CC BY
35
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ СПбГМУ ИМ. АКАД. И. П. ПАВЛОВА • ТОМ XX • N0-! • 2G13
кова, Л. А. Алексина // Ученые записки СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. - 2011. - Т. XVIII. - № 1. - С. 36-39.
3. Риггз, Б. Л. Остеопороз / Б. Л. Риггз, Л. Д. III Мелтон. -М.: Медицина, 2000. - 560 с.
4. Шарафутдинова, Е. А. Влияние роста и массы тела на минеральную плотность / Е. А. Шарафутдинова, А. А. Свешников, И. В. Пашков // Травматол. и ортопедия России. -2006. - № 2 (40). - С. 314-315.
5. Baumgartner, R. N. Associations of fat and muscle masses with bone mineral in elderly men and women/ R. N. Baumgartner [et al] // Am. J. Clin. Nutr. - 1996. - Vol. 63. - P. 365-372.
6. Bell, N. H. Evidence for alteration of the vitamin D-endocrine system in obese subjects / N. H. Bell [et al] // J. Clin. Invest. - 1985. - Vol. 76. - P. 370-373.
7. Capozza, R. F. Association between low lean body mass and osteoporotic fractures after menopause / R. F. Capozza [et al] // Menopause. - 2008. - Vol. 15. - № 5. - P. 905-913.
8. Ho-Pham, Lan T. Contributions of lean mass and fat mass to bone mineral density: a study in postmenopausal women / Lan T Ho-Pham [et al] // BMC Musculoskelet Disord. - 2010. - № 11. -P. 59 // URL: http://www. biomedcentral. com/1471-2474/11/59.
9. Pettersson, U. Effect of high impact activity on bone mass and size in adolescent females: A comparative study between two different types of sports/U. Pettersson, P. Nordstrom, H. Alfredson [et al] // Calcif. Tissue Int. - 2000. - Vol. 67. -№ 3. - P. 207-214.
10. Saarelainen, J. Is discordance in bone measurement affected by body composition or anthropometry? A comparative study between perinephral and devices / J. Saarelainen [et al] // J. Clin. Densitom. - 2007. - № 10 (3). - P. 312-318.
РЕЗЮМЕ
И. Г. Пашкова, Л. А. Алексина
Взаимосвязь между компонентным составом тела и минеральной плотностью костной ткани
Проведено антропометрическое и денситометрическое исследование методом двойной рентгеновской абсорбцио-метрии для оценки влияния мышечной и жировой массы тела на минеральную плотность костной ткани у 463 человек (103 мужчин и 360 женщин), проживающих в Республике Карелия. Результаты показали, что у женщин, независимо от возраста, мышечная масса оказывает более сильное влияние на минеральную плотность, увеличение на 5 кг мышечной массы приводит к увеличению минеральной плотности позвонков на 0,043 г/см2, а увеличение жировой массы — на 0,014 г/см2.
Ключевые слова: жировая масса, мышечная масса, минеральная плотность костной ткани.
SUMMARY
I. G. Pashkova, L. A. Alexina
Correlation between body composition and bone mineral density
Anthropometric and densitometric analyses were carried out by the method of double X-ray absorptiometry in order to estimate the effect of the muscular and adipose tissues of the body on the bone mineral density in 463 people (360 women and 103 men) residing in Karelia. The results obtained show that the muscle mass in the women, irrespective of their age, produces a more marked effect on the mineral density — a 5 kg increase of the muscle mass leads to the increase of the mineral density of the vertebrae by 0.043 g/cm2, and to the increase of the fat tissue by 0.014 g/cm2.
Key words: fat mass, muscle mass, bone mineral density.
© Коллектив авторов, 2013 г. УДК [616.17-007.234-07:575.17]-055.2
Е. О. Богданова, М. И. Зарайский, О. В. Галкина, О. С. Бибикова, Н. Л. Шапорова, В. Л. Эммануэль
РОЛЬ ПОЛИМОРФИЗМА РОК1 ГЕНА УБЯ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ ОСТЕОПЕНИИ У ЖЕНЩИН РЕПРОДУКТИВНОГО ВОЗРАСТА
Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова
ВВЕДЕНИЕ
Остеопороз является распространенной патологией костной ткани, характеризуется снижением костной массы, изменениями микроархитектоники, уменьшением прочности костей и повышенным риском переломов [12]. Длительное время остеопороз протекает бессимптомно и поэтому в большинстве случаев диагностируется на поздних стадиях
или при наличии перелома. На развитие остеопе-нии и остеопороза влияют многие модифицируемые и немодифицируемые факторы, но основной вклад вносит генотип. Молекулярные исследования особенностей пациентов с остеопорозом фокусируются на генах молекул, вовлеченных в регуляцию костного метаболизма, таких как биологически активная форма витамина D — кальцитриол и его рецептор, кодируемый геном VDR (vitamin D receptor) [19]. В гене VDR в связи с риском развития остеопо-роза наиболее активно исследуются четыре одно-нуклеотидных полиморфизма — FokI, ApaI, BsmI, TaqI [3, 6, 8]. Полиморфизм FokI (rs10735810) расположен во втором экзоне гена VDR. При замене T>C в позиции 30920 (ATC>ACG) первый старт-кодон мРНК утрачивается (AUG>ACG), синтез продукта начинается со второго старт-кодона [9]. Результаты, полученные H. Arai et al. (1997), позволили сделать предположение, что «короткий» вариант белка VDR (424 а.к.о., «F» аллель) является в 1,7 раза более активным, чем «длинный» вариант (427 а.к.о., «Ь>-ал-лель) [4]. В 2000 г. P. W. Jurutka et al. определили, что «короткий» вариант представляет транскрипцион-но более мощный вариант белка VDR за счет более
ОРИГИНАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
эффективного взаимодействия с транскрипционным фактором IIB (TFIIB) [11].
Цель исследования: оценка вклада однонуклео-тидного полиморфизма FokI (VDR) в развитие ос-теопении и остеопороза в послеродовом периоде.
MАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Образцы крови были получены от 139 практически здоровых женщин в возрасте от 24 до 32 лет, родившихся и проживающих на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области: 65 женщин с физиологической беременностью составили основную группу, 75 условно здоровых небеременных женщин — группу сравнения. Из исследования исключались женщины с риском развития вторичного ос-теопороза, учитывался анамнез, ИМТ, воздействие внешних факторов, наличие хронических и эндокринных заболеваний. Во всех образцах определяли генотип FokI (VDR), измеряли концентрации маркеров остеопороза: остеокальцина (ОК), костного изофер-мента щелочной фосфатазы (КЩФ), С-терминальных телопептидов коллагена I-типа (СТТК). В основной группе измерение концентраций ОК, КЩФ, СТТК производили в динамике (I, II, III триместр беременности). В обеих группах было проведено количественное измерение значений МПК в дистальном отделе предплечья, проксимальном отделе бедра и поясничном отделе позвоночника методом двухэнергетиче-ской рентгеновской абсорбциометрии (ДЭРА). Измерение концентраций ОК, КЩФ, СТТК в плазме крови проводили методом иммуноферментного анализа (Immunodiagnostic systems Ltd, Великобритания). Определение аллельных вариантов FokI, проводили методом ПЦР-ПДРФ. Для выделения ДНК применяли наборы «Проба-ГС» («ДНК-Технология», Москва). Для амплификации фрагмента гена VDR, содержащего нуклеотидный полиморфизм FokI применяли прямой 5'-AGCTGGCCCTGGCACTGACTCTGGCTCT-3' и обратный 5'-ATGGAAACACCTTGCTTCTTCTCCCTC-3' праймеры [3]. Реакция амплификации проводилась по стандартной программе на приборе iCycler (BioTeck, Великобритания). Продукт амплификации подвергался рестрикции ферментом FokI («Сибэн-зим», Новосибирск) в соотношении 1 ед. фермента на 10 мкл амплификационной смеси в течение ночи при температуре 37 оС. Визуализацию результатов проводили в УФ-свете после электрофореза в 2 %-м ага-розном геле. Размеры полученных фрагментов определяли с помощью «DNA Ladder» (Fermentas, USA), наличие фрагмента 265 п. о. соответствовало доминантной гомозиготе FF, фрагмент 196 п.о. соответствовал рецессивной гомозиготе ff, 265- и 196 п. о. соответствовали гетерозиготе Ff. Статистическая обработка результатов проводилась ресурсами программного обеспечения «Statistica 8.0», критический уровень значимости для всех статистических тестов принимался равным 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Ген рецептора витамина D (VDR) активно изучается с целью применения для диагностики остеопороза. Исследования in vitro показали, что аллели FokI различаются по способности к запуску экспрессии репортерного гена [19]. В клинических исследованиях была выявлена связь генотипа FokI и МПК: при ff-генотипе значения МПК оказались ниже, чем при FF- и Ff-генотипах. Однако в связи с неоднородностью обследуемых групп, различающихся по гормональному статусу, возрасту, расе обследуемых и т. д., нельзя сделать окончательных выводов о роли аллельных вариантов FokI в развитии раннего остеопороза и остеопении у женщин репродуктивного возраста и в послеродовом периоде [3, 5, 7, 10, 15, 16, 20].
Проведенные в последние годы исследования значений минеральной плотности костной ткани (МПК) в популяции практически здоровых молодых женщин Санкт-Петербурга и Ленинградской области выявили широкую распространенность остеопении [1, 2]. Кроме того, было показано, что беременность приводит к усилению ремоделиро-вания костной ткани в некоторых случаях с преобладанием остеорезорбции [1, 2].
В настоящем исследовании в группе из 139 женщин генотип FF встречался в 43,2 % случаев (n = 60), Ff - у 38,1 % обследованных (n = 53), ff - у 18,7 % (n = 26), частота аллели F составила 62,2 %, а аллели f - 37,8 %.
В основной группе генотип FF встречался у 43,1 % (28 человек), Ff - у 40,0 % (26 человек), ff - у 16,9 % (11 человек). У 46 % была выявлена остеопения, у одной пациентки - остеопороз проксимального отдела бедра и поясничного отдела позвоночника. По результатам ДЭРА пациентки основной группы были разделены на три подгруппы. В I подгруппу вошли 33 женщины с нормальными значениями МПК в дистальном отделе предплечья (на участке
% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
ill
¡¡¡¡i йш
¡¡¡it ¡111
ill ¡ill
и
¡iii
§§§
lili
И
□ff №
□FF
Норма Ост.в 1 отделе Ост. >1 отделе
Состояние костной
Рис. 1. Распределение частот генотипов Рок1 (УОИ) в зависимости от состояния костной ткани. Основная группа
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ СПбГМУ ИМ. АКАД. И. П. ПАВЛОВА • ТОМ XX • №-1 • 2013
Основная группа. Средние значения МПК (г/см2) в обследуемых отделах скелета при разных генотипах Рок! (УйК). Среднее; Отрезки: Среднее±0,95*Ст.ош
1,25
1,20
1,15
1,10
1,05
1,00
0,95 -—
м0,90 К (0,85 2 0,80 5 0,75 -------------------------
Й
i
X,
□D FF В Ff
■ " " ES ff
отдел скелета
1- дистальный отдел предплечья; 2- проксимальный отдел бедра; 3- поясничный отдел позвоночника.
Рис. 2. Средние значения МПК (г/см2) в обследуемых отделах скелета при разных генотипах FokI (VDR). Основная группа
radius 33 %), проксимальном отделе бедра (на участке femoral total) и поясничном отделе позвоночника (на участке L); во II подгруппу — 25 женщин с остеопенией в одном из перечисленных отделов скелета; в III подгруппу — 5 женщин с остеопенией в 2 — 3 отделах скелета и остеопорозом. В I подгруппе преобладал генотип FF (48,5 %, 16 человек), во II подгруппе — Ff (60 %, 15 человек), в III подгруппе — ff (60 %, 3 человека) (рис. 1).
При FF-генотипе средние значения МПК дис-тальном отделе предплечья были достоверно выше, чем при Ff- (р = 0,034) и ff- (р = 0,042), в проксимальном отделе бедра и поясничном отделе позвоночника МПК была достоверно ниже при ff-генотипе, чем при FF- (р = 0,036, рис. 2).
Проведенный корреляционный анализ выявил достоверную умеренную связь генотипов FokI и значений МПК в дистальном отделе предплечья (radius total r=—0,27, p<0,05), проксимальном отделе бедра (femoral neck r=—0,30, wards r=—0,27, troch r=—0,30, femoral totalr=—0,35, p<0,05) и поясничном отделе позвоночника (L1 r=—0,34, L14 r=—0,28, p<0,05). Генотип FF был ассоциирован с более высокими значениями МПК, а генотип ff — с низкими.
Кроме того, была выявлена достоверная корреляционная связь (r=—0,36, p<0,05) FokI с концентрацией маркера остеосинтеза — остеокальцином (ОК). До 70 — 90 % синтезированного ОК включается в состав костного матрикса, а оставшаяся часть попадает в кровоток, где и может быть проанализирована. Анализ литературных источников показал, что концентрация остеокальцина в крови отражает интенсивность формирования костной ткани [14, 18]. Низкие значения ОК связаны с низкой активностью
остеобластов и скоростью минерализации костной ткани. Повышенные значения ОК могут свидетельствовать об усилении остеосинтеза при ускоренной резорбции кости. В настоящем исследовании значения ОК не превышали верхней границы нормы. Более высокие значениями ОК наблюдали при FF-гено-типе, ff-генотип был ассоциирован с наиболее низкими значениями данного маркера. Корреляция данного маркера с генотипом FokI (VDR) может быть связана с регуляцией экспрессии ОК через VDRE (vitamin D response element) в промоторе его гена [17]. Корреляции генотипов FokI с уровнями СТТК/ КЩФ выявлено не было.
В группе сравнения не было выявлено достоверной связи генотипов FokI с МПК или концентрациями маркеров остеопороза. Однако следует отметить, что в данной работе исследования проводились в группах практически здоровых женщин репродуктивного возраста. Можно предположить, что при напряжении костного ремоделирования, вызванного беременностью, лактацией или другими факторами, генотип ff может вносить вклад в развитие остеопении, а также являться фактором риска раннего остеопороза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, необходимо рекомендовать определение генотипа FokI (VDR) для выявления риска остеопении беременных. В данном случае генотип ff может служить предиктором снижения МПК при беременности и в послеродовом периоде. Раннее выявление пациенток группы риска позволит назначать своевременную адекватную терапию. Необходимо дальнейшее углубленное исследование ассоциации FokI с остеопорозом у женщин репродуктивного возраста, входящих в группу риска, например, при наличии заболеваний, влияющих на костный метаболизм, таких как бронхиальная астма, хроническая болезнь почек, хронические обструктивные заболевания легких, эндокринные заболевания и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Судаков, Д. С. Дозозависимый эффект влияния потребления кальция на фосфорно-кальциевый и костный обмены при беременности / Д. С. Судаков [и др.] // Остео-пороз и остеопатии. — 2010. — № 2. — С. 7—11.
2. Судаков, Д. С. Факторы риска развития нарушений костного обмена во время беременности / Д. С. Судаков // Журнал акушерства и женских болезней. — 2011. — Т. LX. — С. 67-75.
ОРИГИНАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
3. Akemi Morita. Prediction of bone mineral density from vitamin D receptor polymorphisms is uncertain in representative samples of Japanese Women. The Japanese Population-based Osteoporosis (JPOS) Study» / Akemi Morita [et al] // International Journal of Epidemiology. —2004. — Vol. 33. — № 5. - P. 979-988.
4. Arai, H. A vitamin D receptor gene polymorphism in the translation initiation codon: effect on protein activity and relation to bone mineral density in Japanese women / H. Arai // J. Bone Miner. Res. - 1997. - Vol. 12. - P. 915-921.
5. Bandres, E. Association between bone mineral density and polymorphisms of the VDR, ERalpha, COL1A1 and CTR genes in Spanish postmenopausal women» / E. Bandres, I. Pombo, M. Gonzalez-Huarriz // J. Endocrinol. Invest. - 2005. - Vol. 4. -P. 312-321.
6. Bhanushali, A. Frequency of fokl and taqI polymorphism of vitamin D receptor gene in Indian population and its association with 25-hydroxyvitamin D levels / A. Bhanushali [et al] // Indian Journal of Human Genetics. - 2009. - Vol. 15. -Is. 3. - P. 108-113.
7. Chen, H. Y. Relation of vitamin D receptor FokI start codon polymorphism to bone mineral density and occurrence of osteoporosis in postmenopausal women in Taiwan / H. Y. Chen // Acta Obstet Gynecol Scand. - 2002. - Vol. 81 (2). -P. 93-98.
8. Fang, Y. Promoter and 3?-Untranslated-Region Haplotypes in the Vitamin D Receptor Gene Predispose to Osteoporotic Fracture: The Rotterdam Study / Y. Fang [et al] // Am. J. Hum. Genet. -2005. - Vol. 77 (5). - P. 807-823.
9. Gross, C. The vitamin D receptor gene start codon polymorphism: a functional analysis of FokI variants / C. Gross [et al] // J. Bone Miner. Res. - 1998. - Vol. 13. - P. 1691-1699.
10. Harris, S. S. The vitamin D receptor start codon polymorphism (FokI) and bone mineral density inpremenopausal American black and white women / S. S. Harris, T. R. Eccleshall, C. Gross // J. Bone Miner. Res. - 1997. - Vol. 12 (7). -P. 1043-1048.
11. Jurutka, P. W. The polymorphic N terminus in human vitamin D receptor isoforms influences transcriptional activity by modulating interaction with transcription factor IIB / P. W. Ju-rutka // Mol. Endocrinol. - 2000. - Vol. 14. - P. 401-420.
12. Kanis, J. A. The diagnosis of osteoporosis / J. A. Kanis // Journal of Bone and Mineral Research. - 1994. - Vol. 9. -P. 1137-1141.
13. Kanis, J. A. on behalf of the World Health Organization Scientific Group «Assessment of osteoporosis at the primary health-care level. Technical Report» / J. A. Kanis // World Health Organization Collaborating Centre for Metabolic Bone Diseases. - University of Sheffield, UK, 2007. - [Printed by the University of Sheffield].
14. Marcus, R. The relationship of biochemical markers of bone turnover to bone density changes in postmenopausal women: results from the Postmenopausal Estrogen/Progestin Interventions (PEPI) Trial / R. Marcus // J. Bone Mineral. Res. -1999. - Vol. 14. - P. 1583- 1595.
15. Mencej-Bedrac, S. The combinations of polymorphisms in vitamin D receptor, osteoprotegerin and tumour necrosis factor superfamily member 11 genes are associated with bone mineral density / S. Mencej-Bedrac [et al] // Journal of Molecular Endocrinology. - 2009. - Vol. 42. - P. 239-247.
16. Mitra, S. Vitamin D receptor gene polymorphisms and bone mineral density in postmenopausal Indian women / S. Mitra // Maturitas. - 2006. - Vol. 55 (1). - P. 27-35.
17. Morrison, N. A. Contribution of trans-acting factor alleles to normal physiological variability: vitamin D receptor gene
polymorphisms and circulating osteocalcin» / N. A. Morrison // Proc. Nat. Acad. Sci. - 1992. - Vol. 89. - P. 6665-6669.
18. Ohishi, T. Changes of biochemical markers during fracture healing / T. Ohishi [et al] // Arch. Orthop. Trauma Surg. -1998. - Vol. 118. - P. 126-130.
19. Ralston, S. Genetics of Osteoporosis / S. Ralston, A. Uitterlinden// Endocrine Reviews. - 2010. - Vol. 31 (5). -P. 629-662.
20. Zajickova, K. Vitamin D receptor gene polymorphisms, bone mineral density and bone turnover: FokI genotype is related to postmenopausal bone mass / K. Zajickova, I. Zofkova, R. Bahbouh // Physiol. Res. - 2002. - Vol. 51 (5). - P. 501-509.
РЕЗЮМЕ
Е О. Богданова, М. И. Зарайский, О. В. Галкина, О. С. Бибикова, Н.Л. Шапорова, В. Л. Эммануэль
Роль полиморфизма FokI гена VDR при диагностике остеопении у женщин репродуктивного возраста
В исследовании приняли участие 65 беременных и 74 небеременных женщины в возрасте от 24 до 32 лет с нормальными значениями минеральной плотности костной ткани (МПК), остеопенией и остеопорозом (Z-критерий). Результаты генетического исследования сопоставлены со значениями МПК и концентрациями маркеров ремодели-рования костной ткани (остеокальцином, костным изофер-ментом щелочной фосфатазы, С-терминальными телопеп-тидами коллагена I-типа). В группе беременных была выявлена связь аллельных вариантов FokI с МПК дистального отдела предплечья (r.total r=-0,27, p<0,05), проксимального отдела бедра (f.total r=-0,35, p<0,05) и поясничного отдела позвоночника (L r=-0,28, p<0,05). Значения ос-теокальцина в I триместре беременности коррелировали с генотипом FokI (r=-0,36, p<0,05). Проведенные исследования свидетельствуют о том, что генотип ff FokI (VDR) может быть использован как фактор риска развития остеопе-нии в послеродовом периоде.
Ключевые слова: остеопения, остеопороз, полиморфизм FokI, ген рецептора витамина D (VDR), лабораторная диагностика.
SUMMARY
Е. O. Bogdanova, М. I. Zaraiski, О. V. Galkina, О. S. Bibikova, N. L. Shaporova,V. L. Emanuel
The role of VDR gene FokI polymorphism in diagnosis of osteopenia in reproductive age women
The study included 65 pregnant women and 74 nonpregnant women at the age of 24 to 32 with normal values of the bone mineral density (BMD), with osteopenia and osteoporosis (Z-score). The results of the genetic study were compared with the BMD values and plasma concentrations of the bone remodeling markers (osteocalcin, bone alkaline phosphatase, в-Cross-Laps). In the group of pregnant women the correlations of FokI genotypes with BMD in the distal part of the forearm (r.total r=-0.27, p<0.05), proximal femur (f.total r=-0.35, p<0.05) and lumbar spine (L1-4 r=-0.28, p<0.05) were detected. Plasma osteo-calcin levels in the Ist trimester of pregnancy correlated with FokI genotypes (r=-0.36, p<0.05). The study has shown that ff-genotipe FokI (VDR) can be suggested as a risk factor for osteopenia in the postpartum period.
Key words: osteopenia, osteoporosis, single nucleated polymorphism FokI, vitamin D receptor gene (VDR), laboratory diagnostics.
