Изучение ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с риском развития ожирения, жировой массой тела и физической активностью
РезюмеОжирение - это мультифакторное заболевание, развитие которого зависит от взаимодействия генома и окружающей среды. Установлено, что белок, связывающий жирные кислоты 2-го типа (FABP2), регулирует процессы всасывания и транспортировки липидов в кишечнике, а также их метаболизм. Цель исследования заключалась в выявлении взаимосвязи полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с индексом массы тела и с жировой массой тела, а также в изучении распределения частот генотипов и аллелей гена FABP2 у спортсменов и лиц, не занимающихся спортом. В исследовании приняли участие 315 спортсменов различной специализации и квалификации и 612 человек контрольной группы (преимущественно студенты). Ala54Thr полиморфизм гена FABP2 анализировали с помощью полимеразной цепной реакции, состав тела - с помощью биоимпедансного метода. Результаты настоящего исследования не подтвердили ассоциацию полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с риском развития ожирения и жировой массой тела. Однако частота Thr54 аллеля среди стайеров (50,0%, p=0,025) и единоборцев (46,2%, p=0,013) высокой квалификации значимо превышала частоту Thr54 аллеля в контрольной группе (32,2%). Таким образом, полиморфизм Ala54Thr гена FABP2 ассоциируется с предрасположенностью к занятиям видами спорта с преимущественным проявлением выносливости.
Ключевые слова:полиморфизм, ген, FABP2, ожирение, жировая масса тела, индекс массы тела, спорт, выносливость
Вопр. питания. - 2013. - № 5. - С. 23-28.
Избыточный вес и ожирение относятся к числу 5 основных факторов риска смерти. Ежегодно по меньшей мере 2,6 млн взрослых людей умирают по причине избыточного веса или ожирения [2]. В России более 60% взрослого населения имеет избыточный вес, около 26% - ожирение.
Ожирение - доказанный фактор риска развития сахарного диабета типа 2, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, инсульта, рака и остеоартроза. Свыше 75% случаев диабета типа 2 ассоциируется с избыточной массой тела и ожирением [1]. Возраст положительно коррелирует с риском развития ожирения в связи с понижением уровня метаболизма и уменьшением физической активности индивидов после 30 лет [19].
Ожирение - это мультифакторное заболевание, развитие которого зависит от взаимодействия генома и окружающей среды (питание, уровень физической активности, образ жизни и др.).
В последние годы в развитии ожирения огромное значение придается роли наследственных факторов. Генетически детерминированные индивидуальные различия в снижении веса в ответ на физические нагрузки и диетотерапию обусловили актуальность изучения полиморфизмов (структурных изменений) генов, регулирующих метаболизм и пищевое поведение человека.
Диетотерапия при ожирении и избыточной массе тела может включать гипокалорийные диеты и диеты с различным содержанием макронутриентов в зависимости от того, как эти компоненты участвуют в регуляции экспрессии генов (нутригеномный аспект), а также усваиваются организмом (нутригенетический аспект). Описано множество научно обоснованных диет, приводящих к снижению веса (например, низкоуглеводная, низкожировая, сбалансированная средиземноморская и др.), однако их эффективность зависит от генетического статуса индивида (для большинства наиболее оптимальная диета - низкоуглеводная) [8]. Кроме того, показано, что взаимодействие между последовательностью ДНК и факторами риска развития ожирения различается между индивидами, ведущими пассивный образ жизни, и физически активными лицами. Понимание особенностей метаболизма на молекулярном уровне является важным шагом в развитии эффективных терапевтических стратегий борьбы с избыточной массой тела.
На сегодняшний день известно множество однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) генов, связанных с регуляцией липидного и углеводного обменов, адипогенезом, терморегуляцией, циркадным ритмом и пищевым поведением [17]. Так, полиморфизм Ala54Thr (rs1799883 G/A) является одним из наиболее изученных полиморфизмов гена, кодирующего белок, связывающий жирные кислоты 2-го типа (fatty acid-binding protein 2 - FABP2). Установлено, что белок FABP2 вовлечен во внутриклеточный транспорт и метаболизм длинноцепочечных жирных кислот, а также он принимает участие в нескольких этапах всасывания и транспортировки липидов в кишечнике [5, 23].
Аминокислотная замена аланина на треонин в 54-м кодоне ассоциируется с высокой степенью абсорбции жирных кислот в кишечнике и их высоким уровнем окисления [4, 15]. Установлено, что полиморфизм Ala54Thr гена FABP2 ассоциируется с индексом массы тела [14], ожирением во многих возрастных группах [3, 13, 20, 25] и избыточным накоплением жировой ткани в области бедер [12].
На этих данных основаны рекомендации по соблюдению низкожировой диеты носителям мутантного 54Thr аллеля с целью снижения массы тела.
Вместе с тем недавний метаанализ, включивший 27 исследований и 10 974 участников, не выявил ассоциации полиморфизма гена FABP2 Ala54Thr с индексом массы тела (ИМТ) [26].
В доступной литературе отсутствуют данные об изучении ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с ИМТ и ожирением в российской популяции. Кроме того, особый интерес представляет изучение ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с предрасположенностью к выполнению физических нагрузок у спортсменов, специализирующихся в разных видах спорта, которые предъявляют различные требования к энергообеспечению мышечной деятельности.
Цель настоящего исследования заключалась в выявлении взаимосвязи полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с ИМТ и с жировой массой тела, а также в изучении распределения частот генотипов и аллелей гена FABP2 у спортсменов и лиц, не занимающихся спортом.
Материал и методы
В исследовании приняли участие 315 спортсменов (222 мужчины, 93 женщин; возраст: 25,9±11,7 лет) различной специализации и квалификации и 612 человек контрольной группы (преимущественно студенты; 180 мужчин, 432 женщины; возраст: 20,0±2,5 лет). Главным условием для включения испытуемых в контрольную группу было отсутствие стажа регулярных занятий какими-либо видами спорта (по данным анкетирования респонденты не указывали на наличие спортивного разряда).
В соответствии с типом энергообеспечения тренировочной нагрузки мы разделили всех спортсменов на 4 группы: 1-я - спортсмены, специализирующиеся в видах спорта с преимущественным проявлением выносливости (бег на 800-5000 м, лыжные гонки, плавание на 400-1500 м, скоростной бег на коньках на 3000 м, академическая гребля); 2-я - спортсмены, специализирующиеся в единоборствах (бокс, тхэквондо, дзюдо, кендо, борьба, фехтование); 3-я - спортсмены, специализирующиеся в игровых видах спорта (футбол, волейбол, большой теннис, настольный теннис); 4-я - спортсмены, специализирующиеся в скоростно-силовых и силовых видах спорта (тяжелая атлетика, прыжки с шестом, прыжки в длину, бег на 60-400 м, плавание на 50-100 м, многоборье).
На момент получения биологического материала для генотипирования 5 спортсменов были заслуженными мастерами спорта (ЗМС), 18 - мастерами спорта международного класса (МСМК), 81 - мастерами спорта (МС), 99 - кандидатами в мастера спорта (КМС) и 69 спортсменов имели взрослый разряд. Футболисты (n=43) выступали на уровне первого либо второго дивизиона.
Массу тела 555 обследованных измеряли с точностью до 0,1 кг с помощью напольных весов.
Для измерения роста использовали фиксированный ростомер, калиброванный в сантиметрах.
ИМТ определяли как массу тела, деленную на рост в квадрате (кг/м2 ). Испытуемые с ИМТ от 25,0 кг/
м2 и выше составили основную группу (n=59), с ИМТ менее 25,0 кг/м2 - группу сравнения (n=496).
Диагностику состава тела проводили 347 студентам (20,0±2,3 лет) с помощью биоимпедансного анализатора "Диамант-АСТ". Определяли абсолютное и относительное содержание жировой массы тела.
Для молекулярно-генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенные сорбентным методом [в соответствии с прилагаемой инструкцией по применению к комплекту "ДНК-сорб-АМ" (Центральный НИИ эпидемиологии МЗ РФ)]. Полиморфизм Ala54Thr гена FABP2 определяли методом полимеразной цепной реакции с использованием двухпраймерной системы [прямой праймер - 5’-CTACCGAGTTTTCTTCCCACC-3’, обратный праймер - 5’-AATTAAACCATCCAATGAAATAGAG C-3’ ("ЛИТЕХ")]. Рестрикцию ампликонов длиной 376 пар оснований проводили с использованием фермента BstHH I ("Сибэнзим"). Длины рестрикционных продуктов анализировали электрофоретическим разделением в 8% полиакриламидном геле с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией в проходящем ультрафиолетовом свете при помощи трансиллюминатора "ETS VilberLourmat" (Франция).
Статистическую обработку данных проводили с помощью стандартного пакета GraphPadInStat.
Значимость различий в частоте аллелей и генотипов сравниваемых выборок определяли с использованием критерия χ 2 . Корреляционный анализ проводили с использованием критерия Спирмена.
Различия считали статистически значимыми при p<0,05.
Результаты и обсуждение
Полиморфизм гена FABP2 и риск развития ожирения
При анализе распределения частот генотипов и аллелей по полиморфизму Ala54Thr гена FABP2 в группе сравнения (ИМТ<25 кг/м 2 ; n=496) были получены следующие результаты. Частота аллеля Thr54 составила 32,3%, при этом она значимо не отличалась между выборками мужчин и женщин (p=0,712). Наблюдаемое распределение генотипов Ala/Ala (48,8%), Ala/Thr (37,9%) и Thr/Thr (13,3%) в данной выборке подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =4,217; p=0,121).
Таблица 1. Распределение частот генотипов и аллелей гена FABP2 у людей с избыточной массой тела либо ожирением (основная группа) и в группе сравнения
)
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 2: p 1 - при сравнении частоты генотипов, p 2 - при сравнении частоты аллелей.
Частота Thr54 аллеля Ala54Thr полиморфизма гена FABP2 в основной группе (ИМТ≥25 кг/м 2 ; n=59) составила 29,7% и значимо не отличалась от частоты аллеля Thr54 в контрольной группе (p=0,603) (табл. 1). Распределение генотипов FABP2 (Ala/Ala - 49,2%, Ala/Thr - 42,4%, Thr/Thr - 8,4%) в данной группе подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =0; p=1,000) и также значимо не отличалось от распределения генотипов в контрольной выборке (p=0,538).
Взаимосвязь полиморфизма гена FABP2 с жировой массой
Корреляционный анализ в группе индивидов (110 мужчин и 237 женщин) с разными значениями ИМТ не выявил ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 и жировой массы тела (p=0,800, r=-0,014). Корреляционный анализ, проведенный отдельно для мужчин (рис. 1) и женщин (рис. 2), также не выявил взаимосвязь между полиморфизмом и жировой массой тела (p=0,207; r=-0,121 и p=0,385; r=0,056 соответственно).
Полиморфизм гена FABP2 и предрасположенность к занятиям спортом
Частота Thr54 аллеля полиморфизма гена FABP2 в контрольной группе (индивиды, не занимающиеся спортом) составила 32,2% (табл. 2).
Распределение генотипов полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 (Ala/Ala - 49,4%, Ala/Thr - 36,9%, Thr/Thr - 13,7%) не подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =6,899, df=2; p=0,032).
Частота Thr54 аллеля полиморфизма гена FABP2 среди всех спортсменов (n=315) значимо не отличалась от частоты Thr54 аллеля в контрольной группе (табл. 2). Распределение генотипов в общей выборке спортсменов также не соответствовало равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =11,490, df=2; p=0,0032) и статистически значимо не отличалось от распределения генотипов в контрольной выборке (p=0,232).
При распределении спортсменов на 4 группы с учетом энергообеспечения соревновательной нагрузки и квалификации мы обнаружили статистически значимые различия в частоте Thr54 аллеля среди спортсменов 1-й и 2-й групп по сравнению с контрольной выборкой (табл. 2).
)
Рис. 1. Среднее значение жировой массы у мужчин, носителей разных генотипов гена FABP2
)
Рис. 2. Среднее значение жировой массы у женщин, носителей разных генотипов гена FABP2
Таблица 2. Распределение частот генотипов и аллелей гена FABP2 у спортсменов разных видов спорта и различной квалификации и в контрольной выборке
)
*- p<0,05, статистически значимые различия между спортсменами и контрольной группой.
Так, частота Thr54 аллеля среди стайеров и единоборцев высокой квалификации значимо (в 1,55 и 1,43 раза) превышала частоту Thr54 аллеля в контрольной выборке.
Результаты настоящего исследования не подтвердили ассоциацию полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с риском развития ожирения и жир овой массой тела. Поскольку большинство участников исследования были студентами в возрасте до 30 лет, можно предположить, что их активный образ жизни мог оказать модифицирующее влияние на ассоциацию Ala54Thr полиморфизма гена FABP2 со склонностью к ожирению. Для проверки данной гипотезы следует провести дополнительные исследования на российских выборках с участием разных возрастных групп.
Интересно проанализировать результаты в группе спортсменов. Частота Thr54 аллеля гена FABP2
среди спортсменов высокой квалификации, в различной степени тренирующих выносливость (стайеры, средневики, единоборцы), была значимо выше, чем в контрольной группе. Хорошо известно, что углеводы и жиры утилизируются в различном соотношении и определенным способом (для углеводов - аэробное окисление либо анаэробный гликолиз) в зависимости от длительности и интенсивности физических нагрузок. Упражнения низкой и средней интенсивности вызывают увеличение окисления жиров, а с увеличением интенсивности физической нагрузки наибольший вклад в энергообеспечение вносит гликогенолиз и гликолиз, однако и в последнем случае уровень окисления жиров остается значимым [6, 7, 11, 16].
Установлено, что при увеличении содержания жиров в рационе спортсмена его физическая работоспособность (выносливость) повышается за счет увеличения окисления жиров и, соответственно, экономии расхода гликогена [9, 10, 21, 22].
Многократные исследования показали, что спортсмены, в рационе которых отмечается высокое содержание жиров, значительно повысили свою выносливость по сравнению со спортсменами, придерживающимися низкожировой диеты [16, 18, 24]. На этом основании можно предположить, что наличие Thr54 аллеля гена FABP2, который повышает абсорбцию и окисление жирных кислот [4, 15], благоприятствует проявлению выносливости, а его преобладание в группе спортсменов, тренирующих выносливость, является результатом спортивного отбора.
Таким образом, результаты настоящего исследования демонстрируют ассоциацию полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с предрасположенностью к занятиям видами спорта с преимущественным проявлением выносливости. В данной работе полиморфизм гена FABP2 у спортсменов был изучен впервые, что требует проведения дальнейших исследований с использованием других методических подходов.
Литература
1. Центр СМИ ВОЗ. Ожирение и избыточный вес. Информационный бюллетень № 311. Май 2012 г. - http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/ru/index.html (дата обращения: 14.04.13).
2. Центр СМИ ВОЗ. 10 фактов об ожирении. Март 2013 г. - http://www.who.int/features/factfiles/obesity/ru
3. Albala C., Santos J.L., Cifuentes M. et al. // Obes. Res. - 2004. - Vol. 12, N 2. - P. 340-345.
4. Baier L.J., Sacchettini J.C., Knowler W.C. et al. // J. Clin. Invest. - 1995. - Vol. 95. - P. 1281-1287.
5. Besnard P. // Proc. Nutr. Soc. - 1996. - Vol. 5. - P. 19-37.
6. Brooks G. // Clin. Exer. Pharm. Physiol. - 1997. - Vol. 124. - P. 889-895.
7. Costill D.L. // Int. J. Sports. Med. - 1988. - Vol. 9. - P. 1-18.
8. Dansinger M.L., Gleason J.A., Griffith J.L et al. // JAMA. - 2005. - Vol. 293. - P. 43-53.
9. Despres J.P., Bouchard C., Savard R. et al. // Metabolism. - 1984. - Vol. 33. - P. 235-239.
10. Hickson R.C., Rennie M.J., Conlee R.K. et al. // J. Appl. Physiol. - 1997. - Vol. 43. - P. 829-833.
11. Horvath P.J., Eagan C.K., Leddy J.J. et al. // FASEB J. - 1996. - Vol. 10. - P. 288.
12. Kunsan X., Taisan Z., Weiping J. et al. // Chin. Med. Sci. J. - 1999. - Vol. 14, N 1. - P. 46-51.
13. Lara-Castro C., Hunter G.R., Lovejoy J.C. // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 2005. - Vol. 90, N 2. - P. 1196-1201.
14. Lei H.H., Coresh J., Shuldiner A.R. et al. // Diabetes. - 1999. - Vol. 48, N 9. - P. 1868-1872.
15. Levy E., Menard D., Delvin E. et al. // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 39679-39684.
16. Muoio D.M., Leddy J.J., Horvath P.J. et al. // Med. Sci. Sports. Exerc. - 1994. - Vol. 26. - P. 81-88.
17. Rankinen T., Zuberi A., Chagnon Y.C. et al. // Obesity (Silver Spring). - 2006. - Vol. 14, N 4. - P. 529-644.
18. Simi B., Sempore B., Mayet M.H. et al. // J. Appl. Physiol. - 1991. - Vol. 71. - P. 197-203.
19. Starling R.D. // Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. - 2001 . - Vol. 11(Suppl.). - P. S208-S217.
20. Takakura Y., Yoshioka K., Umekawa T. et al. // Diabetes Res. Clin. Pract. - 2005. - Vol. 67, N 1. - P. 36-42.
21. Treblay A., Plourde G., Despres J.P. et al. // Am. J. Clin. Nutr. - 1989. - Vol. 49. - P. 799-805.
22. Van Baak M.A., Mooij J.M.V., Wijnen J.A. // Int. J. Sports Med. - 1993. - Vol. 14. - P. 2-8.
23. Van Nieuwenhoven F.A., Var der Vusse G.J., Glatz J.F.C. // Lipids. - 1996. - Vol. 30 (Suppl.). - P. S223-S227.
24. Venkatraman J.T., Pendergast D.R. // Med. Sci. Sports Exerc. - 1998. - Vol. 30, N 8. - P. 1198-1204.
25. Yamada K., Yuan X., Ishiyama S. et al. // Diabetologia. - 1997. - Vol. 40, N 6. - P. 706-710.
26. Zhao T., Zhao J., Lv J. et al. // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. - 2011. - Vol. 21, N 10. - P. 823-829.