CC BY
28© Коллектив авторов, 2014
Модифицирующее влияние физической активности на генетическую предрасположенность к ожирению
Э.С. ЕГОРОВА1, М.М. МУСТАФИНА1, Р.Т. ГАББАСОВ1, А.В. БОРИСОВА1, И.И. АХМЕТОВ1, 2
Лаборатория молекулярной генетики Казанского государственного медицинского университета; 2Учебно-научный центр Поволжской государственной академии физической культуры, спорта и туризма, Казань
Modifying effect of physical activity on genetic predisposition to obesity
E.S. EGOROVA1, M.M. MUSTAFINA1, R.T. GABBASOV1, A.V. BORISOVA1, I.I. AKHMETOV1, 2
1Laboratory of Molecular Genetics, Kazan State Medical University; 2Education Research Centre, Volga Region State Academy of Physical Culture, Sports and Tourism, Kazan
Резюме
Цель исследования. Оценка модифицирующего влияния физической активности на взаимосвязь полиморфизмов генов ADRB3, CLOCK, FABP2, FTO, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, SHBG, UCP2 и UCP3 с индексом массы тела (ИМТ), жировой массой тела и риском развития ожирения.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 582 студента и 215 спортсменов, проявляющих умеренную и высокую степень физической активности соответственно. Диагностику состава тела студентов проводили с помощью биоимпедансного анализатора ДИАМАНТ-АСТ. Полиморфизмы генов определяли с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) либо ПЦР в реальном времени.
Результаты. Не выявлено различий по частоте аллелей риска ожирения между студентами с нормальной массой тела и студентами с избыточной массой тела либо ожирением. Корреляционный анализ в общей группе студентов выявил ассоциацию аллеля A гена FTO с индексом массы тела (р=0,0011) и жировой массой тела (р=0,0031). Комплексный анализ, при котором суммировалось общее число аллелей риска развития ожирения для каждого индивида по 7 полиморфизмам генов (PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, FTO, FABP2, UCP2), показал, что в подгруппе студентов-мужчин с высоким числом аллелей риска ожирения (4—9) имелся более высокий ИМТ (22,6±2,73 кг/м2) по сравнению с подгруппой студентов с низким числом аллелей риска (20,8±2,81 кг/м2; р=0,0209). Данная закономерность не наблюдалась в группе спортсменов, независимо от пола и спортивной специализации.
Заключение. Результаты исследования продемонстрировали, что физическая активность оказывает модифицирующее влияние на индивидов, генетически предрасположенных к ожирению. Умеренная и высокая физическая активность значительно снижает риск развития ожирения даже при наличии генетических факторов риска.
Ключевые слова: ожирение, масса тела, физическая активность, спорт, полиморфизм ДНК, гены.
Aim. To evaluate the modifying effect of physical activity on the association of ADRB3, CLOCK, FABP2, FTO, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, SHBG, UCP2 and UCP3 gene polymorphisms with body mass index (BMI), body fat mass, and risk of obesity.
Subjects and methods. The investigation enrolled 582 students and 215 athletes who showed moderate and high physical activities, respectively. The students' body composition was estimated with a DIAMANT-AST bioimpedance analyzer. Gene polymorphisms were determined by polymerase chain reaction (PCR) or real-time PCR.
Results. No differences in the rate of obesity risk alleles were found between normal-weight, and overweight or obese students. Correlation analysis in the total group of students revealed an association of the A allele of the FTO gene with BMI (р=0.0011) and body fat mass (р=0.0031). Comprehensive analysis summarizing the total number of obesity risk alleles for 7 polymorphisms of the PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, FTO, FABP2, and UCP2) genes in each individual showed that a subgroup of male students having a large number of obesity risk alleles (4-9) had higher BMI (22.6±2.73 kg/m2) than that of students having a small number of obesity risk alleles (20.8±2.81 kg/m2; р=0.0209). This pattern was not observed in the group of athletes regardless of gender and sports specialization.
Conclusion. This investigation has demonstrated that physical activity has modifying effects on individuals who are genetically predisposed to obesity. Moderate and high physical activity considerably reduces the risk of obesity even in the presence of genetic risk factors.
Key words: obesity, body weight, physical activity, sports, DNA polymorphism, genes.
ИМТ — индекс массы тела ПЦР — полимеразная цепная реакция
Ожирение является одной из наиболее значимых проблем социально-экономического характера. В экономически развитых странах отмечается рост числа лиц с избыточной массой тела и ожирением. Если в 1985 г. избыточная масса тела и ожирение встречались у 15—20% жителей РСФСР, то по данным 2007 г., у 22,2% населения Московского региона России имелось ожирение и у
41,6% — избыточная масса тела [1]. Избыток жировой массы тела и ожирение снижают качество и продолжительность жизни, являясь факторами риска развития таких заболеваний, как сахарный диабет, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, злокачественные опухоли, обменно-дистрофический полиартрит и др. [2, 3]. Наиболее высокая смертность от
ряда заболеваний наблюдаются при индексе массы тела (ИМТ) более 25 кг/м2 [3].
В развитии ожирения и избыточной массы тела важную роль играет генетическая конституция человека (вклад генов от 40 до 90%) [4]. В рамках полногеномных ассоциативных исследований с использованием микрочиповых технологий обнаружены десятки полиморфизмов ДНК, ассоциированных с риском развития ожирения [5, 6]. На развитие ожирения большое влияние оказывает средовое воздействие (статус питания, уровень физической активности, социальное окружение и др.). Исследования в области генетики ожирения свидетельствуют о том, что высокая физическая активность может ослабить кумулятивное действие генетических локусов, ассоциированных с ожирением, на состав тела [7—9]. Иными словами, полигенная форма ожирения как наиболее распространенная при наличии генетического бремени может проявляться только у индивидов, ведущих малоподвижный образ жизни. Так, повышенная физическая активность снижает риск развития ожирения у носителей алле-ля риска A полиморфизма T/A гена FTO на 27% [10], в то время как низкая физическая активность при носитель-стве аллеля A повышает риск развития ожирения на 20— 30% и приводит к увеличению массы тела в среднем на 1,5 кг [5, 11].
Цель настоящего исследования заключалась в оценке модифицирующего влияния физической активности на взаимосвязь полиморфизмов генов ADRB3, CLOCK, FABP2, FTO, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, SHBG, UCP2 и UCP3 с индексом массы тела, жировой массой тела и риском развития ожирения. Нами предположено, что в группах индивидов с умеренной (студенты) и высокой (спортсмены) степенью физической активности влияние полиморфизмов генов, для которых ранее установлена роль в развитии ожирения (см. таблицу), на показатели состава тела может быть снижено.
Материалы и методы
В исследовании приняли участие 797 человек (582 студента и 215 действующих спортсменов), проживающих на территории Казани. Среди студентов у 64 (32 мужчин 20,5+1,7 года; 32 женщины 21,3+4,8 года) ИМТ >25 кг/м2 и у 518 (159 мужчин 19,8+2,1 года; 359 женщин 20,0+2,5 года) — менее 25 кг/м2. Все студенты (группа с умеренной физической активностью) учились на дневной форме обучения в Казанском государственном медицинской университете, регулярно посещали занятия физической культурой (1—3-й курсы), в день пешком проходили не менее 3 км (занятия студентов КГМУ проходят в разных учебных зданиях и клинических базах, расположенных на удаленном расстоянии друг от друга). Группу спортсменов (виды спорта: академическая гребля, баскетбол, борьба, волейбол, восточные единоборства, гиревой спорт, легкая атлетика, лыжное двоеборье, плавание, спортивная гимнастика, теннис, тяжелая атлетика, фехтование, фигурное катание, футбол, хоккей, художественная гимнастика)
Сведения об авторах:
Мустафина Миляуша Мухтаровна — лаборант лаб. молекулярной генетики КГМУ
Габбасов Рашид Тагирович — ст. лаборант лаб. молекулярной генетики КГМУ
Борисова Алена Владимировна — аспирант КГМУ
Ахметов Ильдус Ильясович — дир. учебно-научного центра
Поволжской ГАФКСиТ
составили 142 мужчин (21,5±0,3 года; ИМТ 22,7±0,2 кг/м2) и 73 женщины (21,0±0,4 года; ИМТ 20,6±0,3 кг/м2), тренирующихся не менее 4 раз в неделю. Испытуемые были предупреждены об условиях эксперимента и дали письменное согласие на добровольное участие в нем. Эксперимент был одобрен этическим комитетом КГМУ.
Оценку состава тела студентов (тощая и жировая масса тела) проводили с помощью биоимпедансного анализатора ДИА-МАНТ-АСТ (Россия). Рост измеряли с помощью фиксированного ростомера, калиброванного в сантиметрах. ИМТ определяли как масса тела (в килограммах), деленная на рост (в метрах), возведенный в квадрат. ИМТ оценивали согласно классификации ВОЗ (1997 г.). При ИМТ 25 кг/м2 или более диагностировали избыточную массу тела, при ИМТ 30 кг/м2 или более — ожирение разной степени выраженности.
Материалом для генетического анализа служили эпителиальные клетки полости рта, получаемые с помощью соскоба универсальным одноразовым зондом. ДНК выделяли сорбентным способом (в соответствии с прилагаемой инструкцией по применению к комплекту Проба-ГС («ДНК-технология», Россия).
Полиморфизмы генов FABP2, FTO, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, UCP2 и UCP3 определяли методами, описанными ранее с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) на ампли-фикаторе «Терцик» (Россия), и последующим анализом длин ре-стрикционных продуктов [13, 19, 20]. Полиморфизмы генов ADRB3, CLOCK и SHBG определяли методом ПЦР в реальном времени на ПЦР-амплификаторе в режиме реального времени «Rotor-Gene Q» (Германия) с использованием готовых наборов реагентов («Синтол», Россия). Из 797 человек, принявших участие в исследовании, 754 включены в комплексный анализ по определению взаимосвязи 7 полиморфизмов генов (PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, FTO, FABP2, UCP2) с ИМТ и 334 человека — с жировой массой тела.
Статистическую обработку данных проводили с помощью стандартного пакета GraphPad InStat. Значимость различий по частоте аллелей и генотипов сравниваемых выборок определяли с использованием критерия х2. Показатели состава тела индивидов с разным числом аллелей риска развития ожирения сравнивали с помощью непарного критерия t. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.
Результаты
Распространенность ожирения в группе студентов медицинского профиля составила 1% (женщины 0,8% и мужчины 1,6%), избыточной массы тела 9,9% (женщины 7,4% и мужчины15,2%). У 13,6% спортсменов (женщины 2,7% и мужчины 19,3%) ИМТ превышала 25 кг/м2.
Распределение генотипов полиморфизмов 11 генов в группах студентов и спортсменов подчинялось равновесию Харди—Вайнберга, за исключением распределения генотипов полиморфизма G/C гена PPARA (х2=6,714; df=2, _р=0,0348). Не выявлено различий по частотам аллелей риска развития ожирения между студентами с нормальной массой тела и студентами с избыточной массой тела либо ожирением.
Корреляционный анализ в общей группе студентов выявил ассоциацию аллеля A гена FTO с ИМТ (р=0,0011; г=0,1348) и жировой массой тела (р=0,0031; r=0,1585) и тенденцию к ассоциации аллеля 64Arg гена ADRB3 и аллеля С гена PPARA с жировой массой тела у мужчин (р=0,0741; r=0,3493 ир=0,0829; r=0,1684 соответственно). В группе спортсменов взаимосвязи полиморфизмов генов
Контактная информация:
Егорова Эмилия Сергеевна — м.н.с. лаб. молекулярной генетики КГМУ; тел. +7(904)670-0883; e-mail: [email protected]
Э.С. Егорова и соавт.
Генетические маркеры ожирения
Ген Кодируемый белок Основная функция белка Полиморфизм Аллель риска Ссылка
ADRB3 |33-адренергический рецептор Регуляция липолиза и термогенеза Trp64Arg 64Arg [12]
CLOCK Белок, регулирующий суточные ритмы Регуляция суточного ритма, метаболизма липидов и углеводов 3111 T/C 3111 C [12]
FABP2 Белок, связывающий жирные кислоты Внутриклеточный транспорт и метаболизм жирных кислот Ala54Thr 54Thr [12]
FTO Белок, ассоциированный с жировой массой и ожирением Регуляция аппетита rs9939609 T/A A [5, 13]
PPARA а-Рецептор,активируемый пролифераторами пе-роксисом Регуляция обмена липидов и глюкозы rs4253778 G>C C [14]
PPARD 6-Рецептор, активируемый пролифераторами пе-роксисом Регуляция обмена липидов, термогенез +294 T>C +294 T [15]
PPARG у-Рецептор, активируемый пролифераторами пе-роксисом Регуляция липогенеза Pro12Ala 12Ala [12]
PPARGC1A Коактиватор-1 а, у-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом Регуляция липогенеза и липолиза, тер-могенез Gly482Ser 482Ser [12]
SHBG Белок, связывающий половые гормоны Регуляция концентрации свободного тестостерона rs12150660 T/G T [16]
UCP2 Разобщающий белок-2 Регуляция метаболизма липидов и углеводов, термогенез Ala55Val 55Val [17]
UCP3 Разобщающий белок-3 Транспорт жирных кислот, регуляция обмена глюкозы, термогенез -55 C>T -55 C [18]
с ИМТ не выявлено, независимо от пола и спортивной специализации.
Комплексный анализ, при котором суммировалось общее число аллелей риска развития ожирения для каждого индивида по 7 полиморфизмам генов (PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, FTO, FABP2, UCP2), показал, что подгруппа студентов-мужчин с высоким числом аллелей риска развития ожирения (4—9) имеет более высокий ИМТ (22,6+2,73 кг/м2) по сравнению с подгруппой студентов с низким числом аллелей риска (20,8+2,81 кг/м2; />=0,0209; 7=0,1755; «=127) (см. рисунок). Данная закономерность не наблюдалась в группе спортсменов, независимо от пола и спортивной специализации.
Обсуждение
Результаты настоящего исследования указывают на более низкую распространенность ожирения и избыточной массы тела в группе студентов КГМУ (10,9%) по сравнению с взрослым населением Московского региона России (63,8%) [1], а также студентами некоторых вузов (15— 27,5%) [21, 22]. Это может быть связано не только с разницей в возрасте испытуемых, но и степенью их физической активности. Следует отметить, что у 13,6% спортсменов ИМТ составил более 25 кг/м2, что обусловлено их более развитой мускулатурой.
Анализ распределения частот аллелей генов ADRB3, CLOCK, FABP2, FTO, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, SHBG, UCP2 и UCP3, ассоциированных с риском развития ожирения среди студентов с нормальной либо избыточной массой тела и ожирением, не выявил между ними ста-
Средняя ИМТ у 127 студентов-мужчин в зависимости от числа аллелей риска ожирения.
* — р=0,0209 при сравнении 2 подгрупп (22,6+2,73 кг/м2 против 20,8+2,81 кг/м2).
тистически значимых различий. Эти данные указывают на модифицирующее влияние физической активности на генетическую предрасположенность к ожирению, что подтверждается предшествующими исследованиями. В частности, установлено, что носительство аллелей риска развития ожирения не приводит к его развитию при условии, что индивид проявляет высокую физическую актив-
ность [7—10]. Представляется интересным изучение влияния физической активности на генетическую предрасположенность к ожирению по данным многолетних наблюдений.
Корреляционный анализ показал взаимосвязь аллеля А полиморфизма rs9939609 T/A гена FTO с высокими значениями жировой массы тела и ИМТ у студентов, что подтверждает результаты многочисленных исследований [5, 11, 13]. Известно, что белок FTO вовлечен в энергетический обмен и влияет на пищевое поведение, однако в мышечной деятельности, по-видимому, он не имеет существенного значения [13, 23].
В результате комплексного анализа полиморфизмов генов PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, FTO, FABP2, UCP2 обнаружено, что студенты-мужчины с наибольшим числом аллелей риска имеют более высокий ИМТ по сравнению с подгруппой студентов с низким числом аллелей риска. Из этого следует, что каждый вариант полиморфизма гена вносит лишь незначительный вклад в раз-
ЛИТЕРАТУРА
1. Бухарова Г.П., Романцова Т.И. Распространенность избыточного веса и ожирения по данным выборки Московского региона. Ожир и метаб 2007; 2: 14—16.
2. Feigin V.L., Wiebers D. O, Nikitin Y.P. et al. Risk factors for ischemic stroke in a Russian community: a population-based case-control study. Stroke 1998; 29 (1): 34—39.
3. Calle E.E., Thun M.J., Petrelli J.M. et al. Body-mass index and mortality in a prospective cohort of U.S. adults. N Engl J Med 1999; 341 (15): 1097—1105.
4. Hinney A., Vogel C.I., Hebebrand J. From monogenic to polygenic obesity: recent advances. Eur Child Adolesc Psychiatry 2010; 19 (3): 297—310.
5. Frayling T.M., Timpson N.J., Weedon M.N. et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity. Science 2007; 316: 889—894.
6. Thorleifsson G., Walters G.B., Gudbjartsson D.F. et al. Genome-wide association yields new sequence variants at seven loci that associate with measures of obesity. Nat Genet 2009; 41: 18—24.
7. Andreasen C.H., Stender-Petersen K.L., Mogensen M.S. et al. Low physical activity accentuates the effect of the FTO rs9939609 polymorphism on body fat accumulation. Diabetes 2008; 57: 95—101.
8. Ahmad S, Rukh G., Varga T.V. et al. Gene x physical activity interactions in obesity: combined analysis of 111,421 individuals of European ancestry. PLoS Genet 2013; 9 (7): e1003607.
9. Li S, Zhao J.H., Luan J. et al. Physical activity attenuates the genetic predisposition to obesity in 20,000 men and women from EPIC-Norfolk prospective population study. PLoS Med 2010; 7 (8): e1000332.
10. Kilpeläinen T.O., Qi L, Brage S. et al. Physical activity attenuates the influence of FTO variants on obesity risk: a meta-analysis of 218,166 adults and 19,268 children. PLoS Med 2011; 8 (11): e1001116.
11. Scuteri A., Sanna S., Chen W.M. et al. Genome-wide association scan shows genetic variants in the FTO gene are associated with obesity-related traits. PLoS Genet 2007; 3: e115.
12. Rankinen T, Zuberi A, Chagnon Y.C. et al. The human obesity gene map: the 2005 update. Obesity (Silver Spring) 2006; 14 (4): 529—644.
13. Насибулина Э.С., Шагимарданова Р.Р., Борисова А.В., Ахметов И.И. Ассоциация полиморфизма гена FTO с избыточной массой тела. Каз мед журн 2012; 93 (5): 823—826.
витие ожирения, и только комбинация полиморфизмов генов может ассоциироваться с высоким риском накопления избыточной массы тела либо ожирения. Тем не менее носители большого числа аллелей риска имели ИМТ менее 25 кг/м2. Это указывает на то, что умеренная физическая активность способствует в данной группе сохранению нормальной массы тела. Отсутствие взаимосвязи полиморфизмов генов (отдельно либо в комплексе) и ИМТ у спортсменов подтверждает значение высокой физической активности в снижении влияния генов на состав тела.
Заключение
Результаты настоящего исследования продемонстрировали, что физическая активность оказывает модифицирующее влияние на индивидов, генетически предрасположенных к ожирению. Умеренная и высокая физическая активность значительно снижает риск развития ожирения даже при наличии генетических факторов риска.
14. Ахметов И.И., Дондуковская Р.Р., Рябинкова Е.К. и др. Генетические маркеры предрасположенности к занятиям бодибилдингом и фитнесом. Теор и практ физ культ 2008; 1: 74—80.
15. Aberle J., HopferI., BeilF.U., Seedorf U. Association of peroxisome proliferator-activated receptor delta +294T/C with body mass index and interaction with peroxisome proliferator-activated receptor alpha L162V. Int J Obes (Lond) 2006; 30 (12): 1709—1713.
16. Ohlsson C, Wallaschofski H, Lunetta K.L. et al. Genetic determinants of serum testosterone concentrations in men. PLoS Genet 2011; 7 (10): e1002313.
17. Wang T.N., HuangM.C., Lin H.L. et al. UCP2 A55V variant is associated with obesity and related phenotypes in an aboriginal community in Taiwan Int J Obes (Lond) 2007; 31 (11): 1746—1752.
18. Halsall D.J., Luan J., Saker P. et al. Uncoupling protein 3 genetic variants in human obesity: the c-55t promoter polymorphism is negatively correlated with body mass index in a UK Caucasian population. Int J Obes Relat Metab Disord 2001; 25 (4): 472—477.
19. Насибулина Э.С., Борисова А.В., Ахметов И.И. Изучение ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с избыточной массой тела, ожирением и физической активностью. Вопр пит 2013; 82 (5): 23—28.
20. Ahmetov I.I., Williams A.G., Popov D.V. et al. The combined impact of metabolic gene polymorphisms on elite endurance athlete status and related phenotypes. Hum Genet 2009; 126 (6): 751—761.
21. Борисов В.А., Короткова С.Б., Коротков Б.Н. и др. Анализ работоспособности и физического развития студентов старших курсов Воронежской государственной медицинской академии имени Н.Н. Бурденко. Науч-мед вестн Центр Чер-ноз 2009; 37: 145—149.
22. Юшманова Л.С., Соловьева Н.А., Совершаева С.Л. Качество жизни в зависимости от величины артериального давления и индекса массы тела у лиц юношеского возраста. Фундам иссл 2012; 9: 328—331.
23. Eynon N., Nasibulina E.S., Banting L.K. et al. The FTO A/T polymorphism and elite athletic performance: a study involving three groups of European athletes. PLoS One 2013; 8 (4): e60570.
Поступила 08.04.2014
