Генетика, 2021, T. 57, № 5, стр. 604-610

Ожирение – хроническое заболевание, гетерогенное по этиологии и клиническим проявлениям, прогрессирующее при естественном течении и характеризующееся избыточным отложением жировой массы в организме. Ожирение и ассоциированные с ним метаболические нарушения являются актуальной проблемой современной медицины, поскольку приводят к развитию целого ряда тяжелых осложнений и заболеваний. В мире, по опубликованным в 2016 г. сведениям Всемирной организации здравоохранения, более 650 млн взрослых старше 18 лет страдали данной патологией, включая 23.5 млн лиц с ожирением в России [1].

На сегодняшний день генетическая компонента полигенной формы ожирения исследована достаточно подробно – описано более 500 генетических маркеров, ассоциированных с ожирением и/или индексом массы тела (ИМТ) в рамках полногеномномного анализа ассоциаций (GWAS) [2]. Однако, несмотря на огромное число работ по этой тематике, выполненных в ведущих лабораториях по всему миру, данные об ассоциации тех или иных полиморфных генетических маркеров с развитием ожирения и вариабельностью показателя ИМТ в большинстве случаев носят противоречивый характер и требуют репликации в различных популяционных когортах. В настоящей работе в популяции г. Томска был проведен репликативный анализ ассоциаций с ожирением полиморфных маркеров, связанных по результатам GWAS с вариабельностью индекса массы тела и/или ожирением.

Анализ ассоциаций генетических маркеров в дизайне случай–контроль был проведен при сравнении больных ожирением (303 неродственных индивида со средним возрастом 49.0 ± 2.7 лет с ИМТ ≥ 30 кг/м²) и контрольной группы (N = 252, средний возраст составил 42.2 ± 1.5 года, ИМТ менее 22.07 кг/м²). Формирование выборки индивидуумов с ожирением и контрольной группы проводилось на базе Центра клинических исследований Неббиоло и НИИ медицинской генетики ТНИМЦ в соответствии со следующими критериями включения и невключения.

Выборка с ожирением: ИМТ ≥ 30 кг/м²; возраст 18 лет и старше; подписание формы информированного согласия на участие в исследовании; пациенты на момент обследования не принимали оральных кортикостероидов в дозе эквивалентной 15 мг преднизолона и более в течение более 30 дней, антипсихотических препаратов, препаратов лития; у субъекта в настоящее время или в анамнезе нет диагноза тяжелой депрессии, психоза, острого маниакального или депрессивного эпизода биполярного расстройства; небеременная (для субъектов женского пола); нет значительной потери веса (4 кг и более) в результате какого-либо медицинского состояния; нет застойной сердечно-сосудистой недостаточности.

Контрольная группа: ИМТ менее 22 кг/м² на момент обследования; текущее значение ИМТ субъекта менее 40 процентилей нормы для его пола и возраста; отсутствие в анамнезе субъекта повышения ИМТ более 50 процентилей нормы для его возраста и пола в течение более чем двухлетнего непрерывного периода (включая временное увеличение веса, связанное с беременностью); возраст 18 лет и старше; подписание формы информированного согласия; у субъектов в анамнезе не было диагноза анорексии, булимии, компульсивного переедания или других расстройств пищевого поведения; субъект не принимал медицинских препаратов или растительных пищевых добавок для снижения веса; в анамнезе нет диагноза тяжелой депрессии, психоза или острого маниакального или депрессивного эпизода биполярного расстройства; нет значительной потери веса за последние 6 месяцев (4 кг или более) в результате медицинского состояния (беременность, гормональная терапия и т.д.). У всех субъектов были собраны анамнез жизни, медицинский анамнез, демографические показатели и семейная история; история изменения веса на протяжении жизни; проведено стандартное лабораторное обследование, включающее анализ ряда гематологических и биохимических показателей, биоимпедансометрию. Группы больных и контроля не различались по половому составу и среднему возрасту. Все участники исследования относились к европеоидной расе и проживали на территории г. Томска.

Генетические маркеры (53 однонуклеотидных полиморфных варианта (SNP)) для анализа были выбраны из каталога GWAS, где показали статистически значимые ассоциации с вариабельностью ИМТ и/или ожирением в двух и более исследованиях [3]. ДНК выделяли методом фенол-хлороформной экстракции из цельной венозной крови. Генотипирование проводили методом MALDI-TOF масс-спектрометрии.

Индекс массы тела был рассчитан по формуле: ИМТ = вес (кг)/рост (м²). Тестирование равновесия Харди–Вайнберга (РХВ) и расчет ожидаемой гетерозиготности выполняли общепринятыми методами популяционной биометрии. Сравнение частот аллелей и генотипов в группах проводили с помощью критерия максимального правдоподобия χ² или точного теста Фишера. Силу ассоциаций оценивали в значениях показателя соотношения шансов OR и его 95%-ного доверительного интервала (95% CI).

В проанализированном массиве данных из 106 распределений генотипов (53 маркера в двух выборках) как в группе контроля, так и у больных наблюдалось два случая отклонения от равновесия Харди–Вайнберга (для маркеров rs17381664 и rs657452). В табл. 1 приведены частоты аллелей изученных 53 SNP в выборке пациентов с ожирением и контрольной группе (данные по частотам генотипов доступны по запросу у авторов). В целом частоты аллелей у больных и в контроле близки и находятся в пределах вариаций, наблюдаемых в европеоидных популяциях по данным проектов “HapMap” и “1000 геномов”.

При сравнении исследованных выборок по частотам генотипов статистически значимая ассоциация с ожирением выявлена для четырех из 53 изученных SNP: rs1800437 гена GIPR, rs12940622 локуса RPTOR, rs3810291 гена ZC3H4 и rs13021737, локализованного в межгенном регионе локуса 2p25.3 (табл. 2).

Так, в группе больных ожирением по сравнению с контрольной выборкой нами наблюдалось статистически значимое повышение частоты генотипа GG (значение критерия χ² составило 4.64, p = 0.032; OR = 1.49, CI:1.04–2.15) и аллеля G (значение критерия χ² составило 4.75, p = 0.034; OR = = 1.31, CI:1.03–1.66) полиморфного маркера rs12940622 гена RPTOR, ассоциация которого с вариабельностью ИМТ была показана и в работе Mokry и коллег [4]. Результаты масштабного ассоциативного исследования “PROMIS”, проведенного в пакистанской популяции (изучены 95 SNP у 16157 индивидов), также согласуются с этими данными [5].

Известно, что ген RPTOR кодирует субъединицу мишени для рапамицина, обнаруженную у млекопитающих (mTOR), которая принимает участие в росте клеток в ответ на повышение уровней питательных веществ и инсулина, а также изменение окислительно-восстановительного статуса клеток. Кодируемый белок образует стехиометрический комплекс с киназой mTOR, ингибируя ее функциональную активность [6]. Учитывая центральную роль киназы mTOR в контроле клеточного метаболизма, пролиферации, роста, выживания и старения, предположительно mTOR является ключевым регулятором ряда разветвленных сигнальных сетей. Важность данных процессов для жизнедеятельности клеток подтверждается тем, что функция и компоненты сигнального пути TOR одинаковы у всех эукариот – от дрожжей до млекопитающих [7]. Наряду с этим результаты ряда эволюционно-генетических исследований, демонстрирующих значимую корреляцию между частотами аллелей и географическими или климатическими факторами, свидетельствуют о вероятной роли полиморфных маркеров гена RPTOR в адаптивных процессах в популяциях человека [8, 9]. Показано, что компоненты сигнального пути mTOR посредством фосфорилирования субстрата инсулинового рецептора-1 (IRS-1) серином вызывают инсулинорезистентность, способствующую прогрессированию ожирения [10].

В настоящей работе достоверное повышение частоты гомозиготы по производному аллелю в группе больных было зафиксировано также для локуса rs3810291 гена ZC3H4 (значение критерия χ² составило 5.57, p = 0.019; OR = 1.52, CI:1.07–2.15), кодирующего член семейства белков, содержащих домен цинкового пальца CCCH, который связывается с нуклеиновыми кислотами. Известно, что протеины данной группы участвуют в посттранскрипционной регуляции экспрессии генов [11]. Кроме того, показано, что кольцевая РНК ZC3H4 (circZC3H4) и белок ZC3H4 участвуют в SiO₂-индуцированной активации макрофагов, которые стимулируют пролиферацию и миграцию фибробластов посредством сигнального пути circZC3H4 RNA/ZC3H4 [12].

Другой полиморфный маркер rs13021737, продемонстрировавший высокодостоверную ассоциацию с ожирением в нашей работе (значение OR для генотипа GG составило 19.72, CI:6.03–64.47, для аллеля G – 17.88, CI:5.50–58.01, уровень значимости для точного теста Фишера p < 0.00001), также может быть вовлечен в молекулярные механизмы ожирения посредством процессов, связанных с регуляцией экспрессионной активности генов. Известно, что локус rs13021737 расположен в межгенном регионе генома вблизи промоторной области гена TMEM18, ассоциированного с ожирением по результатам многочисленных исследований [13–16]. Известно, что ген TMEM18 расположен приблизительно в 670 тпн от конца короткого плеча второй хромосомы (2p25) и кодирует трансмембранный белок 18, недостаточно охарактеризованный на сегодняшний день с точки зрения его функциональной активности. Предполагается, что белок TMEM18, физически взаимодействуя с ключевыми компонентами комплексов ядерных пор в центральной нервной системе, является наиболее вероятным медиатором, опосредующим вклад ряда генетических вариантов в развитие ожирения человека [17]. Так, показана значимая корреляция между экспрессией локуса TMEM18 в префронтальной области коры и массой тела у крыс, свидетельствующая о потенциальной роли TMEM18 в когнитивных особенностях, связанных с пищевым поведением [18]. Функциональные исследования, проведенные Jurvansuu и Goldman [19], показали, что TMEM18 локализуется в ядерной оболочке нервных стволовых клеток, участвует в миграции клеток и изолирует ДНК вдоль ядерной мембраны, одновременно подавляя транскрипцию. Интересными представляются результаты Wang и соавт. [20], демонстрирующие наличие общего генетического компонента в структуре наследственной предрасположенности к повышенному ИМТ и курению, реализуемого за счет эффекта плейотропии 12 полиморфных маркеров (rs13021737 гена TMEM18, rs1528435 локуса AC009478.1, rs11583200 гена ELAVL4, rs3888190 гена ATP2A1, rs11165643 гена PTBP2, rs11030104 гена BDNF, rs6990042 гена SGCZ, rs7550711 гена GPR61, rs929641 локуса LINC01122, rs12016871 гена MTIF3, rs12220375 гена NT5C2 и rs9275595, локализованный в межгенном регионе генома) из 241 изученного.

Из четырех ассоциированных с ожирением SNP протективный эффект в отношении развития ожирения был показан нами только для полиморфного маркера rs1800437 гена GIPR: статистически значимое повышение частоты генотипа СС было обнаружено в контрольной группе по сравнению с больными (значение критерия χ² составило 6.55, p = 0.011; OR = 0.33, CI:0.13–0.80). Известно, что ген GIPR кодирует рецептор для глюкозозависимого инсулинотропного пептида (ГИП), связанный с G-белком. Высказано предположение, что ГИП, представляющий собой желудочно-кишечный гормон из 42 аминокислот, выделяемый эндокринными К-клетками из двенадцатиперстной кишки в ответ на прием пищи, может быть вовлечен в сахарный диабет типа 2 и ожирение. Основной механизм действия ГИП – стимуляция глюкозозависимой секреции инсулина, являющейся избыточной при ожирении на фоне инсулинорезистентности [21]. Показано, что медиаторы, которые могут выступать в качестве антагонистов ГИП (например, GIP(3–30)NH₂), снижают ожирение и резистентность к инсулину, а пациенты с ожирением, подвергшиеся бариатрической хирургии (включает в себя обход части тонкой кишки и следовательно снижение секреции ГИП), продемонстрировали восстановление нормальной толерантности к глюкозе до потери веса [22].

Известно, что ГИП реализует свою функцию через взаимодействие со специфическим рецептором – GIPR. Инактивация GIPR приводит к нарушению передачи сигналов от GIP. Так, при нормальной диете у мышей, нокаутированных по локусу GIPR (Gipr–/–), не наблюдается изменений в массе тела, но они имеют меньшую жировую массу по сравнению с мышами дикого типа (WT) и нормальные уровни глюкозы и инсулина. В условиях диеты с высоким содержанием жиров мыши Gipr –/– имеют сниженный жировой запас и у них не развиваются ожирение, инсулинорезистентность, сахарный диабет, нарушение толерантности к глюкозе и жировой гепатоз, по сравнению с мышами WT [21].

Известно, что носители функционального варианта Glu354 (rs1800437) гена GIPR имеют более высокий уровень глюкозы в плазме крови через 2 ч после приема углеводов, что позволяет предположить, что вариант 354Gln снижает эффект ГИП и таким образом может способствовать уменьшению риска ожирения [23]. В контексте обсуждения плейотропного действия генов при ожирении интересными представляются данные, демонстрирующие ассоциацию полиморфизма rs1800437 гена GIPR с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ) [24], сахарным диабетом второго типа [25], а также риском переломов и минеральной плотностью костной ткани [23].

Таким образом, впервые в популяции русских нами показана ассоциация с ожирением полиморфных маркеров rs3810291 гена ZC3H4, rs12940622 локуса RPTOR, rs1800437 гена GIPR и rs13021737, локализованного в межгенном регионе локуса 2p25.3. Возможные патогенетические механизмы реализации фенотипического эффекта данных SNP на развитие ожирения предположительно связаны с регуляцией транскрипционной активности генов и процессами, вовлеченными в формирование инсулинорезистентности. Однако данное предположение требует дальнейших исследований с привлечением методов функциональной геномики, транскриптомики и метаболомики. Кроме того, перспективным в рамках изучения генетической архитектуры ожирения представляется анализ ген-генных и ген-средовых взаимодействий.

Исследование выполнено за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-04-00758).

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.