CC BY
17DOI https://doi.org/10.47612/1999-9127-2021-31-72-82 УДК 575.167
Е. В. Кобец1, Э. В. Руденко2, Е. В. Руденко3, О. Ю. Самоховец3, Т. Г. Капустина4, П. М. Морозик14
АНАЛИЗ АССОЦИАЦИИ ПОЛИМОРФНЫХ ВАРИАНТОВ ГЕНОВ VDR И MTHFR CO СТАТУСОМ ВИТАМИНА D У БЕЛОРУССКИХ
ЖЕНЩИН
Государственное научное учреждение «Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси» Республика Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27 e-mail: [email protected] ^Белорусский государственный медицинский университет Республика Беларусь, 220116, г. Минск, пр. Дзержинского, 83 3Белорусская медицинская академия последипломного образования Республика Беларусь, 220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 3, корпус 3 4Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова БГУ Республика Беларусь, 220070, г. Минск, ул. Долгобродская, 23/1
Витамин D важен для здоровья костей, участвует в поддержании иммунной системы и клеточной пролиферации. Статус витамина D является серьезной проблемой здравоохранения во всем мире. Варианты генов, участвующих в метаболизме витамина D, могут быть ассоциированы с его уровнем и эффективностью витаминной поддержки. Целью данной работы является анализ ассоциации вариантов гена VDR rs7975232, rs1544410, rs731236, rs2228570 и rs11568820, MTHFR rs1801133 c уровнем витамина D у белорусских женщин. В исследовании приняло участие 602 человека, соответствующих критериям включения. По результатам исследования установлена ассоциация вариантов rs1544410 T/T и rs731236 G/G с повышенным, а также rs11568820 A/G + A/A и rs1801133 A/A с пониженным уровнем витамина D. У носителей аллельной комбинации G-G-G по этим маркерам существенно повышен уровень витамина (ß = 3,5; 95% ДИ 1,4-5,7; p = 0,0015). Выявленные маркеры могут играть важную роль в оптимизации витаминной поддержки и профилактике ряда социально-значимых заболеваний.
Ключевые слова: дефицит витамина D, статус витамина D, генетический полиморфизм, ген VDR, ген MTHFR.
Введение
В соответствии с современной концепцией витамин D представляет собой стероидный прогормон, так как превращается в организме в активную форму после двухступенчатого процесса метаболизирования и реализует разнообразные биологические эффекты путем взаимодействия со специфическими рецепторами в ядрах клеток различных органов и тканей [1]. В многочисленных исследованиях установлено, что разнообразные биологические действия витамина D реализуются путем изменений экспрессии генов, которые опосредованы взаимодействием его активной формы (1,25-дигидроксивитамина D или кальцитрио-ла) с внутриклеточным рецептором витамина D (vitamin D receptor — VDR). Активация VDR
при прямом взаимодействии с кальцитриолом вызывает связывание рецептора с регулятор-ными областями генов-мишеней и инициирует образование белковых комплексов, необходимых для направленных изменений транскрипции и осуществления конкретных биологических реакций [2]. Основная роль витамина D заключается в регуляции кальций-фосфорного обмена и костного метаболизма. Именно эти эффекты витамина D были впервые открыты в контексте изучения такого значимого заболевания, как рахит, их часто называют классическими эффектами. Открытие и изучение VDR показало, что биологические эффекты витамина D выходят за рамки обеспечения метаболизма кальция и фосфора. Так, витамин D принимает участие в регуляции деятельности
сердечно-сосудистой, аутоиммунной, пищеварительной, дыхательной и многих других систем человеческого организма [3].
Концентрация общего гидроксивитамина D (25(ОЩО) в сыворотке является наиболее достоверным показателем для оценки и мониторинга статуса витамина D, поскольку отражает суммарное количество витамина D, производимого в коже и получаемого с пищевыми продуктами и препаратами витамина D (25(ОН) D2 и 25(0Щ03), и имеет продолжительный период полураспада в крови — около 15 дней
[4]. Вопрос о том, какие показатели 25(ОЩО соответствуют нормальному уровню и адекватной обеспеченности витамином D, остается предметом дискуссий. Руководства некоторых медицинских сообществ и организаций расценивают оптимальный уровень как значения гидроксивитамина D более 20 нг/мл, в то же время многие эксперты считают, что уровни между 20-30 нг/мл должны расцениваться как недостаточность витамина D, а нормальные показатели обеспеченности витамином D соответствуют концентрации 25(ОЩО более 30 нг/мл. Более того, подчеркивается, что поддержание 25(ОЩО на уровне не менее 20 нг/мл обеспечивает классические эффекты витамина D, связанные с регуляцией кальций-фосфорного метаболизма, а для проявления плейо-тропных внескелетных эффектов необходимы более высокие концентрации — 30-60 нг/мл
[5]. В связи с этим поддержание адекватного статуса витамина D необходимо не только с целью профилактики рахита, нарушений кальций-фосфорного и костного обмена, но и раннего развития и тяжелого течения многих социально значимых заболеваний.
Целью настоящего исследования является анализ ассоциации вариантов генов УБЯ (рецептора витамина D) и МТИЕЯ (метилен-тетрагидрофолатредуктазы) с уровнем витамина D в сыворотке крови. Однонуклео-тидные варианты генов УБЯ Ара1 гб7975232, ВБт1 ге1544410, TaqI ге731236, FokI ^2228570 и Cdx2 ^11568820; МТИЕЯ С677Т ^1801133 были отобраны на основании их участия в метаболизме витамина D.
Рецептор витамина D (VDR) — ядерный гормональный рецептор из суперсемейства ядерных рецепторов. Белок VDR содержит ДНК-связывающий, активирующий транс-
крипцию и лиганд-связывающий домены. Действие витамина D и VDR тесно связано с гормонами щитовидной железы: кальцито-нином и паратиреоидным гормоном. Ген УБЯ локализован на длинном плече 12-й хромосомы (12q12-14) и состоит из 10 экзонов размером около 75 тыс. п. н. [6]. Описано около 300 полиморфных вариантов гена УБЯ. Даже небольшая модификация гена может повлиять на структуру и функциональную активность рецептора. Полиморфизм гена УБЯ может быть связан с различными биологическими эффектами на витамин D. Полиморфные варианты УБЯ Ара1 (гб7975232), ВБт1 (^1544410) и TaqI (ге731236) расположены на 3'-нетранс-лируемом конце. Полиморфные варианты не приводят к замене аминокислотной последовательности кодируемого белка, но влияют на экспрессию генов, регулируя стабильность мРНК [7]. Вариант УБЯ FokI (гб2228570, с.2Т > С, р.МеиА^) расположен в кодирующей области гена УБЯ (экзон 2) и приводит к потере инициации трансляции, в результате чего образуется более короткий и более активный рецепторный белок [8]. Замена УБЯ Cdx2 (гб1 1568820) расположена в промоторной области и вызывает усиление транскрипционной активности на 30% [9].
Ген МТИЕЯ расположен на первой хромосоме (1р36.2) и кодирует фермент, катализирующий превращение 5,10-метилентетрагидрофо-лат в 5-метилентетрагидрофолат в фолатном цикле, таким образом принимая участие в обмене гомоцистеина. Наиболее изученным полиморфным вариантом этого гена является С677Т (ге1801133). Замена в аминокислотной последовательности аланина на валин приводит к нарушению фолатного метаболизма, результатом чего является повышение уровня гомоцистеина [10].
Материалы и методы
Характеристика исследуемой группы
В поперечное когортное исследование были включены женщины, проходившие амбулаторное обследование в Минском городском центре остеопороза и болезней костно-мышеч-ной системы и ревматологическом отделении 1-й Минской городской больницы (Минск, Беларусь). Протокол исследования одобрен Локальным этическим комитетом Белорус-
ской медицинской академии последипломного образования. Все участники исследования подписали письменное информированное согласие в соответствии с Хельсинкской декларацией (в редакции 2013 г.). Критерии включения: согласие на участие в исследовании; отсутствие заболеваний, влияющих на метаболизм витамина D. Критерии исключения для взрослых пациентов с заболеваниями кост-но-мышечной системы: наличие сопутствующих заболеваний, оказывающих влияние на метаболизм витамина D (патология желудочно-кишечного тракта, нарушения функции щитовидной железы, сахарный диабет). Все участники исследования принимали добавки кальция в форме карбоната кальция, эквивалентного 500 мг элементарного кальция, а также получали ежедневную дозу 400-800 международных единиц (МЕ) холекальцифе-рола в соответствии с европейскими рекомендациями [11].
Клинические методы обследования
Клиническое исследование пациентов включало сбор анамнеза согласно утвержденному протоколу, измерение длины тела и массы тела, расчет индекса массы тела (ИМТ) по стандартной методике. Блок вопросов по сбору анамнеза включал информацию о наличии заболеваний, ассоциированных с нарушениями метаболизма витамина D (заболевания желудочно-кишечного тракта, аутоиммунные, кожные заболевания, эндокринная патология, болезни почек, печени), и других факторах риска гиповитаминоза D (гиподинамия, недостаточное пребывание на солнце, пожилой возраст, фотосенсибилизация и др). Уточнялась информация о приеме препаратов хо-лекальциферола: какие препараты принимал пациент, их дозировка и длительность приема. Забор крови натощак для биохимического и электрохемилюминесцентного анализов крови осуществлялся из локтевой вены утром, не ранее чем через 10-12 часов после последнего приема пищи, в стерильную вакуумную пробирку Vacutainer. Определение витамина D в сыворотке крови проводили с помощью электрохемилюминесцентного иммуноанализа на анализаторе Cobas e411 (Roche Diagnostic, Швейцария). Уровень 25(OH)D (общего ги-дроксивитамина D) считался нормой при значении в сыворотке крови >30 нг/мл, недоста-
точным — на уровне 20-30 нг/мл, дефицитом — менее 20 нг/мл [12].
Генетические исследования
Геномную ДНК выделяли из цельной крови с помощью стандартной фенол-хлороформной экстракции. Генотипирование осуществляли с помощью количественной полимеразной цепной реакции (ПЦР) с зондами TaqMan (Thermo Scientific, США) на приборе CFX96 (Bio-Rad, США) по ранее описанным методикам [13, 14]. Полный объем реакции в пробирках для ПЦР составлял 10 мкл, включая 5 мкл iTaq Universal Probes Supermix (BioRad), 3,75 мкл воды milliQ, 0,25 мкл x 40 TaqMan SNP Genotyping Assay, 1 мкл геномной ДНК (15 нг). Реакцию проводили с начальной денатурацией при 95 °C в течение 10 мин, затем 40 циклов денатурации при 95 °C в течение 15 с, отжига и синтеза при 60 °C в течение 30 с. Во время каждой постановки ПЦР применяли положительный и отрицательный контроли, в целях контроля качества некоторые образцы, отобранные в случайном порядке, генотипиро-вали повторно.
Статистический анализ
Вся статистическая обработка результатов и построение графиков осуществлялась с использованием языка программирования R (в свободном доступе на http://r-project. org). Количественные показатели представлены в виде медианы (25%, 75% межквар-тильный размах) и сравнивались с помощью U-критерия Манна-Уитни. Генетический риск дефицита витамина D оценивали методом расчета отношения шансов с 95% доверительным интервалом (ДИ) в сравнении с референсным (наиболее распространенным гомозиготным) генотипом с использованием кодоминантной (общей) модели наследования; в случае, когда частота минорного аллеля (MAF) была ниже 0,1%, использовали доминантную модель наследования. Для корректировки по сопутствующим факторам (масса тела) применяли модель многомерной линейной регрессии, для анализа распределения количественных переменных между генотипами и группами по статусу витамина D — тест ANOVA. Значение бета (ß) характеризует разницу значений количественных признаков среди носителей различных генотипов. Анализ неравновесного сцепления
(LD) проводился с использованием R-пакетов «haplo.stats» (^1.7.9) и «^МРаББОс» (v.1.9-2), ал-лельные комбинации сконструированы и проанализированы на предмет связи с уровнем витамина D с помощью модели GLM, теста отношения правдоподобия и алгоритма ожидания-максимизации (ЕМ). Различия между группами считали статистически значимыми при р < 0,05 с поправкой на множественное тестирование с использованием коэффициента
ложного обнаружения (р.ж) по методу Бенджа-мини-Хохберга (п = 6).
Результаты и обсуждение
Всего для участия в исследовании было отобрано 602 человека, соответствовавших критериям включения и подписавших информированное согласие. Клинические характеристики проанализированных групп представлены в таблице 1. Средний возраст всех пациенток со-
Таблица 1
Клинические характеристики групп, включенных в исследование
Показатель Общая когорта Группы по статусу витамина D Рлыогл
норма недостаточность дефицит
п, чел 602 158 241 203
Возраст, лет 62,4 (58,0; 68,0) 62,9 (58,0; 69,0) 62,5 (58,0; 69,0) 61,7 (56,5; 68,0) 0,22
Масса тела, кг 72,4 (61,0; 82,0) 68,2 (61,0; 78,0) 73,2 (62,0; 82,0) 77,6 (67,7; 87,0) 6,5х10-9
Рост, см 159,8 (155,0; 164,0) 159,7 (155,0; 164,0) 159,9 (156,0; 164,0) 160,0 (155,0; 164,0) 0,69
Индекс массы тела (ИМТ), кг/м2 28,4 (23,8; 32,0) 23,9 (18,6; 24,2) 29,4 (28,7; 30,9) 29,4 (26,9; 32,5) 1,4х10-8
25-гидроксивитамин Б (25(ОН)Б), нг/мл 25,5 (18,1; 30,7) 32,9 (31,1; 33,3) 23,9 (21,9; 24,5) 15,0 (10,7; 19,5) 2,0х10-16
ставлял 62,4 года; средняя масса тела, рост и ИМТ составляли 72,4 кг, 159,8 см и 28,4 кг/м2 соответственно. Уровень 25(ОН)Б в сыворотке крови исследуемых лиц варьировал от 7,4 до 70 нг/мл, средний уровень составил 25,5 (18,1; 30,7) нг/мл.
Исследуемые группы в зависимости от статуса витамина D не отличались по возрасту и росту (по тесту АМОУАр > 0,1 во всех случаях). В то же время были выявлены существенные различия между группами по массе тела и ИМТ: среди лиц с нормальным статусом витамина D масса тела была ниже по сравнению с группами, у которых наблюдались недостаточность и дефицит витамина (р < 0,01).
У лиц с недостаточностью и дефицитом витамина D (гиповитаминозом D) наблюдалась избыточная масса тела (ИМТ в интервале от 25 до 30 кг/м2, табл. 1) [15]. Высокая распространенность дефицита витамина D у лиц с избыточной массой тела была показана во многих исследованиях, однако механизмы, лежащие в основе этой зависимости, до сих пор не установлены [16]. По этой причине в ходе анализа ассоциации локусов с уровнем витамина D результаты были скорректированы по массе тела.
Все участники исследования были про-генотипированы по 6 локусам генов УБЯ и МТИ¥Я. Эти гены участвуют в метаболизме
витамина D. Эффект витамина D опосредуется связыванием со специфическим стероидным рецептором с транскрипционной активностью, регулируя таким образом синтез белка. Полиморфизм гена VDR может способствовать модификации структуры рецептора и его функциональности, что может способствовать изменению концентрации 25(OH)D в сыворотке крови. Ранее уже предполагали, что полиморфизм гена VDR может влиять на уровень витамина D, и этот эффект варьирует в различных популяциях [17, 18], однако комплексные исследования ранее не проводились.
В настоящем исследовании мы проанализи-
ровали связь пяти наиболее часто изучаемых вариантов гена УБЯ и одного варианта гена МТИГЯ с концентрацией 25(ОН^ в сыворотке крови у белорусских женщин для подтверждения их связи на независимой когорте. Частоты минорных аллелей всех проанализированных локусов существенно не отличались от данных GnomAD для европейской популяции [19]. Результаты генотипирования соответствуют ожидаемому равновесию Харди-Вайнберга на уровне 5% в общей группе (р > 0,1 для всех вариантов генов).
Результаты анализа ассоциации уровня 25(ОН^ в сыворотке крови с вариантами
Таблица 2
Ассоциация уровня 25(ОН^ в сыворотке крови с полиморфными вариантами генов
ГБЯ и МТИЕЯ
Ген, локус Генотип Частота, % 25(OH)D, нг/мл ср.зн. ± ст.ош.* Pfdr p ** ГщЦ FDR
VDR rs7975232 C/C 28,4 24,9 ± 0,9
A/C 45,0 24,9 ± 0,7 0,15 0,25
A/A 26,6 27,0 ± 0,9
VDR rs1544410 C/C 31,4 24,5 ± 0,8
C/T 45,0 24,7 ± 0,7 0,017 0,05
T/T 23,6 28,1 ± 1,0
VDR rs731236 A/A 30,4 24,0 ± 0,8
A/G 45,6 24,8 ± 0,6 0,0027 0,016
G/G 24,0 28,6 ± 1,0
VDR rs2228570 G/G 28,6 25,9 ± 0,9
G/A 46,7 25,9 ± 0,7 0,22 0,13
A/A 24,7 24,1 ± 0,8
G/G 68,1 26,2 ± 0,6
G/A 29,5 24,0 ± 0,7 0,092 0,26
VDR A/A 2,4 23,5 ± 3,5
rs11568820
G/A + A/A*** 31,2 23,4 ± 0,7 0,04 0,09
MTHFR rs1801133 G/G 43,8 28,0 ± 0,9
G/A 40,8 26,8 ± 0,8 0,012 0,015
A/A 15,2 22,5 ± 1,5
* среднее значение ± стандартная ошибка;
** результаты скорректированы по массе тела;
*** расчеты произведены для доминантной модели наследования
включенных в исследование генов представлены в таблице 2.
По результатам исследования выявлена статистически значимая ассоциация локу-сов rs1544410, rs731236 и rs1801133 с уровнем 25(OH)D в сыворотке крови, которая сохранилась после коррекции. Для вариантов rs1544410 и rs731236 гена VDR самый низкий уровень 25(OH)D был характерен для носителей референсного генотипа, промежуточный — для гетерозиготных и самый высокий
— для носителей минорных гомозиготных генотипов (pANOVA = 0,0055 и 0,00045 соответственно). Для носителей генотипа rs1544410 T/T концентрация 25(OH)D была на 3,6 нг/ мл выше по сравнению с носителями генотипа C/C (pFDR = 0,017), причем эта ассоциация сохранилась после коррекции по массе тела
Рф FDR = 0,05>
Для носителей генотипа rs731236 G/G
разница составила 4,6 нг/мл (PFDR = 0,003, Padj FDR = 0,02). Обратная зависимость была выявлена для варианта rs11568820 гена VDR
— среди носителей референсных гомозигот G/G уровень 25(OH)D был выше по сравнению с A/G + A/A. Однако после коррекции эта ассоциация осталась на уровне тенденции (табл. 2). Схожие ассоциации ранее были выявлены у представителей других европейских популяций [20, 21].
Среди носителей генотипа A/A по локусу rs1801133 гена MTHFR средний уровень витамина D в сыворотке крови был ниже на 5,5 нг/мл по сравнению с G/G (pFDR = 0,012). Этот эффект сохранился после коррекции и может
быть обусловлен тем, что вариант гб1801 133 ассоциирован со сниженной активностью фермента метилентетрагидрофолатредуктазы и гипергомоцистеинемией, при которой часто характерен дефицит витамина Б [22].
Ранее нами было показано, что между вариантами гб7975232, гб1544410 и гб731236 гена УБЯ выявлена статистически значимая высокая степень неравновесного сцепления [14], в результате которого мажорные аллели одних маркеров наследовались преимущественно с мажорными аллелями других маркеров. В исследовании был выявлен гаплотип А-Т^, среди носителей которого уровень сывороточного 25(ОН)Б был ниже на 2 нг/мл по сравнению с референсным гаплотипом С-С-А (95% ДИ 0,7-3,4; р = 0,017). Учитывая, что наличие высокой степени неравновесного сцепления может способствовать ошибочному выявлению статистически значимой ассоциации для маркеров, находящихся в сцеплении, в дальнейшей работе был проведен анализ ал-лельных комбинаций маркеров УБЯ гб731236, гб11568820 и МТИЕЯ гб1801133. Между этими локусами отсутствует неравновесное сцепление и для них установлена статистически значимая ассоциация с уровнем витамина Б в сыворотке крови (табл. 2). Анализ распределения частот комбинаций позволяет повысить статистическую мощность исследования и выявить потенциальные межгенные взаимодействия. Результаты представлены в таблице 3.
Комплексный анализ по трем маркерам, участвующим в метаболизме витамина Б, позволил выделить 8 аллельных комбинаций
Таблица 3
Ассоциация аллельных комбинаций локусов УБЯ гб731236, гб11568820 иМТИЕЯ гб1801 133
с уровнем витамина Б в сыворотке крови
Аллельная комбинация Частота, % 25(OH)D, нг/мл ср. зн. ± ст. ош.* Р (95% ДИ),** нг/мл Р
A-G-G 28,1 24,2 ± 1,4 - -
G-G-G 26,9 27,7 ± 1,1 3,5 (1,4; 5,7) 0,0015
A-G-A 16,2 23,5 ± 1,5 -0,7 (-3,6; 2,2) 0,64
G-G-A 11,7 24,0 ± 1,2 -0,2 (-2,5; 2,3) 0,91
G-A-G 5,0 23,7 ± 1,8 0,5 (-3,0; 4,0) 0,76
A-A-G 4,8 23,0 ± 2,4 -1,2 (-5,8; 3,5) 0,62
Окончание таблицы 3
Аллельная комбинация Частота, % 25(OH)D, нг/мл ср. зн. ± ст. ош.* ß (95% ДИ),** нг/мл Р
A-A-A 3,8 22,9 ± 2,1 -1,4 (-5,6; 2,8) 0,53
G-A-A 3,5 21,9 ± 2,3 -2,3 (-6,9; 2,3) 0,32
* среднее значение ± стандартная ошибка; ** в — разница по сравнению с референсным значением
Примечание. В качестве референсного принят уровень витамина D у носителей наиболее распространенного гомозиготного генотипа
(табл. 3). Частота встречаемости всех комбинаций в исследуемой группе составила более 3%. Только для аллельной комбинации G-G-G были выявлены статистически значимые различия в концентрации сывороточного витамина D по сравнению с наиболее распространенной референсной А^^ (общая частота 28,1%, среднее значение витамина D составило 24,2 ± 1,4 нг/мл). Среди носителей G-G-G (общая частота 26,9%) уровень 25(ОН^ был значительно выше по сравнению с референсной А^^ (в = 3,5; 95% ДИ 1,4-5,7, р = 0,0015), что вполне ожидаемо, поскольку она состоит из аллелей, ассоциированных с повышенным уровнем витамина. Для других аллельных комбинаций не было выявлено статистически
значимых ассоциаций с уровнем витамина D. Тем не менее, можно отметить, что у носителей комбинации А-А-А, состоящей из аллелей, ассоциированных с недостаточностью витамина D, его концентрация на 1,4 нг/мл ниже по сравнению с референсной комбинацией.
В дальнейшей работе мы также оценили распределение генотипов по каждому исследуемому маркеру в группах в соответствии с уровнем витамина D (норма, недостаточность, дефицит). Результаты были скорректированы по массе тела и представлены в таблице 4 (значенияр представлены с поправкой на множественное тестирование).
По результатам анализа статистически значимая разница в распределении генотипов
Ген, Генотип Частота генотипа (%) в группах OR (95% ДИ)
локус норма недостаточность дефицит PFDR PFDR
VDR rs7975232 C/C 30,3 27,2 22,0 -
A/C 40,9 45,2 48,1 0,36 1,2 (0,7; 1,9) 0,42
A/A 28,9 27,6 29,5 0,9 (0,5; 1,4)
VDR rs1544410 C/C 28,9 31,3 33,4 -
C/T 38,7 47,0 47,5 0,05 1,1 (0,7; 1,7) 0,018
T/T 32,4 21,7 19,1 0,6 (0,3; 0,9)
VDR rs731236 A/A 26,8 27,6 36,6 -
A/G 40,1 49,3 45,4 0,015 1,0 (0,6; 1,6) 0,015
G/G 33,1 23,1 18,0 0,5 (0,3; 0,9)
VDR rs2228570 G/G 31,7 27,6 27,3 -
G/A 48,6 47,0 44,8 0,3 1,4 (0,9; 2,1) 0,24
A/A 19,7 25,4 27,9 2,2 (0,5; 9,9)
Таблица 4
Распределение частот генотипов вариантов генов УБЯ и МТИ¥К в группах с различным
статусом витамина D
Окончание таблицы 4
Ген, Генотип Частота генотипа (%) в группах OR (95% ДИ)
локус норма недостаточность дефицит pfdr PFDR
VDR rs11568820 G/G 73,2 65,9 66,7 -
G/A 25,4 31,8 30,1 0,35 1,2 (0,7; 1,9) 0,25
A/A 1,4 2,3 3,3 1,2 (0,7; 1,9)
MTHFR rs1801133 G/G 10,6 10,1 27,9 -
G/A 37,2 50,0 31,7 0,012 1,5 (0,9; 2,4) 0,049
A/A 52,2 39,9 40,4 2,1 (1,1; 4,4)
Примечание. Коэффициент отношения шансов (OR) рассчитан при сравнении группы «норма» с объединенными группами «недостаточность» + «дефицит»
между группами в зависимости от статуса витамина D была выявлена только для вариантов rs1544410, rs731236 и rs1801133. При этом стоит отметить, что в группе с дефицитом витамина D преимущественно встречались носители гомозиготных генотипов rs1544410 С/С и rs731236 A/A, в то время как в группе с нормальным статусом витамина D более распространены генотипы rs1544410 T/T и rs731236 G/G. Для носителей генотипа rs1801133 А/А, риск недостаточности/дефицита витамина D существенно выше по сравнению с носителями генотипа G/G (OR = 2,1; 95% ДИ 1,1-4,4, pFDR = 0,049), в то время как для носителей генотипов rs1544410 T/T и rs731236 G/G он был снижен (OR = 0,6 и 0,5 соответственно, p = 0,02).
Высокий интерес к изучению метаболизма витамина D в последние годы объясняется его плейотропным биологическим эффектом и вовлеченностью во многие физиологические и патологические процессы. В настоящем исследовании нами показана статистически значимая ассоциация вариантов генов с уровнем 25(OH)D в плазме: генотипы rs1544410 T/T и rs731236 G/G гена VDR связаны с повышенным уровнем витамина D в плазме, в то время как для носителей генотипов rs11568820 A/G + A/A характерен сниженный уровень. Комплексный анализ позволил выявить комбинацию аллелей, статистически значимо ассоциированную со сниженным уровнем витамина D в сыворотке.
Варианты rs7975232, rs1544410 и rs731236 локализованы на З'-конце гена VDR и влияют на стабильность мРНК, в то время как вариант rs11568820 может изменять транскрипци-
онную активность промоторной области гена
[23]. Можно предположить, что повышенный уровень циркулирующего 25(OH)D у носителей определенных генотипов может быть обусловлен изменениями в эффективности витаминного обмена вследствие изменения экспрессии рецептора витамина D. Это подтверждается тем, что уровень мРНК заметно снижен у носителей генотипа rs1544410 T/T по сравнению с носителями генотипа C/C
[24]. У носителей rs7975232 C-, rs1544410 C-и rs731236 A-аллелей экспрессия рецептора повышена, что способствует улучшенному метаболизму витамина. Генные вариации могут приводить к снижению активности широкого спектра ферментов, участвующих в метаболизме 25(OH)D, способствуя повышению его уровня в плазме крови и одновременному снижению межклеточной концентрации 1,25-дигидроксивитамина D, что приводит к неблагоприятным последствиям для здоровья, которые вызваны гиповитаминозом, несмотря на высокое его содержание в крови [25]. Эта гипотеза требует подтверждения в дальнейших исследованиях.
Таким образом, нами выявлен ряд маркеров, статистически значимо ассоциированных со статусом витамина D. Выявленные значительные различия в уровне 25(OH)D в сыворотке у лиц с разными генотипами свидетельствует о том, что универсальный подход в ходе витаминной поддержки требует коррекции принимаемой дозы препаратов холекальциферола в зависимости от индивидуального генотипа пациента. Для более точной оценки связи изученных полиморфных вариантов с уровнем 25(OH)D необходимо учитывать дополнитель-
ные средовые факторы, включая диету, длительность пребывания на солнце, физическую активность и прочее.
Заключение
В исследовании получены новые данные в области генетики витамина D и персонализированной медицины. Полиморфные варианты rs1544410, rs731236, rs11568820 гена VDR и rs1801133 генаMTHFR могут играть важную роль при оценке риска дефицита витамина D и разработке индивидуальных рекомендаций по оптимизации витаминной поддержки, профилактике ряда социально значимых заболеваний.
Исследование выполнено в рамках задания 6.3 «Молекулярно-генетические аспекты костно-мышечной патологии» научно-технической программы Союзного государства «Разработка инновационных геногеографи-ческих и геномных технологий идентификации личности и индивидуальных особенностей человека на основе изучения генофондов регионов Союзного государства» («ДНК-идентификация»).
Список использованных источников
1. Vitamin D: Metabolism, Molecular Mechanism of Action, and Pleiotropic Effects / S. Christakos [et al.] // Physiol. Reviews. - 2016. - Vol. 96, iss.1. - P. 365-408.
2. Haussler, M. R. Vitamin D receptor (VDR)-mediated actions of 1a, 25(OH)2 vitamin D3: genomic and non-genomic mechanisms / M. R. Haussler, P. W. Jurutka [et al.] // Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. - 2011. - Vol. 25. - № 4.
- P. 543-559.
3. Arnson, Y. Vitamin D and autoimmunity: new aetiological and therapeutic considerations / Y. Arnson, H. Amital [et al.] // Ann. Rheum. Dis.
- 2007. - Vol. 66. - № 9. - P. 1137-1142.
4. Pludowski, P. Vitamin D effects on musculo-skeletal health, immunity, autoimmunity, cardiovascular disease, cancer, fertility, pregnancy, dementia and mortality - a review of recent evidence / P. Pludowski, M. F. Holick [et al.] // Autoimmun Rev. - 2013. - Vol. 12. - № 10. - P. 976-989.
5. Pludowski, P. Vitamin D supplementation guidelines / P. Pludowski, M. F. Holick [et al.] // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. - 2018. - Vol. 175.
- P. 125-135.
6. Miyamoto, K. Structural organization of the human vitamin D receptor chromosomal gene and its promoter / K. Miyamoto, R. A. Kesterson [et al.] // Mol Endocrinol. - 1997. - Vol. 11. -P. 1165-1179.
7. Jurutka, P. W. Molecular nature of the vitamin D receptor and its role in regulation of gene expression / P. W. Jurutka, G. K. Whitfield [et al.] // Reviews in endocrine & metabolic disorders. -2001. - Vol. 2. - P. 203-216.
8. Gross, C. The vitamin D receptor gene start codon polymorphism: a functional analysis of Fokl variants / C. Gross, A. V. Krishnan [et al.] // Journal of bone and mineral research. - 1998. -Vol. 13. - P. 1691-1699.
9. Yamamoto, H. The caudal-related home-odomain protein Cdx-2 regulates vitamin D receptor gene expression in the small intestine / H. Yamamoto, K. Miyamoto [et al.] // Journal of bone and mineral research. - 1999. - Vol. 14. -P. 240-247.
10. Yamada, K. Effects of common polymorphisms on the properties of recombinant human methylenetetra-hydrofolate reductase / K. Yama-da, Z. Chen [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2001.
- Vol. 98. - P. 14853e8.
11. Kanis, J. A. European guidance for the diagnosis and management of osteoporosis in postmenopausal women / J. A. Kanis, N. Burlet [et al.] // Osteoporosis international. - 2008. - Vol. 19.
- P. 399-428.
12. Holick, M. F. Evaluation, treatment, and prevention of vitamin D deficiency: an Endocrine Society clinical practice guideline / M. F. Holick, N. C. Binkley [et al.] // The Journal of clinical endocrinology and metabolism. - 2011. - Vol. 96.
- P. 1911-1930.
13. Marozik, P. Association of vitamin D receptor gene variation with osteoporosis risk in belarusian and lithuanian postmenopausal women / P. Marozik, M. Tamulaitiene [et al.] // Front Endocrinol (Lausanne). - 2018. - Vol. 9. - P. 305.
14. Marozik, P. Vitamin D status, bone mineral density, and VDR gene polymorphism in a cohort of Belarusian postmenopausal women / P. Marozik, A. Rudenka [et al.] // Nutrients 2021, 13, 837.
15. Physical status: the use and interpretation of anthropometry. Report of a WHO Expert Committee / World Health Organ Tech Rep Ser // 1995.
- Vol. 854. - P. 1-452.
16. Vranic, L. Vitamin D Deficiency: Consequence or Cause of Obesity? / L. Vranic, I. Mikolasevic [et al.] // Medicina (Kaunas, Lithuania). - 2019. - Vol. 55. - № 9 - P. 541.
17. Zhang, L. Associations between VDR Gene Polymorphisms and Osteoporosis Risk and Bone Mineral Density in Postmenopausal Women: A systematic review and Meta-Analysis / L. Zhang, X. Yin [et al.] // Scientific reports. - 2018.
- Vol. 8. - P. 981.
18. Wang, S. The association between vitamin D receptor FokI gene polymorphism and osteoporosis in postmenopausal women: a meta-analysis / S. Wang, Z. Ai [et al.] // Climacteric: the journal of the International Menopause Society. - 2020.
- Vol. 10. - P. 1-6.
19. Karczewski, K. J. The mutational constraint spectrum quantified from variation in 141, 456 humans / K. J. Karczewski, L. C. Francioli [et al.] // Nature. - 2020. - Vol. 581. - P. 434-443.
20. Marini, F. Study of vitamin D status and vitamin D receptor polymorphisms in a cohort of Italian patients with juvenile idiopathic arthritis / F. Marini, F. Falcini [et al.] // Scientific reports.
- 2020. - Vol. 10. - P. 17550.
21. Barry, E. L. Genetic variants in CYP2R1, CYP24A1, and VDR modify the efficacy of vi-
tamin D3 supplementation for increasing serum 25-hydroxyvitamin D levels in a randomized controlled trial / E. L. Barry, J. R. Rees [et al.] // The Journal of clinical endocrinology and metabolism.
- 2014. - Vol. 99. - P. E2133-2137.
22. Amer, M. The relationship between 25-Hy-droxyvitamin D and homocysteine in asymptomatic adults / M. Amer, R Qayyum // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. - 2014.
- Vol. 99. - Issue 2. - P. 633-638
23. Fang, Y. Promoter and 3'-untranslated-re-gion haplotypes in the vitamin d receptor gene predispose to osteoporotic fracture: the rotterdam study / Y. Fang, J. B. van Meurs [et al.] // American journal of human genetics. - 2005. - Vol. 77.
- P. 807-823.
24. Luo, X. Y. Vitamin D receptor gene BsmI polymorphism B allele, but not BB genotype, is associated with systemic lupus erythematosus in a Han Chinese population / X. Y. Luo, M. H. Yang, // Lupus. - 2012. - Vol. 21. - P. 53-59.
25. McGrath, J. J. A systematic review of the association between common single nucleotide polymorphisms and 25-hydroxyvitamin D concentrations / J. J. McGrath, S. Saha // The Journal of steroid biochemistry and molecular biology. -2010. - Vol. 121. - P. 471-477.
E. V. Kobets1, E. V. Rudenko2, A. V. Rudenko3, V. Yu. Samokhovec3, T. G. Kapustsina4,
P. M. Marozik14
ANALYSIS OF AN ASSOCIATION OF POLYMORPHIC VDR AND MTHFR GENE VARIATS WITH VITAMIN D STATUS IN BELARUSIAN WOMEN
:State Scientific Institution "Institute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus" 27 Akademicheskaya St., 220072 Minsk, Republic of Belarus e-mail: [email protected] 2State Medical University 83 Dzerzhynsky Ave., 220072 Minsk, Republic of Belarus 3Belarusian Medical Academy of Post-Graduate Education 3/3 P. Brovky St., 220013 Minsk, Republic of Belarus International Sakharov Environmental Institute of the Belarusian State University 23/1 Dolgobrodskaya St., 220070 Minsk, Republic of Belarus
Vitamin D is important for bone health and is also involved in maintaining the immune system and cell proliferation. Vitamin D status is a major healthcare concern worldwide. Gene variants, involved in vitamin D metabolism, may be associated with vitamin D status and the effectiveness of vitamin D supplementation. The aim of this work was to analyze the association of VDR rs7975232, rs1544410, rs731236, rs2228570 and rs11568820, MTHFR rs1801133 gene variants with the 25(OH)D level in Belarusian women. In total, 602 individuals, meeting the inclusion criteria, were recruited into the study. The study results demonstrated an association of the rs1544410 T/T and rs731236 G/G variants with an increased 25(OH)D level, and rs11568820 A/G + A/A and rs1801133 A/A with a reduced 25(OH)D level. G-G-G allelic combination carriers had a significantly increased (ß = 3.5; 95 CI 1.4-5.7, p = 0.0015) vitamin D level. The identified markers may play an important role in optimizing vitamin supplementation and preventing complex diseases.
Keywords: vitamin D deficiency, vitamin D status, genetic polymorphism, VDR gene, MTHFR gene.
Дата поступления в редакцию: 28 сентября 2021 г.
