CC BY
29
УДК 616.24 DOI 10.24411/2220-7880-2019-10010
ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ИНСЕРЦИИ (1607 INS G) ГЕНА МАТРИКСНОЙ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ В РЕМОДЕЛИРОВАНИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ ПРИ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЕ
1РуденкоКЛ., 12ТугузА.Р.
'ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет», Майкоп, Россия (385000, г. Майкоп, ул. Первомайская,191), e-mail: KceniaR@yandex.ru
2ФГБОУ ВО Адыгейский государственный университет, Майкоп, Россия (385000, г. Майкоп, ул. Первомайская, 208), e-mail:lab_genetic@mail.ru
Ассоциация иисерции гена ММР1 1607dupG (rsl799750, 1G/2G) с тяжелыми формами бронхиальной астмы, диагностированными в соответствии с критериями GINA (2016), проанализирована в пилотном исследовании с информированного согласия больных пульмонологического отделения Адыгейской республиканской клинической больницы (n=ll) и группы контроля (n=10).
Полиморфизмы генов MMP1 (1607insG rsl799750) исследованы SNP-методом с электрофоретической детекцией результатов. Геномная ДНК выделена из периферической крови доноров и больных, концентрации и качество образцов ДНК тестированы на спектрофотометре NanoDrop 2000с «Thermo Scientific» (USA). Статистически значимые различия (Р<0,05) частот полиморфизмов генов MMP1 (1607insG) и их ассоциация с бронхиальной астмой вычислены с использованием х2 (хи-квадрата), OR (odds-ration - отношения шансов), 95% доверительного интервала (95% CI).
С повышенным риском развития смешанной формы бронхиальной астмы у жителей Республики Адыгея ассоциирована«нормальная»№аллельвгомо-игетерозиготномсостоянии№№и1 G2G.Yfl0H0p0BnpeBa-лирует патологическая 2G аллель (х2=3,58) и статистически значимо (х2=4,72) повышена частота «мутант-ного» гомозиготного 2G1607ins2GreHOTHnanpn отсутствии «нормального»гомозиготного№№генотипа.
Ключевые слова: матриксная металлопротеиназа (ММР1), -1607dupG (rsl799750, 1G/2G), ремоделирование дыхательных путей, бронхиальная астма, гиперреактивность бронхов.
PATHOPHYSIOLOGICAL ROLE OF INSERTION OF (1607 INS G) MATRIX METALLOPROTEINASE GENE IN REMODELING THE RESPIRATORY TRACT AFFECTED BY BRONCHIAL ASTHMA
Rudenko K.A.,l2Tuguz A.R.
Maikop State Technological University, Maikop, Russia (385000, Pervomayskaya St., 191), e-mail: KceniaR@ yandex.ru
2Adygea State University, Maikop, Russia (385000, Maikop, Pervomayskaya St., 208), e-mail:lab_genetic@mail.ru
The association of the insertion of the MMP1 1607dupG gene (rsl799750,1G / 2G) with severe forms of bronchial asthma diagnosed according to the GINA criteria (2016) was analyzed with the help of pilot research among patients in the pulmonary department of Adygea Republican Clinical Hospital (n = 11) who gave their informed consent and thus made the control group (n = 10).
Polymorphisms of the MMP1 genes (1607insG rsl799750) were investigated by the SNP method with electro-phoretic detection of the results. Genomic DNA was extracted from peripheral blood of the donors and the patients; the concentrations and quality of DNA samples were tested on a NanoDrop 2000c spectrophotometer «Thermo Scientific» (USA). Statistically significant differences (P <0.05) of the MMP1 gene polymorphism frequencies (1607insG) and their association with bronchial asthma were calculated using x2 (chi-square), OR (odds-ration), 95% confidence interval (95% CI).
The «normal» 1G allele in the homo- and heterozygous state 1G1G and 1G2G is associated with an increased risk of a mixed form of bronchial asthma among the residents of the Republic of Adygea. Pathological 2G allele prevails in the group of donors (x2 = 3,58) and the frequency of the «mutant» homozygous 2G1607ins2G genotype in the absence of the «normal» homozygous 1G1G genotype is statistically significant (x2 = 4,72).
Key words: matrix metalloproteinase (MMP1), -1607dupG (rsl799750, 1G / 2G), airway remodeling, bronchial asthma, bronchial hyperactivity.
Введение
Патофизиологическая стадия бронхиальной астмы (БА) обусловлена ремоделированием дыхательных путей с необратимыми изменениями в бронхах: утолщением базальной мембраны, нарушением микроциркуляции, склерозированием стенок, активацией гладкой мускулатуры и эндотелиальных клеток, секрецией цитокинов и других медиаторов,
способствующих хронизации воспаления. Морфологические особенности тяжелых форм бронхиальной астмы связаны с активацией эозинофилов, мастоци-тов, макрофагов, Т-лимфоцитов-хелперов, эндотели-оцитов и сопровождаются гибелью эпителиальных клеток, образованием слизистых пробок, гипертрофией и гиперплазией гладких мышц бронхов, бокаловидных и серозных желез, активацией ангиогенеза в
Вятский медицинский вестник, № 3(63), 2019
lamina propria, изменением хрящевого слоя. Длительное нарушение функций и увеличение массы гладких мышц дыхательных путей, гипертрофия слизистых желез способствуют прогрессированию ремоделиро-вания дыхательных путей, ограничению воздушного потока, дисфункции легкого и напрямую усиливают тяжесть течения бронхиальной астмы [1,2,3].
Молекулярно-генетические механизмы трансформации аэрогематического барьера при бронхиальной астме непосредственно связаны с обменом белков межклеточного матрикса, основным компонентом которого (более 90%) являются коллагены I, II, III и IV типов. Мутации генов, регулирующих метаболизм разных типов коллагенов, приводят к дисбалансу их продукции/гидролиза с участием ма-триксных металлопротеиназ. Функции ММР связаны с обменом белков межклеточного матрикса и играют решающую роль при морфогенезе, резорбции и ремоделировании тканей, миграции, адгезии, диф-ференцировки и пролиферации клеток, а также при патологических состояниях (ревматоидном артрите, гломерулонефрите, пародонтитах, изъязвлении роговой оболочки глаз и др.). ММР синтезируются и секретируются фибробластами, эпителиальными клетками, фагоцитами, лимфоцитами и трансформированными клетками [4, 5].
К первому, наиболее изученному классу относятся коллагеназы и, в частности, ММР-1 - первый тканевой фермент, который гидролизует спиральную область коллагена. Коллагеназу I (ММР-1) называют интерстициальной, т.к. осуществляет гидролиз отличающихся друг от друга трех типов интерстици-альных коллагенов (I, II, III), минорных коллагенов VII и X типов, а также белков соединительно-тканного матрикса: энтактина, аггрикана, казеина, а2-макроглобулина и синтетических субстратов, аналогичных аминокислотной последовательности гидролизуемой области коллагена.
Синтез незначительных количеств индуцебель-ных ММР, содержащихся в тканях, контролируется на транскрипционных и посттрансцеллюлярных уровнях ростовыми факторами (эпидермальным фактором роста, фактором роста фибробластов), про-воспалительными цитокинами (TNF a, ß, IL-1, IL-6), мелатонином, гормонами и нейропептидами, физическим и оксидантным стрессом. На экспрессию и секрецию ММР также влияют гормоны через специфические клеточные рецепторы, метаболические изменения. Гепарин, глюкокортикоиды, эстрогены, прогестерон, подавляющие оверэкспрессию ма-триксных металлопротеиназ, опосредованно связаны с избыточным накоплением коллагена и ремоделиро-ванием дыхательных путей [4, 5].
Таким образом, ключевые патофизиологические механизмы прогрессирования БА обусловлены ММР, уровни экспрессии которых в свою очередь зависят от однонуклеотидных полиморфных вариантов (single nucleotide polymorphism - SNP) в pe-гуляторных участках генов (промоторах). К наиболее распространенным SNP гена ММР1 относится -1607dupG (rsl799750, 1G/2G) полиморфный локус промоторного региона гена ММР1 с дополнительным гуанином (инсерцией G-2G). «Нормальной» или «дикой» аллелью считают 1607С-полиморфизм, а 16072G рассматривают как патологическую «мутант-ную» аллель, исследованную преимущественно при онкопатологии и ассоциированную с метастазирова-нием опухолей.
Материалы и методы
Ассоциация 1607dupG (rsl799750, 1G/2G) SNP гена ММР1 с обострением смешанной формы бронхиальной астмы (бронхоспазмом, отеком нарушением дыхания) проанализирована в пилотном исследовании с участием жителей РА (п=21), в том числе неродственных доноров (п=10) в возрасте 21-32 лет (средний возраст 25) без клинических проявлений, наследственной отягощенности БА и больных (п=11; 24-56 лет, средний возраст 45) пульмонологического отделения Адыгейской республиканской клинической больницы с тяжелыми формами бронхиальной астмы, диагностированными в соответствии с критериями GINA, 2016 [6]. Полиморфизмы генов ММР1 (1607insG rsl799750) исследованы SNP-методом на тест-системах НПФ «Литех» (Москва) с электрофо-ретической детекцией результатов. Геномная ДНК выделена из периферической крови доноров и больных «ДНК-экспресс кровь» НПФ «Литех» (Москва). Концентрации и качество образцов ДНК тестированы на спектрофотометре NanoDrop 2000с «Thermo Scientific» (USA). Статистически значимые различия (Р<0,05) частот полиморфизмов генов ММР1 (1607insG) и их ассоциация с бронхиальной астмой вычислены с использованием х2 (хи-квадрата), OR (odds-ration - отношения шансов), 95% доверительного интервала (95% CI).
Результаты и их обсуждения
Несмотря на ключевую роль SNP гена ММР1 в развитии многих системных заболеваний, включая ревматоидный артрит, неоплазии и другие нозологии, данные по БА в международных БД представлены единичными работами. Поэтому в соответствии с поставленной целью на примере жителей РА нами проанализировано распределение полиморфизмов гена SNP, генаММР! при бронхиальной астме (табл. 1).
Таблица 1
Распределение частот аллелей, генотипов ММР1 (1607тзС) в обследованных группах доноров
и больных с бронхиальной астмой
Ген / п Аллели/ генотипы Частоты аллелей и генотипов х2 OR (95% CI)
больные БА п=11 Доноры п=10
MMP1 (1607insG ) 1G 0,591 0,300 3,58 3,37 (0,94- 12,12)
2G 0,409 0,700 0,30 (0,08 - 1,07)
1G1G 0,364 0,000 4,72 12,60 (0,59 - 270,99)
1G2G 0,455 0,600 0,56 (0,10-3,15)
2G2G 0,182 0,400 0,33 (0,05-2,43)
В обследованных группах доноров и больных с персистирующей бронхиальной астмой смешанной формы частоты аллелей и генотипов по 1607insG rsl799750 гена ММР1 соответствует распределению Харди-Вайнберга. У доноров превалирует патологическая 2G аллель (х2=3.58) и статистически значимо (Х2=4.72) повышена частота «мутантного» гомозиготного 2G1607ins2G генотипа, при этом отсутствует «нормальный» гомозиготный генотип (1G1G). У жителей Республики Адыгея «нормальная» 1G аллель в гомо- и гетерозиготном состоянии ассоциированны с повышенным риском развития и прогрессирования БА, что подтверждается данными для населения Тайваня [7]. В исследованиях Huang CD et al. (2009 г.) установлено, что «нормальная» аллель (1G) и гетерозиготный генотип (1G/2G) по 1607insG гена ММР1 ассоциированы с нарушением проходимости дыхательных путей, стойкой обструкцией, ремоделирова-нием дыхательных путей, характерными для БА.
Патофизиологические молекулярно-генетиче-ские механизмы регуляции скорости распада коллагена с участием rsl799750 ММР1 подтверждены при типировании образцов ДНК жителей Великобритании (n=200) и Китая (n=10000) в 2007 и 2012 гг. [8, 9]. «Нормальная» аллель 1607G ММР1 подавляет экспрессию ММР1 и соответственно снижает степень гидролиза компонентов экстрацеллюлярного матрик-са: коллагенов, проколлагенов, протеогликанов, эластинов, фибронектина, ламинина, а также адгезивных и других белков соединительной ткани, влияет на денатурацию фибриллярных белков, что приводит к накоплению коллагена, утолщению (ремоделирова-нию) стенок дыхательных путей, ограничению воздушного потока и наиболее тяжелому клиническому проявлению БА - удушью.
Заключение
В патофизиологических процессах деградации компонентов внеклеточного матрикса и гидролиза ряда регуляторных белков важную роль играют полиморфизмы гена ММР1. Носительство 1607insG промоторного региона гена ММР1 связано с дисбалансом активности ММР1 и генетической предрасположенностью к социально значимым заболеваниям, в том числе и бронхиальной астмы. Это подтверждается экспериментальными данными о повышении частоты 1G аллеля в гомо- и гетерозиготном состоянии у жителей Республики Адыгея с верифицированной бронхиальной астмой.
Литература/ References
1. Шадрина А.С., ПлиеваЯ.З., Кушлинский Д.Н. и др. Классификация, регуляция активности, генетический полиморфизм матриксных металлопроте-иназ в норме и при патологии // Альманах клинической медицины. 2017. № 45(4). С. 266-279. [Shadrina A.S., Plieva Ya.Z., Kushlinskiy D.N. et al. Classification, regulation of activity, and genetic polymorphism of matrix metalloproteinases in health and disease. Almanakh
klinicheskoi meditsiny. 2017;45(4): 266-279. (InRuss.)] doi: 10.18786/2072-0505-2017-45-4-266-279
2. Ярмолинская М.И., Молотков A.C., Денисова B.M. Матриксные металлопротеиназы и ингибиторы: классификация, механизм //Журналъ акушерства и женскихь болезней. 2012. Т. LXI, № 1. С. 113-124. [Yarmolinskaya M.I., Molotkov A.S., Denisova V.M. Matrix metalloproteinases and inhibitors: classification, mechanism of action. Zhurnal akusherstva I zhenskikh boleznei. 2012; 1: 113-124. (InRuss.)]
3. Рогова Л.Н., Шестернина H.B., Замечник T.B., Фастова И.А. Матриксные металлопротеиназы, их роль в физиологических и патологических процессах (обзор) II Вестник новых медицинских технологий. 2011. Т. XVIII. № 2. С. 86-89. [Rogo-va L.N., Shesternina N.V, Zamechnik T.V, Fastova I.A. Matrix metalloproteinases, their role in physiological and pathological processes (review). Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii. 2011; 2: 86-89. (InRuss.)]
4. Воронина Л.П., Яценко M.K., Трубникова Г.А и др. Роль эндотелина-1 в развитии хронической об-структивной патологии легких II Фундаментальные исследования. 2004. № 6. С. 45. [VoroninaL.P. Yatsenko M.K., Trubnikova G.A. et al. The role of endothelin-1 in the development of chronic obstructive pulmonary pathology. Fundamentalnye issledovaniya. 2004; 6: 45. (InRuss.)]
5. ГеренгЕ. H., Суходоло И. В., ПлешкоР. И. и др. Морфологические маркеры ремоделирования слизистой оболочки бронхов при тяжелой форме бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких II Пульмонология. 2009. № 4. С. 35-39. [Gereng E.N., Sukhodolo I.V., Pleshko R.I. et al. Morphological markers of remodeling of the bronchial mucosa in severe bronchial asthma and chronic obstructive pulmonary disease. Pul'monologiya. 2009; 4: 35-39. (InRuss.)]
6. Глобальная стратегия диагностики, лечения и профилактики хронической обструктивной болезни легких / Под ред. Чучалина А.Г. М.: Издательский дом Атмосфера, 2016. 104 с. [Chuchalin A.G., editor. Globalnaya strategiya diagnostiki lecheniya i profilaktiki obstruktivnoi bolezni legkikh. Moscow:Atmosfera; 2016.104 p. (InRuss).]
7. Huang C.D., Lin S.M., Chang P.J. et al. Matrix metalloproteinase-1 polymorphism is associated with persistent airway obstruction in asthma in the Taiwanese population. J Астма. 2009; 46(1): 41-6. doi: 10.1080/02770900802252077
8. Hughes S., Agbaje O., BowenR.L.. et al. Matrix metalloproteinase single-nucleotide polymorphisms and haplotypes predict breast cancer progression. Clin CancerRes. 2007; 13(22): 6673-6680.
9. Liu D., Guo H., Li Y. et al. Association between polymorphisms in the promoter regions of matrix metalloproteinases (MMPs) and risk of cancer metastasis: a meta-analysis. PLoS One. 2012; 7(2): 1-10. doi: 10.1371/journal.pone.0031251
