Assessment of efficiency of the personalized therapy of patients with obesity and diabetes mellitus 2 types appointed on the basis of studying rs5219 polymorphism of KCNJ11 gene

Abstract

The aim of the study was to develop and evaluate the effectiveness of personalized therapy for patients with diabetes mellitus type 2 (DM) and obesity based on the study of rs5219 polymorphism of KCNJ11gene. The study involved 120 women with DM and obesity I–II degree. Genotyping was performed in patients using allele-specific amplification with the detection in real time. Depending on the genotype of KCNJ11 gene patients with DM and obesity received different treatment and were divided into 2 groups (40 patients in each): group A (C/T genotype) received standard low-calorie diet + metformin 2000 mg/day and group B (T/T genotype) received a personalized diet + vitamin-mineral complex (VMC) + metformin 2000 mg/day. Results of the study of rs5219 polymorphism of KCNJ11 gene in patients with DM and obesity have shown that 49% of them were carriers of the mutated T allele in the heterozygous form and 37% – in the homozygous variant. It has been found that reducing of calories in a diet promoted weight loss in patients with DM and obesity mainly due to lean body mass in Group A and in Group B – mainly due to the fat component. A significant decrease in blood glucose under complex therapy was observed in both groups. However, after treatment in group B blood glucose levels were significantly lower than in group A. Thus, personalized therapy of patients with DM and obesity should be based on molecular genetic studies that will allow to improve the efficiency of therapeutic measures in these diseases.

Keywords:obesity, diabetes mellitus type 2, polymorphism, KCNJ11 gene, therapy

Вопр. питания. 2016. № 2. С. 61-66.

Одним из приоритетных направлений развития научных исследований в области медицины является разработка персонализированных подходов к дието- и фармакотерапии сахарного диабета (СД) 2 типа и ожирения с применением протеомного и метаболомного анализов. По данным ВОЗ, распространенность СД 2 типа в экономически развитых странах составляет 4-6% населения, а среди лиц в возрасте 60 лет и старше она достигает 16% в общей популяции. Характерной особенностью СД 2 типа является сочетание данного заболевания с ожирением, усугубляющим его тяжесть [1, 2], поэтому важным звеном в лечении таких пациентов является правильный подбор персонализированной терапии. Установлено, что лечебные мероприятия, направленные на снижение массы тела, компенсацию метаболических нарушений и нормализацию артериального давления, позволяют значительно снизить и отсрочить риск развития поздних сосудистых осложнений СД 2 типа.

В настоящее время при выборе индивидуальной тактики лечения СД 2 типа и ожирения не учитываются данные молекулярно-генетических исследований с оценкой полиморфизма генов, принимающих непосредственное участие в регуляции углеводного и энергетического обмена. К их числу относится, например, полиморфный маркер rs5219 гена KCNJ11. Продукт данного гена - белок Kir6.2, который участвует в образовании АТФ-зависимого канала, регулирующего поток ионов калия через клеточную мембрану, связывая метаболизм глюкозы с электрическим потенциалом β-клетки [3]. Закрытие канала необходимо для секреции глюкозостимулированного инсулина β-клетками поджелудочной железы. Открытие АТФ-зависимого канала ингибирует секрецию инсулина. Мутации в гене KCNJ11 приводят к изменениям в структуре белка Kir6.2 и нарушениям функционирования канала, активность которого повышается, способствуя развитию инсулинорезистентности. Исследования последних лет показали, что в ряде популяций выявлена ассоциация полиморфного маркера rs5219 гена KCNJ11 с риском развития СД 2 типа [4-12]. Однако остается неизученным вопрос о значении полиморфного маркера rs5219 гена KCNJ11 при подборе персонализированной терапии и оценки ее эффективности в комплексном лечении больных СД 2 типа и ожирением.

Цели исследования - разработка и оценка эффективности персонализированной терапии больных СД 2 типа и ожирением на основе изучения полиморфизма rs5219 гена KCNJ11.

Материал и методы

Дизайн исследования: "случай-контроль". В клинике ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" были обследованы 120 женщин с СД 2 типа и ожирением I-II степени. Средний возраст пациентов составил 56,4±6 лет, средний уровень препрандиальной гликемии - 7,2±0,2 ммоль/л. Уровень гликированного гемоглобина (HbA1c) колебался от 5 до 9%. Контрольную группу составили 120 женщин в возрасте от 40 до 65 лет (средний возраст - 55,3±6 лет), без нарушений углеводного и липидного обмена в анамнезе.

ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием многокомпонентного лизирующего раствора, разрушающего комплекс ДНК с белком, и последующей сорбцией на магнитные частицы, покрытые силикагелем, с применением набора реагентов "РеалБест ДНК-экстракция 3" (ЗАО "Вектор-Бест", РФ). ДНК выделяли на автоматической станции "epMotion 5075" ("Eppendorf", Германия). Генотипирование проводили с применением аллель-специфичной амплификации с детекцией результатов в режиме реального времени и использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК. Для проведения амплификации использовали амплификатор "CFX96 Real Time System" ("BIO-RAD", США).

В зависимости от генотипов гена KCNJ11 больные СД 2 типа и ожирением получали различную схему терапии и были разделены на 2 группы: больные группы А (с генотипом С/Т) получали стандартную низкокалорийную диету + метформин 2000 мг/сут (n=40) и В (с генотипом Т/Т) - персонализированную диету (1600±120 ккал/сут) + витаминно-минеральный комплекс (ВМК) + метформин 2000 мг/сут (n=40). ВМК обеспечивал дополнительное поступление витаминов С и Е (100-120% от рекомендуемой нормы потребления - РНП), β-каротина (40% РНП), никотинамида (38% РНП), пантотеновой кислоты и биотина (60% РНП), витаминов В12, В2 и фолиевой кислоты (75- 83% РНП), витаминов В1 и В6 (160-300% РНП), цинка (100% РНП), хрома (400% РНП), а также магния (18% РНП) и калия (9,4% РНП) в виде аспарагината.

Энергетическую ценность персонализированного рациона для каждого пациента определяли индивидуально, исходя из данных, полученных методом непрямой калориметрии (уровень энерготрат покоя) с использованием коэффициента физической активности, равного 1,4 (низкая физическая активность), с последующей редукцией калорийности на 500 ккал/сут. Уменьшение калорийности персонализированной диеты достигали за счет включения в нее продуктов с низким содержанием животного жира. Количество углеводов было снижено за счет полного исключения быстро всасываемых углеводов. Включение в диету продуктов животного и растительного происхождения, сочетание углеводсодержащих продуктов с растительными и животными белками позволило уменьшить повышение глюкозы крови после приема пищи. Химический состав и энергетическая ценность примерного дня персонализированного рациона для больных СД 2 типа и ожирением представлены в табл. 1.

На фоне проводимой терапии оценивали показатели состава тела (содержание жировой массы, тощей массы, площадь висцерального жира) методом биоимпедансометрии с использованием мультичастотного анализатора "InBody 720" ("Biospace", Южная Корея).

Для оценки состояния углеводного обмена у больных СД 2 типа и ожирением определяли уровень препрандиальной, постпрандиальной гликемии, а также содержание HbA1c с использованием глюкометра "One Touch® Ultra™" и биохимического анализатора "KONELAB Prime 60i" ("Thermo Scientific", Финляндия). Особенности липидного спектра [общий холестерин (ОХС), ХС липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), ХС липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), триглицериды (ТГ)] определяли на биохимическом анализаторе "KONELAB Prime 60i" ("Thermo Scientific", Финляндия).

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы SPSS Statistics 21.0. Результаты представлены в виде средних величин и стандартной ошибки средней величины (M±m). Достоверность различий выборок оценивали по непараметрическим критериям Манна-Уитни и Вилкоксона. Уровень значимости считали достоверным при р<0,05.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования полиморфизма rs5219гена KCNJ11 у больных СД 2 типа и ожирением показали, что 49% из них являются носителями мутантного аллеля Т в гетерозиготном варианте и 37% - в гомозиготном варианте, что согласуется с данными других авторов [13]. В контрольной группе частота гетерозиготного генотипа С/Т составила 48%, а гомозиготного генотипа Т/Т - 25%.

При исследовании углеводного обмена у больных СД 2 типа и ожирением с различными полиморфными вариантами гена KCNJ11 были выявлены достоверные различия в содержании гликированного гемоглобина, препрандиальной и постпрандиальной гликемии (табл. 2). Так, эти показатели у пациентов с генотипом Т/Т достоверно выше в сравнении с данными параметрами у пациентов с генотипами С/Т и С/С.

При исследовании показателей липидного обмена (ОХС, ЛПВП, ЛПНП, ТГ) у больных СД 2 типа и ожирением с различными полиморфными вариантами гена KCNJ11 не было выявлено достоверных различий между группами (табл. 3).

При оценке показателей состава тела (содержания жировой массы, тощей массы, площади висцерального жира) у больных СД 2 типа и ожирением с различными полиморфными вариантами гена KCNJ11 на фоне комплексной терапии наибольший уровень снижения анализируемых параметров был отмечен в группе В: снижение содержания жировой массы в среднем составило 6,3%, площади висцерального жира - 8,2% (p<0,05). В группе А наблюдалось снижение содержания тощей массы в среднем на 3,2% (p<0,05), а также незначительное снижение жировой массы на 2,2% и площади висцерального жира - на 3,3%. Таким образом, уменьшение калорийности диеты способствовало снижению массы тела в группе А (на фоне стандартной низкокалорийной диеты) преимущественно за счет тощей массы, а в группе В (на фоне персонализированной диеты) - преимущественно за счет жирового компонента (табл. 4).

При оценке уровня препрандиальной гликемии больных СД 2 типа и ожирением у носителей генотипа С/Т на фоне стандартной низкокалорийной диетотерапии с метформином отмечено достоверное снижение гликемии на 16%, а у носителей генотипа Т/Т на фоне персонализированной диетотерапии с метформином и ВМК - на 20% (табл. 5). Как видно из приведенных данных, достоверное снижение гликемии отмечалось в двух группах, однако степень благоприятного изменения гликемического профиля (до меньших значений параметра) была более выраженной у больных СД 2 типа и ожирением, получавших персонализированную диету с включением ВМК.

На основании изучения особенностей углеводного обмена у больных СД 2 типа и ожирением при различных полиморфных вариантах гена KCNJ11 было установлено, что у носителей генотипа Т/Т наблюдается более высокий уровень препрандиальной и постпрандиальной гликемии, а также гликированного гемоглобина HbA1с в сравнении с данными показателями у носителей генотипов С/Т и С/С. Следовательно, при назначении комплексной терапии (дието- и фармакотерапии) больным СД 2 типа и ожирением рекомендовано проведение молекулярно-генетических исследований для повышения эффективности лечебных мероприятий при данных заболеваниях.

Литература

1. Шестакова М.В., Сухарева О.Ю. Сахарный диабет типа 2: легко ли предупредить и можно ли вылечить // Consilium Medicum. 2012. Т. 14, № 12. С. 5-9.

2. Niswender К. Diabetes and obesity: therapeutic targeting and risk reduction-a complex interplay // Diabetes Obes. Metab. 2010. Vol. 12. P. 267-287.

3. Henquin J.C. Triggering and amplifying pathways of regulation of insulin secretion by glucose // Diabetes. 2000. Vol. 49. Р. 1751-1760.

4. Потапов В.А. Поиск генетических маркеров, определяющих предрасположенность к сахарному диабету 2 типа : автореф. дис. - канд. биол. наук. М., 2010. 24 с.

5. Abdelhamid I., Lasram K., Meiloud G. et al. E23K variant in KCNJ11 gene is associated with susceptibility to type 2 diabetes in the Mauritanian population // Prim. Care. Diabetes. 2013. Vol. 10. Р. 1751.

6. Doi Y., Kubo М., Ninomiya Т. et al. Impact of Kir6.2 E23K polymorphism on the development of type 2 diabetes in a general Japanese population: the Hisayama Study // Diabetes. 2007. Vol. 56. Р. 2829-2833.

7. Florez J.C., Jablonski К.А., Kahn S.E. et al. Type 2 diabetes associated missense polymorphisms KCNJ11 E23K and ABCC8 A1369S influence progression to diabetes and response to interventions in the Diabetes Prevention Program // Diabetes. 2007. Vol. 56. Р. 531-536.

8. Gloyn A.L., Weedon M.N., Owen K.R. et al. Large-scale association studies of variants in genes encoding the pancreatic fi-cell KATP channel subunits Kir6.2 (KCNJ11) and SUR1 (ABCC8) confirm that the KCNJ11 E23K variant is associated with type 2 diabetes // Diabetes. 2003. Vol. 52. Р. 568-572.

9. Hansen L., Pedersen О. Genetics of type 2 diabetes mellitus: status and perspectives // Diabetes Obes. Metab. 2005. Vol. 7. Р. 35-122.

10. Li Y.Y. The KCNJ11 E23K gene polymorphism and type 2 diabetes mellitus in the Chinese Han population: a meta-analysis of 6,109 subjects // Mol. Biol. Rep. 2013. Vol. 40. Р. 6-141.

11. Nielsen E.M., Hansen L., Carstensen В. et al. The E23K variant of Kir6.2 associates with impaired post-OGTT serum insulin response and increased risk of type 2 diabetes // Diabetes. 2003. Vol. 52. Р. 573-577.

12. Shaat N., Ekelund М., Lernmark А. et al. Association of the E23K polymorphism in the KCNJ11 gene with gestational diabetes mellitus // Diabetologia. 2005. Vol. 48. Р. 2544-2551.

13. Qiu L., Na R., Xu R. et al. Quantitative Assessment of the Effect of KCNJ11 Gene Polymorphism on the Risk of Type 2 Diabetes //PLoS One. 2014. Vol. 9. Р. 93.