Изучение особенностей метаболизма у лиц с полиморфизмом rs9939609 гена FTO

Резюме

Изучена ассоциация вариантов rs9939609 гена FTO с ожирением на выборке из 104 человек (18 мужчин и 86 женщин в возрасте от 18 до 67 лет) - жителей Московского региона РФ, находившихся на санаторном лечении. Для генотипирования полиморфизма rs9939609 FTO гена применяли мультиплексную аллель-специфичную амплификацию с детекцией результатов в режиме реального времени с использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК. Частота встречаемости мутантного аллеля у обследованных составляла 47,0%, при этом генотип ТТ был выявлен в 25,0% случаев, АТ - в 56,0%, АА - в 19,0%. У мужчин частота распространенности аллеля риска ожирения (А) была выше, чем у женщин. У обследованных с ожирением (индекс массы тела >30 кг/м2) чаще отмечалось наличие генотипа АА (27,8%) по сравнению с обследованными с индексом массы тела <30 кг/м2 (14,1%) и более высокая частота встречаемости (54,2 против 43,0%) аллеля риска А. По сравнению с лицами, имеющими генотип ТТ, у обследованных с генотипом АА rs9939609 гена FTO отмечался достоверно более высокие индекс массы тела, объем талии, бедер, жировая масса. У этих же пациентов величина энерготрат в покое, рассчитанная на 1 кг тощей или мышечной массы тела, была несколько меньше, чем у лиц с ТТ генотипом. У обследованных с генотипом АА rs9939609 гена FTO по сравнению с ТТ генотипом отмечался достоверно более низкий уровень холестерина липопротеинов высокой плотности и железа в сыворотке крови на фоне достоверно повышенной концентрации мочевой кислоты. Таким образом, обследование пациентов с применением инновационных технологий в условиях санаторно-курортного лечения позволяет проводить им персональную алиментарную коррекцию с целью профилактики и лечения неинфекционных заболеваний.

Ключевые слова:ожирение, метаболическцй синдром, пищевой статус, метаболический статус, полиморфизм rs9939609 гена FTO

Вопр. питания. 2015. № 4. С. 97-104.

Широкое распространение алиментарно-зависимых заболеваний представляет собой серьезную медицинскую проблему, так как они отличаются высокой частотой смертности и инвалидизации населения во всем мире. Одним из таких заболеваний является ожирение, связанное не только с изменением образа жизни (в том числе и питания), но и с генетической предрасположенностью. В различных популяциях выявлено более сотни генетических полиморфизмов, в той или иной степени связанных с ожирением [1-6].

Одними из наиболее изученных на сегодняшний день являются однонуклеотидные полиморфизмы гена связи с жировой массой и ожирением, местоположение 16q12.2, официальный международный символ FTO (fat mass and obesity associated) [1]. Однако, несмотря на многочисленные исследования гена FTO, молекулярный механизм ассоциации его вариантов с ожирением изучен недостаточно. Эксперименты на мышах выявили, что белок, кодируемый геном FTO, вовлечен в энергетический обмен [8]. Ген кодирует синтез белка, гомологичного AlkB - белку репарации ДНК. Семейство этих белков использует железо (II), α-кетоглутарат и диоксиген для окислительной репарации алкилнуклеотидов в однонитевой ДНК и РНК. В экспериментах in vitro было установлено, что рекомбинантный белок FTO участвует в окислительном деметилировании 3-метилтимина в однонитевую ДНК и 3-метилурацила - в РНК [11].

В то же время ассоциация полиморфизмов этого гена с фенотипическими и метаболическими проявлениями ожирения в разных популяциях неоднозначна. Существенная связь варианта rs9939609 гена FTO с избыточной массой тела и ожирением была выявлена в европейских популяциях (в Дании, Франции, Испании, Германии и Бельгии), а также у американцев европейского происхождения, жителей Тайваня и Китая [17].

В настоящее время доказана связь гена FTO с повышенным потреблением энергии с пищей, однако его влияние на расход энергии при различном уровне физической активности у лиц с ожирением показано нечетко [10, 15, 18].

В последнее время считают, что полиморфизм гена FTO тесно связан с лептином, который синтезируется в белой жировой ткани, затем секретируется в кровяное русло, регулирует процессы потребления пищи и расход энергии посредством центральных и периферических механизмов [9, 12, 17]. Лептин представляет собой негликозилированный полипептид с молекулярной массой 16 кДа, состоящий из 146 аминокислотных остатков. Он кодируется геном ob. Концентрация лептина в плазме или сыворотке строго коррелирует со степенью ожирения, выраженной в процентном содержании жира или в индексе массы тела (ИМТ).

Известно, что при ожирении имеет место лептинорезистентность, которая препятствует нормальному проявлению эффектов этого гормона, чем можно объяснить наличие тесной корреляции между его уровнем в сыворотке крови и величиной жировой массы [13].

Этот гормон вносит вклад в регуляцию энергетического баланса, информируя мозг о количестве жировой ткани. Имеются данные, что в неонатальный период лептин играет важную роль в развитии ожирения посредством воздействия на гипоталамическую регуляцию энергетического баланса [16].

Была обнаружена выраженная экспрессия гена FTO в гипоталамусе детей и подростков [14]. I. Labayen и соавт. обнаружили связь между полиморфизмом rs9939609 гена FTO и концентрацией сывороточного лептина, регулирующего энергобаланс, у 655 европейских подростков. На основании этого был сделан вывод, что лептин может быть посредником между полиморфизмом rs9939609 гена FTO и выраженностью ожирения [13].

Целью настоящей работы было сравнительное изучение особенностей метаболизма у лиц с полиморфизмом rs9939609 гена FTO, проживающих в Москве и Московской области.

Материал и методы

Всего обследованы 104 человека, среди них 18 мужчин и 86 женщин в возрасте от 18 до 67 лет, жители Московского региона РФ, находившиеся на лечении в ООО "Санаторий “Ревиталь Парк”".

Распределение пациентов в зависимости от величины индекса массы тела представлено в табл. 1.

Биоимпедансные исследования проводили с помощью анализатора баланса водных секторов организма "АВС-01" ("Медасс", РФ). Исследование энерготрат в состоянии покоя проводили методом непрямой калориметрии с использованием портативного метаболографа VO2000 ("MedGraphics", CША).

Биохимические показатели, характеризующие состояние липидного [уровни холестерина, холестерина липопротеинов высокой плотности (ХС ЛПВП), холестерина липопротеинов низкой плотности (ХС ЛПНП), триглицеридов], белкового обмена (содержание общего белка, мочевой кислоты), уровень в сыворотке крови глюкозы и железа определяли c использованием анализатора "ABX PENTRA 400" ("HORIBA ABX SAS", Франция) в автоматическом режиме. Концентрацию лептина в сыворотке крови определяли на иммуноферментном автоматическом анализаторе "ВЕР 2000" с использованием наборов "Diagnostics Biochem Canada".

У всех обследованных была проведена идентификация полиморфизма rs9939609 гена FTO.

ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием сорбента и набора реагентов "ДНК-сорб-С" производства ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, Москва.

Генотипирование проводили с применением аллель-специфичной амплификации с детекцией результатов в режиме реального времени и использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК [17]. Для проведения амплификации использовали амплификатор "CFX96 Real Time System" ("BIO-RAD", США).

Статистическую обработку полученных результатов осуществляли c использованием системы PASW Statistics 20. Тесты на соблюдение равновесия Харди-Вайнберга и выявление ассоциаций методом Пирсона χ2 проводили с помощью программы DeFinetti на сайте Института генетики человека (Мюнхен, Германия).

Результаты

По результатам исследования полиморфизма rs9939609 гена FTO, частота встречаемости мутантного аллеля у обследованных составляла 47%, при этом генотип ТТ выявлен в 25% случаев, АТ - в 56%, АА - в 19,0% (табл. 2). Подобное распределение генотипов rs9939609 гена FTO было продемонстрировано в наших ранних исследованиях на более обширном контингенте жителей Московского региона [2-5].

У мужчин частота распространенности аллеля риска ожирения (А) была выше, чем у женщин, однако это различие не достигало статистической значимости: OR-1,33; CI (0,64-2,73), р=0,44.

У обследованных с ИМТ более 30 кг/м2 значительно (в 2 раза) чаще отмечалось наличие генотипов АА по сравнению с обследованными с ИМТ менее 30 кг/м2. При этом у лиц с ожирением по сравнению с испытуемыми, имеющими нормальную массу тела (табл. 3), была выявлена несколько более высокая частота встречаемости аллеля риска А.

Как видно из табл. 4, по сравнению с лицами, имеющими генотип ТТ, у обследованных с генотипом АА полиморфизм rs9939609 гена FTO обмечалось достоверное увеличение ИМТ, обхвата талии, бедер, величины жировой массы. Соотношение объем талии/обхват бедер имело тенденцию к увеличению.

Полученные данные согласуются с результатами исследований других авторов, которые показали, что среди всех генов-кандидатов ожирения именно полиморфизм гена FTO ассоциируется с величиной массы тела и жировой массы [19].

В то же время у пациентов с генотипом АА rs9939609 гена FTO величина энерготрат в покое, рассчитанная на 1 кг тощей (у мужчин) или мышечной массы тела (у женщин), была достоверно меньше, чем при ТТ генотипе. Результаты исследования совпадают с данными M. Аrrizabalaga и соавт., которые продемонстрировали достоверно более низкий уровень энерготрат в покое у женщин-носителей мутантного аллеля А rs9939609 гена FTO с ожирением I степени [7].

Анализ данных биохимических исследований свидетельствовал о более выраженных отклонениях от нормы величины метаболических показателей у лиц с мутантным аллелем гена FTO.

Как видно из табл. 5, у обследованных с генотипом АА rs9939609 гена FTO по сравнению с генотипом ТТ отмечалось достоверное снижение в сыворотке крови уровня ХС ЛПВП и железа на фоне достоверного повышения концентрации мочевой кислоты. В связи с этим можно полагать, что полиморфизм rs9939609 гена FTO ассоциируется не только с ожирением, но и с метаболическим синдромом.

Содержание лептина в сыворотке крови у женщин было практически в 2 раза выше, чем у мужчин, независимо от генотипа. Как у мужчин, так и у женщин уровень этого гормона был достоверно выше при наличии мутантного аллеля А rs9939609 гена FTO (см. табл. 5).

Таким образом, результаты обследования пациентов с применением инновационных технологий, которое включало антропометрические исследования, определение состава тела, параметров пищевого и метаболического статуса, изучение полиморфизма генов, связанных с ожирением, свидетельствуют о достаточно высокой частоте встречаемости полиморфизма гена FTO у лиц (особенно у женщин), имеющих избыточную массу тела и ожирение.

Носители мутантного аллеля А rs9939609 гена FTO отличаются достоверно более высоким ИМТ, жировой массой, а также содержанием в сыворотке крови мочевой кислоты (особенно мужчины) и более низким уровнем ХС ЛПВП и железа (преимущественно женщины).

Полученные данные косвенно подтверждают связь гена FTO с повышенным потреблением энергии с пищей, которое, как считают многие исследователи, можно корректировать изменением образа жизни за счет снижения энергетической ценности рациона и повышения физической активности [10, 15, 20].

Наряду с этим в нашем исследовании при генотипе АА rs9939609 гена FTO была выявлена достоверно более низкая величина энерготрат в покое, рассчитанная на 1 кг тощей (у мужчин) или мышечной массы тела (у женщин), чем при ТТ генотипе, что ассоциировалось с более высокими значениями ИМТ, жировой массы и уровнем лептина в сыворотке крови. Другими авторами также было показано наличие у женщин с ожирением, носителей мутантного аллеля А rs9939609 гена FTO, достоверно более низкого уровня энерготрат в покое и более высокого содержания лептина в сыворотке крови по сравнению с аллелем дикого типа [7].

В подтверждение этого имеются доказательства лептин-опосредованного механизма зависимости между полиморфизмом rs9939609 гена FTO с одной стороны, и выраженностью энергетического дисбаланса и степенью ожирения, с другой стороны [13, 14, 16].

Литература

1. База данных Национального Центра Биотехнологической информации США. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/?term=FTO.

2. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю., Макурина О.Н. и др. Изучение полиморфизма rs9939609 гена FTO у лиц с избыточной массой тела и ожирением // Вопр. питания. 2011. Т. 80, № 3. С. 13-17.

3. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Тутельян В.А. Генетические подходы к персонализации питания // Вопр. питания. 2012. № 6. С. 4-11.

4. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Пескова Е.В. и др. Изучение региональных особенностей полиморфизма rs9939609 гена FTO и Trp64Arg гена ADRB3 у населения Российской Федерации // Вопр. питания. 2014. № 2. С. 35-41.

5. Батурин А.К., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю., Пескова Е.В. и др. Роль консультативно-диагностических центров "Здоровое питание" в диагностике и алиментарной профилактике неинфекционных заболеваний // Вопр. питания. 2014. № 2. С. 52-57.

6. Насибулина Э.С., Борисова А.В., Ахметов И.И. Изучение ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с риском развития ожирения, жировой массой тела и физической активностью // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 5. С. 23-28.

7. Arrizabalaga M., Larrarte E., Margareto J. et al. Preliminary findings on influence of FTO rs9939609 and MC4R rs17782313 polymorphisms on resting energy expenditure, leptin and thyrotropin levels in obese non-morbid premenopausal women // J. Physiol. Biochem. 2014. Vol. 70, N 1. P. 255-262.

8. Church C., Lee S., Bagg E.A. et al. A mouse model for the metabolic effects of the human fat mass and obesity associated FTO gene // PLoS Genet. 2009. Vol. 5. Р. 100-599.

9. Frayling T.M., Timpson N.J., Weedon M.N. et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity // Science. 2007. Vol. 316. P. 889-894.

10. Gerken T., Girard C., Tung Y. et al. The obesity-associated FTO gene encodes a 2-oxoglutaratedependent nucleic acid demethylase // Science. 2007. Vol. 318. P. 1469-1472.

11. Jia G.,Yang S.,Yang C. et al. Oxidative demethylation of 3-methylthymine and 3-methyluracil in single-stranded DNA and RNA by mouse and human FTO // FEBS Lett. 2008. Vol. 582, N 23-24. P. 3313-3319.

12. Konner A.C., Klockener T., Bruning J.C. Control of energy homeostasis by insulin and leptin: targeting the arcuate nucleus and beyond // Physiol. Behav. 2009. Vol. 97. P. 632-638.

13. Labayen I., Ruiz J., Ortega F. et al. Association between the FTO rs9939609 polymorphism and leptin in European adolescents: a possible link with energy balance control. The HELENA study // Int. J. Obes. 2011. Vol. 35. P. 66-71.

14. Lappalainen T., Tolppanen A., Kolehmainen M. et al. The common variant in the FTO gene did not modify the effect of lifestyle changes on body weight: the Finnish Diabetes Prevention Study // Obesity (Silver Spring). 2009. Vol. 17. P. 832-836.

15. Lein E., Hawrylycz M., Ao N. et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain // Nature. 2007. Vol. 445. P. 168-176.

16. Mitchell J., Church T., Rankinen T. et al. FTO genotype and the weight loss benefits of moderate intensity exercise // Obesity. 2010. Vol. 18. P. 641-643.

17. Muller T., Hinne A., Scherag A. et al. Fat mass and obesity associated gene (FTO): No significant association of variant rs9939609 with weight loss in a lifestyle intervention and lipid metabolism markers in German obese children and adolescents // BMC Medical Genetics. 2008. Vol. 9. P. 85.

18. Rampersaud E., Mitchell B.D., Pollin T.I. et al. Physical activity and the association of common FTO gene variants with body mass index and obesity // Arch. Intern. Med. 2008. Vol. 168. P. 1791-1797.

19. Tews D., Fischer-Posovszky P., Wabitsch M. FTO - friend or foe? // Horm. Metab. Res. 2010. Vol. 42. P. 75-80.

20. Timpson N., Emmett P., Frayling T. et al. The fat mass- and obesityassociated locus and dietary intake in children // Am. J. Clin. Nutr. 2008. Vol. 88. P. 971-978.