III Оценка генетической предрасположенности к развитию болезней системы кровообращения на основе изучения генного полиморфизма

Неблагоприятные факторы внешней среды оказывают прямое и опосредованное поражающее воздействие на иммунную систему и функционально связанную с ней сердечно-сосудистую. Радиация и промышленные токсиканты обладают прямым мутагенным эффектом, вызывая точечные замены нуклеотидов ДНК – полиморфизмы генов, способные индуцировать широкий спектр несемейных форм заболеваний. Полиморфизмы промоторных участков генов, регулирующие уровни продукции биологически активных соединений и ассоциированные с патологическими состояниями, могут накапливаться, снижая жизнеспособность популяции [34, 35].

Одним из наиболее информативных интегральных показателей влияния окружающей среды на здоровье человека, является состояние здоровья потомства экспонированных лиц. Накопление «мутагенного груза» и снижение индивидуальной гетерозиготности приводят к ограничению способности организма отвечать адаптационными и компенсаторными реакциями защиты на внешние воздействия, приводя к развитию мультифакториальных заболеваний, к которым относятся такие хорошо изученные социально значимые заболевания, как ИБС, АГ и сахарный диабет. Исследование молекулярно-генетических основ многофакторных заболеваний относится к одной из наиболее серьезных задач современной генетики.

В отличие от менделевских заболеваний, для развития которых достаточно наличия мутантного гена в гетерозиготном или гомозиготном состоянии, для большинства многофакторных заболеваний более подходят понятия генетической предрасположенности и факторов риска, причем генетическая предрасположенность для этих заболеваний неоднородна. В развитии болезней системы кровообращения необходимы сложные отношения между генотипом и фенотипом, заключающиеся в том, что аллельные вариации генов взаимодействуют с факторами окружающей среды, что обусловливает исход заболевания.

Генетические или наследственные факторы в развитии сердечно-сосудистых заболеваний могут играть значительную роль, поэтому в мировой практике современных научных исследований по фундаментальной медицине большое внимание уделяют молекулярно-генетическим методам анализа с идентификацией полиморфных участков (единичных нуклеотидных замен генов, SNP – single nucleotide polymorphism, с заменой одного нуклеотида на другой), повышающих риск развития заболеваний. Любой отдельный полиморфизм гена объясняет 1–8% от общего риска заболевания в популяции, что может показаться незначительным, но аддитивный эффект нескольких таких факторов риска может составлять до 20–70% общего риска, обусловленного генетическими факторами [36].

Ген ангиотензиногена (AGT) расположен на коротком плече 1-й хромосомы в локусе 1q42. Из 30 идентифицированых полиморфных сайтов (полиморфизмов) AGT, большая часть которых приводит к аминокислотным заменам, наиболее исследованы аллельные варианты мутаций, связанные с заменами: метионина на треонин в 235 кодоне (Меt235Thr или М235Т) и треонина на метионин в 174 кодоне (Thr174Met или T174M); T1198C [37].

В качестве генетических маркеров ССЗ чаще всего используются полиморфные аллели, кодирующие AGT с заменой Met→Thr в кодоне 235 (Мet235Тhr или М235Т, М→Т) и Thr→Met в 174 кодоне (Тhr174Мet или Т174М, Т→М). Наличие одного или двух Т аллелей AGT(235) приводит к существенному повышению ангиотензина II (АТ II), поэтому М235Т полиморфизм ассоциирован с АГ [38].

Исследованиями, проведенными в 2010 году, выявлена ассоциированность Met235Thr полиморфизма гена AGT с риском развития ССЗ у жителей Республики Адыгея. У 84% обследованных кардиологических больных и 63,6% доноров с наследственной отягощенностью по сердечно-сосудистым заболеваниям обнаружена гетерозиготная Met235Thr аллель AGT. Все больные, гетерозиготные по 235 локусу гена AGT, имели различные варианты ИБС – от нарушений ритма до инфаркта миокарда, сопровождавшиеся гипертонической болезнью [39].

Полиморфизм апоЕ был впервые описан на основании результатов изоэлектрического фокусирования делипидированных липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП). Генетический полиморфизм апоЕ – важная предпосылка для возникновения гиперлипопротеинемии и развития атеросклероза в человеческих популяциях (статистический предиктор), причем у женщин в большей степени, чем у мужчин. Рассчитано, что примерно 7% фенотипических вариаций в уровне сывороточного холестерина между индивидуумами, обусловленных в значительной степени различиями холестерина ЛПНП, связаны с полиморфизмом апоЕ. Мутации гена APOE изменяют структуру аполипопротеина, нарушая механизм липидного обмена [40].

Носительство Leu28Pro генотипа является прогностически неблагоприятным фактором наследственной предрасположенности к нарушению липидного обмена, атерогенезу и, как следствие, повышения риска развития БСК. 28Pro полиморфизм гена APOE может быть использован как специфический маркер для донозологической диагностики срыва адаптации сердечно-сосудистой системы [41].

Фермент параоксоназа гидролизует широкий диапазон токсических органо-фосфористых метаболитов, включая эфиры ароматических кислот. Белок участвует в защите частиц ЛПНП от окисления. Этот класс липопротеинов является одним из основных переносчиков холестерина в крови. Мутация в гене PON1(-Gln192Arg) приводит к его низкой продуктивности (экспрессии) и используются как маркер риска сердечно-сосудистых и атеросклеротических заболеваний [42].

Ген Эндотелина-1 (EDN1) кодирует белок, играющий ключевую роль в гомеостазе эндотелия сосудов. Данный белок обладает сосудосуживающим действием наподобие ангиотензина. Эндотелин также индуцирует накопление коллагена и стимулирует митогенез миофибробластов и фибробластов. Полиморфизм,  приводящий к аминокислотной замене Lys198Asn (5393 G>T), чаще всего ассоциируется с развитием сердечно-сосудистых патологий. Panoulas и соавторы продемонстрировали ассоциацию генотипа TT с почти 3-кратным риском гипертензии (OR = 2,89; 95% ДИ: 1,02 – 8.19) [43]. Другие исследователи отмечали связь минорного аллеля T с ~2-кратным риском кардио-респираторных осложнений после физической нагрузки. 

Ген эндотелиальной NO-синтазы (eNOS) кодирует фермент, участвующий в синтезе NO эндотелием, и, следовательно, в регуляции сосудистого тонуса, кровотока и артериального давления. Окись азота имеет значение и в патогенезе ИБС, поскольку угнетает пролиферацию гладкомышечных клеток, а также обладает протекторным эффектом в отношении агрегации тромбоцитов и ингибирует адгезию лейкоцитов к эндотелию. Подавление или снижение активности eNOS приводит к недостатку оксида азота — дисфункции эндотелия, которой согласно классической теории «ответ на повреждение» отводится основная роль в инициации атерогенеза, а также развитии атеротромбоза [44].

В рамках исследования проведено исследование частот ассоциированных с БСК Met235Thr и Thr174Met полиморфизмов гена AGT, Leu 28 Pro в гене APOE, C786T в гене NOS3, Glin192Arg в гене PON1 и Lys198Asn в гене EDN1 у потомков лиц, подвергшихся радиационному воздействию, проживающих на территориях Восточно-Казахстанской и Павлодарской областей Казахстана.

В таблице 14 представлено распределение лиц, прошедших обследование на полиморфизм генов предрасположенности к БСК, по полу и национальности. Всего в исследовании приняли участие 218 человек. Отбор группы лиц для изучения полиморфизма генов БСК проводился на основе посемейного принципа с включением лиц в возрастной группе 60 > (I поколение лиц, подвергшихся прямому радиационному воздействию), их детей (II поколение) и внуков (III поколение). Известно, что этнические особенности имеют значение при наследовании определенных генотипов, возможно, играющих роль в передаче предрасположенности к тем или иным заболеваниям. Поэтому сравнительный анализ проводился нами отдельно для казахов и русских. Всего в исследовании участвовали 27 лиц I поколения, 141 лиц II и 50 лиц III поколений; 140 мужчин и 296 женщин; 161 казахов и 57 русских.

Таблица 14 – Распределение лиц, прошедших обследование на полиморфизм генов предрасположенности к БСК, по полу и национальности

	Казахи				Русские					Всего
	I поколение	Поколения потомков			I поколение		Поколения потомков			I поколение		Поколения потомков
		II	III	II			III			II		III
мужчин	5	35	17	2		9		2	7		44		19
женщин	13	64	27	7		33		4	20		97		31

Частота гетерозиготного типа наследования генотипа AGT Thr174Met у лиц казахской национальности составила 50,31%, в то время как среди лиц русской национальности такой тип наследования встречался значительно реже – 32,47%. В тоже время частота мутантного гомозиготного аллеля Met235Thr среди лиц русской национальности практически десятикратно превышало таковой показатель среди казахов (рисунок 8).

Рисунок 8 – Частота генотипа AGT Thr174Met и Met235Thr в зависимости от национальности, %

В соответствии с рисунком 9, в этнической группе русских гетерозиготные и мутантные гомозиготные генотипы APOE Leu28Pro встречались достоверно чаще, чем в группе казахской популяции, в которой в 54,36% случаев наблюдалось наличие нормальной гомозиготы. В обеих этнических группах также отмечался высокий процент гетерозиготных аллелей гена PON1, более выраженный в группе лиц казахской национальности (47,65 и 40,0% соответственно). Частота мутантных гомозиготных аллелей не имела отличий в этнических группах.

Рисунок 9 – Частота генотипа APOE Leu28Pro и Gln 192 PON1 в зависимости от национальности, %

В отношении гена ЕDN1 можно отметить высокий процент гетерозиготного аллеля Lys198Asn, что свидетельствует о высокой вероятности эндотелиальной дисфункции в обеих этнических группах, представленных, в основном, потомками лиц, подвергшихся облучению (рисунок 10). Мутантные гомозиготные аллели встречались среди лиц казахской национальности в 3,36% случаев, среди русских – 4,44%. Приблизительно такая же ситуация наблюдалась в отношении частоты гетерозиготного аллеля NOS3 C786T. Обращала на себя внимание повышенная частота встречаемости мутантного гомозиготного полиморфизма гена NOS3 C786T в обеих этнических группах.

Рисунок 10 – Частота генотипа C786T NOS3 и EDN1 Lys198Asn в зависимости от национальности, %

Таким образом, в наблюдаемых группах исследования были отмечены этнические особенности наследования генов отвечающих за липидный обмен, уровень артериального давления и состояние эндотелия. Учитывая направленность научно-технической программы на выявление радиационно-индуцированных эффектов наследования подобный анализ был проведен нами в группах, представляющих различные поколения лиц, подвергшихся радиационному воздействию.

В соответствии с рисунком 11, для гена AGT была характерна высокая частота гетерозиготного типа наследования в отношении обоих изучаемых аллелей, причем среди потомков лиц, подвергшихся облучению, во втором и в третьем поколениях гетерозиготный тип наследования преобладал над нормальным гомозиготным наследованием. Патологический монозиготный тип аллелей оказался выше среди лиц старшего возраста, подвергшихся прямому облучению.

Рисунок 11 – Частота генотипа AGT Thr174Met и Met235Thr в группах радиационного риска, %

При исследовании частоты генотипа APOE Leu28Pro в группах радиационного риска установлено, что среди потомков второго и третьего поколений преобладал гетерозиготный тип наследования аллеля, в то время как среди лиц, непосредственно подвергшихся облучению, максимально часто встречался нормозиготный тип в соответствии с рисунком 12. Обращала на себя внимание высокая встречаемость мутантного гомозиготного типа наследования PON1 Gln192Arg у лиц III поколения в возрастной группе моложе 30 лет, что свидетельствует о высоком риске преждевременного развития БСК.

Рисунок 12– Частота генотипа APOE Leu28Pro и PON1 Gln192Arg в группах радиационного риска, %

Изучение процентного соотношения генотипа NOS3 C786T в исследуемых группах показало неожиданно высокую частоту монозиготных патологических мутаций в группах первого и третьего поколений лиц, подвергшихся облучению – 26,1 % и 20,83 % соответственно. Если у лиц первого поколения этот факт можно объяснить возрастными изменениями, то в группе третьего поколения такой тип наследования требует дальнейшего исследования в плане определения возможности радиационного индуцирования данного эффекта. Частота гетерозиготного типа наследования генотипа EDN1 Lys198Asn составляла 36,0 %, 38,62 % и 39,58 % по поколениям соответственно, что также свидетельствует о высоком риске развития эндотелиальной дисфункции у лиц молодого возраста, вошедших в исследование, в соответствии с рисунком 13.

Рисунок 13 – Частота генотипа NOS3 C786T и EDN1 Lys198Asn в группах радиационного риска, %

Полученные данные косвенно свидетельствуют о возможном негативном влиянии в отношении исследуемых групп населения экологических факторов, способствующих увеличению точечных мутаций – единичных нуклеотидных замен и повышению частот патологических гомозиготных и гетерозиготных генотипов как в казахской, так и в русской субпопуляциях. При этом исследования, проведенные для различных поколений лиц, подвергшихся воздействию радиационного фактора в прошлом, подтвердили наши предположения в возможном наследовании патологических мутаций генов, ответственных за развитие нарушений липидного обмена, эндотелиальной дисфункции и артериальной гипертонии у потомков экспонированных родителей. Более полную информацию по нестабильности генома у населения, проживающего в условиях длительного радиационного воздействия нам могут дать результаты цитогенетического исследования.

Таким образом, в наблюдаемых группах исследования были отмечены этнические особенности наследования генов, отвечающих за липидный обмен, уровень артериального давления и состояние эндотелия. Изучение полиморфизма генов, ответственных за развитие болезней системы кровообращения, показало высокую частоту монозиготных патологических мутаций и гетерозиготных аллелей генов APOE Leu28Pro, PON1 Gln192Arg, AGT Thr174Met и Met235Thr, NOS3 C786T, EDN1 Lys198Asn, ответственных за развитие БСК у лиц второго и третьего поколений лиц, экспонированных радиацией.