CC BY
26
Ассоциация полиморфизма гена интерлейкина 1 p с постменопаузальным остеопорозом у женщин в российской популяции
Крылов М.Ю., Никитинская ОА, Самаркина Е.Ю., Торопцова Н.В.
ФГБНУ Научно-исследовательский институт ревматологии им. В.А. Насоновой, Москва, Россия 115522 Москва, Каширское шоссе, 34А
V.A. Nasonova Research Institute of
Rheumatology, Moscow, Russia
34A, Kashirskoe Shosse, Moscow 115522
Контакты: Михаил Юрьевич Крылов; [email protected]
Contact:
Mikhail Krylov; [email protected]
Поступила 16.02.15
Интерлейкин 1p (ИЛ1р) является потенциальным стимулятором костной резорбции. Антагонист рецептора ИЛ1р (ИЛ1РА) представляет собой естественный ингибитор биологических эффектов ИЛ1р. Цель — изучить распределение частот полиморфизмов генов ИЛ1р и ИЛ1РА и их связь с минеральной плотностью кости (МПК) у женщин с первичным остеопорозом (ОП).
Материал и методы. Изучено распределение частот генотипов полиморфизма (-511С/Т) гена ИЛ1р и частот генотипов полиморфизма гена ИЛ1РА, связанного с количеством вариабельных тандемных повторов (ВТП), среди 254 женщин с ОП и 214 здоровых женщин.
Результаты и обсуждение. Носители (-511СТ) генотипа гена ИЛ1р среди больных с ОП встречались несколько чаще (53,0%), чем в контрольной группе (43,4%), однако различия недостоверны. Риск развития ОП у них был в 1,5 раза выше, чем у носителей других генотипов (отношение шансов — 1,49, доверительный интервал — 1,02—2,18; р=0,041). Пациентки — носители Т-аллеля (СТ- и ТТ-генотипы) гена ИЛ1р имели достоверно более низкую МПК позвоночника (LI-IV), чем пациентки, не имеющие этого аллеля (СС-генотип; р=0,011). Не обнаружено различий в распределении частот полиморфизма гена ИЛ1РА, связанного с количеством ВТП, между больными и контролем. В группе больных ОП носители редкого варианта А1А3 гена ИЛ1РА (3,1%) имели достоверно более высокие значения МПК шейки бедра (0,698+0,064 г/см2) по сравнению с носителями вариантов А1А1, А1А2 и А2А2 (0,613+0,078; 0,607+0,082 и 0,615+0,064 г/см2; р=0,003, р=0,003 и р=0,002 соответственно).
Выводы. (-511С/Т) полиморфизм гена ИЛ1р ассоциируется со сниженной МПК позвоночника, а вариант А1А3 гена ИЛ1РА — с более высокой МПК шейки бедра.
Ключевые слова: цитокины; остеопороз; полиморфизм; минеральная плотность кости.
Для ссылки: Крылов МЮ, Никитинская ОА, Самаркина ЕЮ, Торопцова НВ. Ассоциация полиморфизма гена интерлейкина 1 р с постменопаузальным остеопорозом у женщин в российской популяции. Научно-практическая ревматология. 2015;53(5):502—5.
ASSOCIATION OF INTERLEUKIN-1P GENE POLYMORPHISM WITH POSTMENOPAUSAL OSTEOPOROSIS IN WOMEN IN THE RUSSIAN POPULATION Krylov M.Yu., Nikitinskaya O.A., Samarkina E.Yu., Toroptsova N.V.
Interleukin-1p (IL-1P) is a potential stimulant of bone resorption. IL-1p receptor antagonist (IL-1RA) is a natural inhibitor of the biological effects of IL-1 p.
Objective: to study the frequency distribution of polymorphisms in the IL-1p and IL-1RA genes and their association with bone mineral density (BMD) in women with primary osteoporosis (OP).
Subjects and methods. The distribution of genotype frequency of IL-1p (-511C/T) polymorphism and that of IL-1RA 511C/T polymorphism that is associated with the number of variable tandem repeats (VTR), were investigated in 254 women with OP and 214 healthy women.
Results and discussion. IL-1p (-511C/T) genotype carriers were encountered somewhat more frequently among the patients with OP (53.0%) than in the control group (43.4%); however, the differences were insignificant. In these carriers, the risk of OP was 1.5-fold higher than that in those of other genotypes (odds ratio, 1.49; confidence interval, 1.02—2.18; p = 0.041). The patients who were IL-1p T allele (CT- and TT-genotype) carriers had a significantly lower spine (LI-IV) BMD than those who had not this allele (CC-genotype; p = 0.011). The patients and the controls showed no differences in the frequency distribution of IL-1RA gene polymorphism associated with the number of VTR. In the OP group, the carriers of the rare genotype A1A3 in the IL-1RA gene (3.1%) had significantly higher femoral neck BMD (0.698+0.064 g/cm2) than those of the А1А1, А1А2 and А2А2 genotypes (0.613+0.078; 0.607+0.082. and 0.615+0.064 g/cm2; р = 0.003, р = 0.003, and р = 0.002, respectively).
Conclusion. IL-1p (-511C/T) polymorphism is associated with lower spine BMD and IL-1RA A1A3 genotype polymorphism is related to higher femoral neck BMD. Key words: cytokines; osteoporosis; polymorphism; bone mineral density.
For reference: Krylov MYu, Nikitinskaya OA, Samarkina EYu, Toroptsova NV. Association of interleukin-1 p gene polymorphism with postmenopausal osteoporosis in women in the Russian population. Nauchno-Prakticheskaya Revmatologiya = Rheumatology Science and Practice. 2015;53(5):502—5. doi: http://dx.doi.org/10.14412/1995-4484-2015-502-505
Введение
Остеопороз (ОП), по мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), представляет собой одно из наиболее распространенных заболеваний
пожилых людей наряду с инфарктом миокарда, онкологической патологией и внезапной смертью и занимает ведущее место в структуре заболеваемости и смертности населения [1]. ОП является системным хро-
ническим заболеванием из группы остеопатий, которое характеризуется низкой минеральной плотностью кости (МПК) и нарушением ее микроархитектуры. Потеря костной массы приводит к повышенной хрупкости костей и увеличивает риск развития переломов, которые обычно происходят в телах позвонков, бедре, голени и запястье. Показано, что у взрослых людей вариабельность костной массы на 60—80% определяется генетическими факторами [2]. В настоящее время изучен большой спектр генов, ассоциированных с МПК и риском возникновения остеопоротических переломов [3]. Иммунная система играет важную роль в патофизиологии ОП, который развивается у женщин в период постменопаузы. Дефицит эстрогенов индуцирует системное и локальное повышение продукции провоспалительных ци-токинов, таких как интерлейкин 1 (ИЛ1), ИЛ6 и фактор некроза опухоли а (ФНОа), которые стимулируют ос-теокластогенез. Ранее было показано, что полиморфизмы генов ИЛ1в и антагониста рецептора интерлейкина 1 (ИЛ1РА) ассоциированы с изменением МПК у женщин в постменопаузе [4]. Костеобразующие клетки — остеобласты (ОБ) — происходят из макрофагов. Рост числа ОБ и макрофагов опосредуется системой ИЛ1 [5]. Риск снижения МПК и возникновения остеопоротических переломов возрастает, если процесс резорбции костной ткани доминирует над ее образованием. Система ИЛ1 представлена тремя белками: двумя провоспалительны-ми — ИЛ1а и ИЛ1|3 — и белком ИЛ1РА. Эти белки кодируются генами ИЛ1а, ИЛ1в и ИЛ1РА соответственно. Белки ИЛ1а и ИЛ1|3 являются потенциальными стимуляторами костной резорбции. Белок ИЛ1РА является ингибитором ИЛ1, поскольку он связывается с тем же рецептором, что и собственно ИЛ1. Гены ИЛ1а и ИЛ1в стимулируют пролиферацию и дифференцировку предшественников клеток резорбции — остеокластов (ОК) — в зрелые ОК [6]. J.G. Kim и соавт. [7] выявили ассоциацию между снижением костной массы и полиморфизмами гена ИЛ1в у корейских женщин в постменопаузе. Ранее было показано, что полиморфизмы генов системы ИЛ1: (-889 C/T) ИЛ1а, (-511С/Т) ИЛ1в и (VNTR) ИЛ1РА — ассоциированы с рядом заболеваний [8, 9]. В литературе описано несколько исследований по изучению возможной связи между системой ИЛ1 и ОП, однако их результаты противоречивы [10—13]. В отечественной литературе аналогичных работ до настоящего времени не было представлено. Поэтому в нашем исследовании мы решили проверить гипотезу о возможной связи вариантов генов цитокинов с риском развития ОП у женщин в постменопаузе в российской популяции. Были изучены частоты полиморфизмов генов ИЛ1в и ИЛ1РА среди пациентов с ОП и в контрольной
группе. Кроме того, мы исследовали ассоциацию изученных полиморфизмов с МПК у женщин с ОП.
Материал и методы
В исследование включены 468 женщин; 254 из них (средний возраст 67,3±8,1 года) вошли в основную группу. Они соответствовали критериям ВОЗ для ОП, 214 женщин (средний возраст 65,5±7,6 года) без ОП включены в контрольную группу. Все женщины были обследованы в Центре профилактики остеопороза ФГБНУ НИИР им. В.А. Насоновой в течение 2009—2011 гг. и подписали информированное согласие. Всем участницам была проведена денситометрия поясничного отдела позвоночника (LI-IV) и проксимального отдела шейки бедра (ШБ) с помощью денситометра Hologic QDR 4500. Диагноз постменопаузального ОП ставился при снижении МПК хотя бы в одной из областей измерения на -2,5 ± SD и более по Т-критерию при отсутствии других заболеваний и использования лекарственных препаратов, влияющих на костный обмен (онкологические заболевания с метастазированием в кости, эндокринные и воспалительные ревматические болезни, прием глюкокортикоидов). У всех участниц были взяты образцы крови. ДНК выделена из крови солевым методом [14]. Полиморфизм (-511С/Т) гена ИЛ1в был изучен с помощью метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) с последующим анализом полиморфизма длин рестриктных фрагментов (ПДРФ). Полиморфизм гена ИЛ1РА, ассоциированный с количеством вариабельных тандемных повторов (ВТП) размером 86 пар оснований (п.о.), был изучен с помощью ПЦР и последующего электрофореза в 2% агарозном геле. В качестве праймеров использовали олигонуклеотиды, синтезированные в компании «Синтол» (Москва). Для гидролиза ампликонов использовали эндонуклеазу Ama87I компании «СибЭнзим» (Новосибирск). Последовательность используемых олигонуклеотидов, условия амплификации и длина ампликонов приведены в табл. 1.
Частоты генотипов и аллелей сравнивались с помощью х2 теста. Были рассчитаны показатели отношения шансов (ОШ) с 95% доверительными интервалами (ДИ). Различия считали статистически достоверными при р<0,05. Для анализа связи полиморфизма гена ИЛ1в с МПК LI-IV и ШБ был использован тест ANOVA. Все данные анализировали с использованием пакета программ Statistica 6.0 (Stat Soft Inc., США).
Результаты
Распределение частот генотипов ИЛ1в и ИЛ1РА у больных ОП и в контроле соответствовало закону Хар-ди—Вайнберга и представлено в табл. 2.
Таблица 1
Условия амплификации, используемые для определения полиморфизмов генов ИЛ1р и ИЛ1РА
Ген (полиморфизм) Праймеры (5'-3') Температура отжига Тип полиморфизма Аллели
ИЛ1в (-511С/Т) Прямой - TGGCATTGATCTGGTTCATC 55 °С ПДРФ С = резаный фрагмент (190 п.о. + 115 п.о.)
Обратный - GTTTAGGATCTTCCCACTT Т = интактный фрагмент (305 п.о.)
ИЛ1РА (ВТП) Прямой - CTCAGCAACACTCCTAT 60 °С ВТП А1 = 4 повтора (410 п.о.)
Обратный - TCCTGGTCTGCAGGTAA А2 = 2 повтора (240 п.о.)
А3 = 5 повторов (500 п.о.)
А4 = 3 повтора (325 п.о.)
А5 = 6 повторов (595 п.о.)
Примечание. ВТП - количество вариабельных тандемных повторов размером 86 п.о.
Носители генотипа (-511СТ) гена ИЛ1в несколько чаще встречались среди больных ОП, чем среди лиц контрольной группы (53 и 43,4% соответственно), однако эти различия были недостоверны. При наличии генотипа (-511СТ) ОП развивался в 1,5 раза чаще, чем у носителей остальных генотипов (-511СС и -511ТТ) (ОШ=1,49; 95% ДИ 1,02-2,18; р=0,041). Распределение генотипов и аллелей гена ИЛ1РА среди больных ОП и в контрольной группе было сходным (р=0,79 и р=0,59 соответственно). Не выявлено достоверных различий по возрасту и индексу массы тела при наличии и отсутствии аллеля Т полиморфизма (-511С/Т) гена ИЛ1в и генетических (ВТП) вариантов гена ИЛ1РА. У носителей хотя бы одной дозы аллеля Т МПК LI—IV была достоверно ниже, чем при его отсутствии (р=0,014). В то же время МПК ШБ в этих группах больных существенно не различалась (табл. 3).
Таблица 2 Распределение частот полиморфизма (-511С/Т) гена ИЛ1р и полиморфизма У1\1ТВ гена ИЛ1РА среди больных ОП и в контроле, п (%)
Ген (полиморфизм) генотипы Аллели Больные Контроль
ИЛ1в п=259 (100) п=212 (100)
(-511СС) 97 (37,4) 93 (43,9)
(-511СТ) 138 (53,3) 92 (43,4)
(-511ТТ) 24 (9,3) 27 (12,7)
2п=518 2п=424
С 338 (65,3) 278 (65,6)
Т 180 (34,7) 146 (34,4)
ИЛ1РА п=254 (100) п=214 (100)
(Д1Д1) 127 (50,0) 99 (46,3)
(Д1Д2) 86 (33,8) 74 (34,6)
(Д1Д3) 8 (3,1) 9 (4,2)
(Д2Д2) 33 (13,0) 32 (14,9)
2п=508 2п=428
А1 348 (68,5) 281 (65,6)
А2 86 (29,9) 138 (32,2)
А3 8 (1,6) 9 (2,2)
Примечание. У\1ТВ - генотипы, ассоциированные с разным количеством повторов из 86 п.о.
Таблица 3 МПК, г/см2 (M±SD), у больных ОП при наличии и отсутствии аллеля Т полиморфизма (-511С/Т) гена ИЛ1в
Показатель Носители аллеля Т (п=162) Аллель отсутствует (п=97) Р
МПК Ь-!У МПК ШБ 0,705±0,069 0,616±0,078 0,730±0,087 0,619±0,073 0,011
Таблица 4 Средние показатели МПК позвоночника и ШБ, г/см2 (M±SD), в зависимости от генетических вариантов гена ИЛ1РА
Ген (полиморфизм) МПК Li.IV Р МПК ШБ Р
ИЛ1РА
(А1А1) 0,724±0,090 0,51 0,613±0,078 0,030*
(А1А2) 0,704±0,072 0,12 0,607±0,082 0,029*
(А1А3) 0,745±0,038 0,698±0,059
(А2А2) 0,703±0,059 0,062 0,615±0,064 0,019*
Примечание. * - в сравнении с МПК ШБ для (А1А3).
В табл. 4 представлены средние показатели МПК LI—IV и ШБ в зависимости от носительства четырех выявленных генотипов гена ИЛ1РА в группе больных ОП.
У носителей редкого гетерозиготного варианта А1А3 гена ИЛ1РА (3,1%) МПК ШБ была достоверно выше (0,698+0,059 г/см2), чем у носителей генотипов А1А1, А1А2 и А2А2 (0,613+0,078; 0,607+0,082 и 0,615+0,064 г/см2; р=0,003, р=0,003 и р=0,002 соответственно). Не выявлено статистически достоверных различий в МПК LI—IV при наличии и отсутствии этих генотипов, однако была отмечена тенденция связи генотипа А1А3 с более высокой МПК LI—IV по сравнению с носителями генотипа А2А2.
Обсуждение
ОП - одно из наиболее распространенных заболеваний пожилых людей. В основе его патогенеза лежит взаимодействие генетических и средовых факторов. ОП является полигенным заболеванием, развитие которого связано с влиянием на процессы костного ремоделиро-вания значительного числа генов. К ним относятся гены гормонов и их рецепторы, такие как рецептор витамина D, рецептор эстрогена; цитокины и их рецепторы — такие как ИЛ1а, ИЛ1|3, ИЛ1РА и трансформирующий фактор роста |31. Среди генетических факторов, участвующих в патогенезе ОП, системе ИЛ1 отводится важная роль в модуляции роста клеток, осуществляющих костную резорбцию у женщин в постменопаузе [15]. Белки ИЛ1а и ИЛ1|3 связываются с рецепторами ИЛ1 на поверхности клеток крови и инициируют каскад сигналов, который приводит к стимуляции воспалительного ответа и костной резорбции. С рецептором ИЛ1 также связывается белок ИЛ1РА, который конкурирует с ИЛ1 и блокирует его действие.
В нашем исследовании частота генотипа (-511С/Т) гена ИЛ1в у женщин в постменопаузе с ОП была достоверно выше, чем в контроле. Полученные нами данные согласуются с результатами исследования тайваньских женщин с ОП [12]. Сходные данные приведены в работе А. Nemetz и соавт. [13], которые показали наличие ассоциации между аллельными вариантами гена ИЛ1в и сниженной костной массой у больных с воспалительными заболеваниями кишечника. Близкие к нашим данным частоты полиморфизма гена ИЛ1РА были выявлены В^. Langdahl и соавт. [11] у женщин с ОП. В этом исследовании авторы показали связь между количеством копий аллеля А2 и сниженной костной массой позвоночника. В нашей выборке при наличии А1 и А2 МПК ШБ была ниже, чем у носителей редкого аллеля А3. Противоположные результаты были получены в корейской группе больных и венгерской выборке женщин с ОП [7, 10]. Авторы не нашли различий по МПК и уровню костных биомаркеров при наличии различных полиморфных вариантов гена ИЛ1РА. Следует отметить, что в азиатской популяции наблюдается высокая частота аллеля А1 (до 90%). У болгарских женщин с постменопаузальным ОП она также высокая и достигает 95% [16]. В этой группе отмечалось некоторое снижение МПК предплечья у носителей гомозиготного генотипа А1А1 по сравнению с носителями А2А2, но различия не достигали статистической значимости. Кроме этого, болгарские коллеги наблюдали достоверную связь носительства А1А1 с повышенным
уровнем деоксипиридинолина в моче и остеокальцина в сыворотке по сравнению с носителями А2А2.
Таким образом, в настоящем исследовании мы впервые на когорте российских женщин с постменопаузальным ОП показали, что наличие хотя бы одной дозы аллеля Т (генотипы СТ и ТТ) гена ИЛ1в достоверно связано со снижением МПК LI-IV, что может являться одним из факторов риска развития остеопоротических переломов. Носитель-ство аллелей А1 и А2 гена ИЛ1РА ассоциировано со сниженной МПК ШБ. Скрининг (-511С/Т) полиморфизма гена ИЛ1в и генетических вариантов ВТП гена ИЛ1РА позволяет выявлять повышенный риск уменьшения костной массы и возникновения последующих переломов уже в на-
ЛИТЕРАТУРА
1. World Health Organization Study Group. Assessment of fracture risk and its application for screening, for postmenopausal osteoporosis. Geneva: WHO; 1994.
2. Rosen CJ, Beamer WG, Donahue LR, et al. Defining the genetics of osteoporosis: Using the mouse to understand man. Osteoporosis Int. 2001;12:803-10. doi: 10.1007/s001980170030
3. Untterlinden AG, van Meurs JB, Rivadeneira F, et al. Identifying genetic risk factors for osteoporosis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2006;6:16-26.
4. Ralston SH, de Crombrugghe B. Genetic regulation of bone mass and susceptibility to osteoporosis. Genes Dev. 2006;20:2492-506. doi: 10.1101/gad.1449506
5. Ross R. The pathogenesis of atherosclerosis: A perspective for the 1990s. Nature. 1993;362:801-9. doi: 10.1038/362801a0
6. Romas E, Martin TJ. Cytokines in the pathogenesis of osteoporosis. Osteoporos Int. 1997;7:S47-3. doi: 10.1007/BF03194342
7. Kim JG, Ku SY, Lim KS, et al. Cytokine production by whole blood cells: Relationship to interleukin gene polymorphism and bone mass. J Korean Med Sci. 2005;20:1017-22. doi: 10.3346/jkms.2005.20.6.1017
8. Al Moundhri MS, Al Nabhani M, Al Bahrani B, et al. Interleukin-1beta gene (IL-1B) and interleukin 1 receptor antagonist gene (IL-1RN) polymorphisms and gastric cancer risk in an Omani Arab population. Gastric Cancer. 2006;9:284-90. doi: 10.1007/s10120-006-0392-5
9. Tarlow JK, Blakemore AI, Lennard A, et al. Polymorphism in human IL-1 receptor antagonist gene intron 2 is caused by variable numbers of an 86-bp tandem repeat. Hum Genet. 1993;91:403-4. doi: 10.1007/BF00217368
чале заболевания, что дает возможность своевременно назначать эффективную антирезорбтивную терапию.
Прозрачность исследования
Исследование не имело спонсорской поддержки. Исследователи несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.
Декларация о финансовых и других взаимоотношениях
Все авторы принимали участие в разработке концепции и дизайна исследования и написания рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами. Авторы не получали гонорар за исследование.
10. Bajnok E, Takacs I, Vargha P, et al. Lack of association between interleukin-1 receptor antagonist protein gene polymorphism and bone mineral density in Hungarian postmenopausal women. Bone. 2000;27:559-62. doi: 10.1016/S8756-3282(00)00360-4
11. Langdahl BL, Lokke E, Carsyens M, et al. Osteoporotic fractures are associated with an 86-base pair repeat polymorphism in the interleukin-1-receptor antagonist gene but not with polymorphism in the interleukin-1 gene. J Bone Miner Res. 2000;15: 402-14. doi: 10.1359/jbmr.2000.15.3.402
12. Chen HY, Chen WC, Wu MC, et al. Interleukin-1beta and inter-leukin-1 receptor antagonist gene polymorphism in post-menopausal women: Correlation to bone mineral density and susceptibility to osteoporosis. Maturitas. 2003;44:49-54. doi: 10.1016/S0378-5122(02)00313-4
13. Nemetz A, Toth M, Garcia-Gonzalez MA, et al. Allelic variation at the interleukin 1beta gene is associated with decreased bone mass in patients with inflammatory bowel diseases. Gut. 2001;49:644-9. doi: 10.1136/gut.49.5.644
14. Miller SA, Dykes DD, Polesky HF A simple salting out procedure for extracting DNA from human nucleated cells. Nucleic Acids Res.1988;16:12-5. doi: 10.1093/nar/16.3.1215
15. Hustmyer FG, Wallker E, Yu XP, et al. Cytokine production and surface antigen expression by peripheral blood mononuclear cells in postmenopausal osteoporosis. J Bone Miner Res. 1993;8:51-9. doi: 10.1002/jbmr.5650080108
16. Ivanova JT, Boyanov MA, Tochev AK Polymorphisms of the human IL-1 receptor antagonist gene and forearm bone mineral density in postmenopausal women. Ind J Endocrinol Metab. 2012;16(4):580-6.
