Генетика, 2019, T. 55, № 12, стр. 1424-1432
Ассоциация аллельных вариантов генов, участвующих в метаболизме глюкокортикостероидов, с развитием бронхиальной астмы
Ю. Ю. Федорова 1, *, А. С. Карунас 1, 3, **, Р. Р. Мурзина 3, О. Н. Савельева 2, Г. Ф. Гималова 1, Р. Ф. Гатиятуллин 3, Э. И. Эткина 3, Э. К. Хуснутдинова 1, 3
1 Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра
Российской академии наук
450054 Уфа, Россия
2 Башкирский государственный университет, кафедра генетики и фундаментальной медицины
450076 Уфа, Россия
3 Башкирский государственный медицинский университет, кафедра госпитальной педиатрии,
кафедра детских болезней, кафедра медицинской генетики и фундаментальной медицины
450000 Уфа, Россия
* E-mail: fedorova-y@yandex.ru
** E-mail: carunas@list.ru
Поступила в редакцию 03.02.2019
После доработки 02.04.2019
Принята к публикации 05.04.2019
Аннотация
Бронхиальная астма (БА) – распространенное тяжелое и инвалидизирующее многофакторное заболевание. До 50–60% различий в чувствительности к терапии у пациентов с БА обусловлено генетической вариабельностью. Проведено исследование полиморфных вариантов четырех генов, участвующих в метаболизме глюкокортикостероидов, у пациентов с БА и здоровых индивидов русской, татарской и башкирской этнической принадлежности: rs37973 гена глюкокортикоид-индуцированного транскрипта 1 (GLCCI1), rs2305089 гена транскрипционного фактора Т (ТBXT), rs10044254 гена белка, содержащего лейцин-богатые повторы и F-box-домен (FBXL7), rs11123610 гена аллантоиказы (ALLC). Установлено, что у татар аллель rs37973*G гена GLCCI1 является маркером повышенного риска развития БА с неконтролируемым течением, а снижение показателей спирографии отмечено у пациентов с генотипами rs37973*AG и rs37973*GG гена GLCCI1, по сравнению с детьми, носителями генотипа rs37973*AA. У башкир маркером повышенного риска развития заболевания является аллель rs2305089*T полиморфного варианта гена TBXT.
Бронхиальная астма (БА) – одно из наиболее распространенных тяжелых и инвалидизирующих многофакторных заболеваний, развивающихся при тесном взаимодействии генетических и средовых факторов риска. Глюкокортикостероиды (ГКС) являются эффективными и используемыми препаратами для лечения хронического аллергического воспаления дыхательных путей у пациентов с БА [1]. Несмотря на достигнутые успехи клинической фармакологии, у 10–20% пациентов, особенно с тяжелой формой БА, не удается достичь полного контроля над заболеванием [1, 2]. Именно ответ на терапию ГКС лежит в основе как определений неконтролируемой БА, так и классификаций терапевтической резистентности. При исследовании индивидуального ответа пациентов с БА на лечение ГКС установлено, что до 50–60% различий в чувствительности к препаратам обусловлено генетическими факторами, поэтому вклад генетической составляющей в эффективность терапии ГКС активно исследуется во всем мире [1–4].
По данным литературы и результатам выполненных нами ранее исследований, изменение эффективности терапии ГКС у больных БА ассоциировано с полиморфными вариантами в генах глюкокортикоидного рецептора NR3C1 и рецептора кортикотропин-рилизинг гормона CRHR1 [2–4]. В ряде работ установлена роль полиморфных вариантов генов TBX21, WDR21A, eNOS, ORMDL3, HDAC1 и ADRB2 в развитии БА и эффективности лечения [2, 4]. Значительный прогресс в изучении патогенеза БА и генетических основ чувствительности к препаратам у больных БА достигнут благодаря применению технологии полногеномного анализа ассоциаций (Genome-wide Association Study, GWAS) и исследованию больших выборок (>100 тыс. образцов) в рамках работ международных консорциумов. Начиная с 2007 г., выполнено более 90 GWAS БА в различных популяциях мира, в результате которых идентифицировано более 1100 ассоциированных с БА полиморфных вариантов, в том числе локализованных в генах, участвующих в развитии воспалительных реакций (IL13, IL6R, DENND1B, LRRC32, IL2RB, IL1RL1), в барьерной функции эпителия (IL33, IL1RL1, C11orf30, TSLP, CDHR3), сокращении гладких мышц дыхательных путей (PDE4D), в апоптозе и дифференцировке клеток (GSDMB) и др. (http://www.ebi.ac.uk/gwas/) [5–7]. В результате GWAS идентифицированы новые гены, ассоциированные с изменением функции легких у пациентов с БА в ответ на лечение ГКС (GLCCI1, ТBXT, FBLX7, ALLC), на терапию b2-агонистами (SPATS2L, THRB, SLC22A15), на лечение антилейкотриеновыми препаратами (MRPP3) [2, 4, 8–11]. Учитывая существование межэтнических различий и необходимость репликации результатов GWAS в различных популяциях для выявления общих и этноспецифичных маркеров заболевания, представляется актуальным изучение генетических маркеров эффективности проводимой терапии ГКС у больных бронхиальной астмой различной этнической принадлежности, проживающих в Республике Башкортостан (РБ).
Цель настоящего исследования – оценка роли полиморфных вариантов генов глюкокортикоид-индуцированного транскрипта 1 (GLCCI1, rs37973), транскрипционного фактора Т (ТBXT, rs2305089), белка, содержащего лейцин-богатые повторы и F-box-домен (FBXL7, rs10044254), аллантоиказы (ALLC, rs11123610) в развитии бронхиальной астмы и эффективности ответа на терапию в группе пациентов, находящихся на лечении ГКС.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использованы образцы ДНК 430 неродственных индивидов, проживающих на территории РБ, в возрасте 2–17 лет (табл. 1). Группу пациентов составили 236 больных бронхиальной астмой (70 девочек, 166 мальчиков) различной этнической принадлежности (русские – 84, татары – 108, башкиры – 44). Все обследованные были пациентами детского отделения Клиники ФГБОУ ВО “Башкирского государственного медицинского университета” Минздрава России и аллергологического отделения ГБУЗ “Республиканской детской клинической больницы” г. Уфы. Критериями включения детей в основную группу наблюдения являлись установленный ранее диагноз “бронхиальная астма”, терапия ингаляционными глюкокортикостероидами (ИГКС) не менее трех месяцев. Диагноз БА устанавливался в соответствии с критериями GINA (Global Initiative for Asthma) и критериями отечественных программных документов по диагностике, лечению и профилактике БА [1, 12]. Оценку функции внешнего дыхания проводили на компьютерном спирографе (Erich Jaeger, Германия) с анализом кривой “поток–объем”. Оценивались следующие показатели (в % от должных величин, заложенных в компьютерную базу спирометра): жизненная емкость легких (ЖЕЛ), форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за 1 с (ОФВ1), максимальные объемные скорости потока кривой в точках, соответствующих объему легких 75, 50, 25% ФЖЕЛ (МОС75, MOC50, МОС25 соответственно). Градации нормы и снижение параметров спирограммы в % от долженствующей величины для детей до 18 лет оценивали по Клементу и Зильберу (табл. 2) [13]. В качестве контроля исследована группа практически здоровых детей без бронхолегочных, аллергических и аутоиммунных заболеваний, с неотягощенной наследственностью в отношении аллергических заболеваний с низким уровнем общего иммуноглобулина (IgE) (0–150 МЕ/мл), состоящая из 194 человек (119 девочек, 75 мальчиков) соответствующей этнической принадлежности (русские – 75, татары – 83, башкиры – 36). Все дети с 15 лет, участвующие в исследовании, и родители детей младше 15 лет дали информированное согласие на участие в исследовании. Протокол исследования одобрен локальными биоэтическими комитетами БГМУ (протокол № 28 от 29.10.2012) и ИБГ УФИЦ РАН (протокол № 4 от 15.11.2012).
Таблица 1.
Показатель | Выборки | ||
---|---|---|---|
русские | татары | башкиры | |
Больные БА | |||
Объем выборки | 84 | 108 | 44 |
Возраст, годы (M ± S.E.) | 10.45 ± 0.39 | 10.72 ± 0.31 | 10.34 ± 0.54 |
Возраст начала БА, годы (M ± S.E.) | 3.85 ± 0.34 | 3.48 ± 0.29 | 3.73 ± 0.47 |
Девочки, число (%) | 24 (28.57) | 37 (34.26) | 9 (20.45) |
Уровень общего IgE, МЕ/мл (M ± S.E.) | 432.15 ± 46.15 | 431.67 ± 38.86 | 425.30 ± 58.0 |
ОФВ1, % от нормы (M ± S.E.) | 62.51 ± 3.59 | 73.27 ± 4.64 | 81.22 ± 8.30 |
Суточная доза ГКС, мг (M ± S.E.) | 275.41 ± 23.39 | 275.81 ± 13.49 | 289.58 ± 23.50 |
Контрольная группа | |||
Объем выборки | 75 | 83 | 36 |
Возраст, годы (M ± S.E.) | 11.49 ± 0.43 | 13.54 ± 0.42 | 14.19 ± 0.58 |
Девочки, число (%) | 43 (57.33) | 58 (69.88) | 18 (50.0) |
Таблица 2.
Показатель | Границы нормы | Градации снижения | ||
---|---|---|---|---|
легкое | умеренное | значительное | ||
ЖЕЛ | 79.3–112.6 | 66.8 | 60.6 | 54.4 |
ФЖЕЛ | 78.1–113.3 | 67.6 | 62.4 | 57.2 |
ОФВ1 | 78.1–113.6 | 67.3 | 61.9 | 56.5 |
МОС25 | 71.7–117.2 | 54.7 | 46.2 | 37.7 |
МОС50 | 71.5–117.3 | 51.1 | 40.9 | 30.7 |
МОС75 | 61.2–123.6 | 44.5 | 36.1 | 27.8 |
Геномная ДНК выделена из лимфоцитов периферической крови методом фенольно-хлороформной экстракции [14]. Анализ полиморфных вариантов четырех генов, участвующих в метаболизме ГКС (rs37973 (c.-1106G>A) гена глюкокортикоид-индуцированного транскрипта 1 (GLCCI1), rs2305089 (c.530C>T) гена транскрипционного фактора Т (TBXT, TFT, T), rs10044254 (c.128-144403A>G) гена белка, содержащего лейцин-богатые повторы и F-box-домен (FBXL7), rs11123610 (c.84+1311G>A) гена аллантоиказы (ALLC)), у пациентов с БА и здоровых индивидов проведен с использованием набора реагентов для амплификации ДНК методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с флуоресцентной детекцией (FLASH/RTAS) (ООО “ТестГен”, Москва) согласно протоколу фирмы-производителя с помощью системы детекции продуктов ПЦР в реальном времени CFX96 (Bio-Rad, США). Выполнен анализ ассоциаций изученных локусов с развитием БА, с клинико-функциональными особенностями БА (тяжестью заболевания, возрастом манифестации, уровнем общего IgE, показателями спирографии) у индивидов русской, татарской и башкирской этнической принадлежности. Подбор генов осуществлен на основании литературных данных по полногеномным анализам ассоциаций (GWAS) и предполагаемой роли идентифицированных генов в развитии БА.
Для проверки соответствия наблюдаемого распределения частот генотипов теоретически ожидаемому равновесному распределению по закону Харди–Вайнберга использовался критерий χ2. При попарном сравнении частот аллелей и генотипов в группах больных и контроля применялся критерий χ2 для таблиц сопряженности 2 × 2 с поправкой Йейтса на непрерывность. В случае достоверных отличий в исследуемых выборках проводили оценку показателя отношения шансов (odds ratio, OR), а также границ его 95%-ного доверительного интервала (95%CI). Статистическую обработку количественных данных проводили с использованием параметрической и непараметрической статистики в зависимости от шкал и характера распределения переменных с помощью программы SPSS v. 23 (SPSS Inc.). Вид распределения количественных данных оценивали по критерию Колмогорова–Смирнова. Равенство генеральных дисперсий оценивали с помощью критерия Левена. После подтверждения нормальности распределения данных и равенства генеральных дисперсий в сравниваемых выборках применяли t-критерий Стьюдента для сравнения двух групп и однофакторный дисперсионный анализ – для сравнения трех и более выборок (лиц с различными генотипами или диагнозами). В случаях отличного от нормального распределения или при невыполнении условий равенства дисперсий в аналогичных сравнениях применяли непараметрические тесты (T-критерий Манна–Уитни и Н-критерий Краскела–Уоллиса). Анализ ассоциаций полиморфных вариантов с риском БА в различных моделях с учетом категориальных признаков (пол и этническая принадлежность), вводимых в уравнение регрессии в качестве независимых переменных, осуществлялся с помощью метода логистической регрессии с применением пакетов программ SPSS v. 23 и SNPStats (https:// www.snpstats.net/start.htm) [15].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Распределение частот генотипов соответствовало равновесию Харди–Вайнберга (р > 0.05) для всех исследованных полиморфных вариантов. Частоты встречаемости аллелей и генотипов полиморфного варианта rs37973 гена GLCCI1 у больных БА и здоровых индивидов представлены в табл. 3. Частота аллеля rs37973*G гена GLCCI1 в контрольной группе русских составила 50.67%, в выборке татар – 41.57%, а в группе башкир – 44.44%. Обнаружена ассоциация аллеля rs37973*G с развитием бронхиальной астмы у индивидов татарской этнической принадлежности (p = 0.03; OR = 1.57; 95%CI 1.04–2.36) (табл. 3). Генотип rs37973*AA и аллель rs37973*A полиморфного варианта гена GLCCI1 являются маркерами пониженного риска развития БА у татар (p = 0.02; OR = 0.45; 95%CI 0.23–0.87 и p = 0.03; OR = 0.64; 95%CI 0.42–0.96 соответственно). Аллель rs37973*G полиморфного варианта гена GLCCI1 ассоциирован также с неконтролируемым течением БА у татар (р = 0.02; OR = 1.74; 95%CI 1.07–2.83). Частота аллеля rs37973*A в выборке больных татарской этнической принадлежности с неконтролируемой БА была статистически значимо ниже (44.64%), чем в контрольной группе (р = 0.02; OR = 0.57; 95%CI 0.35–0.93).
Таблица 3.
Генотипы | Аллели | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
n (%) | n (%) | n (%) | n (%) | n (%) | N | ||
rs37973 | AA | AG | GG | A | G | ||
Больные БА | Русские | 26 (30.95) | 42 (50.0) | 16 (19.05) | 94 (55.95) | 74 (44.05) | 84 |
Татары | 20 (18.52) р = 0.02; OR = 0.45 (0.23–0.87) |
62 (57.41) | 26 (24.07) | 102 (47.22) р = 0.03; OR = 0.64 (0.42–0.96) |
114 (52.78) р = 0.03; OR = 1.57 (1.04–2.36) |
108 | |
Башкиры | 15 (34.09) | 20 (45.45) | 9 (20.45) | 50 (56.82) | 38 (43.18) | 44 | |
Контроль | Русские | 20 (26.67) | 34 (45.33) | 21 (28.0) | 74 (49.33) | 76 (50.67) | 75 |
Татары | 28 (33.73) | 41 (49.40) | 14 (16.87) | 97 (58.43) | 69 (41.57) | 83 | |
Башкиры | 12 (33.33) | 16 (44.44) | 8 (22.22) | 40 (55.56) | 32 (44.44) | 36 | |
rs2305089 | CC | CT | TT | C | T | ||
Больные БА | Русские | 27 (32.14) | 39 (46.43) | 18 (21.43) | 93 (55.36) | 75 (44.64) | 84 |
Татары | 29 (26.85) | 62 (57.41) | 17 (15.74) | 120 (55.56) | 96 (44.44) | 108 | |
Башкиры | 10 (22.73) р = 0.04; OR = 0.37 (0.14–0.96) |
21 (47.73) | 13 (29.55) | 41 (46.59) р = 0.02; OR = 0.46 (0.24–0.88) |
47 (53.41) р = 0.02; OR = 2.16 (1.14–4.09) |
44 | |
Контроль | Русские | 22 (29.33) | 38 (50.67) | 15 (20.0) | 82 (54.67) | 68 (45.33) | 75 |
Татары | 19 (23.17) | 41 (50.00) | 22 (26.83) | 79 (48.17) | 85 (51.83) | 82 | |
Башкиры | 16 (44.44) | 15 (41.67) | 5 (13.89) | 47 (65.28) | 25 (34.72) | 36 | |
rs10044254 | AA | AG | GG | A | G | ||
Больные БА | Русские | 51 (61.45) | 26 (31.33) | 6 (7.23) | 128 (77.11) | 38 (22.89) | 83 |
Татары | 67 (62.04) | 36 (33.33) | 5 (4.63) | 170 (78.70) | 46 (21.30) | 108 | |
Башкиры | 27 (62.79) | 12 (27.91) | 4 (9.30) | 66 (76.74) | 20 (23.26) | 43 | |
Контроль | Русские | 36 (50.0) | 32 (44.44) | 4 (5.56) | 104 (72.22) | 40 (27.78) | 72 |
Татары | 45 (57.69) | 24 (30.77) | 9 (11.54) | 114 (73.08) | 42 (26.92) | 78 | |
Башкиры | 24 (66.67) | 10 (27.78) | 2 (5.56) | 58 (80.56) | 14 (19.44) | 36 | |
rs11123610 | AA | AG | GG | A | G | ||
Больные БА | Русские | 27 (32.93) | 39 (47.56) | 16 (19.51) | 93 (56.71) | 71 (43.29) | 82 |
Татары | 42 (39.25) | 53 (49.53) | 12 (11.21) | 137 (64.02) | 77 (35.98) | 107 | |
Башкиры | 22 (50.0) | 15 (34.09) | 7 (15.91) | 59 (67.05) | 29 (32.95) | 44 | |
Контроль | Русские | 26 (35.14) | 39 (52.7) | 9 (12.16) | 91 (61.49) | 57 (38.51) | 74 |
Татары | 27 (33.33) | 44 (54.32) | 10 (12.35) | 98 (60.49) | 64 (39.51) | 81 | |
Башкиры | 16 (45.71) | 17 (48.57) | 2 (5.71) | 49 (70.0) | 21 (30.0) | 35 |
Проведенный нами анализ вариабельности количественных показателей спирографии в зависимости от генотипов исследованного локуса гена GLCCI1 у индивидов татарской этнической принадлежности показал более низкие значения МОС75 у носителей генотипов rs37973*AG (M ± S.E.; 74.24 ± 5.02) и rs37973*GG (81.11 ± 7.21), по сравнению с больными БА, имеющими генотип rs37973*AA (103.8 ± 9.53; p = 0.013). При попарном сравнении групп выявлено статистически значимое снижение параметров МОС75 у пациентов, имеющих генотип rs37973*AG, по сравнению с носителями генотипа rs37973*AA (p = 0.005).
Результаты проведенного анализа распределения частот аллелей и генотипов полиморфного варианта rs2305089 гена транскрипционного фактора Т (ТBXT) в выборках больных БА и контроля представлены в табл. 3. Обнаружено, что частота аллеля rs2305089*T в контрольной группе русских составила 45.33%, татар – 51.83%, башкир – 34.72%. Установлена ассоциация аллеля rs2305089*T гена TBXT с риском развития бронхиальной астмы у башкир (p = 0.02; OR = 2.16; 95%CI 1.14–4.09). Генотип rs2305089*CC и аллель rs2305089*С полиморфного варианта гена ТBXT являются маркерами пониженного риска развития БА у башкир (p = 0.04; OR = 0.37; 95%CI 0.14–0.96 и p = 0.02; OR = 0.46; 95%CI 0.24–0.88 соответственно).
Анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфного варианта rs10044254 гена белка, содержащего лейцин-богатые повторы и F-box-домен (FBXL7), показал, что менее распространенным в контрольных группах русских, татар и башкир является аллель rs10044254*G (27.78, 26.92 и 19.44% соответственно) (табл. 3). При сравнении групп больных со здоровыми индивидами согласно их этнической принадлежности статистически значимых ассоциаций полиморфного варианта rs10044254 гена FBXL7 с риском развития БА не установлено (p > 0.05). Отличия в распределении частот генотипов rs10044254 были выявлены при разделении пациентов с учетом отклонений от нормы показателей спирограммы в сравнении с группой контроля. Частота гетерозиготного генотипа rs10044254*AG (23.33 и 16.67%) у больных русской этнической принадлежности со значительными снижениями параметров ОФВ1 и МОС25 была ниже, чем в контрольной группе индивидов (p = 0.04; OR = 0.38; 95%CI 0.14–0.99 и p = = 0.008; OR = 0.25; 95%CI 0.09–0.73 соответственно). Частота гомозиготного генотипа rs10044254*AA у пациентов русской этнической принадлежности со значительно сниженными показателями МОС25 была статистически значимо выше (73.33%), чем в контрольной группе (50.00%; р = 0.03; OR = 2.75; 95%CI 1.08–6.98).
Проведенное нами исследование полиморфного варианта rs11123610 гена аллантоиказы (ALLC) не выявило статистически значимых различий частот аллелей и генотипов данного локуса между выборкой больных БА и контрольной группой (p > 0.05). Наименее распространенным во всех группах является аллель rs11123610*G, выявленный в контрольной группе русских с частотой 38.51%, в контрольной группе татар – 39.51%, в контрольной группе башкир – 30.0%.
Помимо анализа ассоциаций полиморфных вариантов с развитием БА и чувствительностью к терапии ГКС в отдельных этнических группах, с целью усиления мощности исследования и выявления общих маркеров риска нами был проведен регрессионный анализ исследованных полиморфных вариантов генов в объединенных выборках русских, татар и башкир с учетом пола и этнической принадлежности (табл. 4). Ассоциацию с риском БА определяли по пяти возможным моделям наследования (кодоминантной, доминантной, рецессивной, сверхдоминантной и лог-аддитивной). Для каждого полиморфного варианта в табл. 4 приведены данные по моделям c наименьшими значениями информационного критерия Акаике (AIC). В результате проведенного анализа статистически значимых различий между больными БА и контролем в объединенной выборке индивидов по полиморфным локусам rs37973, rs2305089, rs10044254 и rs11123610 не обнаружено (p > 0.05).
Таблица 4.
Полиморфный вариант | Генотип, модель | Больные БА n (%) | Контроль n (%) | padj | ORadj (95% CI) | AIC | N |
---|---|---|---|---|---|---|---|
rs37973 | AA (AG + GG), доминантная | 61 (25.9) 175 (74.1) | 60 (30.9) 134 (69.1) | 0.47 | 1.00 1.18 (0.75–1.84) | 555.6 | 430 |
AG (AA + GG), сверхдоминантная | 124 (52.5) 112 (47.5) | 91 (46.9) 103 (53.1) | 0.53 | 1.00 1.14 (0.76–1.71) | 555.7 | ||
Аддитивная | – | – | 0.64 | 1.07 (0.80–1.42) | 555.9 | ||
rs2305089 | СС (TC + TT), доминантная | 66 (28.0) 170 (72.0) | 57 (29.5) 136 (70.5) | 0.41 | 1.00 1.21 (0.77–1.89) | 552.8 | 429 |
TC (CC + TT), сверхдоминантная | 122 (51.7) 114 (48.3) | 94 (48.7) 99 (51.3) | 0.25 | 1.00 1.27 (0.85–1.91) | 552.1 | ||
Аддитивная | – | – | 0.82 | 1.03 (0.78–1.38) | 553.4 | ||
rs10044254 | AA (AG + GG), доминантная | 145 (62.0) 89 (38.0) | 107 (56.9) 81 (43.1) | 0.34 | 1.00 0.82 (0.54–1.23) | 543.4 | 422 |
GG (AG + AA), рецессивная | 15 (6.4) 219 (93.6) | 15 (8.0) 173 (92.0) | 0.40 | 1.00 0.72 (0.33–1.57) | 543.6 | ||
Аддитивная | – | – | 0.27 | 0.83 (0.60–1.15) | 543.1 | ||
rs11123610 | AA (AG + GG), доминантная | 91 (39.1) 142 (60.9) | 69 (36.3) 121 (63.7) | 0.40 | 1.00 0.83 (0.55–1.27) | 544.9 | 423 |
AG (AA + GG), сверхдоминантная | 107 (45.9) 126 (54.1) | 100 (52.6) 90 (47.4) | 0.15 | 1.00 0.74 (0.49–1.11) | 543.5 | ||
Аддитивная | – | – | 0.89 | 0.98 (0.72–1.33) | 545.6 |
Примечание. N – число индивидов, включенных в регрессионный анализ; n – численности групп, в скобках – частота генотипов, %; padj– значимость для теста отношения правдоподобия лог-регрессионной модели с учетом пола и этнической принадлежности индивидов; ORadj – показатель отношения шансов и 95%-ный доверительный интервал (в скобках).
ОБСУЖДЕНИЕ
Проблема контроля БА требует глубокого анализа факторов, ответственных за прогрессирование заболевания и развитие обострений, а также разработки целевой терапии БА с учетом клинико-инструментального и молекулярно-генетического обследования пациентов. В последние годы в мире были сделаны многочисленные попытки идентифицировать гены, ответственные за метаболизм препаратов, применяемых при лечении БА [2, 4, 8–11]. В рамках этих работ нами ранее было проведено исследование полиморфных вариантов генов NR3C1, CRHR1, TBX21 у детей, больных БА, находящихся на терапии ГКС, и здоровых индивидов, проживающих на территории РБ. В результате установлена ассоциация полиморфных вариантов генов NR3C1 и CRHR1 с риском развития БА и со снижением показателей функции внешнего дыхания у больных БА на фоне лечения ГКС [3]. Анализ ассоциации аллельных вариантов генов (GLCCI1, ТBXT, FBLX7, ALLC), идентифицированных с помощью GWAS, с эффективностью терапии ГКС у больных БА проводят во многих странах, однако у пациентов русской, татарской и башкирской этнической принадлежности из РБ данное исследование проведено впервые.
Наиболее значимые ассоциации с развитием БА, в том числе и в группах, дифференцированных по тяжести и контролю заболевания, были установлены для аллельных вариантов гена GLCCI1 (rs37973), кодирующего глюкокортикоид-индуцированный транскрипт 1. У татар, носителей аллеля rs37973*G гена GLCCI1, риск развития неконтролируемого течения БА выше, показатели спирографии в группе пациентов татарской этнической принадлежности с генотипами rs37973*AG и rs37973*GG гена GLCCI1 ниже по сравнению с детьми – носителями генотипа rs37973*AA. В литературе ассоциация полиморфного варианта rs37972, находящегося в тесном неравновесии по сцеплению с полиморфным вариантом rs37973 гена GLCCI1, с пониженными значениями показателей функции легких в ответ на медикаментозную терапию ГКС была установлена в результате GWAS-исследования у пациентов с БА европейского происхождения [8]. Ген GLCCI1 расположен на хромосоме 7p21.3 и содержит восемь экзонов. Функциональная роль белкового продукта гена в ГКС-опосредованной передаче сигналов была впервые описана Chapman с соавт., которые идентифицировали несколько дифференцированно экспрессирующихся последовательностей в ответ на введение дексаметазона в ГКС-чувствительных и ГКС-резистентных клеточных линиях. Ген GLCCI1 экспрессируется как в клетках легких, так и в иммунных клетках, экспрессия гена значительно усиливается под действием ГКС. Предположительно белковый продукт GLCCI1 является маркером раннего апоптоза в клетках, обработанных ГКС. Нарушение регуляции апоптоза играет ключевую роль в развитии и поддержании воспалительных реакций при БА [8]. Последующие исследования не выявили статистически значимых ассоциаций между полиморфным вариантом rs37973 и ответом на терапию ГКС у пациентов европейского происхождения [16, 17]. У японских пациентов с БА, носителей генотипа rs37973*GG, в течение четырехлетнего периода наблюдалось значительное снижение показателей функции легких, по сравнению с пациентами, имеющими другие генотипы по rs37973, независимо от использования ГКС [18]. В совокупности эти исследования подтверждают, что у пациентов, носителей минорного аллеля rs37973*G гена GLCCI1, может наблюдаться сниженный ответ на лечение ГКС, но с небольшим эффектом проявления признака.
В настоящем исследовании установлена ассоциация аллеля rs2305089*T гена транскрипционного фактора TBXT с риском развития БА у детей башкирской этнической принадлежности. Полиморфные варианты в гене TBXT (rs3099266, rs1134481 и rs2305089), ассоциированные с изменениями показателей спирографии у пациентов европейского происхождения, находящихся на терапии ГКС, установлены в результате GWAS-исследования [9]. Ген TBXT расположен в хромосомной области 6q27, содержит девять экзонов и является членом древнего семейства генов, содержащих общий белковый мотив – Т-локус. Ген TBXT кодирует ключевой мезодермальный транскрипционный фактор, экспрессируется на достаточно ранних стадиях эмбриогенеза и может влиять на развитие мезодермы в целом, в том числе легких. Роль гена TBXT в патогенезе БА и метаболизме ГКС была подтверждена с помощью компьютерного моделирования потенциальных взаимодействий генов транскрипционного фактора TBXT и глюкокортикоидного рецептора NR3C1 [9]. В работе Keskin с соавт. [19] не обнаружено ассоциаций полиморфных вариантов rs3099266 и rs2305089 гена TBXT с клиническим ответом на повышенные дозы ГКС у детей с БА, проживающих в Турции. Аллельные варианты гена TBXT могут быть важным фактором риска возникновения и прогрессирования БА, тем не менее ввиду малочисленной выборки детей башкирской этнической принадлежности необходимо провести дополнительные исследования, увеличив объем выборки.
Park с соавт. [10] в результате GWAS-исследования эффективности терапии ГКС у больных БА европейского происхождения идентифицировали полиморфный локус rs10044254, расположенный в интронной области гена FBXL7. Авторами была выявлена ассоциация аллеля rs10044254*G со сниженной экспрессией гена в иммортализованных В-клетках и ухудшением самочувствия у пациентов в ответ на лечение ГКС. Ген FBXL7 локализован в хромосомной области 5p15.1, состоит из семи экзонов и кодирует белковый продукт, который принадлежит семейству F-box белков и является одним из четырех субъединиц комплекса убиквитин–протеиназы (SCF, SKP1-cullin-F-box). Возможная роль белкового продукта гена FBXL7 в патогенезе БА – это деградация рецепторов цитокинов. К примеру, белок FBXL19 осуществляет деградацию рецептора IL33, уменьшая воспаление в легких. Следующий возможный механизм – это деградация индуцируемого при гипоксии фактора 1 (HIF), который негативно регулируется FBXL7-опосредованным путем во время гипоксии и одышки [10]. В результате нашего исследования установлена ассоциация генотипа rs10044254*AA гена FBXL7 со значительно сниженными показателями МОС25 у пациентов с БА русской этнической принадлежности, однако полученные на начальном этапе исследования данные не позволяют сделать однозначных выводов о значимой роли гена FBXL7 в патогенезе БА и эффективности терапии ГКС.
При полногеномном анализе ассоциаций БА у корейцев выявлены полиморфные варианты в гене аллантоиказы ALLC, ассоциированные с изменением ОФВ1 в ответ на ГКС. Ген ALLC расположен на хромосоме 2p25.3 и содержит 12 экзонов. Аллантоиказа относится к классу гидролаз, катализирующих гидролиз связей C-N (непептидных), и участвует в метаболизме пуринов. Несмотря на отсутствие активности гена ALLC у позвоночных, транскрипты гена ALLC были обнаружены у мышей и у людей. Было высказано предположение, что уровни мочевой кислоты значительно выше у пациентов с аллергической астмой, которые не получали ГКС, чем у пациентов, находящихся на терапии ГКС [11]. Полученные результаты в литературе единичны и требуют подтверждения на других выборках пациентов. Наши исследования не обнаружили статистически значимых ассоциаций полиморфного варианта гена ALLC с риском развития БА.
Для увеличения статистической мощности исследования нами проведен регрессионный анализ ассоциации изученных полиморфных вариантов генов-кандидатов с риском развития БА в объединенных выборках русских, татар, башкир с учетом пола и этнической принадлежности. Не установлено статистически значимых различий по полиморфным локусам rs37973, rs2305089, rs10044254 и rs11123610 между больными БА и здоровыми индивидами. Полученные результаты свидетельствуют о межэтнических различиях генетических маркеров риска развития БА и чувствительности к препаратам ГКС в рассматриваемых нами выборках.
Таким образом, проведено ассоциативное исследование полиморфных вариантов генов GLCCI1, TBXT, FBXL7, ALLC, участвующих в метаболизме ГКС, у больных бронхиальной астмой различной этнической принадлежности и в соответствующих контрольных группах из РБ. Установлено, что аллель rs37973*G гена GLCCI1 является маркером повышенного риска развития БА с неконтролируемым течением у татар. Снижение показателей спирографии отмечено в группе пациентов татарской этнической принадлежности с генотипами rs37973*AG и rs37973*GG гена GLCCI1, по сравнению с детьми – носителями генотипа rs37973*AA. Выявлено, что у башкир маркером повышенного риска развития заболевания является аллель rs2305089*T гена TBXT. Установлена ассоциация гомозиготного генотипа rs10044254*AA локуса гена FBXL7 со значительно сниженными показателями МОС25 у пациентов русской этнической принадлежности.
Полученные в ходе выполнения исследования результаты позволяют глубже понять молекулярные основы патогенеза БА, а также идентифицировать генетические маркеры эффективности терапии ГКС у больных БА, что может быть востребовано для разработки новых подходов ранней диагностики, прогнозирования течения болезни и персонализации лечения больных БА.
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (№ АААА-А16-116020350032-1) при частичной поддержке РФФИ (проект № 17-04-02195). Образцы ДНК для исследования использованы из “Коллекции биологических материалов человека” ИБГ УФИЦ РАН, поддержанной Программой биоресурсных коллекций ФАНО России (соглашение № 007-030164/2).
Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.
От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Список литературы
Global Initiative for Asthma. Global strategy for asthma management and prevention. Updated 2018. Vancouver: USA GINA, 2018. https://ginasthma.org/2018-gina-report-global-strategy-for-asthma-management-and-prevention/.
Isidoro-García M., Sánchez-Martín A., García-Sánchez A. et al. Pharmacogenetics and the treatment of asthma // Pharmacogenomics. 2017. V. 18. № 13. P. 1271–1280. https://doi.org/10.2217/pgs-2017-0024
Федорова Ю.Ю., Карунас А.С., Мурзина Р.Р. и др. Исследование роли полиморфных вариантов генов, ответственных за метаболизм глюкокортикостероидов, в развитии бронхиальной астмы // Мед. генетика. 2016. Т. 15. № 1. С. 27–37. https://doi.org/10.1234/XXXX-XXXX-2016-1-27-36
Farzan N., Vijverberg S.J., Arets H.G. et al. Pharmacogenomics of inhaled corticosteroids and leukotriene modifiers: a systematic review // Clin. Exp. Allergy. 2017. V. 47. № 2. P. 271–293. https://doi.org/10.1111/cea.12844
Willis-Owen S.A.G., Cookson W.O.C., Moffatt M.F. The genetics and genomics of asthma // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2018. V. 19. P. 223–246. https://doi.org/10.1146/annurev-genom-083117-021651
Карунас А.С., Юнусбаев Б.Б., Федорова Ю.Ю. и др. Полногеномный анализ ассоциации бронхиальной астмы в Волго-Уральском регионе России // Мол. биология. 2011. T. 45. № 6. C. 992–1003. https://doi.org/10.1134/S0026893311060057
Карунас А.С., Юнусбаев Б.Б., Федорова Ю.Ю. и др. Ассоциация полиморфных вариантов гена муцина 19 с развитием бронхиальной астмы у русских по результатам полногеномного исследования // Генетика. 2015. T. 51. № 11. С. 1315–1324. https://doi.org/10.1134/S1022795415110083
Tantisira K.G., Lasky-Su J., Harada M. et al. Genome-wide association between GLCCI1 and response to glucocorticoid therapy in asthma // N. Engl. J. Med. 2011. V. 365. № 13. P. 1173–1183.
Tantisira K.G., Damask A., Szefler S.J. et al. Genome-wide association identifies the T gene as a novel asthma pharmacogenetic locus // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2012. V. 185. № 12. P. 1286–1291. https://doi.org/10.1164/rccm.201111-2061OC
Park H.-W., Dahlin A., Tse S. et al. Genetic predictors associated with improvement of asthma symptoms in response to inhaled corticosteroids // J. Allergy Clin. Immunol. 2014. V. 133. № 3. P. 664–669. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2013.12.1042
Park T.-J., Park J.-S., Cheong H.S. et al. Genome-wide association study identifies ALLC polymorphisms correlated with FEV1 change by corticosteroid // Clin. Chim. Acta. 2014. V. 436. P. 20–26. https://doi.org/10.1016/j.cca.2014.04.023
Национальная программа “Бронхиальная астма у детей. Стратегия лечения и профилактика” / Под ред. Чучалина А.Г. М.: Атмосфера, 2008. 108 с.
Клемент Р.Ф., Зильбер H.A. Функционально-диагностические исследования в пульмонологии: методические рекомендации. СПб., 1993. 43 с.
Mathew C.C. The isolation of high molecular weight eucariotic DNA // Methods Mol. Med. 1984. P. 31–34.
Solé X., Guinó E., Valls J. et al. SNPStats: a web tool for the analysis of association studies // Bioinformatics. 2006. V. 22. № 15. P. 1928–1929.
Hosking L., Bleecker E., Ghosh S. et al. GLCCI1 rs37973 does not influence treatment response to inhaled corticosteroids in white asthma subjects // J. Allergy Clin. Immunol. 2014. V. 133. № 2. P. 587–589. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2013.08.024
Vijverberg S.J., Tavendale R., Leusink M. et al. Pharmacogenetic analysis of GLCCI1 in three north European pediatric asthma populations with a reported use of inhaled corticosteroids // Pharmacogenomics. 2014. V. 15. № 6. P. 799–806. https://doi.org/10.2217/pgs.14.37
Izuhara Y., Matsumoto H., Kanemitsu Y. et al. GLCCI1 variant accelerates pulmonary function decline in patients with asthma receiving inhaled corticosteroids // Allergy. 2014. V. 69. № 5. P. 668–673. https://doi.org/10.1111/all.12400
Keskin O., Uluca U., Birben E. et al. Genetic associations of the response to inhaled corticosteroids in children during an asthma exacerbation // Pediatr. Allergy Immunol. 2016. V. 27. № 5. P. 507–513. https://doi.org/10.1111/pai.12566
Дополнительные материалы отсутствуют.