ISSN 2308-9113

О журнале | Редколлегия | Редсовет | Архив номеров | Поиск | Авторам | Рецензентам | English

[ «МЕДИЦИНА» № 4, 2022 ]

Роль генов иммунного ответа в развитии сахарного диабета 2 типа


Кочетова О. В.
к.б.н., старший научный сотрудник1
Авзалетдинова Д. Ш.
к.м.н., доцент, кафедра эндокринологии2
Корытина Г. Ф.
д.б.н., профессор, главный научный сотрудник1
Моругова Т. В.
д.м.н., профессор, зав. кафедрой эндокринологии2
Бобоедова О. В.
врач-ординатор, кафедра эндокринологии2



1Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение ФГБНУ УФИЦ РАН, Уфа, Россия
2ФГБОУ ВО "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Уфа, Россия

Автор для корреспонденции: Авзалетдинова Диана Шамилевна: e-mail: hyppocrat@mail.ru. Финансирование. Исследование поддержано Российским научным фондом (№22-25-00010). Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Аннотация

Сахарный диабет 2-го типа (СД2) ‒ многофакторное хроническое заболевание, развивающееся в том числе вследствие инсулинорезистентности. Одной из причин резистентности к инсулину является наличие хронического воспаления. Целью нашего исследования явился анализ полиморфных вариантов генов провоспалительных цитокинов и их рецепторов (ген рецептора суперсемейства 1B фактора некроза опухоли альфа TNFRSF1B, гены субъединиц А и В интерлейкина 12 IL12A, IL12В) и гена С-реактивного белка (CRP) с развитием СД2 у татар. Маркером риска СД2 являются гомозиготы по редкому аллелю А и гетерозиготы GA локуса rs568408 гена IL12A (PFDR=0.00005, OR=5.28). У носителей генотипа СС гена IL12В (rs3212227) выявлено повышение показателей гликозилированного гемоглобина HbA1 (Р=0.0017) и глюкозы крови натощак (Р=0.03). 

Ключевые слова

сахарный диабет 2 типа, воспаление, C-реактивный белок, провоспалительные цитокины

pdf-версия, скачать

Введение

Сахарный диабет 2 (СД2) типа широко распространенное заболевание среди лиц старше 40 лет. Большую роль в развитии СД2 типа играет наследственный фактор [1]. Чаще остальных заболевание развивается у лиц с ожирением или избыточной массой тела. В настоящее время известно более чем 100 генетических маркеров, обуславливающих заболевание.

Одной из основных причин СД2 является инсулинорезистентность, возникающая, в том числе, в результате хронического воспаления жировой ткани. До недавнего времени причиной подобного воспаления считался повышенный уровень глюкозы, однако последние данные показывают, что гипергликемия лишь усугубляет уже имеющееся вялотекущее воспаление. Согласно новым представлениям, в жировой ткани длинноцепочечные жирные кислоты активируют выработку цитокинов Тh17-лифоцитами, что запускает провоспалительный оксидативный стресс и воспаление [2]. Дифференцировка Т-лимфоцитов в Тh17-лимфоциты происходит при участии интерлейкина-12 [3].

При СД2 в крови повышается содержание маркеров воспалительного процесса: С-реактивного белка (CRP), некоторых цитокинов, например, фактора некроза опухоли альфа (TNFA) [4]. Kahn S.E., et al. (2006) было показано, что CRP проявляет себя в качестве биомаркера риска сердечно-сосудистых заболеваний, также этот белок имеет прогностическое значение при определении прогрессирования СД2, резистентности к инсулину [5].

Ген рецептора суперсемейства 1B фактора некроза опухоли альфа TNFRSF1B в оценке развития риска СД2 изучен слабо, однако установлена связь между уровнем экспрессии TNFRSF1B и употреблением глюкозы [6]. Гены CRP, гены субъединиц А и В интерлейкина 12 (IL12A, IL12В) изучали при онкологических заболеваниях, исследований их взаимосвязи с СД2 нет [7].

Анализ данных литературы показывает, что несмотря на большой интерес к системе воспаления при СД2, данные по генам, кодирующим участников воспаления, являются противоречивыми, что создает предпосылку для проведения репликативных исследований в разных популяциях. В настоящем исследовании мы изучили связь между полиморфными вариантами генов маркеров воспаления с риском развития СД2 у татар.

Цель исследования

Цель нашего исследования ‒ изучить взаимосвязь между полиморфными вариантами генов иммунного ответа TNFRSF1B rs1061624, CRP rs27944521, IL12A rs568408, rs2243115, IL12В rs3212227 с развитием СД2.

Методика исследования

В исследовании были использованы образцы ДНК 921 неродственных индивидов, проживающих на территории Республики Башкортостан. Из них 501 пациент с СД2 и 420 лиц без клинических и лабораторных признаков диабета. Выборки пациентов и контроля были сопоставимы по полу, возрасту. Все участники исследования относились к татарской этнической группе. У всех участников было получено информированное согласие на участие в исследовании. Клинический диагноз СД2 определялся согласно диагностическим критериям Всемирной организации здравоохранения (1999-2013 гг.). Антропометрические исследования включали измерение веса, роста, окружности талии и бедер, рассчитывался индекс соотношения объема талии к объему бедер. Исследование одобрено комитетом по этике Института биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук.

ДНК выделяли из лейкоцитов периферической крови с использованием фенольно-хлороформной очистки. Полиморфные варианты исследованных генов TNFRSF1B rs1061624, CRP rs27944521, IL12A rs568408, rs2243115, IL12В rs3212227 анализировали при помощи полимеразной цепной реакции в реальном времени с использованием коммерческих наборов с флуоресцентной детекцией (FLASHRTAS) (ООО "Тест-Ген", Россия) и прибора BioRad CFX96 TM ("Bio-Rad Laboratories", USA). Флуоресценцию "по конечной точке" и дискриминацию генотипов определяли по протоколу BioRad CFX96 TM, используя программу CFX Manager TM Software.

Размер выборки был рассчитан с помощью программы Quanto v.1.2.4 [8]. Мы изучили 5 полиморфных маркеров 4 генов-кандидатов, при этом использовали наиболее значимые зарегистрированные SNP с высокой частотой минорных аллелей для каждого гена. Размер выборки был достаточным для выявления ассоциации исследуемых SNP и СД2 с мощностью более 80% (мощность 95,5%, распространенность заболевания 3%, ошибка 5,0%). Описание выборки приведено в ранее опубликованной работе [9].

Проверку гипотезы о принадлежности анализируемых выборок проводили с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Проведенный анализ выявил, что все значения не отклонялись от нормального распределения, поэтому при анализе количественных параметров использовали линейный регрессионный анализ. Для оценки взаимосвязи между однонуклеотидными полиморфизмами (SNP) и количественными параметрами, такими как глюкоза, масса тела и т.д. был проведен линейный регрессионный анализ с помощью PLINK v. 1.07 [10].

Для количественных признаков были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения (M±SD). Частоты качественных признаков сравнивались с помощью Pearson's X2. Частоты минорных аллелей (MAF) и соответствие распределения генотипов равновесию Харди-Вайнберга (HWE), анализ ассоциации с использованием основного аллельного теста и расчет отношения шансов (OR) для редкого аллеля каждого локуса и достоверность межгрупповых различий в частотах аллелей и генотипов (тест X2 для неоднородности выборки и P-значения) были выполнены с помощью PLINK v. 1.07. Различия считались значимыми, если соответствующие им значения P были менее 0,05. Чтобы контролировать частоту ошибок типа I, был рассчитан коэффициент ложного обнаружения (FDR) [11].

Результаты исследования

Прежде чем проанализировать полиморфные локусы генов-кандидатов на предмет ассоциаций с СД2, мы проверили, соответствует ли распределение частот их генотипов равновесию Харди-Вайнберга (HWE), и оценили частоты минорных аллелей (MAF) в группах пациентов и здоровых лиц (табл. 1).

Данные о распределении частот аллелей и генотипов для рассматриваемых локусов, значимости их различий между группами и значениях отношения шансов, рассчитанных для минорного аллеля каждого локуса, приведены в табл. 2. Для полиморфного маркера IL12A rs568408 выявлены статистически значимые различия, сохранившиеся при введении поправки на множественность сравнения (PFDR), между пациентами с СД2 и здоровыми лицами (табл. 2).

В Таблице 3 представлены данные об ассоциации локуса rs568408 гена IL12A с СД2 в доминантной модели. По локусу rs568408 гена IL12A частота гомозигот по редкому аллелю и гетерозигот среди пациентов достигала 67,1% по сравнению с 52,8% в контроле (P=0,00001, Рadj=0,00001, PFDR=0,00005, OR=5,28 (95% CI 3.84-7.27) для доминантной модели, взаимосвязь с СД2 выявлена также и для аддитивной модели (P=0,00001, Рadj=0,00001, PFDR=0,00005, OR=4,12 (95% CI 3,25-5,22).

Таблица 1. Хромосомная локализация и частота аллелей исследованных полиморфных локусов

Ген, полиморфизм Хромосома, локализация Аллели, частый/редкий MAF (контроль) MAF (СД2) PHWE (контроль)
TNFRSF1B rs1061624 chr1 12207208 A/G 44,4 48,1 0,06
CRP rs2794521 chr19 48550049 Т/С 21,1 21,6 0,44
IL12A rs568408 chr3 159995680 G/A 29,4 40,8 0,19
IL12A rs2243115 chr 3 159988493 T/G 10,6 8,5 0,67
IL12В rs3212227 chr 5 159315942 A/C 20,5 20,5 0,06

Примечания: MAF – частота минорного аллеля (%); PHWE ‒ соответствие распределения генотипов равновесию Харди-Вайнберга.

Следующим этапом исследования было проведение анализа на выявление уровня сцепления linkage disequilibrium (LD) (r2). В нашем исследовании также не было выявлено сцепления между локусами rs568408 и rs2243115 гена IL12А (r2=0,02).

Проведен анализ количественных показателей, характеризующих СД2, и осложнений СД2 в зависимости от полиморфных вариантов изученных генов-кандидатов. Генотип СС гена IL12В (rs3212227) ассоциирован с более высокими показателями гликозилированного гемоглобина HbA1 (Р=0,0017). Для носителей генотипа СС уровень HbA1 составил 9,03±1,05%, для носителей генотипов АА-АС 7,45±0,07%, соответственно. Выявлена ассоциация локуса rs3212227 гена IL12В с уровнем глюкозы (Р=0,03). У носителей генотипов АА-АС уровень глюкозы составил 7,18±0,14 ммоль/л, тогда как у носителей генотипа СС – 9,39±1,47 ммоль/л.

Таблица 2. Распределение частот генотипов исследуемых полиморфных локусов в группах пациентов с сахарным диабетом 2 типа и здоровых лиц

Ген, полиморфизм Генотип Контроль (N=420) n (%) СД2 (N=502) n (%) OR (95% CI) P/PFDR
TNFRSF1B rs1061624 AA 120 (28,57) 125 (24,95) 1,00 0,24/0,44
GA 227 (54,05) 270 (53,89) 1,20 (0,89-1,61)
GG 73 (17,38) 106 (21,16) 0,91 (0,64-1,27)
CRP rs27944521 TT 259 (61,67) 303 (60,48) 1,00 0,90/0,90
CT 145 (34,52) 180 (35,93) 1,05 (0,80-1,41)
CC 16 (3,81) 18 (3,59) 0,94 (0,45-1,88)
IL12A rs568408 GG 198 (47,14) 165 (32,93) 1,00 0,00001/ 0,0005
GA 197 (46,9) 263 (52,50) 1,82 (1,9-2,38)
AA 25 (5,95) 73 (14,57) 2.71 (1,68-4,33)
IL12A rs2243115 TT 334 (79,52) 421 (84,03) 1,00 0,14/0,30
TG 83 (19,76) 75 (14,97) 0,72 (0,49-1,06)
GG 3 (0,71) 5 (1,00) 1,07 (0,18-6,43)
IL12В rs3212227 AA 271 (64,52) 340 (65,26) 1,00 0,77/0,85
CA 126 (30,0) 148 (28,41) 0,93 (0,69-1,25)
CC 23 (5,48) 33 (6,33) 0,43 (0,21-0,89)

Примечания: n – число лиц с данным генотипом; N – число лиц в выборке; Р – статистическая значимость различий; РFDR – статистическая значимость различий c учетом поправки на множественность сравнений; OR – показатель соотношения шансов; 95% СI – 95% доверительный интервал; жирным шрифтом выделены статистически значимые различия.

Таблица 3. Результаты анализа ассоциации полиморфного локуса rs568408 гена IL12A с развитием сахарного диабета 2 типа в доминантной модели

Генотип Контроль (N=420), n (%) СД2 (N=502), n (%) OR (95% CI) Р Рadj PFDR
GG 198 (47,2) 165 (32,9) 1,00 0,00001 0,00001 0,00005
GA-AA 222 (52,8) 336 (67,1) 5,28 (3,84-7,27)

Примечания: n – число лиц с данным генотипом; N – число лиц в выборке; Р – статистическая значимость различий; Рadj – вероятность нулевой гипотезы с поправкой на возраст, пол и индекс массы тела; РFDR – статистическая значимость различий c учетом поправки на множественность сравнений; OR – показатель соотношения шансов; 95% СI – 95% доверительный интервал; жирным шрифтом выделены статистически значимые различия.

Обсуждение

Был проведен анализ ассоциации генов иммунного ответа: TNFRSF1B rs1061624, CRP rs27944521, IL12A rs568408, rs2243115, IL12В rs3212227 с риском СД2. Эти гены ответственны за биологические пути развития СД2. В доступной литературе данных об исследованиях изученных нами генов во взаимосвязи с СД2 обнаружено не было.

Нами была установлена ассоциация локуса rs568408 гена IL12A с развитием СД2. Аллель А был идентифицирован в качестве маркера риска. По данным литературы, однонуклеотидный полиморфизм rs568404 гена IL12A ассоциирован с риском развития астмы, тиреоидита, а также положительно коррелирует с уровнем интерлейкина-35 в сыворотке крови [12]. Полученные нами ассоциации полиморфного локуса rs3212227 гена IL12В с уровнями глюкозы и HbA1c согласуются с работами других исследователей. Для носителей алелля С показан риск развития метаболического синдрома, сердечно-сосудистых заболеваний, рассеянного склероза [13,14]. Однонуклеотидный полиморфизм rs3212227 ассоциирован с уровнями интрелейкина-12 и/или интерлейкина-35 как у пациентов с различными заболеваниями, так и у здоровых людей [13].

Результаты нашего исследования указывают на то, что IL12В rs3212227 и IL12A rs568408 могут представлять собой важный фактор риска заболеваний, связанных с хроническим системным воспалением, таких как СД2 и его осложнения. Полученные результаты представляют интерес для понимания молекулярных механизмов развития СД2.

Исследование поддержано Российским научным фондом (№22-25-00010).

Список литературы

1. Дедов И.И., Шестакова М.В., Майоров А.Ю., и др. Сахарный диабет 2 типа у взрослых. Сахарный диабет 2020; 23(2S): 4-102, doi: 10.14341/DM12507

2. Nicholas D.A., Proctor E.A., Agrawal M. et al. Fatty Acid Metabolites Combine with Reduced β Oxidation to Activate Th17 Inflammation in Human Type 2 Diabetes. Cell Metab. 2019; 30(3): 447-461.e5, doi: 10.1016/j.cmet.2019.07.004

3. Teng M.W., Bowman E.P., McElwee J.J., Smyth M.J., Casanova J.L., Cooper A.M., Cua D.J. IL-12 and IL-23 cytokines: from discovery to targeted therapies for immune-mediated inflammatory diseases. Nat Med. 2015; 21(7): 719-29, doi: 10.1038/nm.3895

4. Pedula К.L., Nichols G.A., Hillier Т.A. Diabetes is associated with inflammation independent of obesity: a community-based sample of routine care patients. Diabetologia 2007; 50: S118. Abstr. 0267.

5. Kahn S.E., Zinman B., Haffner S.M., et al. ADOPT Study Group. Obesity is a major determinant of the association of C-reactive protein levels and the metabolic syndrome in type 2 diabetes. Diabetes 2006; 5(8): 2357-2364, doi: 10.2337/db06-0116

6. Martínez-García M.Á., Moncayo S., Insenser M., et al. Metabolic Cytokines at Fasting and During Macronutrient Challenges: Influence of Obesity, Female Androgen Excess and Sex. Nutrients 2019; 11(11): 2566, doi: 10.3390/nu11112566

7. Roszak A., Mostowska A., Sowińska A. et al. Contribution of IL12A and IL12B polymorphisms to the risk of cervical cancer. Pathol Oncol Res. 2012; 18(4): 997-1002, doi: 10.1007/s12253-012-9532-x

8. Gauderman W.J. Sample size requirements for association studies of gene-gene interaction. Am J Epidemiol. 2002; 155(5): 478-84, doi: 10.1093/aje/155.5.478

9. Kochetova O.V., Avzaletdinova D.S., Korytina G.F., Morugova T.V., Mustafina O.E. The association between eating behavior and polymorphisms in GRIN2B, GRIK3, GRIA1 and GRIN1 genes in people with type 2 diabetes mellitus. Mol Biol Rep. 2020; 47(3): 2035-2046, doi: 10.1007/s11033-020-05304-x

10. Purcell S., Neale B., Todd-Brown K. et al. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. Am J Hum Genet. 2007; 81(3): 559-75, doi: 10.1086/519795

11. Benjamini Y., Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the royal statistical society. Series B (Methodological) 1995; 57(1): 289-300.

12. de Moura E.L., Dos Santos A.C., et al. Association of Polymorphisms in Cytokine genes with susceptibility to Precancerous Lesions and Cervical Cancer: A systematic review with meta-analysis. Immunol Invest. 2021; 50(5): 492-526, doi: 10.1080/08820139.2020.1778023

13. Vázquez-Vázquez C., Posadas-Sánchez R., Fragoso J.M., et al. IL-12B polymorphisms are associated with the presence of premature coronary artery disease and with cardiovascular risk factors: the genetics of atherosclerotic disease Mexican Study. DNA and Cell Biology 2020; 39(7): 1347-1355.

14. Wei P., Kou W., Zhang C. et al. Genetic variations in interleukin-12B in allergic rhinitis. Immunol Res. 2016; 64(1): 329-36, doi: 10.1007/s12026-015-8758-6



The Role of the Genes of Immune Response in the Development of Type 2 Diabetes


Kochetova O. V.
PhD (Biology), Senior Researcher1
Avzaletdinova D. S.
MD, PhD, Assistant Professor, Chair for Endocrinology2
Korytina G. F.
Doctor of Biology, Professor, Chief Researcher1
Morugova T. V.
Doctor of Medicine, Professor, Head, Chair for Endocrinology2
Boboedova O. V.
Resident Doctor, Chair for Endocrinology2


1Institute of Biochemistry and Genetics – Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the Russian Academy of Sciences, Ufa, Russian Federation 2Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Bashkir State Medical University" of Healthcare Ministry of the Russian Federation, Ufa, Russian Federation

Corresponding Author: Avzaletdinova Diana; e-mail: hyppocrat@mail.ru. Conflict of interest. None declared. Funding. The study was supported by the Russian Science Foundation (No. 22-25-00010).

Abstract

Type 2 diabetes mellitus (T2D) is a complex chronic disease resulting from a lot of factors, including insulin resistance. One of the causes of the insulin resistance is the presence of chronic inflammation. This study aimed to analyze polymorphisms of genes of pro-inflammatory cytokines and their receptors (the gene coding tumor necrosis factor receptor superfamily member 1B TNFRSF1B, the genes coding A and B subunits of interleukin 12 IL12A, IL12B) and C-reactive protein (CRP) with T2D in Tatars. The single nucleotide polymorphism (SNP) rs568408 in IL12A (PFDR=0.00005, OR=5.28) was significantly associated with type 2 diabetes. Regression analysis revealed that rs3212227 in IL12В was associated with the glycated hemoglobin HbA1c level and fasting blood glucose (Р=0.0017 and Р=0.03, respectively).

Key words

type 2 diabetes mellitus, inflammation, C-reactive protein, pro-inflammatory cytokines

References

1. Dedov I.I., Shestakova M.V., Majorov A.Yu., et al. Saharnyj diabet 2 tipa u vzroslyh. [Type 2 diabetes mellitus in adults.] Saharnyj diabet [Diabetes mellitus] 2020; 23(2S): 4-102, doi: 10.14341/DM12507 (In Russ.)

2. Nicholas D.A., Proctor E.A., Agrawal M. et al. Fatty Acid Metabolites Combine with Reduced β Oxidation to Activate Th17 Inflammation in Human Type 2 Diabetes. Cell Metab. 2019; 30(3): 447-461.e5, doi: 10.1016/j.cmet.2019.07.004

3. Teng M.W., Bowman E.P., McElwee J.J., Smyth M.J., Casanova J.L., Cooper A.M., Cua D.J. IL-12 and IL-23 cytokines: from discovery to targeted therapies for immune-mediated inflammatory diseases. Nat Med. 2015; 21(7): 719-29, doi: 10.1038/nm.3895

4. Pedula К.L., Nichols G.A., Hillier Т.A. Diabetes is associated with inflammation independent of obesity: a community-based sample of routine care patients. Diabetologia 2007; 50: S118. Abstr. 0267.

5. Kahn S.E., Zinman B., Haffner S.M., et al. ADOPT Study Group. Obesity is a major determinant of the association of C-reactive protein levels and the metabolic syndrome in type 2 diabetes. Diabetes 2006; 5(8): 2357-2364, doi: 10.2337/db06-0116

6. Martínez-García M.Á., Moncayo S., Insenser M., et al. Metabolic Cytokines at Fasting and During Macronutrient Challenges: Influence of Obesity, Female Androgen Excess and Sex. Nutrients 2019; 11(11): 2566, doi: 10.3390/nu11112566

7. Roszak A., Mostowska A., Sowińska A. et al. Contribution of IL12A and IL12B polymorphisms to the risk of cervical cancer. Pathol Oncol Res. 2012; 18(4): 997-1002, doi: 10.1007/s12253-012-9532-x

8. Gauderman W.J. Sample size requirements for association studies of gene-gene interaction. Am J Epidemiol. 2002; 155(5): 478-84, doi: 10.1093/aje/155.5.478

9. Kochetova O.V., Avzaletdinova D.S., Korytina G.F., Morugova T.V., Mustafina O.E. The association between eating behavior and polymorphisms in GRIN2B, GRIK3, GRIA1 and GRIN1 genes in people with type 2 diabetes mellitus. Mol Biol Rep. 2020; 47(3): 2035-2046, doi: 10.1007/s11033-020-05304-x

10. Purcell S., Neale B., Todd-Brown K. et al. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. Am J Hum Genet. 2007; 81(3): 559-75, doi: 10.1086/519795

11. Benjamini Y., Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the royal statistical society. Series B (Methodological) 1995; 57(1): 289-300.

12. de Moura E.L., Dos Santos A.C., et al. Association of Polymorphisms in Cytokine genes with susceptibility to Precancerous Lesions and Cervical Cancer: A systematic review with meta-analysis. Immunol Invest. 2021; 50(5): 492-526, doi: 10.1080/08820139.2020.1778023

13. Vázquez-Vázquez C., Posadas-Sánchez R., Fragoso J.M., et al. IL-12B polymorphisms are associated with the presence of premature coronary artery disease and with cardiovascular risk factors: the genetics of atherosclerotic disease Mexican Study. DNA and Cell Biology 2020; 39(7): 1347-1355.

14. Wei P., Kou W., Zhang C. et al. Genetic variations in interleukin-12B in allergic rhinitis. Immunol Res. 2016; 64(1): 329-36, doi: 10.1007/s12026-015-8758-6

[ См. также ]

Рубрики

Creative Commons License Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License

Журнал «Медицина» © ООО "Инновационные социальные проекты"
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-52280 от 25 декабря 2012 года,
выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций