Полиморфные варианты Ser447Ter гена липазы липопротеинов, Cys112Arg и Arg158Cys гена аполипопротеина E у больных ожирением

РезюмеС целью изучения распределения аллеля Ser447Ter гена липазы липопротеинов LPL и полиморфных маркеров Е4 и Е2 гена аполипопротеина Е ApoE были обследованы 100 больных ожирением в возрасте от 18 до 66 лет (28 мужчин и 72 женщины, средний возраст которых составил 40,6±2,1 года). 1-ю группу составили больные с I степенью ожирения [n=26; средний индекс массы тела (ИМТ) - 32,5±0,2], 2-ю группу - больные со II степенью ожирения (n=33; средний ИМТ - 37,1±0,2), 3-ю группу - больные с III степенью ожирения (n=41; средний ИМТ - 46,3±1,1), группу контроля составили 18 здоровых лиц в возрасте от 22 до 55 лет (7 мужчин и 11 женщин, средний возраст которых составил 36,5±0,9 года, а ИМТ - 22,4±1,8). Установлено, что максимальная частота встречаемости аллельного полиморфизма ε2 была у больных с I степенью ожирения, а аллеля ε4 - у больных с III степенью ожирения. Генотипирование полиморфизма гена ApoE выявило наиболее распространенный генотип ε3/ε3 гена ApoE во всех 3 группах больных ожирением. При проведении сравнительного анализа аллельных вариантов гена ApoE установлено, что частота встречаемости полиморфного варианта ε2/ε2 имела тенденцию к снижению по мере увеличения ИМТ, в то время как большая частота обнаружения генотипов ε4/ε3, ε4/ε4 и ε2/ε4 была выявлена у больных с III степенью ожирения. Полученные данные свидетельствуют о том, что аллель ε4 гена ApoE в большей степени связан с развитием морбидного ожирения, нежели аллель ε2. Этот факт объясняется тем, что изоформ Е4 аполипопротеина Е обладает сниженным сродством к рецепторам липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) по сравнению с аполипопротеином Е3. Максимальные концентрации холестерина, триглицеридов и ЛПНП отмечались у больных - носителей генотипов ε2/ε4 гена ApoE, причем они были статистически достоверно выше, нежели в контрольной группе (p<0,05). Содержание липидных фракций в крови у пациентов - носителей генотипа ε3/ε4 гена ApoE, напротив, было самым низким среди больных ожирением и не превышало значений контрольной группы (p>0,05), что указывает на незначительный вклад полиморфного маркера ε4 в гетерозиготной форме на развитиедислипидемии при ожирении. Наиболее выраженный положительный эффект диетотерапии достигался при генотипе ε3/ε3 и ε3/ε4 гена ApoE. Комплексный подход к оценке нарушений липидного обмена у больных ожирением, включающий анализ генетических полиморфных локусов, позволяет оптимизировать и персонифицировать диетотерапию.

Ключевые слова:ген, LPL, ожирение, AроE, полиморфизм

Вопр. питания. - 2013. - № 4. - С. 4-9.

В последние годы внимание исследователей привлечено к выявлению генетических маркеров, обеспечивающих формирование фенотипических признаков организма [5]. Известно, что механизмы генной регуляции включают взаимодействия с положительными и отрицательными обратными связями, которые индуцируются посредством РНК, белков, метаболитов, ферментов и др. [1].

Существует представление о том, что развитие алиментарно-зависимых заболеваний обусловлено суммарным вкладом измененных активностей различных генов [8]. Согласно этой теории, фенотипические проявления генетического компонента в развитии данной группы заболеваний могут возникнуть при наличии провоцирующего фактора внешней среды и прежде всего макро- и микронутриентов пищи, поэтому было введено понятие "гены-кандидаты", структурные изменения которых могут быть причинно связаны с развитием того или иного заболевания. В настоящее время уже известно значительное количество генетических полиморфизмов, обусловливающих предрасположенность к такому широко распространенному в последние годы заболеванию, как ожирение [7].

Однако эти данные были получены в эксперименте и в основном касались изучения моногенных форм ожирения [6].

Анализ клинических работ по изучению генной регуляции липидного метаболизма у больных с ожирением показал чрезвычайную сложность механизмов, которые контролируют белково-метаболические взаимодействия. Так, например, липопротеинлипаза, продукт гена LPL, представляет ключевой фермент метаболизма липидов, осуществляющий гидролиз триглицеридов с образованием свободных жирных кислот, которые депонируются в жировой ткани. Данный ген кодирует полипетид длиной 475 аминокислотных остатков (рис. 1). Первый экзон кодирует 5’-нетранслируемую область, сигнальный пептид и первые 2 аминокислоты зрелого пептида. Следующие 8 экзонов кодируют остальные 446 аминокислот пептида и последний 10-й экзон содержит 3’-нетранслируемую область составом из 1948 нуклеотидов.

Установлено, что полиморфный вариант Ser447Ter гена LPL приводит к замене цитозина на гуанин в позиции 1595 в 9-м экзоне, что приводит к возникновению преждевременного стопкодона и удалению 2 аминокислотных остатков С-конца липопротеинлипазы. Усеченный фермент обладает повышенной активностью и определяет снижение концентрации триглицеридов и повышение концентрации липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) в крови. По данным популяционных исследований, частота встречаемости мутантного аллеля полиморфного маркера Ser447Ter гена LPL в европейской популяции составляет 5-10% [4, 9].

Аполипопротеин Е, кодируемый геном AроE, ассоциирован с липопротеинами и опосредует их связывание с рецепторами для последующего эндоцитоза [2]. Полиморфизм гена АроЕ представлен 3 аллелями (ε2, ε3 и ε4) и фенотипически реализуется в виде 3 изоформ белка (Ε2, Ε3 и Ε4), которые имеют различное сродство к рецепторам. Изоформа аполипопротеина Е4 имеет самую низкую скорость связывания с рецепторами. Выявлена связь аллельного варианта ε4 (Cys112Arg) с повышением содержания липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) в крови, в то время как присутствие ε2 (Arg158Cys) аллеля ассоциируют со снижением уровня ЛПНП и триглицеридов. По данным масштабных популяционных исследований, частота встречаемости полиморфных маркеров Е2, Е3 и Е4 гена аполипопротеина Е в европейской популяции составляет соответственно 7, 77 и 15% [3, 10].

Однако до настоящего времени остается дискутабельным вопрос о частоте встречаемости аллельных полиморфизмов Ser447Ter гена LPL, а также ε4 и ε2 гена ApoE, определяющих характер липидного метаболизма у больных с ожирением.

Целью работы явилось изучение распределения генотипов Ser447Ter гена липазы липопротеинов LPL и полиморфных маркеров ε4 и ε2 гена аполипопротеина Е ApoE с последующей оценкой особенностей липидного обмена у пациентов с различной степенью ожирения.

Материал и методы

Были обследованы 100 больных в возрасте от 18 до 66 лет (28 мужчин и 72 женщины, средний возраст которых составил 40,6±2,1 года), находящихся на лечении в отделении профилактической и реабилитационной диетологии ФГБУ "НИИ питания" РАМН. Группу контроля составили 18 здоровых лиц в возрасте от 22 до 55 лет (7 мужчин и 11 женщин, средний возраст которых составил 36,5±0,9 года, ИМТ - 22,4±1,8), посещавшие научно-консультативное отделение клиники с целью диспансерного обследования.

Всем больным проводили физикальное и антропометрическое исследование: определяли рост, массу тела с последующим расчетом индекса массы тела (ИМТ). На основании ИМТ все больные были разделены на 3 группы: 1-ю группу составили больные с I степенью ожирения (n=26; средний ИМТ - 32,5±0,24), 2-ю группу - больные со II степенью ожирения (n=33; средний ИМТ - 37,1±0,23), 3-ю группу - больные с III степенью ожирения (n=41; средний ИМТ - 46,3±1,08).

Состояние липидного обмена оценивали по концентрациям общего холестерина (ХС), триглицеридов (ТГ), ЛПНП, ЛПВП, определенным методом турбодиметрии и спектрофотометрии на автоматическом анализаторе "ConeLab60i" (Финляндия).

Анализ полиморфных вариантов Cys112Arg (Е4) и Arg158Cys (Е2) гена ApoE проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) при использовании детектирующего амплификатора "ДТ-96", амплификатора "Терцик" и детектора "Джин" фирмы "ДНКТехнология" (Россия) с наборами для ДНК диагностики, разработанными ФГУП "ГосНИИ генетики".

Обработку полученных результатов проводили с использованием пакета статистических программ SPSS (США). При анализе определяли средние значения признака (M), стандартные ошибки среднего (m), среднеквадратичные отклонения (σ).

Достоверность различий оценивали с помощью критерия Стьюдента (t) для независимых и связанных выборок при значениях вероятности р<0,05.

Различия групп расценивались как статистически значимые при р<0,05 или высокозначимые при р<0,01. Достоверность различий в частоте встречаемости генов в группах больных и здоровых лиц оценивали с помощью критерия Пирсона с достоверностью 95%. Исследование являлось открытым проспективным.

Результаты и обсуждение

При исследовании распределения полиморфного маркера Ser447Ter гена LPL обнаружено, что частота встречаемости его у пациентов с ожирением была выше, нежели в контрольной группе (p<0,05).

Принципиально важен тот факт, что у больных со II и с III степенью ожирения аллельный вариант Ser447Ter определялся с большей частотой по сравнению с общепопуляционными исследованиями. Данные многочисленных исследований свидетельствуют, что полиморфизм Ser447Ter гена LPL фенотипически реализуется в виде изоформы липопротеинлипазы с высокой активностью, обусловливающей усиление скорости гидролиза триглицеридов до глицерина и свободных жирных кислот. В свою очередь увеличение концентрации свободных жирных кислот в крови компенсируется путем активации процессов депонирования их в подкожную жировую клетчатку.

Генотипирование полиморфизма гена ApoE выявило наиболее распространенный генотип ε3/ε3 гена Apo E во всех 3 группах больных с ожирением. Этот же генотип наиболее часто был представлен в популяционной выборке (табл. 1).

При проведении сравнительного анализа аллельных вариантов гена ApoE установлено, что частота встречаемости полиморфного варианта ε2/ε2

имела тенденцию к снижению по мере увеличения ИМТ, в то время как большая частота обнаружения генотипов ε4/ε3, ε4/ε4 и ε2/ε4 была выявлена у больных с III степенью ожирения (р<0,05). Полученные данные свидетельствуют о том, что аллель ε4 гена ApoE в большей степени связан с развитием морбидного ожирения, нежели аллель ε2. Этот факт объясняется тем, что полиморфизм ε4 реализуется в виде изоформы Е4 аполипопротеина Е, обладающего сниженным сродством к рецепторам ЛПНП по сравнению с аполипопротеином Е3.







В группе больных с I степенью ожирения генотип ε2/ε2 гена ApoE идентифицирован с большей частотой, нежели в контрольной группе (р<0,05).

Проведение молекулярно-генетического анализа позволило выявить связь исследуемых полиморфных маркеров генов LPL и ApoE с уровнями липидов в крови и эффективностью диетотерапии.

Биохимическое исследование крови больных ожирением позволило установить, что концентрации липидных фракций в крови больных ожирением до проведения диетотерапии были значительно выше при наличии аллельного варианта ε2 гена ApoE, чем в контрольной группе (p<0,05).

Максимальные концентрации холестерина, триглицеридов и ЛПНП отмечались у больных, носителей генотипов ε2/ε4 гена ApoE, которые были статистически достоверно выше (табл. 2), нежели в контрольной группе (p<0,05). Содержание липидных фракций в крови у пациентов - носителей генотипа ε3/ε4 гена ApoE, напротив, было самым низким среди больных ожирением и не превышало значений контрольной группы (p>0,05), что указывает на незначительный вклад полиморфного маркера ε4 в гетерозиготной форме на развитие дислипидемии при ожирении. Наличие в генотипе аллеля ε3, вероятно, компенсирует негативное влияние аллеля ε4 на липидный обмен.

У носителей гомозиготного полиморфизма ε2/ε2 отмечены более высокие показатели триглицеридов в крови, нежели у носителей генотипа ε3/ε3 (р<0,05) (табл. 2). Полученные данные позволяют рассматривать носительство аллелей ε2 и ε4 гена ApoE в качестве прогностического фактора выраженности дислипидемии у больных с ожирением.

Вероятно, присутствие в генотипе 2 аллельных вариантов - ε2 и ε4 - обусловливает их дискоординационное влияние на метаболизм липидов, проявляющееся более высокими уровнями липидных фракций, нежели у носителей аллелей ε2 и ε4 по отдельности.

При изучении полиморфного маркера Ser447Ter гена LPL у больных с ожирением состояние липидного метаболизма характеризовалось более высокими значениями уровней холестерина, триглицеридов и ЛПНП, чем в контрольной группе (p<0,05).

Максимально выраженный положительный эффект диетотерапии достигался при генотипе ε3/ε3 и ε3/ε4 гена ApoE за счет снижения концентраций холестерина, триглицеридов, ЛПВП и ЛПНП (p<0,05).

При изучении генотипа Ser447Ter/Wt гена LPL у пациентов с ожирением статистически значимо снижались уровни холестерина и ЛПВП (p<0,01).

В настоящее время не вызывает сомнение положение о том, что взаимодействие генома, особенно его полиморфных вариантов, и метаболома - это взаимосвязанный и взаимообусловливающий процесс. С одной стороны, генетический код генерирует сигналы (транскриптомы), определяющие состав протеома, который в свою очередь инициирует каталитические факторы метаболизма.

С другой стороны, метаболом регулирует геном посредством специальных белково-метаболических взаимодействий. Следовательно, если геном и протеом рассматриваются как возможные факторы при синтезе метаболитов, то нутриенты определяют непосредственную структуру метаболических систем (рис. 2).

Таким образом, у больных с ожирением выявлены фенотипические различия генов LPL и ApoE, контролирующих липидный метаболизм. Регуляторный эффект полиморфных сайтов ε2 и ε4 гена ApoE проявлялся повышением общего холестерина, триглицеридов и ЛПНП. Исходя из особенностей распределения частот генотипов у пациентов с разной степенью ожирения исследованные полиморфные генотипы могут рассматриваться в комплексе с индивидуальными особенностями энергетического метаболизма, гормонального и иммунного статуса больного для создания персонифицированного подхода к проведению диетотерапии.

Литература

1. Чураев Р.Н. // Вестн. ВОГиС. - 2005. - № 2 (9). - С. 199-208.

2. Alvim R.O., Freitas S.R.S., Ferreira N.E. et al. // Lipids Health Dis. - 2010. - Vol. 9. - P. 128.

3. Arbones-Mainar J.M., Johnson L.A., Altenburg M.K. et al. // Int. J. Obes. - 2010. - Vol. 32, N 10. - P. 1595-1605.

4. Davies B.S.J., Beigneux A.P., Fong L.G. et al. // Curr. Opin. Lipidol. - 2012. - Vol. 23, N 1. - P. 35-42.

5. El-Sayed M.J.S., Froguel P. // Nat. Rev. Endocrinol. - 2013. http://www.nature.com/nrendo/journal/v9/n7/full/nrendo.2013.57.html

6. Garver W.S., Newman S.B., Gonzales-Pacheco D.M. et al. // Genes Nutr. - 2013. - Vol. 8, N 3. - P. 271-287.

7. Gonzаlez-Jimеnez E., Aguilar Cordero M.J., Padilla Lоpez C.A. et al. // Ansistsanitnavar. - 2012. - Vol. 35, N 2. - P. 285-293.

8. Hashmi S., Wang Y., Parhar R.S. et al. // Nutr. Metab. - 2013. - Vol. 10, N 1. - P. 31.

9. Huang X., Gong R., Lin, J. et al. // Biosci. Trends. - 2011. - Vol. 5, N 5. - P. 198-204.

10. Lee D.J., Kim K.M., Kim B.T. et al. // Yonsei Med. J. - 2011. - Vol. 52, N 3. - P. 429-434.