Мобильная версия

Газета «Новости медицины и фармации» 14 (633) 2017

Генетический полиморфизм рецептора витамина D определяет его метаболизм и эффективность

Авторы: Яковлева О.А., Николова О.М., Дорошкевич И.А., Щербенюк Н.В.
Винницкий национальный медицинский университет имени Н.И. Пирогова, г. Винница, Украина

Разделы: Справочник специалиста

Введение

Интерес к полиорганным эффектам и недостаточности витамина D стал особенно очевидным в последнее десятилетие; он проявился в научных исследованиях, посвященных оценке роли витамина на протяжении всей жизни человека [1–3]. На основании научных разработок ситуация оценивается как эпидемия D-дефицита в мировых масштабах. Однако противо–речия в понимании роли витамина D все еще сохраняются в научных публикациях [4, 5]. Если оценивать степень их доказательности, то становится очевидным, что наиболее известные и убедительные ранние результаты преимущественно относятся к исследованиям минерального обмена, и они соответствуют уровню доказательности А (табл. 1).

В то же время наиболее существенное влияние витамина D на другие системы и органы, как и на здоровье в целом, отражено в меньшем количестве исследований (в соответствии с уровнями доказательности В или С), что, естественно, требует более углубленного осмысления (табл. 1) [6]. Наименее изу–ченной остается проблема взаимосвязи витамина D и респираторной патологии, в частности обструктивного синдрома.

В обзоре Huаng и соавт. (2013) приведены противоречивые ссылки на более чем 100 научных статей [7], отражающих роль витамина D при болезнях органов дыхания, среди них максимальное количество было опубликовано именно в последнее десятилетие или даже после 2010 года [8–11]. Примечательно, что наиболее ранние данные о влиянии витамина D на обструктивный синдром описаны немецкими авторами еще в 1976 году: применение пероральной формы кальция и витамина D2 (кальциферола) при аллергической бронхиальной астме (БА) снижало выраженность обструкции бронхов [12]. В последующем эти исследования, приведенные в обзоре, охватили различные популяции на всех континентах планеты в различных возрастных группах и геозонах. Тем не менее доказательства оказались очень противоречивыми: ряд работ подтверждает роль недостаточности витамина D как причины глобальной эпидемии БА, но другие авторы считают, что концепция «чем больше — тем лучше», наоборот, неадекватна и большие дозы витамина способны причинить вред, особенно при использовании в биологически активных добавках. В Украине также описан дефицит и недостаточность витамина D при хронической обструктивной болезни легких в ассоциации с системным воспалением [13, 14].

Одной из причин такого неоднозначного понимания роли витамина D в физиологии органов дыхания могут быть скрытые генетические механизмы, поэтому к числу наиболее сложных аспектов физиологии витамина D можно отнести генетические исследования, которые в значительной степени способны определять его различную роль как в развитии патологии, так и в ответе организма на фармакологическую коррекцию витамином D [15]. Тканевые рецепторы витамина D (РВД) в ядрах более чем 40 тканей-мишеней регулируют транскрипцию генов (геномный механизм) наряду с внегеномными реакциями, которые реализуются путем взаимодействия РВД с поверхностными мембранами ряда клеток (иммунных, кишечных, клеток крови, опухолей, мозга и др.) и создают быстрый синтез активных регуляторов метаболизма. Снижение рецепции к витамину в тканях, т.е. резистентность к гормону, может наблюдаться и при нормальном содержании и продукции его метаболитов в организме [4, 16].

Прежде всего при оценке вариабельности патологии и реакции на фармакотерапию витамином D следует обратить внимание на полиморфизм его рецептора. Ген РВД экспрессируется на коротком плече 12-й хромосомы (12p12-q14), его размер до 75 Кб, имеет 11 экзонов. Среди экзонов, которые функционируют как кодирующие сегменты, различают некодирующую область (экзоны 1А, 1В и 1С), расположены на 5’-конце гена, а последующие 8 экзонов (2–9) кодируют структуру белка гена. Полиморфизм гена идентифицируют изоформами ферментов FokI (аллели F/f), ApaI (аллели А/а), BsmI (аллели B/b) и TaqI (аллели T/t). Так, при FokI-полиморфизме наблюдается замена T/C (ATG на ACG) во 2-м экзоне, при TaqI — замена нуклеотидов T/C (ATT на ATC) в 9-м экзоне [17]. При ТТ-генотипе может в 100 % случаев наблюдаться bb-вариант или аа-генотип [18].

Однако значение полиморфизма гена РВД остается неясным, противоречивым, вариабельным в зависимости от пола, возраста, этнической группы, роста костной массы, ассоциации с паратгормоном, влияния –кальция, образа жизни и уровня здоровья [19].

Впервые предположение о роли генетического полиморфизма было высказано в 1994 году D. Morrison и соавт., которые оценивали связь снижения минеральной плотности костной ткани (МПКТ) поясничного отдела позвоночника и шейки бедренной кости (у женщин европеоидной расы и австралийцев): было обнаружено, что ВВ-генотип (BsmI RFLP) ассоци–ирован со снижением МПКТ, против bb-варианта, при котором выявлен протективный эффект. В 1995 году T.D. Spector и соавт. в Британии также оценивали связь МПКТ у женщин-близнецов в постменопаузе с генетическими особенностями РВД: установили разную степень зависимости для показателей МПКТ, но наиболее она была выражена для проксимального отдела бедренной и лучевой кости; аллели, полиморфные по TaqI для tt, составляли 19,5 %, Тt — 41,0 % и ТТ — 39,5 % [20].

Особенности генетического полиморфизма РВД в разных популяциях

Также остаются противоречивыми исследования роли генетического полиморфизма РВД в разных популяциях. В 1997 Н. Arai и соавт. исследовали частоту аллелей РВД среди 239 японских женщин, проживающих в префектуре Кавага, в возрасте 24–70 лет и МПКТ у 110 здоровых пременопаузальных женщин в возрасте 24–45 лет с оценкой полиморфизма 2-го экзона ДНК РВД. У 13,4 % женщин установлен генотип MM, у 31,4 % — mm, и у 55,2 % — Mm, независимо от возраста. МПКТ поясничного отдела в обеих группах не зависела от массы тела, роста, но была достоверно выше при генотипе РВД у гомозигот mm, чем у гетерозигот Mm или гомозигот MM [21], т.е. очевидно, что разные аллели обусловливают различия в показателях МПКТ.

В популяции Индии генотип РВД определяли у здоровых 84 мужчин и 59 женщин в возрасте 25–60 лет в ассоциации с уровнем 25-гидроксивитамина D. Среди 143 образцов установлена частота для полиморфизма FokI и TaqI в следующих вариантах генотипа: FF — 59 %, Ff — 36 %, ff — 5 %, для TT — 49 %, Tt — 43 % и tt — 8 % соответственно, у мужчин — чаще FF-вариант (64 против 52,5 % женщин) и TT (51 против 45 %), что отражает возможность различий не только в популяциях, но и среди жителей Индии. Причем достоверные различия для сильной корреляции с витамином D имели место только для TaqI SNP, но не для FokI [17]. Из 100 лиц у 34 установлен низкий уровень витамина D. Эти данные отличались и от полиморфизма FokI и TaqI: FF — 44 %, Ff — 49 %, ff — 7 %, и для TT — 49 %, Tt — 40 % и tt — 11 % соответственно, подтвержденные для популяции Северной Индии. Тем более эти результаты отличаются при их сравнении на фоне более низкой МПКТ в Индии по сравнению с жителями Северной Америки или Европы [17].

Возрастной аспект полиморфизма РВД

В исследование A. Arabi и соавт. (2010) были включены 460 взрослых в возрасте 65–85 лет. Для уменьшения возможности генетического влияния дополнительные исследования проводили у двух родителей. Из них полиморфизм РВД был оценен у 132 женщин и 71 мужчины, а также у 184 мальчиков и 179 девочек от 10 до 17 лет (из них полиморфизм — у 169 мальчиков и 167 девочек) на фоне приема витамина D. В опросниках выясняли частоту физических нагрузок (час/неделю), прием кальция (мг/сут), уровень солнечной экспозиции. Полиморфизм РВД ассоциировали с рестрикционными энзимами Bsml, TaqI и ApaI. Эти три варианта гетерозиготных генотипов чаще встречались у взрослых и детей, не было различий в частоте генотипов по полу, как и в распределении генотипов РВД среди лиц юного и пожилого возраста. Гетеро–зиготные мальчики имели более низкие уровни паратиреоидного гормона (ПТГ), с подобной же тенденцией у пожилых женщин; гетерозиготные пожилые женщины имели более высокую плотность костной ткани. Очевидно, что связь полиморфизма РВД и МПКТ различается в зависимости от возраста или пола [19].

В Нигерии (северный регион Джос) у 105 детей (в диете которых содержание кальция составляло до 200 мг/сут) и у 94 пациентов контрольной группы установлены низкие показатели кальция сыворотки крови при выявленном остром рахите против конт–рольной группы, но нормальные уровни 25(ОН)D, хотя и более высокие при рахите; частота аллелей ff снижена, а частота FF-генотипа возрастала при патологии, Ff-аллель реже выявлялась при рахите (17 против 26 %), но индивидуальные различия других вариантов (bb, Bb, BB, aa, Aa, AA, tt, Tt и TT), так же как и частота комбинаций генотипов, статистически не различались для BsmI, ApaI и TaqI полиморфизма [22]. –Однако F(FokI)-аллель превалировала, а f-аллель была менее представлена при рахите; возможно, ff-тип имеет протекторный эффект (более длинная форма РВД), чем FF (короткая форма) — более чувствительный рецептор к рахиту, но авторы затрудняются объяснить данный феномен [22].

Полиморфизм рецептора РВД влияет на мышечную силу у здоровых пациентов при хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) [23, 24]. Одно из наиболее углубленных разновекторных исследований проведено в Национальном институте здоровья (Лондон) с акцентом на оценке генетических механизмов влияния витамина D в мышцах путем сравнения физиологии, морфологии и генетики мышечных волокон при ХОБЛ [25].

В исследовании участвовали 104 пациента с ХОБЛ и 100 здоровых добровольцев (группа контроля). Авторы не обнаружили корреляционных связей между уровнями кальцидиола или кальцитриола, ПТГ с измерением мышечной силы при ХОБЛ, хотя в конт–рольной группе эта ассоциация сохранялась. Оценка силы квадрицепса (выносливость в ответ на стимуляцию), достоверно редуцированной при ХОБЛ, также не ассоциировалась с уровнем витамина D в каждой из групп, как и с измерением мышечной силы при ХОБЛ, в то время как в контроле уровень кальцитриола независимо ассоциировался с мышечной силой. Уровни кальцитриола и ПТГ были достоверно ниже при ХОБЛ. Биопсия мышц (с оценкой методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) тяжелых цепей мышечного миозина, с вариантами МНСI, IIа, IIх) позволила установить, что при ХОБЛ, в сравнении с группой контроля, достоверно ниже уровень МНСI (но не МНСIIа или МНСIIх), хотя содержание мРНК миогенного регуляторного фактора (MRF) не различалось в группах [25].

Именно в контрольной группе, но не при ХОБЛ, кальцидиол негативно ассоциировался с экспрессией мРНК миозина (МНСIIа), но с положительной связью кальцидиола с mrf5, mrf4, миогенином, так же как и mrf4 с МНСIIа, и mrf5 с МНСI. Очевидно, что оба витамина D не влияли на силу мышц и выносливость квадрицепса у больных, в отличие от лиц контрольной группы, что предполагает нарушение взаимо–связей при легочной патологии.

Очевидно, что такие сложные и тонкие механизмы влияния витамина D на физиологию мышц могут иметь неоднозначные трактовки. Один из вариантов объяснений: возможно, эффекты витамина маскируются другими процессами (воспалением, гипоксией, окислительным стрессом, капиллярным дефицитом) или магнитуда эффекта очень мала при сравнении с другими фенотипами, которые модулируют мышечную силу. Тем более что авторы учитывали атрофию мышц, тяжесть болезни, частоту обострений, но связи не выявили.

Авторы склоняются к альтернативному варианту гипотезы: результаты предполагают, что существует резистентность к витамину D при ХОБЛ, хотя и не было достоверных различий в уровнях кальцидиола и кальцитриола между обеими группами. Однако косвенное влияние различий все же можно подтвердить по оценке уровней ПТГ: они были достоверно выше при ХОБЛ, а соотношение 25(ОН)D/ПТГ у них достоверно более низкое. Уровень ПТГ повышался с возрастом на фоне сниженной абсорбции кальция, и его рост при ХОБЛ отражал у этих контингентов резистентность к витамину D [25], что и подтверждается риском развития у них остеопороза [13, 14].

Ранее в небольшом количестве биопсий при остеомаляции также подтверждалась атрофия II типа миофибрилл, с их инфильтрацией липидами, гликогеновыми гранулами и с фиброзом [26]. У пожилых женщин отмечена положительная динамика морфологии мышечных волокон после приема в течение 3–6 месяцев кальция и аналога витамина D: наблюдалось количественное увеличение IIа типа фибрилл, а также их диаметра, с аналогичным результатом при назначении 1000 МЕ витамина D2 в течение 2 лет [27].

В перекрестном исследовании была показана зависимость от уровня 25(ОН)D силы сжатия кисти у больных с планируемой трансплантацией легких, среди которых 50 % составляли пациенты с ХОБЛ, у которых на фоне хронической гипоксии доминировала мышечная слабость [28].

Взаимосвязи витамина D с гормональной регуляцией глюкокортикостероидами (ГКС) широко вариабельны, так как они охватывают трансмембранный транспорт ионов, роль внутриклеточных сигнальных путей, вторичных мессенджеров, гормональных рецепторов [29]. Для респираторной патологии и других состояний, требующих гормональной терапии, например в ревматологии, сложные трактовки сохраняются и для анализа взаимосвязи результатов терапии ГКС и рецептора витамина D: кроме влияния ГКС на снижение абсорбции кальция в кишечнике, торможение активности цитохрома Р450 (1а-гидроксилазы почек), они также могут нарушать синтез РВД. Поэтому при фармакотерапии ГКС оценка их пороговой дозы как фактора риска остеопороза остается неизвестной, хотя считается, что доза менее 7,5 мг/сут не вызывает значимых системных побочных реакций. Тем не менее с учетом индивидуальной чувствительности пациентов к ГКС можно полагать, что практически безопасных доз не существует, даже при лечении обструктивных синдромов ингаляционными ГКС [18, 30]. Однако существует гипотеза, что ГКС и витамин D обладают синергическим эффектом при БА, особенно у детей [10, 31–33], а дефицит витамина ассоциируется с потребностью в увеличении доз гормональной терапии [33].

Генетический полиморфизм рецептора может реализоваться при различном течении астмы, атопии и ответе на гормональную терапию [8, 11]. В исследовании, проведенном в Австралии в 1999 году Y.Y. Ho и соавт., обследовали 193 женщины и 70 мужчин с ревматоидным артритом и бронхообструктивным синдромом, принимавших ГКС (кумулятивная доза по преднизолону до 1,8 г в год), но авторы не нашли ассоциаций генотипа РВД, его фрагментов рестрикции BsmI и TaqI с возрастом, полом, индексом массы тела, длительностью курения и содержанием кальция в продуктах питания [18, 34].

Подобное отсутствие статистической связи подтвердили в Китае Y. Li и соавт. (2002) для генотипов Bb в 88,7 % и bb-вариантов в 11,3 %, ее не было при оценке МПКТ у 71 больного ревматическими болезнями на фоне приема ГКС [35].

Наоборот, А.М. Путилин и др. в 2006 году (Санкт-Петербург, Москва) установили увеличение риска остеопороза на фоне тяжелой БА при ГКС-терапии. Оценивали полиморфизм гена РВД (замена тимидина на цитозин в 9-м экзоне) при БА у 54 пациентов в возрасте 25–50 лет (женщины в пременопаузе), начало заболевания приходилось в среднем на 24,5 года, на фоне приема ГКС, начавшегося в возрасте около 34 лет. Длительность гормональной терапии — не менее 6 последних месяцев (но также наблюдались случаи длительностью и более 6 лет), в суточной дозе 10 мг, кумулятивная доза 23,72 г. Доказано, что при генотипе ТТ-аллелей сохранялась нормальная МПКТ, которую оценивали с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии, при генотипе Тt чаще наблюдалась остеопения и переломы, в то время как на фоне генотипа tt-аллелей подтвержден остеопороз с максимальным количеством переломов осевого и периферического скелета. По данным авторов, ТТ-аллель свидетельствует об отсутствии сайта рестрикции для эндонуклеазы TaqI, при ТТ и Тт МПКТ различалась только на уровне шейки бедренной кости [18].

В обзоре R. Bouillon и соавторов (2008), посвященном изучению связи рецептора витамина D с состоянием общего здоровья и также при оценке витаминного статуса у модифицированных мышей, отражено влияние полиморфизма генов на эндокринную, костную систему, канцерогенез, иммунологию, кардиоваскулярные болезни [29]. В немногих экспериментальных исследованиях также показано значение РВД для респираторной системы: у мышей с отсутствием РВД авторы наблюдали раннее развитие ХОБЛ и эмфиземы, хронического воспаления и иммунной дисрегуляции, легочной деструкции, снижение в легких инфильтрации лимфоцитами и эозинофилами; однако при увеличении цитокинов и IgE наблюдали отсутствие гиперреактивного ответа, в то же время терапия витамином D у этих мышей не влияла на течение у них БА [36]. Также показано влияние отсутствия РВД у мышей на редукцию в 20 % всех миофибрилл и нарушение в них регуляторной mrf с ограничением роста и дифференциации миоцитов [37].

Потенциальные механизмы резистентности к вита–мину D могут зависеть от уровня цитохрома СYР27В1 (1а-гидроксилаза), который конвертирует кальцидиол в кальцитриол, для связи с РВД в органах-мишенях. РВД далее формирует гетеродимер с рецептором ретиноевой кислоты (временный Х-рецепторный комплекс), еще до того как он связывается с ДНК и стимулирует генный ответ. Этот комплекс вызывает экспрессию в эпителии кишечника кальциевых катионных каналов, относящихся к 6-му члену подсемейства V (TRPV6) [4]. Угнетение активности СYР27В1 или его экспрессии и будет обусловливать резистентность к витамину D, тем более что РВД широко присутствуют в цитоплазме и определяют негеномные эффекты. Существует интересная точка зрения на связь витамина D и длины хромосомных теломер, как известно, определяющих длительность жизни, так же как и на возможную роль дефицита магния [38].

Будущие перспективные исследования по этой важной проблеме касаются изучения неясных иммунных и антиаллергических механизмов эффективности витамина D, разработки индивидуальной коррекции низких уровней витамина D, влияния его высоких доз, особенно в популяциях с низким солнечным облучением, уточнения ассоциации с различным генетическим полиморфизмом, с обязательным неоднократным измерением его уровней в динамике лечения.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.

Список литературы находится в редакции