Ciśnienie tętnicze jest mierzalną wypadkową działania złożonych układów regulujących średnicę naczyń, objętość minutową serca oraz skład i objętość przestrzeni wodnych organizmu. Wysokość ciśnienia tętniczego jest fenotypem zależnym od zmiennych wpływów środowiska na ekspresję wielu genów kodujących poszczególne składowe układów regulujących ciśnienie. W erze przed-genomowej główne źródło wiedzy na temat roli czynników genetycznych w patogenezie nadciśnienia stanowiły biometryczne badania rodzin. Ogólny wniosek, który i dzisiaj można sformułować na ich podstawie sprowadza się do stwierdzenia, że im bliższy stopień genetycznego pokrewieństwa, tym bardziej zbliżone wartości ciśnienia. Często szacuje się, że wysokość ciśnienia tętniczego jest w 30-40% uwarunkowana genetycznie, ale opinia taka interpretowana w sposób bezpośredni i uproszczony może być źródłem poważnych nieporozumień. Lapidarnie ujął to Harrap, twierdząc, że nonsensem jest wnioskowanie, że przy skurczowym ciśnieniu tętniczym równym 170 mmHg od genów zależy 68 mmHg, a pozostałe 102 mmHg warunkują tylko wpływy środowiska.

Wprowadzenie w ostatnich trzech dekadach nowoczesnych narzędzi diagnostycznych z dziedziny biologii molekularnej spowodowało olbrzymi postęp w wyjaśnianiu genetycznych mechanizmów wielu chorób, w tym i nadciśnienia tętniczego. Oczywiście, nawet najbardziej wyrafinowane metody molekularne nie zastąpią w rozpoznaniu nadciśnienia tradycyjnego pomiaru ciśnienia tętniczego. Nie takie jest bowiem ich miejsce we współczesnej hipertensjologii. Jesteśmy aktualnie nie tylko świadkami, ale i uczestnikami procesu zdobywania wiedzy na temat roli zmienności poszczególnych genów (polimorfizm genów kandydatów), a od kilku lat, dzięki metodom tzw. wysoce przepustowego genotypowania (high-throughput genotyping), również zmienności całego genomu w kształtowaniu podatności do nadciśnienia tętniczego i predyspozycji do jego powikłań narządowych, a także na temat dziedzicznych mechanizmów warunkujących skuteczność i bezpieczeństwo terapii hipotensyjnej (farmakogenetyka i farmakogenomika leków przeciwnadciśnieniowych). Natomiast, jak dotąd, jedynym praktycznym zastosowaniem badań genetycznych w hipertensjologii jest diagnostyka molekularna przyczyn rzadkich monogenowych form nadciśnienia tętniczego.

„Treasure your exceptions” – takiej rady udzielił słuchaczom blisko 100 lat temu pierwszy „mendlowski” genetyk sir William Bateson z Oxfordu podczas wykładu w Towarzystwie Królewskim. I choć nie jest do końca jasne, w jaki sposób doszedł on do powyższego wniosku, to właśnie wyjątki stwarzają niepowtarzalną możliwość poznania ogólnych reguł genetyki. Osiągnięcia genetyki molekularnej, także w zakresie nadciśnienia tętniczego, sprawiają, że dzisiaj zasada Batesona staje się jeszcze bardziej aktualna.

Dotychczas wykryto co najmniej 10 jednogenowych form nadciśnienia tętniczego (tab. 1). Część autorów do tej klasyfikacji włącza także monogenowe postacie guza chromochłonnego. Z kolei, niedobór 11β-hydroksylazy steroidowej i niedobór 17α-hydroksylazy steroidowej reprezentują odmiany wrodzonej hiperplazji nadnerczy, gdzie nadciśnienie jest tylko jednym z licznych objawów, będących następstwem zaburzonej steroidogenezy. Obniżenie aktywności 11β-hydroksylazy steroidowej w następstwie mutacji genu CYP11B1 prowadzi do zmniejszenia wytwarzania kortyzolu i gromadzenia się jego prekursorów, takich jak 11-deoksykortyzol i deoksykortykosteron (DOC). Ten ostatni, przejawiając właściwości mineralotropowe, nasila reabsorpcję sodu przez nerki, prowadzącą do hiperwolemii i nadciśnienia tętniczego. Nasilenie syntezy androgenów w następstwie wykorzystywania gromadzących się pośrednich związków steroidowych manifestuje się wirylizacją dziewcząt i przedwczesnym dojrzewaniem płciowym chłopców. Z kolei mutacje genu CYP17 powodują niedobór 17α-hydroksylazy, co prowadzi do zmniejszenia syntezy kortyzolu i hormonów płciowych oraz gromadzenia się steroidów pozbawionych grupy OH przy węglu C17. Nadmiar kortykosteronu i DOC stanowi przyczynę nadciśnienia z towarzyszącą hipokaliemią. Nadciśnieniu towarzyszy również hipogonadyzm u osób płci żeńskiej i obojnactwo rzekome u osób płci męskiej.

W 1963 roku Grant Liddle opisał pierwszy przypadek chorej rasy kaukaskiej z nadciśnieniem tętniczym, hipokaliemią, niską aktywnością reninową osocza oraz niskim stężeniem aldosteronu w osoczu. Chora nie reagowała na leczenie spironolaktonem, podczas gdy zastosowanie triamterenu i ograniczenie spożycia soli znormalizowało zarówno wartości ciśnienia, jak i wskaźniki biochemiczne. W latach 90. ubiegłego wieku stwierdzono, że przyczyną zespołu Liddle`a są mutacje genów SCNN1B i SCNN1G kodujących, odpowiednio: podjednostkę β lub γ nabłonkowego kanału sodowego (ENaC – Epithelial Sodium Channel). Wszystkie te mutacje, z wyjątkiem jednej, powodują skrócenie (mutacje utraty sensu) C-końcowych fragmentów tych podjednostek o kilkadziesiąt aminokwasów (maksymalnie o 75) lub zamianę aminokwasów (mutacje zmiany sensu) w obecnym w tym fragmencie motywie bogatym w prolinę tzw. motyw PY (PPPXY). Motyw PY jest niezbędny dla prawidłowej internalizacji kanału i jego następowej degradacji. Zaburzenie tego procesu prowadzi do konstytutywnej aktywacji ENaC i wzrostu reabsorpcji sodu w cewce dystalnej.

Zespół pozornego nadmiaru mineralokortykosteroidów (AME – Apparent Mineralocorticoid Excess), dziedziczony autosomalnie recesywnie, już we wczesnym okresie życia prowadzi do rozwoju nadciśnienia z typowym, bardzo niskim stężeniem aldosteronu w surowicy, niską aktywnością reninową osocza i hipokaliemią. Przyczyną nadciśnienia jest stymulacja receptora mineralokortykosteroidów (MR) w cewce dystalnej przez kortyzol. Ponieważ kortyzol i aldosteron mają zbliżone powinowactwo do MR, istnieje fizjologiczna ochrona receptora przed pobudzeniem go przez kortyzol. Jej mechanizm polega na przemianie kortyzolu do nieaktywnego kortyzonu w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę 11β-hydroksysteroidową typu 2 (11β-HSD2). Przemiana kortyzolu zapewnia selektywną stymulację receptora mineralokortykosteroidów przez aldosteron. Przyczyną zespołu AME są mutacje genu kodującego 11ß-HSD2 (HSD11B2), które prowadzą do utraty aktywności enzymu. Stąd też charakterystyczną cechą fenotypową AME jest wzrost ilości wydalanych z moczem metabolitów kortyzolu, w stosunku do ilości metabolitów kortyzonu.

W roku 2000 Geller i wsp. odkryli, że substytucja seryny na leucynę w pozycji 810 łańcucha polipeptydowego receptora mineralokortykosteroidów kodowanego przez gen NR3C2 (S810L NR3C2) zwiększa aktywność szlaku transdukcji receptora, prowadząc do rozwoju nadciśnienia tętniczego. Mutacja S810L zwiększa powinowactwo receptora nie tylko dla aldosteronu, ale także dla steroidów pozbawionych grupy hydroksylowej przy C21, takich jak progesteron. Odkrycie to stanowi wyjaśnienie zjawiska zaostrzenia przebiegu nadciśnienia u ciężarnych w tej rodzinie.

Rodzinny hiperaldosteronizm typu I (Familial Hyperaldosteronism type I – FH-I) określany też mianem hiperaldosteronizmu steroidozależnego lub hiperaldosteronizmu poddającego się leczeniu glikokortykosteroidami (GRA – Glucocorticoid-Remediable Aldosteronism), dziedziczony autosomalnie dominująco, związany jest z podatnością do krwotocznych udarów mózgu oraz do zaostrzenia przebiegu nadciśnienia w ciąży. Cechy fenotypowe, które odróżniają GRA m.in. od zespołu Liddle`a czy AME to podwyższone stężenie aldosteronu w osoczu oraz zwiększone wytwarzanie 18-oksokortyzolu (18-OF) i 18-hydroksykortyzolu (18-OHF). Przyczyną zespołu GRA jest pojawienie się nowego genu, który jest chimerą zbudowaną z promotora genu 11ß-hydroksylazy (CYP11B1) i części kodującej genu syntazy aldosteronu (CYP11B2). Ekspresja genu syntazy aldosteronu podlega wówczas regulacji przez ACTH. W wyniku pojawienia się genu chimerycznego CYP11B1/B2 dochodzi do ektopowej syntezy aldosteronu w warstwie pasmowatej kory nadnerczy, a w konsekwencji do nadciśnienia wywołanego zatrzymywaniem sodu i wody. Leczenie glikokortykosteroidami (deksametazon) powoduje obniżenie stężenia aldosteronu we krwi, normalizację ciśnienia tętniczego i zaburzeń metabolicznych. W odróżnieniu od GRA, typ drugi rodzinnego hiperaldosteronizmu (Familial Hyperaldosteronism type II – FH-II) nie poddaje się leczeniu glikokortykosteroidami, a jego przyczyną nie jest gen chimeryczny CYP11B1/B2. Cechy kliniczne i wskaźniki biochemiczne nie pozwalają na odróżnienie FH-II od sporadycznego pierwotnego hiperaldosteronizmu. Jedynie rodzinne występowanie i wczesny wiek ujawnienia się objawów mogą sugerować wrodzone podłoże choroby. Przy braku identyfikacji genu odpowiedzialnego za FH-II diagnostyka molekularna tego zespołu oparta jest na analizie sprzężenia. Na podstawie oceny dziedziczenia swoistych markerów mikrosatelitarnych w rodzinach dotkniętych FH-II wykluczono sprzężenie tego zespołu z genem syntazy aldosteronu lub genem kodującym pierwszy typ receptora angiotensyny II. W roku 2000 Lafferty i wsp. zidentyfikowali na siódmym chromosomie locus (7p22) sprzężony z tym typem rodzinnego hiperaldosteronizmu.

Z kolei zespół Gordon`a, czyli pseudohipoaldosteronizm typu II (PHAII – pseudohypoaldosteronism type II), dziedziczony autosomalnie dominująco, charakteryzuje się występowaniem nadciśnienia z hiperkaliemią, mimo prawidłowej filtracji kłębuszkowej. Niekiedy objawom tym towarzyszy łagodna hiperchloremia, kwasica metaboliczna i zmniejszenie aktywności reninowej osocza. Podawanie tiazydów powoduje normalizację zarówno wartości ciśnienia, jak i zmian elektrolitowych. Analiza sprzężenia prowadzona w rodzinach dotkniętych tą chorobą ujawniła niejednorodność przyczyn zespołu Gordon`a, wiążąc jego obecność z trzema loci: pierwszym położonym na długim ramieniu chromosomu 1, drugim umiejscowionym na krótkim ramieniu chromosomu 12 lub trzecim na chromosomie 17. W roku 2001 zespół kierowany przez Liftona zidentyfikował geny WNK1 i WNK4 (obecnie zalecane symbole: PRKWNK1 i PRKWNK2), których mutacje są przyczyną dwóch postaci PHAII. Oba geny kodują enzymy z nowoodkrytej rodziny kinaz białkowych WNK (with no K = lysine). Produkty tych genów są obecne w komórkach cewki dystalnej, z tym, że kinaza WNK1 znajduje się w cytoplazmie, podczas gdy kinaza WNK4 jest częścią połączenia ścisłego (tight junction complex). U chorych z PHAII sprzężonym z locus na chromosomie 12 wykryto duże delecje w obrębie pierwszego intronu PRKWNK1, a u osób z zespołem Gordona sprzężonym z locus na chromosomie 17 stwierdzano kosegregujące z chorobą cztery mutacje typu zmiany sensu, z których 3 były położone w odcinku genu PRKWNK4 kodującym fragment białka o wysoce konserwatywnej sekwencji (kodony 562, 564 lub 565). Obecność hiperchloremii i skuteczność terapii PHAII diuretykami tiazydowymi, swoistymi inhibitorami ko-transportera sodowo-chlorkowego (NCCT – Sodium Chloride Co-Transporter) sugerowały, że przyczyną zespołu Gordona może być wzrost aktywności NCCT. W roku 2003 wykazano, że WNK4 jest bezpośrednim inhibitorem NCCT, a swoiste dla PHAII mutacje genu kodującego tę kinazę znoszą jej zdolność hamowania ko-transportera. WNK4 wchodzi również w bezpośrednie interakcje z kanałem potasowym ROMK, a wyjaśnieniem typowej dla chorych z PHAII hiperkaliemii wydaje się być nasilenie procesu hamowania ROMK przez zmutowaną kinazę. Jak dotąd nie poznano jeszcze dokładnego patomechanizmu zespołu Gordona spowodowanego przez mutacje genu kodującego kinazę WNK1.

Na krótkim ramieniu chromosomu 12 (12p) zlokalizowany jest także locus sprzężony z jednogenową formą nadciśnienia skojarzoną z obecnością brachydaktylii typu E (HBS – Hypertension-Brachydactyly Syndrome). Nadciśnienie z brachydaktylią wykryto początkowo tylko u członków jednej rodziny w Turcji, a w następnych latach także w dwóch rodzinach w Ameryce Północnej. W odróżnieniu od zespołu Liddle`a, GRA, czy AME ta postać nadciśnienia charakteryzuje się prawidłową aktywnością reninową osocza i brakiem wrażliwości ciśnienia tętniczego na zmiany podaży sodu. Dodatkową charakterystyczną cechą fenotypową zespołu jest nieprawidłowy, kręty przebieg tętnicy móżdżkowej tylnej dolnej (tzw. PICA loop). Naraghi i wsp. sugerują, że ta anomalia naczyniowa, poprzez ucisk na brzuszno-boczną część rdzenia przedłużonego, może odgrywać istotną rolę w patogenezie nadciśnienia w tym zespole, a być może również w patogenezie nadciśnienia samoistnego. Obecność tej anomalii wykrywano jednak także u osób z prawidłowym ciśnieniem tętniczym. W roku 2004 badacze z zespołu Lufta okryli, że przyczyną HBS jest złożona rearanżacja (delecja, reinsercja i inwersja) na chromosomie 12p.

W tym samym roku Wilson i wsp. opisali dużą rodzinę dotkniętą nieznaną dotąd formą monogenowego nadciśnienia tętniczego. Oprócz podwyższonego ciśnienia tętniczego stałymi objawami u chorych członków tej rodziny była hipercholesterolemia i hipomagnezemia. Przenoszenie cech zespołu wyłącznie w linii matczynej sugerowało mitochondrialny typ dziedziczenia. Analiza genomu mitochondrialnego wykazała u dotkniętych chorobą członków tej rodziny obecność homoplazmicznej mutacji T4291C genu kodującego tRNA dla izoleucyny (tRNA^Ile). Następstwem tej mutacji jest zastąpienie przez cytozynę urydyny położonej tuż przed sekwencją antykodonu tRNA^Ile. W tej pozycji urydyna jest obecna („zakonserwowana”) niemal w każdym z rodzajów cząsteczek tRNA (wyjątek stanowi eukariotyczny incjatorowy tRNA^Met), gdyż zapewnia stabilizację przestrzenną pętli antykodonu tworząc poprzez swoją grupę aminową wiązanie wodorowe z fosforanem trzeciej zasady antykodonu. Brak wiązania wodorowego wskutek zastąpienia urydyny przez pozbawioną grupy aminowej cytozynę ma istotne znaczenie czynnościowe znacząco zaburzając wiązanie takiej cząsteczki tRNA z rybosomem.

W ostatnim czasie część autorów zajmujących się jednogenowymi formami nadciśnienia tętniczego wysunęła hipotezę, że częstość występowania niektórych z nich tj. GRA i zespołu Liddle`a może być wyższa niż początkowo przypuszczano. Czułość i swoistość algorytmu diagnostycznego opartego na analizie wywiadu rodzinnego, objawów klinicznych i biochemicznych wydaje się bowiem niezbyt wysoka, gdyż w zależności od pochodzenia etnicznego, lokalnych czynników środowiskowych oraz odziedziczenia „korzystnych” alleli niektórych genów przeciwdziałających efektom zmutowanych genów, obserwuje się olbrzymie zróżnicowanie cech fenotypowych u osób z mutacjami. Fenotypy te obejmują całe spektrum zmian, od praktycznie bezobjawowego nosicielstwa, poprzez obecność pojedynczych odchyleń biochemicznych (hipokaliemia lub niska aktywność reninowa osocza), aż do wcześnie ujawniającego się ciężkiego nadciśnienia tętniczego z groźnymi powikłaniami narządowymi. Ponadto, Mulatero i wsp. oraz Fardella i wsp. zwrócili uwagę, że u części chorych z pierwotnym hiperaldosteronizmem, którzy nie są nosicielami genu chimerycznego CYP11B1/B2, wynik testu hamowania deksametazonem jest fałszywie dodatni. Z drugiej strony, brak nosicieli tego genu wśród blisko 700 analizowanych chorych z nadciśnieniem samoistnym, wskazuje, że diagnostyka molekularna, która stanowi obecnie podstawę rozpoznania GRA, powinna obejmować jedynie członków rodzin dotkniętych tą formą jednogenowego nadciśnienia i ewentualnie dokładnie zdefiniowaną grupę ryzyka, jaką stanowią chorzy z pierwotnym hiperaldosteronizmem.

Samoistne (pierwotne) nadciśnienie tętnicze, które występuje u ok. 20% populacji jest chorobą o złożonej i wieloczynnikowej etiologii. W odróżnieniu od monogenowych form nadciśnienia spowodowanych mutacjami chorobotwórczymi pojedynczych genów, w nadciśnieniu samoistnym warianty alleliczne genów-kandydatów jedynie usposabiają do wyższych wartości ciśnienia (predisposition but not predestination). Dopiero łączne działanie czynników genetycznych i środowiskowych prowadzi do podwyższenia ciśnienia tętniczego, co jest podstawową cechą fenotypową tej choroby. Ta złożona wieloczynnikowa, a w tym i wielogenowa natura choroby oraz jej wewnętrzna niejednorodność stanowią istotne utrudnienia w wiarygodnej identyfikacji rzeczywistych genów-kandydatów nadciśnienia.

Dwie podstawowe strategie stosowane w określaniu genetycznej predyspozycji do samoistnego nadciśnienia tętniczego to tzw. badanie związku lub badanie asocjacyjne (association study) znane też jako badanie kliniczno-kontrolne (case-control study) oraz analiza sprzężeń (linkage analysis).

Bez wątpienia analiza sprzężeń przy zastosowaniu wysoce polimorficznych mikrosatelitarnych markerów DNA odgrywa kluczową rolę w identyfikacji loci genów, których mutacje stanowią przyczynę chorób jednogenowych, w tym jednogenowych form nadciśnienia tętniczego. Jednakże dla złożonej choroby wielogenowej, jaką jest samoistne nadciśnienie tętnicze, szansa identyfikacji regionów, gdzie zlokalizowane są geny, których produkty wywierają jedynie niewielki wpływ na wysokość ciśnienia jest niewielka. Stąd też w takich przypadkach, jako wystarczające kryterium wykrycia nieprzypadkowego sprzężenia przyjmuje się wartość LOD (logarythm of odds ratio, logarytm dziesiętny ilorazu szans) między 2 a 3, co należy rozumieć jako, odpowiednio, stu- lub tysiąckrotnie większą szansę wspólnej (nieprzypadkowej) segregacji alleli markera z badaną cechą fenotypową (chorobą). Takie zwiększenie czułości analizy kosztem jej swoistości powoduje, że geny obecne w zidentyfikowanych regionach mogą być uważane jedynie za prawdopodobnych, ale nie pewnych kandydatów nadciśnienia (tab. 2). Warto podkreślić, że wiele projektów skanowania genomu zamiast na identyfikacji loci dla cechy jakościowej, jaką jest nadciśnienie tętnicze, koncentrowało się na poszukiwaniu loci determinujących cechy typu ilościowego (QTL – Quantitative Trait Loci) tj. loci dla skurczowego lub rozkurczowego ciśnienia tętniczego (tab. 3). Wyniki tych badań wskazują na obecność na niemal każdym chromosomie człowieka loci prawdopodobnie sprzężonych z nadciśnieniem i/lub ciśnieniem tętniczym. Jednakże uwzględnienie w analizie statystycznej rygorystycznych kryteriów zalecanych przez Landera i Kruglyaka prowadzi do znacznego zmniejszenia liczby tych loci. Jak zauważył Morris, szczegółowa analiza ujawnia wiele poważnych nieprawidłowości i uproszczeń w tych projektach, że wskazana jest szczególna ostrożność w akceptacji wyników wielu z nich. Do najbardziej istotnych przyczyn obserwowanych rozbieżności i niespójności pomiędzy poszczególnymi opracowaniami zalicza się małą moc statystyczną, wynikającą z niewielkiej liczebności badanych par rodzeństwa, niejednorodność w zakresie charakterystyki fenotypowej oraz różnice etniczne lub rasowe. Odrębnym zagadnieniem jest informatywność zastosowanych markerów mikrosatelitarnych oraz ich położenie w stosunku do zidentyfikowanego locus. Mimo tych wszystkich zastrzeżeń, wyniki analizy sprzężeń niosą jednoznaczny przekaz, potwierdzając z jednej strony brak istnienia pojedynczego, głównego locus dla nadciśnienia samoistnego (major locus), a z drugiej strony, ukazując dużą heterogenność tej choroby. Według Sharmy, samoistne nadciśnienie tętnicze właściwie nie jest jednorodną jednostką chorobową, ale raczej należy je traktować, jako zbiór niezbyt dobrze zdefiniowanych zespołów, których wspólnym mianownikiem jest podwyższone ciśnienie. Zespoły te, niekiedy utożsamiane z fenotypami pośrednimi (np. z sodowrażliwością, z insulinoopornością, czy ze wzmożoną aktywnością układu współczulnego) mogą występować łącznie, a niewielkie efekty działania poszczególnych warunkujących je genów sumować się.

Stąd też analiza sprzężeń nie może zastąpić badań asocjacyjnych, które mimo wszystkich podnoszonych w stosunku do nich zastrzeżeń umożliwiają wykrywanie genów o rzeczywistym, choć niewielkim udziale w kształtowaniu predyspozycji do zachorowania.

Badania związku opierają się na prostym porównaniu częstości występowania określonych alleli danego genu kandydata w grupie niespokrewnionych chorych z nadciśnieniem (cases) i grupie kontrolnej osób bez nadciśnienia (control). W takich badaniach, oprócz odpowiedniej liczebności badanych grup, wysokiego stopnia etnicznej jednorodności grupy badanej i kontrolnej oraz szczegółowej i zbliżonej charakterystyki fenotypowej osób w obu grupach, kluczowe znaczenie ma określenie wiarygodnego genu kandydata, a następnie wybór polimorfizmu o istotnym znaczeniu dla funkcji produktu kodowanego przez ten gen. Wybór genu, a następnie jego polimorfizmu jest dokonywany na podstawie posiadanej a priori szczegółowej wiedzy o molekularnych i biochemicznych patomechanizmach nadciśnienia lub mechanizmach działania określonych leków hipotensyjnych. Wnioski z badań kliniczno-kontrolnych wyciąga się na podstawie udokumentowania różnic w rozpowszechnieniu poszczególnych genotypów pomiędzy grupami. Jednakże, część osób w grupie kontrolnej to również nosiciele allelu (alleli) „nadciśnienia”. Wśród przyczyn tego zjawiska wymienia się: brak u danego nosiciela wystarczającej liczby pozostałych alleli „chorobotwórczych” niezbędnych dla ujawnienia się fenotypu podwyższonego ciśnienia, równoważenie wpływu genów „nadciśnienia” przez geny „ochronne”, niepełną penetracją tj. obecność zmian fenotypowych jedynie u części nosicieli mutacji oraz różnice w narażeniu na niekorzystne wpływy środowiska (np. różnice w podaży sodu).

Tabela 4 zawiera przytoczoną za Morrisem listę genów-kandydatów z potwierdzonym udziałem w kształtowaniu predyspozycji do nadciśnienia tętniczego. Oczywiście dla każdego z tych genów istnieje również piśmiennictwo negujące ich związek z patogenezą nadciśnienia. Jednakże możliwość wiarygodnego oszacowania rzeczywistego znaczenia poszczególnych genów-kandydatów, np. przy zastosowaniu meta-analizy jest znacznie ograniczona z uwagi na trudności w opublikowaniu tzw. wyników negatywnych (publication bias). Z drugiej zaś strony, niepowodzenie w potwierdzeniu wykrytego powiązania niekoniecznie stanowi dowód przeciwko istnieniu tego powiązania. Niepowodzenie może być wynikiem różnic etnicznych, demograficznych, zmian proporcji płci czy też odrębności w zakresie niektórych cech fenotypowych. Ponadto, prawdopodobieństwo wykrycia związku pomiędzy określonym allelem genu kandydata a chorobą zależy od częstości tego allelu i stopnia jego powiązania z chorobą oraz od jednorodności badanej populacji. Stąd też spore nadzieje budzą badania tzw. „trios” przy zastosowaniu metody TDT (Transmission Disequilibrium Test). W skład „trios” wchodzą osoby dotknięte analizowaną chorobą (np. chorzy z nadciśnieniem samoistnym) oraz ich rodzice heterozygotyczni w zakresie badanego polimorfizmu. W teście tym określa się, czy jeden z alleli nie jest przekazywany chorym częściej niż drugi (zgodnie z prawem Mendl`a przy braku powiązania z chorobą oba allele powinny być przekazywane potomstwu z równą częstością). Ponieważ metoda TDT nie daje wyników fałszywie dodatnich, stąd też Altshuler i wsp. proponują, aby pozytywne wyniki klasycznych badań związku traktować jedynie jako prawdopodobne do czasu ich potwierdzenia metodą „trios”.

Z kolei tabela 5 zawiera przytoczoną za Rafiq i wsp. listę polimorfizmów genetycznych, związanych ze skurczowym i rozkurczowym ciśnieniem tętniczym lub nadciśnieniem tętniczym, które zidentyfikowano w oparciu o metodę badań asocjacyjnych całego genomu.

Mimo iż samoistne nadciśnienie tętnicze jest bez wątpienia złożoną chorobą o etiologii wielogenowej, to dopiero w ostatnim czasie podjęto próby łącznej analizy przynajmniej kilku polimorfizmów, w celu opisania kombinacji alleli, których odziedziczenie warunkuje podatność do rozwoju nadciśnienia lub ujawnienia się jego fenotypów pośrednich. Halushka i wsp. u osób reprezentujących różne grupy etniczne dokonali analizy 874 SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms, polimorfizm pojedynczych nukleotydów) w 75 genach kandydatach nadciśnienia (analizą objęto fragment genomu o długości 28 milionów pz). I jakkolwiek autorzy nie odkryli układu polimorfizmów swoistego dla nadciśnienia, to ich praca stanowi modelowy przykład zastosowania bardzo wydajnych metod diagnostyki molekularnej.

Wydaje się, że dzięki postępowi metodycznemu i technologicznemu w analizie DNA w ciągu kilku lat dokona się weryfikacja rzeczywistej patofizjologicznej roli produktów poszczególnych wariantów genów kandydatów. Z drugiej strony warto jednak zaznaczyć, że najważniejszym celem oceny polimorfizmu DNA nie jest odpowiedź na pytanie, czy korelacja pomiędzy szczególnym układem alleli, a ryzykiem choroby jest statystycznie znamienna, ale to, jakie jest praktyczne znaczenie tej korelacji. Jak dotąd bowiem, wykazanie klinicznej użyteczności takiej analizy było dość trudne. Jednak to właśnie SNPs wydają się być kluczem do zrozumienia patogenezy złożonych chorób cywilizacyjnych, w tym samoistnego nadciśnienia tętniczego.

Wykrycie swoistego układu alleli genów kandydatów predysponującego do podwyższonych wartości ciśnienia mogłoby stać się podstawą do opracowania testów diagnostycznych, pozwalających na określenie indywidualnego ryzyka zachorowania. Rodzi się jednak uzasadniona wątpliwość, czy będzie w ogóle możliwe pełne poznanie genetycznego podłoża samoistnego nadciśnienia? Mnogość loci „nadciśnienia” i stale wzrastająca liczba jego genów-kandydatów wskazuje, że cecha ta jest determinowana przez bardzo znaczną liczbę młodych ewolucyjnie, a więc i rzadkich, swoistych etnicznie alleli wywierających jedynie niewielki indywidualny wpływ na kształtowanie się fenotypu ciśnienia. Bardziej optymistyczny scenariusz zakłada istnienie tylko kilku głównych, ewolucyjnie starszych, a przez to bardziej rozpowszechnionych wariantów genów warunkujących fenotyp podwyższonego ciśnienia tętniczego. Dostępne na dzień dzisiejszy narzędzia genetyki molekularnej nie pozwalają jednak na wiarygodne rozstrzygnięcie tego problemu.

Farmakogenetyka jest dyscypliną nauki, która zajmuje się dziedzicznymi różnicami w odpowiedzi organizmu na lek, a przez to i przewidywaniem reakcji na lek w praktyce klinicznej. Pokrewna tej dyscyplinie farmakogenomika ogniskuje się na identyfikacji w genomie nowych potencjalnych punktów uchwytu dla leków, a przez to i na celowanym wyborze substancji i związków chemicznych dla rozwoju nowych leków. W ostatnim czasie coraz częściej mianem farmakogenomiki określa się badania farmakogenetyczne obejmujące analizę wariantów więcej niż jednego genu, a niekiedy nawet analizę zmienności genetycznej w zakresie pełnego genomu.

W klasycznym ujęciu przedmiotem badań farmakogenetyki są wrodzone różnice w metabolizmie leków spowodowane polimorfizmem genów kodujących enzymy ich biotransformacji. Obecnie obszar zainteresowania farmakogenetyki obejmuje już praktycznie wszystkie genetyczne apekty działania leków, w tym i polimorfizm genów kodujących białka stanowiące punkt ich uchwytu (receptory, enzymy, kanały jonowe itd.) lub ściśle z nimi powiązane składowe wewnątrzkomórkowych szlaków transdukcji sygnału (m.in. białka G, kinazy i fosfatazy białkowe, fosfolipazy, cyklazy, fosfodiesterazy itd.).

Z klinicznego punktu widzenia, podstawowe znaczenie w metabolizmie leków odgrywają reakcje utleniania (m.in. N-hydroksylacja, S-, N- i O-dealkilacja, oksydatywna dezaminacja lub hydroksylacja pierścieni aromatycznych i łańcuchów alifatycznych) katalizowane przez wątrobowe izoenzymy cytochromu P450 (CYP). W ludzkim genomie obecnych jest co najmniej 55 genów różnych izoenzymów tego cytochromu. Wszystkie izoenzymy CYP są hemoproteinami i na podstawie homologii ich sekwencji przyporządkowuje się je do różnych rodzin opisywanych kolejnymi numerami: CYP1, CYP2 itd. Dotychczas u ludzi wyodrębniono co najmniej 20 rodzin cytochromu P450. Rodziny z kolei dzieli się na swoiste podrodziny, rozróżniając je kolejnymi literami alfabetu np. CYP1A, CYP2C. Dopisanie na końcu do nazwy podrodziny kolejnego numeru wskazuje określony gen np. CYP2C9.

Izoenzym kodowany przez gen CYP2C9 katalizuje przemiany wielu ważnych leków, w tym m.in. losartanu. Produktem tej reakcji dla losartanu jest jego czynny metabolit (E-3174), który w głównej mierze warunkuje hipotensyjny efekt leku. Do tej pory zidentyfikowano co najmniej 12 wariantów genu CYP2C9, z tym, że u osób rasy kaukaskiej oprócz allelu CYP2C9*1 (allel typu dzikiego) wykrywa się głównie allel CYP2C9*2 (mutacja R144C w eksonie 3) lub CYP2C9*3 (mutacja I359L w eksonie 7). Rzadką odmianą allelu *3 jest substytucja izoleucyny przez treoninę (I359T). Ponadto, w promotorze genu CYP2C9 zidentyfikowano 7 SNPs, które z racji częściowego sprzężenia mogą tworzyć jeden z sześciu swoistych wzorów tj. haplotypów. Dwa z tych haplotypów (nr 2 i nr 5) warunkują niską wydajność transkrypcji genu CYP2C9 in vitro, a ponadto pierwszy z nich pozostaje w pełnym sprzężeniu z wariantem CYP2C9*3. Częstość zmutowanych alleli w populacji europejskiej szacuje się: dla wariantu *2 na 10.7-12.5%, a dla wariantu *3 na 7.4-8.5%. W roku 2001 Yasar i wsp. wykazali, że w warunkach in vitro oksydacja losartanu katalizowana przez enzym z frakcji mikrosomalnej wątroby osób z przynajmniej jednym allelem CYP2C9*3 lub homozygot *2/*2 jest znacznie obniżona w porównaniu do homozygot typu dzikiego (dwa allele CYP2C9*1). Wyniki badań farmakokinetycznych potwierdzają, że również in vivo polimorfizm genu CYP2C9 odgrywa istotną rolę w kształtowaniu międzyosobniczych różnic w procesie oksydacji i aktywacji losartanu. Wyniki badań SILVHIA (Swedish Irbesartan Left Ventricular Hypertrophy Investigation versus Atenolol) sugerują, że polimorfizm CYP2C9 ma istotny wpływ na skuteczność terapii hipotensyjnej z użyciem innego preparatu z klasy sartanów, irbesartanu. Prawdopodobnie w wyniku wolniejszej eliminacji irbesartanu (w odróżnieniu od losartanu nie jest on pro-lekiem) jego skuteczność hipotensyjna u chorych z allelem CYP2C9*2 jest większa w porównaniu do homozygot typu dzikiego (CYP2C9*1/CYP2C9*1).

Tabele 6-9 zawierają zestawienie najważniejszych badań poświęconych dziedzicznym uwarunkowaniom zróżnicowania farmakodynamiki diuretyków, inhibitorów konwertazy angiotensyny I, blokerów receptora angiotensyny i beta-blokerów. Te zestawienia tabelaryczne warto jeszcze uzupełnić o przedstawienie wyników największego, jak dotąd, zakończonego badania farmakogenetycznego u chorych z nadciśnieniem tętniczym. W projekcie GenHAT (The Genetics of Hypertension-Associated Treatment), stanowiącym część farmakogenetyczną badania ALLHAT analizowano związek polimorfizmu I/D ACE z odpowiedzią na monoterapię hipotensyjną u 37 939 chorych losowo przydzielonych do jednego z czterech sposobów farmakoterapii tj. leczenia chlortalidonem, lizynoprylem amlodypiną lub doksazosyną. Na podstawie wyników półrocznego monitorowania zmian ciśnienia tętniczego stwierdzono, że genotyp ACE nie jest wskaźnikiem prognostycznym pozwalającym na przewidywanie odpowiedzi na ww. leki hipotensyjne. Z kolei, Lynch i wsp. w dokonanej post hoc analizie 8233 chorych z Ameryki Północnej włączonych do badania ALLHAT poszukiwali powiązania zmian ciśnienia tętniczego z dwoma polimorfizmami (G664A i T2238C) genu NPPA kodującego przedsionkowy peptyd natriuretyczny. Autorzy ci wykazali brak związku pierwszego z tych polimorfizmów ze zmianami ciśnienia tętniczego, a także odkryli, że u homozygot C2238/C2238 leczonych chlortalidonem obniżenie skurczowego ciśnienia tętniczego było istotnie większe w porównaniu do osób przyjmujących lizynopryl (odpowiednio: -6,5 mmHg i -2,4 mmHg).

Warto też zauważyć, że we wspominanym już projekcie SILVHIA nie tylko analizowano związek polimorfizmu genetycznego z efektem hipotensyjnym 12-tygodniowej terapii irbesartanem, ale także ze zmianami masy lewej komory (LK) serca przy kontynuacji leczenia przez kolejne 36 tygodni. Hallberg i wsp. wykryli m.in., że regresja przerostu LK pod wpływem wielotygodniowego leczenia irbesartanem była największa u homozygot R528/R528 genu ALAP kodującego pochodzącą z adipocytów aminopeptydazę leucynową lub u nosicieli allelu C915 genu kodującego transformujący czynnik wzrostu typu beta 1. Natomiast chorzy z homozygotycznym genotypem +9/+9 pierwszego eksonu genu B2BKR kodującego receptor B2 dla bradykininy charakteryzowali się w tym zakresie najgorszą odpowiedzią na leczenie.

Z kolei, Schelleman i wsp. przyjęli zawał mięśnia sercowego lub udar mózgu jako punkty końcowe dla oceny efektywności stosowania inhibitorów enzymu konwertującego włączonych do Rotterdam Study (dziesięcioletnia prospektywna obserwacja 4097 chorych z nadciśnieniem tętniczym). Autorzy ci wykazali wzrost ryzyka zawału serca u nosicieli co najmniej jednego allelu T235 (genotyp MT lub TT) genu AGT kodującego angiotensynogen, a także niższe ryzyko zawału u nosicieli co najmniej jednego allelu C573 (genotyp CT lub CC) genu AGTR1 kodującego pierwszy typ receptora dla angiotensyny II. Nie stwierdzono takich zależności ani dla trzeciego z analizowanych polimorfizmów tj. I/D ACE, ani też dla każdego z trzech polimorfizmów dla drugiego punktu końcowego, jakim był udar mózgu.

W 2007 roku Moore i wsp. opublikowali wyniki randomizowanego, podwójnie ślepego badania klinicznego ukierunkowanego na porównanie efektu hipotensyjnego inhibitora reniny aliskirenu (dawki: 37,5, 75, 150 i 300 mg stosowane, odpowiednio: u 44, 44, 41 i 43 chorych) i losartanu (dawka 100 mg stosowana u 40 chorych) podawnych przez 4 tygodnie. Efekt hipotensyjny był oceniany w odniesieniu do polimorfizmu genu kodującego reninę. Średnie odniżenie ciśnienia tętniczego w nocy było u chorych leczonych losartanem istotnie większe u nosicieli co najmniej jednego allelu T(-5312) genu reniny (tj. u heterozygot CT lub homozygot TT) w porównaniu do homozygot CC (odpowiednio: -12,9/-7,9 i -7,1/-4,2). Natomiast u chorych leczonych aliskirenem w dawce 150 lub 300 mg to u nosicieli co najmniej jednego allelu T(-5312) genu reniny nocne obniżenie ciśnienia tętniczego było znamiennie mniejsze w porównaniu do homozygot CC (odpowiednio: 5,4/-4,1 i -10,1/-6,5).

Niepełne i niespójne, a niekiedy wręcz sprzeczne wyniki tych badań sprawiają, że nadal brak jest racjonalnego uzasadnienia dla proponowania chorym określonego rodzaju terapii hipotensyjnej w oparciu o wynik analizy polimorfizmu pojedynczego genu. Przy wyborze terapii hipotensyjnej dla indywidualnego chorego zapewne bardziej przydatna okaże się analiza haplotypów czy kombinacji SNPs. Argumentem wspierającym taki sposób myślenia mogą być np. wyniki pracy Liljedahl i wsp. Zastosowanie wydajnej technologii mikromacierzy DNA (DNA microarray) umożliwiło tym badaczom szybkie i wiarygodne określenie zestawu 74 SNPs w 25 genach-kandydatach nadciśnienia tętniczego u 97 chorych uczestniczących w projekcie SILVHIA. Spośród tych wariantów wyodrębniono „wzór” kilku SNPs (dla leczonych irbesartanem złożony z czterech – tabela 8, a dla leczonych atenololem z pięciu SNPs – tabela 9) pozwalający z wysokim prawdopodobieństwem (> 50%) na przewidywanie skuteczności farmakoterapii.

Wydaje się, że w niedalekiej przyszłości analizy z zastosowaniem wysoce przepustowych technik genotypowania, takich jak np. mikromacierze DNA powinny stanowić naturalne uzupełnienie tradycyjnej oceny opartej na klasycznych kryteriach klinicznych, takich jak: płeć, wiek, rasa czy masa ciała. Osobnym zagadnieniem oprócz standaryzacji i walidacji metod molekularnych, pozostaje problem gromadzenia, katalogowania i analizy olbrzymiej ilości danych uzyskanych tą drogą. Jednakże, dostępność możliwie pełnego „profilu molekularnego” pojedynczego chorego, jeszcze przed wdrożeniem leczenia, pozwoli na bardziej racjonalny wybór leku, który zapewni osobie nim leczonej osiągnięcie maksymalnego efektu terapeutycznego przy braku niepożądanych działań ubocznych.