Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Соловьева Н.А. 1 Павлова Н.И. 1 Куртанов Х.А. 1 Варламова М.А. 1 Дьяконова А.Т. 1

---

1 ФГБНУ «Якутский научный центр комплексных медицинских проблем»

В статье представлены результаты впервые проведенного исследования особенностей формирования холодовой гиперреактивности дыхательных путей (ХГДП) среди детского населения в условиях низких температур Республики Саха (Якутия) путем поиска ассоциации полиморфного варианта (rs1042713) A46G и полиморфного варианта (rs1042714) C79G гена β2-адренорецептора ADRB2 в группе больных бронхиальной астмой и здоровых индивидов, якутов по этнической принадлежности, проживающих на территории Республики Саха (Якутия). Всего проанализировано 326 образцов ДНК, выделенной из венозной крови, из них 103 образца ДНК принадлежат пациентам с бронхиальной астмой и 223 образца ДНК принадлежат индивидам, не имеющим в анамнезе патологии бронхолегочной системы. Обнаружена ассоциация аллеля А и генотипа АА полиморфного варианта (rs1042713) A46G, а также генотипа GG полиморфного варианта (rs1042714) C79G гена β2-адренорецептора ADRB2 с риском развития предрасположенности к бронхоконстрикторной реакции в ответ на вдыхание воздуха низкой температуры. Данные генетические маркеры могут быть использованы как факторы риска при прогнозировании формирования холодовой гиперреактивности дыхательных путей и развития побочных эффектов регулярной терапии β2-агонистами у детей якутов с бронхиальной астмой.

Статья в формате PDF

184 KB

астма

холодовая гипереактивность дыхательных путей

гены

якуты

1. Доценко Э.А., Прищепа И.М., Крестьянинова Т.Ю. Погодно-климатические условия и течение бронхиальной астмы // Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2004. №4. С.86 – 91.

2. Лусс Л.В., Назарова Е.В. Особенности респираторных проявлений аллергии в зимний период // Астма и аллергия. 2014. №4 C. 3-8.

3. Приходько А.Г., Колосов А.В. Особенности холодовой реактивности дыхательных путей при болезнях органов дыхания // Пульмонология. 2008. №1. С.69–74.

4. Наумов Д.Е. Клинико-генетические особенности бронхиальной астмы у больных с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей: автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.01.04 [ГОУВПО "Владивостокский государственный медицинский университет]. Владивосток, 2013. 149 с.

5. Linden M. The effects of β2-adrenoreceptor agonist and a corticosteroid, budesonide, on the secretion of inflammatory mediators from monocytes. Br. J. Pharmacol. 1992. Vol.107. P.156-60.

6. Ana Carolina Zimiani de Paiva, Fernando Augusto de Lima Marson, José Dirceu Ribeiro and Carmen Sílvia Bertuzzo Asthma: Gln27Glu and Arg16Gly polymorphisms of the beta2-adrenergic receptor gene as risk factors. J.Allergy, Asthma Clin. Immunol. 2014. №10. Р. 8.

7. E. Hopes, C. McDougall, G. Christie, J. Dewar, A. Wheatley, I.P. Hall, P.J. Helms. Association of glutamine 27 polymorphism of beta 2 adrenoceptor with reported childhood asthma: population based study.BMJ. 1998. Vol. 316. P.664.

8. Steve Turner, Ben Francis, Susanne Vijverberg, Maria Pino-Yanes, Anke H Maitland-van der Zee, Kaninika Basu, Lauren Bignell, Somnath Mukhopadhyay, Roger Tavendale, Colin Palmer, Daniel Hawcutt, Munir Pirmohamed, Esteban G Burchard and Brian Lipworth Childhood asthma exacerbations and the Arg-16 beta2 receptor polymorphism: a meta-analysis stratified by treatment. J. Allergy Clin. Immunol. 2016. Vol. 138 (1). P. 107-113.

9. Portelly M. and Sayers I. Genetic basis for personalized medicine in asthma. Expert Rev. Respir. Med. 2012. Vol. 6, № 2. P. 223-236.

10. Hizawa N. Beta-2 adrenergic receptor genetic polymorphisms and asthma. J. Clin. Pharm. Ther. 2009. Vol. 34. № 6. P. 631-643.

11. Hizawa N. Pharmacogenetics of β2-agonists. Allergol Int. 2011. Vol. 60. № 3. P. 239-246.

12. Limsuwan T., Thakkinstian A., Verasertniyom O., et al. Possible protective effects of the Glu27 allele of beta2-adrenergic receptor polymorphism in Thai asthmatic patients. Asian. Pac. J. Allergy Immunol. 2010. Vol. 28. № 2-3. P. 107-114.

13. Holloway J.W. Yang I.A., Holgate S.T. Genetics of allergic disease. J. Allergy Clin. Immunol. 2010. Vol. 125. P. 81-94.

Якутия является одним из самых крупных и контрастных по температурному режиму регионов мира, годовая амплитуда температурных показателей составляет порядка 102,8^оC. Зимний период характеризуется колебанием температуры от –30ºС до –70ºС и длится порядка 7 месяцев в году. Таким образом, жители Якутии испытывают длительное воздействие экстремально низких температур, что негативно сказывается на состоянии их здоровья, способствуя развитию холодовой гиперреактивности дыхательных путей. У пациентов с бронхиальной астмой холодовая гиперреактивность дыхательных путей ухудшает течение заболевания, снижая качество жизни [1].

Согласно Федеральным клиническим рекомендациям по диагностике и лечению 2016 г. бронхиальная астма (БА) является гетерогенным заболеванием, характеризующимся хроническим воспалением дыхательных путей, наличием респираторных симптомов (свистящие хрипы, одышка, заложенность в груди и кашель), возникающих вследствие бронхиальной гиперреактивности, варьирующих по времени и интенсивности, проявляющихся вместе с вариабельной обструкцией дыхательных путей.

В основе бронхиальной гиперреактивности (БГР) при БА лежат повреждение эпителия дыхательных путей, увеличение его проницаемости для аллергенов, раздражение нервных окончаний различными медиаторами воспаления, что и приводит к развитию бронхоспазма.

В механизмах холодовой гиперреактивности дыхательных путей (ХГДП) существенная роль принадлежит неспецифической дегрануляции тучных клеток. Формирование ХГДП связано не только с альтерацией эпителия, но и с уровнем IgE в сыворотке крови. Отмечено, что, чем выше уровень IgE, тем выше уровень БГР, и наоборот. Важную роль в развитии бронхоспазма в ответ на вдыхание холодного воздуха играют лейкотриены. Это подтверждают исследования, в которых доказывается эффективность антагонистов лейкотриеновых рецепторов в предупреждении бронхоконстрикции при эукапнической гипервентиляции холодным воздухом [2].

Таким образом, ХГДП при БА – это результат комплексного воздействия персистирующего воспаления и структурных изменений бронхов, нарушения бронхомоторного тонуса, высокого уровня IgE, изменения функции гладкой мускулатуры бронхов и др.

Способствовать и предрасполагать к развитию ХГДП могут разные факторы: от негативного влияния окружающей среды (низкие температуры, ветер, пыль, смена метеоситуации) до наследственности и сопутствующих заболеваний [3, 4].

В качестве эндогенных (генетических) факторов, предрасполагающих к развитию ХГДП, может быть рассмотрен ген β₂-адренорецептора (ADRB2), контролирующий процесс расслабления бронхов.

Согласно современным представлениям нарушение функции β2-адренорецепторов является важным механизмом бронхообструкции, а дефекты структуры или экспрессии белка β₂-адренорецептора, как правило, приводят к изменению нормального контроля бронхиального тонуса, что сопровождается изменением ответа на бронхоконстрикторные воздействия [5].

Ген ADRB2 расположен на хромосоме 5q31, имеет 9 полиморфизмов в кодирующей части, некоторые из них ассоциированы с астматическими фенотипами. К ним относятся (rs1042713) A46G – замена нуклеотида аденина на гуанин, приводящая к замене аминокислоты аргинина на глицин в белке Argl6Gly и (rs1042714) C79G – замена нуклеотида цитозина на гуанин, приводящая к замене аминокислоты глутамина на глутаминовую кислоту Gln27Glu.

Результаты в отношении значимости данных полиморфизмов гена ADRB2 противоречивы: в ряде работ установлена значимость полиморфных локусов Arg16Gly и Gln27Glu в патогенезе БА, в формировании ответа пациентов на терапию β2-агонистами [6, 7, 8], в других источниках продемонстрирована их слабая ассоциация с БА [9, 10, 11]. Возможно, такая вариабельность результатов продиктована этническими особенностями исследованных популяций, факторами внешней среды, оказывающими влияние на клиническое течение заболевания, а также выбором препаратов и режимов их использования [12].

В связи с этим целью настоящего исследования явился поиск ассоциаций полиморфных вариантов р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 у детей якутов, больных атопической БА с холодовой гиперреактивностью дыхательных путей, в условиях низких температур Якутии.

Материалы и методы. Материалом исследования служили образцы ДНК больных атопической БА (n=103) в возрасте 6–15 лет (9,83±3,284) и образцы ДНК группы сравнения, состоявшей из 223 индивидов в возрасте от 9 до 18 лет (17,83±9,106), не имеющих БА и ХГДП в анамнезе. Группа больных БА и клинически здоровых лиц состояла из якутов, проживающих на территории Республики Саха (Якутия). Всем участникам исследования проведено комплексное клинико-функциональное обследование. Диагноз БА установлен на основании критериев, изложенных в национальных согласительных документах [1]. В каждом случае обследование включало двукратное проведение бронхопровокационной пробы с 3-минутной изокапнической гипервентиляцией холодным воздухом (ИГХВ) с интервалом 6 месяцев. Критерием фенотипа БА с ХГДП считалась дважды положительная реакция на бронхопровокационную пробу.

Для определения вклада гена ADRB2 в формирование ХГДП с учетом результатов пробы с ИГХВ из основной группы пациентов с БА (n=103) были сформированы две группы: группу 1 составили больные БА с положительной реакцией на ИГХВ (n=39), в группу 2 были включены пациенты с отрицательной реакцией на холодовую бронхопровокацию (n=64).

Молекулярно-генетическое исследование проводилось в лаборатории популяционной генетики и лаборатории наследственной патологии отдела молекулярной генетики ЯНЦ КМП. Анализ включал поиск ассоциаций полиморфных вариантов (rs1042713) A46G и (rs1042714) C79G гена ADRB2 с ХГДП.

Все образцы ДНК были выделены из цельной венозной крови методом фенол-хлороформной экстракции (коллекция биоматериала ЯНЦ КМП с использованием УНУ «Геном Якутии», рег. № USU_507512).

Генотипирование образцов ДНК осуществляли путем анализа продуктов ПЦР – амплификации специфических участков генома с последующим анализом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Разделение продуктов ПЦР проводили при помощи электрофореза в 8%-ном полиакриламидном геле с последующей визуализацией с использованием видеосистемы (Vilber-Louren, Франция). Характеристика исследуемых полиморфизмов и условия ПЦР представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика полиморфных вариантов и условия ПЦР-ПДРФ анализа гена ADRB2

Статистическую обработку данных проводили при помощи программы Statistica 13 for Windows. Распределение генотипов проверяли на соответствие равновесию Харди–Вайнберга с помощью точного теста Фишера. Для сравнения частот аллелей между различными группами использовали критерий χ2 с поправкой Йетса на непрерывность. Для оценки вероятности развития события использовали метод отношения шансов с применением программного продукта «Statcalc». Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Протокол исследования утвержден локальным комитетом по биомедицинской этике при ЯНЦ КМП.

Результаты и обсуждение

Распределение частот генотипов указанных полиморфных вариантов р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 соответствовало равновесию Харди–Вайнберга (p>0,05), данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

Распределение частот генотипов и аллелей р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 в контрольной группе якутов

Примечание: n – численность выборки, Ho, He – наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, D – относительное отклонение наблюдаемой гетерозиготности от ожидаемой.

Анализ распределения частот аллелей, полиморфных вариантов р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 у детей якутов, больных атопической БА, и практически здоровых индивидов не продемонстрировал значимых различий (табл. 3).

Таблица 3

Распределение полиморфных вариантов р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 среди якутов с БА и в контрольной группе

Примечание: достигнутый уровень значимости при сравнении распределения генотипов (*) и частоты аллелей (**) с показателями группы контроля, n – численность выборок.

Так, в контрольной группе без БА и группе с БА преобладал аллель G р. (rs1042713) A46G, его частота составила 60,46% и 61,05% соответственно. Для р.(rs1042714) C79G гена ADRB2 также наблюдалось преобладание аллеля G как в группе больных, так и в группе индивидов без БА, его частота составила 66,5% и 67,7% соответственно.

Распределение генотипов для исследуемых р. (rs1042713) A46G и р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 характеризовалось преобладанием гетерозиготного генотипа AG р. (rs1042713) A46G и СG р. (rs1042713) A46G как в группе больных, так и в группе практически здоровых индивидов.

Анализ распределения генотипов и аллелей полиморфных вариантов гена ADRB2 в группах сравнения больных БА (группа 1 и группа 2), разделенных по характеру ответа на холодовую бронхопровокацию методом ИГХВ, продемонстрировал значимые различия как для р. (rs1042713) A46G, так и для р. (rs1042714) C79G (табл. 4).

Таблица 4

Распределение генотипов и аллелей полиморфных вариантов гена ADRB2 в группах сравнения больных БА, разделенных по характеру ответа на холодовую бронхопровокацию

Примечание: достигнутый уровень значимости при сравнении распределения генотипов (*) и частоты аллелей (**) в группах сравнения 1 и 2, n – численность выборок.

Полиморфный вариант р. (rs1042713) A46G характеризовался преобладанием аллеля А (57,7%) и генотипа АА (33,3%) в группе 1 по сравнению с группой 2, в которой достоверно чаще встречались аллель G (64%) и гомозиготный генотип GG (42,2%). Отношение шансов по формированию ХГДП у носителей аллеля А составило 4,2 (2,24; 7,97), отношение шансов для генотипа АА составило 3,1 (1,05; 9,02), т.е. риск развития ХГДП для больных БА носителей аллеля А в 4,2 раза, а для носителей гомозиготного генотипа по данному аллелю в 3,1 раза больше, чем у больных носителей аллеля G и генотипов AG и GG.

Значимые отличия были получены для распределения генотипов р. (rs1042714) C79G. Достоверно чаще в группе пациентов с положительным ответом на холодовую бронхопровокацию встречался гомозиготный генотип GG (51,2%), тогда как в группе с отрицательным ответом преобладал гетерозиготный генотип СG (59,4%). Отношение шансов по формированию ХГДП у больных БА носителей генотипа GG составило 2,91 (1,16; 7,35).

Анализ распределения частот аллелей для исследуемого полиморфизма не выявил достоверных различий между группами – в обеих группах преобладал аллель G.

Выводы

По результатам проведенного в рамках НИР «Изучение генетической структуры и груза наследственной патологии популяций Республики Саха (Якутия)» ЯНЦ КМП исследования впервые установлено, что популяция якутов, проживающих в Республике Саха (Якутия), как больных БА, так и здоровых индивидов, характеризуется преобладанием аллелей G р. (rs1042713) A46G и р.(rs1042714) C79G гена ADRB2. Установлено, что носительство аллеля А и гомозиготного генотипа АА р. (rs1042713) A46G, а также носительство генотипа GG р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 усугубляют течение БА у детей якутов за счет высокой предрасположенности к бронхоконстрикторной реакции в ответ на вдыхание воздуха в условиях низких температур. В свою очередь выраженная холодовая гиперреактивность дыхательных путей вынуждает пациентов практически регулярно использовать β2-агонисты в зимний период, что приводит к снижению контроля над заболеванием.

Таким образом, учитывая функциональную значимость и полученные результаты в отношении исследуемых полиморфизмов, а также климатические особенности Якутии (продолжительный период низких температур, неблагоприятно влияющих на состояние дыхательной системы), выявление аллеля А и генотипа АА р. (rs1042713) A46G, а также определение генотипа GG р. (rs1042714) C79G гена ADRB2 могут быть использованы как фактор риска при прогнозировании формирования холодовой гиперреактивности дыхательных путей и развития побочных эффектов регулярной терапии β2-агонистами у детей якутов с БА.

Библиографическая ссылка