1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 57, № 11, 2021

Генетика, 2021, T. 57, № 11, стр. 1286-1296

Роль генов нейротрансмиттерной системы в развитии хронической обструктивной болезни легких

Г. Ф. Корытина 1, 2, *, Л. З. Ахмадишина 1, О. В. Кочетова 1, Т. Р. Насибуллин 1, Ю. Г. Азнабаева 2, Ш. Р. Зулкарнеев 2, С. М. Измайлова 2, Н. Ш. Загидуллин 2, Т. В. Викторова 2

1 Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
450054 Уфа, Россия

2 Башкирский государственный медицинский университет
450000 Уфа, Россия

* E-mail: guly_kory@mail.ru

Поступила в редакцию 16.02.2021
После доработки 21.03.2021
Принята к публикации 11.05.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Курение – основной фактор риска хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), многофакторного воспалительного заболевания респираторной системы. Использовали образцы ДНК больных (N = 601) и здоровых (N = 617) индивидов. Полиморфные варианты генов GRIK3 (rs534131), GRIN2B (rs7301328, rs1805476), GRIA1 (rs2195450), GRIN1 (rs6293), GABBR2 (rs3750344), BDNF (rs6265, rs11030107), ANKK1 (rs1800497) анализировали методом полимеразной цепной реакции в реальном времени. Показана ассоциация генов GRIK3 (rs534131) (P = 0.009, OR = 1.42 в доминантной модели), GRIA1 (rs2195450) (P = 0.015, OR = 1.35 в доминантной модели), GRIN1 (rs6293) (P = 0.036, OR = 0.79 в лог-аддитивной модели), GRIN2B (rs7301328) (P = 0.0009, OR = 0.54 в рецессивной модели) с ХОБЛ. Среди курильщиков ассоциация подтверждена для генов GRIK3 (rs534131) (P = 0.0001, OR = 1.68 в доминантной модели) и GRIN2B (rs7301328) (P = 0.001, OR = 0.52 в рецессивной модели). У некурящих ассоциации с ХОБЛ выявлены для генов GRIN1 (rs6293) (P = 0.0001, OR = 0.36 в доминантной модели), GRIA1 (rs2195450) (P = 0.0018, OR = 2.40 в лог-аддитивной модели) и BDNF (rs11030107) (P = 0.005, OR = 2.86 для генотипа TT). У индивидов с генотипами GG гена GRIK3 (rs534131) и GG гена GRIA1 (rs2195450) установлены более низкие показатели индекса курения (P = 0.028 и 0.0001 соответственно). Уровень никотиновой зависимости значимо выше у носителей редкого аллеля A гена GRIK3 (rs534131) и генотипа GC гена GRIN2B (rs7301328) (P = 0.011 и 0.023 соответственно). С помощью алгоритма APSampler получены информативные сочетания генотипов, ассоциированные с ХОБЛ, включающие GRIN2B rs2268132*T, GRIN2B rs7301328*G, GRIN2B rs1805476*C, ANKK1 rs1800497*G, GABBR2 rs3750344*A, CHRNA5 rs16969968*T, CHRNA3 rs1051730*A, HTR2A rs6313*CC, GRIA1 rs2195450*G.

Ключевые слова: хроническая обструктивная болезнь легких, рецепторы глутамата, никотиновая зависимость, курение, ген-средовые взаимодействия.

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) – многофакторное хроническое гетерогенное воспалительное заболевание респираторной системы, с преимущественным поражением дистальных отделов дыхательных путей и легочной паренхимы, которое является четвертой ведущей причиной смерти в мире, вызывая более трех миллионов смертей ежегодно [1]. Курение – основной фактор риска развития многих заболеваний, в том числе и ХОБЛ [2]. С табакокурением связывают появление патологических процессов в легких и развитие системных воспалительных реакций, окислительный стресс, дисфункцию эндотелия сосудов, возрастание активности прокоагулянтных факторов [1]. Табачная зависимость стала серьезной проблемой общественного здравоохранения; никотин является основным компонентом табака, вызывающим привыкание, и у большинства регулярно курящих людей развивается никотиновая зависимость [2]. Получены убедительные данные о вкладе генетических факторов в развитие никотиновой зависимости [3]. Полногеномные ассоциативные исследования и метаанализы позволили выявить ряд локусов, связанных с развитием никотиновой зависимости и количественными показателями, характеризующими поведение курильщика: на хромосоме 15q25 – кластер генов CHRNA3/ CHRNA5/CHRNB4, кодирующих холинергические никотиновые рецепторы; LOC100188947 на хромосоме 10q25; в гене EGLN2 на хромосоме 9q13; на хромосоме 11p13 в гене BDNF [4]. К настоящему времени проведено много исследований по идентификации наследственных основ ХОБЛ; было показано, что ряд генов ассоциируют как с ХОБЛ, так и с никотиновой зависимостью [5]. Для некоторых SNP в этих генах, вовлеченных в нейротрансмиссию, выявлены значимые взаимодействия с курением, что указывает на важную роль генов нейротрансмиттеров в приверженности курению и формированию никотиновой зависимости [6]. Ранее нами было показано, что полиморфные варианты генов холинэргических никотиновых CHRNA5 (rs16969968), CHRNA3 (rs1051730), глутаматных GRIK5 (rs8099939), GRIN2B (rs2268132) и серотонинового HTR2A (rs6313) рецепторов связаны с развитием ХОБЛ у курильщиков в популяции татар [7, 8]. В настоящей работе мы расширили список генов-кандидатов, включив в него гены, кодирующие ионотропный каинатный рецептор 3-го типа (GRIK3), ионотропный AMPA-рецептор (GRIA1), NMDA-рецептор глутамата тип 1 (GRIN1), рецептор гамма-аминомасляной кислоты B (GABBR2), нейротрофический фактор (BDNF) и протеинкиназу (ANKK1). Цель настоящего исследования – выявление ассоциации полиморфных вариантов генов GRIK3, GRIN2B, GRIA1, GRIN1, GABBR2, BDNF и ANKK1 с ХОБЛ, анализ их вклада в вариабельность показателей, характеризующих уровень никотиновой зависимости и индекс курения, оценки взаимодействия генетических и средовых факторов при формировании ХОБЛ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования – кандидатное исследование по принципу случай–контроль. Использовали образцы ДНК неродственных индивидов, татар по этнической принадлежности, проживающих на территории Республики Башкортостан. Группа больных включала 601 индивида (из них 522 мужчин (86.85%) и 79 женщин (13.15%)), средний возраст составил 63.38 ± 11.81 лет. Среди больных ХОБЛ курильщиков и бывших курильщиков – 484 человека (80.53%), некурящих 117 (19.47%). Индекс курения у курильщиков и бывших курильщиков составил 44.58 ± 25.92 пачек/лет. Группа контроля включала 617 индивидов (из них 548 мужчин (88.88%) и 69 женщин (11.12%)), средний возраст составил 58.44 ± 14.79, курильщики и бывшие курильщики – 517 (83.79%) и некурящие – 100 (16.21%)); индекс курения у курильщиков составлял 38.54 ± 23.12 пачек/лет. Критерии включения и исключения в группу ХОБЛ и контроля, оценка уровня никотиновой зависимости c использованием теста Фагерстрема описаны нами ранее [8]. Исследование одобрено комитетом по этике ИБГ УНЦ РАН.

Генотипирование

ДНК выделяли из лейкоцитов периферической крови с использованием фенольно-хлороформной экстракции. Для анализа нами были выбраны полиморфные локусы генов, имеющие функциональную значимость и/или ранее связанные с формированием зависимости от психоактивных веществ и психическими заболеваниями. Учитывалась частота редкого аллеля в популяциях европеоидов по данным базы National Center for Biotechnology Information [9]. Для нашего исследования были выбраны следующие полиморфные локусы: GRIK3 (rs534131, g.20608A>G), GRIN2B (rs7301328, c.366C>G, p.Pro122=), GRIN2B (rs1805476, c.*1354C>A), GRIA1 (rs2195450, c.–750G>A), GRIN1 (rs6293, c.789A>G, p.Pro263=), GABBR2 (rs3750344, c.360A>G, p.Ala120=), BDNF (rs6265, c.283G>A, p.Val66Met), BDNF (rs11030107, c.–21-14703T>C), ANKK1 (rs1800497, c.2137G>A, p.Glu713Lys). Функциональная значимость выбранных для исследования полиморфных локусов исследовалась по базам RegulomeDB Version 1.1 (https://regulomedb.org), SNPinfo Web Server (https://snpinfo.niehs.nih.gov) и HaploReg v3 [10]. Полиморфные варианты генов анализировали при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени коммерческими наборами с флуоресцентной детекцией (https://www.oligos.ru, OOO “ДНК-Синтез”, Россия) на приборе BioRad CFX96TM (Bio-Rad Laboratories, Inc., США). Подробно методы анализа описаны нами ранее [7].

Статистическая обработка результатов

Статистическую обработку данных проводили, используя пакеты прикладных программ Statistica v 6.0 (StatSoft Inc., США) и PLINK v 1.07 [11]. Подробное описание методов статистического анализа приведено нами ранее [7, 8]. Вклад аллельных вариантов изучаемых генов-кандидатов в вариабельность количественных признаков (индекс курения и уровень никотиновой зависимости (FTND)) определяли с помощью линейной регрессии. Анализ ассоциаций сочетаний аллелей/ генотипов с ХОБЛ осуществляли с помощью программы APSampler 3.6.1 (http://sourceforge.net/ projects/apsampler/). Основной алгоритм описан в статье [12]. Поправку на множественное тестирование проводили с помощью метода оценки доли ложноположительных результатов FDR (False Discovery Rate) (Benjiamini Hochberg), используя программу (http//www.sdmproject.com/utilinies/ ?show=FDR) и получали новое значение РFDR-cor.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Прежде чем приступить к анализу ассоциации аллельных вариантов генов-кандидатов с развитием ХОБЛ была проведена проверка соответствия распределения частот генотипов равновесию Харди–Вайнберга. Для группы контроля были получены следующие результаты: GRIK3 (rs534131) (PX–B = 0.082), GRIN2B (rs7301328) (PX–B = 0.66), GRIN2B (rs1805476) (PX–B = 0.11), GRIA1 (rs2195450) (PX–B = 0.15), GRIN1 (rs6293) (PX–B = 0.14), GABBR2 (rs3750344) (PX–B = 0.08), BDNF (rs6265) (PX–B = = 0.67), BDNF (rs11030107) (PX–B = 0.16), ANKK1 (rs1800497) (PX–B = 0.88). В табл. 1 представлены данные по распределению частот генотипов и аллелей изученных локусов, значимость различий между группами, показатели отношения шансов, рассчитанные для редкого аллеля каждого локуса; в табл. 2 – статистически значимые результаты регрессионного анализа. Частота редкого аллеля A гена GRIK3 (rs534131) была значимо выше в группе больных ХОБЛ (P = 0.017, OR = 1.21 95%CI 1.04–1.57). Ассоциация гена GRIK3 (rs534131) с ХОБЛ была установлена в доминантной (P = 0.009, Pcor-FDR = 0.044, OR = 1.42 95%CI 1.10–1.83) и лог-аддитивной (P = 0.018, Pcor-FDR = 0.044, OR = 1.25 95%CI 1.07–1.51) моделях. Частота редкого аллеля A гена GRIA1 (rs2195450) была значимо выше в группе больных ХОБЛ (22.13% против 18.15% в контроле, P = 0.016, OR = 1.28 95%CI 1.05–1.56). Ген GRIA1 (rs2195450) ассоциировал с ХОБЛ в доминантной (P = 0.015, Pcor-FDR = 0.044, OR = 1.35 95%CI 1.07–1.71) и лог-аддитивной (P = 0.02, Pcor-FDR = 0.044, OR = 1.26 95%CI 1.01–1.57) моделях. Выявлены значимые различия по распределению частот аллелей полиморфного локуса GRIN1 (rs6293) между исследованными группами (P = 0.04, OR = = 0.81 95%CI 0.66–0.98). Регрессионный анализ показал ассоциацию гена GRIN1 (rs6293) с ХОБЛ в доминантной (P = 0.047, Pcor-FDR = 0.0705, OR = 0.78 95%CI 0.62–0.98) и лог-аддитивной (P = 0.036, Pcor-FDR = 0.061, OR = 0.79 95%CI 0.63–0.99) моделях, но после FDR-коррекции различия не достигали статистической значимости. В группе ХОБЛ частота редкого аллеля С гена GRIN2B (rs7301328) была значимо ниже, чем в контроле (36.36% против 41.17% в контроле, P = 0.021, OR = 0.81 95%CI 0.69–0.96). Ассоциация гена GRIN2B (rs7301328) с ХОБЛ была установлена в рецессивной (P = 0.0009, Pcor-FDR = 0.0108, OR = 0.54 95%CI 0.37–0.78) и лог-аддитивной модели (P = 0.022, Pcor-FDR = 0.044, OR = 0.81 95%CI 0.68–0.98); гомозиготный по редкому аллелю генотип СС гена GRIN2B (rs7301328) является маркером устойчивости к ХОБЛ. Сравнительный анализ распределения частот генотипов и аллелей между группами больных ХОБЛ и контроля по полиморфным вариантам генов GRIN2B (rs1805476), GABBR2 (rs3750344), BDNF (rs6265), BDNF (rs11030107), ANKK1 (rs1800497) статистически значимых различий не дал (табл. 1).

Таблица 1.

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфных локусов генов нейротрансмиттеров в группах ХОБЛ и контроле

Ген, полиморфный
локус 		Редкий
аллель 		Генотипы,
аллели 		ХОБЛ
n (%)
(N = 601) 		Контроль
n (%)
(N = 617) 		P OR
(95%CI)
GRIK3
rs534131
A>G		 A GG/GA/AA 141/341/119
(23.46/56.74/19.80) 		187/326/104
(30.31/52.84/16.86) 		0.022 –
G/A 623/579
(51.83/48.17) 		700/534
(56.73/43.27) 		0.017 1.21
(1.04–1.57)
GRIA1
rs2195450
G>A		 A GG/GA/AA 367/202/32
(61.06/33.61/5.32) 		419/172/26
(67.91/27.88/4.21) 		0.044 –
G/A 936/266
(77.87/22.13) 		1010/224
(81.85/18.15) 		0.016 1.28
(1.05–1.56)
GRIN1
rs6293
A>G		 G AA/AG/GG 386/198/17
(64.23/32.95/2.83) 		361/231/25
(58.51/37.44/4.05) 		0.096 –
A/G 970/232
(80.70/19.30) 		953/281
(77.23/22.77) 		0.04 0.81
(0.66–0.98)
GRIN2B
rs7301328
C>G		 C GG/GC/CC 225/315/61
(37.44/52.41/10.15) 		217/292/108
(35.17/47.33/17.50) 		0.001 –
G/C 765/437
(63.64/36.36) 		726/508
(58.83/41.17) 		0.021 0.81
(0.69–0.96)
GRIN2B
rs1805476
C>A		 C AA/AC/CC 163/265/173
(27.12/44.09/28.79) 		170/286/161
(27.55/46.35/26.09) 		0.55 –
A/C 591/611
(49.17/50.83) 		626/608
(50.73/49.27) 		0.465 1.06
(0.91–1.24)
GABBR2
rs3750344
A>G		 G AA/AG/GG 403/170/28
(67.05/28.29/4.66) 		399/183/35
(64.67/29.66/5.67) 		0.587 –
A/G 976/226
(81.20/18.80) 		981/253
(79.50/20.50) 		0.315 0.89
(0.74–1.09)
BDNF
rs6265
G>A		 A GG/GA/AA 446/141/14
(74.21/23.46/2.33) 		457/147/13
(74.07/23.82/2.11) 		0.958 –
G/A 1033/169
(85.94/14.06) 		1061/ 173
(85.98/14.02) 		0.975 1.00
(0.79–1.26)
BDNF
rs11030107 T>C		 C TT/TC/CC 461/136/4
(76.71/22.63/0.67) 		475/138/4
(76.99/22.37/0.65) 		0.993 –
T/C 1058/144
(88.02/11.98) 		1088/146
(88.17/11.83) 		0.960 1.01
(0.79–1.29)
ANKK1
rs1800497 G>A		 A GG/GA/AA 336/237/28
(55.91/39.43/4.66) 		363/220/34
(58.83/35.66/5.51) 		0.359 –
G/A 909/293
(75.62/24.38) 		946/288
(76.66/23.34) 		0.580 1.05
(0.83–1.27)

Примечание. N – число индивидов, включенных в анализ; P – значимость различий между группами по частотам аллелей и генотипов (тест χ2 на гомогенность выборок); OR – показатель отношения шансов для редкого аллеля (базовый аллельный тест).

Таблица 2.

Статистически значимые результаты анализа ассоциации полиморфных локусов генов-кандидатов с развитием ХОБЛ (лог-регрессионный анализ)

Ген,
полиморфный локус 		Редкий
аллель 		Модель ХОБЛ
n (%)
(N = 601) 		Контроль
n (%)
(N = 617) 		ORadj (95%CI) Padj Pcor-FDR
GRIK3
rs534131 		A GG
GA + AA
Доминантная 		141 (23.46)
460 (76.54) 		187 (30.31)
430 (69.69) 		1.00
1.42 (1.10–1.83) 		0.009 0.044
GG + GA
AA
Рецессивная 		482 (80.20)
119 (19.80) 		513 (83.16)
104 (16.86) 		1.00
1.22 (0.88–1.70) 		0.21 0.264
Лог-аддитивная – – 1.25 (1.07–1.51) 0.018 0.044
GRIA1
rs2195450 		A GG
GA + AA
Доминантная 		367 (61.06)
234 (38.94) 		419 (67.91)
198 (32.09) 		1.00
1.35 (1.07–1.71) 		0.015 0.044
GG + GA
AA
Рецессивная 		569 (94.68)
32 (5.32) 		591 (95.79)
26 (4.21) 		1.00
1.27 (0.75–2.17) 		0.438 0.445
Лог-аддитивная – – 1.26 (1.01–1.57) 0.02 0.044
GRIN1
rs6293 		G AA
AG + GG
Доминантная 		386 (64.23)
215 (35.77) 		361 (58.51)
256 (41.49) 		1.00
0.78 (0.62–0.98) 		0.047 0.0705
AA + AG
GG
Рецессивная 		584 (97.17)
17 (2.83) 		592 (95.95)
25 (4.05) 		1.00
0.65 (0.32–1.30) 		0.22 0.264
Лог-аддитивная – – 0.79 (0.63–0.99) 0.036 0.061
GRIN2B
rs7301328 		C GG
GC + CC
Доминантная 		225(37.44)
376 (62.56) 		217 (35.17)
400 (64.83) 		1.00
0.91 (0.70–1.17) 		0.445 0.445
GG + GC
CC
Рецессивная 		540 (89.85)
61(10.15) 		509 (82.50)
108(17.50) 		1.00
0.54 (0.37–0.78) 		0.0009 0.0108
Лог-аддитивная – – 0.81 (0.68–0.98) 0.022 0.044

Примечание. Padj– значимость для теста отношения правдоподобия лог-регрессионной модели с учетом возраста, индекса массы тела, пола; ORadj – отношение шансов с учетом всех факторов, 95%CI – 95%-ный доверительный интервал для OR; Pcor-FDR – значимость теста после коррекции FDR; лог-аддитивная модель на дозу редкого аллеля – увеличение дозы редкого аллеля в ряду: гомозигота по частому аллелю (0)–гетерозигота (1)–гомозигота по редкому аллелю (2).

Анализ ассоциации генов-кандидатов с развитием ХОБЛ в группах, дифференцированных по статусу курения

В группе курильщиков ассоциация была подтверждена для генов GRIK3 (rs534131) и GRIN2B (rs7301328) (см. табл. 3). Так же как и в общей группе, ген GRIK3 (rs534131) значимо ассоциировал с ХОБЛ у курильщиков в доминантной (P = 0.0001, Pcor-FDR = 0.00065, OR = 1.68 95%CI 1.27–2.24) и лог-аддитивной (P = 0.003, Pcor-FDR = 0.0078, OR = = 1.31 95%CI 1.10–1.56) моделях. Ассоциация с развитием заболевания и геном GRIN2B (rs7301328) в группе курильщиков была показана в рецессивной (P = 0.001, Pcor-FDR = 0.004, OR = 0.52 95%CI 0.36–0.77) и лог-аддитивной (P = 0.021, Pcor-FDR = = 0.027, OR = 0.80 95%CI 0.67–0.96) моделях. Регрессионный анализ установил ассоциацию гена GRIN1 (rs6293) с ХОБЛ у некурящих индивидов в доминантной (P = 0.0001, Pcor-FDR = 0.00065, OR = = 0.36 95%CI 0.20–0.63) и лог-аддитивной (P = 0.02, Pcor-FDR = 0.027, OR = 0.51 95%CI 0.31–0.84) моделях; риск развития заболевания связан с генотипом AA гена GRIN1 (rs6293) (OR = 2.8 95%CI 1.57–4.97). Ген GRIA1 (rs2195450) значимо ассоциировал с ХОБЛ у некурящих индивидов в доминантной (P = 0.0082, Pcor-FDR = 0.015, OR = 2.57 95%CI 1.27–5.19), рецессивной (P = 0.0096, Pcor-FDR = 0.015, OR = 6.40 95%CI 1.31–31.36) и лог-аддитивной (P = 0.0018, Pcor-FDR = 0.005, OR = 2.40 95%CI 1.35–4.25) моделях. Значимые ассоциации с ХОБЛ только среди некурящих индивидов были получены для генотипа TT гена BDNF (rs11030107) (P = 0.005 Pcor-FDR = 0.01, OR = 2.86 95%CI 1.40–5.81).

Таблица 3.

Статистически значимые результаты анализа ассоциации полиморфных локусов генов-кандидатов с развитием ХОБЛ в группах, дифференцированных по статусу курения

Ген,
SNP 		Редкий аллель Модель ХОБЛ абс. (%) Контроль абс. (%) OR (95%CI) P Pcor-FDR
Курильщики (N = 484) (N = 517)  
GRIK3 rs534131 A GG
GA + AA
Доминантная 		106 (21.90)
378 (78.10) 		166 (32.11)
351 (67.89) 		1.00
1.68 (1.27–2.24) 		0.0001 0.00065
GG + GA
AA
Рецессивная 		388 (80.17)
96 (19.83) 		430 (83.17)
87(16.83) 		1.00
1.21 (0.84–1.72) 		0.25 0.27
Лог-аддитивная – – 1.31 (1.10–1.56) 0.003 0.0078
GRIN2B
  rs7301328 		C GG
GC + CC
Доминантная 		180 (37.19)
304 (62.81) 		176 (34.04)
341 (65.96) 		1.00
0.87 (0.66–1.15) 		0.34 0.34
GG + GC
CC
Рецессивная 		438 (90.50)
46 (9.50) 		431 (83.37)
86 (16.63) 		1.00
0.52 (0.36–0.77) 		0.001 0.004
Лог-аддитивная – – 0.80 (0.67–0.96) 0.021 0.027
Heкурящие    (N = 117)   (N = 100)  
GRIN1 rs6293 G AA
AG + GG
Доминантная 		88 (75.21)
29 (24.79) 		52 (52.00)
48 (48.00) 		1.00
0.36 (0.20–0.63) 		0.0001 0.00065
AA + AG
GG
Рецессивная 		113 (96.58)
4(3.42) 		  100
  (100.00)
  0 		  1.00
  NA (0.00–NA) 		0.037 0.043
Лог-аддитивная – – 0.51 (0.31–0.84) 0.02 0.027
GRIA1 rs2195450       A   GG
GA + AA
Доминантная 		59 (50.42)
58 (49.58) 		72 (72.00)
28 (28.00) 		1.00
2.57 (1.27–5.19) 		0.0082 0.015
GG + GA
AA
Рецессивная 		101 (86.32)
116 (13.68) 		98 (98.00)
2 (2.00) 		1.00
6.40 (1.31–31.36) 		0.0096 0.015
Лог-аддитивная – – 2.40 (1.35–4.25) 0.0018 0.005
BDNF rs11030107 C TT
TC		 103 (88.03)
14 (11.97) 		72 (72.00)
28 (28.00) 		2.86 (1.40–5.81)
0.34 (0.17–0.71) 		0.005 0.010

У гомозигот GG по гену GRIA1 (rs2195450) установлены более низкие показатели индекса курения (29.54 пачек/лет, P = 0.028) (см. табл. 4). У гетерозигот и гомозигот по редкому аллелю A гена GRIK3 (rs534131) показано значимое увеличение индекса курения (32.88 пачек/лет, P = 0.0001). Показатель, характеризующий уровень никотиновой зависимости, рассчитанный по шкале Фагерстрема, также был значимо выше (FTND = 5.51, P = 0.011) у носителей редкого аллеля A гена GRIK3 (rs534131) и гетерозигот GC по гену GRIN2B (rs7301328) (FTND = 5.44, P = 0.023).

Таблица 4.

Вклад генотипов полиморфных локусов генов-кандидатов в вариабельность показателя индекса курения и уровень никотиновой зависимости

Ген, полиморфный локус Генотип n M ± S.E Pa beta (95%CI)
Индекс курения (пачки/лет) в общей группе курильщиков (N = 1001)
GRIA1
rs2195450 		GG
GA + AA		 653
348 		29.54 (1.04)
33.56 (1.58) 		0.028    0.00
   4.02 (0.44–7.61)
GRIK3
rs534131 		GG
GA + AA		 277
724 		25.12 (1.38)
32.88 (1.07) 		0.0001    0.00
   7.76 (3.97–11.55)
GG + AA
GA		 458
543 		27.69 (1.12)
33.31 (1.29) 		0.0013    0.00
   5.62 (2.21–9.04)
Уровень никотиновой зависимости по шкале Фагерстрема FTND (N = 1218)
GRIK3
rs534131 		GG
GA + AA		 329
889 		4.99 (0.16)
5.51 (0.11) 		0.011    0.00
   0.51 (0.12–0.91)
GRIN2B
rs7301328 		GG + GC
CC		 1045
173 		5.42 (0.09)
5.00 (0.24) 		0.042    0.00
–0.16 (–0.31…–0.01)
GG + CC
GC		 613
605 		5.28 (0.12)
5.44 (0.12) 		0.023    0.00
   0.12 (0.02–0.23)

Примечание. M ± S.E – средние значения и стандартная ошибка среднего; P a – уровень значимости для уравнения регрессии; beta (95%CI) – коэффициент регрессии и 95%-ный доверительный интервал для коэффициента.

Анализ сочетаний аллелей и/или генотипов исследованных генов с развитием ХОБЛ

При помощи программы APSampler (Allelic Pattern Sampler) нами проведен поиск информативных предикторов развития ХОБЛ. В анализ помимо девяти исследованных полиморфных локусов были включены еще восемь, изученных нами ранее: CHRNA5 (rs16969968), CHRNA3 (rs1051730, rs6495309), CHRNB4 (rs1948), HTR4 (rs3995090), HTR2A (rs6313), GRIK5 (rs8099939), GRIN2B (rs2268132) [7, 8]. Выявлены генетические паттерны, значимо ассоциированные с ХОБЛ; в табл. 5 отражены результаты наиболее значимых комбинаций с PFDR менее 0.05 и OR более 2.5 для комбинаций риска или OR менее 0.33 для протективных комбинаций. Большинство наиболее значимых комбинаций, которые ассоциировали с риском развития ХОБЛ, включали генотип GRIN2B rs2268132*TT или аллель GRIN2B rs2268132*T, GRIN2B rs7301328*G, а также GRIN2B rs1805476*C. Аллель GRIN2B rs2268132*G являлся обязательной частью комбинаций, имеющих протективный эффект. Локусы ANKK1 rs1800497*G, GABBR2 rs3750344*A встречались в нескольких комбинациях риска развития ХОБЛ. Комбинации риска включали гены CHRNA5 rs16969968*T, CHRNA3 rs1051730*A и CHRNB4 rs1948*C и гены HTR2A rs6313*CC и HTR4 rs3995090*A, с которыми нами ранее были выявлены ассоциации с ХОБЛ в нашей выборке [7, 8]. Аллель GRIK3 rs534131*G встречался только в сочетаниях пониженного риска ХОБЛ. Анализ сочетаний аллелей/генотипов исследованных полиморфных локусов позволил вывить ассоциацию полиморфных локусов генов ANKK1 (rs1800497), GABBR2 (rs3750344), которые проявляли свой эффект только в комбинации с генами глутаматных и холинэргических никотиновых рецепторов.

Таблица 5.

Сочетания аллелей и/или генотипов полиморфных локусов генов нейротрансмиттерной системы, значимо ассоциированные с ХОБЛ

Сочетания ХОБЛ, % Контроль, % Pvalue PFDR OR 95%CI
Рисковые
GRIN2B rs2268132*TT + GRIN2B rs7301328*G + ANKK1 rs1800497*G 14.84 1.32 8.09e-11 1.35e-08 13.02 4.62–36.66
GRIN2B rs2268132*TT + GRIN2B rs7301328*G 14.24 1.58 3.04e-10 3.47e-08 10.46 4.10–26.67
CHRNA5 rs16969968*T + HTR2A rs6313*CC 15.84 2.89 3.78e-09 1.82e-07 6.74 3.16–4.40
GRIN2B rs7301328*G + HTR2A rs6313*CC 28.36 10.87 6.57e-09 2.95e-07 3.24 2.135–4.92
GRIN2B rs2268132*T + GRIN2B rs7301328*G + ANKK1 rs1800497*G + GABBR2 rs3750344*A 46.58 26.07 9.68e-08 2.79e-06 2.57 1.75–3.47
GRIN2B rs2268132*T + GRIN2B rs7301328*G + GABBR2 rs3750344*A + BDNF rs11030107*T 48.97 29.49 9.36e-07 1.78e-05 2.59 1.63–3.22
GRIN2B rs2268132*T + GRIN2B rs1805476*C + GABBR2 rs3750344*A + CHRNA5 rs16969968*T + CHRNA3 rs1051730*A 21.51 7.31 1.12e-05 0.00013 3.47 1.90–6.33
GRIN2B rs2268132*T + ANKK1 rs1800497*G + CHRNA5 rs16969968*T + GRIK5 rs8099939*C 19.62 8.22 2.71e-05 0.0002 2.96 1.72–5.11
GRIN2B rs2268132*T + GRIN2B rs1805476*C + CHRNA5 rs16969968*T + GRIA1 rs2195450*G 24.15 9.80 3.3e-05 0.0003 2.92 1.70–5.02
GRIN2B rs1805476*C + CHRNA3 rs1051730*A + HTR4 rs3995090*A + GRIA1 rs2195450*G 19.44 6.63 3.54e-05 0.0003 3.39 1.81–6.34
GRIN2B rs2268132*T + CHRNA5 rs16969968*T + CHRNB4 rs1948*C + GRIK5 rs8099939*C + GRIA1 rs2195450*G 18.24 6.45 5.69e-05 0.0004 3.23 1.74–6.01
Протективные
GRIN2B rs2268132*G + CHRNA5 rs16969968*C + HTR2A s6313*T 48.20 78.73 6.56e-15 1.64e-11 0.251 0.17–0.36
CHRNA5 rs16969968*C + CHRNA3 rs1051730*G + HTR2A rs6313*T + GRIK3 rs534131*G 43.29 75.21 3.31e-13 4.16e-10 0.252 0.17–0.37
GRIN2B rs2268132*G + CHRNA3 rs1051730*G + HTR2A rs6313*T 47.53 75.24 4.57e-13 3.83e-10 0.298 0.21–0.41
CHRNA5 rs16969968*C + HTR2A rs6313*T + GRIK3 rs534131*G 45.79 75.90 1.2e-12 3.01e-09 0.268 0.18–0.39

Примечание. Pvalue – уровень значимости по тесту Фишера; PFDR – значимость теста после коррекции FDR; OR – отношение шансов, 95%CI – 95%-ный доверительный интервал для OR.

ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенного исследования нами установлена ассоциация полиморфных вариантов генов глутаматных рецепторов GRIK3, GRIN2B, GRIN1 и GRIA1 с развитием ХОБЛ в общей группе, в группах, дифференцированных по статусу курения, с индексом курения и уровнем никотиновой зависимости. Риск развития ХОБЛ в нашем исследовании был связан с редким аллелем A гена GRIK3 (rs534131). Данная ассоциация была подтверждена только в группе курильщиков; более того, у носителей редкого аллеля A индекс курения и уровень никотиновой зависимости были значимо выше. Альтернативный алллель GRIK3 rs534131*G входил в состав сочетаний, связанных с пониженным риском развития ХОБЛ, с генами холинэргических никотиновых (CHRNA5 и CHRNA3) и серотонинового (HTR2A) рецепторов. Ген GRIK3 кодирует глутаматный ионотропный каинатный рецептор 3-го типа [9]. Согласно данным базы HaploReg v4.1, полиморфный локус GRIK3 (rs534131) располагается в регионе ДНК, связывающегося с регуляторными белками. Полиморфные варианты этого гена ассоциируют с развитием шизофрении, алкогольной зависимости, серьезными депрессивными расстройствами и суицидным поведением [13]. Вклад полиморфных вариантов гена GRIK3 в развитие ХОБЛ не изучали. Маркером устойчивости к развитию ХОБЛ является генотип CC гена GRIN2B (rs7301328), кодирующего глутаматный ионотропный N-метиласпартатный рецептор. Значимость ассоциации была подтверждена в группе курильщиков, у индивидов с генотипом CC установлены более низкие показатели никотиновой зависимости. Среди полученных нами сочетаний полиморфных вариантов исследованных генов-кандидатов, ассоциированных с повышенным риском ХОБЛ, аллель GRIN2B rs7301328*G встречался в четырех наиболее значимых комбинациях, и самыми информативными были сочетания с ранее изученным нами [8] локусом гена GRIN2B (rs2268132) и генами ANKK1 (rs1800497) и GABBR2 (rs3750344). В исследовании Grucza et al. (2010) показана ассоциация SNP гена GRIN2B с формированием никотиновой зависимости и возрастом начала курения [14]. В работе Vink et al. (2009) была установлена ассоциация нескольких генов, вовлеченных в глутаматный сигналинг с возрастом начала курения [15]. Ассоциации с развитием ХОБЛ установлены c полиморфными вариантами гена GRIA1 (rs2195450), кодирующего глутаматный ионотропный AMPA-рецептор, который локализован на участке 5q33.2 [9]. GRIA1 в основном экспрессируется в переднем мозге и гиппокампе, областях, которые вовлечены в формирование памяти [9]. Риск развития ХОБЛ связан с редким аллелем A гена GRIA1 (rs2195450). Ассоциация с ХОБЛ была подтверждена в группе некурящих индивидов. С другой стороны, у носителей редкого аллеля A регистрируются более высокие показатели индекса курения. Согласно данным RegulomeDB Version 1.1 и SNPinfo Web Server (https://snpinfo.niehs.nih.gov) локус GRIA1 (rs2195450) локализован в 2KB области и содержит сайты связывания для нескольких транскрипционных факторов. Исследований, посвященных анализу ассоциации гена GRIA1 с развитием ХОБЛ или никотиновой зависимости, ранее не проводилось. Ассоциация с развитием ХОБЛ в группе некурящих индивидов была установлена для полиморфного локуса гена GRIN1 (rs6293A>G), кодирующего NMDA-рецептор глутамата типа 1, локализованного на хромосоме 9q34.3 [9]. Маркером риска является гомозиготный по частому аллелю генотип AA гена GRIN1 (rs6293). Функциональный анализ показал, что по данным RegulomeDB Version 1.1 GRIN1 (rs6293) имеет регуляторный ранг 1f и коэффициент 0.55436, что указывает на влияние данного полиморфизма на экспрессию гена. По данным HaploReg v3 и SNPinfo Web Server (https://snpinfo.niehs.nih.gov) полиморфный локус rs6293 расположен в регионе ДНК, связывающегося с гистонами, маркирующими энхансеры и промоторы (GM12878, K562), и участке ДНК, который связывается с регуляторным белком ZNF263 и гиперчувствителен к ДНКазе-1 в 30 различных тканях. В исследовании Orihara et al. (2018) показано, что CD4+ Т-клетки активируют функциональные NMDA-рецепторы, это влияет на продукцию цитокинов, пролиферацию и жизнеспособность клеток [16]. Возможно, действие глутамата на иммунокомпетентные клетки может играть важную роль в патогенезе различных заболеваний, связанных с системным воспалением, в том числе и ХОБЛ.

Нами установлено, что генотип TT полиморфного локуса rs11030107 гена BDNF статистически значимо ассоциирует с развитием ХОБЛ у некурящих индивидов. Аллель BDNF rs11030107*T входит в состав информативной комбинации риска развития ХОБЛ в сочетании с аллелями генов GRIN2B (rs2268132, rs7301328) и GABBR2 (rs3750344). Ген BDNF кодирует нейротрофический фактор мозга, локализован на хромосоме 11p13 [9]. BDNF является членом семейства нейротрофинов, играющих ключевую роль в регуляции нейрогенеза и нейропластичности в целом [9]. Согласно данным функционального анализа rs11030107 имеет регуляторный ранг 2b, что указывает на влияние данного полиморфизма на экспрессию гена, по данным онлайн-ресурса GTEx (https://www.gtexportal.org) rs11030107 связан с изменением экспрессии гена в различных тканях, в том числе и в легочной, которая значимо выше у гомозигот TT. Ранее было показано, что BDNF (rs6265) связан с никотиновой зависимостью и ассоциирует с более высокими уровнями сывороточного BDNF [17]. Ohmoto et al. (2019) в своем исследовании показали ассоциацию BDNF (rs6265) с никотиновой зависимостью и возрастом начала курения в популяции Японии [18].

Ген GABBR2, локализованный на хромосоме 9q22.1-q22.3, кодирует рецептор гамма-аминомасляной кислоты, главного тормозящего нейромедиатора, участвующего в регуляции многих физиологических и психологических процессов в головном мозге [9]. В исследовании Beuten et al. (2005) было показано, что полиморфные варианты гена GABAB2, в том числе исследованный нами rs3750344, ассоциируют с никотиновой зависимостью в популяциях афро-американцев и европеоидов [19]. Имеются убедительные доказательства вовлеченности генов ГАМКергического сигнального пути в развитие никотиновой и алкогольной зависимости [20]. Нами не было выявлено ассоциации GABBR2 (rs3750344) с развитием ХОБЛ, но полиморфный вариант GABBR2 rs3750344*A входил в состав трех значимых комбинаций риска развития ХОБЛ в сочетании с аллелями генов GRIN2B rs2268132*T, GRIN2B rs7301328*G, ANKK1 rs1800497*G, BDNF rs11030107*T, CHRNA5 rs16969968*T и CHRNA3 rs1051730*A. Ранее исследований, посвященных анализу ассоциации гена GABBR2 с развитием ХОБЛ, не проводилось.

Дофаминергическая система играет решающую роль в развитии различных видов зависимостей, в том числе никотиновой; наиболее изученным геном является ген DRD2, локализованный на хромосоме 11q23.2 [21]. Ранее интенсивно исследовался так называемый Taq1A полиморфизм гена DRD2 (rs1800497); позже было показано, что он находится в экзоне 8 соседнего гена ANKK1, кодирующего протеинкиназу, и приводит к аминокислотной замене p.Glu713Lys [22]. По данным базы HaploReg v3 ANKK1 (rs1800497) расположен в регионе ДНК, гиперчувствительном к ДНКазе-1 в шести различных тканях. Помимо тесного сцепления rs1800497 гена ANKK1 с геном DRD2, в ряде исследований показано, что ANKK1 функционально связан с дофаминергической системой [23]. Liu et al. (2020) показали ассоциацию полиморфных вариантов, локализованных в кластере генов ANKK1/DRD2, с никотиновой зависимостью у мужчин из Китая [24]. Нами не выявлена ассоциация локуса rs1800497 гена ANKK1 c развитием ХОБЛ. Значимые ассоциации с развитием ХОБЛ для полиморфного варианта rs1800497*G гена ANKK1 были выявлены только при анализе комбинаций всех исследованных генов в составе информативных сочетаний с полиморфными вариантами генов GRIN2B rs2268132*TT и GRIN2B rs7301328*G, GABBR2 rs3750344*A, CHRNA5 rs16969968*T и GRIK5 rs8099939*C.

В заключение следует отметить, что полученные нами данные подтверждают предположение о существенной роли генов нейротрансмиттеров в формирование предрасположенности к ХОБЛ, ключевым фактором развития которого является курение. Наиболее значимые ассоциации с ХОБЛ установлены для генов глутаматных рецепторов GRIK3, GRIN2B, GRIA1, GRIN1. Для генов BDNF, GABBR2, ANKK1 ассоциации с развитием заболевания выявлены только в информативных сочетаниях с полиморфными вариантами генов глутаматных рецепторов (GRIN2B, GRIK5) и холинэргических никотиновых рецепторов (CHRNA5, CHRNA3), что может указывать на синергизм исследуемых генов. Определены патогенетически значимые взаимодействия полиморфных вариантов генов GRIA1, GRIK3, GRIN2B с уровнем никотиновой зависимости и индексом курения. Полученные результаты представляют интерес для понимания молекулярных механизмов развития заболеваний, связанных с курением.

Исследование проведено в рамках НИР № AAAA-A21-121011990119-1; биологический материал (ДНК) для исследования взят из коллекции “Коллекция биологических материалов человека ИБГ УНЦ РАН” ИБГ УНЦ РАН, поддержанной программой биоресурсных коллекций ФАНО России; работа выполнена с использованием оборудования ЦКП “Биомика” и УНУ “КОДИНК” (ИБГ УФИЦ РАН).

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального 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

  1. From the Global Strategy for the Diagnosis, Management and Prevention of COPD, Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 2017. Available from: http://goldcopd.org.

  2. Broms U., Silventoinen K., Madden P.A. et al. Genetic architecture of smoking behavior: A study of Finnish adult twins // Twin. Res. Hum. Genet. 2006. V. 9. № 1. P. 64–72. https://doi.org/10.1375/183242706776403046

  3. Bierut L.J. Nicotine dependence and genetic variation in the nicotinic receptors // Drug Alcohol Depend. 2009. V. 104. Suppl. 1. P. S64–S69. https://doi.org/10.1016/j.drugalcdep.2009.06.003

  4. Tobacco and Genetics Consortium. Genome-wide meta-analyses identify multiple loci associated with smoking behavior // Nat. Genet. 2010. V. 42. № 5. P. 441–447. https://doi.org/10.1038/ng.571

  5. Bierut L.J. Convergence of genetic findings for nicotine dependence and smoking related diseases with chromosome 15q24-25 // Trends Pharmacol. Sci. 2010. V. 31. № 1. P. 46–51. https://doi.org/10.1016/j.tips.2009.10.004

  6. Wolock S.L., Yates A., Petrill S.A. et al. Gene × smoking interactions on human brain gene expression: Finding common mechanisms in adolescents and adults // J. Child. Psychol. Psychiatry. 2013. V. 54. № 10. P. 1109–1119. https://doi.org/10.1111/jcpp.12119

  7. Korytina G.F., Akhmadishina L.Z., Viktorova E.V. et al. IREB2, CHRNA5, CHRNA3, FAM13A & hedgehog interacting protein genes polymorphisms & risk of chronic obstructive pulmonary disease in Tatar population from Russia // Indian J. Med. Res. 2016. V. 144. № 6. P. 865–876. https://doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_1233_14

  8. Корытина Г.Ф., Ахмадишина Л.З., Кочетова О.В. и др. Полиморфные варианты генов глутаматных (GRIK5, GRIN2B) и серотонинового (HTR2A) рецепторов ассоциированы с хронической обструктивной болезнью легких // Мол. биология. 2017. Т. 51. № 4. С. 603–614. https://doi.org/10.7868/S0026898417040127

  9. The National Center for Biotechnology Information advances science and health by providing access to biomedical and genomic information (US). Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/.

  10. Ward L.D., Kellis M. HaploReg v4: Systematic mining of putative causal variants, cell types, regulators and target genes for human complex traits and disease // Nucl. Acids Res. 2016. V. 44. № D1. P. D877–D881. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1340

  11. Purcell S., Neale B., Todd-Brown K. et al. PLINK: A toolset for whole-genome association and population-based linkage analysis // Am. J. Hum. Genet. 2007. V. 81. № 3. P. 559–575. https://doi.org/10.1086/519795

  12. Favorov A.V., Andreewski T.V., Sudomoina M.A. et al. A Markov chain Monte Carlo technique for identification of combinations of allelic variants underlying complex diseases in humans // Genetics. 2005. V. 171. № 4. P. 2113–2121. https://doi.org/10.1534/genetics.105.048090

  13. Smith D.J., Escott-Price V., Davies G. et al. Genome-wide analysis of over 106 000 individuals identifies 9 neuroticism-associated loci // Mol. Psychiatry. 2016. V. 21. № 6. P. 749–757. https://doi.org/10.1038/mp.2016.49

  14. Grucza R.A., Johnson E.O., Krueger R.F. et al. Incorporating age at onset of smoking into genetic models for nicotine dependence: Evidence for interaction with multiple genes // Addict. Biol. 2010. V. 15. № 3. P. 346–357. https://doi.org/10.1111/j.1369-1600.2010.00220.x

  15. Vink J.M., Smit A.B., de Geus E.J. et al. Genome-wide association study of smoking initiation and current smoking // Am. J. Hum. Genet. 2009. V. 84. № 3. P. 367–379. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2009.02.001

  16. Orihara K., Odemuyiwa S.O., Stefura W.P. et al. Neurotransmitter signalling via NMDA receptors leads to decreased T helper type 1-like and enhanced T helper type 2-like immune balance in humans // Immunology. 2018. V. 153. № 3. P. 368–379. https://doi.org/10.1111/imm.12846

  17. Jamal M., Van der Does W., Elzinga B.M. et al. Association between smoking, nicotine dependence, and BDNF Val66Met polymorphism with BDNF concentrations in serum // Nicotine Tob. Res. 2015. V. 17. № 3. P. 323–329. https://doi.org/10.1093/ntr/ntu151

  18. Ohmoto M., Takahashi T. Effect of genetic polymorphism of brain-derived neurotrophic factor and serotonin transporter on smoking phenotypes: A pilot study of Japanese participants // Heliyon. 2019. V. 5. № 2. P. e01234. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01234

  19. Beuten J., Ma J.Z., Payne T.J. et al. Single- and multilocus allelic variants within the GABA(B) receptor subunit 2 (GABAB2) gene are significantly associated with nicotine dependence // Am. J. Hum. Genet. 2005. V. 76. № 5. P. 859–864. https://doi.org/10.1086/429839

  20. Cui W.Y., Seneviratne C., Gu J. et al. Genetics of GABAergic signaling in nicotine and alcohol dependence // Hum. Genet. 2012. V. 131. № 6. P. 843–855. https://doi.org/10.1007/s00439-011-1108-4

  21. Dani J.A. Roles of dopamine signaling in nicotine addiction // Mol. Psychiatry. 2003. V. 8. № 3. P. 255–256. https://doi.org/10.1038/sj.mp.4001284

  22. Neville M.J., Johnstone E.C., Walton R.T. Identification and characterization of ANKK1: A novel kinase gene closely linked to DRD2 on chromosome band 11q23.1 // Hum. Mutat. 2004. V. 23. № 6. P. 540–545. https://doi.org/10.1002/humu.20039

  23. Koeneke A., Ponce G., Troya-Balseca J. et al. Ankyrin repeat and kinase domain containing 1 gene, and addiction vulnerability // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 7. P. 2516. https://doi.org/10.3390/ijms21072516

  24. Liu Q., Xu Y., Mao Y. et al. Genetic and epigenetic analysis revealing variants in the NCAM1-TTC12-ANKK1-DRD2 cluster associated significantly with nicotine dependence in Chinese han smokers // Nicotine Tob. Res. 2020. V. 22. № 8. P. 1301–1309. https://doi.org/10.1093/ntr/ntz240

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал