužený QTc interval (648 ms) a molekulárně genetická analýza odhalila patogenní de novo variantu v genu SCN5A pro sodíkový kanál, který je asociován s LQTS typu 3 [6]. Právě u LQTS typu 3 dochází k fibrilaci komor nejčastěji ve spánku, a proto se gen SCN5A stal hlavním kandidátem pro SIDS.

První kohortní studie hledající patogenní varianty v genu SCN5A u obětí SIDS měla výtěžnost okolo 2 % (2 z 93 obětí SIDS měly patogenní variantu v tomto genu) [7]. Výtěžnost studií, které využívají metodu NGS a vyhledávají patogenní varianty zároveň i v dalších genech pro srdeční iontové kanály, stoupla až na 17 % [8, 9]. Nicméně až 75 % variant v těchto studiích hodnocených jako patogenní by při použití současných doporučení k hodnocení patogenity [4] bylo nově vyhodnoceno jako varianty nejasného významu nebo dokonce benigní [10].

Recentní rozsáhlá analýza 90 genů asociovaných s dědičnými kardiovaskulárními onemocněními u 400 obětí SIDS, založená na striktním hodnocení patogenity, prokázala patogenní vzácné varianty u 18 (4,3 %) kojenců [11]. Tito kojenci tedy pravděpodobně zemřeli v důsledku monogenně podmíněného onemocnění srdce (převážně na některý z vrozených arytmických syndromů) a výsledek jejich molekulární pitvy by mohl posloužit při genetickém poradenství v rodině zemřelého dítěte.

Kardiální genetická predispozice však může hrát roli u většího procenta případů SIDS, protože i méně patogenní varianty v genech pro srdeční iontové kanály mohou přispět k náhlému úmrtí za určitých okolností, např. při přechodné dysfunkci příslušného iontového kanálu, za přítomnosti spouštěče arytmie (např. horečky) a/nebo jiných nekardiálních (metabolických) vlivů. Relativní význam jednotlivých faktorů může být velmi individuální [12].

SIDS A NEKARDIÁLNÍ GENETICKÁ PREDISPOZICE

Téměř 300 případů SIDS z výše uvedené kohorty a téměř 1000 kontrol bylo podrobeno analýze celého exomu. Jednotná monogenní příčina SIDS odhalena nebyla. V porovnání s kontrolní skupinou bylo u obětí SIDS nalezeno významně více (p <0,05) vzácných variant ve 405 genech. Rozdíl v prevalenci vzácných variant mezi SIDS a kontrolami byl ještě vyšší (p <0,005) v 17 z těchto genů, v případě 10 genů měly pravděpodobně tyto varianty funkční dopad. Některé z těchto genů by mohly být novými kandidáty pro genetickou příčinu SIDS [13].

Například gen NR3C2 kóduje mineralokortikoidní receptor. Patogenní varianty v tomto genu způsobují rezistenci k aldosteronu, tedy autosomálně dominantní pseudohypoaldosteronismus, který se typicky projevuje hyponatrémií, metabolickou acidózou a hyperkalémií. Onemocnění se může projevit hypovolemickým šokem a/nebo srdeční zástavou při hyperkalémii v novorozeneckém věku [14]. Dalším nově zjištěným kandidátním genem je CHRM3 kódující muskarinové acetylcholinergní receptory, které zprostředkovávají vliv parasympatiku na řadu fyziologických funkcí v mozku, srdci a respiračním systému. V srdci například aktivují draslíkový kanál, čímž ovlivňují srdeční frekvenci a repolarizaci. Dalším kandidátem je gen LHX9, který kóduje transkripční faktor důležitý pro správný vývoj srdce a nervového systému. Tento nález by mohl být genetickým vysvětlením pro vývojové abnormality určitých částí hipokampu, které podle Kinney et al. mohou predisponovat k respirační a autonomní nestabilitě s náhlým úmrtím kojence ve spánku [15]. Významně více (3,5 % vs. 0,4 %) obětí SIDS také mělo vzácné varianty v genech CYP17A1 a CYP11B2 ve srovnání s kontrolní skupinou. Tyto geny kódují enzymy, které se podílí na syntéze kortisolu a aldosteronu, což by mohlo znamenat, že také porucha adrenální steroidogeneze by mohla být patogenetickým mechanismem části případů SIDS [13]. Pravděpodobným mechanismem náhlého úmrtí v těchto případech by mohla být hyperkalémie s následnou zástavou srdce, případně hypoglykémie. Glukokortikoidy a mineralokortikoidy navíc stimulují aktivitu kinásy (glukokortikoidy inducibilní kinásy), která zvyšuje expresi draslíkových kanálů kódovaných genem KCNH2 v kardiomyocytech [16]. Nedostatek kortikoidů tedy může pravděpodobně vyvolat život ohrožující komorovou arytmii i alterací draslíkového proudu s prodloužením repolarizace. Polymorfní komorová tachykardie při významném prodloužení QT intervalu byla skutečně u adrenální krize bez iontového rozvratu popsána [17].

Stejná kohorta byla také podrobena analýze zaměřené na přítomnost vzácných variant v 61 nekardiálních genech dříve asociovaných se SIDS. Dominovaly geny ovlivňující imunitní odpověď na infekci (např. MBL2, IL 1A, 6, 8, 10), biosyntézu serotoninu (TPH2) a geny podmiňující některé vrozené poruchy metabolismu, především poruchy beta-oxidace mastných kyselin (např. HADHA, HADHB, ACADM, CPT2). Překvapivě byla ve skupině SIDS nalezena pouze jediná patogenní varianta ve výše uvedených genech, a to v genu pro primární deficit karnitinu (SLC22A5). Toto autosomálně recesivní onemocnění se ovšem manifestuje pouze při přítomnosti patogenních variant na obou alelách. V tomto případě však žádná další patogenní varianta v genu SLC22A5 nalezena nebyla a je tedy nepravděpodobné, že by tento kojenec zemřel na deficit karnitinu. Jen u dvou genů bylo signifikantně více (p <0,05) vzácných variant u SIDS než u kontrol, nicméně tyto varianty nesplňovaly kritéria patogenity. Jeden z těchto genů (SLC6A4), kódující serotoninový transportér, zasluhuje podrobnější prozkoumání funkčního dopadu a možná bude v budoucnu potvrzena jeho role v patogenezi SIDS [18].

Novým kandidátním genem, který dosud se SIDS asociován nebyl, je SCN4A kódující sodíkové kanály NaV1.4. Tyto kanály ovlivňují kontrakci kosterních svalů. „Gain-of-function“ varianty (varianty se zvýšenou aktivitou) tohoto genu mohou způsobit krátké rekurentní život ohrožující epizody myotonie dechových svalů, která se projeví apnoí, cyanózou a hypoxií. „Loss-of-function“ varianty (varianty se ztrátou funkce) způsobují kongenitální myastenii a kongenitální myopatie manifestující se atakami apnoe. Projevy těchto nemocí, které se mohou objevit až v řádu měsíců po narození, by mohly zapadat do obrazu SIDS. Männikö et al. odhalili vzácné varianty v genu SCN4A a potvrdili jejich negativní dopad na funkci sodíkového kanálu u 4 (1,4 %) z již výše zmíněných téměř 300 případů SIDS a u nikoho z necelých 1000 kontrol. Pacienti s těžkou myotonií a myastenií s narušenou funkcí NaV1.4 kanálů jsou úspěšně léčeni blokátory sodíkového kanálu a acetazolamidem. Nabízí se tedy zatím teoretická možnost touto léčbou snížit riziko úmrtí například u sourozenců obětí SIDS, kteří by také nesli patogenní varianty genu SCN4A [19].

Zastoupení potenciálně monogenních onemocnění v kohortě téměř 300 případů SIDS představuje graf 1 [upraveno dle 11, 13, 19].

Za zmínku ještě stojí možný podíl genů podmiňujících epilepsii na vzniku SIDS. Tuto hypotézu vyvolala existence náhlého úmrtí u epileptiků (sudden unexpected death in epilepsy, SUDEP) a nález podobných abnormalit v hipokampu u obětí SIDS a u lidí s temporální epilepsií. Brownstein et al. odhalili u 2 z 10 zemřelých kojenců na SIDS vzácné pravděpodobně patogenní varianty v genu SCN1A a prokázali částečnou ztrátu funkce jeho produktu – sodíkového kanálu, který je exprimován v mozku během fetálního a časného postnatálního období. Tyto sodíkové kanály hrají roli v přenosu signálu z jednoho neuronu na druhý prostřednictvím uvolnění neurotransmiterů [20]. Varianty v genu SCN1A způsobují různé druhy epilepsie a některé jsou spojovány se SUDEP [21]. Na základě této studie u menšího počtu SIDS se nabízí možná role právě SCN1A variant v etiologii SIDS.

GENETICKÁ PREDISPOZICE SIDS A JEJÍ PRAKTICKÉ DŮSLEDKY

Molekulární pitva

Ačkoliv se zdá, že jen u přibližně 10 % kojenců se SIDS dominuje v etiologii genetická příčina – tedy výrazně penetrantní a patogenní varianta v jednom z výše zmíněných genů, je ve všech případech SIDS indikován odběr a uchování tkáně nebo krve pro DNA analýzu. Smyslem je především vytvoření DNA banky případů SIDS pro možnost doplnění cílené genetické analýzy v budoucnu na základě ev. manifestace určitého onemocnění v rodině zemřelého dítěte nebo na základě nových poznatků.

V současné době je doporučena analýza alespoň 4 hlavních genů podmiňujících LQTS a CPVT (KCNQ1, KCNH2, SCN5A a RYR2) v případě podezření na tato onemocnění vyplývajícího z osobní (např. křeče) nebo rodinné anamnézy, nebo při zjištění daného onemocnění u rodinných příslušníků při klinickém vyšetření [3]. Vzhledem k tomu, že záchyt patogenních variant v těchto genech byl nejvyšší u kojenců, kteří zemřeli mezi 4. a 12. měsícem věku, molekulární pitva by se mohla týkat především této věkové kategorie [11]. Některá centra doporučují molekulární pitvu zaměřenou na vrozené arytmické syndromy u všech obětí SIDS [22]. Vyšetření ostatních nekardiálních kandidátních genů v rámci molekulární pitvy je zatím spíše předmětem výzkumu a není zakotveno v mezinárodních doporučeních.

Vyšetření příbuzných

Evropská kardiologická společnost (ESC) také doporučuje kardiologické vyšetření prvostupňových příbuzných všech kojenců zemřelých na SIDS [23]. Toto vyšetření zahrnuje podrobnou anamnézu včetně třígeneračního rodokmenu se zaměřením na náhlá úmrtí nebo srdeční onemocnění, klinické vyšetření, klidové 12svodové EKG a echokardiografické vyšetření. Malé děti z rodin, kde nebylo kardiologické onemocnění odhaleno, nemusí podstoupit další vyšetření, ale měly by být sledovány v pravidelných intervalech, protože se dané arytmogenní onemocnění může projevit později. U dospělých příbuzných se navíc doporučuje zátěžové EKG, mj. k vyloučení zátěží indukované polymorfní komorové ektopické aktivity (s narůstající komplexitou a četností ektopie až ve formě tzv. bidirekční či polymorfní komorové tachykardie) typické pro CPVT, u které bývá klidové EKG většinou zcela fyziologické. V indikovaných případech je dále možné doplnit vyšetření tzv. pozdních komorových potenciálů (signálově průměrované EKG), které může odhalit pozdní elektrickou aktivaci myokardu typickou pro arytmogenní kardiomyopatii [23].

Postup vyšetření případů SIDS a jejich rodin shrnuje schéma 1 [upraveno dle 11, 22]. V současné době je podobný postup uplatňován v rámci naší grantem podporované pilotní studie zaměřené nejen na případy SIDS, ale i další případy náhlého úmrtí u mladých lidí do 35 let věku.

Novorozenecký EKG screening

Jako další praktický důsledek kardiální genetické predispozice SIDS se nabízí otázka zavedení novorozeneckého EKG screeningu. Smyslem by samozřejmě nebylo jen snížení mortality u kojenců s diagnózou SIDS a nepoznaným dědičným arytmickým syndromem, ale snížení mortality i v pozdějším věku. Z dědičných arytmických syndromů by splňoval předpoklady pro screening LQTS – je relativně častý, s prevalencí 1:2000 [24], lze ho většinou diagnostikovat pomocí EKG a existuje efektivní léčba betablokátory, které snížily mortalitu na LQTS z 50 % na 1 % [25]. Někteří přední odborníci na LQTS se domnívají, že novorozenecký EKG screening kombinovaný s molekulárně genetickým testem by smysl měl, ale neexistují randomizované studie hodnotící jeho efektivitu [26]. Zatím jsou dostupné pouze pilotní studie v Japonsku a v Itálii, které prokázaly jeho praktickou proveditelnost, účinnost v detekci novorozenců s LQTS a přijatelné náklady [27, 28]. Zásadním problémem ale je, že samotný jednorázový EKG záznam mnohdy k diagnóze LQTS nestačí, řada kojenců má hraniční nález s nutností opakovaného vyšetření, vyhodnocení rodinné anamnézy, vyšetření příbuzných atd. V současné době není ani dostatek EKG přístrojů v ordinacích praktických lékařů pro děti a dorost (PLDD) a chybí vyškolený personál.

V tuto chvíli se zdá nejrozumnější indikovat EKG, respektive kompletní kardiologické vyšetření, u kojence s pozitivní rodinnou anamnézou. Úkolem PLDD je pečlivě pátrat v rodinách po náhlých nevysvětlených úmrtích v mladém věku, včetně utonutí u dobrých plavců, nebo úmrtí při dopravních nehodách z nepochopitelných důvodů, za kterými mohla stát fatální arytmie. Někteří autoři dokonce doporučují, aby PLDD informovali rodiče novorozenců o existenci a povaze LQTS, přičemž rodiče by sami měli možnost rozhodnout o případném natočení EKG svého dítěte [26]. Žádná obecná shoda pro takový postup ale není.

ZÁVĚR

Přestože je u SIDS popisován společný patogenetický mechanismus úmrtí, kterým je selhání probouzecích a autoresuscitačních mechanismů při hyperkapnii [29], s napětím očekávané analýzy stovek případů SIDS pomocí NGS neodhalily jednotnou monogenní příčinu těchto úmrtí [13, 18]. Nicméně, přibližně u 10 % kojenců zemřelých na SIDS genetika hraje dominantní roli, především pokud jde o patogenní varianty v genech pro iontové kanály v srdci (vrozené arytmické syndromy), v kosterních svalech a v mozku. Geneticky podmíněné poruchy adrenální steroidogeneze nebo mineralokortikoidního receptoru se pravděpodobně také podílejí na některých případech SIDS.

Z poznatků o genetické predispozici SIDS pro praxi vyplývá doporučení odebrání a uchování tkáně zemřelého pro možnost budoucí DNA analýzy. Dále je doporučeno doplnění kardiologického vyšetření prvostupňových příbuzných [23] a v současné době i molekulární pitva zaměřená na hlavní geny podmiňující LQTS a CPVT [3]. Záchyt patogenní varianty u zemřelého může pomoci detekovat další příbuzné v riziku náhlého úmrtí. Je ovšem nezbytné dodržovat doporučená kritéria hodnocení patogenity genetických variant a s vysokou mírou reflexe všech dostupných informací přistupovat k jedincům, u kterých nelze asociovat zjištěnou variantu s přítomností fenotypu onemocnění. Chybné připisování klinického významu variantám, jejichž klinický dopad není jasný, může poškodit rodinu zemřelého, stejně jako podcenění významu fenotypu při absenci nálezu příčinné varianty. Ackerman popsal případ, kdy byl zbytečně implantován defibrilátor mladému muži pro mylně interpretovanou variantu v genu pro LQTS. Stejná nepatřičná léčba hrozila dalším 20 členům rodiny [30]. Při hodnocení významu genetické příčiny SIDS je tedy důležité zachovat si zdravý rozum a rovněž jistou dávku skepse.

Poděkování

Podpořeno z programového projektu Ministerstva zdravotnictví ČR reg. č. NV18-02-00237.

MUDr. Kristina Rücklová, Ph.D.

Klinika dětí a dorostu 3. LF UK

FN Královské Vinohrady

Šrobárova 1150/50

100 34 Praha 10

e-mail: kristr@centrum.cz