Роль магнитно-резонансной томографии сердца в оценке вероятности развития различных типов ремоделирования левого желудочка при синдроме некомпактного миокарда с учетом данных генетического анализа

Введение

Некомпактный миокард левого желудочка (НКМЛЖ) — это сравнительно редкий фенотипический вариант строения левого желудочка (ЛЖ), при котором в миокарде ЛЖ четко прослеживаются два слоя: компактный и некомпактный, при этом полость желудочка сообщается с некомпактным слоем, и кровь свободно затекает в межтрабекулярные пространства [1]. При наличии некомпактного слоя миокарда постепенно происходит процесс обеднения капиллярной сети и поступление крови в капиллярное русло происходит непосредственно из полости ЛЖ. Таким образом, со временем нарастает несоответствие между массой миокарда и количеством кровоснабжающих его капилляров, развивается микроциркуляторная недостаточность. В итоге, несмотря на отсутствие поражения коронарного русла, перфузия эндокарда снижается [2][3].

Клиническая картина НКМЛЖ вариабельна: встречаются как случайно выявленные бессимптомные случаи, так и пациенты с терминальной стадией сердечной недостаточности, жизнеугрожающими нарушениями ритма сердца, тромбоэмболическими событиями [4].

Оценка распространенности НКМЛЖ затруднительна ввиду гетерогенности критериев диагностики этого состояния. В литературе сообщается о частоте встречаемости бессимптомной НКМЛЖ в диапазоне от 0,05 до 0,26% среди всех пациентов, которым была выполнена эхокардиография; при этом около трети случаев являются семейными [5-7]. Среди пациентов с сердечной недостаточностью распространенность НКМЛЖ выше и составляет ~3% [8].

Большинство случаев НКМЛЖ имеют генетическую природу, причем многие авторы отмечают выраженную генетическую гетерогенность данного патологического состояния. Впрочем, наиболее распространенными среди генов, предрасполагающих к развитию НКМЛЖ, являются саркомерные гены [9][10].

Магнитно-резонансная томография (МРТ) сердца является ведущим методом диагностики НКМЛЖ, для этого разработан ряд морфологических критериев; тем не менее, их корректная трактовка нередко представляет собой сложную задачу из-за наличия данных о недостаточной специфичности ряда критериев. В то же время, МРТ сердца с контрастированием играет важную роль в стратификации риска: показано, что наличие очагового фиброза по данным МРТ является предиктором неблагоприятных сердечно-сосудистых событий [11].

Наблюдающийся в последние годы рост числа случаев НКМЛЖ свидетельствует не только о повышении осведомленности врачей и пациентов о данном заболевании, совершенствовании методов диагностики, но и о тенденции к его гипердиагностике [12]. Потенциальным решением данной проблемы может быть переход от исключительно визуализационных критериев к комбинированному подходу, включающему также данные генетического исследования и мониторинг неблагоприятных сердечно-сосудистых событий. Однако с учетом генетической гетерогенности НКМЛЖ разработка такой стратегии будет представлять определенные сложности.

Цель работы — проанализировать данные МРТ сердца с контрастированием пациентов с фенотипическими проявлениями НКМЛЖ и определенными генетическими мутациями, вовлеченными в развитие данного заболевания; определить наличие взаимосвязи между мутациями в генах и типами ремоделирования ЛЖ у пациентов с НКМЛЖ, а также с рядом других параметров морфологии и функции сердца.

Материал и методы

Дизайн исследования. Проведено обсервационное многоцентровое ретроспективное исследование на базе регистра пациентов с НКМЛЖ и их родственников, включающего >100 пробандов. Из регистра были выбраны пациенты с наиболее часто встречающимися мутациями в генах MYH7, MYBPC3, TTN и генах группы десмина (DES, DSG2, DSP и DSC2) (далее будет использовано общее название — DES).

Критерии включения: совершеннолетние пациенты с верифицированными мутациями в одном или нескольких вышеперечисленных генах, отвечающих за развитие НКМЛЖ, которым была выполнена МРТ сердца с внутривенным введением гадолиний-содержащего контрастного препарата по стандартизированному протоколу сканирования; морфологическая картина соответствовала критериям НКМЛЖ — Petersen (соотношение толщины некомпактного и компактного слоев превышает 2,3:1), Jacquier (соотношение массы некомпактного и компактного миокарда превышает 0,2:1), Grothoff (индексированная масса некомпактного миокарда превышает 15 г/м², соотношение массы некомпактного и компактного миокарда превышает 0,2:1, соотношение толщины некомпактного и компактного слоев миокарда превышает 3:1, вовлечение базальных сегментов).

Критерии невключения: возраст пациентов <18 лет, отсутствие причинной мутации в выбранных генах, несоответствие критериям НКМЛЖ.

Критерии исключения: выполнение МРТ по нестандартизированному протоколу сканирования или без контрастирования.

Продолжительность исследования составила 8 лет 10 мес. (с декабря 2013г по октябрь 2022г).

Каждому пациенту из выборки была проведена МРТ сердца с внутривенным контрастированием гадолиний-содержащим контрастным препаратом (доза 0,3 мг/кг массы тела) на базе Медицинского научно-образовательного центра (МНОЦ) МГУ им. М. В. Ломоносова (томографы Siemens Avanto 1,5 T, Siemens Vida 3 T) или Национального медицинского исследовательского центра терапии и профилактической медицины (томограф General Electric, 1,5 Т) с 4-канальной ЭКГ-синхронизацией. Протокол исследования включал следующие последовательности: срезы толщиной 6 мм в аксиальной плоскости с "черной" и "белой" кровью для оценки анатомии сердца и крупных сосудов; кино-последовательности по длинной оси ЛЖ в 4- и 2-камерной проекциях на различных уровнях и по короткой оси ЛЖ (толщина среза 6 мм); последовательности для определения отека миокарда (режимы STIR/TIRM) по длинной оси ЛЖ в 4- и 2-камерной проекциях (по 1 срезу) и по короткой оси ЛЖ (3 среза на базальном, среднем и апикальном уровнях); последовательности в режимах DE и PSIR для определения отсроченного накопления контрастного препарата (по длинной оси ЛЖ в 4- и 2-камерной проекциях и по короткой оси ЛЖ (толщина среза 4 мм). Расчет показателей объемов камер сердца, глобальной сократимости (фракция выброса (ФВ)), массы миокарда и папиллярных мышц проводился на базе программного обеспечения cvi42 (США).

Геномная дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) была выделена с помощью QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Германия). Концентрация ДНК измерялась с помощью флуориметра Qubit 4 (Thermo Fisher Scientific, США). Секвенирование следующего поколения (NGS) было проведено на приборе Ion S5 (Thermo Fisher Scientific, США) с использованием технологии Ampliseq. Библиотеки для таргетного секвенирования были приготовлены с помощью Ion Chef System (Thermo Fisher Scientific, США). Панель, разработанная с помощью программного обеспечения Ion AmpliSeq DESigner (Thermo Fisher Scientific, США), включала экзонные последовательности 137 генов, ассоциированных с НКМЛЖ и другими кардиомиопатиями. Верификация вариантов нуклеотидной последовательности проводилась с помощью секвенирования по Сенгеру на приборе Applied Biosystem 3500 Genetic Analyzer (Thermo Fisher Scientific, США) с использованием набора ABI PRISM BigDye Terminator v3.1 (Thermo Fisher Scientific, США. Для клинической интерпретации были выбраны варианты нуклеотидной последовательности в генах, ассоциированных с развитием НКМЛЖ по имеющимся литературным данным с частотой минорного аллеля <0,1% в базе данных gnomAD (v2.1.1) [13][14]. Патогенность вариантов оценивали по критериям, изложенным в Руководстве по интерпретации данных NGS [15][16]. Верификацию находок выполняли путем прямого двунаправленного секвенирования по Сенгеру.

Основной исход исследования. Развитие у пациента с НКМЛЖ определенного типа ремоделирования ЛЖ в зависимости от мутации в гене.

Дополнительные исходы исследования. Выявление различий между группами исследования по ряду параметров, характеризующих структуру и функцию сердца.

Анализ в подгруппах. В ходе исследования были сформированы 4 группы пациентов по принципу наличия мутаций в следующих генах, отвечающих за развитие НКМЛЖ: MYH7, MYBPC3, TTN и генах группы десмина (DES, DSG2, DSP и DSC2).

Этическая экспертиза. Все пациенты подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании и обработку персональных данных. Проведение исследования одобрено этическим комитетом МНОЦ МГУ имени М. В. Ломоносова.

Статистический анализ. Предварительный расчет размера выборки не проводился. Статистический анализ выполнен на базе программного обеспечения STATISTICA и Excel (США). Использованы статические критерии: логистическая регрессия, многофакторный дисперсионный анализ ANOVA, критерий Краскела-Уоллиса, критерий χ² с составлением произвольных таблиц сопряженности.

Работа выполнена в рамках государственного задания МНОЦ МГУ им. М. В. Ломоносова.

Результаты

Участники исследования

Всего в реестре обследованных пациентов НКМЛЖ с результатами генетического тестирования и МРТ было 77 человек, средний возраст 35±15,7 лет, 44 (57%) мужчины. У пациентов были выявлены мутации в 37 различных генах, у ряда пациентов было выявлено по несколько мутаций.

Для анализа были сформированы 4 группы пациентов (общее количество 44 пациента) с мутациями в следующих генах:

• ген MYH7: 19 человек, средний возраст 32,51±10,04 лет, 12 (63,2%) мужчин;
• ген MYBPC3: 9 человек, средний возраст 42,70±13,51 лет, 4 (44,4%) мужчины;
• ген TTN: 12 человек, средний возраст 36,17±12,75 лет, 5 (41,6%) мужчин;
• гены, кодирующие десмин и белки его группы (DES, DSG2, DSP, DSC2): 14 человек, средний возраст 28,68±17,97 лет, 9 (64,3%) мужчин.

У 9 пациентов были выявлены мутации в нескольких перечисленных генах.

По результатам МРТ сердца был охарактеризован тип ремоделирования сердца каждого пациента (рисунок 1). Основные типы ремоделирования включали:

• дилатационный тип (ДТ): повышено значение индексированного конечно-диастолического объема (КДО) ЛЖ (нормы для пола и возраста приведены в таблице 1);
• гипертрофический тип (ГТ): толщина миокарда в любом сегменте >13 мм; повышено значение индексированной массы миокарда (нормы для пола и возраста приведены в таблице 1);
• изолированный некомпактный миокард с сохраненной ФВ ЛЖ (>50%);
• изолированный некомпактный миокард с низкой ФВ ЛЖ (<50%).

Кроме перечисленных типов выделяют комбинированный тип ремоделирования, включающий в себя признаки гипертрофии и дилатации, а также изолированный некомпактный миокард в сочетании с врожденными пороками сердца; пациентов с соответствующими фенотипами в группе исследования не было.

Основные показатели морфологии и функции сердца по данным МРТ у пациентов из разных групп приведены в таблице 2.

Основные результаты

В таблице 3 представлены данные по количеству пациентов с определенными типами ремоделирования в разных группах.

Анализ типов ремоделирования у пациентов при различных мутациях

В результате составления модели логистической регрессии с контролем по ряду параметров (пол, возраст, наличие у пациента мутаций в двух генах) были выявлены следующие закономерности: шанс развития ДТ при наличии у пациента мутаций в генах MYBPC3 и TTN выше по сравнению с наличием мутаций в генах DES (p<0,05). В целом при рассмотрении шансов развития ДТ в зависимости от влияния каждого конкретного гена можно отметить, что мутации в генах DES снижают вероятность развития ДТ в ~10 раз (AUC =0,782), мутации в гене TTN — повышают в 10,74 раза (AUC =0,757) (p<0,05) (рисунок 2).

Анализ показателей морфологии и функции сердца у пациентов с различными мутациями

Был проанализирован ряд показателей морфологии и функции сердца (индексированный КДО ЛЖ, индексированный конечно-систолический объем (КСО) ЛЖ, ФВ ЛЖ, индексированная масса миокарда ЛЖ (ММЛЖ), индексированная масса папиллярных мышц ЛЖ, количество сегментов с некомпактным миокардом, где соотношение толщины некомпактного слоя к компактному >2,3:1); проведен многофакторный дисперсионный анализ ANOVA для выявления корреляций между данными признаками и генами (рисунок 3).

Значения индексированных КДО ЛЖ и КСО ЛЖ были максимальными в группе с мутацией в гене TTN (средние значения 96 и 54,75 мл/м², соответственно), минимальными — в группе с мутацией в гене DES (средние значения 82,43 и 44,36 мл/м², соответственно); тем не менее, статистически значимых различий достичь не удалось. Ожидаемо ФВ ЛЖ имела минимальные значения в группе с мутацией гена TTN (среднее значение 45,92%).

Также не было выявлено значимых различий между группами по показателям индексированных ММЛЖ и массы папиллярных мышц: максимальные значения отмечались в группе с мутацией в гене MYH7 (средние значения 79,53 и 19,57 г/м², соответственно), минимальные — в группе с мутацией в гене DES (средние значения 73,78 и 15,00 г/м², соответственно).

Анализ количества сегментов ЛЖ с некомпактным миокардом

Для каждого пациента было определено количество сегментов ЛЖ, для которых выполняется условие: соотношение толщины некомпактного и компактного слоев миокарда >2,3:1. Группы статистически значимо различались между собой по показателю количества сегментов ЛЖ с некомпактным миокардом: максимальное значение таких сегментов отмечалось в группе с мутацией в гене MYBPC3 (среднее значение 6,56), минимальное — в группе с мутацией в гене DES (среднее значение 3,93) (p<0,05).

Анализ миокардиального фиброза у пациентов с различными мутациями

У ряда пациентов из выборки по данным МРТ был диагностирован миокардиальный фиброз:

• среди пациентов с мутациями в гене MYH7обнаружено 2 таких случая; у одного из пациентов отмечается тотальное субэпикардиальное контрастирование во всех сегментах миокарда ЛЖ;
• среди пациентов с мутациями в гене MYBPC3— 3 случая;
• среди пациентов с мутациями в гене TTN— 2 случая;
• среди пациентов с мутациями в генах DES— 4 случая.

Исследована возможная ассоциация между наличием миокардиального фиброза по крайней мере в одном из сегментов ЛЖ и выполнением критериев некомпактности (Petersen, Jacquier, Grothoff). При использовании критерия χ² достоверной связи между данными признаками выявлено не было. Кроме того, не было выявлено значимой связи между наличием миокардиального фиброза (по крайней мере, в одном из сегментов) и мутациями в различных генах. Тем не менее, была выявлена значимая ассоциация между наличием миокардиального фиброза и ММЛЖ и индексированной по площади поверхности тела массой папиллярных мышц (в обоих случаях p<0,05).

Нежелательные явления

Нежелательных явлений в ходе проведения исследования зарегистрировано не было.

Обсуждение

В ходе проведения исследования выявлено, что при наличии у пациентов с НКМЛЖ мутаций в генах MYBPC3 и TTN шанс развития ДТ ремоделирования значимо выше. Напротив, при наличии мутации в генах DES шанс развития ДТ типа ремоделирования ЛЖ ниже. При анализе групп пациентов с мутациями в различных генах не было выявлено значимых различий по ряду показателей морфологии и функции сердца (индексированные по площади поверхности тела КДО, ММЛЖ, масса папиллярных мышц; ФВ ЛЖ). Тем не менее, группы значимо различались по показателю количества сегментов ЛЖ с некомпактным миокардом, при этом минимальное значение зарегистрировано в группе с мутацией в генах DES. Кроме того, у некоторых пациентов из группы исследования был выявлен миокардиальный фиброз и отмечена значимая ассоциация между его наличием и ММЛЖ, а также индексированной по площади поверхности тела массой папиллярных мышц.

В настоящее время не вызывает сомнений, что НКМЛЖ может быть генетически детерминированным состоянием, которое может наследоваться по Х-сцепленному, аутосомно-доминантному, аутосомно-рецессивному, а также митохондриальному механизмам [17-19]. Кроме того, 60-70% случаев НКМЛЖ бывают спорадическими.

Выявлено множество генов предрасположенности к НКМЛЖ. Значительная генетическая гетерогенность этого заболевания показана во многих исследованиях, в т.ч. в крупных исследованиях со строгими критериями включения [20]. Ввиду этой выраженной фенотипической неоднородности ожидаемо, что генетический статус пациентов представлен широким спектром вариантов; могут быть выявлены мутации в генах, кодирующих компоненты белков саркомера, ядра, цитоскелета, митохондрий, ионных каналов и других структур [21].

Среди генов, предрасполагающих к развитию НКМЛЖ, ведущая роль принадлежит саркомерным генам; по данным Вайханской Т. Г. и др. [20], мутации в генах саркомера составили 57,9% от всех обнаруженных мутаций. Кроме того, был подтвержден факт общности саркомерных генов НКМЛЖ с другими первичными формами кардиомиопатии, прежде всего гипертрофической (ГКМП) и дилатационной (ДКМП). Не исключена вероятность наличия более сложных, чем известные на сегодняшний день, механизмов патогенеза саркомерных кардиомиопатий с "переключением" различных фенотипов под воздействием определенных факторов. Мутации в генах, которые считаются предрасполагающими к развитию НКМЛЖ, могут приводить к развитию других кардиомиопатий: так, мутации в гене MYH7 могут индуцировать развитие НКМЛЖ, ГКМП, ДКМП и рестриктивной кардиомиопатии (РКМП) [22]; также мутации в MYH7 были описаны как причина апикальной ГКМП [23]. Мутации в гене TTN известны как частая причина развития ДКМП [24].

В крупном исследовании van Waning JI, et al. [25], включавшем 327 пациентов с НКМЛЖ, было показано, что мутации в саркомерных генах MYH7, MYBPC3 и TTN составляли 71% от всех выявленных вариантов, причем пациенты с мутациями в MYH7 имели более благоприятный прогноз в плане систолической функции ЛЖ, чем пациенты с мутациями в TTN и множественными мутациями, что отчасти согласуется с данными нашего исследования, показавшими, что шанс развития более неблагоприятного ДТ выше при мутациях в гене TTN. Известно, что нормальная структура и функция титина (белка, кодируемого геном TTN), необходима для правильной сборки саркомера, передачи силы сокращения, молекулярной сигнализации посредством ассоциированных белков и поддержания эластичности саркомера [26]. Вместе с тем, есть данные о том, что наличия мутации в гене TTN может быть недостаточно для развития НКМЛЖ, поскольку они часто сочетаются с другими мутациями, а также регистрируются у женщин с перипартальным НКМЛЖ [27] и при кардиомиопатии, индуцированной химиотерапией [28]. Эти факты позволяют предположить, что в развитии TTN-опосредованного НКМЛЖ играют важную роль внешние кофакторы [29]. В том же исследовании van Waning JI, et al. [25] было выявлено, что наличие сложной гетерозиготной мутации в гене MYBPC3 ассоциируется с тяжелыми ранними формами НКМЛЖ. Данный ген кодирует сердечную изоформу миозин-связывающего белка, который наряду со структурной ролью в организации толстых и тонких филаментов в саркомере является одним из регуляторов сокращений сердечной мышцы, влияя на формирование акто-миозинового комплекса [30]. Тем не менее, другие литературные данные относительно влияния мутаций в данном гене на фенотип очень ограничены.

Также к НКМЛЖ и другим видам кардиомиопатии (РКМП, ДКМП) могут приводить мутации в гене десмина и белков его группы; в частности, в гене DSP, кодирующем важный компонент десмосомной структуры миокарда [2]. Мутации этого гена являются известной причиной развития аритмогенной кардиомиопатии [31], и у пациентов с НКМЛЖ мутации в гене DSP оказались ассоциированы с желудочковыми нарушениями ритма сердца. Это свидетельствует о том, что наличие у пациентов с НКМЛЖ мутаций в десмосомных генах является маркером более высокого риска развития аритмических событий [32]. Вместе с тем, данные нашего исследования показали, что мутации в генах десмина и его группы ассоциированы с менее выраженным фенотипом некомпактности; это может свидетельствовать о том, что аритмические события вызваны не самим фактом наличия некомпактного миокарда, а другими проявлениями данного заболевания.

Одной из характерных особенностей НКМЛЖ является отсутствие четкой корреляции между генетикой и фенотипом. Так, в сравнительном исследовании 63 пробандов с различными мутациями, включая MYH7 и MYBPC3, и пациентов с НКМЛЖ без мутаций не было выявлено разницы между группами по параметрам клинической симптоматики (одышка, синкопы, шок, сердцебиение), нарушениям ритма сердца и сердечной недостаточности. Также группы не различались по показателям индексированного КДО ЛЖ и ФВ ЛЖ [33].

У нескольких пациентов из группы исследования был выявлен миокардиальный фиброз, который выглядит на МРТ как очаговое контрастирование неишемической природы в отсроченную фазу контрастирования (7-15 мин после внутривенного введения контрастного препарата). Выявление миокардиального фиброза является значимым для определения прогноза пациента: так, было показано, что наличие фиброза у пациентов с НКМЛЖ ассоциировано с неблагоприятными сердечно-сосудистыми событиями (внезапная сердечная смерть, необходимость в имплантации кардиовертера-дефибриллятора, трансплантация сердца), причем независимо от ФВ ЛЖ [11]. Подобные закономерности также отмечались среди больших когорт пациентов с неишемической кардиомиопатией [34].

В целом миокардиальный фиброз у пациентов с НКМЛЖ встречается не так часто, как в случае других кардиомиопатий: разные литературные данные говорят о 33-74%-ной встречаемости. У пациентов с НКМЛЖ также отмечается меньшая масса миокардиального фиброза — от 5 до 8% от ММЛЖ [35-37]. Миокардиальный фиброз обычно локализуется в области межжелудочковой перегородки, наиболее часто — в местах соединения волокон желудочков; чаще встречается в средних сегментах ЛЖ; может распространяться на трабекулы некомпактного слоя миокарда. Даже несмотря на то, что масса фиброза обычно мала, у таких пациентов отмечается больший объем ЛЖ, чем у пациентов без фиброза; есть также сведения о корреляции между наличием фиброза и систолической функцией [35][37]. Эти данные в целом согласуются с результатами, полученными в настоящем исследовании: мы обнаружили корреляцию между наличием миокардиального фиброза и массой миокарда. Пациенты с фиброзом имели в среднем больший объем ЛЖ, однако различия по данному показателю не достигли статистической значимости, вероятнее всего, ввиду малого размера выборки.

Давать однозначные прогнозы о течении заболевания по результатам генетического тестирования невозможно, реальным же его предназначением является подтверждение диагноза и наличия мутации у бессимптомных родственников пациента, у которых существует риск развития НКМЛЖ. Стоит отметить, что имеющиеся в литературе данные о корреляциях между генотипом и фенотипом в целом носят недостаточно системный характер и, в основном, сосредоточены на описании семей с конкретными мутациями [38-41]. Тем не менее, исследования корреляций между генотипом и фенотипом представляются перспективными, поскольку постепенное накопление знаний в этой области поможет выработать критерии повышенного риска для пациентов с НКМЛЖ, что может сыграть значимую роль в планировании симптоматической терапии и мониторинге возможных осложнений.

Ограничения исследования. Проведенное исследование имеет несколько ограничений. Во-первых, возможна недооценка генетических факторов в развитии НКМЛЖ, поскольку не все пациенты были исследованы на полную генетическую кардиопанель (45 генов). Во-вторых, несмотря на то, что мы использовали современные, широко применяемые диагностические критерии для НКМЛЖ, некоторые из них не обладают достаточно высокой диагностической точностью, поэтому необходима разработка новых критериев диагностики, которые учитывали бы не только морфологическую картину, но и генетические факторы. В-третьих, мы не анализировали неблагоприятные сердечно-сосудистые исходы у пациентов, проведение такого анализа планируется в ближайшем будущем.

Заключение

Результаты исследования показали, что наличие мутаций в генах MYBPC3 и TTN повышает вероятность развития ДТ ремоделирования ЛЖ у пациентов с НКМЛЖ. Напротив, мутации в генах, кодирующих десмин и другие белки его группы, снижают вероятность развития ДТ типа ремоделирования и способствуют более "мягким" морфологическим проявлениям НКМЛЖ. Комбинация данных МРТ сердца и генетического анализа, таким образом, улучшает морфофункциональную стратификацию пациентов с НКМЛЖ; выявлять мутации у пациентов с морфологическими признаками этого заболевания крайне важно, поскольку известный генетический статус может позволить более точно и персонализировано определить прогноз и риски для пациента.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.