Клініко-генетична характеристика дітей з хворобою Гоше та перспективи покращення якості їх життя

Зозуля О.В. Клініко-генетична характеристика дітей з хворобою Гоше та перспективи покращення якості їх життя. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.

         Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 228 «Педіатрія», галузь знань 22 «Охорона здоров’я».

 

         Хвороба Гоше 1 типу (ХГ1) – рідкісне спадкове лізосомне захворювання, зумовлене патогенними варіантами гена бета-глюкозидази (GBA1) та дефіцитом лізосомної β-глюкоцереброзидази. Наслідком порушення внутрішньоклітинного метаболізму є накопичення глюкозилцераміду та споріднених метаболітів, що спричиняє ураження системи мононуклеарних фагоцитів із розвитком гематологічних, вісцеральних і кісткових проявів. Клінічний перебіг ХГ1 характеризується значною варіабельністю, а вираженість симптомів і відповідь на ферментозамісну терапію можуть відрізнятися навіть у пацієнтів із різними клінічними проявами одного захворювання.

         Своєчасне розпізнавання ХГ1 у дітей ускладнюється неспецифічністю початкових симптомів, зокрема анемії, тромбоцитопенії, гепатоспленомегалії та кісткового болю. Важливе значення для діагностики й моніторингу має визначення глюкозилсфінгозину (Lyso-GL1), який відображає активність патологічного процесу та динаміку відповіді на лікування. Водночас інтерпретація цього біомаркера потребує врахування клінічного фенотипу, генетичних особливостей і тривалості терапії.

         Важливим компонентом комплексного спостереження за дітьми з ХГ1 є оцінювання якості їхнього життя та функціонального стану. Хронічні прояви захворювання можуть супроводжуватися загальною і когнітивною втомою, порушеннями сну та відпочинку, що не завжди відображається лише стандартними клінічними й лабораторними показниками. Тому комплексне дослідження клініко-генетичних характеристик, біомаркерів, терапевтичної відповіді та показників втоми є важливим для індивідуалізації спостереження за дітьми з ХГ1.

         Метою дослідження було визначити клініко-генетичні закономірності перебігу ХГ 1 типу в дітей, оцінити зв’язок генетичних і клініко-лабораторних характеристик із тяжкістю захворювання, відповіді на ферментозамісну терапію (ФЗТ) та показниками якості життя для обґрунтування персоналізованого підходу до лікування й довготривалого спостереження.

         Об’єкт дослідження: ХГ 1 типу в дітей, особливості її клінічного перебігу та динаміка клініко-лабораторних показників на тлі тривалої ферментозамісної терапії.

         Предмет дослідження: клінічні, гематологічні, біохімічні, інструментальні та молекулярно-генетичні характеристики ХГ1 у дітей; особливості генотип-фенотипових взаємозв’язків; динаміка специфічного біомаркера Lyso-GL1 і показників відповіді на лікування іміглюцеразою; показники втоми, сну й відпочинку та когнітивної втоми як складові оцінювання якості життя.

         У роботі застосовано клінічні, лабораторні, біохімічні, інструментальні, молекулярно-генетичні та статистичні методи. Проаналізовано клінічні прояви ХГ1, показники периферичної крові, біохімічні маркери, результати інструментального оцінювання ураження внутрішніх органів і кісткової системи, а також генетичні варіанти GBA1. Вивчено динаміку клініко-лабораторних характеристик і рівня Lyso-GL1 на тлі тривалої ферментозамісної терапії іміглюцеразою. Якість життя та пов’язані з ним функціональні прояви оцінювали за допомогою Шкали якості життя у дітей Pediatric Quality of Life (PedsQL) із залученням оцінок дітей та їхніх батьків.

         Статистичну обробку результатів дослідження проводили з використанням програмного забезпечення R (версія 4.3.2) у середовищі RStudio (версія 2023.12.0.369). Для формування таблиць і графічного представлення результатів використовували Microsoft Excel 2010. Застосовували методи описової та порівняльної статистики. Категоріальні показники представляли у вигляді абсолютних і відносних частот, кількісні показники – з урахуванням характеру їхнього розподілу. Нормальність розподілу оцінювали за допомогою критерію Шапіро-Вілка. Для опису кількісних даних використовували середнє арифметичне, стандартне відхилення, мінімальні та максимальні значення. Для порівняння кількісних показників використовували параметричні або непараметричні методи залежно від розподілу даних і характеристик вибірок. До параметричних методів відносили критерій Стьюдента. Для оцінювання змін кількісних показників у динаміці визначали абсолютну різницю між значеннями, а за потреби – відносну зміну у відсотках і 95% довірчі інтервали. Взаємозв’язки між досліджуваними показниками оцінювали за відповідними статистичними характеристиками. Для аналізу категоріальних даних використовували таблиці спряженості та розподіл абсолютних і відносних частот. Внутрішню узгодженість опитувальника оцінювали за коефіцієнтом альфа Кронбаха. Додатково аналізували зв’язок окремих пунктів із сумарними показниками шкал, значення альфа Кронбаха в разі вилучення окремого пункту, факторні навантаження та коефіцієнти детермінації (R²). Статистичну значущість відмінностей визначали на рівні p < 0,05. Інтерпретацію результатів здійснювали з урахуванням обсягу вибірки, чисельності порівнюваних груп, характеру розподілу даних і клінічного значення отриманих результатів.

         Дослідження виконано за ретроспективно-проспективним поздовжнім дизайном із вивченням клініко-лабораторних та інструментальних показників у дітей із ХГ1 до початку лікування та в динаміці тривалої ФЗТ.

         У дослідження включено 27 дітей з ХГ1 типу. Встановлено клініко-лабораторну гетерогенність захворювання, що проявлялася різним ступенем ураження кровотворної системи, внутрішніх органів і кісткової тканини. На час встановлення діагнозу спленомегалію виявлено у 92% пацієнтів (25 дітей), тромбоцитопенію – у 74% (20 дітей), гепатомегалію – у 63% (17 дітей), анемію – у 51% (14 дітей). Кістковий біль відзначався у 48% обстежених (13 дітей), кісткові кризи – в 11% (3 дітей), тоді як рентгенологічні ознаки ураження кісткової системи виявлено у 70% пацієнтів (19 дітей). Така розбіжність між клінічними симптомами та інструментальними змінами підтверджує необхідність комплексного оцінювання кісткового ураження навіть за відсутності виражених скарг.

         Порівняння клініко-лабораторних показників до початку лікування та після п’яти років ФЗТ іміглюцеразою засвідчило позитивну динаміку основних гематологічних і біохімічних характеристик. Середній рівень гемоглобіну зріс із 87 до 110 г/л, кількість тромбоцитів – із 79 до 179 × 10⁹/л. Відзначено зменшення гепатоспленомегалії, регрес кісткового болю та кісткових кризів, зниження активності аланінамінотрансферази й аспартатамінотрансферази та концентрації Lyso-GL1. Водночас у частини дітей зберігалися залишкові прояви ураження кісткової системи та відхилення окремих біохімічних показників, що свідчить про неоднорідність відповіді органів і систем на тривале лікування.

         Молекулярно-генетичний аналіз охоплював три варіанти генотипу: N370S/N370S – у 11 дітей, L444P/L444P – у 9 дітей і N370S/84GG – у 7 дітей. Виявлено відмінності клінічного фенотипу залежно від генетичного варіанта. У пацієнтів із генотипом N370S/84GG спостерігали більш виражені вихідні клініко-лабораторні зміни, зокрема ураження внутрішніх органів і кісткової системи, а також вищі значення Lyso-GL1. Після п’яти років терапії у цій групі відзначали повільніше зниження біомаркера та збереження його підвищених показників. Однак ці результати потребують обережного трактування з огляду на невеликий обсяг генетичних підгруп і відсутність статистично значущих відмінностей за окремими порівняннями.

         Вивчення Lyso-GL1 підтвердило його значення як специфічного біомаркера для оцінювання активності ХГ1 і динаміки терапевтичної відповіді. Підвищені показники виявляли за наявності анемії, тромбоцитопенії, гепатоспленомегалії та кісткових проявів. Після п’яти років ФЗТ рівень Lyso-GL1 знижувався, однак у досліджуваній когорті не досягав нормальних значень у всіх пацієнтів. Найбільш виражене збереження підвищених показників спостерігали у дітей із генотипом N370S/84GG, що вказує на доцільність індивідуального моніторингу з урахуванням генетичних особливостей і клінічної відповіді.

         Окремий напрям дослідження становило оцінювання втоми та функціонального стану дітей з ХГ1 за допомогою PedsQL. Порівняння оцінок дітей і батьків на вихідному етапі не виявило статистично значущих відмінностей за загальною втомою, сном і відпочинком, когнітивною втомою та сумарним показником. Сумарна оцінка становила 2,28 ± 0,48 бала за оцінками дітей і 2,32 ± 0,50 бала за оцінками батьків (p = 0,76), що може вказувати про загальну узгодженість їхніх оцінок досліджуваних проявів.

         У динаміці лікування встановлено статистично значуще зниження сумарного показника втоми з 2,29 ± 0,48 до 1,67 ± 0,51 бала (p < 0,01), що відповідало відносній зміні на 27,07%. Найвиразніша позитивна динаміка спостерігалася за доменом загальної втоми – 36,00%; за показником сну й відпочинку вона становила 26,25%, а за когнітивною втомою – 18,18%. Таким чином, на тлі лікування відзначено покращення показників втоми, однак когнітивна втома характеризувалася найменш вираженими змінами, що вказує на збереження окремих функціональних обмежень. Високий коефіцієнт внутрішньої узгодженості шкали Кронбаха (α = 0,94-0,95) підтверджував належну узгодженість її пунктів у досліджуваній вибірці.

         У роботі також описано клінічний випадок гострої лімфобластної лейкемії (ГЛЛ) у п’ятирічної дитини з ХГ1, яка отримувала ФЗТ. Діагноз ГЛЛ встановлено на підставі комплексного клінічного, морфологічного, цитохімічного, імунофенотипового та молекулярно-генетичного обстеження. Лікування супроводжувалося гематологічними, інфекційними й токсичними ускладненнями, які потребували корекції програмної терапії. Досягнення клініко-гематологічної ремісії засвідчило можливість проведення спеціалізованого онкогематологічного лікування за умов мультидисциплінарного супроводу. Описаний випадок має клінічне значення для диференційної діагностики нових або прогресуючих гематологічних змін у дітей із ХГ1, однак не дає підстав робити висновки про причинний зв’язок між ХГ1 і розвитком лейкемії.

         У дослідженні комплексно охарактеризовано клініко-лабораторні прояви ХГ1 у дітей у взаємозв’язку з генетичними варіантами GBA1, показниками специфічного біомаркера Lyso-GL1 і динамікою відповіді на тривалу ФЗТ. Уточнено особливості клінічного фенотипу та терапевтичної відповіді в дітей із генотипами N370S/N370S, L444P/L444P і N370S/84GG. Показано, що покращення основних гематологічних та окремих біохімічних показників не завжди супроводжується повною нормалізацією специфічного біомаркера або зникненням усіх проявів ураження кісткової системи.

         Доповнено уявлення про динаміку втоми та пов’язаних із нею функціональних проявів у дітей із ХГ1 у процесі лікування. Встановлено покращення сумарного показника втоми та різну вираженість змін за окремими доменами, зокрема менш виражену динаміку когнітивної втоми порівняно із загальною втомою. Проаналізовано відповідність оцінок втоми дітей та їхніх батьків і підтверджено високу внутрішню надійність використаної шкали в досліджуваній когорті.

         Результати дослідження обґрунтовують комплексний підхід до ведення дітей із ХГ1, який поєднує клінічне оцінювання гематологічних, вісцеральних і кісткових проявів, молекулярно-генетичну характеристику, визначення Lyso-GL1 та оцінювання динаміки відповіді на ФЗТ. Збереження підвищеного рівня Lyso-GL1 або залишкових клінічних проявів після тривалого лікування є підставою для подальшого індивідуалізованого спостереження, а не для оцінювання ефективності терапії лише за окремими показниками периферичної крові.

         Застосування PedsQL дає змогу доповнити стандартний клініко-лабораторний моніторинг оцінюванням загальної та когнітивної втоми, сну й відпочинку. Це допомагає виявляти функціональні проблеми, які можуть зберігатися навіть за позитивної динаміки лабораторних показників, і враховувати їх під час комплексного спостереження за дитиною.

         Ключові слова: хвороба Гоше 1 типу; діти; мутації гена GBA; клініко-генетична характеристика; біомаркери; спленомегалія; анемія; тромбоцитопенія; кісткові ураження; хронічний біль; запалення; гемостаз; фібриноліз; молекулярна діагностика; ферментозамісна терапія; лейкоз; міждисциплінарний підхід; якість життя.

 

ABSTRACT

Zozulya O.V. Clinical and genetic characteristics of children with Gaucher disease and prospects for improving their quality of life. – Qualification scientific work in the form of a manuscript.

Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 228 "Pediatrics", field of knowledge 22 "Health Care".

 

Gaucher disease type 1 (GD1) is a rare hereditary lysosomal disease caused by pathogenic variants of the GBA1 gene and deficiency of lysosomal
β-glucocerebrosidase. The consequence of impaired intracellular metabolism is the accumulation of glucosylceramide and related metabolites, which causes damage to the mononuclear phagocyte system with the development of hematological, visceral and bone manifestations. The clinical course of GD1 is characterized by significant variability, and the severity of symptoms and the response to enzyme replacement therapy may differ even in patients with different clinical manifestations of the same disease.

Timely recognition of GD1 in children is complicated by the nonspecificity of the initial symptoms, in particular anemia, thrombocytopenia, hepatosplenomegaly and bone pain. The determination of glucosylsphingosine (Lyso-GL1), which reflects the activity of the pathological process and the dynamics of the response to treatment, is of great importance for diagnosis and monitoring. At the same time, the interpretation of this biomarker requires taking into account the clinical phenotype, genetic characteristics and duration of therapy.

An important component of comprehensive monitoring of children with GD1 is the assessment of their quality of life and functional status. Chronic manifestations of the disease may be accompanied by general and cognitive fatigue, sleep and rest disorders, which are not always reflected only by standard clinical and laboratory indicators. Therefore, a comprehensive study of clinical and genetic characteristics, biomarkers, therapeutic response and fatigue indicators is important for individualizing the observation of children with GD1.

The aim of the study was to determine the clinical and genetic patterns of the course of GD type 1 in children, to assess the relationship of genetic and clinical and laboratory characteristics with the severity of the disease, response to enzyme replacement therapy and quality of life indicators to substantiate a personalized approach to treatment and long-term observation.

Object of the study: GD  type 1 in children, features of its clinical course and dynamics of clinical and laboratory indicators against the background of long-term enzyme replacement therapy.

Subject of the study: clinical, hematological, biochemical, instrumental and molecular genetic characteristics of GD 1 in children; features of genotype-phenotype relationships; dynamics of the specific biomarker Lyso-GL1 and indicators of response to treatment with imiglucerase; indicators of fatigue, sleep and rest and cognitive fatigue as components of quality of life assessment.

The work used clinical, laboratory, biochemical, instrumental, molecular genetic and statistical methods. The clinical manifestations of GD1, peripheral blood parameters, biochemical markers, results of instrumental assessment of damage to internal organs and the skeletal system, as well as genetic variants of GBA1 were analyzed. The dynamics of clinical and laboratory characteristics and Lyso-GL1 levels were studied against the background of long-term enzyme replacement therapy with imiglucerase. Quality of life and related functional manifestations were assessed using the PedsQL Multidimensional Fatigue Scale with the involvement of assessments by children and their parents.

Statistical processing of the study results was carried out using R software (version 4.3.2) in the RStudio environment (version 2023.12.0.369). Microsoft Excel 2010 was used to form tables and graphically present the results. Descriptive and comparative statistical methods were used. Categorical indicators were presented in the form of absolute and relative frequencies, quantitative indicators – taking into account the nature of their distribution. The normality of the distribution was assessed using the Shapiro-Wilk test. The arithmetic mean, standard deviation, minimum and maximum values were used to describe quantitative data. Parametric or nonparametric methods were used to compare quantitative indicators, depending on the data distribution and sample characteristics. The Student test was included in parametric methods. To assess changes in quantitative indicators in dynamics, the absolute difference between the values was determined, and if necessary, the relative change in percentage and 95% confidence intervals. The relationships between the studied indicators were assessed using the appropriate statistical characteristics. To analyze categorical data, conjugation tables and the distribution of absolute and relative frequencies were used. The internal consistency of the questionnaire was assessed by Cronbach's alpha coefficient. Additionally, the relationship between individual items and the total scale scores, the Cronbach's alpha value in the case of removing an individual item, factor loadings and coefficients of determination (R²) were analyzed. The statistical significance of the differences was determined at the p < 0.05 level. The results were interpreted taking into account the volume sample, the number of compared groups, the nature of the data distribution and the clinical significance of the results obtained.

The study was performed using a retrospective-prospective longitudinal design with the study of clinical, laboratory and instrumental indicators in children with GD1 before the start of treatment and in the dynamics of long-term enzyme replacement therapy.

The study included 27 children with GD1 type. The clinical and laboratory heterogeneity of the disease was established, manifested by varying degrees of damage to the hematopoietic system, internal organs and bone tissue. At the time of diagnosis, splenomegaly was detected in 92% of patients (25 children), thrombocytopenia – in 74% (20 children), hepatomegaly – in 63% (17 children), anemia – in 51% (14 children). Bone pain was noted in 48% of the examined (13 children), bone crises – in 11% (3 children), while radiological signs of damage to the skeletal system were detected in 70% of patients (19 children). Such a discrepancy between clinical symptoms and instrumental changes confirms the need for a comprehensive assessment of bone damage even in the absence of pronounced complaints.

Comparison of clinical and laboratory indicators before the start of treatment and after five years of enzyme replacement therapy with imiglucerase showed positive dynamics of the main hematological and biochemical characteristics. The average hemoglobin level increased from 87 to 110 g/l, the platelet count – from 79 to
179 × 10⁹/l. A decrease in hepatosplenomegaly, regression of bone pain and bone crises, a decrease in alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase activity and Lyso-GL1 concentration were noted. At the same time, some children had residual manifestations of bone damage and deviations in individual biochemical indicators, which indicates the heterogeneity of the response of organs and systems to long-term treatment.

Molecular genetic analysis covered three genotype variants: N370S/N370S – in 11 children, L444P/L444P – in 9 children and N370S/84GG – in 7 children. Differences in clinical phenotype were revealed depending on the genetic variant. Patients with the N370S/84GG genotype had more pronounced initial clinical and laboratory changes, in particular, damage to internal organs and the bone system, as well as higher Lyso-GL1 values. After five years of therapy, this group had a slower decrease in the biomarker and the preservation of its elevated values. However, these results require careful interpretation given the small volume of genetic subgroups and the absence of statistically significant differences in individual comparisons.

The study of Lyso-GL1 confirmed its value as a specific biomarker for assessing the activity of GD1 and the dynamics of therapeutic response. Elevated values ​​were detected in the presence of anemia, thrombocytopenia, hepatosplenomegaly and bone manifestations. After five years of enzyme replacement therapy, the level of Lyso-GL1 decreased, but in the studied cohort it did not reach normal values ​​in all patients. The most pronounced preservation of elevated values ​​was observed in children with the N370S/84GG genotype, which indicates the feasibility of individual monitoring taking into account genetic characteristics and clinical response.

A separate direction of the study was the assessment of fatigue and functional status of children with GD1 using the PedsQL Multidimensional Fatigue Scale. Comparison of children's and parents' assessments at the initial stage did not reveal statistically significant differences in general fatigue, sleep and rest, cognitive fatigue and the total score. The total score was 2.28 ± 0.48 points according to children's assessments and 2.32 ± 0.50 points according to parents' assessments (p = 0.76), which may indicate the general consistency of their assessments of the studied manifestations.

In the dynamics of treatment, a statistically significant decrease in the total fatigue index was found from 2.29 ± 0.48 to 1.67 ± 0.51 points (p < 0.01), which corresponded to a relative change of 27.07%. The most pronounced positive dynamics was observed in the domain of general fatigue – 36.00%; in the sleep and rest indicator it was 26.25%, and in cognitive fatigue – 18.18%. Thus, during treatment, an improvement in fatigue indicators was noted, however, cognitive fatigue was characterized by the least pronounced changes, which indicates the preservation of individual functional limitations. The high internal consistency coefficient of the Cronbach's alpha scale (α = 0.94-0.95) confirmed the adequate consistency of its items in the studied sample.

The paper also describes a clinical case of acute lymphoblastic leukemia (ALL) in a five-year-old child with GD1 who was receiving enzyme replacement therapy. The diagnosis of ALL was established on the basis of a comprehensive clinical, morphological, cytochemical, immunophenotypic and molecular genetic examination. The treatment was accompanied by hematological, infectious and toxic complications that required correction of the program therapy. The achievement of clinical and hematological remission demonstrated the possibility of conducting specialized oncohematological treatment under multidisciplinary support. The described case has clinical significance for the differential diagnosis of new or progressive hematological changes in children with GD1, but does not provide grounds to draw conclusions about the causal relationship between GD1 and the development of leukemia.

The study comprehensively characterized the clinical and laboratory manifestations of GD1 in children in relation to GBA1 genetic variants, indicators of the specific biomarker Lyso-GL1 and the dynamics of the response to long-term enzyme replacement therapy. The features of the clinical phenotype and therapeutic response in children with the genotypes N370S/N370S, L444P/L444P and N370S/84GG were clarified. It was shown that the improvement of the main hematological and individual biochemical indicators is not always accompanied by the complete normalization of the specific biomarker or the disappearance of all manifestations of bone system damage.

The idea of ​​the dynamics of fatigue and related functional manifestations in children with GD1 during treatment was supplemented. An improvement in the total fatigue score and different severity of changes in individual domains were found, in particular, less pronounced dynamics of cognitive fatigue compared to general fatigue. The correspondence of fatigue assessments of children and their parents was analyzed and the high internal reliability of the scale used in the studied cohort was confirmed.

The results of the study justify a comprehensive approach to the management of children with GD1, which combines clinical assessment of hematological, visceral and bone manifestations, molecular genetic characterization, determination of Lyso-GL1 and assessment of the dynamics of response to enzyme replacement therapy. The preservation of an elevated level of Lyso-GL1 or residual clinical manifestations after long-term treatment is the basis for further individualized observation, and not for assessing the effectiveness of therapy only by individual peripheral blood indicators.

The use of PedsQL makes it possible to supplement standard clinical and laboratory monitoring with an assessment of general and cognitive fatigue, sleep and rest. This helps to identify functional problems that may persist even with positive laboratory dynamics and to take them into account during comprehensive monitoring of the child.

Keywords: Gaucher disease type 1; children; GBA gene mutations; clinical and genetic characteristics; biomarkers; splenomegaly; anemia; thrombocytopenia; bone lesions; chronic pain; inflammation; hemostasis; fibrinolysis; molecular diagnostics; enzyme replacement therapy; leukemia; interdisciplinary approach; quality of life.