37575

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ НАСЛЕДСТВЕННОЙ КОМПОНЕНТЫ ПОДВЕРЖЕННОСТИ К БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ И ТУБЕРКУЛЕЗУ ПО ГЕНАМ ФЕРМЕНТОВ МЕТАБОЛИЗМА КСЕНОБИОТИКОВ

Диссертация

Биология и генетика

Полиморфизм генов глутатионовых Sтрансфераз GSTT1 GSTM1 GSTP1 и цитохромов Р450 CYP2E1 CYP2C19 у жителей г. Ассоциация полиморфных вариантов генов GSTT1 GSTM1 GSTP1 CYP2E1 и CYP2C19 с атопической бронхиальной астмой 65 3. Связь полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с изменчивостью количественных признаков у больных бронхиальной астмой и туберкулезом 85 Заключение 101 Выводы 107 Литература 109 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 95 CI – 95 доверительный интервал; CYP – гены цитохрома Р450;...

Русский

2013-09-24

880.5 KB

2 чел.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ  МЕДИЦИНСКИХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  

ИНСТИТУТ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО

ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

На правах рукописи

БРАГИНА

ЕЛЕНА  ЮРЬЕВНА

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ  АНАЛИЗ  СТРУКТУРЫ  НАСЛЕДСТВЕННОЙ КОМПОНЕНТЫ ПОДВЕРЖЕННОСТИ  К  БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ  И  ТУБЕРКУЛЕЗУ  ПО ГЕНАМ ФЕРМЕНТОВ МЕТАБОЛИЗМА

КСЕНОБИОТИКОВ

03.00.15. – генетика

Диссертация

на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

    Научный руководитель:

академик РАМН,

профессор В. П. Пузырев

        

                                        ТОМСК-2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Список сокращений

4

Введение

6

Глава 1. Обзор литературы

12

   1.1. Ферментативная система биотрансформации

           ксенобиотиков

12

                    1.1.1. Cемейства ферментов I и II фаз метаболизма

12

                    1.1.2. Свойства ферментов метаболизма ксенобиотиков

14

                    1.1.3. Генетический полиморфизм ферментативной системы метаболизма ксенобиотиков

17

   1.2. Молекулярно-генетические аспекты  мультифакториальных  заболеваний (бронхиальная астма и туберкулез)

21

   1.3. Полиморфизм генов ферментов биотрансформации

          ксенобиотиков и патология

37

Глава 2. Материал и методы исследования

48

   2.1. Характеристика обследованных групп населения

48

                    2.1.1. Характеристика группы больных туберкулезом

48

                    2.1.2. Характеристика группы больных

                              бронхиальной   астмой

50

   2.2. Характеристика методов исследования

52

                    2.2.1. Клинико-лабораторные методы исследования

52

                    2.2.2. Молекулярно-генетические методы исследования

54

                    2.2.3. Статистические методы анализа

57

Глава 3. Результаты и обсуждение

60

   3.1. Полиморфизм генов глутатионовых S-трансфераз (GSTT1, GSTM1, GSTP1) и цитохромов Р450 (CYP2E1, CYP2C19) у жителей г. Томска

60

3.2. Оценка роли полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в развитии бронхиальной астмы и туберкулеза

65

                3.2.1. Ассоциация полиморфных вариантов генов GSTT1, GSTM1, GSTP1, CYP2E1 и CYP2C19 с атопической бронхиальной астмой

65

                3.2.2. Ассоциация полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с туберкулезом

70

                3.2.3. Сравнительный анализ роли полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в детерминации бронхиальной астмы и туберкулеза

76

3.3. Анализ ассоциаций генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с бронхиальной астмой и туберкулезом на семейном материале

78

3.4. Оценка связи комбинаций генотипов генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков с туберкулезом и бронхиальной астмой

81

3.5. Связь полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с изменчивостью количественных признаков у больных бронхиальной астмой и туберкулезом

85

Заключение

101

Выводы

107

Литература

109

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

95% CI  –  95% доверительный интервал;

CYP  –  гены цитохрома Р450;

GST – глутатион S-трансфераза;

GSTT1 (θ1) – глутатион S-трансфераза тета 1;

GSTT1+ - гомо- и гетерозиготы гена GSTT1;

GSTМ1 (μ1) - глутатион S-трансфераза мю 1;

GSTМ1+ - гомо- и гетерозиготы гена GSTМ1;

GSTР1 (π1) - глутатион S-трансфераза пи 1;

HLA – главный комплекс гистосовместимости человека;

Ig – иммуноглобулины;  

IL1B – ген интерлейкина 1 В;

IL1RN – ген антагониста рецептора к интерлейкину 1;

INF-γ – гамма интерферон;

mEH – микросомальная эпоксигидролаза;

NAT2 – ген N-ацетилтрансферазы;

NRAMP1 (NRAMP1) – ген макрофагального белка (макрофагальный белок),   ассоциированного с естественной резистентностью;

OR (Odds ratio) – отношение шансов;

P450 – цитохромы Р450;

S.D. – стандартное отклонение;

S.E. – стандартная ошибка;

TDT (Transmission/Disequilibrium Test) – тест на неравновесие по сцеплению;

TNFА – ген фактора некроза опухолей;

VDR – ген рецептора к витамину D;

АБП – антибактериальные препараты;

АЛТ – аланинаминотрасфераза;

АСТ – аспартатаминотрансфераза;

БА – бронхиальная астма;

БГР (BHR) – бронхиальная гиперреактивность;

ИЛ – интерлейкин (ы);

МБТ (M. tuberculosis) – микобактерия туберкулеза;

ОМЛ – острая миелоидная лейкемия;

ОФВ1  (FEV1) – объем форсированного выдоха за первую секунду;

ПСВ (PEF)– пиковая скорость выдоха;

РС20 – наличие бронхиальной гиперреактивности, установленное с помощью ингаляционного провокационного теста с метахолином;

РЛ – рак легкого;

РРП – рак ротовой полости;

РХФ – равновесие Харди-Вайнберга;

САП – скарификационные аллергопробы;

ТБ – туберкулез;

ФВД – функции внешнего дыхания;

ФЖЕЛ (FVC) – форсированная жизненная емкость;

ФМК/ФБК – ферменты метаболизма/биотрансформации ксенобиотиков.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

Генетика широко распространенных болезней человека является активно развивающейся областью исследований. Однако темп накопления сведений о конкретных генах, участвующих в их возникновении и развитии существенно уступает известным на сегодня знаниям по генетике моногенных (менделевских) болезней. Еще более скромные успехи отмечены в изучении генетических основ подверженности к инфекционным заболеваниям. В последнем случае преобладают исследования, касающиеся изучения генетических характеристик возбудителей болезней, их геномов в формировании восприимчивости (устойчивости) человека к конкретной инфекции и клинического полиморфизма болезни.  Наряду с этим направлением – изучение генома самого человека, контактирующего с инфекцией, заболевшего или сохранившего здоровье - становится важной областью генетических исследований [Пузырев и др., 2002; Frodshem, Hill, 2004]. Заметим, что отечественным генетиком А.С. Серебровским (1939) было высказано положение, обозначенное им как противоречие «единства бесконечного числа признаков и конечного числа генов», нашедшее, спустя более полувека, развитие в геномных исследованиях человека и обсуждение проектов «Феном человека» [Freimer, Sabatti, 2003] и «Феном мыши» [Paigen, Eppig, 2000]. «Важное различие между геномом и феномом состоит в том, что в то время как геном ограничен (приблизительно 3 млрд. пар оснований у человека), феном – нет (его предел зависит от того, как далеко мы хотим двигаться)» - эта мысль, сформулированная K. Paigen и J.T. Eppig (2000) тождественна положению А.С. Серебровского (1939). Подмеченное сходство взглядов классика генетики XX века и современных исследователей генома человека на гено-фенотипические взаимоотношения [Пузырев, 2001] является, по нашему мнению, обоснованием перспективности высказываемых и ранее гипотез о том, что клинически различные группы (нозологии) заболеваний человека могут контролироваться общим набором генов подверженности [Becker et al., 1998].

С позиции изучения вклада «общих» генов в развитие различных болезней особую актуальность приобретает исследование системы генов метаболизма ксенобиотиков, поскольку ферментами этой системы осуществляется метаболизм не только большинства разнообразных по химической структуре экзогенных молекул, но и многочисленных эндогенных веществ, например, медиаторов воспаления. Система ферментов метаболизма ксенобиотиков представляет собой сформировавшийся в процессе эволюции механизм адаптации организма к воздействию токсичных экзогенных и эндогенных веществ. Предполагается, что различия в скорости деградации различных субстратов ферментами метаболизма могут лежать в основе неодинаковой восприимчивости к ряду заболеваний. Изучению участия генов этой системы в развитии онкопатологии,  эндометриоза, бронхиальной астмы, хронической обструктивной болезни легких, инфекционных заболеваний посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов [Lin et al., 1998; Иващенко и др., 2001;  Ляхович и др., 2000, 2002; Delfino et al., 2000; Вавилин и др., 2002; Rollinson et al., 2003; Бикмаева и др., 2004]. Очевидно, что генетические различия в регуляции, экспрессии и активности генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков являются решающими факторами в развитии болезни и позволяют рассматривать ее как важное звено в этиологии и патогенезе этих заболеваний.

Особое внимание исследователей привлекает участие ферментативной системы метаболизма в биотрансформации лекарственных препаратов [Nebert, 1997]. Изучение полиморфизма генов этой системы в различных популяциях, обусловливающего существование индивидуальных особенностей метаболизма лекарственных препаратов, проявляющихся различиями в эффективности терапии и наличием многообразных побочных эффектов медикаментозной нагрузки, являются достаточно перспективными в практическом применении.

Представляется перспективным проведение сравнительного анализа участия белков ферментов метаболизма ксенобиотиков в возникновении и развитии заболеваний, которые с одной стороны, часто сочетаются друг с другом у одного индивидуума (синтропии), с другой – редко или совсем не встречаются вместе (дистропии).

Туберкулез (ТБ) и бронхиальная астма (БА), являющиеся частой патологией народонаселения, по-видимому, относятся к дистропным заболеваниям. Так, эпидемиологическая парадигма свидетельствует о том, что риск развития атопической БА и ее различных клинических проявлений в течение жизни намного ниже у индивидов, перенесших ТБ в детском возрасте [Von Hertzen et al., 1999, Shirakawa et al., 1997]. Тем не менее, показано, что при БА и ТБ имеет место общая генетическая основа (гены системы HLA, интерлейкинов и их рецепторных антагонистов и др.), обусловленная функциональной значимостью продуктов экспрессии этих генов в инфекционно-аллергическом процессе [Sandford et al., 1996; Greenwod et al., 2000; Bellamy, 2000; Sengler et al., 2002].

Таким образом, изучение роли полиморфных вариантов генов системы метаболизма в развитии БА и ТБ актуально и предполагает исследование их связи с клиническими особенностями течения заболеваний для понимания механизмов взаимодействия в процессе реализации наследственной информации на уровне целостного организма.

Цель работы: Провести сравнительный анализ значения полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в развитии бронхиальной астмы и туберкулеза легких, оценить их роль в формировании клинических проявлений данных заболеваний у жителей города Томска.

Задачи исследования:

  1.  Изучить распространенность частот полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков (CYP2C19, CYP2E1, GSTT1, GSTM1 и GSTP1) в выборке здоровых индивидов.
  2.  Оценить связь полиморфизмов исследуемых генов с атопической бронхиальной астмой и туберкулезом легких.
  3.  Изучить связь полиморфных вариантов, включенных в исследование генов, с клиническими особенностями течения бронхиальной астмы и туберкулеза легких, а также с патогенетически значимыми для этих заболеваний качественными и количественными признаками.
  4.  Провести сравнительный анализ роли полиморфных вариантов генов системы метаболизма ксенобиотиков в развитии бронхиальной астмы и туберкулеза.

Научная новизна: 

Получены новые знания о роли генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков (GSTT1, GSTM1, GSTP1, CYP2E1, CYP2C19) в развитии бронхиальной астмы и туберкулеза легких у жителей города Томска. Впервые проведена сравнительная оценка значимости исследуемых полиморфных вариантов генов системы метаболизма в развитии бронхолегочных патологий (на примере бронхиальной астмы и туберкулеза). Выявлены ассоциации полиморфизма генов GSTM1 (делеция) и CYP2E1 (7632T>A) с развитием бронхиальной астмы, а GSTP1 (313A>G) – с туберкулезом. Изучено влияние полиморфных вариантов генов системы метаболизма на развитие различных клинических особенностей течения заболеваний. Впервые проведена сравнительная оценка относительного риска в зависимости от комбинаций генотипов исследуемых генов для развития бронхиальной астмы и туберкулеза. Установлена роль генов глутатионовых S-трансфераз (GSTT1, GSTM1, GSTP1) и цитохромов Р450 (CYP2C19, CYP2E1) в детерминации изменчивости количественных, патогенетически значимых для заболеваний признаков. Показана связь полиморфного варианта 313A>G гена GSTP1 с изменчивостью уровня аланинаминотрансферазы у больных туберкулезом легких во время лечения антимикобактериальными препаратами.

Практическая значимость:

Полученные результаты исследования могут быть положены в основу разработки скрининговых программ по выявлению лиц с повышенным риском развития бронхиальной астмы и туберкулеза. Сведения о связи полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с изменчивостью показателей печеночной функции могут быть учтены при проведении профилактических мероприятий с целью предотвращения проявлений гепатотоксичности во время  противотуберкулезной терапии. Материалы работы могут быть использованы в учебно-методическом процессе на биологических и медицинских факультетах ВУЗов. Полученная информация о полиморфизме генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков у русских жителей города Томска может быть использована при проведении генетико-эпидемиологических исследований широко распространенных заболеваний.

Положения, выносимые на защиту:

  1.  Генетическими маркерами подверженности к бронхиальной астме могут быть генотип Т/А (полиморфизм 7632Т>А) гена CYP2E1  и «нулевой» генотип делеционного полиморфизма гена GSTM1.
  2.  У жителей города Томска генотип G/G гена GSTP1 (полиморфизм 313A>G) снижает риск развития туберкулеза.
  3.  Фактором генетической предрасположенности к бронхиальной астме является «нулевой» генотип гена GSTM1 как в сочетании с генотипом GSTT1+, так и в комбинации с гетерозиготным генотипом гена CYP2E1 (полиморфизм 7632Т>А).
  4.  «Нулевой» генотип гена GSTM1 и генотип *1/*1 гена CYP2C19 оказывают влияние на формирование клинических фенотипов бронхиальной астмы, определяющихся такими показателями как: уровень общего иммуноглобулина Е в сыворотке крови и форсированная жизненная емкость легких.
  5.  Изменчивость признаков, характеризующих особенности клинического течения туберкулеза (уровень эритроцитов и аланинаминотрансферазы), определяется полиморфными вариантами генов CYP2C19 (681G>A) и GSTP1 (313A>G) системы метаболизма ксенобиотиков.

Апробация работы:

Основные результаты исследования по теме диссертационной работы доложены и обсуждены на межлабораторных научных семинарах ГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН (Томск, 2002, 2003); VI, VII  научных конференциях «Генетика человека и патология» (Томск, 2002, 2004); IV Международном конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2003); V съезде Российского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005).

ГЛАВА 1. ОБЗОР  ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Ферментативная система биотрансформации ксенобиотиков

  1.  Семейства ферментов I и II фазы метаболизма

В процессах метаболизма различных по химическому составу ксенобиотиков, в том числе лекарственных препаратов и ряда эндогенных субстратов, выделяют две фазы [Urs, 1997]. Цитохромы Р450, флавинсодержащие монооксигеназы, эстеразы, амидазы, альдегиддегидрогеназы и др. относят к ферментам I-й фазы биотрансформации, которые участвуют в реакциях окисления и восстановления, а также гидролиза молекул ксенобиотика [Gonzalez, 1993]. Ведущая роль в окислении многих ксенобиотиков, а также важнейших для жизнедеятельности эндогенных соединений, таких как стероидные гормоны, витамины, жирные и желчные кислоты, простагландины, лейкотриены, биогенные амины, ретиноиды и др. принадлежит цитохрому Р450 [Ляхович, Цырлов, 1981; Waxman, Azaroff, 1992]. В ходе ферментативных реакций I-й фазы биотрансформации (фаза активации) образуются водорастворимые соединения. В дальнейшем эти соединения могут подвергаться конъюгации с эндогенными соединениями, восстановлению или гидролизу с помощью ферментов II-й фазы (фаза детоксикации), а затем выведению из организма. Ко второй фазе метаболизма принадлежат ферменты конъюгации – глутатион S-трансферазы (GST), конъюгирующие главным образом электрофильные соединения с глутатионом, УДФ-глюкуронозилтрансферазы (UDPGT), катализирующие реакции конъюгации молекул ксенобиотика или его метаболита с глюкуроновой кислотой [Morgenstern, DePierre, 1985], N-ацетил- (NAT), сульфо- (ST) -трансферазы, эпоксидгидролазы (EH), гидролизующие эпоксиды и др. [Sipes, Gandolfi, 1986].

В реакции II-й фазы метаболизма ксенобиотики могут вступать не только после метаболизма в реакциях I-й фазы, но и напрямую, а впоследствии подвергаться или не подвергаться окислению ферментами цитохрома Р450 [Saito et al., 1986], а результатом метаболизма может быть как уменьшение, так и усиление токсичных свойств субстрата. На рис. 1 представлены возможные комбинации взаимодействия двух фаз биотрансформации.

Рис.1. Изменение токсичных свойств ксенобиотиков в ходе реакциий I-й и II-й фаз биотрансформации.

Наиболее благоприятным исходом из них будет вариант, когда изначально токсичные свойства ксенобиотика снижаются под воздействием ферментов I и II фазы, а высокая активность различных цитохромов Р450 в сочетании с низкой активностью ферментов II-й фазы биотрансформации является наиболее неблагоприятной и приводит к увеличению риска развития некоторых заболеваний [Guengerich, 1988].

1.1.2. Свойства ферментов метаболизма ксенобиотиков

Цитохром Р450 является уникальным по своим свойствам гемопротеидом, обеспечивающим внедрение активированного кислорода непосредственно в молекулу субстрата. В общей сложности известно о 107 генах цитохромов Р450 в геноме человека, из них 59 индивидуальных цитохромов Р450 и 48 псевдогенов [Ingelman-Sundberg, 2004]. На сегодняшний день для большинства цитохромов установлена функциональная значимость. Цитохромы Р450 семейств 1-3 ответственны  в большинстве случаев (70-80% из всех ферментов I-й фазы биотрансформации) за метаболизм используемых в клинической практике лекарственных препаратов [Ingelman-Sundberg, 2004; Evans, Relling, 1999; Bertz, Granneman, 1997].  Члены семейства CYP1, 2, 3, 4 – ответственны за метаболизм чужеродных соединений, а CYP11, CYP17, CYP19, CYP21 вовлечены в метаболизм стероидов и желчных кислот [Ioannides, Lewis, 2004; Lewis et al., 2004; Rifkind et al., 1995]. Часть цитохромов Р450 окисляют жирорастворимые витамины, некоторые вовлечены в метаболизм жирных кислот и эйкозаноидов.

Для многих цитохромов Р450 описаны высокоспецифичные субстраты. Однако одной из особенностей как цитохрома Р450, так и его индивидуальных форм является способность к метаболизму большого спектра субстратов. Поэтому изоформы цитохрома Р450 перекрываются в своей субстратной специфичности, и даже высокоспецифичные субстраты могут подвергаться метаболизму многими из них [Райс, Гуляева, 2003]. Интересно, что наряду с селективными субстратами существуют и такие, в метаболизме которых участвуют многие формы цитохрома Р450. Классическим примером такого субстрата является лекарственное средство антипирин, который метаболизируют CYP1A1, 2C8, 2C9, 2C18, 2B6, 3A4, 2D6, 2A6, 2C19 и 2Е1 [Engel et al., 1996].

Глутатион S-трансферазы – мультигенное семейство соответствующих ферментов, которое участвует в метаболизме большого числа электрофильных соединений путем их конъюгации с глутатионом, а также в биотрансформации некоторых эндогенных соединений (гормонов, липидов, простагландинов, лейкотриенов) [Morgenstern, DePierre, 1985; Кулинский, 1999; Hayes, Strange, 1999]. К настоящему времени известно, что у млекопитающих различают 6 подклассов глутатион S-трансфераз: 5 семейств цитоплазматической (альфа (α), мю (μ), тэта (θ), пи (π) и зета (Z)) и одно семейство микросомальной GST [Eaton, Bammler, 1999] . Синтез глутатионовых S-трансфераз контролируется различными генами, в которых выявлены полиморфизмы, оказывающие существенное влияние на их функции. Известно, что функциональная GST  является димером [Beckett, Hayes, 1993].

Цитохром Р450 первоначально был обнаружен в печени, а затем и в других органах. Изучение внепеченочной экспрессии позволило сказать о тканеспецифичности цитохромов Р450. Тканеспецифичная экспрессия различных изоформ цитохрома Р450 определяет особенности протекающих монооксигеназных реакций и отражает адаптацию этой универсальной ферментной системы к структурно-функциональной организации той или иной системы организма.  Так, высокая экспрессия цитохрома Р450 в гепатоцитах обеспечивает наиболее активное участие этого органа в биотрансформации ксенобиотиков. В печени ферменты метаболизма ксенобиотиков представлены максимально, а затем по убыванию следуют почки, легкие, кишечник, головной мозг и другие органы. В надпочечниках и половых железах в основном экспрессированы изоформы, участвующие в биосинтезе стероидных гормонов, в почках - изоформы, участвующие в биотрансформации ксенобиотиков и витамина Д и т.д. [Ingelman-Sundberg et al., 1995; Haehner et al., 1996].

На протяжении дыхательного тракта экспрессируются как цитохромы P450, так и ферменты второй фазы биотрансформации. Так в различных сегментах легких обнаружены ферменты семейств CYP1, 2, 3 и 4 [Wheeler, Guenthner, 1991; Raunio et al., 1995]. Из ферментов второй фазы наиболее представлены по всей протяженности респираторного тракта NAT1, NAT2, а также GSTμ1, GSTμ3 и GSTπ1. Необходимо отметить, что  глутатионовые S-трансферазы класса составляют более чем 90% от общей GST-активности в эпителиальных клетках легких человека [Frayer et al., 1986] .

Таким образом, знания об экспрессии генов ферментов метаболизма в различных органах и тканях, а также выявление их субстратной специфичности создают возможность объяснения тканеспецифичного метаболизма ксенобиотиков [Ravindranath, 1998]. Однако для этого необходимо изучение специфичного взаимодействия ферментов I-й и II-й фазы в метаболизме различных по химическому составу эндогенных и экзогенных ксенобиотиков, в том числе и лекарственных препаратов, определение их активности и генотипирования полиморфных генов [Pelkonen, Raunio, 1997; Nebert et al., 2003].

Одним из важных свойств системы цитохрома Р450 является индукция – активация транскрипции гена в присутствии субстрата [Ляхович, Цырлов; 1981]. Ранее предполагалось, что ксенобиотики сами являются факторами регуляции собственного метаболизма, однако впоследствии были показаны генетические механизмы процесса индукции [Poland et al., 1973]. Cпособность к индукции характерна для многих генов ферментов метаболизма ксенобиотиков семейств цитохрома Р450 [Honkakoski, Negishi, 2000] и имеет для организма приспособительное значение к меняющимся условиям химического окружения [Denison, Whitlock, 1995], в некоторых случаях достаточно довольно низких концентраций ксенобиотиков-индукторов, чтобы вызвать сильный ответ [Whitlock, Gelboin, 1974; Surry et al., 2000].

Некоторые ксенобиотики оказывают противоположный индукции эффект – ингибируют активность цитохромов Р450, что происходит вследствие образования реактивного метаболита, который ковалентно фиксируется в активном центре фермента. Показано ингибирование активности ферментов некоторыми лекарствами, например, изониазидом [Wen et al., 2002]. В случае, когда несколько ксенобиотиков метаболизируются одним и тем же ферментом семейства цитохрома Р450, они являются конкурентными ингибиторами друг для друга.

1.1.3. Генетический полиморфизм ферментативной системы

метаболизма ксенобиотиков

Молекулярные механизмы полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков обусловлены следующим:

a) Нуклеотидные различия в кодирующем регионе гена приводят к замене аминокислоты и изменению в деятельности фермента или связывания субстрата (например, CYP2D6).

б) Делеции в кодирующем регионе приводят к отсутствию фермента или недостаточному синтезу белка (например, CYP2A6, CYP2D6 и GSTM1).

в) Полиморфизмы в некодирующей области затрагивают элементы транскрипционного контроля, вовлеченные в экспрессию и индукцию фермента (например, CYP1A1).

г) Изменения в сигнале полиаденилирования изменяет количество фермента (например, NAT1).

д) Генная амплификация повышает количество фермента (например, CYP2D6).

е) Сложные взаимодействия полиморфных генов и/или их ферментативных продуктов (например, более высокая активность CYP1A1 и 1A2 у лиц с GSTM1-дефицитом, вероятно из-за большего бионакопления компонентов индукции) [Bartsch et al., 2000].

С феноменом генетического полиморфизма ферментов, участвующих в биотрансформации ксенобиотиков впервые столкнулись фармакологи, и это явление обусловливает значительные межиндивидуальные различия в метаболизме – до 104 [Guengerich, 2003]. По причине существования многочисленных данных с использованием различных обозначений аллелей генов цитохромов Р450 в настоящее время выработана единая классификация, рекомендованная к применению для исследователей [Nelson et al., 1996].

У человека подкласс GSTμ кодируется генами, локализованными на хромосоме 1 в области 1р13.3 и включает пять тандемно расположенных генов: GSTM1, GSTM2, GSTM3, GSTM4 и GSTM5 [Афанасьева, Спицин, 1990]. Для гена GSTM1 установлены две мутации: точковая замена, не имеющая функциональных проявлений [De Long et al., 1988], и протяженная делеция гена (10 т.п.н.), которая возникла в результате неравного кроссинговера  между двумя гомологичными последовательностями, фланкирующими ген GSTM1, проявляющаяся отсутствием белка [Seidegard, 1988]. GSTM1*A и GSTM1*B кодируют GSTM1A и GSTM1B ферменты, которые функционально идентичны и различаются только по одной аминокислоте. GSTM1A содержит лизин в позиции 172, а GSTM1B – аспарагинин в этом же положении [Hatagima, Strange, 2000].

Ген GSTT1 картирован на хромосоме 22 (локус 22q11.2). Его полиморфизм обусловлен наличием двух аллелей: функционально активного GSTT1*1 и неактивного, так называемого «нулевого» (GSTT1*0). Аллель GSTT1*0 соответствует частичной или полной делеции, приводящей к снижению активности белка [Pemble et al., 1994].

Ген GSTP1 локализован на хромосоме 11 (11q13) и преимущественно экспрессируется в альвеолярных клетках, альвеолярных макрофагах, бронхиолах и плаценте. Для гена GSTP1 описаны две точковые мутации: замена аденина на гуанин в 313 положении первичной последовательности GSTP1, проявляющейся заменой изолейцина 105 на валин (Ile105Val) в 5 экзоне, и замена С341Т, проявляющейся заменой аланина 114 на валин (Ala114Val) в 6 экзоне [Board et al., 1989]. При мутации 105Val в 7 раз увеличивается каталитическая активность фермента по отношению к полициклическим ароматическим соединениям, но в 3 раза снижена активность по отношению к 1-хлор-2,4-динитробензену [Watson et al., 1998].

К настоящему моменту описаны девять  аллелей гена CYP2C19, два активных аллеля CYP2C19*1A (wt1) и CYP2C19*1B (wt2) и семь дефектных аллелей CYP2C19*2A (m1A), 2C19*2B (m1B), 2C19*3 (m2), 2C19*4 (m3), 2C19*5A (m4 или TRP433), 2C19*5B, и 2C19*6 (m5) [Romkes et al., 1991; Richardson et al., 1995; Ibenau et al., 1998]. Основной генетический дефект, найденный у «медленных» метаболизеров (S)-мефенитоина – точечная замена G на A в пятом экзоне в положении 681 гена CYP2C19 (CYP2C19*2), приводящая к аберрантному сайту сплайсинга. Образующаяся мРНК не содержит первые 40 оснований пятого экзона, что нарушает рамку считывания, и приводит к образованию стоп-кодона. В печени индивидуумов, гомозиготных по этому дефекту, обнаруживается лишь аберрантно сплайсированная РНК. Таким образом, сплайсинг проходит исключительно с использованием сайта, возникшего в результате мутации [Крынецкий, 1996]. Этот полиморфизм является важным в отношении метаболизма лекарственных препаратов, связанный с нарушением способности цитохрома Р450 метаболизировать антиэпилептический препарат (S)-мефенитоин, а также омепразол, прогуанил, некоторые барбитураты и др. Кроме того показана еще одна точечная замена GA в положении 636 в четвертом экзоне гена CYP2C19 (CYP2C19*3), приводящая к продукции укороченного белка [Ibenau et al., 1999; Xie et al., 1999; Yang et al., 2004; Schwab et al., 2004].

Ген CYP2E1 локализован на хромосоме 10q24.3-qter и состоит из 11413 п.н. и содержит 9 экзонов, кодирующих продукт из 493 аминокислот [Kolble, 1993]. Для гена CYP2E1 (табл. 1) наиболее часто рассматриваются тесно сцепленные полиморфизмы по рестрикционным эндонуклеазам PstI/RsaI (мутантный аллель CYP2E1*5B), локализованные в 5’-фланкируещем регионе гена [Hayashi et al., 1991; Watanabe et al., 1994;], при которых мутантный аллель способствует повышенной транскрипционной и ферментативной активности, а также DraI полиморфизм (мутантный аллель CYP2E1*6), расположенный в 6 интроне [Uematsu et al., 1991], для редкого аллеля которого показаны мутации, влияющие на экспрессию гена и каталитическую активность соответствующего белка [Hu et al., 1997].

Таблица 1

Номенклатура аллелей CYP2E1 гена (составлена по данным сайта http://www/imm.ki.se/CYPalleles)

Аллель

Белок

Однонуклеотидные замены

Эндонуклеаза 

рестрикции

CYP2E1*1A

CYP2E1*1B

CYP2E1*1C

CYP2E1*1D

CYP2E1*2

CYP2E1*3

CYP2E1*4

CYP2E1*5A

CYP2E1*5B

CYP2E1*6

CYP2E1*7A

CYP2E1*7B

CYP2E1*7C

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.2

CYP2E1.3

CYP2E1.4

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.1

CYP2E1.1

-

9893C>G

6 тандемов

8 тандемов

1132G>A

10023G >A

4768G>A

-1293G>C

-1053C>T

7632T>A

-1293G>C

-1053C>T

7632T>A

-333T>A

-71G>T;-333T>A

-333T>A;-352A>G

TaqI

DraI, XbaI

PstI

RsaI

DraI

PstI

RsaI

DraI

Таким образом, качественный состав и количественные соотношения изоформ ферментов метаболизма ксенобиотиков могут меняться под воздействием непосредственно самих же ксенобиотиков на организм. В зависимости от структуры исходного субстрата может происходить либо его биоактивация и увеличение токсичности, либо обезвреживание ксенобиотика. В результате ингибирования, индукции и генетического полиморфизма ферментов метаболизма ксенобиотиков может возникать дефицит или очень высокая активность отдельных изоформ и, как следствие, иметь место нежелательные для организма последствия: дисбаланс процессов биотрансформации ксенобиотиков, приводящий к развитию патологического состояния организма, а также снижение терапевтической активности лекарственных препаратов и всевозможные проявления побочных эффектов от их терапевтического действия.

1.2. Молекулярно-генетические аспекты мультифакториальных

заболеваний (бронхиальная астма и туберкулез)

Развитие подавляющего большинства мультифакториальных заболеваний (МФЗ) происходит при сочетанном влиянии разнообразных факторов. МФЗ представляют группу болезней, развитие которых определяется неблагоприятным сочетанием полиморфных вариантов генов, контролирующих возникновение и патогенез заболевания в совокупности с определенными воздействиями факторов среды. Для МФЗ характерен ряд особенностей, которые с одной стороны, позволяют рассматривать эту группу патологий как модель изучения комплекса специфичных генов и экзогенных факторов, которые, взаимодействуя между собой, формируют норму реакции устойчивости человека к среде обитания  [Гинтер, 2001; Бочков и др., 1984], а с другой - значительно осложняют обобщение данных для установления истинных генов подверженности сложнонаследуемых заболеваний. Например, существенное увеличение распространенности многих полигенных заболеваний (астма и связанные с атопией патологические состояния, туберкулез и др.) нельзя объяснить изменениями в генетической структуре за прошедшие десятилетия. Вероятно, что существующие генетические факторы, взаимодействующие с изменившимися условиями окружающей среды (снижение числа инфекционных болезней, повсеместная иммунизация, особенности питания и др.) вызывают повышенную восприимчивость популяции к вышеперечисленным заболеваниям [Organov, Maslennikova, 1999; Sengler et al., 2002]. Это пример того, как воздействие факторов внешней среды может значительно изменить положение порога подверженности к МФЗ [Фогель, Мотульски, 1990]. Кроме того, необходимо учитывать наличие сочетаний индивидуальных для каждой отдельно взятой популяции аллельных вариантов генов предрасположенности к заболеванию, что отражают различающиеся результаты анализа ассоциаций с МФЗ. Тем не менее, установление генов предрасположенности и изучение их совместной работы, выявление особенностей взаимодействия с факторами негенетической природы в развитии МФЗ, для которых пожизненный риск оценивается в западных популяциях порядка 60%, вызывает естественное стремление исследователей к пониманию механизмов нормальной и патологической реализации генетической информации [Пузырев, 2003].

Бронхиальная астма (БА) – широко распространенное хроническое заболевание дыхательных путей, поражающее в России от 3 до 12 %, а в некоторых промышленно-развитых регионах эти цифры достигают 30 %  [Научно-практическая программа «Бронхиальная астма у детей: диагностика, лечение и профилактика», 2004], а также порядка 5 миллионов детей и 10 миллионов взрослых в Западных странах [Schwartz et al., 2004]. Кроме того, отмечено повышение уровня числа больных, требующих госпитализации, а также рост показателей смертности от астмы. Несмотря на явные успехи в области выявления и лечения данной патологии, распространенность и тяжесть заболевания значительно увеличиваются за последние десятилетия.

Драматическое увеличение распространенности и тяжести астмы на протяжении последних 20 лет, особенно в ряде промышленных регионов предполагает, что ухудшающиеся условия окружающей среды играют далеко не последнюю роль в развитии и прогрессировании данной патологии. Отмеченное влияние ряда факторов, например, возраст, раса, социально-экономический статус, хотя и предполагает их участие в риске развития БА, но все-таки особую роль в этиологии и патогенезе заболевания отводят влиянию аллергенов, курению, профессиональным химическим агентам, загрязнителям воздуха, вирусам и иммунизации против конкретного инфекционного заболевания.

В 90% случаев выявления больных бронхиальной астмой присутствует атопия как генетически детерминированная способность организма к выработке повышенного IgE в ответ на воздействие аллергенов окружающей среды. Через IgE-опосредованный механизм  целый ряд клеточных элементов: гистиоциты (тучные клетки), макрофаги, лимфоциты, эпителиальные  и эндотелиальные клетки независимо друг от друга или совместно принимают участие в воспалении дыхательных путей, тем самым, осуществляя иммунный ответ организма на внедрение антигена. Воспалительная природа заболевания проявляется в морфологических изменениях стенки бронхов - дисфункции ресничек мерцательного эпителия, деструкции эпителиальных клеток, инфильтрации клеточными элементами, дезорганизации основного вещества, гиперплазии и гипертрофии слизистых и бокаловидных клеток. Длительное течение воспалительного процесса приводит к необратимым морфофункциональным изменениям в виде резкого утолщения базальной мембраны, нарушения микроциркуляции и склероза стенки бронха. Ключевой особенностью астмы является состояние бронхиальной гиперреактивности, свидетельствующее о повышенном бронхоконстрикторном ответе на различные физико-химические факторы, включая не только аллергены, к которым сенсибилизирован индивид, но и специфические стимулы, например, холодный воздух и физическая нагрузка [Гриппи, 1997]. Формирование гиперреактивности связывают с перестройкой дыхательных путей, обусловленной хроническим аллергическим воспалением, сопровождающейся сужением стенок, повышением васкуляризации, гипертрофией и гиперплазией гладкой мускулатуры бронхов. В результате чего происходят изменения нейрональной регуляции и повышение сократимости гладких мышц дыхательных путей. Как и атопия, неспецифическая гиперреактивность являются одними из универсальных признаков астмы: чем выше эти показатели, тем тяжелее протекает процесс. Однако распространенность бронхиальной гиперреактивности значительно выше, чем БА.

На протяжении более чем столетней истории вопроса наследования БА обсуждались различные модели – моногенные (аутосомно-рецессивная и доминантная), полигенные, сцепленные с половыми хромосомами  [Huang, Marsh, 1993; Чучалин, 1999]. В ходе исследований стало понятно, что сложные механизмы наследования астмы (как и атопии) не могут быть объяснены простой (моногенной) моделью, а проявление клинических симптомов болезни является результатом действия средовых факторов на предрасположенных индивидуумов [Anderson, Cookson, 1999].

Для оценки генетического вклада в этиологию и патогенез БА были предприняты массовые близнецовые исследования в Швеции, Финляндии, Норвегии, Дании, США и Австралии, показавшие оценку наследуемости от 15 до 75 %, что подтвердило предположение о генетической основе заболевания [Edfors-Lubs, 1971; Duffy et al., 1990; Nieminen et al., 1991; Lichtenstein, Svatengren, 1997; Laitinen et al., 1998; Skadhauge et al., 1999].

Большинство современных исследователей рассматривают генетическую компоненту заболевания БА как полигенную систему с аддитивным эффектом отдельных генов, каждый из которых в отдельности не способен, либо крайне редко способен вызвать болезнь [Holgate et al., 1995; LeSouef, 1997]. Таким образом, БА, как и многие распространенные заболевания в популяции, рассматривается как полигенная болезнь с наследственной предрасположенностью или как мультифакториальная болезнь. Для астмы, как и для остальных заболеваний этой группы характерны следующие признаки, сформулированные в 1969 году C.O. Carter: а) относительно высокая частота болезни в популяции и в то же время значительная семейная подверженность; б) наличие патогенетических и ассоциированных маркеров предрасположения; в) хроническое течение и наличие форм, образующих непрерывный ряд проявлений от ярко выраженных до субклинических; г) более раннее начало заболевания и утяжеление клинических симптомов в нисходящих поколениях семьи; д) относительно невысокая (в сравнении с моногенными болезнями) конкордантность по заболеванию у монозиготных близнецов; е) повышенный риск повторного рождения предрасположенных к болезни детей с появлением каждого последующего пораженного болезнью ребенка; ж) однотипность проявлений болезни у больного ребенка и ближайших родственников, что отражает коэффициент наследуемости, превышающий 50–60%; з) несоответствие закономерностей наследования болезни простым менделевским моделям (доминантное, рецессивное и др.) [Carter, 1996].

Таким образом, достижения в области исследования важнейших механизмов развития астмы позволили выработать концепцию патогенеза БА, согласно которой в основе клинических проявлений болезни лежит атопия, которая, как известно, характеризуется значительным вкладом наследственных факторов. А тщательная оценка эпидемиологии астмы позволяет определить экологические факторы риска БА.

Существует мнение, что контакт с бактериальными и вирусными инфекциями в раннем детстве является защитным фактором к дальнейшему развитию атопического заболевания в более поздней жизни. Еще в 1989 г. Strachan заметил, что распространение сенной лихорадки среди взрослых находится в обратной связи с размером семьи и даже более того – с наличием братьев и сестер [Strachan, 1989]. В связи с чем была выдвинута гипотеза, предполагающая, что инфекции в раннем детстве оказывают защитный эффект против развития в дальнейшем аллергии, получившая в последующем название «гигиенической гипотезы». С момента этого наблюдения выполнено много исследований, посвященных изучению связи между инфекциями, перенесенными в раннем периоде жизни и последующим развитием атопических заболеваний [Noguchi et al., 1998; Heinzmann et al.,  2000]. Воссоединение Германии в 1990 г. способствовало уникальной возможности изучать распространение астмы в генетически схожих популяциях, но в условиях воздействия различных факторов окружающей среды, в том числе инфекции. Несмотря на то, что дети из бывшей Восточной Германии чаще болели инфекциями верхних дыхательных путей по сравнению с Западной Германией, развитие астмы в этих двух популяциях имело обратную зависимость [von Mutius et al., 1994]. В контексте «гигиенической гипотезы» интересны исследования, в которых показано, что дети, выросшие на ферме в тесном контакте с сельскохозяйственными и домашними животными, реже имели сенсибилизацию к пыльцевым и другим атопическим аллергенам в сравнении с детьми, выросшими в другой среде. Эти результаты указывают на то, что окружающая среда, характеризующаяся высоким содержанием бактерий, может действительно защищать от развития аллергии, по крайней мере, если субъект в раннем возрасте находился в такой среде. Основным механизмом данного защитного действия является способность эндотоксинов, содержащихся в бактериально загрязненной домашней пыли, стимулировать Th1-иммунитет [Ильина, 2001].

На сегодняшний день показано сцепление БА и ее клинических проявлений со многими хромосомными регионами. Изучение кандидатных генов показало сцепление с атопией и бронхиальной гиперреактивностью по многим локусам, но наибольшая важность показана для регионов 5q, 6p, 11q, 12q, 13q, 14q, 16p, и именно для этих локусов получены воспроизводимые результаты (табл. 2).

Таблица 2

Гены-кандидаты бронхиальной астмы и связанных с ней

клинических фенотипов

Локализация

Молекула

SNP/мутация

Связанный

фенотип

Литературный

источник

1

2

3

4

5

1р32

Гистамин-N-метил-трансфераза

С314Т(Thr105Ile)

Астма

Yan et al., 2000

1p13.3

GSTM1

del

Астма

Атопия

Ляхович и др., 2000; Вавилин и др., 2002; Zhang et al., 2004

2q14

IL1A

G/T at +4845

Астма

Adjers et al., 2004

3p21

СCR5

CC5-∆32

Астма

Hall et al., 1999

5q22-q24

СYP1A1

Аллель Val

Астма

Вавилин и др., 2002

5q31-34

IL-4

C-590T

Астма/

Общий IgE/

Специфический IgE/

Атопический дерматит

Rosenwasser et al., 1995; Walley et al., 1996; Noguchi et al., 1998; Kawashima et al., 1998; Burchard et al., 1999

С+33Т

Астма/ Общий IgE

Dizier et al., 1999; Nagarkatti et al., 2004

5q31

IL-13

C-1055T; (C-1112T); A-1512C

C1923T; G2525A; C2580A; C2749T; G427557A; +79Т>С; Arg110Gln

Атопическая астма/ Общий IgE

Van der Pouw Kraan et al., 1999; Graveset al., 2000; Liu et al., 2000; Heinzmann et al., 2000; Eder et al., 2004

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

Β2-AR

G-1023A; C-709A; G-654A; C-468G; C-406T; T-367C; T-47C; T-20C; G46A; C79G

G252A; C491T; C523A; G-654A; G46A; Gly16Arg

Лекарственный ответ (изучение гаплотипа)

FEV1

Астма

FEV1

Гормоно-зависимая астма

Reihsaus et al., 1993; Drysdale et al., 2000; Summerhill et al., 2000

5q31.1

CSF2

117Thr

Астма

Hoffjan et al., 2004

5q31.1

СD14

-159C→T

Общий IgE

Baldini et al., 1999; Gao et al., 1999

5q35

LTC4 synthase

-444C

Аспирин-зависимая астма

Senak et al., 2000

5q31

SPINK5

G1258A

Астма

Kabesch et al., 2004

6p

Il17F

Астма

Ramsey et al., 2005

6p21

HLA-II

Специфический IgE

Moffatt, 1996

6p21.3

TNF

G-308A

Астма

Sandford et al., 2004

LT-α

Астма

Moffatt, Cookson, 1997

6р21-12

PAF-acetyl-hydrolase

Ile198Thr

Ala379Val

Атопическая астма/Общий IgE/

Специфический IgE

Kruse et al., 2000

6p21

HLA-G

Астма/ Бронхиальная гиперреактивность

Nicolae et al., 2005

7р

Гаплотип-блок GPR154 (GPRA)

Астма

Melen et al., 2005

8p23.1-p21.3

NAT2

590G>A

Астма

Ляхович и др., 2000

9q33.1

TLR4

Asp299Gly

Астма

Fageras Bottcher et al., 2004

10p15

GATA3

Фенотипы

астмы

Pykalainen et al., 2005

11q12-13

CC16

A38G

Астма

Laing et al., 1998

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

11q12.1

FcεR1-β

237Gly

Ile181Leu

Leu181/Leu183

E237G

Астма/ Атопия/ Бронхиальная гиперреактивность

Shirakawa et al., 1994, 1996; Hill et al., 1995, 1996; Hoffjan et al., 2004

11q13

GSTP1

Ile105Val

Атопическая астма/ IgE/ Кожные аллергопробы/FEV1/

Атопический дерматит

Fryer et al., 2000; Cафронова и др. 2003; Tamer et al., 2004

12q13

STAT6

G2964A

Астма

Gao et al., 2000

12p13.31

C3

C3AR1

4896C/T

1526G/A

Астма/

Общий IgE

Hasegawa et al., 2004

12q24.2-q24.31

NOS1

5266 C/T

Общий IgE

Holla et al., 2004

13q14.2

CYSLTR2

601A>G;

-1220A > C

Астма

Pillai et al., 2004; Fukai et al., 2004

13q14

PHF11

Атопический дерматит

Jang et al., 2005

14p11

TCR

VA8.1(*)2

Специфический IgE

Moffatt et al., 1997

14q32

TLR2

TLR2/-16934

Атопия

Eder et al., 2004

Mast cell chymase

MCC BstXI

Экзема/

Общий IgE/

Атопический дерматит

Mao et al., 1996, Tanaka et al., 1999

16p12.1

IL4R

Гаплотип C-3223T, Q551R, I50V

Атопическая астма

Hytonen et al., 2004

16р12-р11

IL-4Rα

Q576R; S503P; Ile50Val;

Ser727Ala; Glu375Ala;Cys406Arg;Ser411Leu;Ser478Pro;Ser761Pro;Gln551Arg;T/C (+22446)

Атопия/IgE/

Атопический дерматит/Атопическая астма

(исследование гаплотипа)

Hershey et al., 1997; Mitsuyasu et al., 1998; Kruse et al., 1999; Ober et al., 2000; Adjers et al., 2004

Продолжение таблицы 2

1

2

3

4

5

17q11-q12

RANTES

G403A

Астма/ атопия/ атопический дерматит

Nickel et al., 2000, Fryer et al., 2000

17q11.2

NOS2A

D346D

Астма

Hoffjan et al., 2004

19q13.1

TGFB1

-509T allele

Астма

Hoffjan et al., 2004

22q11.2

GSTT1

del

Астма/

Атопия

Fryer et al., 2000, Вавилин и др., 2002, Иващенко и др., Ляхович и др., 2000

Xq

IL-13Rα1

A1398G

Общий IgE

Heinzmann et al., 2000

DAP3

Астма/

Общий IgE

Hirota et al., 2004

LTC(4)

A(-444)C

Астма

Kedda et al., 2004

В отношении астмы проведено 13 полногеномных исследований (в том числе исследование в различных расовых группах), в результате чего было  подтверждено сцепление БА с регионами 5q23-31, 6p21-23, 12q14-24, 13q21-qter и 14q11-13, а также определена важность новых регионов астмы 2q33, 5p15, 11p15, 17p11, 19q13, 21q21 [Daniels et al., 1996; The Collaborative Stady on the Genetics of Asthma, 1997, 2004; Ober et al., 1998; Hizawa et al., 1998; Wjst et al., 1999; Yokouchi et al., 2000; Cookson et al., 2001; Koppelman et al., 2002]. Полученные данные еще раз свидетельствуют в пользу того, что в этиологии и патогенезе БА задействовано исключительное множество генов, каждый из которых в отдельности может вносить лишь относительно небольшой вклад в общую генетическую подверженность к заболеванию.

Изучение этиологии и патогенеза БА показало важную роль в формировании этого заболевания интерлейкинов (ИЛ), ответственных за индукцию и поддержание воспаления при данной патологии [Chung, Barnes, 1999]. Интересным фактом оказалось то, что гены цитокинов, играющих существенную роль в патогенезе БА расположены тандемно в одном кластере на хромосоме 5q31-33 [Arai et al., 1990]. На сегодняшний день показана связь БА и ее клинических проявлений со многими генами ИЛ и их рецепторов [Nanavaty et al., 2001] Так, сотрудниками лаборатории популяционной генетики НИИ медицинской генетики (г.Томск) совместно с кафедрой факультетской педиатрии с курсом детских болезней (заведующий – д.м.н., профессор Огородова Л.М.) лечебного факультета Сибирского государственного университета в рамках работы по изучению генетической компоненты подверженности к БА была показана ассоциация  аллеля С-703 гена IL5 с этим заболеванием, характеризующимся бронхиальной гиперреактивностью [Фрейдин и др., 2000]. Кроме того, установлено, что генотип G/G 3’-UTR гена IL4 является фактором риска тяжелого течения заболевания, а гетерозиготный генотип G 3’-UTR  этого же гена – протективным фактором, ассоциированным с легкой астмой [Огородова и др., 2002; Freidin et al., 2003]. Анализ вклада генотипической изменчивости по генам ИЛ и их рецепторов в фенотипическое варьирование количественных, патогенетически значимых для БА признаков показал, что гены ИЛ и их рецепторов по отдельности определяют 2-5% общей фенотипической дисперсии количественных показателей (1,63-5,54% у мужчин и 1,03-2,15% у женщин) [Фрейдин и др., 2003].

К настоящему моменту накапливаются результаты работ, посвященных анализу связи полиморфизма генов системы ферментов метаболизма ксенобиотиков с атопическими заболеваниями (табл. 3). Многолетние исследования, проводимые в НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН (г. Новосибирск) и в НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта (г. Санкт-Петербург) показали связь полиморфизма генов системы ферментов метаболизма с формированием предрасположенности к БА и особенностей ее клинического фенотипа.

Малочисленность имеющихся данных о значимости генов системы метаболизма ксенобиотиков для БА, а также их противоречивый характер, свидетельствуют о чрезвычайной актуальности таких исследований, так как относительно генов метаболизма в ряде случаев, возможно точно установить факторы,  обусловливающие их патологический эффект [Ляхович и др., 2000; Schwartz et al., 2004].

Таблица 3

Связь полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма

ксенобиотиков с бронхиальной астмой и ее клиническими проявлениями

Ген (полиморфизм)

Ассоциация

Литературный источник

GSTT1 (+/del)

БА/ пищевая аллергия

Ляхович и др., 2000; Иващенко и др., 2001; Вавилин и др., 2002; Gilliand et al., 2002; Brasch-Andersen et al., 2004

GSTM1(+/del)

CYP1A1(Ile462Val)

БА/ пищевая аллергия/

эозинофилия

Ляхович и др., 2000; Вавилин и др., 2002

NAT2(S1, S2)

БА/ пищевая аллергия/ эозинофилия

Luszawaka-Kutrzela, 1999;

Gawronska-Szklarz et al., 2001; Вавилин и др., 2002

GSTP1(313A>G)

БА/ положительные прик-тесты/ уровень IgE/ атопический дерматит/ гиперреактивность бронхов

Fryer et al., 2000; Сафронова и др., 2003; Tamer et al, 2004; Сarroll, 2005

CYP2E1

(-2964G/A)

Эффективность

лечения БА

Obase et al., 2003

Обобщая вышеизложенное необходимо отметить, что полученные данные позволили значительно продвинуться в определении генов, полиморфизм которых, возможно играет существенную роль в развитии заболевания. Однако вследствие сложного клинического фенотипа БА, полигенной модели наследования и значительной роли воздействий внешней среды в развитии и прогрессировании этого заболевания, большее число генов подверженности к астме до сих пор остается до конца не идентифицированным и требует дальнейшего исследования.

Туберкулез (ТБ) – одно из самых распространенных инфекционных заболеваний, характеризующееся преимущественно хроническим течением различных клинических форм, своеобразием специфических иммунологических и морфологических проявлений. Проникновение в организм возбудителя ТБ является необходимым, но недостаточным условием для развития болезни, и в патогенезе ТБ взаимосвязаны взаимодействие инфекционного агента, факторы среды и особенности организма хозяина (пол, возраст, сопутствующие заболевания, общая реактивность организма и т.д.). ТБ отличается клиническим полиморфизмом, который определяет различные формы заболевания – от малых с бессимптомным течением до обширных деструктивных процессов в легких с выраженной клинической картиной, а также наличием туберкулезного процесса различной локализации в других органах [Хоменко, 1990]. По-видимому, причины таких различий обусловлены не только неблагоприятным сочетанием внешних факторов, но и особенностями организма, обусловленными его генотипом. Так, отмечено, что некоторые индивиды проявляют врожденную относительную резистентность к ТБ [Авербах, 1976]. Благодаря этому заболевает лишь малая часть населения, в то время как, по данным ВОЗ,  инфицируется практически каждый третий житель планеты [Шайхаев, 1999].

По результатам популяционных исследований были показаны этнические различия в  развитии ТБ [Рудко и др., 2004; Cervino et al., 2000; Bellamy et al., 1998]. Возможно, что этнические различия в предрасположенности к заболеванию обусловлены определенными традициями популяций, экономическими причинами и др. Кроме того, накоплены данные о высокой подверженности к ТБ популяций, происходящих с территорий свободных от этого заболевания: случаи заболевания были особенно высоки в популяциях, ранее не встречавшихся с этим заболеванием [Bellamy et al., 1998; Stead, 1992]. Эти данные подтверждают гипотезу, выдвинутую еще в 1949 г. Haldane о том, что инфекционные заболевания были главной силой естественного отбора, а резистентность к туберкулезной инфекции формировалась в процессе симбиотных отношений макро- и микроорганизмов [Земскова, 1984].

На сегодняшний день показана роль в подверженности к ТБ для многих генов, в том числе HLA-cистемы, NRAMP1, IFNи его рецептора и др. Одним из главных генов-кандидатов туберкулеза является NRAMP1 (от англ. Natural-Resistance-Associated Macrophage Protein 1 gene – ген макрофагального белка, ассоциированного с естественной резистентностью 1) [Bellamy et al., 1998]. Белковый продукт этого гена Nramp1  участвует в процессах активации макрофагов, являясь ключевым звеном в механизме транспорта нитритов из внутриклеточных компартментов в более кислую среду фаголизосомы, где он способен вступать в химическую реакцию с образованием NO. Белок входит в семейство функционально связанных мембранных белков (к этому семейству относят также Nramp2), ответственных за транспорт двухвалентных катионов, таких как Fe2+,  Mn2+,  Zn2+,  Cu2+ [Canonne-Hergaux et al., 1998]. Поэтому, нарушение работы системы, обеспечивающей транспорт важных веществ через мембрану, приводит к дисбалансу между выведением и поступлением веществ в клетки, что может способствовать изменению внутриклеточной концентрации ионов, вызывающей гибель клеток. Предполагаемый механизм антибактериальной функции Nramp1 лежит в создании неблагоприятной для бактерии окружающей среды внутри фагосомы [Пузырев и др., 2002]. Следовательно, дефекты продукции или функции Nramp1 могут приводить к нарушению его транспортной роли и, как следствие, к повышению чувствительности к внутриклеточным патогенам, таким как микобактерии.

Многочисленные работы на экспериментальных животных показали, что NRAMP1 играет важную роль в чувствительности к микобактериям и некоторым другим возбудителям инфекций у мышей, и вероятно, что его человеческий гомолог связан с подобными инфекциями у людей [North, Medina, 1998]. Для определения функции гена NRAMP1 в развитии ТБ были проведены исследования в различных популяциях: у западных африканцев в Гамбии, местного населения в Корее и Японии  [Bellamy et al., 1998; Ryu et al., 2000; Gao et al., 2000]. В результате было обнаружено, что изменчивость данного гена связана с различиями  в восприимчивости к ТБ. Связь полиморфных маркеров гена NRAMP1 в дальнейшем была подтверждена на семейном материале у больных ТБ родственных между собой индивидов, проживающих на территории Гвинеи-Конакри [Cervino et al., 2000]. Результаты клинико-генетических исследований и изучение ассоциаций ряда маркеров с заболеванием ТБ сформировали единое мнение, что восприимчивость к данной болезни находится под полигенным контролем, а отдельный вклад гена NRAMP1 – лишь небольшая доля в общей подверженности к инфекционному заболеванию [North, Medina, 1998].

Другой генетической системой, задействованной в возникновении и патогенезе ТБ, считается комплекс HLA (от анг. Human Leukocyte Antigens). Комплекс HLA, как и его аналоги у животных, называют главным комплексом гистосовместимости, поскольку первой из обнаруженных функций этого комплекса был контроль над трансплантационным иммунитетом. Следует отметить, что комплекс генов HLA  является чрезвычайно полиморфной системой. Первой работой в области исследования HLA системы при ТБ, где были получены положительные результаты, была работа R. Selby и соавт. (1978). Затем исследования были продолжены на популяционном и семейном материале, в ходе которых были получены противоречивые результаты. Ассоциации, показанные в одних популяциях, не находили своего подтверждения у других. В 1979 г. Al-Arif с соавт. показали значимое повышение встречаемости у больных ТБ легких антигена  В15 в популяции американских негров [Al-Arif et al., 1979]. Позднее Jiang  с соавт. обнаружили высокую частоту встречаемости антигена HLA-В27 среди заболевших ТБ китайцев [Jiang et al., 1983].

Отечественными исследователями также была проведена большая работа по изучению значимости HLA системы при заболеваемости ТБ в разных этнических группах, проживающих на территории России. В ходе работы была установлена повышенная частота встречаемости антигенов локуса HLA-B12,-С  в узбекской  и туркменской популяциях. У русских с ТБ легких в локусе HLA-В антигены В5, В14 встречались значимо чаще, но особенно интересным показался тот факт, что во всех трех популяциях показана ассоциация HLA-C локуса с заболеванием [Литвинов и др., 1983, 1986; Хоменко и др., 1985]. Следовательно, во всех изучаемых популяциях установлена взаимосвязь между некоторыми генетическими маркерами системы HLA и восприимчивостью к туберкулезу, причем в разных популяциях – с разными антигенами. В большинстве исследуемых популяций определены ассоциации заболевания ТБ с одним и тем же антигеном локуса DR (DR2), и учитывая, что гены комплекса HLA-DR отвечают за иммунный ответ, предполагается, что данный локус оказывает влияние на восприимчивость к ТБ, регулируя силу иммунного ответа на микобактериальные антигены [Поспелов и др., 1987; Хоменко, 1990]. В целом, гены, составляющие комплекс HLA, являются важными факторами патогенеза данного инфекционного заболевания. Об этом свидетельствует целый ряд многократно подтвержденных фактов: ассоциация определенных генов HLA (преимущественно DR и B-локусов) с заболеванием в большинстве обследованных популяций, сцепление гаплотипов HLA в семьях с пораженными родителями и детьми, ассоциации со специфичными антигенами у больных с хроническим, плохо поддающимся лечению процессом.

К настоящему моменту роль в подверженности к ТБ для генов рецептора к витамину D, γ-интерферона и его рецептора, фактора некроза опухолей, интерлейкинов и др. не вызывает сомнения [Bornman et al., 2004]. Интерес к системе генов метаболизма ксенобиотиков в отношении ТБ обусловлен несколькими причинами. Во-первых, данные, что при воспалении и инфекции происходит изменение уровня активности цитохромов Р450, предполагают задействование системы метаболизма в защите организма от последствий развертывания воспалительных реакций при заболевании [Prandota, 2002; Сибиряк, 2003; Бикмаева и др., 2004]. Во-вторых, знания об участии ферментов системы метаболизма в биотрансформации лекарственных препаратов, позволяют  найти и избежать причины, определяющие нежелательные проявления терапевтического действия лекарств. В этом контексте определение генетической компоненты подверженности к проявлению многообразных побочных реакций при применении антимикобактериальных препаратов при ТБ имеет очень важное значение для достижения успехов в терапии заболевания [Dickinson et al., 1981; Roy et al., 2001; Huang et al., 2002, 2003].

Сложность патогенеза, а так же различия в клиническом проявлении ТБ предполагают, что число генов-кандидатов заболевания достаточно велико, при этом вклад каждого из них в суммарную подверженность различен [Hill, 1998]. И поэтому изучение полиморфизма известных генов-кандидатов, а также поиск новых генов, белковые продукты которых в той или иной степени вовлечены в патогенетические механизмы заболевания, представляется одной из приоритетных задач.

1.3. Полиморфизм генов ферментов биотрансформации

ксенобиотиков и патология

Известно, что многие бронхолегочные патологии в различной степени связаны с развитием окислительного стресса. Эпителий легкого, насыщенного кислородом внешней среды, чрезвычайно восприимчив для токсического действия радикалов экзогенного и эндогенного происхождения. Высокая частота заболеваний бронхолегочной системы (астма, эмфизема, пневмония и др.) находится в прямо пропорциональной зависимости от уровня загрязнения окружающей среды сильными окислителями (NO, NO2, CO, O3, альдегиды), пылевыми частицами в совокупности с воздействием экстремальных климатических условий [Гусев, Даниловская, 1987; Mutmansky, 1990; Тиунов и др., 1991]. Состояние окислительного стресса и разрушающее воздействие свободнорадикального окисления имеет значение не только в возникновении заболевания, а также может являться важнейшей причиной дальнейшей хронизации патологического процесса в легочной ткани [Меньщикова, Зенков, 1991].

Известно, что источниками активированных кислородных метаболитов могут быть как внешние факторы (альдегиды, озон, окислы азота, сигаретный дым, анаэробные бактерии), так и эндогенные, задействованные во внутриклеточных метаболических процессах (альвеолярные макрофаги, гранулоциты, внутриклеточные органеллы). Воздействие атмосферных прооксидантных поллютантов, таких как озон, окислы азота, составляющих табачного и автомобильного дыма на дыхательные пути приводит к индуцированию окислительных процессов, как на поверхности бронхоальвеолярного секрета, так и непосредственно в эпителии легкого [Wright et al., 1994]. Присутствие разнонаправленных повреждающих воздействий оксидативного стресса говорит о важности для организма поддержания баланса системы активированных кислородных метаболитов в легких.

Эффективной защитой от различных токсикантов внешней среды, поступающих с вдыхаемым воздухом, служит система биотрансформации ксенобиотиков при согласованном функционировании защитных механизмов. Глутатион S-трансферазы – семейство ферментов, участвующих в метаболизме большого числа электрофильных ксенобиотиков через конъюгацию с глутатионом, а также в метаболизме ряда эндогенных субстратов (гормонов, липидов, простагландинов, лейкотриенов). Таким образом, метаболизм ксенобиотиков через глутатионопосредованную детоксикацию играет важную роль в обеспечении устойчивости клеток к перекисному окислению жиров, свободным радикалам, алкилированию белков, в формировании резистентности к лекарственным препаратам и предотвращении поломок ДНК.

В результате однонуклеотидной замены аденина (А) на гуанин (G) в гене GSTP1, приводящей к замене аминокислот изолейцина (Ile105) на валин (Val105), происходит изменение ферментативной активности, обусловливающее повышение уровня гидрофобных аддуктов в тканях легких и  полициклических ароматических углеводородов-ДНК аддуктов в лимфоцитах крови. Было выявлено,  что замена изолейцина на валин в 105 положении расположенная в субстрат-связывающем Н участке фермента, приводит к различным изменениям кинетических параметров фермента [Katoh et al., 1999]. Показано, что при мутации Val105 в 7 раз увеличивается каталитическая активность фермента по отношению к полициклическим ароматическим соединениям, но в 3 раза снижается активность по отношению к 1-хлор-2,4-динитробензену [Ishii et al., 1999]. Отмечено, что индивидуумы с аллелем Val105 имеют повышенный риск развития РЛ [Баранов и др., 2000].

К настоящему времени накоплено достаточно сведений об ассоциации «нулевого» генотипа гена GSTM1 с риском развития эмфиземы легких и хроническим бронхитом у курильщиков [Афанасьева, Спицин, 1990], кроме того, показана повышенная частота «нулевого» генотипа, помимо GSTM1, и для гена GSTT1 у больных БА [Баранов и др., 2000]. Микросомальная эпоксигидролаза (EPHX1) осуществляет метаболизм продуктов табачного дыма, и поэтому играет важное значение в защите легких от высокоактивных производных эпоксида, образующихся при курении и приводящих к повреждению легочной ткани курильщиков. Показано, что с аллелем S гена EPHX1, обеспечивающим пониженную активность соответствующего фермента, ассоциированы заболевания органов дыхания, такие как эмфизема легких, хронический обструктивный бронхит, муковисцидоз, хронические респираторные заболевания [Баранов и др., 2000; Lomas, Silverman, 2001; Matsushita et al., 2002; Sandford, Silverman, 2002].  

Многочисленные исследования полиморфных вариантов генов системы метаболизма ксенобиотиков показали связь с различными заболеваниями, включая сердечно-сосудистую патологию, атопические заболевания, хронические неспецифические заболевания легких и др. Но, прежде всего, пристальное внимание исследователей к индивидуальным особенностям функционирования системы биотрансформации отмечено при онкологических заболеваниях. Это понятно, так как уже доказано влияние большинства химических агентов, с которыми человеку приходится сталкиваться как в быту так и на производстве, на процессы канцерогенеза.

 Исследование полиморфизма 313 A>G гена GSTP1 у японцев с различными онкологическими патологиями (рак ротовой полости, легких, желудка, колоректальным и урогенитальным видами рака) показало ассоциацию только у некурящих индивидуумов с раком ротовой полости (РРП), для остальных видов рака различий не было выявлено [Katoh et al., 1999]. В другой работе была изучена роль полиморфного варианта C341T гена GSTP1 как важного фактора, обусловливающего развитие РРП, где был показан повышенный риск развития данной патологии, как для европеоидов, так и для афроамериканцев. Интересен тот факт, что более высокий риск развития заболевания наблюдался у пациентов с малым потреблением табака ( или = 20 пачка/год) по сравнению с группой интенсивных курильщиков (20 пачка/год) [Park et al., 2000].

Генетическая предрасположенность – одна из важных гипотез, объясняющих, почему лишь у малого числа курильщиков развивается рак легкого (РЛ). Полиморфизмы, участвующие в метаболизме канцерогенов изучаются как факторы риска для рака легкого. Полиморфизм в гене GSTM1, также как и в гене GSTT1, обусловлен протяженной делецией, в результате которой происходит полное отсутствие ферментативной активности. В ряде работ показано, что функциональную значимость в развитии онкопатологии может иметь не один конкретный рисковый генотип, а их специфическая комбинация. Было отмечено, что повышенный риск РЛ у курильщиков европеоидной расы имеют индивиды с комбинацией генотипов GSTM1-нуль, GSTP1 AG+GG и GSTM3 AA (n=322) [Jourenkowa-Mironowa et al., 1998]. Другое исследование также выявило связь развития РЛ у индивидов с «нулевым» генотипом гена GSTM1 в присутствии р53 Pro аллеля [Miller et al., 2002]. Предположительно, что потенциальное взаимодействие между GSTP1 и GSTM1 генами в японской популяции у мужчин-курильщиков (n=542) в возрасте 50-69 лет приводит к повышенному риску РЛ при комбинации одного из вариантов аллелей GSTP1 и нулевого генотипа гена GSTM1 [Kihara, Noda, 1999]. Выявлен повышенный риск РЛ среди курильщиков в популяционных выборках Средиземноморья, 93% которых составили мужчины с комбинацией «нулевого» генотипа гена GSTM1 и р53 Pro/Pro+Arg/Pro генотипов [To-Figueras et al., 1996].

Предположительное влияние изотиоцианатов – компонентов, обладающих антиканцерогенными свойствами и содержащихся в крестоцветных овощах, в снижении регуляции уровня ферментов биотрансформации семейства цитохромов Р450 и индукции ферментов второй фазы детоксикации, легло в основу исследования GSTM1 и GSTT1 генотипов у больных с впервые выявленным РЛ. В ходе исследования было показано модифицирующее влияние употребления в пищу изотиоцианатов у курильщиков гомозиготных по «нулевым» генотипам GST на развитие рака легкого [Spitx et al., 2000].

Миелодиспластический синдром (МДС) – клональное пролиферативное нарушение костного мозга, часто прогрессирующее в острую миелоидную лейкемию (ОМЛ), а заболеваемость и смертность от МДС одинакова  и составляет период менее года. Воздействие различных по качественному и количественному составу химических веществ, с которыми приходится сталкиваться индивидуумам по роду профессиональной деятельности, на процессы канцерогенеза может увеличивать вероятность заболеваемости МДС. Повышенный риск МДС отмечен у лиц, проходивших курс химиотерапии при лечении других опухолей. Вследствие индивидуальных различий в метаболизме ксенобиотиков (в том числе и канцерогенов) возможно увеличение риска раковых заболеваний при сниженной функции метаболизирующих ферментов. Конъюгация электрофильных компонентов с глутатионом, опосредованная глутатион S-трансферазами, является важным этапом метаболизма канцерогенов. Известно, что частота «нулевого» генотипа гена GSTM1  среди европеоидов составляет порядка 50% и данный генотип ассоциирован с развитием РЛ, индуцированного курением, а также раком мочевого пузыря. О взаимосвязи  «нулевого» генотипа гена GSTT1 с различными раковыми заболеваниями известно намного меньше, но ясно, что у индивидуумов с «нулевым» генотипом снижена способность к метаболизму некоторых канцерогенов, включая 1,3-бутадиен, метилбромид, оксид этилена. Был установлен четырехкратный относительный риск МДС для носителей «нулевого» генотипа GSTT1 [Chen et al., 1996].

Предполагается, что нулевой генотип гена GSTT1, ассоциированный с канцероген-индуцированными хромосомными изменениями в лимфоцитах, может увеличивать риск  подверженности к миелодисплазии. При анализе данных, полученных в ходе исследования пациентов с острой миелоидной лейкемией (ОМЛ), была показана повышенная частота делеции в гене GSTT1 среди больных (60%), что практически в три раза выше, чем в контрольной группе (17%), кроме того, индивиды с делецией по генам GSTT1 и GSTM1 имели несколько больший риск ОМЛ. Интересно, что у лиц со вторичной ОМЛ делеция GSTT1 встречается на 20% чаще по сравнению со случаями de novo, что характерно и для индивидов с «нулевым» генотипом гена GSTM1 [Cramp et al., 2000].

Возможно, что эффекты определенных генотипов генов ферментов биотрансформации различны в развитии рака и других заболеваний. В связи с этим предложено, что продукты, образующиеся в ходе метаболизма ряда ксенобиотиков с участием глутатионовых S-трансфераз, способствуют атерогенезу и нестабильности тромбоцитов. В дальнейшем было показано, что «нулевой» генотип гена GSTM1 играет протективную роль в развитии инфаркта миокарда, причем эффект более выражен у курильщиков [Wilson et al., 2000]. Вероятно, что наличие «нулевого» генотипа по генам GST способствует повышенной регуляции других ферментов, более эффективно участвующих в метаболизме атерогенных субстратов с учетом одного из важных качеств системы биотрансформации, а именно широкой субстратной специфичности. По этому поводу имеются данные о скоординированной экспрессии GSTM1 и GSTM3 в легочной ткани человека [Anttila et al., 1995], а также о более высокой активности CYP1A2 у индивидуумов с нулевым генотипом GSTM1 [MacLeod et al., 1997].

Глутатионопосредованная детоксификация принимает непосредственное участие в защите организма от оксидативного стресса, что оправдывает изучение полиморфизма генов глутатион S-трансфераз в патогенезе различных патологических состояний, в том числе и при эндометриозе. Так, у больных эндометриозом женщин Башкортостана отмечаются различия по частотам как отдельных генотипов полиморфных локусов GSTM1 и GSTP1, так и по распределению частот их сочетаний. Кроме того отмечено, что более выраженный эффект от гормонального лечения наблюдался у лиц, имеющих «нулевой» генотип гена GSTM1 в сочетании с мутацией по гену GSTP1 [Шарафисламова и др., 2003].

N-ацетилтрансфераза-2 (NAT2) и микросомальная эпоксигидролаза (EPHX1) полиморфные гены ферментов, метаболизирующих различные канцерогены табачного дыма. Табачный дым содержит 4000 компонентов, включая около 50 канцерогенов, являющихся субстратами семейства ферментов биотрансформации. Для понимания роли этих двух полиморфизмов во взаимодействии «ген-окружающая среда» в развитии РЛ было проведено исследование, в ходе которого было обнаружено, что риск развития заболевания значительно повышается с увеличением значения «пачка-лет» у курильщиков. Результаты данного исследования еще раз показали очевидность того, что изучение взаимоотношения генетического полиморфизма с факторами окружающей среды в формировании повышенного риска онкологической патологии, имеет состоятельность только тогда, когда внешнесредовой фактор является неотъемлемой составляющей частью патогенетического механизма (например, курение), и он обязательно включается в анализ [Zhou et al., 2002].

Ген CYP17 кодирует фермент цитохром Р450С17, который выполняет две различные функции в биосинтезе стероидов, что обусловливает его изучение как гена кандидата восприимчивости к эндокринзависимым опухолям. Тем не менее, были получены довольно противоречивые результаты при исследовании пациентов с раком яичников и полиморфизма Т-С в промоторном регионе CYP17 гена в различных популяциях [Spurdle et al., 2000]. Что еще раз подтверждает популяционную вариабельность полиморфизма генов биотрансформации, и, следовательно, различный вклад генов системы метаболизма у разных индивидуумов в процессы онкогенеза.

Ген CYP1A1 человека был клонирован и секвенирован в 1986 году и локализован на хромосоме 15. Полиморфизм в 3’-некодирующем регионе гена, обусловленный заменой цитозина на тимидин, узнаваемый MspI эндонуклеазой рестрикции был впервые идентифицирован у японцев.  Различные исследования показали ассоциацию данного полиморфизма и риском развития РЛ в европеоидной популяции [Shields et al. 1993; Alexandrie et al., 1994; Sugimura et al., 1994]. Эти результаты сходны с данными, полученными в аналогичной работе по изучению злокачественного новообразования в легких для японской популяции [Xu et al., 1996].

Употребление алкоголя в больших дозах рассматривается как один из факторов, способствующих развитию различных заболеваний печени. Так, отмечен высокий риск развития гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) у японцев, злоупотребляющих алкоголем. Причем, наблюдалась повышенная частота С2 аллеля гена CYP2E1, связанного с высокой транскрипционной и ферментативной активностью, что также позволяет говорить о повышенном риске к ГЦК у индивидуумов, злоупотребляющих алкоголем [Munaka et al., 2003].

Развитие алкогольного поражения печени (АПП) на фоне алкогольной интоксикации всего организма является следствием несостоятельности ферментативной системы биотрансформации ксенобиотиков, участвующей в метаболизме этанола. Метаболизм этанола происходит в печени, где метаболизируется порядка 98% попавшего в организм алкоголя по НАДФ-зависимому пути с помощью алкогольдегидрогеназы и ацетилдегидрогеназы, локализованных преимущественно в цитоплазме клеток печени. Существует и другой путь окисления этанола с помощью микросомальной этанолокисляющей системы при участии ферментов семейства цитохрома Р450. Шангареева З.А. и др. показали, что для пациентов, страдающих АПП характерно повышение частот мутантных аллелей генов CYP2E1, CYP1A1, mEPHX, GSTT1 и GSTM1, приводящее к увеличению рисковой значимости гетерозиготных генотипов генов CYP2E1 (OR=7,37), CYP1A1 (OR=2,87),  mEPHX (OR=2,45) [Шангареева и др., 2003].

Начало или обострение псориаза, обусловленного Т-клеточным механизмом заболевания кожи с аутоиммуным характером заболевания, зачастую вызывается применением -блокаторов и противомалярийных лекарственных препаратов. Предполагается, что метаболическая эффективность, обусловленная различными вариантами аллелей генов системы ферментов биотрансформации, может привести к накоплению ксенобиотиков или их реактивных метаболитов в органах-мишенях, а в дальнейшем неоантигены или неизвестные пептиды могут вызвать агрессивную реакцию со стороны Т-клеток. В этом контексте, было проведено исследование полиморфизма гена CYP2C19 у пациентов с псориазом. В ходе исследования было показано, что для гетерозиготных носителей по гену CYP2C19 (*1А и *2А) характерно более позднее развитие псориаза, в то время как эти же генотипы показали протективную роль для развития артрита, связанного с псориазом [Richter-Hintz et al., 2003].

Цитохромы P450 ответственны приблизительно за 75% метаболизма лекарственных препаратов и различных химических агентов. Человек имеет 59 активных генов, и 6 из них кодируют важные для лекарственного метаболизма  ферменты. Приблизительно 40% цитохром P450-зависимого лекарственного метаболизма катализируются полиморфными ферментами, и такие «лекарство→P450» взаимодействия часто рассматриваются в отношении побочных действий лекарственных препаратов [Ingelman-Sundberg, 2004].

Экспрессия цитохрома P450 и связанная с ней биотрансформация изменяется при различных инфекционных заболеваниях. Следовательно, при развитии воспаления и инфекции в организме нарушена способность метаболизма печени и других органов, контролирующих действие лекарств. Содержание цитохрома Р450 и монооксигеназные активности в тканях этих органов снижаются при развитии бактериальных и вирусных инфекций, иммунизации различными антигенами, в условиях фармакологической иммуностимуляции, что опосредовано цитокинами. Депримирующее воздействие на цитохром Р450-зависимые монооксигеназы обнаружено у IFNa, IFNb, IFNg, IL-1 и TNF, IL-6, IL-11, IL-2. Цитокины угнетают транскрипцию генов и накопление мРНК различных изоформ цитохрома Р450 в клетках, возможно и посттранскрипционное угнетение синтеза белка некоторых изоформ [Renton, 2004]. Благодаря цитокиновой модуляции процессов монооксигенирования на цитохроме Р450, реализуется адаптация механизмов биотрансформации низкомолекулярных ксенобиотиков в условиях активации иммунной системы. Это обеспечивает, с одной стороны, защиту от последствий возможной неконтролируемой активации потенциально опасной для организма ферментной системы и снижение риска нарушения оксидантного равновесия, с другой - сохранение оптимального уровня и неогенез необходимых для адекватного "ответа" организма низкомолекулярных липофильных сигнальных молекул. Угнетение фармакометаболизирующей функции печени и изменение фармакодинамики и токсичности лекарственных препаратов необходимо учитывать при проведении терапии препаратами рекомбинантных цитокинов. В этом случае необходимо отметить, что ингибирование метаболизма различными препаратами также как влияние на концентрацию и/или число различных цитокинов в воспаленных тканях, может вызывать положительные эффекты у пациентов с различными заболеваниями, что позволит говорить о новых терапевтических возможностях лекарственных средств [Сибиряк, 2003].

Разнообразие элементов многокомпонентной и многоэтапной системы метаболизма имеет важное значение для фармакогенетики в плане разработки индивидуального подхода к лечению пациента.  C помощью предупреждения индивидуального ответа на лекарственный препарат становится возможным повышение эффективности лечения и устранения нежелательных эффектов от медикаментозной терапии [Баранов и др., 2000].

Заключая обзор в целом, необходимо отметить, что изучение естественной изменчивости генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков у больных и членов их семей, а также установление их вклада в патогенез распространенных заболеваний, таких как БА и ТБ, стало задачей настоящего исследования. А понимание основных механизмов, участвующих в патогенезе заболеваний, поможет понять не только причины возникновения болезней, но и научиться бороться  с ними.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ  И  МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика обследованных групп населения

В рамках проведенного исследования был проанализирован полиморфизм генов биотрансформации ксенобиотиков и уточнена их функциональная значимость в отношении БА и ТБ легких у русских жителей г. Томска.

Выборки были сформированы для данного исследования на основе ДНК-банка лаборатории популяционной генетики НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН, созданного сотрудниками этой лаборатории.

Контрольная группа.

В качестве контрольной группы использовалась выборка, принадлежащая в настоящее время банку ДНК лаборатории популяционной генетики НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН. Выборку в количестве 140 человек (средний возраст S.D. 64,3±18,0) частично составили индивиды не родственные между собой и не имеющие по результатам клинического обследования бронхолегочной патологии. Среди индивидов контрольной группы было 80 женщин (средний возраст S.D. 65,8±17,8) и 60 мужчин (средний возраст S.D. 63,5±18,1).

2.1.1. Характеристика группы больных туберкулезом

Материал для исследования больных ТБ был собран на базе Областной Томской Клинической туберкулезной больницы, Детского легочно-туберкулезного отделения Железнодорожной больницы, Областной детской туберкулезной больницы, а также Областном противотуберкулезном диспансере, туберкулезного отделения Областной психиатрической больницы. Сбор материала и клиническое обследование больных осуществлялось при участии сотрудников кафедры фтизиатрии Сибирского государственного медицинского университета (заведующий – член–корр. РАМН, профессор Стрелис А.К.). Основным критерием отбора в группу пациентов были два условия – отсутствие родственных связей между индивидами и этническая принадлежность.

Общая выборка больных туберкулезом легких.

Выборку составили 304 индивида, средний возраст S.D. которых был 30,615,4, из них 99 женщин, средний возраст S.D. которых составил 26,314,6 года и 205 мужчин средний возраст S.D. – 32,815,4 лет. Диагноз туберкулеза легких устанавливался на основании данных микроскопии мокроты с обязательным рентгенологическим исследованием легких для определения формы заболевания и распространенности специфического процесса (общепринятые методы). Противотуберкулезную терапию больные получали по 1-ой категории, согласно рекомендациям ВОЗ (табл. 4).

Таблица 4

Режимы лечения больных с распространенным деструктивным туберкулезом легких по протоколам ВОЗ

Масса

тела

до

начала

лечения,

кг

Начальная фаза: 2 месяца

Фаза продолжения

4 месяца

Иониазид+

Рифампицин, таблетка

100мг+150мг

150мг+300мг

Пиразинамид,

таблетка

500 мг

Этамбутол,

таблетка

400мг

Стрептомицин,

порошок для инъекций,

1г основания во флаконе

Иониазид+

Рифампицин, таблетка

100мг+150мг

150мг+300мг

33-50

3 табл.

(100мг+150мг) ежедневно

3 табл.

ежедневно

2 табл.

ежедневно

750 мг

ежедневно

3 таблетки

ежедневно

50 и

более

2 таблетки

(150 мг+ 300мг)

ежедневно

4 табл.

ежедневно

3 табл.

ежедневно

1 г

ежедневно

4 таблетки

ежедневно

Семейная выборка больных туберкулезом легких.

Семейная выборка была зарегистрирована по пробандам – больным туберкулезом, находившихся на лечении в противотуберкулезных учреждениях г. Томска в период с 2000 по 2004 г.. Всего было обследовано 42 семьи (109 человек), в том числе 25, зарегистрированных по пробандам – детям в возрасте от 1 года до 15 лет (средний возраст S.D. составил   7,73,9). Семнадцать семей  было выбрано по взрослым пробандам в возрасте от 17 до 48 лет (29,412,3 лет). В  составе  «пробанд/пробанды-мать-отец» исследовано 19 семей, в неполном составе, когда отсутствовал материал одного из родителей – 16 семей.     

Группу пробандов – детей составили 10 мальчиков (7,22,9 лет) и 15 девочек (7,94,5 лет). Средний возраст пробандов – детей разного пола достоверно не различался (р>0,05). Среди взрослых пробандов было 7 женщин (19,87,9 лет) и 10 мужчин (23,99,1 лет). Всем пробандам был поставлен диагноз туберкулеза.

2.1.2. Характеристика группы больных атопической

бронхиальной астмой

Исследованная семейная выборка была зарегистрирована по пробандам – больным БА, находившихся под наблюдением в клинико-профилактических учреждениях г. Томска в 1997-2000 г.. Клиническое обследование и диагностику провели сотрудники кафедры факультетской педиатрии с курсом детских болезней (заведующий – д.м.н., профессор Огородова Л.М.) Сибирского государственного медицинского университета, областного детского центра клинической иммунологии и аллергологии (Областная детская больница, г. Томск, главный врач – Сальников В.А.).

Семейная выборка больных БА.

Всего обследовано 76 семей (213 человек), 61 семья из которых была набрана в составе трех человек «пробанд-мать-отец» и 15 семей – в составе двух человек, т.е. «пробанд-мать/или отец». В исследуемой выборке были 72 индивида, зарегистрированные по пробандам-детям в возрасте от 1,7 до 15 лет (средний возраст ±S.D.составил 8,5±3,5). Восемь семей было выбрано по взрослым пробандам в возрасте от 24 до 42,5 лет (34,4±7,2 лет).

Основную часть пробандов-детей составили мальчики (n=47), девочек примерно в два раза меньше (n=25). Средний возраст пробандов-детей разного пола достоверно не различался (8,4±3,5 лет у мальчиков и 8,6±3,5 лет у девочек; р>0,05). Среди взрослых пробандов было семь женщин (34,4±7,2 лет). Всем пробандам был поставлен диагноз «атопическая бронхиальная астма».

Выборка больных БА.

Выборку больных БА составили 134 индивида (21,9±18,8 лет), из них 59 - женщины в возрасте от 2 до 79 лет (24,7±18,5 лет) и 75 – мужчины в возрасте от 1,7 до 68 лет (19,7±18,9 лет). Среди больных БА 78 индивидов – дети в возрасте от 1,7 до 15 лет (8,8±3,7 лет), из которых 28 девочек в возрасте от 2 до 15 лет (8,8±3,9 лет) и 50 мальчиков в возрасте от 1,7 до 14,8 лет (8,63,5 лет). Кроме того, среди индивидов общей выборки больных БА было 56 взрослых (40,315,6 лет), из которых 31 женщина в возрасте от 19 до 79 лет (39,013,9 лет) и 25 мужчин от 19 до 68 лет (41,917,5 лет). Между группами мальчиков и девочек, а также мужчин и женщин не показано различий по возрастному критерию (р>0,05). Всем пациентам был выставлен диагноз «атопическая бронхиальная астма».

2.2. Характеристика методов исследования

2.2.1. Клинико-лабораторные методы

Пробанды, а также их родственники первой степени родства, согласившиеся на проведение исследования, были обследованы для верификации диагноза БА и симптомов атопии. Обследование включало сбор семейного анамнеза и многочисленные клинические тесты: в данной работе были использованы результаты только спирометрических, аллергологических и иммунологических анализов.

Диагноз «бронхиальная астма» верифицировали на основании критериев ВОЗ: наличие характерного для заболевания анамнеза, типичных клинических симптомов астмы, атопии (атопический анамнез, положительные скарификационные аллергопробы (САП), уровень общего сывороточного IgE более 100 МЕ/мл) [Бронхиальная астма. Глобальная стратегия, 1996]. В случае невозможности доказать наличие атопии, выставляли диагноз неатопической БА. Степень тяжести заболевания устанавливали согласно критериям проекта GINA (2002 г.) и Национальной программы лечения и профилактики БА у детей (1997 г.).

Аллергологическое обследование включало сбор аллергоанамнеза и проведение САП на пищевые, ингаляционные, эпидермальные, растительные и грибковые аллергены с использованием стандартных наборов согласно рекомендациям производителей («Биомед», Москва; «Immuno Tek», Испания).

Измерение уровня общих сывороточных антител класса E проводили с помощью твердофазного иммуноферментного анализа с использованием стандартных наборов согласно рекомендациям производителей («Протеиновый контур», Санкт-Петербург; «Veda Lab», Франция). Уровень общего сывороточного IgE пересчитывали на международные единицы на миллилитр (МЕ/мл; 1 МЕ =2,42 нг/мл).

Исследование функции внешнего дыхания (ФВД) осуществляли по стандартной методике (анализ кривой «поток-объем» и показателей спирометрии) на установке «Master Lab Pro» («Эрих Йегер», Германия) [Quanjer et al. 1993].

Для определения степени реактивности бронхов проводили провокационный тест с метахолином. Диапазон концентраций растворов метахолина составили 0,25-32 или 64 мг/мл. Результаты выражали как концентрация метахолина, вызывающая не менее чем 20% падение объема форсированного выдоха (РС20), вычисленная методом линейной интерполяции по общепринятой формуле [Sterk et al., 1993]. Диагностически значимой в отношении БА считали РС20 не менее 20 мг/мл – это состояние рассматривали как наличие бронхиальной гиперреактивности (BHR).

В отношении больных ТБ был проведен полный клинико – эпидемиологический анализ с учетом возраста начала заболевания, социального статуса, вредных привычек (курение, злоупотребление алкоголем, употребление наркотиков), сопутствующей патологией, наличия контакта с туберкулезным больным, а также данные о ТБ в роду. Анализу подвергались выраженность клинических проявлений (жалобы, объективный статус больного), результаты лабораторных и инструментальных методов исследования (микроскопия и посев мокроты на МБТ, чувствительность к противотуберкулезным препаратам, рентгенологическое исследование легких) на момент начала заболевания, а также через 2 месяца лечения.

Определение количества эритроцитов, концентрации гемоглобина, общего числа лейкоцитов и их отдельных морфологических форм, величину СОЭ, уровень печеночных проб (билирубина, аланинаминотрансферазы и аспартатаминтрансферазы) исследовали общепринятыми методами [Меньшиков, 1987].

2.2.2. Молекулярно-генетические методы

В ходе выполнения работы было исследовано 6 полиморфных вариантов генов цитохромов Р450 (CYP2C19, CYP2E1) и глутатионовых S-трансфераз (GSTT1, GSTM1 и GSTP1) (табл. 4).

Для генотипирования индивидов по указанным полиморфизмам использовали образцы тотальной ДНК из банка НИИ медицинской генетики (семейная выборка больных БА и контрольная выборка) и ДНК, выделенную из цельной венозной крови (семейная выборка больных ТБ) по стандартной неэнзиматической методике [Маниатис и др., 1984; Lahiri et al.,  1992]. Выделенную ДНК замораживали и хранили при температуре -20С до проведения эксперимента.

Генотипирование осуществляли с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), используя структуру праймеров и параметры температурных циклов, описанных в литературе (табл. 5). Смесь для ПЦР содержала 0,5-2,0 мкл специфической пары праймеров с концентрацией 1 о.е./мл, 1,2-1,8 мкл 10 буфера для амплификации с концентрацией MgCl2 0,5-2,0 mM, 0,5-1,0 е.а. Taq ДНК-полимеразы («Сибэнзим», «Медиген», Новосибирск) и 100-200 нг геномной  ДНК. Смесь помещали в 0,5 мл пробирки типа «Эппендорф», наслаивали сверху минеральное масло для предотвращения испарения и амплифицировали в автоматических минициклерах «MJ Rеsearch» (США) и «ЦиклоТемп 105» (Россия-Австрия).

Программа амплификации включала предварительную денатурацию при 94С в течение 5 минут, с последующими 30-35 циклами отжига при температуре 60С (1мин.), элонгации цепи при 72С (40 сек.) и денатурации при 94С (40 сек.). Программу завершала финальная элонгация при 72С в течение 3 минут. Амплификат подвергали гидролизу соответствующей рестриктазой (табл.4) при оптимальной для фермента температуре на протяжении 12-24 ч. Рестрикционная смесь включала 5-7 мкл амплификата, 1,0-1,2 мкл 10 буфера для рестрикции, поставляемого фирмой – производителем («Сибэнзим», Новосибирск), и 1-5 единиц активности фермента (в зависимости от эффективности его работы). Продукты рестрикции фракционировали 20-30 минут в 3% агарозном геле при напряжении 120 В. Фрагменты ДНК окрашивали бромистым этидием и визуализировали в ультрафиолетовом свете с применением компьютерной видеосъемки на приборе «UV-VIS Imager-II» (США).

 


Таблица 5

Характеристики исследованных полиморфных вариантов генов системы биотрансформации ксенобиотиков

Ген

Локализация

Полиморфизм

Структура праймеров

Фермент

реакции

Литературный  источник

СYP2C19

10q24.1-24.3

Экзон 5

681GA

5’-aat-tac-aac-cag-agc-ttg-gc

5’-tat-cac-ttt-cca-taa-aag-caa-g

SmaI

De Morais et al., 1994

CYP2E1

10q24.3-qter

5’-фланкирующий регион

1293GC

5’-cca-gtc-gag-tct-aca-ttg-tca

5’-ttc-att-ctg-tct-tct-aac-tgg

PstI

Salama et al., 1999

10q24.3-qter Интрон 6

7632TA

5’-ctg-ctg-cta-atg-gtc-act-tg

5’-gga-gtt-caa-gac-cag-cct-ac

DraI

Lin et al., 1998

GSTM1

1p13.3

Делеция 

5’-tgc-ttc-acg-tgt-tat-gga-ggt-tc

5’-gtt-ggg-ctc-aaa-tat-acg-gtg-g

-

Spurdle et al., 2001

GSTT1

22q11.23

Делеция

5’-ggt-cat-tct-gaa-ggc-caa-gg

5’-ttt-gtg-gac-tgc-tga-gga-cg

-

GSTP1

11q13

Экзон 5

313AG

5’- gta-gtt-tgc-cca-agg-tca-ag

5’- agc-cac-ctg-agg-ggt-aag

BsoMAI

Ishii et al., 1999


2.2.3. Статистические методы анализа

Распределение генотипов по исследованным полиморфным локусам проверяли на соответствие равновесию Харди-Вайнберга (РХВ) с помощью точного теста Фишера [Вейр, 1995].

Ожидаемую гетерозиготность полиморфизма генов цитохромов Р450 (CYP2C19 и CYP2E1) и глутатионовых S-трансфераз (GSTT1, GSTM1 и GSTP1) рассчитывали по опубликованным методикам [Животовский, 1984]. Относительное отклонение ожидаемой гетерозиготности от наблюдаемой (D) рассчитывали по формуле:

D=(hobshexp)/hexp,

где hobs и hexp – ожидаемая и наблюдаемая гетерозиготность соответственно.

Для анализа ассоциации маркеров исследуемых генов с туберкулезом и бронхиальной астмой, а также с качественными патогенетически важными признаками заболеваний, сравнивали частоты аллелей и генотипов в группах больных и здоровых индивидов, используя критерий χ2 с поправкой Йетса на непрерывность, а также  с применением двустороннего точного критерия Фишера.

Об ассоциации разных генотипов (или их комбинаций) с заболеваниями судили по величине отношения шансов (odds ratio (OR)) [Pearce, 1993], величины, показывающей, во сколько раз выше вероятность заболеть для индивида с определенным генотипом (или комбинацией генотипов):

OR= (A/B)/(C/D), где

А – число (процент) людей с данным генотипом (комбинацией генотипов) в группе больных;

С - число (процент) людей с данным генотипом (комбинацией генотипов) в группе здоровых;

В – число (процент) индивидов, не имеющих данного генотипа (комбинации генотипов) в группе больных;

D - число (процент) индивидов, не имеющих данного генотипа (комбинации генотипов) в группе здоровых.

Значения OR>1 указывают на возможную положительную ассоциацию с заболеванием. Обсуждение величин OR проводили при уровне значимости не более 5%.

При анализе семейного материала для поиска ассоциаций с генетическими маркерами был использован тест на неравновесие по сцеплению – Transmission/Disequilibrium Test (TDT):

TDT= (b-c)2/(b+c)2,

где b и c – число наследуемых аллелей от гетерозиготных родителей [Spielman, 1993]. TDT рассматривает вероятности передачи маркерного аллеля от гетерозиготного родителя больному потомку и отклонение этой вероятности от 0,5 может появиться только тогда, когда есть сцепление между маркерным локусом и локусом, контролирующим болезнь [Аксенович, 2001]. Этот тест имеет ряд существенных преимуществ: помимо того, что обладает высокой статистической мощью, к тому же устойчив к эффектам популяционной структуры (подразделенность, гетерогенность, примесь и т.д.), практически безотносителен к типу наследования.

При статистически значимых отклонениях распределения количественных признаков от нормального (по данным теста Шапиро-Уилки), сравнение проводили с помощью непараметрических критериев Манна-Уитни и Краскела-Уоллиса.

Для сравнения средних значений признаков до и после лечения применяли тест Уилкоксона [Гланц, 1998].

Для оценки параметров распределения, включая средние значения, стандартные отклонения использовали стандартный набор статистических процедур [Лакин, 1990]. Усреднение статистически значимых коэффициентов корреляции проводили с помощью z-преобразования Р. Фишера, после проверки на значимость различий полученных коэффициентов корреляции [Лильин и др., 1984].

Все расчеты проводили с использованием пакета прикладных программ “STATISTIСA  for Widows 6.0” и в программе “Microsoft Excel 97”.


ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Полиморфизм генов глутатионовых S-трансфераз (GSTT1, GSTM1, GSTP1) и цитохромов Р450 (CYP2E1, CYP2C19) у жителей г. Томска

Для реализации поставленных задач в рамках данного исследования проведен анализ полиморфизма генов биотрансформации ксенобиотиков I и II фазы метаболизма в отношении риска развития БА и ТБ, а также для значимых при заболеваниях качественных и количественных признаков.

В подавляющем большинстве случаев совместное функционирование обеих фаз метаболизма обеспечивает обезвреживание десятков тысяч ксенобиотиков всех химических классов. Предположительно, эта система возникла или эволюционировала в результате адаптации к техногенному загрязнению среды. Однако, учитывая, что загрязнение среды стало серьезным только в конце XX века, а также, что система метаболизма играет важную роль в перекисном окислении липидов и в биотрансформации многих эндогенных веществ, например, холестерина, витамина D, простагландинов и лейкотриенов, желчных кислот, токоферолов, стероидов и т.д. [Waxman, Azaroff, 1992], можно предположить, что ферменты биотрансформации первоначально функционировали как система метаболизма эндогенных веществ, а с изменяющимися условиями окружающей среды стали участвовать в метаболизме ксенобиотиков вследствие их широкой субстратной специфичности.

Одной из важных особенностей ферментативной системы метаболизма являются достаточно выраженные этнические различия. Это один из фактов, который необходимо учитывать при анализе связи полиморфизма генов с развитием заболевания, так как восприимчивость к патологии индивида одной популяции, определяющаяся сочетанием, как правило, распространенных вариантов генов, значительно различается с таковой в других популяционных группах. Поэтому, прежде чем анализировать данные гены в отношении риска возникновения болезни, следует рассмотреть популяционные особенности исследуемой группы здоровых индивидов г. Томска по данным локусам.

В ходе выполнения работы было исследовано 6 полиморфных вариантов генов цитохромов Р450 - CYP2C19 (681G>A) и CYP2E1 (7632T>A; 1293G>C) и глутатионовых S-трансфераз – GSTT1 (делеция), GSTM1 (делеция) и GSTP1 (313A>G).

Для изученных полиморфных вариантов генов GSTP1 (313A>G) и цитохромов Р450 - CYP2E1 (7632T>A; 1293G>C), CYP2C19 (681G>A) в контрольной выборке распределение генотипов соответствовало ожидаемым при равновесии Харди-Вайнберга (табл. 6). Для полиморфизма 313А>G гена GSTP1 отмечена незначительная гетерогенность между наблюдаемыми и ожидаемыми значениями генотипов за счет недостатка гетерозигот.

Осуществить проверку распределения генотипов по генам GSTT1 и GSTM1 на соответствие ожидаемым при равновесии Харди-Вайнберга невозможно, поскольку не устанавливалось гетерозиготного носительства.

Частоты встречаемости аллелей и генотипов изучаемых локусов в исследованной выборке здоровых жителей г. Томска оказались близки к значениям таковых в других европеоидных популяциях (рис. 2; табл. 6, 7). У жителей г. Томска частота «нулевого» генотипа для генов GSTT1 и GSTM1 составила 23,7% (n=32) и 54,8% (n=74), соответственно. Сходная ситуация описана для GSTT1 и GSTM1 описана для жителей г. Новосибирска [Ляхович и др., 2000; Вавилин и др., 2002]. Полученные частоты как для генов GSTT1 и GSTM1, так и для остальных полиморфных вариантов генов системы метаболизма, изучаемых в настоящей работе близки к значениям таковых в других европеоидных популяциях.


Таблица 6

Распределение генотипов по маркерам генов ферментов метаболизма ксенобиотиков

у здоровых индивидов г. Томска

Ген

Полимор-

физм

Генотип

N.O.

N.E.

Частота аллеля

2

(d.f.=1)

hobs

hexp

D

GSTP1

313AG

AA

AG

GG

58

45

16

54,46

52,09

12,46

G=32,4

1,97

0,3782

0,4377

-0,136

CYP2C19

681GA

*1/*1

*1/*2

*2/*2

90

26

0

91,46

23,09

1,46

CYP2C19*2=11,2

1,32

0,2241

0,1990

-0,126

CYP2E1

7632TA

ТТ

ТА

АА

106

20

2

105,13

21,75

1,13

A=9,4

0,45

0,1562

0,1699

-0,081

CYP2E1

1293GC

C1C1

C1C2

C2C2

113

9

0

113,17

8,67

0,17

C2=3,7

0,04

0,0738

0,0710

-0,038

Примечание. N.O. и N.E. – наблюдаемая и ожидаемая численность генотипов; критерий 2 использован для оценки соответствия наблюдаемого распределения генотипов ожидаемому при равновесии Харди-Вайнберга; d.f. – число степеней свободы; hobs и hexp – наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, соответственно; D –относительное отклонение наблюдаемой гетерозиготности от ожидаемой.

Рис. 2. Частоты аллелей полиморфных вариантов генов GSTP1, CYP2E1 и CYP2C19 у жителей г. Томска (собственные данные) и в различных этнических группах (по: Brockmoller et al., 1996; Morita et al., 1997; Farker et al., 1998; Lin et al., 1998; Ishii et al., 1999; Miller et al., 2002; Yang et al., 2004).

Таблица 7

Частоты «нулевых» генотипов генов глутатионовых S-трансфераз в некоторых этнических группах

Ген

Этническая принадлежность

Частота «нулевого» генотипа, %

Литературный источник

GSTT1

Европеоиды США, n=152

17,1

Crump et al., 2000

Корейцы, n=220

45,9

Kim et al., 2000

GSTM1

Европеоиды CША, n=927

54,0

Miller et al., 2002

Корейцы, n=220

44,1

Kim et al., 2000

Учитывая функциональную значимость системы метаболизма ксенобиотиков, многие работы по изучению полиморфизма генов соответствующих ферментов в первую очередь направлены на изучение эффективности лекарственной терапии различных заболеваний и связанными с ней проявлениями побочных эффектов. Другим аспектом интереса к этой системе является то, что в некоторых случаях можно оценить вклад в развитие заболевания полиморфизмов генов, отвечающих за взаимодействие организма человека с факторами окружающей среды. Кроме того, ферменты системы биотрансформации ксенобиотиков активно задействованы в метаболизме различных эндогенных веществ, в том числе и медиаторов воспаления. Поэтому можно предполагать, что наличие генетически обусловленных индивидуальных особенностей функционирования этой системы способствует развитию патологий. Глутатионовым S-трансферазам и цитохромам Р450 придают важное значение в формировании подверженности к заболеваниям, триггерами которых выступают неблагоприятные факторы внешней среды, например, онкологическая патология, инфекционные и аллергические заболевания и др. Из исследуемых генов наиболее изученными в отношении БА и ТБ являются гены глутатионовых S-трансфераз, причем касательно ТБ работы направлены в основном на изучение гепатотоксичности от применяемых для лечения заболевания препаратов, а не на поиск участия генов в развитии и патогенезе болезни.

В целом, результаты анализа частот аллелей и генотипов генов GSTT1, GSTM1, GSTP1, CYP2E1 и CYP2C19 у жителей г. Томска показывают значения близкие для европеоидных популяций, что закономерно, так как этническая принадлежность была одним из основных критериев отбора для исследования.

3.2. Оценка роли полиморфизма генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в развитии бронхиальной астмы и туберкулеза

3.2.1. Ассоциация полиморфных вариантов генов GSTT1, GSTM1, GSTP1, CYP2E1 и CYP2C19 с атопической бронхиальной астмой

Интерес исследователей к изучению полиморфизма генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков при БА, отвечающих за взаимодействие организма с факторами окружающей среды, вызван экологической обусловленностью заболевания. Показано, что «нулевые» генотипы генов GSTT1 и GSTM1 как в отдельности, так и в комбинации друг с другом являются факторами генетической предрасположенности к БА [Иващенко и др., 2001]. Кроме того, выявлена связь клинических особенностей течения заболевания с полиморфизмом генов GSTT1, GSTM1, CYP1A1 и NAT2 и показана модифицирующая роль курения на развитие БА [Ляхович и др., 2000, 2002]. Отмечены связь фенотипических проявлений БА (положительные кожные тесты, высокий уровень общего IgE) с полиморфизмом 313A>G гена GSTP1 ферментативной системы биотрансформации [Fryer et al., 2000] и различия в его функциональной значимости для БА атопического и неатопического генеза [Tamer et al, 2004]. При исследовании связи полиморфизма 313A>G гена GSTP1 с астмой, вызванной воздействием толуол диизоцианата установлено, что частота гомозиготного генотипа G/G этого гена снижена у индивидов с астмой, а также понижена у лиц, имеющих размах гиперреактивности бронхов от умеренной до критической по сравнению с индивидами, показывающими нормальную и низкую активность таковой по результатам диагностического теста с метахолином [Cristina et al., 2002]. Кроме того, показано, что материнское наследование G/G и A/A генотипов полиморфизма 313A>G гена GSTP1 может влиять на последующее развитие астмы и формирование особенностей ее клинического фенотипа у детей [Carroll et al., 2005].

Таблица 8

Распределение генотипов исследуемых генов ферментов

биотрансформации у больных бронхиальной астмой и здоровых

Генотип

БА

Контрольная группа

р

n

%

n

%

GSTT1

GSTT1+

99

75,6

103

76,3

1,000

GSTT1 0/0

32

24,4

32

23,7

GSTM1

GSTM1+

38

29,0

61

45,2

0,008

GSTM1 0/0

93

71,0

74

54,8

GSTP1 313AG

AA

55

48,7

58

48,7

0,648

AG

47

41,6

45

37,8

GG

11

9,7

16

13,5

CYP2E1 7632TA

TT

88

72,1

106

82,8

0,049

TA

33

27,1

20

15,6

AA

1

0,8

2

1,6

CYP2E1 1293GC

C1C1

106

89,8

113

92,6

0,498

C1C2

12

10,2

9

7,4

C2C2

0

0,0

0

0,0

CYP2C19 681GA

*1/*1

91

66,4

90

77,6

0,068

*1/*2

44

32,1

26

22,4

*2/*2

2

1,5

0

0,0

Примечание. n – абсолютное значение; р – достигнутый уровень значимости по точному тесту Фишера.

По локусам GSTT1, GSTP1 и CYP2E1 (1293GC) существенных различий между выборкой больных БА и контрольной группой не обнаружено (табл. 8). Для гена GSTM1 показано, что частота функционального генотипа встречалась у больных значимо реже (р=0,008). Это позволяет говорить о том, что для носителей делеции гена GSTM1, повлекшей за собой утрату активности соответствующего фермента, существует вероятность дисбаланса процессов детоксикации экзогенных и эндогенных веществ, что повышает для них риск развития заболевания. Об этом свидетельствует и тот факт, что носители делеционного генотипа показывают в два раза выше риск развития БА по сравнению с индивидами, имеющими функциональный генотип (OR=2,02; 95% CI: 1,18-3,46; p=0,009). Эта ассоциация может быть следствием множественности биологических функций глутатионовых S-трансфераз: участие в метаболизме эндогенных медиаторов воспаления (простагландинов, лейкотриена С4), нейромедиаторов. В настоящее время ведется дискуссия по поводу взаимосвязи ферментов метаболизма с регуляторным цитокиновым звеном. Предполагается, что образующиеся реактивные метаболиты в ходе реакций I фазы биотрансформации ксенобиотиков и их дальнейшее ковалентное связывание с макромолекулами клетки может привести к образованию аутоантигенов, вызывающих клеточный или гуморальный иммунный ответ [Ляхович и др., 2000]. Учитывая важную роль глутатионовых S-трансфераз в метаболизме эндогенных и экзогенных соединений, можно предполагать, что образующиеся реактивные метаболиты (даже при условии повышенного их образования в силу полноценной работы ферментов I фазы) у индивидов с функциональными генотипами GST, эффективно утилизируются, и, таким образом, не способствуют развертыванию воспалительных реакций и утяжелению уже начавшегося воспалительного процесса.

Исследование полиморфизма 7632TA гена CYP2E1 показало, что гетерозиготный генотип T/A чаще встречался в группе больных БА (2=4,22, р=0,049). Оценка OR показала, что гетерозиготные носители имеют повышенный риск развития заболевания по сравнению с контрольной группой (OR=2,0; 95% CI: 1,03-3,91; p=0,040). Данное обстоятельство является несколько неожиданным, поскольку предполагается, что для гетерозигот характерна более благоприятная активность соответствующего фермента для поддержания состояния здоровья, а не низкая или высокая у гомозигот, так как известно, что с аллелем 7632А часто ассоциированы редкие мутации, влияющие на каталитическую активность соответствующего белка [Hu et al., 1997].

При сравнении распределения частот генотипов полиморфизма 681GA гена CYP2C19 фермента I фазы метаболизма показана гетерогенность между группами больных БА и здоровыми за счет  тенденции к повышению частот гетерозигот *1/*2 у пробандов c БА (2=3,32, р=0,068). При анализе частот аллелей этого локуса отмечена тенденция к преобладанию аллеля CYP2C19*2 у больных (2=3,52, р=0,061) по сравнению со здоровыми.

Таблица 9

Распределение индивидов разного пола по группам, характеризующим

степень тяжести бронхиальной астмы

Группы сравнения

Легкая БА

Среднетяжелая БА

Тяжелая БА

n

%

n

%

n

%

Мужчины

14

56,0

32

60,4

19

36,5

Женщины

11

44,0

21

39,6

33

63,5

Примечание. n – абсолютное значение индивидов в группе.

Учитывая, что БА имеет довольно сложный клинический фенотип, проявляющийся от повышенной чувствительности бронхов до летальных форм, проследить участие генов системы биотрансформации в патогенезе возможно только при тщательном анализе особенностей сформировавшегося клинического фенотипа БА. Поэтому было проанализировано распределение частот генотипов и аллелей изучаемых локусов в отношении групп с различной степенью тяжести заболевания. Оценка тяжести БА основывается на клинических проявлениях, кроме того, учитывается вариабельность изменения бронхиальной проходимости в течение суток.

При сравнении групп, различающихся по степени тяжести (табл. 9) показано, что в группе с тяжелой БА преобладали индивиды женского пола (63,5%) в отличие от двух других представленных групп.

Рис. 3.  Распределение «нулевых» (“0/0”) генотипов генов GSTT1 и GSTM1 у больных бронхиальной астмой, различающихся по степеням тяжести.

У больных БА с различными степенями тяжести заболевания установлены различия между легкой (n=26) и тяжелой (n=50) степенью тяжести по частотам генотипов гена GSTT1: «нулевой» генотип гена преобладал у лиц с легкой БА (38,5% и 16,0% у больных легкой и тяжелой БА, р=0,045) (рис. 3).

Предположив, что ферменты метаболизма ксенобиотиков  способствуют сенсибилизации, осуществляя детоксикацию низкомолекулярных соединений, что клинически может проявляться проявлениями поливалентной аллергии, были проанализированы результаты кожных аллергопроб с полиморфизмом исследуемых генов ферментов метаболизма ксенобиотиков. В результате анализа не выявлено статистически значимых различий между группами, различающимися по наличию/отсутствию сенсибилизации (р>0,05).

В целом, полученные данные свидетельствуют о связи изученных полиморфных вариантов генов у жителей г. Томска как с БА, так и с отдельными клиническими признаками заболевания. Результаты работы показали вклад делеционного полиморфизма гена GSTM1 в развитии БА, основанного на функциональной значимости глутатионовых S-трансфераз в метаболизме эндогенных и экзогенных ксенобиотиков, а также выявили, что риск развития БА увеличивает гетерозиготный генотип гена CYP2E1 (полиморфизм 7632TA). Кроме того, установлено значимое увеличение частоты «нулевого» генотипа гена GSTT1 у больных с легким течением заболевания.

3.2.2. Ассоциация полиморфизма генов ферментов метаболизма

ксенобиотиков с туберкулезом

Известно, что при воспалении и инфекции происходит изменение уровня активности цитохромов Р450. Этот эффект опосредован цитокинами, которые угнетают транскрипцию генов и накопление мРНК различных изоформ цитохрома Р450 в клетках [Renton, 2004]. Такая реакция взаимодействия иммунной системы и системы метаболизма ксенобиотиков на внедрение инфекционного агента обеспечивает защиту от последствий возможной неконтролируемой активации потенциально опасной для организма ферментативной системы и снижает риск развития оксидативного стресса. В  связи с этим представляется важным изучение полиморфизма генов системы метаболизма ксенобиотиков в отношении ТБ инфекции.

Таблица 10

Распределение генотипов исследуемых генов ферментов

биотрансформации у больных туберкулезом и здоровых

Генотип

ТБ

Контрольная группа

р

n

%

n

%

GSTT1

GSTT1 +

254

81,9

103

76,3

0,195

GSTT1 0/0

56

18,1

32

23,7

GSTM1

GSTM1 +

126

40,6

61

45,2

0,404

GSTM1 0/0

184

59,4

74

54,8

GSTP1 313AG

AA

144

47,2

58

48,7

0,034

AG

142

46,6

45

37,8

GG

19

6,2

16

13,5

CYP2E1 7632TA

ТТ

246

80,4

106

82,8

0,235

ТА

59

19,3

20

15,6

АА

1

0,3

2

1,6

CYP2E1 1293GC

C1C1

287

92,3

113

92,6

0,498

C1C2

24

7,7

9

7,4

C2C2

0

0,0

0

0,0

CYP2C19 681GA

*1/*1

234

76,5

90

77,6

0,828

*1/*2

69

22,5

26

22,4

*2/*2

3

1,0

0

0,0

Примечание. n – абсолютное значение; р – достигнутый уровень значимости по точному тесту Фишера.

При сравнении распределения частот аллелей и генотипов полиморфных вариантов генов метаболизма ксенобиотиков между группой больных ТБ и контрольной выборкой получены различия только для гена GSTP1, обусловленные увеличением доли гомозигот G/G у здоровых (р=0,034) (табл. 10). Установлена протективная роль генотипа G/G гена GSTP1  в отношении развития ТБ (OR=0,43; 95%CI: 0,20-0,91; р=0,026). В результате однонуклеотидной замены аденина на гуанин в этом гене происходит изменение ферментативной активности, обусловливающее повышение уровня гидрофобных аддуктов в тканях легких. Показано, что соответствующая замена изолейцина на валин в 105 положении, расположенная в субстрат-связывающем Н-участке фермента, приводит к неоднозначным изменениям кинетических параметров ферментам. Ген GSTP1 в большей степени экспрессируется в респираторном тракте. Возможно, что для гомозигот G/G гена GSTP1 характерна высокая каталитическая активность по отношению к ряду соединений, являющихся факторами риска развития ТБ (например, продукты табачного дыма), которая способствует их быстрому метаболизму и дальнейшему выведению, таким образом, снижая риск развития заболевания.

Сравнительная оценка распределения частот аллелей и генотипов генов GSTT1, GSTM1, CYP2E1 и CYP2C19 между группами больных ТБ и здоровых индивидов cтатистически значимых различий не показала (табл. 10).

Проведен анализ полиморфизма исследуемых генов для определения связи с отдельными клиническими проявлениями ТБ, характеризующими тяжесть и течение патологического процесса. Особенно важной является оценка связи исследуемых полиморфизмов с лабораторными показателями, свидетельствующими о степени тяжести туберкулезного процесса и выраженности воспалительной реакции.

Исходя из данных рентгенологического исследования, были сформированы три группы больных ТБ в зависимости от объема поражения легкого (I группа – поражено 1-2 сегмента легкого (n=76), II группа – поражена одна доля легкого (n=40), III группа – задействовано более доли легкого (n=117)). При анализе распределения частот аллелей и генотипов исследуемых локусов получены различия для гена CYP2C19: отмечено преобладание гомозигот *1/*1  в III-й группе по сравнению с I-ой (80,3% и 65,8%, соответственно, р=0,040) и повышенная частота аллеля CYP2C19*1 в III-й группе (р=0,045). Эти данные свидетельствуют в пользу гипотезы о накоплении в клетках активных форм кислорода и реактивных метаболитов, образующихся в реакциях I фазы. Известно, что CYP2C19 семейства цитохрома Р450 является основным ферментом, катализирующим в организме человека трансформацию (S)-мефенитоина в соответствующее 4’-гидроксипроизводное [Крынецкий, 1996]. Замена 681GA в пятом экзоне гена является основным генетическим дефектом, приводящим к инактивации CYP2C19, проявляющимся на уровне фенотипа наличием медленных метаболизеров (S)-мефенитоина. Полученные различия в отношении развития ТБ можно трактовать следующим образом: у носителей CYP2C19*1 аллеля при метаболизме субстратов для  CYP2C19 повышается уровень реактивных окислителей, которые независимо от работы ферментов II фазы, накапливаются в организме и оказывают повреждающее действие на клетки, усиливая патологический процесс. Развитие окислительного стресса при ТБ способствует усилению процессов деструкции в легочной ткани. Подобные результаты были получены при исследовании инсерционного полиморфизма гена CYP2E1 с развитием инфильтративного ТБ у жителей Башкортостана [Бикмаева и др., 2004].

Основной этиологической причиной в развитии туберкулезного процесса являются микобактерии ТБ, несмотря на важное значение факторов, способствующих развитию заболевания (курение, асоциальный образ жизни и др.). С момента открытия Р.Кохом в 1882 году, возбудитель ТБ достаточно полно изучен в отношении биологических свойств, характера и условия заражения. Сложилось четкое представление о патогенезе заболевания, его клинических проявлениях, течении и исходах. ТБ отличается клиническим полиморфизмом, что проявляется в развитии различных форм заболевания – от малых с бессимптомным течением до обширных деструктивных процессов с выраженной клинической картиной. Известно, что контакт организма человека с M. tuberculosis не обязательно приводит к развитию болезни [Хоменко, 1990]. В легких процесс начинается с формирования небольшого очага, где происходит накопление серозного экссудата с нейтрофильными гранулоцитами и макрофагами, подвергающегося первичному некрозу. В дальнейшем экссудативные изменения заканчиваются формированием туберкулезной гранулемы, затем при благоприятном течении процесс ограничивается рубцеванием или инкапсуляцией. Развитие туберкулезных изменений в ранее не инфицированном M. tuberculosis организме свидетельствует о первичном генезе заболевания. В случае обострения существующего первичного процесса, либо повторного экзогенного инфицирования, возникает вторичный ТБ [Цинзерлинг, 1996]. Несмотря на накопленные данные о патогенезе заболевания до сих пор не решен вопрос, почему в одних случаях развивается очаговый ТБ, а в других – инфильтративный или другие клинические формы [Хоменко, 1990].

Предположив, что различия в патогенезе заболевания связаны с индивидуальными особенностями генома человека, был изучен полиморфизм генов системы метаболизма в группах больных ТБ, различающихся по клиническим формам заболевания. Наиболее характерной клинической формой заболевания среди исследуемых больных жителей г. Томска является инфильтративный ТБ (50,3%) (табл. 11). По Сибирскому Федеральному округу также отмечается преобладание вторичного ТБ, среди которых инфильтративная форма занимает первое место в общей структуре клинических форм и составляет 55,1% [Краснов, 2004].

Процентное соотношении доли индивидов мужского и женского пола колеблется в зависимости от клинической формы заболевания. В выборке больных ТБ г. Томска отмечена высокая заболеваемость диссеминированной формой у мужчин по сравнению с женщинами (р=0,047), для остальных форм статистически значимых различий не показано (р=0,602-0,783). По мнению многих исследователей, более высокая заболеваемость у мужчин обусловлена не только биологическими свойствами макроорганизма, но и  особенностями условий труда и влиянием различных вредных привычек [Рабухин, 1976; Хоменко, 1990].

Таблица 11

Половозрастной состав групп больных туберкулезом с различными

клиническими формами

Группы сравнения

Мужчины n, (%)

Женщины

n, (%)

Cуммарно n, (%)

Средний возраст  S.D.

ТБ внутригрудных лимфоузлов

21 (9,9)

13 (12,6)

34 (10,8)

6,8 3,4

Очаговый ТБ

17 (8,1)

10 (9,7)

27 (8,6)

35,7 14,1

Диссеминированный ТБ

53 (25,1)

15 (14,6)

68 (21,7)

36,9 13,3

Инфильтративный ТБ

104 (49,3)

54 (52,4)

158 (50,3)

33,4 12,7

Остальные формы

16 (7,6)

11 (10,7)

27 (8,6)

36,4 11,6

Примечание. n – численность в группе; S.D. – стандартное отклонение.

При сравнительном изучении распределения частот «нулевого» генотипа гена GSTM1 группы больных первичным ТБ с поражением внутригрудных лимфоузлов  и пациентов с инфильтративной формой отмечена тенденция к снижению доли лиц, гомозиготных по делеции, среди индивидов с ТБ вторичного генеза (70,6% и 52,3%, соответственно, р=0,058).

Анализ частот генотипов полиморфизма 313AG гена GSTP1 в группах больных с ТБ внутригрудных лимфоузлов и инфильтративным ТБ также показал различия между этими двумя группами (р=0,026) за счет преобладания гетерозигот A/G  у лиц больными вторичным ТБ по сравнению с первичной формой (50,0% и 34,4% соответственно).

Таким образом, отмечена связь полиморфных вариантов генов ферментов I и II фаз метаболизма GSTP1 313A>G и CYP2C19 681G>A в развитии ТБ легких у русских жителей г. Томска. Показана протективная роль генотипа G/G  полиморфизма гена GSTP1 313A>G для развития ТБ легких. В то же время, установлено возможное модифицирующее влияние полиморфизма 681G>A гена CYP2C19 на увеличение объема зоны поражения легочной ткани при уже возникшем заболевании. Эти данные говорят о том, что изученные полиморфные варианты генов системы метаболизма оказывают вклад на развитие туберкулезного процесса у русских г. Томска.

3.2.3. Сравнительный анализ роли полиморфных вариантов генов системы метаболизма ксенобиотиков в детерминации

бронхиальной астмы и туберкулеза

Согласно поставленной задаче, в ходе исследования был проведен сравнительный анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфных вариантов исследуемых локусов между группами больных ТБ и БА. Для делеционного полиморфизма гена GSTM1 показано, что частота «нулевого» генотипа у больных БА превышает таковую в группе больных ТБ (71,0% и 59,4% соответственно; 2=4,85, р=0,028) (рис. 4), а относительный риск развития БА по сравнению с ТБ у носителей «нулевого» генотипа гена GSTM1 составил 1,68 (95% CI: 1,06-2,67). Полученные данные еще раз подтверждают высокую важность функционирования глутатионовой S-трансферазы 1 в развитии БА, поскольку были получены различия в частотах генотипов данного полиморфизма гена GSTM1 при сравнении больных БА и контрольной группы (р=0,008). Для полиморфных вариантов генов глутатионовых S-трансфераз 1 и 1 при сравнении частот генотипов статистически значимых различий не показано (р=0,162 и р=0,387 соответственно).

Рис. 4. Частоты «нулевых» (0/0) генотипов гена GSTM1 у больных бронхиальной астмой и туберкулезом.

При сравнении частот генотипов исследуемых в настоящей работе полиморфных вариантов генов цитохромов Р450 различий не было показано между группами больных БА и ТБ (р=0,079-0,437). Среди больных ТБ преобладал *1/*1 генотип полиморфизма 681G>A гена СYP2C19 по сравнению с больными БА (76,5% и 66,4% соответственно), однако эти различия статистически не значимы (р=0,079). В то же время были получены различия между группами больных с ТБ и БА при сравнении частот аллелей этого локуса, где частота СYP2C19*1 аллеля у больных ТБ выше по сравнению с больными БА (87,7% и 82,5% соответственно; 2=3,96, р=0,047). Интересно, что СYP2C19*1 аллель участвует в увеличении объема поражения легочной ткани у больных ТБ легких, и, по-видимому, данная ассоциация предполагает важное участие гена СYP2C19 именно в формировании клинических проявлений при ТБ. Соответственно, для индивидов носителей СYP2C19*2 аллеля среди больных БА относительный риск выше по сравнению с больными ТБ (OR=1,52, 95% CI: 1,01-2,30; p=0,047).

Таким образом, при сравнительном анализе распределения частот аллелей и генотипов полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков между больными ТБ и БА были получены следующие различия: «нулевой» генотип гена GSTM1 и носительство СYP2C19*2 аллеля полиморфизма 681G>A гена СYP2C19 определяют развитие БА.

3.3. Анализ ассоциаций генов ферментов метаболизма ксенобиотиков с

бронхиальной астмой и туберкулезом на семейном материале

Известно, что при анализе ассоциаций генетических факторов с болезнями и признаками по принципу «случай-контроль», вероятность ложноположительного результата высока, в связи с тем, что кроме возможной истиной значимости исследуемого гена в отношении изучаемой патологии необходимо учесть возможное неравновесие по сцеплению с другими генами, имеющими непосредственное отношение к болезни. Кроме того, крайне необходимо принять во внимание процессы, происходящие непосредственно при формировании популяции, например, подразделенность, метисация, инбридинг.

Поэтому, для исключения ложноположительной ассоциации с подверженностью к полигенным заболеваниям, наиболее перспективны являются исследования на семейном материале, которые позволяют исключить влияние факторов подразделенности популяции.

В связи с этим для анализа ассоциаций исследуемых полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в настоящем исследовании использовали тест на неравновесие при наследовании TDT (Transmission/Disequilibrium Test). Применение данного теста для диаллельного локуса позволяет сравнить частоту аллелей у больных потомков гетерозиготных родителей и, в случае, если один из аллелей будет встречаться чаще у пробандов, можно говорить об ассоциации с заболеванием [Spielman, 1993].

Таблица 12

Численность аллелей, унаследованных больными бронхиальной астмой и

туберкулезом от гетерозиготных родителей

Группы сравнения

Ген (полиморфизм)

GSTP1 (313AG)

CYP2E1 (7632TA)

CYP2C19 (681GA)

БА

N гетерозиготных родителей

38

-

39

N унаследованных аллелей

A=13; G=25

-

CYP2C19*1=24; CYP2C19*2=15

TDT (p)

3,79 (0,052)

-

2,08 (0,150)

ТБ

N гетерозиготных родителей

17

11

-

N унаследованных аллелей

A=10; G=7

Т=8; А=3

-

TDT (р)

0,53 (0,467)

2,30 (0,129)

-

Примечание. TDT – значение теста Transmission/Disequilibrium Test; рдостигнутый уровень значимости.

При анализе семейного материала больных БА наблюдалось предпочтительное наследование аллеля 313G гена GSTP1 больными от гетерозиготных родителей (TDT=3,79, р=0,052), близким к статистической значимости (табл. 12). Ген GSTP1 локализован на хромосоме 11q13, а для этого региона показано сцепление с бронхиальной гиперреактивностью и атопией [Daniels et al., 1996; Thomas et al., 1997]. Полученные данные позволяют предполагать возможное участие  глутатионовых S-трансфераз 1 в детоксикации и элиминации токсических продуктов в эпителиальных тканях респираторного тракта.  Данные о неоднозначных изменениях каталитической активности при мутации 105Val [Watson et al., 1998], позволяют предположить, что недостаток соответствующего фермента, задействованного в метаболизме ксенобиотиков, приводит к нарушению детоксикации электрофильных реактивных метаболитов, образующихся в I-й фазе биотрансформации и оказывающих повреждающее действие на бронхи, тем самым, провоцируя развитие БА у предрасположенных индивидов.

Для гена CYP2E1 (7632TA) не удалось проследить наследование аллелей для больных БА в силу низкой гетерозиготности родителей пробандов. Использование TDT для гена CYP2C19 (681GA) не показало значимой ассоциации с заболеванием (TDT=2,08, p=0,150). Значение TDT для полиморфизма 313A>G гена GSTP1 не показало преимущественного наследования ни одного из аллелей пробандами больными ТБ (TDT=0,53, p=0,467), в отличие от такового значения для больных БА. В случае полиморфизма по «нулевым» аллелям для генов GSTT1 и GSTM1 применение TDT затруднено по причине невозможности определения гетерозиготного носительства.

В целом, семейный анализ наследования аллелей генов ферментов метаболизма ксенобиотиков показал отсутствие предпочтительного наследования аллелей больными потомками от гетерозиготных родителей, однако для аллеля 313G гена GSTP1 получено значение TDT близкое к статистической значимости.

3.4. Оценка связи комбинаций генотипов генов ферментов

биотрансформации ксенобиотиков с туберкулезом и

бронхиальной астмой

Спектр изоформ определяет соотношение метаболических путей биотрансформации ксенобиотиков и спектр образуемых метаболитов. В результате генетически обусловленного полиморфизма этих ферментов может возникать дефицит либо значительная активность отдельных изоформ, что определяет риск развития заболевания. Знания о физиологической функции ферментов метаболизма ксенобиотиков, свидетельствующие о четкой и скоординированной работе I и II фаз биотрансформации, позволяют предположить, что наиболее важная информация об их роли в патогенезе заболеваний будет получена при анализе носителей определенных сочетаний генотипов.

Поэтому, кроме анализа ассоциаций БА и ТБ с отдельными полиморфными вариантами генов GSTT1, GSTM1, GSTP1, CYP2E1 и CYP2C19 в данном исследовании были также изучены ассоциации различных комбинаций генотипов с заболеваниями (табл. 13, 14).

Комбинации генотипов GSTM1+ и GSTT1+, GSTT1+ и CYP2C19 *1/*1, GSTM1+ и CYP2E1 Т/Т, CYP2C19*1/*1  и CYP2E1 C1/C1 можно охарактеризовать, как генетические факторы устойчивости к возникновению БА. Объяснением резистентности к патологии для носителей сочетания функциональных генотипов GSTM1+/GSTT1+, может быть их функциональная значимость в отношении всей системы метаболизма, способствующая своевременной утилизации ксенобиотиков, оказывающих вредное воздействие на организм, следствием которого может быть увеличение риска развития БА. Протективное сочетание генотипов генов ферментов I фазы CYP2C19 и CYP2E1, позволяет предположить участие в метаболизме возможных триггеров БА, исходя из знаний об их функции в организме. Во всех остальных случаях протективная роль комбинаций генотипов в отношении БА показана при сочетании аллелей генов, которые обеспечивают нормальное функционирование соответствующих ферментов системы метаболизма  обеих фаз. В отношении ТБ протективную роль показали следующие комбинации генотипов: GSTM1 0/0 и CYP2E1 Т/А, GSTP1 G/G и CYP2E1 Т/Т, GSTP1 G/G и CYP2E1 C1/C1 (табл. 13).

Таблица 13

Протективные комбинации генотипов в отношении развития

бронхиальной астмы и туберкулеза

Комбинация генотипов

БА

ТБ

OR (95% CI)

р

OR (95% СI)

р

GSTM1+ и GSTP1 G/G

0,10

(0,0-0,76)

0,018

0,37

(0,14-0,98)

0,045

GSTM1+ и GSTT1+

0,47

(0,26-0,84)

0,009

-

-

GSTT1+ и CYP2C19 *1/*1

0,51

(0,29-0,88)

0,014

-

-

GSTM1+ и CYP2E1 Т/Т

0,28

(0,14-0,56)

0,000

-

-

CYP2C19*1/*1  и CYP2E1 C1/C1

0,53

(0,29-0,95)

0,032

-

-

GSTM 0/0  и CYP2E1 Т/А  

-

-

0,15

(0,06-0,42)

0,000

GSTP1 G/G  и CYP2E1 Т/Т  

-

-

0,35

(0,16-0,79)

0,009

GSTP1 G/G  и CYP2E1 C1/C1

-

-

0,39

(0,18-0,85)

0,015

Примечание. OR – значение отношения шансов; 95% CI – 95% доверительный интервал; р –достигнутый уровень значимости по точному тесту Фишера.

Отмечена «общая» комбинация генотипов GSTM1+ и GSTP1 G/G, оказывающая протективную роль как в отношении развития БА (OR=0,10; 95% CI: 0,0-0,76; p=0,018), так и ТБ (OR=0,37; 95% CI: 0,14-0,98; p=0,045) (табл. 13). Несмотря на то, что согласно TDT, отмечено предпочтительное наследование аллеля 313G  гена GSTP1 у больных БА, гомозиготы по этому аллелю в сочетании с функциональным генотипом гена GSTM1 показывают устойчивость к развитию заболевания. Возможно, что наличие особенностей ферментов метаболизма, таких как множественность форм и перекрывающаяся субстратная специфичность, позволяют существенно восполнить дефекты индивидуального фермента в метаболизме ксенобиотиков активностью других.

При анализе комбинаций генотипов полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков установлены сочетания генотипов, предрасполагающие к развитию БА (табл. 14).

Таблица 14

Комбинации генотипов, предрасполагающие к развитию

бронхиальной астмы

Комбинация генотипов

OR (95% CI)

р

GSTТ1+ и GSTМ1 0/0

1,89 (1,13-3,19)

0,015

GSTM1 0/0  и CYP2E1 Т/А

3,18 (1,31-7,87)

0,008

Примечание. OR – значение отношения шансов; 95% CI – 95% доверительный интервал; р – достигнутый уровень значимости по точному тесту Фишера.

Выявлена комбинация генотипов GSTM1 0/0 и CYP2E1 Т/А, являющаяся фактором риска развития БА (OR=3,18; 95% CI: 1,31-7,87; р=0,008). В данном случае можно предположить наличие взаимосвязанной регуляции между двумя соответствующими ферментами глутатионовой S-трансфераза и цитохрома Р450. По этому поводу имеются данные о скоординированной экспрессии GSTM1 и GSTM3 в легочной ткани человека [Anttila et al., 1995], а также о более высокой активности CYP1A2 у индивидуумов с нулевым генотипом GSTM1 [MacLeod et al., 1997]. Стоит отметить, что эта же комбинация генотипов показала в отношении развития ТБ протективное значение (OR=0,15; 95% CI: 0,06-0,42; р=0,000). Видимо такая комбинация определяет неэффективный/эффективный метаболизм различных триггеров БА и ТБ эндогенного и экзогенного происхождения.

Возможно, высокий риск для носителей комбинации генотипов GSTТ1+ и GSTМ1 0/0 (OR=1,89; 95% CI: 1,13-3,19, р=0,015) получен вследствие высокой важности для данного заболевания GSTM1, и даже наличие функционального генотипа GSTT1 не снижает риск развития заболевания. Можно предположить, что соответствующие ферменты могут также метаболизировать различные по химической структуре молекулы, тогда именно субстраты для GSTМ1 могут быть триггерами БА и присутствие функционального генотипа GSTT1 никаким образом не оказывает влияния на сохранение состояния здоровья.

Среди всех проанализированных комбинаций полиморфных вариантов генов не показано ни одного сочетания, имеющего патогенетическую значимость в развитии ТБ.

В заключение следует сказать, что при сравнении сочетаний генотипов генов ферментов I и II фаз метаболизма для различных по этиопатогенезу заболеваний отмечена общая протективная комбинация генотипов GSTM1+ и GSTP1 G/G в развитии ТБ и БА. Для ТБ не показано ни одного патогенетически значимого сочетания генотипов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков. Кроме того, комбинация генотипов GSTM1 0/0 и CYP2E1 Т/А являющаяся фактором риска развития БА, для ТБ оказывает протективную роль.

3.5. Связь полиморфизма генов ферментов метаболизма

ксенобиотиков с изменчивостью количественных признаков у больных бронхиальной астмой и туберкулезом

Следующим этапом настоящего исследования было изучение связи исследуемых полиморфных вариантов генов с изменчивостью значимых для заболеваний количественных признаков, характеризующей адаптационные способности организма. Возможно, что изучаемые полиморфизмы цитохрома Р450 и глутатионовых S-трансфераз имеют значение в развитии БА и ТБ в целом, а также в выраженности отдельных клинических проявлений. Поэтому представлялось важным оценить наличие связи исследуемых генов с количественными лабораторными показателями, характеризующими особенности течения анализируемых заболеваний.

Известно, что ключевой особенностью БА является состояние бронхиальной гиперреактивности, свидетельствующее о повышенном бронхоконстрикторном ответе на различные физико-химические факторы, когда бронхоспазм развивается в ответ на воздействие, не вызывающее такой реакции у большинства здоровых лиц. На этом основан клинический тест с метахолином, показывающий изменения чувствительности и реактивности бронхов.

Предположив, что индивидуальная способность к детоксикации веществ, способствующих развитию БА и бронхиальной гиперреактивности, детерминирована полиморфизмом генов системы метаболизма ксенобиотиков, были проанализированы значения дозы метахолина (по результатам теста на бронхиальную гиперреактивность) с изученными полиморфными вариантами исследуемых генов. Признак не показал корреляции с возрастом обследуемых (r=-0,359, p=0,066). Учитывая значимые отклонения уровня метахолина от закона Гаусса (по данным теста Шапиро-Уилки, W=0,782, p=0,001), сравнение было проведено с помощью непараметрического медианного теста. В результате была показано близкое к статистически значимому различие «количественного фенотипа» БА у мужчин с полиморфизмом 313AG гена GSTP1: для гомозиготных носителей GG генотипа характерна более низкая доза метахолина, по сравнению с мужчинами-носителями АА  и AG генотипов (рис. 5, табл. 15). Следует отметить, что в доступных нам литературных источниках отмечается связь аллеля 313А гена GSTP1 с бронхиальной гиперреактивностью для европеоидной популяции [Cristina et al., 2002].

Известно, что основными  соединениями, вызывающими бронхиальную гиперреактивность, являются реактивные окислители – ключевые компоненты воспалительной реакции. Бронхиальная гиперреактивность может быть модулирована уровнем реактивных окислителей, возможно, с помощью их способности регулировать продукцию эйкозаноидов через стимуляцию освобождения арахидоновой кислоты.

Таблица 15

Взаимосвязь изменчивости уровня метахолина с распределением

генотипов полиморфизма гена GSTP1 313A>G 

Генотип

obs

exp

Мужчины (n=25)

AA

4,000

6,261

-2,261

AG

11,000

8,348

2,652

GG

1,000

1,391

-0,391

p=0,054*

Женщины (n=16)

AA

5,000

5,625

-0,625

AG

2,000

1,875

0,125

GG

3,000

2,500

0,500

p=0,789*

Примечание. obs – наблюдаемые средние значения, exp – ожидаемые средние значения, =obs-exp, * – достигнутый уровень значимости медианным тестом.

Гены глутатионовых S-трансфераз являются генами-кандидатами для одного из клинических проявлений астмы – бронхиальной гиперреактивности, а, следовательно, и для БА, поскольку кодируемые ими ферменты понижают уровень реактивных окислителей [Hayes, McLellan, 1999]. Эта точка зрения подтверждается исследованиями, показавшими, что индивиды с пониженной антиоксидантной способностью имеют повышенный риск атопической БА и уменьшение потока антиоксидантов ассоциировано с экспрессией связанных с астмой фенотипов.

Рис. 5. Уровни метахолина у носителей различных генотипов полиморфизма    313AG гена GSTP1 у лиц мужского пола.

Полиморфизм в генах GSTT1 и GSTM1 не показал связи с бронхиальной гиперреактивностью, что может отражать различия в генной экспресии, также как изменчивости в метаболизме субстратов, имеющих отношение для развития БА. Действительно, несмотря на то, что в эпителиальных клетках легких человека экспрессируются различные генные продукты GST, глутатионовые S-трансферазы класса составляют более чем 90% от общей GST-активности [Frayer et al., 1986].

Известно, что для БА аллергического характера характерно значительное повышение уровня общего IgE. Через IgE-опосредованный механизм  целый ряд клеточных элементов: тучные клетки, макрофаги, лимфоциты, эпителиальные  и эндотелиальные клетки независимо друг от друга или совместно принимают участие в воспалении дыхательных путей, тем самым, осуществляя иммунный ответ организма на внедрение антигена. В этом контексте была рассмотрена гипотеза, предполагающая зависимость изменчивости уровня общего IgE от генетического полиморфизма ферментов метаболизма ксенобиотиков. Было показано значимое повышение уровня IgЕ у женщин с генотипом *1/*1 гена CYP2C19 по сравнению с носителями остальных генотипов (табл.  16).

Таблица 16

Распределение уровня IgE у носителей различных генотипов гена CYP2C19 (полиморфизма 681G>A) среди женщин

   

Генотип

n

Средние значения IgES.E.

p

*1/*1

20

408,073,4

0,044

*1/*2+*2/*2

4

67,526,7

Примечание. n – абсолютное значение человек в группе; р – достигнутый уровень значимости для теста Манна-Уитни.

Анализ изменчивости уровня общего IgE у больных БА с другими, изученными в данной работе полиморфными вариантами генов метаболизма ксенобиотиков, не показал ассоциаций ни у мужчин, ни у женщин (р>0,05).

Таблица 17

Значение показателей спирометрии  S.E. в зависимости от генотипа по

полиморфизмам генов глутатионовых S-трансфераз GSTT1 и GSTM1 

у больных бронхиальной астмой

Группа сравнения

Генотип

Форсированная жизненная емкость легких

Объем форсированного выдоха за 1 секунду

Пиковая скорость выдоха

GSTT1

Мужчины

GSTT1 +

(n=19)

2,320,41

1,970,45

4,311,11

GSTT1 0/0

(n=12)

2,580,50

2,290,42

4,820,84

р*

0,122

0,059

0,187

Женщины

GSTT1 +

(n=18)

2,460,73

2,020,67

3,861,33

GSTT1 0/0

(n=5)

2,420,34

2,090,70

4,261,18

р*

0,911

0,831

0,550

GSTM1

Мужчины

GSTM1 +

(n=8)

2,310,42

1,920,31

4,311,08

GSTM1 0/0

(n=23)

2,460,47

2,150,50

4,581,08

р*

0,415

0,236

0,538

Женщины

GSTM1 +

(n=4)

1,780,58

1,640,50

2,971,31

GSTM1 0/0

(n=19)

2,590,59

2,120,67

4,151,22

р*

0,021

0,191

0,097

Примечание. n – объемы выборок; * - уровень значимости для однофакторного дисперсионного анализа.

Учитывая важность показателей исследования функции внешнего дыхания у больных БА для оценки степени тяжести заболевания, проведен сравнительный анализ связи полиморфных вариантов генов метаболизма с основными спирометрическими показатели: форсированная жизненная емкость легких (FVC), объем форсированного выдоха за 1 секунду (FEV1) и пиковая скорость выдоха (PEF). Отмечена связь FVC с полиморфизмом гена GSTM1 среди женщин (F=6,263, p=0,021), у мужчин таких различий не наблюдается (табл. 17). Кроме того, показаны близкая к статистической значимости связь FEV1 с полиморфизмом гена GSTT1 у мужчин, а также PEF с полиморфизмом гена GSTM1 у женщин.

Учитывая, что патогенные свойства M. tuberculosis в условиях развивающегося специфического процесса в легких непосредственно сказываются на особенностях реагирования системы крови, для больных ТБ были проанализированы параметры общего анализа крови: уровень гемоглобина, количество эритроцитов, лейкоцитов, скорость оседания эритроцитов (СОЭ); а также параметры биохимического анализа крови: количество билирубина (прямой и обратный), аланинаминотрансферазы (АЛТ) до начала лечения и через два месяца после лечения.

Воздействие инфекционного агента вызывает развитие комплекса изменений как специального, так и стрессового характера. Последние оказывают непосредственное влияние на формирование основного патологического процесса, в то же время специфика развивающегося туберкулезного процесса определяет особенности реакций общего адаптационного синдрома.

Для полиморфных вариантов генов глутатионовых S-трансфераз не показано связи с изменчивостью количественных показателей периферической крови (табл. 18). Однако получена ассоциация полиморфизма 681G>A гена CYP2C19 фермента I-й фазы метаболизма ксенобиотиков у мужчин: аллель CYP2C19*2 связан с низким уровнем эритроцитов (р=0,027) (табл. 19), для них также отмечена тенденция к снижению уровня гемоглобина (р=0,065). Для женщин таких различий не показано (р>0,05). Известно, что при ТБ имеет место снижение количества эритроцитов как за счет их ускоренного разрушения в периферической крови под влиянием токсических фракций M. tuberculosis, так и вследствие нарушения эритропоэза в результате туберкулезной интоксикации [Глебович, 1951; Милосердова, 1958; Шмелев, 1959; Радзинский, 1961; Кан, 1972].

Таблица 18

Средние значения  (S.E.) количественных параметров крови больных туберкулезом носителей разных генотипов полиморфизмов генов

глутатионовых S-трансфераз

Группа сравнения

Генотип

Гемоглобин

(г/л)

Эритроциты

(х1012/л)

Лейкоциты (х109/л)

СОЭ

(мм/ч)

1

2

3

4

5

6

GSTT1

Мужчины

GSTT1 +

130,011,78

n=115

4,170,06

n=112

8,230,33

n=116

25,141,76

n=115

GSTT1 0/0

135,352,43

n=26

4,290,10

n=25

8,010,50

n=28

25,593,36

n=28

p

0,251*

0,353*

0,892*

0,486*

Женщины

GSTT1 +

119,141,04

n=69

3,900,06

n=65

7,060,36

n=69

25,412,26

n=67

GSTT1 0/0

121,821,99

n=13

3,720,14

n=12

7,040,51

n=13

23,946,96

n=12

p

0,613**

0,322*

0,489*

0,739*

GSTM1

Мужчины

GSTM1 +

129,262,42

n=51

4,100,09

n=49

8,560,45

n=53

27,502,61

n=52

GSTM1 0/0

131,981,96

n=90

4,250,06

n=88

7,960,36

n=91

23,001,92

n=91

p

0,263*

0,091*

0,158*

0,205*

Женщины

GSTM1 +

120,663,32

n=29

3,940,10

n=27

6,930,56

n=29

26,273,74

n=28

GSTM1 0/0

118,972,36

n=53

3,830,06

n=50

7,120,39

n=53

24,582,69

n=51

p

0,676**

0,393*

0,491*

0,656*

GSTP1 313A>G

Мужчины

AA

132,722,07

n=76

4,230,07

n=76

8,480,39

n=79

24,511,92

n=79

AG+GG

128,852,33

n=62

4,140,07

n=62

7,910,42

n=62

24,562,66

n=61

p

0,201*

0,309*

0,521*

0,871*

Продолжение таблицы 18

1

2

3

4

5

6

Женщины

AA

119,882,81

n=34

3,970,07

n=31

7,350,56

n=34

24,393,89

n=33

AG+GG

119,692,65

n=47

3,800,08

n=45

6,850,38

n=47

25,943,00

n=47

р

0,512*

0,207*

0,670*

0,461*

Примечание.  В скобках указаны единицы измерения; n – объемы выборок;

*- достигнутый уровень значимости теста Манна-Уитни; ** - уровень значимости для однофакторного дисперсионного анализа.

Таблица 19

Средние значения  (S.E.) количественных параметров крови у больных туберкулезом носителей разных генотипов полиморфных вариантов генов

цитохромов Р450

Группа сравнения

Генотип

Гемоглобин

(г/л)

Эритроциты

(х1012/л)

Лейкоциты (х109/л)

СОЭ

(мм/ч)

1

2

3

4

5

6

CYP2E1 7632T>A

Мужчины

ТТ

132,111,80

n=105

4,240,06

n=103

7,980,32

n=108

24,191,80

n=107

ТА+АА

127,942,98

n=34

4,050,08

n=32

8,990,57

n=34

25,753,25

n=34

p

0,204*

0,212*

0,091*

0,686*

Женщины

ТТ

120,072,20

n=67

3,880,06

n=62

7,060,36

n=67

26,312,46

n=65

ТА+АА

116,843,95

n=14

3,810,11

n=14

7,2430,638

n=14

20,314,65

n=13

p

0,532**

0,707*

0,549*

0,283*

CYP2E1 1293G>C

Мужчины

C1C1

131,291,62

n=122

4,210,05

n=119

7,930,28

n=125

25,281,68

n=124

C1C2

129,114,50

n=19

4,100,15

n=18

9,841,04

n=19

20,463,90

n=19

p

0,925

0,669

0,060

0,215

Продолжение таблицы 19

1

2

3

4

5

6

Женщины

C1C1

119,421,96

n=80

3,870,05

n=75

7,040,32

n=80

25,922,20

n=77

C1C2

119,005,20

n=3

0,230,13

n=3

6,831,24

n=3

14,0911,68

n=3

p

0,968**

0,845*

0,855*

0,219*

CYP2C19 681G>A

Мужчины

*1/*1

133,091,68

n=102

4,270,06

n=99

8,450,34

n=104

23,851,75

n=104

*1/*2+

*2/*2

124,813,40

n=36

3,960,08

n=35

7,600,52

n=37

26,663,52

n=36

p

0,065*

0,027*

0,195*

0,477*

Женщины

*1/*1

121,042,17

n=57

3,900,06

n=53

7,200,35

n=57

25,372,90

n=57

*1/*2+

*2/*2

115,893,98

n=24

3,780,10

n=23

6,830,69

n=24

25,574,04

n=23

р

0,469**

0,469*

0,341*

0,795*

Примечание.  В скобках указаны единицы измерения; n – объемы выборок;

*- достигнутый уровень значимости теста Манна-Уитни; ** - уровень значимости для однофакторного дисперсионного анализа.

Данные об экспрессии гена CYP2C19 в костном мозге, позволяют предполагать, что наличие аллеля CYP2C19*2 приводит к снижению функции соответствующего фермента, поэтому у индивидов, носителей мутантного аллеля течение ТБ может сопровождаться разрушающим действием токсинов M. tuberculosis на клетки костного мозга, что приводит к неэффективному эритропоэзу. Подобное предположение о связи делеционного полиморфизма гена GSTT1, сопровождающимся отсутствием соответствующего фермента II-й фазы биотрансформации ксенобиотиков, с неспособностью метаболизировать токсичные для гемопоэтических клеток субстраты, нашло свое подтверждение в исследовании о развитии приобретенной апластической анемии у детей [Dirksen et al., 2004].

Анализ остальных параметров периферической крови: лейкоцитов и скорости оседания эритроцитов не показал влияния исследуемых в работе полиморфизмов генов ФМК на изменчивость вышеперечисленных показателей как для мужчин, так и для женщин. Однако отмечена тенденция к повышению уровня лейкоцитов у носителей гетерозиготных генотипов полиморфных вариантов генов CYP2E1 7632T>A и CYP2E1 1293G>C среди мужчин (р=0,091, р=0,060 соответственно). Учитывая низкую частоту аллелей этих полиморфных вариантов, можно предположить, что статистическая мощность исследованной выборки оказалась недостаточной, чтобы установить значимую связь в отношении изменения уровня лейкоцитов крови.

Метаболизм лекарственных препаратов и эффекты их дальнейшего пребывания в организме в большей степени зависят от генетического полиморфизма ферментов системы биотрансформации. На сегодня известно, что человек имеет 59 активных генов семейства цитохрома Р450, и 6 из них кодируют важные для лекарственного метаболизма  ферменты [Ingelman-Sundberg, 2004]. Как отмечалось ранее, для ферментов биотрансформации характерна способность к метаболизму большого количества субстратов по причине того, что ферменты I-й и II-й фаз биотрансформации перекрываются в своей субстратной специфичности. Однако для многих форм Р450 выделены специфические лекарства, используемые для фармакокинетических оценок. Для исследуемых в настоящей работе цитохромов Р450 и глутатионовых S-трансфераз селективные субстраты представлены в табл. 20.

Основным органом, участвующим в метаболизме лекарств, является печень, где обозначены самые высокие концентрации ферментов метаболизма по сравнению с другими органами и наибольшее разнообразие экспрессируемых форм [Райс, Гуляева, 2000]. Полиморфизм генов метаболизма ксенобиотиков в настоящее время активно изучается в отношении индивидуальной чувствительности к лекарственной терапии и, особенно в проявлении многообразных побочных реакций, связанных с лечением.

Таблица 20

Специфичные субстраты для ферментов системы метаболизма

Фермент

Специфичный субстрат

Литературный источник

CYP2E1

Хлорзоксазон

Kharasch et al., 1993

CYP2C19

S-мефенитоин

De Morais et al., 1994

GSTT1

Трансстильбеноксид

Hallier et al., 1993

GSTM1

Хлористый метилен и хлористый метил

Seidegard et al., 1988

GSTP1

Этакриновая кислота и бензпирендиолэпоксид

Awasthi et al., 1993

Показано, что при биотрансформации новокаинамид превращается в метаболит, который может вызвать у медленных ацетиляторов картину болезни, похожую на красную волчанку, а сульфазалин у этих людей может вызвать лейкопению, гепатотоксичность и нейропатии. Эффективность терапии ТБ зависит как от индивидуальных способностей индивида в метаболизме лекарств, так и от взаимоотношения антимикобактериальных препаратов с системой  цитохромов Р450 непосредственно самой микобактерии ТБ. Обнаружено, что геном M. tuberculosis содержит гены, кодирующие 20 различных цитохромов Р450, в том числе ферментов, являющихся мишенью действия для противогрибковых препаратов. Кроме того, опубликованные данные об угнетении метаболизирующей функции печени за счет снижения содержания цитохромов Р450 в этом органе при бактериальной и вирусной инфекции через цитокин-опосредованные механизмы, позволяют предполагать изменение фармакодинамики, а соответственно токсичности лекарственных препаратов [Prandota, 2002].

Во всех странах получило признание комбинированное применение химиопрепаратов, позволяющее добиться бактерицидного эффекта и предотвратить развитие лекарственной устойчивости в процессе лечения. Принцип комбинированного применения нескольких химиопрепаратов известен давно, еще в 1955 г. он был внедрен в практику химиотерапии как метод предупреждения лекарственной устойчивости M. tuberculosis. Актуальность лекарственных поражений печени во фтизиатрии обусловлена необходимостью полихимиотерапии туберкулеза, что создает высокую медикаментозную нагрузку на больного, и в большей степени ее испытывает печень, осуществляя метаболизм туберкулостатиков и патогенетических средств. Противотуберкулезные препараты изониазид, рифампицин, пиразинамид обладают значительной гепатотоксичностью (особенно этот эффект выражен при их комбинации), этамбутол, микобутин и другие – в  меньшей степени. Лекарственные гепатиты у больных туберкулезом относят к категории преимущественно токсических побочных реакций химиотерапии.

Рис. 6. Взаимодействие между лекарственными препаратами и ферментативной системой метаболизма ксенобиотиков, приводящее к лекарственно-индуцированному гепатиту (по: Roy et al., 2001).

Частым осложнением при лечении ТБ легких производными гидразина изоникотиновой кислоты, например, изониазидом, являются гепатотоксические реакции. Известно, что чаще они возникают у лиц, быстро инактивирующих изониазид, поскольку у них высвобождается значительно больше гидразина, в частности, ацетилгидразина, который может вызывать дистрофические поражения печени (рис. 6).

Аланинаминотрансфераза (АЛТ) — фермент, катализирующий трансаминирование, присутствует во многих тканях организма, в частности, в печени. В гепатоцитах он локализуется главным образом в цитозольной фракции.

Высвобождение АЛТ в кровь происходит при нарушениях внутренней структуры гепатоцитов и повышении проницаемости клеточных мембран, что свойственно как острому вирусному гепатиту, так и рецидивам хронического гепатита. В этой связи АЛТ считается индикаторным ферментом, и к его определению прибегают постоянно при постановке диагноза гепатитов любой природы.  

Установлено статистически значимое увеличение уровней АЛТ (р=0,001) и билирубина (р=0,05) после двух месяцев применения антимикобактериальных препаратов (табл. 21). Значение АЛТ не показало корреляции с возрастом и полом (r=-0,161 и r=-0,152, соответственно, р>0,05). Выявлена ассоциация полиморфного варианта 313A>G гена глутатионовой S-трансферазы 1 (GSTP1) с увеличением активности АЛТ после лечения противотуберкулезными препаратами в течение двух месяцев (р=0,021) (табл. 22).

Поскольку метаболизм изониазида и рифампицина приводит к образованию более токсичных метаболитов, то одной из возможных причин полученного различия может быть прямая связь между генотипом индивида и изменением уровня активности показателя печеночной функции. Такой факт закономерен, так как известно, что глутатионовые S-трансферазы играют значительную роль в метаболизме противотуберкулезных препаратов, таких как изониазид и рифампицин [Sodhi et al. 1996; Sodhi et al., 1997].

Таблица 21

Изменения уровней аланинаминотрансферазы и билирубина до и после двух месяцев лечения

Значение уровня

аланинаминотрансферазы (ммоль/(ч.л))

Значение уровня билирубина

(мкмоль/л)

До начала

лечения

После 2-х месяцев

лечения

До начала

лечения

После 2-х месяцев лечения

0,03-1,55

0,03-1,83

4,5-102,0

5,0-342,0

0,001

0,050

Примечание. В скобках указаны единицы измерения; р – достигнутый уровень значимости для теста Уилкоксона.

В доступных источниках литературы показано, что рифампицин индуцирует экспрессию глутатионовых S-трансфераз, а изониазид-индуцированные повреждения печеночных клеток у модельных животных показывают связь с истощением содержащегося в печени глутатиона, и соответственно, с пониженной активностью GST. Эти эффекты максимальны, когда применяются два препарата совместно [Steele et al., 1991].

Полученные результаты представляют интерес в связи с тем, что последнее время появляются данные о развитии гепатотоксичности во время применения антимикобактериальных препаратов у лиц с определенным генотипом по генам ФМК. Так, показана связь «нулевого» генотипа гена GSTM1 с лекарственно-индуцированной гепатотоксичностью в Индии [Roy et al., 2001]. Исследования у 318 пациентов при лечении ТБ в Тайвани показали ассоциации полиморфизма СYP2E1 (Rsa I) с токсическим поражением печени [Huang et al., 2003].

 

Таблица 22

Средние уровни аланинаминотрансферазы и билирубина после двух

месяцев лечения у носителей разных генотипов по генам глутатионовых S-трансфераз и цитохромов Р450 больных туберкулезом

Ген

полиморфизм

Генотип (n)

АЛТS.E.

р

БилирубинS.E.

р

GSTT1

del

GSTT1 + (92)

0,270,03

0,383*

15,533,91

0,682*

GSTT1 0/0  (27)

0,220,04

9,400,99

GSTM1

del

GSTM1 + (51)

0,200,02

0,149*

10,811,89

0,557*

GSTM1 0/0  (68)

0,290,04

16,635,12

GSTP1

313A>G

AA (61)

0,290,04

0,021**

16,875,66

0,604**

AG (49)

0,200,03

10,981,95

GG (8)

0,320,05

13,696,39

CYP2C19 681G>A

*1/*1 (86)

0,260,03

0,580*

15,374,16

0,543*

*1/*2+ *2/*2 (32)

0,220,02

10,741,62

CYP2E1 7632T>A

TT (90)

0,270,03

0,706*

15,524,01

0,198*

TA+AA (29)

0,210,03

9,840,68

CYP2E1 1293G>C

C1C1 (106)

0,260,03

0,976*

14,663,41

0,603*

C1C2+C2C2 (13)

0,220,04

9,851,18

Примечание. АЛТS.E.– средние значения уровня аланинаминотрансферазы со стандартной ошибкой; билирубинS.E. – средние значения уровня билирубина со стандартной ошибкой; n – объем выборки; * - достигнутый уровень значимости по тесту Манна-Уитни; ** - достигнутый уровень значимости по тесту Краскела-Уоллиса.

 

Отмечена ассоциация статуса медленного ацетилятора NAT2 и гепатита, вызванного применением антимикобактериальных препаратов [Huang et al., 2002]. Данные проведенного исследования у жителей г. Томска предполагают участие полиморфного варианта гена GSTP1 (313A>G) в изменчивости уровня показателя печеночной функции при лечении ТБ антимикобактериальными препаратами.

Таким образом, в большинстве случаев для исследуемых количественных признаков наблюдали статистически значимые отклонения распределения от нормального (по данным теста Шапиро-Уилки). С учетом этого сравнение проводили с помощью непараметрических критериев Манна-Уитни, Краскела-Уоллиса и медианного теста. При анализе «количественного фенотипа» больных БА с распределением полиморфных вариантов генов системы метаболизма отмечено: тенденция к снижению уровня метахолина, вызывающего бронхоспазм для гомозиготных носителей аллеля 313G гена GSTP1, значимое повышение уровня IgE у носителей генотипа  *1/*1 гена CYP2C19, связь делеционного полимофизма гена GSTM1 с изменчивостью показателя FVC, а также близкая к статистической значимости значения FEV1 и PEF c полиморфизмом генов глутатионовых S-трансфераз GSTM1 и GSTT1.

Оценка «количественного фенотипа» ТБ показала связь гена фермента I-ой фазы метаболизма CYP2C19 (полиморфизм 681G>A) с изменчивостью уровня эритроцитов. Анализ изменчивости показателей печеночной функции показал значимые различия в уровне АЛТ и билирубина до и после двух месяцев лечения