Изучение полиморфизма rs11801197 гена рецептора кальцитонина (CALCR) у женщин и детей Москвы с различным уровнем костной прочности

Резюме

У 422 московских женщин, включая беременных (n=96), кормящих (n=29) и небе­ременных (n=28), и детей дошкольного (2-6 лет, n=76) и школьного возраста (7-16 лет, n=193) с различным уровнем костной прочности (КП), определенной методом ультразвуковой денситометрии, изучена частота встречаемости полиморфизма rs11801197 гена рецептора кальцитонина (CALR) методом полимеразной цепной реакции в реальном времени. Установлено, что сниженные значения КП (СКП) (2-скор<-1) наблюдались у 60% женщин, 54% дошкольни­ков и 48% школьников. В обследованной когорте преобладающим генотипом полиморфизма rs11801197 гена CALR является генотип CT (38%), частота генотипов СС и ТТ - 31%, аллелей С и Т - 50%. Выявлена статистически значи­мая ассоциация риска снижения КП с аллелем С полиморфизма rs11801197 гена CALR у всех обследованных женщин [отношение шансов (OR) =2,034, p=0,02]. Выявлена положительная, однако не достигающая статистической значимос­ти, ассоциация аллеля С с риском снижения КП у небеременных и у беремен­ных женщин (OR=6,905, p=0,09 и OR=1,902, p=0,09 соответственно). У детей дошкольного возраста наблюдалась та же тенденция, что и у обследованных женщин (OR=1,880, p=0,104). У детей школьного возраста аллель С не был связан с риском снижения КП (OR=0,866, p=0,595). Таким образом, аллель С является аллелем риска снижения КП для женщин Московского региона. Частота геноти­па СС у женщин Московского региона существенно выше, чем у женщин в Европе и в Северо-Западном регионе РФ. Женщины Московского региона - носители аллеля С полиморфизма rs11801197 гена CALR - нуждаются в адресной под­держке костного здоровья.

Ключевые слова:остеопороз, женщины, ген рецептора кальцитонина, генетический полиморфизм, дошкольники, школьники, беременные женщины, кормящие женщины

Вопр. питания. 2017. Т. 86. № 1. С. 28-34. doi: 10.24411/0042-8833-2017-00017.

Остеопороз - широко распространенное систем­ное заболевание, которое характеризуется по­вреждением костной системы вследствие преобладания процессов резорбции костной ткани над процессами ее синтеза, снижением костной массы и нарушениями мик­роархитектоники костной ткани с последующим развити­ем хрупкости кости и увеличением риска переломов [1]. В качестве фенотипа при оценке остеопороза обычно используется показатель минеральная плотность кости (МПК). Всемирная организация здравоохранения опре­деляет остеопороз как уровень МПК≥2,5 стандартных отклонения ниже ее среднего уровня, измеренного у молодых взрослых методом двухэнергетической рент­геновской абсорбциометрии (DXA) [2]. Патофизиоло­гия остеопороза сложна и включает многочисленные факторы, как эндогенные (генетические и гормональ­ные), так и факторы риска окружающей среды (диета, образ жизни, использование лекарственных средств, физиологическое состояние организма). Исследования, проведенные у близнецов и среди членов одной семьи, показали, что генетические факторы объясняют 50-80% вариабельности МПК у взрослых молодых людей [3-5].

В последние годы в различных популяциях был вы­явлен целый ряд однонуклеотидных полиморфизмов, ассоциированных с остеопорозом [6-8], которые могут рассматриваться в качестве факторов риска развития этого заболевания [7]. Выявление генетических марке­ров, ассоциированных с повышенным риском развития остеопороза, позволяет начать профилактику остеопороза и связанных с ним осложнений еще до того, как сниже­ние степени минерализации костей станет очевидным.

Особое внимание в этих исследованиях отводилось гену рецептора кальцитонина (CALCR) [7-10]. Кальцитонин - гормон щитовидной железы, синтезирующийся в ее парафолликулярных клетках, один из основных регулято­ров кальций-фосфорного обмена [11]. Органом-мишенью для него служит костная ткань, а основным биологичес­ким действием является торможение костной резорбции. Кальцитонин ингибирует активность остеокластов и сни­жает скорость костной резорбции, стимулирует деятель­ность остеобластов, синтез костного матрикса и отложе­ние кальция в костях, снижает уровень кальция в крови, стимулируя поступление его в костную ткань. Кроме того, он подавляет распад коллагена. Кальцитонин является функциональным антагонистом паратиреоидного гормо­на. Его рецепторы обнаружены в остеокластах, остеоб­ластах, моноцитах, почках, мозге, гипофизе, плаценте, половых железах, легких и печени [11].

Рецептор кальцитонина относится к субсемейству рецепторов, связанных с G-белком (G protein-coupled receptors) [12]. Нарушение функции кальцитониновых рецепторов, расположенных на остеокластах, может приводить к увеличению костной резорбции и развитию остеопороза. CALCR, местоположение 7q21.3, кодирует изоформу-1 высокоаффинного рецептора для гормона кальцитонина. Замена цитозина на тимин (С>Т) в экзоне 17 гена CALCR в положении 1340 (rs1801197), что ведет к замене аминокислоты пролина (ССG) на лейцин (CTG) в положении 463 молекулы белка-рецептора, по свидетельству некоторых авторов, влияет на плотность костной ткани [13, 14].

Результаты исследований, посвященных изучению ас­социации полиморфизма rs11801197 гена CALCR с МПК, довольно противоречивы и варьируют от популяции к популяции.

В частности показано, что преобладание того или иного генотипа данного полиморфизма гена зависит от этнических особенностей популяции. Так, в популяции японцев преобладает генотип СС, частота которого достигает 70% [14, 15]. Высокая частота генотипа СС (83,8%) имела место также у китайских женщин в пре- и постменопаузе [16]. В то же время исследования у европейских женщин [13, 17] не выявили значительной распространенности генотипа СС (6,5%), но обнаружили значительную частоту генотипа ТС [13].

Распределение генотипов полиморфизма rs11801197 гена CALCR в Северо-Западном регионе России по­казало его сходство с европейской популяцией [10]. Примечательно, что внутри российской популяции обна­ружена различная частота встречаемости генотипов по­лиморфизма rs11801197 гена СALCR между женщинами русской и татарской национальности [18].

Вместе с тем в ряде исследований показана связь снижения МПК с высокой частотой генотипа СС [8, 9, 19]. Однако в других исследованиях эта связь не подтверж­дена или, наоборот, показано, что генотип СС связан с более высокой МПК [8, 10, 16].

При изучении генетического полиморфизма другого гена, связанного с кальций-фосфорным обменом -а1-цепи коллагена 1-го типа (COL1A1), была выявлена положительная, однако не достигающая статистичес­кой значимости ассоциация аллеля Т полиморфизма rs1800012 у небеременных и у беременных женщин с риском снижения КП (OR=2,143, при р=0,31 и OR=1,227, при р=0,55 соответственно). У детей школьного возрас­та выявлена статистически значимая обратная ассоци­ация аллеля Т c риском снижения костной прочности (OR=0,621 при р=0,037), имеющаяся на уровне тенден­ции и у детей дошкольного возраста [20].

В связи с этим представляет интерес оценка ге­нетического полиморфизма гена СALCR в популяции московских женщин и детей дошкольного и школьного возраста, для которых характерно нарушение метабо­лических процессов в костной ткани и риск развития остеопороза, обусловленного интенсивными процессами роста и развития костной ткани в период беременности, грудного вскармливания, в дошкольном и школьном возрасте. Подобные исследования по изучению гене­тического полиморфизма rs1801197 гена CALCR и его возможной связи с прочностью костной ткани у детей дошкольного и школьного возраста и у женщин в сочета­нии с беременностью и кормлением грудью, изученной с помощью метода ультразвуковой денситометрии, ранее в Российской Федерации не проводились.

Цель работы - изучение ассоциации полиморфизма rs11801197 гена CALCR со снижением костной прочности у детей и женщин Москвы.

Материал и методы

Исследование костной прочности (КП) и генетичес­кого полиморфизма rs11801197 гена CALCR проведено у 422 человек, среди которых было 269 детей: 76 детей в возрасте от 2 до 6 лет, 193 ребенка - от 7 до 16 лет, и 153 женщины (18-45 лет), из них 96 беременных женщин, 29 - кормящих со сроком лактации 1-12 мес и 28 небеременных женщин репродуктивного возраста. У 2 дошкольников, 2 школьников и 9 кормящих женщин отсутствовали данные по КП, поэтому анализ их данных по полиморфизму изученных генов включен только в расчет частоты встречаемости генотипов и аллелей у всех обследованных.

Обследование беременных и кормящих женщин проводили на базе московской женской консультации с октября 2012 г. по март 2013 г.

Обследование детей проводили на базе школы № 2006 ЮЗАО, "Школа здоровья" № 661 ЦАО и ДОУ № 1271 ЮВАО с апреля 2012 г. по апрель 2014 г.

Биологические образцы для проведения исследова­ния забирали после подписания участниками исследо­вания или ответственными за них лицами информиро­ванного согласия и одобрения протокола исследования этическим комитетом ФГБУН "ФИЦ питания и биотех­нологии".

Выделение ДНК из образцов буккального эпителия и лейкоцитов периферической крови проводили с по­мощью набора ДНК-сорб ("AmpliSens biotechnologies", РФ). Генотипирование проводили с применением ал­лель-специфичной амплификации с детекцией резуль­татов в режиме реального времени и использованием TaqMan-зондов, комплементарных полиморфным участ­кам ДНК, используя тест-систему ("Applied Biosystems", США). Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) в режи­ме реального времени проводили на амплификаторе CFx96 "Real-Time System" ("Bio-Rad", США) согласно протоколу "Applied Biosystems" для генотипирования rs11801197.

Изучение КП проводили с помощью ультразвукового денситометра Sunlight Omnisense 7000 ("BeamMed", Израиль). При этом оценивали скорость прохождения ультразвуковой волны вдоль кортикального слоя в виде интегрального показателя Z-скор (число стандартных отклонений от среднего для данной возрастной группы), который рассматривается как норма при отклонении менее чем на 1 SD, как сниженный - при снижении более чем на 1 SD.

Статистическую обработку данных проводили с помо­щью пакета программ Microsoft Excel for Windows 2007 и SPSS 20.0. Использовали двусторонний критерий Фи­шера. Для выявления риска снижения КП использовали формулу расчета относительного риска при помощи программы DeFinetti на сайте Института генетики чело­века (Мюнхен, Германия). Риск снижения КП оценивали в значениях показателя соотношения шансов (odds ratio -OR). OR>1 рассматривали как положительную ассоциа­цию (фактор повышенного риска) и OR<1 - как отрица­тельную ассоциацию (фактор пониженного риска). Ста­тистически значимыми считали различия при р<0,05.

Результаты

Изучение КП у женщин, дошкольников и школьников с помощью ультразвукового денситометра показало значительную распространенность ее снижения у об­следованных женщин и детей. Нормальные значения КП (Z-скор>-1) имели место лишь у 40% женщин, 46% дошкольников и 52% школьников; значительно снижен­ные (Z-скор<-2) - у 10% женщин, 23% дошкольников и 16% школьников. Для оценки ассоциации полимор­физма rs11801197 гена CALCR со снижением КП у детей и женщин Москвы и в соответствии с показателями Z-скор все обследованные были разделены на 2 группы: лица с Z-скор>-2 и с Z-скор<-2.

Средние показатели Z-скор в подгруппах обследован­ных женщин и детей представлены в табл. 1.

Примечательно, что, как видно из данных табл. 1, показатель Z-скор у беременных и кормящих женщин несколько ниже по сравнению с таковым у неберемен­ных женщин, что, по всей видимости, отражает вклад физиологического состояния в снижение МПК женщин.

Результаты изучения частоты встречаемости геноти­пов и аллелей генетического полиморфизма rs11801197 гена CALCR у всех обследованных детей и женщин при­ведены в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2, в обследованной нами когорте преобладает генотип ТС, частоты генотипов СС и ТТ одинаковы. Одинаково и распределение частот ал­лелей С и Т. Частота встречаемости аллеля С согласует­ся с данными лаборатории "ИНВИТРО" - 46-58% [19].

Результаты изучения частот генотипов и аллелей по­лиморфизма rs11801197 гена CALCR у московских жен­щин при различном уровне КП приведены в табл. 3.

Как видно из данных табл. 3, у обследованных женщин с КП Z>-2 все генотипы полиморфизма rs11801197 гена CALCR представлены примерно с одинаковой частотой. Частота аллелей С и Т также одинакова и составляет 50%, что совпадает с данными, полученными нами для всей обследованной когорты, включающей женщин и детей (см. табл. 2). Таким образом, частота генотипа СС (33%), выявленная нами у женщин Московского региона, намного выше, чем его частота у женщин во Франции и Италии [13, 17].

Установлена статистически достоверная положитель­ная ассоциация аллеля С с риском снижения КП у всех обследованных женщин (OR=2,034 при р=0,02). Однако положительная ассоциация аллеля С с риском снижения КП у отдельных категорий обследованных женщин - не­беременных, беременных и кормящих женщин, статис­тической достоверности не достигала.

Результаты изучения частоты генотипов и аллелей по­лиморфизма rs11801197 гена CALCR у московских детей при разном уровне их КП приведены в табл. 4.

Как видно из данных табл. 4, в группе дошкольников с показателями КП Z-скор>-2 преобладает генотип ТТ в отличие от всей когорты обследованных. При сни­жении КП у дошкольников до уровня Z-скор<-2 наблю­далось увеличение частоты аллеля С и генотипа СС с параллельным снижением частоты аллеля Т и гено­типа ТТ. Как и у обследованных женщин, обнаружена положительная ассоциация аллеля С с риском снижения КП (OR=1,880 при р=0,104), однако не достигающая сте­пени достоверности.

У обследованных нами детей школьного возраста с уровнем КП Z-скор>-2 в отличие от женщин и детей дошкольного возраста преобладающим является гено­тип ТС при примерно одинаковой частоте генотипов СС и ТТ. Частоты аллелей С и Т при этом близки и совпадают с данными литературы [19].

Обратная ассоциация аллеля С c риском снижения КП не достигала уровня статистической значимости. Таким образом, нами не было выявлено связи аллеля С с риском снижения костной прочности у детей школьно­го возраста.

Обсуждение

В нашем исследовании была изучена КП у женщин и детей Московского региона методом ультразвуковой денситометрии, проанализирован ее уровень при раз­личных физиологических состояниях (беременность, лактация) у женщин детородного возраста и в разном возрасте у детей (дети дошкольного и школьного воз­раста).

Установлено, что у 10% женщин, 23% дошкольников и 16% школьников значения КП значительно снижены (Z-скор<-2).

Одновременно мы провели генотипирование всех участников исследования по полиморфизму rs1801197 гена CALCR. В обследованной когорте жителей Москов­ского региона (женщин и детей обоих полов) преоблада­ющим является генотип ТС (38%), частоты генотипов СС и ТТ одинаковы (31%).

По частоте встречаемости генотипа ТС изученного полиморфизма гена CALCR наши данные согласуются с данными лаборатории "ИНВИТРО" и с данными ли­тературы для европейской популяции [13, 17, 19]. В то же время частота генотипа СС (31%) у них существенно превышает таковую для европейской популяции (от 6,5 до 20%) [10, 13, 17, 19]. Учитывая то обстоятельство, что в обследованную нами когорту вошли и представители европейской и представители азиатской популяции, выявленные частоты генотипов СС и ТТ на уровне 31°%, по всей видимости, отражают смешанный характер об­следованной популяции.

Расчет OR при носительстве аллеля С полимор­физма rs1801197 гена CALCR показал достоверное увеличение риска снижения КП у обследованных жен­щин в 2,034 раза (р=0,02). Полученные нами данные у лиц, проживающих в Московском регионе, совпадают с данными литературы [9, 18, 19] и с учетом данных ультразвуковой денситометрии прямо указывают на то, что аллель С является аллелем риска, а носители этого аллеля полиморфизма rs1801197 гена CALCR имеют более высокий риск снижения КП. Обращает на себя внимание существенно более высокая частота генотипа СС у женщин Московского региона (31%) по сравнению с таковой у жительниц Франции (6,5%) [17] и Италии (20%) [13], а также женщин Северо-Западно­го региона РФ (8,4%) [10]. По всей видимости, мигра­ционные процессы привели к обогащению генофон­да Центрального округа генотипами, характерными в большей степени для азиатской популяции. Двукрат­ное увеличение при этом риска снижения КП указывает на необходимость проведения адресной профилак­тической работы по укреплению костного здоровья женщин - носителей аллеля С и представительниц азиатской этнической принадлежности.

Важно отметить при этом выявленное нами по показа­телям ультразвуковой денситометрии снижение уровня КП у беременных и кормящих женщин по сравнению с небеременными женщинами (см. табл. 2). При этом наиболее высокое OR при носительстве аллеля С на­блюдалось у небеременных женщин (OR=6,905, p=0,09 при n=28). Величина OR, оставаясь >1, снижалась у беременных и кормящих женщин (OR=1,902, p=0,09 при n=96 и OR=1,308, p=0,731 при n=29 соответствен­но), что может свидетельствовать как о влиянии таких физиологических состояний, как беременность и корм­ление грудным молоком, связанных с необходимостью обеспечения интенсивных процессов роста и разви­тия костной ткани плода и новорожденного ребенка, на снижение уровня КП в организме женщины, так и снижение связи генетических факторов с КП при этих состояниях.

При изучении частот встречаемости генотипов по­лиморфизма rs1801197 гена CALCR у дошкольников в зависимости от уровня КП было выявлено, что они сходны с частотой встречаемости этих генотипов у об­следованных женщин. Расчет OR при наличии аллеля С показывает увеличение риска снижения КП почти в 1,9 раза, не достигая, однако, уровня статистической значимости (p=0,104).

У школьников же распределение аллелей СиТ и генотипов отличалось от такового у женщин и детей дошкольного возраста. Выявлена обратная ассоци­ация аллеля С c риском снижения КП (OR=0,866 при р=0,595), не достигающая, однако, степени достовер­ности. Отсутствие связи аллеля С с риском снижения КП у школьников, возможно, так же как и беремен­ность и кормление грудным молоком, отражает более выраженное, чем генетическая предрасположенность, влияние физиологического состояния, а именно нача­ло пубертата у части обследованных школьников, на уровень их КП.

Заключение

Таким образом, выявлено существенное снижение уровня КП у женщин и детей Московского региона.

Установлено, что аллель С полиморфизма rs1801197 гена CALCR является аллелем риска снижения КП (OR=2,034 при р=0,02) у всех обследованных нами жен­щин и на уровне тенденции у детей дошкольного возрас­та в Московском регионе.

Частота встречаемости генотипа СС полиморфизма rs1801197 гена CALCR у женщин и детей Московского региона (31%) существенно превышает частоту встре­чаемости данного генотипа в Европейском регионе (6,5-20%), что может свидетельствовать об увеличении риска развития остеопороза у жителей Московского региона - носителей аллеля С.

У детей школьного возраста, беременных и кормя­щих женщин не выявлено ассоциации полиморфизма rs1801197 гена CALCR с риском снижения КП.

Риск развития снижения КП у носителей аллеля С полиморфизма rs1801197 гена CALCR зависит от физиологического состояния (беременность, лактация, пубертат).

Литература

1. NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis and Therapy. Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy // JAMA. 2001. Vol. 285, N 6. P. 785-795.

2. Nguyen T., Sambrook P., Kelly P. et al. Prediction of osteoporotic fractures by postural instability and bone density // BMJ. 1993. Vol. 307, N 6912. P. 1111-1115.

3. Gueguen R., Jouanny P., Guillemin F. et al. Segregation analysis and variance components analysis of bone mineral density in healthy families // J. Bone Miner. Res. 1995. Vol. 10, N 12. P. 2014-2022.

4. Sangalli A., Malerba G., Xumerle L. et al. Linkage and association analysis of estrogen receptor α, collagen type I, calcitonin receptor, and vitamin В receptor genes with bone mineral density in Italian families // Курский научно-практический вестник "Человек и здоровье". 2011. № 2. C. 22-29.

5. Styrkarsdottir U., Cazier J.B., Kong A. Linkage of osteoporosis to chromosome 20p12 and association to BMP2 // PLoS Biol. 2003. Vol. 1. P. 351-360.

6. 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.

7. Yong-Jun Liu, Hui Shen, Peng Xiao et al. Molecular genetic studies of gene identification for osteoporosis: A 2004 Update // J. Bone Miner. Res. 2006. Vol. 21, N 10. P. 1511-1535.

8. Xiong Q., Xin L., Zhang L., Mao Z., Tang P. Association between calcitonin receptor AluI gene polymorphism and bone mineral density: A meta-analysis // Exp. Ther. Med. 2015. Vol. 9, N 1. P. 65-76.

9. Зиновьева А.И., Атрушкевич В.Г., Поляков А.А. и др. Генетичес­кие параллели в мультифакторных моделях пародонтита с агрессивным течением и остеопороза // Рос. стоматология. 2011. № 6. С. 34-40.

10. Москаленко М.В. Полиморфизм ряда генов метаболизма костной ткани и остеопороз у человека : автореф. дис. ... канд. биол. наук. СПб., 2011. 19 с.

11. Purdue B.W., Tilakaratne N., Sexton PM. Molecular pharmacology of the calcitonin receptor // Receptors Channels. 2002. Vol. 8, N 3-4. P. 243-255.

12. Booe J.M., Walker C.S., Barwell J., Kuteyi G., Simms J., Jam-aluddin M.A. et al. Structural basis for receptor activity-modi­fying protein-dependent selective peptide recognition by a G protein-coupled receptor // Mol. Cell. 2015. Vol. 58, N 6. P. 1040­1052.

13. Masi L., Becherini L., Gennari L. et al. Allelic variants of human calcitonin receptor: distribution and associa­tion with bone mass in postmenopausal Italian women // Bio-chem. Biophys. Res. Commun. 1998. Vol. 245, N 2. P. 622­626.

14. Nakamura M., Zhang Z., Shan L., Hisa T., Sasaki M., Tsukino R. et al. Allelic variants of human calcitonin receptor in the Japanese popula­tion // Hum. Genet. 1997. Vol. 99, N 1. P. 38-41.

15. Ross P.D., Fujiwara S., Huang C., Davis J.W., Epstein R.S., Wasnich R.D. et al. Vertebral fracture prevalence in women in Hiroshima compared to Caucasians or Japanese in the US // Int. J. Epidemiol. 1995. Vol. 24, N 6. P. 1171-1177.

16. Zhao H.Y., Liu J.M., Ning G., Zhang L.Z., Jiang L., Dai M. et al. Asso­ciation of calcitonin receptor gene polymorphism with bone mineral density in Shanghai women // Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao. 2003. Vol. 25, N 3. P. 258-261.

17. Taboulet J., Frenkian M., Frendo J.L., Feingold N., Julliene A., Vernjoul M.C. Calcitonin receptor polymorphism is associated with a decreased fracture risk in post-menopausal women // Hum. Mol. Genet. 1998. Vol. 7, N 13. P. 2129-2133.

18. Мальцев А.В. Исследование генетических факторов развития постменопаузального остеопороза в Волго-Уральском реги­оне : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Уфа, 2014, 24 с.

19. URL: https://www.invitro.ru/

20. Шилина Н.М., Сорокина Е.Ю., Иванушкина Т.А., Сафронова А.И., Гмошинская М.В., Конь И.Я. Изучение полиморфизма rs1800012 гена alpha1-цепи коллагена 1-го типа у женщин и детей г. Москвы с различным уровнем костной прочности // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 4. С. 74-82.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»