The Trp64Arg polymorphism of β3-Adrenoreceptor gene study in persons with overweight and obesity

AbstractThe development of obesity is determined by lifestyle and genetic mechanisms. In particular, the polymorphisms in the adrenergic receptor genes (ADRB) have been extensively studied for association with obesity-related phenotypes. ADRB3 is an obvious candidate gene given its involvement in the regulation of lipolysis and thermogenesis. ADRB3 Trp64Arg polymorphism, a missense mutation in the first transmembrane domain of the R3-adrenergic receptor is associated with visceral obesity and insulin resistance in the Pima Indian, French, and Finnish populations. The recent meta-analysis that combined data of 6582 individuals from Japanese populations showed significant association the Arg64 allele with increased BMI. There are tested the polymorphisms in the β3-Adrenoreceptor (ADRB3) gene in associated with body mass index (BMI), fat mass and biochemical parameters.We have been examined 91 persons from Moscow region with BMI >25 kg/m2. The Trp64Arg polymorphism оf ADRB3 genes were genotyped with the use of an allelic discrimination assay. The TaqMan-based real-time PCR method was applied. There have been estimated of anthropometric and biochemical parameters. The frequencies of the Trp64Trp and Trp64Arg genotypes of ADRB3 gene were 82% and 12%, respectively, the frequencies of mutant allele was 6%. Trp64Arg genotypes of ADRB3 compared to Trp64Trp genotypes had significantly higher body fat percentage (respectively 48,6±0,96% and 43,8±1,72%, р<0,05), serum glucose (6,51±0,18 mmol/l and 5,67±0,09 mmol/l, р<0,01) and uric acid concentrations (0,46±0,02 mmol/l and 0,38±0,01 mmol/l, р<0,05).The test of the ADRB3 gene polymorphisms can be used for the personalization of diet in persons with obesity.

Keywords:gene Trp64Arg, polymorphisms, obesity, overweight

Вопр. питания. - 2012. - № 2. - С. 23-27.

Широкое распространение ожирения, представляющее собой серьезную медицинскую проблему, обусловлено взаимодействием не только экологических, но и генетических факторов. В различных популяциях выявлено более сотни генетических полиморфизмов, в той или иной степени связанных с ожирением [5, 13, 14]. Одним из них является полиморфизм гена β3-адренорецепторов (ADRB3), который играет важную роль в регуляции жировой массы и связан с развитием сахарного диабета. В настоящее время разрабатываются синтетические стимуляторы этих рецепторов, которые, возможно, смогут применяться при ожирении, увеличивая интенсивность обменных процессов.

Первоначально β-адренорецепторы (ADRB) разделяли на ADRB1 и ADRB2. Впоследствии фармакологические и молекулярно-генетические исследования продемонстрировали наличие еще одного подтипа - ADRB3. Последовательность аминокислот в ADRB3 на 40-50% идентична таковой для β1- и β2-адренорецепторов [2].

Известно, что ADRB являются посредниками при повышении функциональной активности сердечно-сосудистой системы под воздействием стресса. Сведения о наличии и функции ADRB3 в сердечнососудистой системе противоречивы. В отличие от β1- и β2-адренорецепторов они обладают гораздо более высоким сродством к норадреналину, чем к адреналину, и при стимуляции вызывают меньше побочных эффектов со стороны сердечно-сосудистой системы. Было показано, что воздействие на ADRB3 в эндотелии коронарных артерий и артерий молочной железы вызывает вазодилатацию этих сосудов [3, 10].

Наряду с этим активация β3-адренорецепторов приводит к усилению стимулированного катехоламинами липолиза в белой жировой ткани и термогенеза в бурой. Общее содержание ADRB3 в организме может варьировать в зависимости от увеличения массы тела, наличия инсулинорезистентности и инсулиннезависимого сахарного диабета.

Очевидно, что снижение функции этого рецептора может привести к ожирению. Это позволяет рассматривать ADRB3 в качестве гена - кандидата ожирения. Мутация в кодоне 64 из ADRB3 приводит к замене триптофана на аргинин (Trp64Arg) в белке рецептора, что ассоциируется с повышенной массой тела, ранним развитием сахарного диабета типа 2 (СД 2) и повышением резистентности к инсулину. Результаты метаанализа исследований с участием около 11 000 обследованных свидетельствуют о том, что у лиц с вариантом Trp64Arg отмечаются более высокий индекс массы тела - ИМТ (на среднем на 0,30 кг/м2) и более раннее (на 22 года) развитие СД 2 [4], чем при нормальном гомозиготном генотипе.

Известно, что снижение массы тела - эффективный способ уменьшить риск развития метаболического синдрома и СД 2 [7, 11]. Доказано, что даже небольшая потеря массы тела (5%) под влиянием диеты и физических упражнений служит эффективным средством лечения ожирения и связанных с ним осложнений [6].

Таблица 1. Распределение генотипов и частоты аллелей полиморфизма гена ADRB3 у мужчин и женщин с избыточной массой тела и ожирением

Таблица 2. Нозологическая характеристика наблюдаемых пациентов

Было показано, что применение у лиц с ожирением, не страдавших СД 2, низкокалорийной диеты (1520 ккал, 52% углеводов, 25% жиров и 23% белков) для Trp64/Arg64- и Arg64/Arg64-генотипов по сравнению с Trp64/Trp64-генотипом способствовало менее выраженному снижению массы тела, в том числе жировой, окружности талии, уровня глюкозы в сыворотке крови и величины HOMA [9].

В связи с этим целью настоящих исследований стало изучение полиморфизма гена ADRB3 у лиц с избыточной массой тела и ожирением.

Материал и методы

Обследован 91 пациент с избыточной массой тела и ожирением (ИМТ 25 кг/м2) в возрасте от 21 года до 79 лет, которые находились в НИИ питания РАМН и в течение 14 дней получали низкокалорийную диету (1500 ккал). Пациентам проводили клинические, антропометрические и биохимические исследования. Биохимические показатели определяли с помощью анализатора "Konelab 30i" фирмы "Thermo Clinical Labsystems" (Финляндия).

У всех обследованных идентифицирован полиморфизм гена ADRB3. ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием сорбента и набора реагентов "ДНК-сорб-С", производства ФГУН "ЦНИИЭ Роспотребнадзора" (Москва). Генотипирование выполняли методом аллельспецифичной амплификации с детекцией результатов в реальном времени с использованием TaqManзондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК [8, 9]. Для проведения анализа использовали амплификаторы "Биометра" (Германия) и "RotorGene-6000" (Австралия).

Статистическую обработку полученных результатов проводили c использованием аналитической системы PASW Statistics 18.

Результаты

Результаты исследования полиморфизма гена ADRB3 у 91 пациента с избыточной массой тела и ожирением, проживающих в московском регионе, показали, что 12% из них являются носителями мутантного аллеля в гетерозиготном состоянии. Распределение генотипов и частоты аллелей полиморфизма гена ADRB3 представлено в табл. 1 (А - мутантный аллель, Т - аллель дикого типа). Полученные результаты совпадают с данными зарубежных исследований, согласно которым среди пациентов с ожирением у 84,6% имеется Trp64Trp-генотип и у 15,4% - Trp64Arg-генотип ADRB3 [9].

В то же время в наших предыдущих исследованиях на этом же контингенте была показана достаточно высокая частота встречаемости мутантного аллеля (82%, из них 42% в гомозиготном состоянии) другого гена - кандидата ожирения - полиморфизм rs9939609 гена FTO [1, 12].

В табл. 2 представлена характеристика наблюдаемых пациентов. Избыточная масса тела отмечалась у 18% обследованных, ожирение I степени - у 22%, II степени - у 15%, III степени - у 45%. СД 2 был диагностирован у 12% пациентов, гиперхолестеринемия отмечалась у 68%, гипертриглицеридемия - у 43%.

Обращает на себя внимание, что у носителей мутантного аллеля гена ADRB3 чаще встречалось ожирение более высоких степеней. Так, среди носителей Trp64Arg-генотипа ожирение наблюдалось у 91% обследуемых, а среди носителей Trp64Trp-генотипа - у 81%. СД 2 выявляли у лиц с Trp64Arg-генотипом практически в 5 раз чаще, чем с Trp64Trp-генотипом.

Гиперхолестеринемия и гипертриглицеридемия у пациентов с Trp64Arg-генотипом ADRB3 также наблюдались значительно чаще (соответственно у 78 и 55%), чем в случае Trp64Trp-генотипа (66 и 41%).

Антропометрические показатели у больных ожирением с полиморфизмом Trp64Arg гена ADRB3 представлены в табл. 3. В ходе анализа выявлены повышенные значения ИМТ, абсолютной и относительной жировой массы (р<0,05) у лиц с мутантным типом, что согласуется с данными литературы, свидетельствующими о выраженной ассоциации полиморфизма Trp64Arg-гена ADRB3 с ожирением [4, 9, 11].

В ходе 2-недельной диетотерапии эти показатели однонаправлено изменялись у лиц с избыточной массой тела и ожирением разных генотипов. В то же время общая и ежедневная редукция массы тела у пациентов с Trp64Arg-генотипом была на 16% ниже, чем у носителей аллеля дикого типа, хотя эти различия и не были достоверными, что, по-видимому, связано с малочисленной выборкой наблюдаемых и непродолжительным курсом диетотерапии. Полученные данные согласуются с исследованиями зарубежных авторов, которые показали меньшую эффективность применения низкокалорийной диеты у лиц с ожирением, носителей мутантного аллеля гена ADRB3 [9].

Анализ результатов биохимических исследований, характеризующих состояние липидного обмена у лиц с избыточной массой тела и ожирением, не выявил каких-либо существенных разтличий в зависимости от генотипа ADRB3 (табл. 4). В то же время у носителей Trp64Arg-гена отмечались достоверно более высокие содержания в сыворотке крови глюкозы (на 15%; р<0,01) и мочевой кислоты (на 19%; р<0,05), чем у обследованных с Trp64Trp-генотипом.

Полученные данные согласуются с результатами зарубежных исследований, показавших ассоциацию Trp64Arg полиморфизма гена ADRB3 с уровнем гипергликемии, инсулинорезистентностью, наличием метаболического синдрома и СД 2, а также более ранним развитием этого заболевания [4, 9, 11].

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о достаточно низкой встречаемости Trp64Arg полиморфизма гена ADRB3 у лиц с избыточной массой тела и ожирением, проживающих в московском регионе. Носители мутантного аллеля этого гена отличаются достоверно более высокими значениями величины жировой массы, а также содержания в сыворотке крови глюкозы и мочевой кислоты. Полученные данные могут быть использованы при разработке персонифицированных диет на основании генодиагностики ожирения.

Таблица 3. Антропометрические показатели у больных ожирением с полиморфизмом гена ADRB3 (M±m)

Таблица 4. Биохимические показатели у больных ожирением с полиморфизмом гена ADRB3 (M±m)

Литература

1. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю. и др. // Вопр. питания. - 2011. - № 3. - С. 13-17.

2. Bardou М., Rouget С., Breuiller-Fouchе М. et al .// BMC Pregnancy Childbirth. - 2007. - Vol. 7 (Suppl. 1). - S14-21.

3. Dessy C., Moniotte S., Ghisdal P. et al. // Circulation. - 2004. - Vol. 110. - Р. 948-954.

4. Fujisawa T., Ikegami H., Kawaguchi Y. et al. // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 1998. - Vol. 83. - Р. 2441-2444.

5. Hinney A., Hebebrand J. // Obes. Facts. - 2008. - Vol. 1, N 1. - P. 3 5 - 4 2 .

6. Knowler W., Barret-Connor E., Fowler S. // N. Engl. J. Med. - 2002. - Vol. 346. - Р. 393-403.

7. Kopelman P . // Nature. - 2000. - Vol. 404. - Р. 635-643.

8. Muler T., Hinney A., Scherag A. et al. // BMC Med. Genet. - 2008. - Vol. 17. - P. 9-85.

9. de Luis D., Sagrado М., Aller R. et al. // Eur. J. Intern. Med. - 2007. - Vol. 18. - Р. 587-592.

10. Rozec B., Serpillon S., Toumaniantz G. et al. // J. Am. Coll. Cardiol. - 2005. - Vol. 46. - Р. 351-359.

11. Thomas G., Tomlinson B., Chang J. et al. // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. - 2000. - Vol. 25. - Р. 545-551.

12. Tutelian V., Baturin A., Pogozheva A. et al. 11th European Nutrition Conference Fens. - Madrid, 2011. - P. 285.

13. Walley A., Blakemore A., Froguel P. // Hum. Mol. Genet. - 2006. - Vol. 15. - Review Issue N 2. - R124-R130.

14. Wardle J., Carnell S. // Ann. Behav. Med. - 2009. - Vol. 38 (Suppl. 1). - S25-S30.