ГМ1 ганглиозидоза је прогресивни, неурозоматски, лизозомални поремећај складиштења узрокован мутацијама у ГЛБ1гена који кодира ензим β-галактозидазу. Одсуство или смањена активност β-галактозидазе доводи до акумулације гликокоњугата који садрже β-повезану галактозу, укључујући гликосфинголипид (ГСЛ) ГМ1 ганглиозид у неуронском ткиву.[1]
ГМ1 ганглиозидоза је класификована у три облика: Тип I (инфантилни), Тип II (касно-инфантилни и јувенилни) и Тип III (одрасли), на основу старости почетка клиничких симптома, иако јe поремећај у ствари континуитет што само делимично корелира са нивоима преостале активности ензима. Тешки неурокогнитивни пад је карактеристика болести типа I и II и повезан је са превременом смртношћу. Већина мутација β-галактозидазе које изазивају болести објављене у литератури су груписане у егзонима 2, 6, 15 и 16 ГЛБ1 ген. До сада је описана 261 патогена варијанта, а најчешће су мисенсе/бесмислене мутације.[1]
ГМ1 ганглиозидоза је тежак ЛСД који је подржан сложеним патофизиолошким механизмима. Бројне болести које изазивају ГЛБ1пријављене су мутације. Међутим, било је тешко успоставити корелацију генотип-фенотип делимично због начина на који се ензим обично анализира у узорцима пацијената.[1]
Поред тога, на клинички исход болести код пацијената могу снажно утицати посттранслациони и регулаторни механизми који контролишу катаболизам ГМ1 који могу варирати од пацијента до пацијента. Ова упозорења траже даље разјашњење ћелијске патофизиологије која је у основи ове болести која може побољшати разумевање фундаменталне ћелијске биологије ГМ1 ганглиозида и ензимског комплекса који регулише његов катаболизам у лизозому.[2]
Међу три подтипа ГМ1 ганглиозидозе, инфантилни облик је најтежи, са појавом симптома пре 6 месеци живота и смрћу у раном детињству.[3] Један од најранијих знакова који се могу уочити код инфантилне болести пренатално је хидропс феталис, који је повезан са многим тешким случајевима ЛСД-а,[4] и требало би да подстакне истрагу о основним узроцима овог фенотипа.[5] Рана дијагноза болести инфантилног почетка имала би највеће шансе за успешну терапијску интервенцију.
Тип II се састоји од касних инфантилних и јувенилних подтипова. Пацијенти са касном инфантилном болешћу достижу развојне прекретнице са 12 месеци, али имају почетак симптома углавном између 12 и 24 месеца. Пацијенти брзо губе способност кретања и имају потешкоћа са гутањем и руковањем секретом што захтева постављање гастростоме. Касни инфантилни пацијенти подлегну својој болести до средине друге деценије.
Малолетни пацијенти почињу са 3-5 година, након што су научили да ходају, трче и говоре реченицама. Први симптоми могу бити несигуран ход, чести падови и „муцање“ говора које напредује до атаксије и дизартрије. Деца постају неспособна да ходају без помоћи, а затим губе способност да ходају. Дизартрија напредује до немогућности ефикасног гутања и каснијег губитка тежине, што захтева постављање гастростомске цеви. Деца са јувенилним почетком болести могу да доживе своју 4. деценију живота.[6]
Почетак ГМ1 код одраслих представља ослабљен облик са споријом прогресијом болести и веома благим дисморфним карактеристикама,[7] и већом клиничком варијабилности.[8] Почетак симптома се јавља у раном детињству до касних тинејџерских година, као што је описано код појединаца јапанског порекла.[2]
Пацијенти са свим типовима ГМ1 ганглиозидозе могу имати променљиву скелетну болест укључујући пецтус царинатум са променама кичме и ребара које доводе до рестриктивне болести плућа.[9] Радиографске промене могу омогућити диференцијацију између касног инфантилног и јувенилног облика болести типа II. Одонтоидна хипоплазија, као што је примећена код свих касних инфантилних пацијената, али не и код малолетних пацијената, захтева процену цервикалне кичме код касних инфантилних пацијената пре анестезије и анестетичку негу коју оптимално пружају педијатријски анестезиолози са искуством код пацијената са патологијом вратне кичме како би се спречио периоперативни морбидитет (морбидитет или морталитет).[9]
Прогресивна природа неуролошке болести код ГМ1 ганглиозидозе захтева пажљиво праћење. Биомаркери у крви, урину и биомаркери ЦСФ могу бити потенцијално корисни у том погледу. [10] Прогресија болести се такође може пратити коришћењем минимално инвазивног неуроимагинга. Код болести типа II и касни инфантилни и јувенилни пацијенти показују прогресивну атрофију у великом и малом мозгу са већом варијабилности и споријом прогресијом у јувенилном подтипу. Квантитативна магнетна резонантна спектроскопија (МРС) показује растуће дефиците Н - ацетил аспартата (НАА) у многим регионима мозга са већим и бржим дефицитима који се виде код брже прогресивног касног инфантилног подтипа.[11] Ови биомаркери прогресије болести такође су у корелацији са развојном прогресијом болести и могу послужити као корисне мере исхода за клиничка испитивања.
За разлику од ГМ1 ганглиозидозе, пацијенти са Моркио Б болешћу немају болест ЦНС, али могу имати неуролошки компромис због основне болести скелета, као што је компресија кичменог нерва.[12]
Постоји лоша корелација генотип-фенотип код ГМ1 ганглиозидозе која се показује клиничком варијабилности у старости почетка и прогресије болести чак и између браће и сестара са истим генотипом. Може се спекулисати да су полиморфизми или мутације у другим генима β-ГАЛ комплекса, заштитног протеина/катепсина А (ППЦА) и неураминидазе 1 (НЕУ1) (видети слику 1.) може објаснити ову варијабилност. Додатно ограничење за постизање тачне корелације генотип-фенотип представља начин на који се ензимски тест обично изводи коришћењем растворљивог флуорогеног супстрата који не одражава топологију и мембранско микроокружење природног супстрата, ГМ1 ганглиозида. Штавише, регулаторни и пост-транслациони механизми који модулишу катаболизам ГМ1 даље ометају тачно предвиђање клиничког тока болести код пацијената, ако се заснива само на резидуалној активности ензима против синтетичког супстрата.[13]
Већина пацијената са ГМ1 ганглиозидозом су сложени хетерозиготи и осим биалелних нултих мутација које производе болест типа И, тешко је приписати специфичне фенотипове било којој појединачној мутацији. Покушане су генерализације засноване на кристалографској структури ензима β-ГАЛ.[14] Мутације повезане са ганглиозидозом типа И/инфантилним почетком ГМ1 ганглиозидозе, углавном се налазе у региону језгра протеина и изазивају нестабилност β-гал, док су мутације повезане са блажим фенотиповима, као што су типови II и III ГМ1 ганглиозидозе, обично на површина протеина.[15]
Недавно је одређивање 3Д структуре мишјег β-гал у комплексу са ППЦА открило да неке мутације на конзервираним остацима аминокиселина пронађене код пацијената са ГМ1 ганглиозидозом утичу на формирање комплекса.[16] Ови налази додатно компликују корелацију генотип-фенотип, у односу на пенетрацију специфичних фенотипова болести.
Од укупно 261 пријављене патогене варијанте повезане са фенотипом ГМ1 ганглиозидозе и/или Моркио Б болести, већина њих су неразумне/бесмислице (194), а остале су замене:
за спајање (20),
мале делеције (25),
малa уметањa/дупликације (17),
мали индели (2),
бруто уметање/дупликације (2) и
једно велико брисање.
Највећи број мутација налази се у егзонима:
2 (26 варијанти),
6 (23 варијанте),
15 (21 варијанта) и
16 (24 варијанте).
Претходни извештаји имплицирају егзоне 2, 6 и 15 као жаришта за мутације, међутим егзон 16 такође садржи више патогених варијанти.[17]
Пошто ГМ1 првенствено утиче на мозак, циљана испорука мора да прође крвно-мождану баријеру (КМБ) приказаној на слици.
Све до недавно, терапија за ГМ1 ганглиозидозу била је ограничена на симптоматско лечење. Међутим, неколико експерименталних терапија је испробано на мишјим и мачјим моделима.[10] Пошто ГМ1 првенствено утиче на мозак, циљана испорука мора да прође крвно-мождану баријеру (КМБ) или да се испоручи директно у мозак.
Образложење терапије редукције супстрата (СРТ) је употреба инхибитора малих молекула ензима одговорних за биосинтезу ускладиштених супстрата.[18] На пример, миглустат, је Н -алкиловани иминошећер који је реверзибилни компетитивни инхибитор глукозилцерамид синтазе, ензима који катализује први посвећени корак у биосинтези већине гликосфинголипида, укључујући ганглиозиде .[18]
Овај приступ има за циљ да уравнотежи брзину биосинтезе гликосфинголипида са поремећеном стопом катаболизма гликосфинголипида.[18]Миглустат прелази крвно-мождану баријеру и тако се у принципу може применити за лечење болести складиштења гликосфинголипида које утичу на периферију и мозак.[19] Миглустат је одобрен за лечење типа 1 Гoшеове болести 2002. године и Ниман-Пикове болести типа Ц 2009. године.[20]
Миглустат је такође предложен за лечење ГМ1 ганглиозидозе, јер је установљено да је миглустат смањио ГМ1 ганглиозид у централном нервном систему мишјег модела са ГМ1 ганглиозидозом,[21] и довео је до функционалних побољшања и смањења запаљења мозга.[21]
Упркос доказаној ефикасности миглустата код других поремећаја складиштења, његова употреба код ГМ1 ганглиозидозе типа II је тестирана само код неколико пацијената. Током 2007. години[22] истраживачи су известили да је примена миглустата побољшала неуролошке функције код два пацијента са јувенилном ГМ1 ганглиозидозом.[22] А описали су и лично неуролошко побољшање код јувенилног облика болести.[23]
Миглустат у комбинацији са кетогеном исхраном коришћен је за лечење деце са ГМ1 и ГМ2 ганглиозидозом. Циљ ове студије је био да се сазна да ли ће синергистички ентерални режим за лечење ганглиозидоза показати побољшање укупног преживљавања и клиничке користи у неуроразвојним способностима код деце са болестима ганглиозидозе.[3]
Венглустат, је још један СРТ лек који се хемијски разликује од миглустата и дизајниран посебно да пређе крвно-мождану баријеру. Он је орално доступан инхибитор ензима глукозилцерамид синтазе.[24] Тренутно се истражује за ГМ1 ганглиозидозу и неколико друге лизозомне болести складиштења на истом путу деградације, укључујући касну ГМ2-ганглиозидозу (Теј-Саксову и Сандхофову болест), Фабријеву болест и неуронопатску Гошеову болест (тип III).
Ензимско појачавање терапије (ЕЕТ), такође названо фармаколошком шаперонском терапијом, предложено је за ГМ1.[25] Циљ је да се користе мали молекули за стабилизацију потенцијално нестабилних или погрешно савијених мутантних протеина у ендоплазматском ретикулуму како би се побољшала испорука лизозома и повећао полуживот.[26] Мали молекули пратиоци који прелазе крвно-мождану баријеру, били би предуслов за поремећаје са захваћеношћу ЦНС.[27]
Неколико фармаколошких пратиоца укључујући галактозу, Н -октил-4-епи-β-валиенамин (НОЕВ) алкилиране или флуороване деривате Н -бутилдеоксинојиримицина (НБ-ДЊ) и (5аР)-5а-Ц-пентил-4-епиизофагомин су тестиран против бројних ГЛБ1 мутантних ензима.[25][28][29]
Третман НОЕВ, аналогом галактозе, у раној фази болести смањио је прогресију болести и продужено преживљавање у мишјем моделу ГМ1 ганглиозидозе.[30] Утврђено је да једињење прелази крвно-мождану баријеру за испоруку ЦНС.[30]
Заједно, показало се да десетине ћелијских линија пацијената са мисенсе мутацијама реагују на горе наведене пратиоце, што у неким случајевима доводи до веће од 10-15% преостале β-гал активности довољне да се избегне акумулација супстрата.[31]
Фармаколошки пратиоци имају широку дистрибуцију у ткивима и могу се давати орално; што се сматраа главним предностима за лечење.[28] Поред тога, показало се да раде синергистички са другим терапијама, као што је ЕРТ.[32]
Ензимска супституциона терапија (ЕРТ) као потенцијални третман за ГМ1 ганглиозидозу је прво тестирана коришћењем пречишћеног,[33] или рекомбинантног,[34] мачјег β-гал ензима ин витро .
Пошто β-гал не може да пређе крвно-мождану баријеру, коришћено је неколико терапијских стратегија „тројанског коња“, укључујући стварање фузионих протеина ензима са лектинском подјединицом токсина Б (РТБ) рицина који инактивира рибозоме,[35] и на карбоксилни крај тешког ланца мишјег химерног моноклонског антитела против мишјег трансферинског рецептора (мТфР-ГЛБ1).[36]
Инкапсулација β-гал ензима у вештачке наночестице за пролазак кроз крвно-мождану баријеру такође је експериментисана ин витро.[37] Механичко пробијање крвно-мождане баријере описао је Чен са сарадницима који су користили директну интрацеребровентрикуларну (ИЦВ) инјекцију рхβ-гал β- гал –/– мишевима, што је довело до нормализације неуропатологије.[38]
Трансплантација матичних ћелија (СЦТ) у раној фази болести може ублажити симптоме код ГМ1 ганглиозидозе,[39] иако би за оптималну корист, попут Краббеове болести, трансплантација морала да се обави у првих неколико недеља живота ; снажан аргумент за универзални скрининг новорођенчади на ГМ1 болест. Иако се може успешно користити у ГМ1 ганглиозидози и може смањити висцералне карактеристике, дуготрајна корекција неуролошких симптома је мање вероватна. Побољшање је примећено код бебе са ГМ1 ганглиозидозом од 7 месеци која се након СЦТ развија нормално све док регресија није забележена у доби од 20–25 месеци.[40] Ризик од смртности у вези са процедуром са трансплантацијом се смањио са побољшањима у режимима хемотерапије и треба га размотрити у случајевима веома ране дијагнозе са ограниченим терапијским могућностима.[1]
Претклиничке студије на моделима мишева резултирале су продуженим животним веком, обнављањем активности β-гал и смањеним нивоима складиштења у ЦНС-у и периферним органима. Након успешног третмана на мишу студије су проширене на модел мачака са драматичним одговором у широкој распрострањености.[41] дистрибуција β-гал ензима, побољшана функција и знатно продужен животни век.[42] Драматично побољшање примећено код мишјих и мачјих модела,што је утрло пут заин витростудије на људским церебралним органоидима,[43] и накнадна клиничка испитивања фазе I код пацијената са болешћу типа I и типа II.
^Stone, D. L., and Sidransky, E. (1999). Hydrops fetalis: lysosomal storage disorders in extremis. Adv. Pediatr. 46, 409–440.
^Iyer, Neel S.; Gimovsky, Alexis C.; Ferreira, Carlos R.; Critchlow, Elizabeth; Al‐Kouatly, Huda B. (2021). „Lysosomal storage disorders as an etiology of nonimmune hydrops fetalis: A systematic review”. Clinical Genetics. 100 (5): 493—503. PMID34057202. S2CID235256639. doi:10.1111/cge.14005.
^Regier, D. S., Tifft, C. J., and Rothermel, C. E. (1993). “GLB1-related disorders,” in GeneReviews, eds M. P. Adam, H. H. Ardinger, R. A. Pagon, S. E. Wallace, L. J. H. Bean, G. Mirzaa, et al. (Seattle, WA: University of Washington).
^Suzuki, Y., Oshima, A., and Nanba, E. (2001). “β-Galactosidase deficiency (β-galactosidosis): GM1 gangliosidosis and Morquio B disease,” in The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease, eds C. R. Shriver, A. L. Beaudet, W. S. Sly, and D. Valle (New York, NY: McGraw Hill), 3775–3809.
^Regier, Debra S.; Kwon, Hyuk Joon; Johnston, Jean; Golas, Gretchen; Yang, Sandra; Wiggs, Edythe; Latour, Yvonne; Thomas, Sarah; Portner, Cindy; Adams, David; Vezina, Gilbert; Baker, Eva H.; Tifft, Cynthia J. (2015). „MRI/MRS as a surrogate marker for clinical progression in GM1 gangliosidosis”. American Journal of Medical Genetics Part A. 170 (3): 634—644. PMID26646981. S2CID19466710. doi:10.1002/ajmg.a.37468.
^Gorelik, Alexei; Illes, Katalin; Hasan, S. M. Naimul; Nagar, Bhushan; Mazhab-Jafari, Mohammad T. (2021). „Structure of the murine lysosomal multienzyme complex core”. Science Advances. 7 (20). Bibcode:2021SciA....7.4155G. doi:10.1126/sciadv.abf4155.
^Brunetti-Pierri, Nicola; Scaglia, Fernando (2008). „GM1 gangliosidosis: Review of clinical, molecular, and therapeutic aspects”. Molecular Genetics and Metabolism. 94 (4): 391—396. PMID18524657. doi:10.1016/j.ymgme.2008.04.012.
^ абвPlatt, Frances M.; d'Azzo, Alessandra; Davidson, Beverly L.; Neufeld, Elizabeth F.; Tifft, Cynthia J. (2018). „Lysosomal storage diseases”. Nature Reviews Disease Primers. 4 (1): 27. PMID30275469. S2CID52896843. doi:10.1038/s41572-018-0025-4.
^Cox, Timothy; Lachmann, Robin; Hollak, Carla; Aerts, Johannes; Van Weely, Sonja; Hrebícek, Martin; Platt, Frances; Butters, Terry; Dwek, Raymond; Moyses, Chris; Gow, Irene; Elstein, Deborah; Zimran, Ari (2000). „Novel oral treatment of Gaucher's disease with N-butyldeoxynojirimycin (OGT 918) to decrease substrate biosynthesis”. The Lancet. 355 (9214): 1481—1485. PMID10801168. S2CID45987273. doi:10.1016/S0140-6736(00)02161-9.
^Platt, Frances M.; d'Azzo, Alessandra; Davidson, Beverly L.; Neufeld, Elizabeth F.; Tifft, Cynthia J. (2018). „Lysosomal storage diseases”. Nature Reviews Disease Primers. 4 (1): 27. PMID30275469. S2CID52896843. doi:10.1038/s41572-018-0025-4.
^ абKasperzyk, Julie L.; El-Abbadi, Mohga M.; Hauser, Eric C.; d'Azzo, Alessandra; Platt, Frances M.; Seyfried, Thomas N. (2004). „N-butyldeoxygalactonojirimycin reduces neonatal brain ganglioside content in a mouse model of GM1 gangliosidosis”. Journal of Neurochemistry. 89 (3): 645—653. PMID15086521. S2CID40431744. doi:10.1046/j.1471-4159.2004.02381.x.
^ абTifft, C., Adams, D., and Morgan, C. (2007). „55 Miglustat improves function in patients with juvenile GM1 gangliosidosis”. Mol. Genet. Metab. 4: 24.CS1 одржавање: Вишеструка имена: списак аутора (веза).
^Deodato, Federica; Procopio, Elena; Rampazzo, Angelica; Taurisano, Roberta; Donati, Maria Alice; Dionisi-Vici, Carlo; Caciotti, Anna; Morrone, Amelia; Scarpa, Maurizio (2017). „The treatment of juvenile/Adult GM1-gangliosidosis with Miglustat may reverse disease progression”. Metabolic Brain Disease. 32 (5): 1529—1536. PMID28577204. S2CID254795029. doi:10.1007/s11011-017-0044-y.
^Begley, David; Pontikis, Charles; Scarpa, Maurizio (2008). „Lysosomal Storage Diseases and the Blood-Brain Barrier”. Current Pharmaceutical Design. 14 (16): 1566—1580. PMID18673198. doi:10.2174/138161208784705504.
^ абFront, Sophie; Biela-Banaś, Anna; Burda, Patricie; Ballhausen, Diana; Higaki, Katsumi; Caciotti, Anna; Morrone, Amelia; Charollais-Thoenig, Julie; Gallienne, Estelle; Demotz, Stéphane; Martin, Olivier R. (2017). „(5aR)-5a-C-Pentyl-4-epi-isofagomine: A powerful inhibitor of lysosomal β-galactosidase and a remarkable chaperone for mutations associated with GM1-gangliosidosis and Morquio disease type B”. European Journal of Medicinal Chemistry. 126: 160—170. PMID27750150. doi:10.1016/j.ejmech.2016.09.095.
^Samoylova, Tatiana I.; Martin, Douglas R.; Morrison, Nancy E.; Hwang, Misako; Cochran, Anna M.; Samoylov, Alexandre M.; Baker, Henry J.; Cox, Nancy R. (2008). „Generation and characterization of recombinant feline β-galactosidase for preclinical enzyme replacement therapy studies in GM1 gangliosidosis”. Metabolic Brain Disease. 23 (2): 161—173. PMID18421424. S2CID39684592. doi:10.1007/s11011-008-9086-5.
^Shield, J. P. H.; Stone, J.; Steward, C. G. (2005). „Bone marrow transplantation correcting β‐galactosidase activity does not influence neurological outcome in juvenile GM1‐gangliosidosis”. Journal of Inherited Metabolic Disease. 28 (5): 797—798. PMID16151914. S2CID20014394. doi:10.1007/s10545-005-0089-7.
^Takaura, N.; Yagi, T.; Maeda, M.; Nanba, E.; Oshima, A.; Suzuki, Y.; Yamano, T.; Tanaka, A. (2003). „Attenuation of ganglioside GM1 accumulation in the brain of GM1 gangliosidosis mice by neonatal intravenous gene transfer”. Gene Therapy. 10 (17): 1487—1493. PMID12900764. S2CID24786838. doi:10.1038/sj.gt.3302033.