Генетика, 2019, T. 55, № 7, стр. 844-848

Анализ роли генов опиатных рецепторов OPRD1 и OPRM1 в развитии апатии при шизофрении

М. В. Алфимова 1*, Г. И. Коровайцева 1, Н. В. Кондратьев 1, С. В. Смирнова 1, Т. В. Лежейко 1, В. Е. Голимбет 1

1 Научный центр психического здоровья
115522 Москва, Россия

* E-mail: m.alfimova@gmail.com

Поступила в редакцию 27.11.2018
После доработки 10.01.2019
Принята к публикации 15.01.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Опиатные рецепторы, участвующие в мотивационных процессах, могут представлять собой мишени для коррекции симптомов апатии при шизофрении. В этом контексте мы провели поиск ассоциаций между полиморфными сайтами в генах опиатных рецепторов OPRM1 (rs1799971) и OPRD1 (rs1042114, rs533123) и показателями по Шкале оценки апатии у больных шизофренией (n = 284). При анализе генотипов, гаплотипов и межгенных взаимодействий были обнаружены номинально значимые связи генотипа в сайте rs1042114 и сочетания генотипов rs1042114*rs1799971 с подшкалой поведенческой апатии, которые не выдержали поправки на множественные сравнения. Таким образом, нами не получено доказательств в пользу роли генетического полиморфизма генов опиатных рецепторов в модификации симптомов апатии при шизофрении.

Ключевые слова: гены, мотивация, шизофрения, опиоидная система, негативные симптомы.

DOI: 10.1134/S0016675819070026

Апатия/амотивированность является одним из двух компонентов, составляющих негативный синдром при шизофрении, присутствует примерно у половины пациентов, в том числе на самых ранних этапах болезни, существенно снижет качество их жизни и плохо поддается медикаментозной коррекции [1]. Это диктует необходимость поиска новых молекулярных терапевтических мишеней апатии. Вероятными кандидатами являются мю- (MOP) и дельта- (DOP) опиатные рецепторы. Участие MOP и DOP в мотивационных процессах подтверждено исследованиями на животных [2] и данными об ассоциации кодирующих их генов OPRM1 и OPRD1 с аддиктивными расстройствами у человека [3, 4]. В последнее время показана роль опиатных рецепторов в формировании социальных отношений – области, в которой при шизофрении отмечено наиболее выраженное снижение мотивации (социальная ангедония) [5]. В нескольких кандидатных исследованиях обнаружена связь гена OPRM1 с шизофренией [6, 7], апатией [7] и социальной ангедонией [8] (хотя относительно риска шизофрении имеются и отрицательные результаты [9]). Следует отметить также, что опиатные рецепторы участвуют в регуляции сигнальных путей и процессов, релевантных для шизофрении, включая действие на ГАМК-, глутамат- и дофаминергические нейроны в мезокортикальной системе мозга [10] и иммуномодуляцию [11]. В префронтальной коре больных наблюдается увеличение экспрессии МОР [12]. Однако среди значимых ассоциаций, выявленных крупнейшим мета-анализом полногеномных исследований шизофрении, гены опиатных рецепторов отсутствуют [13]. Изложенное позволяет предположить, что гены OPRM1 и OPRD1 не входят в число основных факторов риска шизофрении, но могут оказывать модифицирующее влияние на риск заболевания и выраженность нарушений мотивации у пациентов.

С целью проверки этой гипотезы мы провели поиск ассоциаций генов OPRM1 и OPRD1 с выраженностью синдрома апатии при шизофрении. Среди многочисленных полиморфных сайтов, описанных в этих локусах, для анализа были выбраны однонуклеотидные замены (SNP), которые, во-первых, затрагивают кодирующую последовательность генов и, во-вторых, имеют хорошо изученные функциональные последствия. SNP rs1799971 (A118G) в первом экзоне OPRM1 ведет к замене аспаргина на аспартат в позиции 40 белка (N40D). Минорный аллель G связан с почти двукратным снижением экспрессии гена в аутопсийном мозге и десятикратным снижением уровня белка in vitro [14]. Показано, что он уменьшает риск формирования зависимости от различных психоактивных веществ у человека [3], повышает желание вовлекаться в социальные взаимодействия у мышей [15], а также связан с менее выраженной социальной ангедонией у психически больных и здоровых [8]. Кроме того, его частота снижена у больных шизофренией мужчин [7]. Это позволяет предположить протективную роль аллеля G OPRM1 относительно развития апатии и, возможно, шизофрении в целом. В гене OPRD1 мы исследовали полиморфизм rs1042114. Данный SNP расположен в первом экзоне гена и представляет собой несинонимичную замену (T80G), ведущую к замещению аминокислот Phe27Cys в N-концевой последовательности белка. Присутствие аллеля Cys27 (G) нарушает созревание рецептора, что может иметь отрицательные последствия для его связывания [16]. Следует отметить, что работ, в которых анализировали ассоциации OPRD1 с шизофренией, нами не найдено. Кроме того, ассоциации с другими психическими заболеваниями, преимущественно аддиктивными расстройствами, выявлены для ряда нефункциональных SNP, расположенных в первом интроне OPRD1 [17]. В связи с этим мы включили в анализ еще один SNP – rs533123, локализованный в первом интроне OPRD1, и оценили ассоциацию гаплотипов rs1042114–rs533123 с шизофренией и наличием апатии у больных. Мы основывались на идее о том, что использование гаплотипов в некоторых случаях повышает эффективность ассоциативного исследования, так как может захватывать каузальный SNP. Следует отметить, что полиморфный сайт rs533123 находится в неравновесии по сцеплению с rs1042114 в европейских популяциях (D' = 0.97, R2 = 0.65, χ2 = = 656, p < 0.0001) [18]. Имеются также данные об ассоциации гаплотипа, включающего rs533123, с нервной анорексией – заболеванием мотивационной природы [17]. Наконец, учитывая физическую колокализацию и функциональное взаимодействие MOP и DOP [19], мы исследовали роль межгенных взаимодействий OPRD1*OPRM1 в выраженности апатии. Предварительно протестировали ассоциации каждого из трех SNP, гаплотипов и межгенных взаимодействий с шизофренией.

Всего в данном исследовании участвовало 403 больных расстройствами шизофренического спектра (F2, МКБ-10; средний возраст 39.11 ± ± 12.47 лет, 55% женщин) и 245 здоровых, не имеющих наследственной отягощенности по шизофрении лиц (33.42 ± 13.45 лет, 60% женщин), из базы данных НЦПЗ, критерии включения в которую описаны ранее [20]. От всех участников было получено письменное информированное согласие на участие в исследовании. Исследование одобрено Этическим комитетом НЦПЗ. Шкалу оценки апатии (Apathy Evaluation Scale, AES-S [21]) заполнили 284 пациента (35.8 ± ± 11.3 лет, 55% женщин). AES состоит из 18 пунктов, которые оцениваются по 4-балльной системе и образуют четыре подшкалы: когнитивную, поведенческую, эмоциональную и “Другое”; последняя отражает общую самооценку состояния мотивации пациентом. В данной работе использовалась система подсчета баллов, при которой более выраженной апатии соответствуют более высокие баллы AES. ДНК выделяли из крови или слюны фенол-хлороформным методом. Генотипы в сайте OPRD1 rs1042114 определяли методом ПДРФ (полиморфизм длины рестрикционных фрагментов). Для ПЦР использовали праймеры: прямой 5'-CCTCGGACGCCTACCCTA-3', обратный 5'-GATGCCGAACATGACAAGC-3'. Реакцию проводили в 15 мкл в присутствии 2.5 мM MgCl2, 2 M Betain, 200 мкМ смеси dNTP, 0.75 ед. Taq-полимеразы (СибЭнзим, Россия) и 10 пмол каждого праймера. Использовали следующий протокол ПЦР: 94°С – 2 мин, 30 циклов (94°С – 20 с; 60°С – 20 с; 72°С – 20 с), 72°С – 3 мин. ПЦР-продукт обрабатывали эндонуклеазой рестрикции Cac8I. Полученные фрагменты разделяли в 15%-ном полиакриламидном геле. Для определения генотипов в сайтах OPRM1 rs1799971 и OPRD1 rs533123 использовали метод плавления с высоким разрешением (HRM). Праймеры для rs1799971: прямой 5'-GCCTTGGCGTACTCAAGTTGC-3', обратный 5'-GTCTCTCCCGCCCAGGTC-3'; праймеры для rs533123: прямой 5'-TGGCTGGTTGGCTGACTGA-3', обратный 5'-GTCCCCTCCCCTTGCTCAG-3'. Реакцию ПЦР проводили в 15 мкл в присутствии 15 нг очищенной ДНК, 300 нМ каждого из праймеров, 200 нМ dNTP, 20 ×EvaGreen красителя (Biotium Inc., США), 150 мг BSA, 0.75 ед. HotTaq-полимеразы (Sileks, Россия) в 10× “HotTaq” буфере с Mg+2 (конечная концентрация 2.5 мМ Mg+2). Температурный протокол начинался с активации фермента при 94°С в течение 10 мин, далее следовало 40 циклов (94°С – 15 с; 67°С – 45 с) для rs1799971 или (94°С – 15 с; 55°С – 15 с; 72°С – 20 с) для rs533123. Кривые плавления получали, медленно (0.025°С/с) увеличивая температуру реакции до 94°С. Для амплификации использовали систему ПЦР в режиме реального времени QuantStudio 7 (Applied Biosystems, США). Собранные данные анализировали с помощью программы QuantStudio. Каждый из образцов анализировали дважды. Генотипы в сайтах rs1799971, rs1042114 и rs533123 были определены у 608, 407 и 504 человек соответственно. Анализ с помощью Quanto 1.2 [22] показал, что выборки имели мощность около 80% для выявления при p < 0.05 ассоциаций с 1) с заболеванием или наличием апатии при размерах эффекта (отношении шансов) от 1.6–1.8 (log-аддитивная модель); 2) с количественными признаками при размерах эффекта (R2) от 0.03 (доминантная модель для минорного аллеля). Дальнейший анализ проводили с помощью программ Haploveiw 4.2 [23] и JASP 0.8.6 [24]. Уровень значимости принимали равным p = 0.05.

Частоты генотипов для rs1799971 были следующими – здоровые: AA – 195 (0.81), AG – 46 (0.19), GG – 1 (0), частота минорного аллеля (MAF) = = 0.10; больные: AA – 289 (0.79), AG – 72 (0.20), GG – 5 (0.01), MAF = 0.11. Для rs1042114 – здоровые: TT – 103 (0.80), TG – 26 (0.20), GG – 0 (0), MAF = 0.10; больные: TT – 216 (0.78), TG – 60 (0.21), GG – 2 (0.01), MAF = 0.12. Для rs533123 – здоровые: AA – 171 (0.71), AG – 64 (0.27), GG – 6 (0.02), MAF = 0.16; больные: AA – 184 (0.70), AG – 72 (0.27), GG – 7 (0.03), MAF = 0.16. Распределение генотипов для каждого из полиморфных сайтов не отклонялось от равновесия Харди–Вайнберга ни в одной из групп. SNP rs1042114 и rs533123 находились в неравновесии по сцеплению (D' = 0.95; доверительные границы CB = = 0.88–0.99; LOD = 47.89; R2 = 0.57 в общей группе). У здоровых частоты гаплотипов rs1042114–rs533123 составили: TA – 0.83, GG – 0.10, TG – 0.06, GA – 0.004 (D' = 1, CB = 0.87–1, LOD = = 16.88, R2 = 0.56). У больных: TA – 0.83, GG – 0.11, TG – 0.05, GA – 0.007 (D' = 0.93, CB = 0.83–0.98, LOD = 31.63, R2 = 0.58). Эти показатели близки к таковым для европейских популяций, согласно [18]: TA – 0.82, GG – 0.13, TG – 0.05, GA – 0.003. Анализ ассоциаций шизофрении с отдельными генотипами, гаплотипами (240 больных и 126 здоровых) и межгенными взаимодействиями (242 больных и 129 здоровых), проведенный с использованием бутстреп-метода с 1000 пермутаций для учета множественности сравнений, не выявил влияния генов OPRD1 и OPRM1 на риск шизофрении.

Показатели апатии не зависели от возраста и пола, но коррелировали между собой значимо и положительно (корреляции Спирмана, p < 0.001). Для оценки ассоциаций генотипов, гаплотипов и межгенных взаимодействий с общим уровнем апатии больных разделили на имеющих и не имеющих симптомы апатии согласно [21]. Ассоциаций выявлено не было. При анализе оценок по отдельным подшкалам AES использовали тест Манна–Уитни, поскольку их распределение отличалось от нормального (критерий Шапиро–Вилка). Сравнивали гомозигот по распространенному аллелю с носителями минорных аллелей. На этом этапе анализировали только функциональные SNP rs1799971 и rs1042114 и их взаимодействие (табл. 1). У носителей аллеля G в локусе OPRM1 rs1799971 общий балл и баллы по подшкалам AES были выше, чем у гомозигот AA, причем наибольший размер эффекта наблюдался для поведенческой апатии (коэффициент ранговой бисериальной корреляции, r = 0.14), что соответствовало представлениям о протективном эффекте этого аллеля; однако различия не достигали уровня значимости. В то же время при анализе ассоциаций с OPRD1 rs1042114 мы обнаружили повышение поведенческой апатии у носителей минорного аллеля G относительно гомозигот ТТ (U = 7879, p = 0.033, r = 0.18). Этот эффект наблюдался также в подгруппе женщин (U = 2227, p = 0.037, r = 0.25). Кроме того, оказалось, что пациенты с сочетанием генотипов OPRD1 G*OPRM1 AA имеют более выраженную поведенческую апатию, чем больные с сочетанием генотипов TT*G (U = 1028, p = = 0.037, r = 0.27). Однако при учете множественности сравнений методом FDR значимость выявленных различий не подтвердилась.

Таблица 1.  

Показатели апатии (среднее и стандартное отклонение) по шкале AES в зависимости от генотипов в сайтах OPRD1 rs1042114 и OPRM1 rs1799971 у больных шизофренией

Показатель
по Шкале оценки апатии (AES)
Генотипы Сочетания генотипов
OPRD1 OPRM1 OPRD1*OPRM1
TT
n = 216
G
n = 62
AA
n = 206
G
n = 43
TT*AA
n = 154
TT*G
n = 36
G*AA
n = 45
G*G
n = 7
Суммарная оценка 33.42 ± ± 8.96 34.66 ± ± 8.75 34.16 ± ± 9.49 33.00 ± ± 8.26 33.64 ± ± 9.50 32.72 ± ± 7.67 34.91 ± ± 8.70 34.43 ± ± 11.49
Когнитивная 14.88 ± ± 4.42 15.18 ± ± 4.46 15.09 ± ± 4.57 14.91 ± ± 4.23 14.93 ± ± 4.59 14.58 ± ± 3.86 15.16 ± ± 4.16 16.57 ± ± 5.88
Поведенческая 9.52 ± ± 2.63 10.47* ± ± 3.02 9.75 ± ± 2.78 9.23 ± ± 2.57 9.56 ± ± 2.69 9.14 ± ± 2.39 10.42* ± ± 2.98 9.71 ± ± 3.55
Эмоциональная 3.06 ± ± 1.42 2.73 ± ± 0.83 3.06 ± ± 1.47 2.84 ± ± 0.97 3.09 ± ± 1.54 2.92 ± ± 1.02 2.73 ± ± 0.86 2.43 ± ± 0.53
Другое 5.95 ± ± 2.37 6.29 ± ± 2.89 6.26 ± ± 2.48 6.02 ± ± 2.22 6.06 ± ± 2.43 6.08 ± ± 2.29 6.60 ± ± 2.45 5.71 ± ± 1.98

Примечание. Группа G – лица с одним или двумя аллелями G в генотипе. * p < 0.05.

Таким образом, нами не получено убедительных доказательств вклада генов опиатных рецепторов MOP и DOP в выраженность апатии при шизофрении. Мы также не нашли ассоциаций OPRD1 и OPRM1 с риском шизофрении, хотя мощность выборки была достаточной для выявления эффекта, показанного ранее для OPRM1 в китайской популяции [7]. Вместе с тем мы обнаружили слабую связь между повышением самооценки поведенческой апатии с носительством минорного аллеля rs1042114 (G) гена OPRD1, особенно при его сочетании с генотипом OPRM1 AA. Эти результаты вместе с данными о функциональных последствиях G-аллеля для работы DOP [16] и для мозговых процессов, в частности, для накопления предшественника бета-амилоида в мозге [25], позволяют предположить, что дальнейшее изучение полиморфизма rs1042114 в локусе OPRD1 может представлять интерес для понимания трансдиагностических молекулярных механизмов апатии.

Исследование выполнено за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 16-06-00100a.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

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.

Список литературы

  1. Bortolon C., Macgregor A., Capdevielle D., Raffard S. Apathy in schizophrenia: A review of neuropsychological and neuroanatomical studies // Neuropsychologia. 2018. V. 118(Pt B). P. 22–33. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2017.09.033

  2. Berridge K.C. Evolving concepts of emotion and motivation // Front. Psychol. 2018. V. 9. e1647. https://doi.org/10.3389/ fpsyg.2018.01647

  3. Schwantes-An T.H., Zhang J., Chen L.S. et al. Association of the OPRM1 variant rs1799971 (A118G) with non-specific liability to substance dependence in a collaborative de novo meta-analysis of european-ancestry cohorts // Behav. Genet. 2016. V. 46. P. 151–169. https://doi.org/10.1007/s10519-015-9737-3

  4. Crist R.C., Reiner B.C., Berrettini W.H. A review of opioid addiction genetics // Curr. Opin. Psychol. 2018. V. 27. P. 31–35. https://doi.org/10.1016/j.copsyc.2018.07.014

  5. Pellissier L.P., Gandía J., Laboute T. et al. μ opioid receptor, social behaviour and autism spectrum disorder: Reward matters // Br. J. Pharmacol. 2018. V. 175. P. 2750–2769. https://doi.org/10.1111/bph.13808

  6. Serý O., Prikryl R., Castulík L., St’astný F. A118G polymorphism of OPRM1 gene is associated with schizophrenia // J. Mol. Neurosci. 2010. V. 41. P. 219–222. https://doi.org/10.1007/s12031-010-9327-z

  7. Ding S., Chen B., Zheng Y. et al. Association study of OPRM1 polymorphisms with schizophrenia in Han Chinese population // BMC Psychiatry. 2013. V. 13. e107. doihttps://doi.org/10.1186/1471-244X-13-107

  8. Troisi A., Frazzetto G., Carola V. et al. Social hedonic capacity is associated with the A118G polymorphism of the mu-opioid receptor gene (OPRM1) in adult healthy volunteers and psychiatric patients // Soc. Neurosci. 2011. V. 6. P. 88–97. https://doi.org/10.1080/17470919.2010.482786

  9. Yazdani S., Salimi V., Eshraghian M.R. et al. No genetic association between A118G polymorphism of μ-opioid receptor gene and schizophrenia and bipolar disorders // Indian J. Psychiatry. 2017. V. 59. P. 483–486. https://doi.org/10.4103/psychiatry.IndianJPsychiatry_53_17

  10. Chartoff E.H., Connery H.S. It’s MORe exciting than mu: crosstalk between mu opioid receptors and glutamatergic transmission in the mesolimbic dopamine system // Front. Pharmacol. 2014. V. 5. e116. https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00116

  11. Plein L.M., Rittner H.L. Opioids and the immune system – friend or foe // Br. J. Pharmacol. 2018. V. 175. P. 2717–2725. https://doi.org/10.1111/bph.13750

  12. Volk D.W., Radchenkova P.V., Walker E.M. et al. Cortical opioid markers in schizophrenia and across postnatal development // Cereb. Cortex. 2012. V. 22. P. 1215–1223. https://doi.org/10.1093/cercor/bhr202

  13. Pardiñas A.F., Holmans P., Pocklington A.J. et al. Common schizophrenia alleles are enriched in mutation-intolerant genes and in regions under strong background selection // Nat. Genet. 2018. V. 50. P. 381–389. https://doi.org/10.1038/s41588-018-0059-2

  14. Zhang Y., Wang D., Johnson A.D. et al. Allelic expression imbalance of human mu opioid receptor (OPRM1) caused by variant A118G // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 32618–32624. https://doi.org/10.1074/jbc.M504942200

  15. Briand L.A., Hilario M., Dow H.C. et al. Mouse model of OPRM1 (A118G) polymorphism increases sociability and dominance and confers resilience to social defeat // J. Neurosci. 2015. V. 35. P. 3582–3590. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4685-14.2015

  16. Leskelä T.T., Markkanen P.M., Alahuhta I.A. et al. Phe27Cys polymorphism alters the maturation and subcellular localization of the human delta opioid receptor // Traffic. 2009. V. 10. P. 116–129. https://doi.org/10.1111/j.1600-0854.2008.00846.x

  17. Crist R.C., Clarke T.K. OPRD1 genetic variation and human disease // Handb. Exp. Pharmacol. 2018. V. 247. P. 131–145. https://doi.org/10.1007/164_2016_112

  18. Machiela M.J., Chanock S.J. LDlink: a web-based application for exploring population-specific haplotype structure and linking correlated alleles of possible functional variants // Bioinformatics. 2015. V. 31. P. 3555–3557. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv402

  19. Li Z., Zhang H. Analyzing interaction of μ-, δ- and κ‑opioid receptor gene variants on alcohol or drug dependence using a pattern discovery-based method // J. Addict. Res. Ther. 2013. Suppl. 7. 007. https://doi.org/10.4172/2155-6105.S7-007

  20. Алфимова М.В., Голимбет В.Е., Коровайцева Г.И. и др. Ассоциация полиморфизма Cys23Ser гена рецептора серотонина 2c с социальным поведением у больных шизофренией и здоровых // Генетика. 2015. Т. 51. № 2. С. 242–247. https://doi.org/10.7868/S0016675815010026

  21. Marin R.S., Biedrzycki R.C., Firinciogullari S. Reliability and validity of the Apathy evaluation scale // Psychiatry Res. 1991. V. 38. P.143–162. https://doi.org/10.1016/0165-1781(91)90040-V

  22. Gauderman W.J., Morrison J.M. QUANTO 1.1: A computer program for power and sample size calculations for genetic-epidemiology studies. 2006. https://hydra.usc.edu/gxe [accessed 25 September 2018].

  23. Barrett J.C., Fry B., Maller J., Daly M.J. Haploview: analysis and visualization of LD and haplotype maps // Bioinformatics. 2005. V. 21. P. 263–265. https://doi.org/10.1093/ bioinformatics/bth457

  24. JASP Team. JASP (Version 0.8.6) [Computer software]. 2018. https://jasp-stats.org/ [accessed 6 March 2018].

  25. Sarajärvi T., Tuusa J.T., Haapasalo A. et al. Cysteine 27 variant of the delta-opioid receptor affects amyloid precursor protein processing through altered endocytic trafficking // Mol. Cell. Biol. 2011. V. 31. P. 2326–2340. https://doi.org/10.1128/MCB.05015-11

Дополнительные материалы отсутствуют.