Polymorphism of folate metabolism genes in students studying in the subarctic region of Russia

Full Text

ВВЕДЕНИЕ. Фолатный обмен является важным физиологическим процессом поддержания гомеостаза представляя собой сложный каскадный процесс реметилирования гомоцистеина в метионин с участием ферментов и витаминов группы В (фолиевой кислоты и кобаламина) [1]. К ферментам фолатного цикла относятся тетрагидрофолатредуктаза (MTHFR) метионинсинтаза (MTR) и метионинсинтаза редуктаза (MTRR) [2]. Известно, что нарушение фолатного обмена приводит к накоплению гомоцистеина в плазме крови и, как следствие, развитию патологического состояния гипергомоцистеинемии [3, 4]. Гомоцистеин – аминокислота, которая содержит в своем составе серу, не принимает участия в синтезе белков, обладает выраженной цитотоксичностью и является промежуточным продуктом метаболизма между метионином и цистеином [5, 6]. Известно, что состояние гипергомоцистеинемии, возникшее в результате нарушения фолатного обмена, играет важную роль в формировании эндотелиальной дисфункции, которая в свою очередь, является триггером развития неблагоприятных сосудистых событий [7, 8]. Одним из определяющих факторов, приводящих к нарушению обмена фолатов, является полиморфизм генов, детерминирующих состояние фолатного цикла [2, 9].

Ранее было показано, что в сочетании с немодифицирующими генетическими факторами риска, предикторами развития заболеваний сердечно-сосудистой системы выступают и внешние факторы, одним из которых является пребывание человека в северных широтах, характеризующихся крайне дискомфортными природно-климатическими условиями [10, 11, 12]. В связи с этим изучение фенотипических и генотипических основ регуляции фолатного обмена у различных этнических групп, временно или постоянно проживающих в условиях приарктического региона РФ является актуальным как для фундаментальной, так и клинической медицины.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - анализ эпидемиологии полиморфизма генов фолатного обмена у русских и индийских студентов, обучающихся в приарктическом регионе России.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Эпидемиологическое, проспективное одномоментное поперечное популяционное исследование выполнено на выборке этнических индийцев, обучающихся на международном факультете врача общей практики ФГБОУ ВО «Северного государственного медицинского университета» Минздрава России (СГМУ), проживающих на территории города Архангельска и русских, уроженцев Архангельской области, студентов различных факультетов СГМУ. Исследование проведено на базах кафедры клинической фармакологии и фармакотерапии ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» и лаборатории ГБУЗ АО «Первая городская клиническая больница им. Е.Е. Волосевич» г. Архангельска.

Критерии включения в исследование: здоровые добровольцы обоих полов молодого возраста от 18 до 44 лет; этнические индийцы и этнические русские по самоидентификации субъекта и их родителей (четвертое поколение включительно); письменное добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Критерии исключения: отказ от участия на любой стадии исследования.

В эпидемиологическое исследование включено 312 студентов, из них 117 этнических индийцев и 195 русских участников. Проведено анкетирование участников и лабораторное молекулярно-генетическое исследование генов, детерминирующих состояние фолатного обмена, методом ПЦР в режиме реального времени. Исследование одобрено локальным этическим комитетом Северного государственного медицинского университета (протокол №01/02-23 от 15.02.2023).

Генотипирование однонуклеотидных полиморфных аллельных вариантов генов фолатного цикла выполнено методом ПЦР в режиме реального времени с использованием реагентов «РеалБест-Генетика Гемостаз 12» (ЗАО «ВекторБест» Россия) на базе лаборатории ГБУЗ АО «Первая городская клиническая больница им. Е.Е. Волосевич» г. Архангельска. Проведено исследование полиморфных вариантов генов фолатного обмена: MTHFR 677 C>T (rs1801133), MTHFR 1298 A>C (rs1801131), MTR 2756 A>G (rs1805087), MTRR 66 A>G (rs1801394).

Статистическая обработка данных, полученных в ходе исследования, проводилась методами описательной и аналитической статистики с использованием языка программирования R 4.2.3 в программе Rstudio 1.2.5019. Характер распределения данных оценивали с помощью критерия Шапиро-Уилка. Считали, что распределение данных отличается от нормального распределения (распределения Гаусса) при значении статистического уровня значимости (р) менее 0,05. Для описания полученных данных, распределение которых не отличалось от распределения Гаусса использовали среднее арифметическое (М) и стандартное отклонение (σ) в формате М±σ. Данные, распределение которых отличалось от распределения Гаусса представлены в виде медианы (Me), первого (Q1) и третьего (Q3) квартилей.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В исследовании приняло участие 312 студентов, из них 117 индийских и 195 русских участников. По гендерной принадлежности в выборке индийцев участники распределились следующим образом: доля женщин составила 38,5% (n=45), мужчин – 61,5% (n=72). Возраст среди индийских участников составлял от 19 до 30 лет (Мe = 21 [20;24]). Выборка этнических русских состояла из 152 женщин и 43 мужчин, возраст обследуемых составил от 22 до 44 лет (Me = 22 [22; 24]). В ходе исследования участники разделены на две группы – группа русского этноса и группа индийского этноса. Исходя из цели иссоелования проведен эпидемиологический анализ распространения генетических маркеров, детерминирующих фолатный обмен (табл. 1, 2). Расчет частот аллельных вариантов генов проводился по формуле Харди-Вайнберга [13].

Таблица 1. Распределение полиморфизма генов фолатного обмена в группе этнических индийцев, (n=117)

Исследуемый ген	Аллельный вариант	Частота генотипа, %	95% ДИ	Частота аллеля, %	χ2
MTHFR 677 C>T rs1801133	СС СТ ТТ	85% (n=99) 15% (n=18) 0% (n=0)	77 – 90 10 – 23 0	С= 92,3   Т= 7,7	0,8125
MTHFR 1298 A>C rs1801131	АА АС СС	39% (n=46) 49% (n=57) 12% (n=14)	31 – 48 40 – 58 7 – 19	А= 63,8   С= 36,3	0,3304
MTR 2756 A>G rs1805087	АA AG GG	50% (n=59) 41% (n=48) 9% (n=10)	42 – 59 33 – 50 5 – 15	А= 70,9   G= 29,1	0,0029
MTRR 66 A>G rs1801394	АA AG GG	21% (n=25) 48% (n=56) 31% (n=36)	15 – 30 39 – 57 23 – 40	А= 45,3   G= 54,7	0.1368

 

По результатам проведенного анализа выявлено, что частота встречаемости аллеля Т полиморфизма гена MTHFR (rs1801133) в группе этнических индийцев составляла 7,7%, где гетерозиготное носительство полиморфного аллельного варианта зарегистрировано в 15%, при этом гомозиготное носительство в исследуемой группе не встречалось. Частота встречаемости альтернативного (полиморфного) аллеля гена MTHFR (rs1801131) составила 36,3%, где гетерозиготное и гомозиготное носительство минорных аллельных вариантов составило 49% и 12,0% соответственно. Распространение аллеля G полиморфизма rs1805087 гена метионинсинтазы в выборке составило 29,1%, удельный вес гетерозиготного варианта – 41,0%, гомозиготного – 9,0%. Наиболее распространенным полиморфизмом среди этнических индийцев – участников исследования являлся rs1801394 гена MTRR. Альтернативный аллель G встречался с частотой 54,7%, при этом 48,0% индийских студентов являлись носителями гетерозиготного и 31,0% - носителями гомозиготного генотипа.

 

Таблица 2. Распределение полиморфизма генов фолатного обмена в исследуемой группе этнических русских, (n=195)

Исследуемый ген	Аллельный вариант	Частота генотипа, %	95% ДИ	Частота аллеля, %	χ2
MTHFR 677 C>T rs1801133	СС СТ ТТ	55 (n=107) 38 (n=74) 7 (n=14)	44,74-64,37 28,79-47,94 3,62-14,44	C=73,7   T=26,3	0,0496
MTHFR 1298 A>C rs1801131	АА АС СС	35 (n=68) 54 (n=105) 12 (n=22)	25,93-44,74 43,71-63,37 6,59-19,56	A=61,6   C=38,4	1,7193
MTR 2756 A>G rs1805087	АA AG GG	61 (n=119) 34 (n=66) 5 (n=10)	51,00-70,25 24,98-43,66 2,27-11,73	A=77,9   G=22,1	0,0455
MTRR 66 A>G rs1801394	АA AG GG	22 (n=43) 48 (n=94) 30 (n=58)	14,94-31,44 38,63-58,33 21,25-39,29	А=46,3   G=53,7	0,0657

 

В группе русских студентов носительство вариантного аллеля Т rs1801133 гена MTHFR составило 26,3%, где гомозиготный вариант по аллелю Т отмечен у 7,0% лиц, а гетерозиготный – у 38%. Так же, как и в выборке индийцев, среди русских самым распространенным явился полиморфизм rs1801394 гена MTRR 66, где частота аллеля G в группе составила 53,68%, гомозиготные носители вариантного аллеля G составили 30%, а гетерозиготные – 48%.

Следующим этапом исследования явился сравнительный анализ частот распространения полиморфизма генов фолатного обмена в двух исследуемых группах. Получены статистически значимые различия по частоте распространения аллеля Т полиморфизма rs1801133 гена MTHFR (р=0,001), так в группе русских студентов частота встречаемости аллеля Т составила 26,3%, в группе индийцев – 7,7%. По распространению остальных полиморфных вариантов генов фолатного цикла (rs1801131, rs1805087, rs1801394) статистически значимых различий в группах не выявлено.

Сравнительный анализ распространения вариантных аллелей в изучаемых генах MTHFR (rs1801133, rs1801131), MTR (rs1805087), MTRR (rs1801394) в различных этнических группах по данным нашего и других исследований представлен в таблицах 3, 4, 5, 6.

Таблица 3. Сравнение частот аллеля Т полиморфизма rs1801133 гена MTHFR в некоторых популяций мира с исследуемыми этническими группами

Популяции мира	Группа этнических индийцев - студентов (n=117) аллель Т = 7,7%		Группа этнических русских студентов (n=195) аллель Т= 26,3%
	р	χ2	р	χ2
Популяция Южной Азии (n=5226), аллель Т = 16,7% [14]	0,083	3,456	0,138	2,111
Популяция Восточной Азии  (n=3184), аллель Т = 38,6% [14]	< 0,001	13,125	0,088	3,51
Европейская популяция (n=322326), аллель Т = 34,9% [14]	< 0,001	12,324	0,244	1,987
Африканская популяция (n=11720), аллель Т = 12,1% [14]	0,42	0,64799	0,017	10,06

 

Полученные результаты сравнительного анализа распространенности альтернативного аллельного варианта полиморфизма rs1801133 гена MTHFR показали статистически значимые различия между этническими индийцами, принимающими участие в нашем исследовании с данными по европейским и восточноазиатским популяциям (р<0,001). Статистически значимых различий с африканской популяцией и популяцией Южной Азии не выявлено, следует отметить, что в популяционный состав Южной Азии, в том числе входят и этнические индийцы. В группе русских участников статистически значимые различия по данному полиморфизму выявлены только с африканской популяцией (р=0,017) (табл. 3). 

 

 

Таблица 4. Сравнение частот аллеля С полиморфизма rs1801131 гена MTHFR в некоторых популяций мира с исследуемыми этническими группами

Популяции мира	Группа этнических индийцев - студентов (n=117) аллель Т = 36,3%		Группа этнических русских – студентов (n=195) аллель Т= 38,4%
	р	χ2	р	χ2
Популяция Южной Азии (n= 5058), аллель Т = 41,0%  [15]	0,55	0,495	0,819	0,124
Популяция Восточной Азии  (n=676), аллель Т = 21,4% [15]	0,03	7,851	0,013	10,561
Европейская популяция (n=211780), аллель Т = 31,3% [15]	0,58	0,511	0,363	0,987
Африканская популяция (n=11466), аллель Т = 16,9%  [15]	<0,001	12,786	0,001	11,675

 

Парное сравнение выборки этнических индийских и русских студентов СГМУ с другими этносами по частоте полиморфного аллеля С rs1801131 гена MTHFR выявило статистически значимые различия с африканской и восточноазиатской популяциями (для выборки индийцев - р<0,001 и р=0,03 соответственно и для выборки русских студентов – р=0,001 и р=0,013 соответственно) (табл. 4).

Таблица 5. Сравнение частот аллеля G полиморфизма rs1805087 гена MTR некоторых популяций мира с исследуемыми этническими группами.

Популяции мира	Группа этнических индийцев - студентов (n=117) аллель Т = 29,1%		Группа этнических русских -  студентов (n=195) аллель Т= 22,1%
	р	χ2	р	χ2
Популяция Южной Азии (n= 5238), аллель Т = 30,3%  [16]	0,98	0,092	0,25	0,721
Популяция Восточной Азии  (n=5012), аллель Т = 10,8% [16]	<0,001	13,213	0,05	8,112
Европейская популяция (n=325792), аллель Т = 18,9% [16]	0,127	2,927	0,70	0,323
Африканская популяция (n=12396), аллель Т = 26,6%  [16]	0,813	0,121	0,57	0,501

 

При сравнении частоты встречаемости аллеля G полиморфизма rs1805087 гена MTR в изучаемых выборке с некоторыми популяциями мира выявлено достоверно значимое различие группы индийских студентов с популяцией южной Азии (р<0,001). В группе русских студентов с представленными к сравнению популяциями статистически значимых различий нет (табл. 5).

Таблица 7 Сравнение частот аллеля G полиморфизма rs1801394 гена MTRR некоторых популяций мира с исследуемыми этническими группами.

Популяции мира	Группа этнических индийцев - студентов (n=117) аллель Т = 54,7%		Группа этнических русских – студентов (n=195) аллель Т= 53,7%
	р	χ2	р	χ2
Популяция Южной Азии (n= 368), аллель Т = 50,5%  [17]	0,65	0,401	0,76	0,320
Популяция Восточной Азии  (n=4898), аллель Т = 27,3% [17]	<0,001	12,487	<0,001	13,390
Европейская популяция (n=254192), аллель Т = 54,3% [17]	0,9	0,089	1	0,07
Африканская популяция (n=10132), аллель Т = 29,2%  [17]	<0,001	14,001	<0,001	12,983

                Сравнение частоты минорного аллеля G полиморфизма rs1801394 гена MTRR демонстрирует статистически значимые отличия в популяциях Африки и Восточной Азии и в исследуемых нами группах (р<0,001) (табл.7).  

ОБСУЖДЕНИЕ.

Известно, что на фенотипические проявления фолатного обмена влияет полиморфизм генов, кодирующих ферменты фолатного цикла. Нарушение фолатного обмена неизбежно приводит к повышению уровня гомоцистеина в плазме [7, 18]. По данным отдельных авторов состояние гипергомоцистеинемии является независимым и значимым фактором риска развития неблагоприятных сосудистых событий [19].

Следует отметить, что к развитию состояния гипергомоцистеинемии кроме немодифируемых факторов, таких как наличие полиморфных аллельных вариантов генов, кодирующих ферменты фолатного обмена, могут привести и модифицируемые факторы риска, к которым относятся и диета с низким содержанием фолатов, и табакокурение, и злоупотребление алкоголем, и чрезмерное употребление кофе [20, 21]. Доказано, что уровень гомоцистеина у любителей кофе выше на 2-3 мкмоль/л, чем у непьющих кофе людей [22]. Так чрезмерное употребление кофе, более 6 чашек в день, рассматривается как фактор риска развития гомоцистеинемии, так как кофеин способен ингибировать фермент метионинсинтазу. Известно, блокирующее воздействие этанола на метионинсинтазу и витамин В6, где нарушается функционирование переносчиков фолатов из кишечника в клетки.  Установлено, что у лиц, страдающих алкоголизмом уровень гомоцистеина в крови в 2 раза выше, чем у здоровых людей. Обнаружено, что цианиды, содержащиеся в табачном дыме, снижают уровень витаминов В12 и В6 в сыворотке крови. В ряде исследований, продемонстрировано, что уровень гомоцистеина в плазме крови и слюне у курящих выше, чем у некурящих, а концентрация гомоцистеина зависит от количества выкуренных сигарет в день. Каждая выкуренная сигарета повышает уровень гомоцистеина на 0,5% у мужчин и на 1% у женщин [21, 23, 24].  

 

В нашем исследовании проведен анализ распределения полиморфизма генов, кодирующих состояние фолатного цикла у представителей индийского и русского этноса, проживающих в условиях Европейского Севера. В ходе исследования было показано, что 7% участников из группы русских студентов являлись гомозиготными носителями аллеля Т rs1801133 гена MTHFR. Вместе с тем, среди индийских студентов гомозиготных носителей данного полиморфизма не отмечено. Полиморфный аллель Т статистически значимо чаще встречался в группе русских, по сравнению с группой этнических индийцев. Известно, что ген MTHFR, кодирует активность фермента метилентетрагидрофолатредуктазы, функция которой заключается в преобразовании неактивной формы фолиевой кислоты в активный метаболит 5-метилтетрагидрофолат. Ранее было показано, что у гомозиготных носителей неблагоприятного аллельного варианта rs1801133 функциональная активность данного фермента снижается на 70%, а у гетерозиготных носителей – на 30% [25, 26]. Во многих исследованиях установлена взаимосвязь между гомозиготным вариантом носительства аллеля Т данного полиморфизма с повышенным уровнем гомоцистеина и различными патологическими состояниями, в первую очередь такими как ишемический инсульт, тромбоэмболия легочной артерии [3, 27, 28].

Следующий изученный нами полиморфизм гена MTHFR rs1801131 в группах русских и индийский участников был широко представлен, так носительство полиморфного аллеля С в группе русских и индийцев составило 38,4% и 36,3% соответственно. Ранее было выявлено, что у гомозиготных носителей неблагоприятного аллеля С активность данного фермента снижена на 40%, что негативно влияет на метаболизм фолатов [29].

Частота носительства минорного аллельного варианта полиморфизма rs1805087 гена MTR в изучаемой выборке индийского и русского этноса составила 29,0% и 22,1% соответственно. Известно, что ген MTR кодирует фермент метионинсинтазу, ответственную за процесс реметилирования гомоцистеина в метионин, при этом снижение активности данного фермента вследствие полиморфизма кодирующего его гена приводит к развитию состояния гипергомоцистеинемии, что в свою очередь повышает риск развития кардиоваскулярной патологии и возникновения врожденных пороков развития плода [30].

Наиболее распространенным как в изучаемых нами группах, так и в популяциях Южной Азии и Европы является полиморфизм rs1801394 гена MTRR. Ген MTRR кодирует физиологическую активность фермента метионинсинтаза-редуктазы, при участии которого происходит восстановление активности фермента метионинсинатзы [31]. Показано, что у носителей полиморфного аллеля G обнаруживается повышенный уровень гомоцистеина в плазме крови [32, 33]. В нашем исследовании носительство аллеля  G регистрировалось более чем у половины участников в обеих группах студентов.

В целом полученные нами данные по распространению генетических предикторов состояния фолатного цикла в группах этнических русских и индийцев соотносятся с результатами других зарубежных и отечественных исследований [31, 34].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Изучение генов фолатного обмена представляется нам крайне важным, так как нарушение физиологии обмена фолатов значимо повышает риск развития сердечно-сосудистых и других заболеваний. Так в нашем исследовании в группе русских студентов по сравнению с группой этнических индийцев было более распространено носительство неблагоприятного аллеля Т полиморфизма rs1801133 гена MTHFR, что является предиктором нарушения фолатного обмена и развития состояния гипергомоцистеинемии в группе русских участников.

Кроме того, наличие неблагоприятных аллельных вариантов генов фолатного обмена в сочетании с поведенческими факторами, такими как табакокурение, алиментарный дефицит фолатов и злоупотребление алкоголем, может существенно повысить риск развития гипергомоцистеинемии и связанных с ней патологических состояний. Знание генетических маркеров фолатного обмена дает возможность для целенаправленной разработки программ персонифицированной нутритивной профилактики, направленной на сохранение здоровья человека в условиях жизнедеятельности в приарктической зоне России.

About the authors

Nadezda Vorobyeva

Federal State Budgetary Institution Northern State Medical University Ministry of Health of Russia, Arkhangelsk

Author for correspondence.
Email: nadejdav0@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6613-2485
SPIN-code: 4545-2558
Scopus Author ID: 57200828966
ResearcherId: E-4115-2018

заведующая кафедрой клинической фармакологии и фармакотерапии ФГБУ ВО Северного государственного медицинского университета Минздрава России, Архангельск

 доктор медицинских наук, профессор

Russian Federation

Alyona Vorobyeva

State Budgetary Education Institution of Higher Education «Northern State Medical University» of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation Arkhangelsk

Email: greeenhamster@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-4817-6884
Scopus Author ID: 57200384556
Russian Federation, 163000, Архангельск, пр. Троицкий, 51

Alexandra Sergeevna Voronsova

ССГМУ

Email: baklab1gkb@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3643-0515
Russian Federation

Elizaveta Y Melnichuk

Email: melnichukelisaveta@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7000-5451

References