Изучение энергетического обмена у лиц с полиморфизмом Trp64Arg гена β3-адренорецепторов

РезюмеИзучена ассоциация вариантов rs4994 гена ADRB3 с ожирением и особенностями метаболизма у 104 человек (18 мужчин и 86 женщин в возрасте от 18 до 67 лет) - жителей Московского региона РФ. Для генотипирования полиморфизма rs4994 гена ADRB3 применяли мультиплексную аллель-специфичную амплификацию с детекцией результатов в режиме реального времени с использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК. Результаты исследования полиморфизма rs4994 гена ADRB3 свидетельствовали, что частота встречаемости мутантного аллеля у обследованных составляла 8,0%, при этом генотип Trp64Trp был выявлен в 84,0% случаев, а Trp64Arg - в 16,0%, тогда как гомозиготный тип не встречался. При генотипе Trp64Arg гена ADRB3 у мужчин выявлена достоверно более низкая величина энерготрат в покое, рассчитанная на 1 кг мышечной массы тела, чем при генотипе Trp64Trp, что ассоциировалось с достоверно более высокими значениями жировой массы, уровнями лептина и холестерина липопротеинов низкой плотности в сыворотке крови. Полученные данные могут свидетельствовать о существовании лептин-опосредованного механизма зависимости между полиморфизмом rs4994 гена ADRB3 и выраженностью энергетического дисбаланса.

Ключевые слова:ожирение, метаболический синдром, пищевой статус, метаболический статус, лептин, полиморфизм rs4994 гена ADRB3

Вопр. питания. 2016. № 3. С. 42-49.

В настоящее время ожирение представляет серьезную медицинскую проблему. Оно связано с взаимодействием не только экологических, но и генетических факторов. Выявлено более сотни генетических полиморфизмов, которые в той или иной степени связанны с ожирением [1-10]. Одним из них является полиморфизм гена β3-адренорецепторов (ADRB3), играющий важную роль в регуляции величины жировой массы и развитии сахарного диабета 2 типа.

Последовательность аминокислот в ADRB3 на 40-50% идентична таковой для β1- и β2-адренорецепторов, но в отличие от β1- и β2-адренорецепторов ADRB3 обладают гораздо более высоким сродством к норадреналину, чем к адреналину, и поэтому при их стимуляции отмечается меньше побочных эффектов со стороны сердечнососудистой системы [11, 12].

Известно, что активация ADRB3 приводит к усилению катехоламин-стимулированного липолиза в белой жировой ткани и термогенеза - в бурой, а их количество в организме зависит от увеличения массы тела, наличия метаболического синдрома, инсулинорезистентности и инсулинонезависимого сахарного диабета [13, 14]. В связи с этим снижение функции ADRB3 может способствовать развитию 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 2 типа и повышением резистентности к инсулину. Результаты метаанализа исследований (всего около 11 000 человек) свидетельствуют о том, что у лиц с вариантом Trp64Arg по сравнению с "диким" генотипом отмечается более высокий индекс массы тела (ИМТ) и более раннее (на 22 года) развитие сахарного диабета 2 типа [15].

Известно, что регуляция энергообмена при ожирении тесно связана с лептином, который представляет собой негликозилированный полипептид с молекулярной массой 16 кДа, состоящий из 146 аминокислотных остатков.

Лептин синтезируется в белой жировой ткани, затем секретируется в кровяное русло, регулирует процессы потребления пищи и расход энергии посредством центральных и периферических механизмов. Выраженность ожирения коррелирует с уровнем лептина в сыворотке крови и характеризуется лептинорезистентностью, которая препятствует нормальному проявлению эффектов этого гормона. Информируя мозг о количестве жировой ткани, этот гормон вносит вклад в регуляцию энергетического баланса и может быть посредником между полиморфизмом определенных генов и развитием ожирения [16, 17].

В связи с этим цель настоящего исследования - изучение энергетического обмена у лиц с полиморфизмом гена ADRB3, проживающих в Московском регионе.

Материал и методы

Всего были обследованы 104 человека, среди них 18 мужчин и 86 женщины в возрасте от 18 до 67 лет, - жителей Московского региона, находившихся на лечении в ООО "Санаторий “Ревиталь Парк”". Среди общего числа обследованных 27% имели нормальную массу тела (средний возраст - 35,5±1,8 года, ИМТ - 22,3±0,26 кг/м2), 38% - избыточную (средний возраст - 35,8±1,7 года, ИМТ - 27,1±0,23 кг/м2), а 35% - ожирение (средний возраст - 39,1±1,9 года, ИМТ - 36,5±1,2 кг/м2).

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 обмена [уровень холестерина, холестерина липопротеинов высокой (ХС ЛПВП) и низкой плотности (ХС ЛПНП), триглицеридов], белкового обмена (уровень общего белка, мочевой кислоты), содержание 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 (“Siemens”, Германия).

У всех обследованных была проведена идентификация полиморфизма rs4994 гена ADRB3. ДНК выделяли из крови стандартным методом с использованием сорбента и набора реагентов "ДНК-сорб-С" (ФГУН ЦНИИЭ Роспотребнадзора, РФ).

Генотипирование проводили с применением аллельспецифичной амплификации с детекцией результатов в режиме реального времени и использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участкам ДНК [13]. Для проведения амплификации использовали амплификатор “CFX96 Real Time System” (“BIO-RAD”, США).

Статистическую обработку полученных результатов проводили 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 и обсуждение

По результатам исследования полиморфизма rs4994 гена ADRB3 частота встречаемости дикого генотипа Trp64Trp была практически в 5 раз выше, чем Trp64Arg, тогда как гомозиготный тип вообще не встречался (табл. 1).

Подобное распределение генотипов rs4994 гена ADRB3 было продемонстрировано в наших ранних исследованиях на более обширном контингенте жителей Московского региона [3-5]. При этом у обследованных пациентов не отмечено гендерных особенностей по частоте распространенности аллеля 64Arg.

Как видно из табл. 2, ни у мужчин, ни у женщин достоверных ассоциаций полиморфных вариантов rs4994 гена ADRB3 с величиной ИМТ не выявлено. Как видно из табл. 3, у обследованных с генотипом Trp64Arg гена ADRB3 по сравнению с носителями "дикого" генотипа отмечалась достоверно большая величина жировой массы. Величина ИМТ, обхваты талии, бедер, соотношение объем талии/обхват бедер у мужчин были выше при наличии мутантного аллеля, однако различия не достигали уровня статистической значимости. Полученные данные согласуются с результатами наших ранних исследований, проведенных на более многочисленной группе пациентов (свыше 1000 человек), и других авторов, которые показали, что полиморфизм rs4994 гена ADRB3 ассоциируется с величиной массы тела и жировой массы [3-5, 13-15].

Для мужчин с генотипом Trp64Arg было также характерно достоверно более низкое значение энерготрат покоя, в том числе рассчитанное на 1 кг мышечной массы, чем с генотипом Trp64Trp (табл. 3). У женщин с генотипом Trp64Arg относительно "дикого" варианта отмечалась достоверно более низкая скорость окисления жиров.

Анализ данных биохимических исследований свидетельствовал о более выраженных отклонениях от нормы величины метаболических показателей у пациентов, имеющих мутантный аллель 64Arg гена ADRB3.
Как видно из табл. 4, у обследованных с генотипом Trp64Arg rs4994 гена ADRB3 по сравнению с генотипом Trp64Trp в сыворотке крови отмечался достоверно более низкий уровень ХС ЛПВП. При этом у мужчин с наличием мутантного аллеля была выявлена достоверно более высокая концентрация ХС ЛПНП в сыворотке крови. В связи с этим можно полагать, что у лиц с полиморфизмом rs4994 гена ADRB3 чаще встречается не только ожирение, но и нарушение липидного обмена (повышение в сыворотке крови уровня холестерина атерогенных и снижение антиатерогенных классов липопротеидов), которое ассоциируется с повышенным риском развития метаболического синдрома и сердечно-сосудистых заболеваний.

Содержание лептина в сыворотке крови у женщин было практически в 2,0-2,5 раза выше, чем у мужчин, независимо от генотипа rs4994 гена ADRB3, что связано с гендерными различиями в распределении подкожного и висцерального жира. Как у мужчин, так и у женщин уровень этого гормона в сыворотке крови был достоверно выше при наличии мутантного аллеля 64Arg гена ADRB3 (табл. 4).

Заключение

Таким образом, результаты обследования с применением инновационных технологий (включая антропометрические исследования, определение состава тела, параметров пищевого и метаболического статуса, изучение полиморфизма генов, связанных с ожирением) свидетельствуют о достаточно низкой частоте встречаемости (около 8%) у пациентов полиморфизма rs4994 гена ADRB3. Полученные данные согласуются с результатами наших более ранних исследований распространенности этого полиморфизма у 1244 жителей Московского и Свердловского регионов (соответственно 8,1 и 6,8%), а также с данными зарубежных исследований [3, 4, 13, 14].

Так же как и в наших более ранних исследованиях у носителей мутантного аллеля 64Arg гена ADRB3 не выявлено значимой ассоциации с величиной ИМТ, но достоверно чаще констатировалось избыточное содержание жировой массы [3-5].

Наряду с этим у пациентов полиморфизма rs4994 гена ADRB3 отмечался достоверно более высокий уровень ХС ЛПНП (мужчины) и более низкий - ХС ЛПВП в сыворотке крови. Данные зарубежных исследований также свидетельствуют о наличии ассоциации полиморфизма этого гена с метаболическим синдромом у жителей Китая [14].

Результаты наших более ранних исследований у 100 человек пациентов с ожирением, проживающих в Московском регионе, показали, что у носителей генотипом Trp64Arg гена ADRB3 чаще встречалось ожирение более высоких степеней и сахарный диабет 2 типа, достоверно выше была величина ИМТ, абсолютной и относительной жировой массы (р<0,05) по сравнению с носителями генотипа Trp64Trp. Как в наших, так и в зарубежных исследованиях наличие мутантного аллеля ассоциировалось с уровнем гипергликемии (а иногда и гиперурикемии), инсулинорезистентностью, наличием метаболического синдрома и сахарного диабета 2 типа, а также с более ранним развитием этого заболевания [3, 13, 14].

В настоящем исследовании у мужчин с генотипом Trp64Arg гена ADRB3 была выявлена достоверно более низкая абсолютная и относительная величина энерготрат в покое (рассчитанная на 1 кг мышечной массы тела), чем с Trp64Trp генотипом. Изменения показателей энергетического обмена сочетались с более высоким уровнем лептина в сыворотке крови (как мужчин, так и женщин).

Аналогичные обменно-гормональные изменения были обнаружены нами при изучении полиморфизма rs9939609 гена FTO. При генотипе АА rs9939609 гена FTO у мужчин и женщин была выявлена достоверно более низкая абсолютная и относительная величина энерготрат в покое, чем при ТТ генотипе, что ассоциировалось с более высокими значениями ИМТ, жировой массы и уровнем лептина в сыворотке крови, что не противоречило данным зарубежных исследований [1, 16].

Полученные данные свидетельствуют, что подобно полиморфизму rs9939609 гена FTO полиморфизм rs4994 гена ADRB3 ассоциируется с нарушением энергетического баланса, регуляция которого связана с гормоном белой жировой ткани - лептином [16, 17].

Лептин при избыточном образовании повышает активность симпатической нервной системы, которая, действуя через посредство β3-адренорецепторов, активирует липолиз жировой ткани, т.е. ее распад с последующим сгоранием (особенно при висцеральном ожирении). Нарушение функции ADRB3 при наличии полиморфизма способствует развитию ожирения [18].

Литература

1. Егоренкова Н.П., Погожева А.В., Сорокина Е.Ю., Пескова Е.В. и др. Изучение особенностей метаболизма у лиц с полиморфизмом rs9939609 гена FTO // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 4. С. 97-104.

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. Т. 81, № 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. Т. 83, № 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. Т. 83, № 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. Hinney A., Hebebrand J. Polygenic obesity in humans // Obes. Facts. 2008. Vol. 1, N 1. P. 35-42.

8. 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.

9. Walley A., Blakemore A., Froguel P. Genetics of obesity and the prediction of risk for health // Hum. Mol. Genet. 2006. Vol. 15, N 2. P. R124-R130.

10. Wardle J., Carnell S. Appetite is a heritable phenotype associated with adiposity // Ann. Behav. Med. 2009. Vol. 38, suppl. 1. P. S25-S30.

11. Bardou М., Rouget С., Breuiller-Fouchе М., Loustalot С. Is the beta3adrenoceptor (ADRB3) a potential target for uterorelaxant drugs? // BMC Pregnancy Childbirth. 2007. Vol. 7, suppl. 1. P. S14-S21.

12. Rozec B., Serpillon S., Toumaniantz G. et al. Characterization of beta3-adrenoceptors in human internal mammary artery and putative involvement in coronary artery bypass management // J. Am. Coll. Cardiol. 2005. Vol. 46. P. 351-359.

13. de Luis D., Sagrado М., Aller R., Izaola O. et al. Influence of the Trp64Arg polymorphism in the beta 3 adrenoreceptor gene on insulin resistance, adipocytokine response, and weight loss secondary to lifestyle modification in obese patients // Eur. J. Intern. Med. 2007. Vol. 18. P. 587-592.

14. Thomas G., Tomlinson B., Chang J., Young R. et al. The Trp64Arg polymorphism of the beta 3 adrenergic receptor gene and obesity in Chinese subjects with components of the metabolic syndrome // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 2000. Vol. 25. P. 545-551.

15. Fujisawa T., Ikegami H., Kawaguchi Y., Ogihara T. Meta-Analysis of the Association of Trp64Arg Polymorphism of b3-Adrenergic Receptor Gene with Body Mass Index // J. Clin. Endocrinol. Metab. 1998. Vol. 83. P. 2441-2444.

16. 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.

17. 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.

18. Cooper R., McFarlane Anderson N., Bennet F.I. et al. ACE, angiotensinogen and obesity: a potential pathway leading to hypertension // J. Hum. Hypertens. 1997. Vol. 11. P. 7-11.