Streszczenie

Enzym konwertujący angiotensynę (angiotensin converting enzyme – ACE) odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu dwóch ważnych systemów w organizmie ludzkim – przez katalizowanie syntezy angiotensyny II w układzie renina-angiotensyna-aldosteron oraz przez degradację bradykininy w układzie kaskady kalikreina-kinina. Szeroki zakres działania tych układów pozwala przypuszczać, iż ACE może brać udział w rozwoju wielu chorób sercowo-naczyniowych. Wykazano, że aktywność ACE w dużym stopniu jest uwarunkowana genetycznie. W genie kodującym ACE zidentyfikowano ponad dziewięćset różnych polimorfizmów, przeważnie polimorfizmów pojedynczych nukleotydów, jednak najczęściej badanym pozostaje polimorfizm typu insercja/delecja w intronie 16, który w prawie 50% determinuje aktywność ACE. Stwierdzono, iż największą aktywnością ACE w surowicy charakteryzują się homozygoty DD, co może sugerować zwiększone ryzyko rozwoju niektórych chorób kardiologicznych u pacjentów z tym genotypem. Dlatego też, polimorfizm I/D został poddany analizie w tysiącach badań, głównie w kontekście ryzyka chorób układu sercowo-naczyniowego. Poszukiwano związku między polimorfizmem I/D a ryzykiem wystąpienia danej choroby, jego oddziaływaniem z innymi czynnikami ryzyka, czy wpływem na skuteczność leczenia, wśród pacjentów z takimi schorzeniami jak choroba wieńcowa, nadciśnienie tętnicze, migotanie przedsionków, czy niewydolność serca. Niestety wielokrotnie wyniki tych badań okazywały się niejednoznaczne lub nawet sprzeczne. W pracy omówiono podsumowanie najważniejszych badań oraz dotychczasowej wiedzy na temat roli polimorfizmu I/D w ocenie ryzyka oraz skuteczności leczenia pacjentów z najczęstszymi chorobami kardiologicznymi.

Wstęp

Enzym konwertujący angiotensynę (angiotensin converting enzyme – ACE), to należący do grupy egzopeptydaz enzym katalizujący przemianę nieaktywnego dekapeptydu angiotensyny I w aktywny oktapeptyd angiotensynę II, która ma silne właściwości wazokonstrykcyjne oraz pobudza wydzielanie aldosteronu z kory nadnerczy. ACE jest więc jednym z głównych enzymów układu renina-angiotensyna-aldosteron (renin–angiotensin–aldosterone system – RAAS), odpowiadającego za regulację ciśnienia i objętości krwi w organizmie [7]. ACE odgrywa także szczególną rolę w układzie kaskady kalikreina-kinina. Przez rozkład bradykininy, będącej silnym środkiem rozszerzającym naczynia krwionośne, do nieaktywnego metabolitu bradykininy, ACE także tą drogą wpływa na podniesienie ciśnienia tętniczego [31]. Ulega ekspresji w komórkach wielu tkanek i narządów m.in. naczyń, nerek, serca, jąder, jednak w największym stopniu – płuc. Enzym ten odgrywa znaczącą rolę w wielu procesach fizjologicznych i patofizjologicznych, tj. w modulacji naczyniowej homeostazy, dysfunkcji śródbłonka, reakcji zapalnej, angiogenezie, nadkrzepliwości [12, 28, 34].

Osoczowe stężenie ACE jest u ludzi w znacznym stopniu determinowane genetycznie [30]. Gen ACE jest umiejscowiony na chromosomie 17q23 i składa się z 26 eksonów i 25 intronów. Obecnie baza National Center for Biotechnology Information zawiera informacje o ponad dziewięciuset różnych polimorfizmach genu ACE, w znacznej większości będących polimorfizmami pojedynczych nukleotydów. Najczęściej badanym polimorfizmem ACE, jest jednak polimorfizm typu insercja/delecja w intronie 16. Dwa allele genu ACE różnią się obecnością (insercja – I) bądź brakiem (delecja – D) 287-nukleotydowej sekwencji w intronie 16. Aktywność ACE w surowicy utrzymuje się w przybliżeniu na stałym poziomie u danej jednostki, różniąc się jednak znacznie w obrębie populacji, co jak wykazano w badaniu Rigat i wsp. w niemal 50% jest związane z polimorfizmem typu I/D [30]. Polimorfizm I/D jest więc polimorfizmem funkcjonalnym. Największą aktywność ACE wykazują homozygoty DD. W związku z wpływem na aktywność ACE polimorfizm I/D był badany w schorzeniach, w których układ RAAS odgrywa istotną rolę, takich jak choroba wieńcowa (coronary artery disease – CAD), nadciśnienie tętnicze, migotanie przedsionków (atrial fibrillation – AF) lub niewydolność serca (heart failure – HF). Jednak wyniki badań były niejednoznaczne, często sprzeczne. Celem pracy jest podsumowanie wiedzy na temat roli polimorfizmu I/D w ocenie ryzyka oraz skuteczności leczenia najczęstszych chorób kardiologicznych.

Choroba wieńcowa

Pozytywny wywiad rodzinny występuje u prawie połowy chorych z CAD i u ponad 70% chorych, u których wystąpiła przedwcześnie [38]. Polimorfizmy genów wpływające na rozwój CAD nie zostały jednak jeszcze dokładnie poznane. Przyjmuje się, że najczęściej badane polimorfizmy wpływające na rozwój CAD wyjaśniają zaledwie 10% zjawiska dziedziczności tej choroby [27]. RAAS jest jednym z głównych układów regulujących funkcje tętnic, w tym naczyń wieńcowych, obejmujące ich przebudowę i utrzymanie odpowiedniego oporu naczyniowego [11]. RAAS, przez angiotensynę II, odgrywa także istotną rolę w regulacji wydzielania czynników wzrostu [24], dlatego potencjalny wpływ polimorfizmu ACE w patogenezie i progresji CAD wzbudza wielkie zainteresowanie. Jak wspomniano wyżej, polimorfizm genu ACE jest związany ze stężeniem ACE w surowicy krwi [30]. Podejrzewano zatem, iż pacjenci z allelem D są bardziej narażeni na ryzyko rozwoju CAD, z powodu większej aktywności układu RAAS i wyższego poziomu angiotensyny II, spowodowanych zwiększoną aktywnością ACE w surowicy.

Metaanaliza 46 badań dotyczących chińskiej populacji, przeprowadzona przez Zhou i wsp. potwierdza te przypuszczenia [40]. Wskazuje na istotny związek między polimorfizmem genu ACE, a ryzykiem CAD. Zbliżone wyniki przedstawili autorzy innej metaanalizy – Zintzaras i wsp. [41], obejmującej 118 badań. Dowiedli, że pacjenci o genotypie DD cechują się o 25% większym ryzykiem CAD. Analiza podgrup wykazała jednak, że związek między polimorfizmem ACE a ryzykiem CAD nie dotyczy kobiet, przypadków przedwczesnej CAD, pacjentów z niewielką liczbą klasycznych czynników ryzyka CAD oraz części grup etnicznych i rasowych [41]. Evans i wsp. przeanalizowali polimorfizm ACE u pacjentów zmarłych z powodu CAD. Badania wykazały znacznie częstsze występowanie allelu D u tych pacjentów, w porównaniu do osób z grupy kontrolnej, dobranej pod względem wieku i płci [9]. Borzyszkowska i wsp. wykazali istnienie związku między polimorfizmem ACE a angiograficznym zaawansowaniem CAD, ale tylko w podgrupie mężczyzn z wysokim całkowitym stężeniem cholesterol u[4].

Wiele dużych, prospektywnych badań i metaanaliz podważa te doniesienia. Metaanaliza Agerholm-Larsen i wsp. wykazała, że przy uwzględnieniu wyłącznie dużych badań, polimorfizm ACE typu I/D nie ma wpływu na rozwój CAD i występowanie zawału serca [2]. Do podobnych wniosków doszli Lindpainter i wsp. Wyniki ich badań sugerują, iż nie istnieje bezpośredni związek między polimorfizmem ACE a CAD [18].

Wykazano także związek między polimorfizmem I/D a występowaniem czynników ryzyka CAD. Riera-Fortuny i wsp. zbadali zależność między polimorfizmem I/D, CAD, otyłością i odkładaniem tłuszczu trzewnego. Wyniki ich badań wykazały, że pacjenci z genotypem II mają mniejsze predyspozycje do otyłości, a także odkładania tłuszczu w okolicach brzucha niż pacjenci z genotypem DD [29]. Związek między polimorfizmem w genie kodującym ACE a nadciśnieniem omówiono w następnych rozdziałach.

Niejednoznaczność wniosków płynących z powyższych badań wynika prawdopodobnie z różnic genetycznych i etnicznych badanych populacji [33]. Niejednorodność wyników badań analizujących związek między CAD a polimorfizmem I/D w genie kodującym ACE może być także spowodowana różnicami w projektach badań oraz znacznym odsetkiem badań o niskiej liczebności, charakteryzujących się dużym ryzykiem otrzymania wyników fałszywie negatywnych i fałszywie pozytywnych. Nie ma więc jednoznacznej odpowiedzi na pytanie o związek polimorfizmu ACE z ryzykiem CAD. Na podstawie dotychczas przeprowadzonych badań można wywnioskować, że allel D nie musi być bezpośrednim czynnikiem ryzyka rozwoju CAD, ale jego współwystępowanie z innymi czynnikami ryzyka, szczególnie w pewnych podgrupach pacjentów, może predysponować do zachorowania lub cięższego przebiegu choroby.

Restenoza W STENCIE

Od czasu wprowadzenia angioplastyki balonowej, restenoza stała się poważnym problemem klinicznym. Wprowadzenie stentu metalowego (bare-metal stent – BMS) oraz stentów uwalniających leki (drug-elutingstent – DES) ograniczyło wprawdzie częstość występowania nawrotu zwężenia w tętnicach wieńcowych, jednak pozostaje nadal istotnym ograniczeniem dla długoterminowej skuteczności przezskórnej interwencji wieńcowej (percutaneous coronary intervention – PCI) [26]. Patofizjologiczne podstawy rozwoju restenozy poznano tylko częściowo. Znanych jest kilkanaście czynników ryzyka restenozy w stencie, m.in. związanych z charakterystyką kliniczną pacjentów, tj. cukrzyca, wiek, nadciśnienie, palenie tytoniu [23, 35] oraz czynniki angiograficzne – długość stentowanej zmiany, mała średnica naczynia, czy też czynniki proceduralne i okołozabiegowe np. wykonanie lub brak predylatacji, rodzaj lub długość użytych stentów [23, 24]. Jedynie około 30% zmienności występowania restenozy można wytłumaczyć istnieniem wyżej wymienionych czynników, a więc stale poszukuje się nowych czynników ryzyka, w tym czynników genetycznych mogących mieć znaczny wpływ na rozwój restenozy [26]. Patomechanizm powstawania restenozy w stencie obejmuje m.in. aktywację układu renina-angiotensyna, lokalny stan zapalny oraz proliferację neointimy pod wpływem czynników wzrostu, na których syntezę ma wpływ m.in. angiotensyna II [10, 23, 25]. Stąd też I/D w genie kodującym ACE jest najczęściej badanym w tym kontekście polimorfizmem.

Opublikowano już kilkadziesiąt badań dotyczących wpływu polimorfizmu ACE na częstość powstawania restenozy po angioplastyce balonowej i PCI z użyciem stentu, jednak ich wyniki są niejednoznaczne. Zostały podsumowane w pięciu opublikowanych metaanalizach [1, 15, 26, 36]. Wyniki dwóch pierwszych, przeprowadzonych przez Kitsios i wsp. i Agema i wsp. wskazały na brak istotnego związku między polimorfizmem ACE a ryzykiem restenozy w stencie [1, 15]. Następne metaanalizy przeprowadzone w latach 2013-2015 wykazały, że genotyp DD istotnie zwiększa ryzyko restenozy u pacjentów poddawanych PCI z implantacją stentu [20, 22, 26], jednak warto zauważyć, że obejmowały prawie wyłącznie małe badania cechujące się dużym ryzykiem wyników fałszywie pozytywnych, a wyniki części badań, w których nie wykazano związku między polimorfizmem ACE a restenozą nie zostały prawdopodobnie nigdy opublikowane [14]. Jedyne, przeprowadzone do tej pory duże badanie, z prospektywnym follow-upem angiograficznym wykazało brak zależności między I/D a ryzykiem restenozy [16]. Wyniki te są zgodne z wynikami badania przeprowadzonego w naszym ośrodku [24]. Nie jest znany wpływ polimorfizmu ACE na ryzyko restenozy w DES, cechujących się nieco innym mechanizmem powstawania restenozy [14], ponieważ prawie wszystkie opublikowane do tej pory badania obejmowały wyłącznie pacjentów, u których wszczepiono BMS.

Podsumowując, wpływ polimorfizmu I/D na powstawanie restenozy w stencie nie jest dokładnie rozpoznany, a dowody na jego istotną rolę w procesie restenozy pochodzą głównie z badań o niewielkiej liczebności analizowanych grup pacjentów.

Migotanie przedsionków

Migotanie przedsionków (AF) jest najczęstszym typem arytmii, w patogenezie tego schorzenia duży wpływ mają czynniki genetyczne. Zwiększona ekspresja ACE w tkance przedsionków u pacjentów z AF wskazuje na udział układu RAAS w przebiegu tej choroby. Układ ten wpływa na przebudowę strukturalną i elektryczną serca [39].

Dane pochodzące z metaanalizy przeprowadzonej przez Liu i wsp. dowodzą, że istnieje silny związek między polimorfizmem I/D a ryzykiem wystąpienia AF u pacjentów z towarzyszącym nadciśnieniem, jednak w pozostałych grupach pacjentów związek ten nie jest już tak jednoznaczny [19]. Badanie Zhanga i wsp. wykazało ponadto, że u pacjentów z idiopatycznym AF, polimorfizm ACE warunkuje większe wymiary lewego przedsionka – będącego jednocześnie czynnikiem ryzyka AF. W badaniu tym genotyp DD zwiększał także ryzyko nawrotu AF po zabiegu ablacji [39].

W badaniu Watanabe i wsp. wykazano wydłużenie załamka P i odstępu PQ w badaniu EKG u pacjentów z genotypem DD i napadowym AF, co również wskazuje na wpływ układu RAAS na wzmożoną przebudowę układu przewodzącego bodźce i zmianę elektrofizjologii serca u osób z AF. Terapia oparta na modulacji układu RAAS może więc być skuteczna w zapobieganiu zaburzeń przewodzenia u osób z migotaniem przedsionków [37].

Darbar i wsp. wykazali, iż polimorfizm ACE wpływa na skuteczność leczenia lekami antyarytmicznymi. Osoby z allelem D w układzie zarówno homo- jak i heterozygotycznym (DD oraz DI) znacząco słabiej odpowiadają na terapię lekami antyarytmicznymi. Badania te sugerują, iż określenie genotypu pacjenta może pomóc w wyborze właściwego leczenia [6].

Nadciśnienie tętnicze

Wpływ polimorfizmu ACE był również szeroko badany w odniesieniu do rozwoju nadciśnienia tętniczego. Nadciśnienie tętnicze jest chorobą uwarunkowaną wieloczynnikowo, na której rozwój wpływają zarówno czynniki środowiskowe (w 50-70%), jak i genetyczne [17]. ACE jest podstawowym elementem systemu RAAS, którego najważniejszym zadaniem jest regulacja ciśnienia krwi i zachowanie homeostazy sodu w organizmie. ACE inaktywuje bradykininę, która rozszerza naczynia oraz katalizuje przemianę angiotensyny I w angiotensynę II. Angiotensyna II jest wazoaktywnym oktapeptydem, który wiąże się do naczyniowych receptorów AT1, powodując skurcz naczyń, wzmaga również wydzielanie aldosteronu z kory nadnerczy oraz noradrenaliny z zakończeń nerwów współczulnych, podnosząc ciśnienie krwi. Tak jak wspomniano wyżej, osoby z genotypem DD cechują się wyższym osoczowym stężeniem ACE niż osoby z genotypem II, natomiast osoby z genotypem ID mają pośrednie stężenie ACE w osoczu [36]. Nietrudno wywnioskować, iż genotyp DD może predysponować do rozwoju nadciśnienia, co potwierdzają liczne badania.

W metaanalizie obejmującej 67 badań, a w nich 21 058 pacjentów z populacji chińskiej, udało się wykazać związek między występowaniem genotypu DD, a zwiększonym ryzykiem nadciśnienia. Objęte badaniem osoby należały do 56 różnych grup etnicznych, a związek między genotypem DD a zachorowaniem udało się wykazać tylko w niektórych z tych grup. Wykazano bowiem, że częstość występowania alleli D i I jest zależna od grupy etnicznej. Duża różnorodność etniczna utrudnia więc wyciąganie zdecydowanych wniosków, a wyniki badań w różnych populacjach są sprzeczne [17].

Ponadto istnieją badania, których celem była ocena, czy polimorfizm ACE może być czynnikiem predykcyjnym skuteczności leczenia inhibitorami ACE. Wyniki tych badań wskazują, iż u osób z genotypem DD inhibitory ACE wykazują większy spadek ciśnienia krwi, niż u osób z genotypem II bądź I/D, co potwierdzili m.in. Heidari i wsp. w badaniu przeprowadzonym w jednolitej etnicznie malajskiej populacji, po rocznym leczeniu pacjentów lizynoprylem i enalaprylem [13]. Natomiast badanie Zivko i wsp. dowiodło, że u pacjentów z genotypem DD chorujących na nadciśnienie tętnicze, inhibitory ACE wykazują znacznie skuteczniejsze działanie przeciwko rozwojowi proteinurii, niż w przypadku genotypu II lub I/D [42].

Badano również wpływ polimorfizmu ACE na rozwój nadciśnienia złośliwego. Nie poznano jeszcze przyczyn przejścia nadciśnienia pierwotnego w postać złośliwą. Wiele danych wskazuje jednak na znaczny wpływ stężenia reniny i angiotensyny II w genezie tej choroby, gdyż stężenia reniny i angiotensyny są wyższe u osób z nadciśnieniem złośliwym. Nagłe skoki ciśnienia krwi spowodowane noradrenaliną i angiotensyną II, mogą powodować histologiczne zmiany w ścianach naczyń, typowe dla nadciśnienia złośliwego. Nadciśnienie złośliwe charakteryzuje się uszkodzeniem śródbłonka i proliferacją komórek warstwy środkowej i wewnętrznej naczynia, rozrostem śródbłonka i nekrozą włóknikową. Zaobserwowana klinicznie częstsza zapadalność na nadciśnienie złośliwe w pewnych grupach etnicznych pozwoliła sądzić o możliwej genetycznej przyczynie tego zjawiska. Wykazano, iż genotyp DD występuje częściej u osób chorujących na nadciśnienie złośliwe niż u osób z nadciśnieniem pierwotnym. Badanie polimorfizmu ACE pozwalałoby więc na wczesne wykrycie osób predysponowanych do rozwoju nadciśnienia złośliwego [8].

Niewydolność serca

Mimo że głównymi czynnikami ryzyka HF są miażdżyca naczyń wieńcowych i nadciśnienie, także czynniki genetyczne pełnią ważną rolę w patogenezie tego schorzenia. Polimorfizm w genie kodującym ACE – głównym enzymie układu RAAS, może zatem odgrywać istotną rolę w genetycznym podłożu HF. ACE przez wzrost stężenie aldosteronu, wpływa w dużym stopniu zarówno na serce, jak i układ krążenia. Nasila retencję sodu i wody w organizmie, wzmaga wydalanie potasu i magnezu, a także stymuluje włóknienie mięśnia sercowego, prowadzi do skurczu naczyń krwionośnych, dodatkowo upośledzając odruch z baroreceptorów oraz wzmacniając działania katecholamin [5].

W metaanalizie badań sprawdzających związek między polimorfizmem ACE a ryzykiem rozwoju HF, sporządzonej przez Bai i wsp. nie wykazano istotnej korelacji. Związku nie wykryto także w podgrupach analizowanych pod względem etiologii choroby i pochodzenia pacjentów [3].

Schut i wsp. badając grupę pacjentów z nadciśnieniem wykazali istotny związek między obecnością allelu D a podwyższonym ryzykiem HF jedynie u chorych ze średnim lub ciężkim nadciśnieniem. Może to nasuwać wniosek, że allel D wpływa na rozwój HF jedynie w tej podgrupie pacjentów [32].

Związek polimorfizmu ACE z odpowiedzią na terapię inhibitorami ACE w zastoinowej HF został przeanalizowany przez McNamara i wsp. Wyniki ich badań wskazują, iż duże dawki inhibitorów ACE zmniejszają niekorzystny wpływ allelu D na przebieg choroby, a korzyści płynące ze stosowania beta-blokerów i inhibitorów ACE są największe u pacjentów z genotypem DD. Oznaczenie genotypu ACE może zatem pomóc w lepszym określeniu terapii dla pacjentów z HF [21].

Wiele badań wykazuje, że u różnych osób system RAAS nie jest w jednakowy sposób hamowany podczas terapii inhibitorami ACE. Uważa się, że nawet do 20% pacjentów z przewlekłą HF, ma podniesione stężenia aldosteronu w osoczu, mimo długotrwałego podawania inhibitorów ACE. Cicoira i wsp. starali się przeanalizować potencjalny wpływ polimorfizmu ACE na tzw. „ucieczkę aldosteronową”. Według ich badań „ucieczka aldosteronowa” występuje zdecydowanie częściej u pacjentów z genotypem DD, niż ID czy II. Wyniki tych badań mogłyby pomóc zoptymalizować terapię tych pacjentów, którzy bardziej skorzystaliby z leczenia antagonistami aldosteronu, antagonistami receptora angiotensyny II lub z połączenia tych dwóch leków [5].

Na podstawie cytowanych badań, można wnioskować, że polimorfizm genu ACE nie ma bezpośredniego wpływu na rozwój HF, może odgrywać jednak istotną rolę przy doborze odpowiedniej terapii i jej skutecznym prowadzeniu.

Podsumowanie

Zgodnie z danymi zawartymi w bazie MEDLINE, w ciągu ostatnich lat przeprowadzono ponad tysiąc osiemset badań poszukujących związku między polimorfizmem ACE a licznymi chorobami, głównie skupiając się na schorzeniach układu sercowo-naczyniowego. Mimo olbrzymiego zainteresowania naukowców polimorfizmem genu ACE, jako markerem schorzeń układu krążenia, dotychczasowe badania nie zawsze dały jednoznacznej odpowiedzi, iż choroby sercowo-naczyniowe często są determinowane zarówno genetycznie jak i środowiskowo, a częstość występowania alleli ACE jest zmienna wśród różnych populacji etnicznych, doprowadza to do znacznych różnic a nawet sprzeczności w otrzymanych wynikach. Znacznie utrudnia to porównywanie wyników i wyciąganie z nich jednoznacznych wniosków. Nadzieją na znalezienie genetycznych markerów stały się badania asocjacyjne całego genomu, których liczba znacznie wzrosła w ostatnich kilku latach. Być może to właśnie one wyjaśnią wkrótce skomplikowane powiązania między dziedzicznością chorób a genomem.

Pełna treść artykułu