Полиморфизм гена HIF-1A (rs11549465) как возможный общий генетический предиктор анемии беременных и задержки внутриутробного развития плода у женщин, проживающих в условиях высокой антропогенной нагрузки

Введение

Задержка внутриутробного развития (ЗВУР) плода становится всё более распространённой проблемой не только в России, но и во всём мире. По обобщённым эпидемиологическим данным, ежегодно в мире рождается около 30 млн младенцев с этим диагнозом [1, 2]. ЗВУР обусловливает около 30% мертворождений, высокую перинатальную заболеваемость и смертность, является частой причиной досрочного родоразрешения, а также неблагоприятных психоневрологических последствий [3–5]. Среди причин выделяют широкий спектр плодных, материнских и плацентарных факторов [6]. Нарушение плацентации и маточно-плацентарного кровообращения, оксидативный стресс и воспаление при различных патологиях беременности ведут к хронической гипоксии плода. Одной из наиболее распространённых экстрагенитальных патологий беременности является анемия, которая вносит значимый вклад в развитие гипоксических состояний как матери, так и плода [7]. Наряду с классическими этиологическими факторами (дефицит железа, фолиевой кислоты) в последние годы активно изучают роль генетической предрасположенности [8]. Особый интерес представляют гены, участвующие в адаптации к физиологической гипоксии беременности.

Гипоксией индуцируемый фактор-1α (HIF-1α), кодируемый геном HIF-1A, является ключевым регулятором клеточного ответа на гипоксию. Он контролирует экспрессию сотен генов, в том числе эритропоэтин (EPO) – основной стимулятор эритропоэза [9]. Полиморфизм rs11549465 (C>Т, Pro582Ser) функционально значим: аллель Т ассоциирована с повышенной транскрипционной активностью белка и улучшенной адаптацией к гипоксии [10]. Ранее её роль изучалась преимущественно в контексте нарушений плацентации, преэклампсии и задержки роста плода, однако появились данные о том, что варианты HIF-1A, ухудшающие гипоксический ответ, могут нарушать физиологическую стимуляцию эритропоэза во время беременности, предрасполагая к анемии [11].

Новокузнецк – крупный индустриальный центр Кемеровской области – Кузбасса, в котором сконцентрированы предприятия металлургической, углеперерабатывающей и химической промышленности. Немногим меньше половины территории области относится к категории кризисной экологической ситуации, причём Новокузнецк, по данным Росгидромета, имеет очень высокий уровень загрязнения атмосферы. Наибольшую потенциальную угрозу населению городов юга Кузбасса представляют бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота (NO₂), фтористый водород, оксид азота (NO), оксид углерода (CO), диоксид серы (SO₂) [12]. Хроническое воздействие загрязнителей воздуха, характерное для промышленных центров, нарушает кислородный гомеостаз материнского организма и оказывает прямое эмбриотоксическое и фетотоксическое действие, приводя к задержке внутриутробного развития плода. Многочисленные эпидемиологические исследования и лабораторные эксперименты на животных подтверждают, что основными механизмами этого воздействия являются индукция окислительного стресса, прямое повреждение ДНК плаценты и плода, а также эндокринные нарушения [13].

Цель исследования – выявить связь между полиморфизмом гена HIF-1A, анемией во время беременности и задержкой внутриутробного развития плода у женщин, проживающих в регионе с высокой антропогенной нагрузкой.

Материалы и методы

Оценка валовых атмосферных выбросов и среднегодовых концентраций загрязняющих веществ в Новокузнецке проведена за период с 2021 по 2024 г. Использованы данные Кемеровского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды – филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Западно-Сибирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Проведены два независимых пилотных исследования («случай – контроль») на когорте беременных женщин, проживающих на территории крупного промышленного центра Кемеровской области – Кузбасса (Новокузнецк).

Первую группу составили 37 беременных женщин (средний возраст 28,3 ± 4,1 года) с диагностированной анемией, осложняющей беременность, деторождение и послеродовой период (код МКБ-10 – O99.0) и 53 беременные женщины без данной патологии (средний возраст 27,8 ± 3,9 года). Забор венозной крови для клинического и генетического анализа проводили при постановке на учёт в женской консультации. Диагноз анемии устанавливали согласно критериям ВОЗ (Hb < 110 г/л).

Во вторую группу вошли 23 женщины, родившие детей с задержкой внутриутробного развития, и 33 женщины с благополучно протекавшей беременностью, завершившейся рождением здорового доношенного ребёнка. Были также обследованы дети, рождённые этими женщинами: 19 детей с задержкой внутриутробного развития и 40 здоровых. Диагноз верифицировали по клиническим рекомендациям (протоколу лечения) «Оценка физического развития детей и подростков» (письмо Минздрава России от 21.11.2017 г. № 15-2/10/2-8090), согласно которым диагностируют асимметричную форму ЗВУР при массе тела ниже 10-го перцентиля для данного гестационного возраста и симметричную форму (гипопластический тип) – при отставании массы тела и роста ребёнка. Геномную ДНК выделяли с помощью метода фенол-хлороформной экстракции из лейкоцитов периферической крови [14]. Типирование генов проводили методом Real-Time на приборе DTprime 4 (ООО «НПО ДНК-Технология», Россия). Тест-системы для молекулярно-генетического анализа полиморфизма гена HIF-1A гипоксией индуцируемого фактора-1α разработаны ИХБФМ СО РАН и синтезированы ООО «СибДНК». Сравнение частот встречаемости генотипов с целью выявления ассоциации с риском развития анемии и задержки внутриутробного развития плода проводили с использованием критерия χ², который показывает наличие или отсутствие статистической значимости различий между фактическими данными в выборке и теоретическими результатами. Расчёт ОR позволяет оценить связь между фактором риска и вероятностью наступления исхода, которые предположил исследователь [15]. Тест на соответствие распределения генотипов равновесию Харди – Вайнберга проводили с использованием точного критерия [16].

Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний» (протокол заседания № 4, § 1 от 18.11.2021 г.), проведено согласно общепринятым научным принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения медицинских исследований с участием человека в качестве субъекта» с поправками 2013 г.

Результаты

Общий объём валовых выбросов в атмосферу Новокузнецка с 2021 по 2024 г. незначительно снизился – с 268,297 до 256,683 тыс. тонн. Снижение составило 11,614 тыс. тонн, что связано с участием Новокузнецка в федеральном проекте «Чистый воздух».

В табл. 1 представлены среднегодовые концентрации канцерогенных загрязняющих веществ, выраженные в мг/м³ и долях ПДК.

Среднегодовые концентрации бенз(а)пирена превышали установленную ПДК в 6,2–11,2 раза за весь изучаемый период, наибольшее превышение ПДК (11,2) наблюдалось в 2022 г. Среднегодовые концентрации формальдегида были выше соответствующей ПДК в 2021–2024 гг. (1,7–3,95 раза). В 2021 г. среднегодовые концентрации углерода (сажи) были ниже ПДК; с 2022 г. измерения концентраций этого вещества в городе не проводят.

В ходе молекулярно-генетических исследований выявлены полиморфные варианты гена HIF-1A (rs11549465), достоверно связанные с развитием анемии, отягощающей беременность, и задержкой внутриутробного развития плода, а также формы, ассоциированные с устойчивостью к развитию данных патологий.

Генотип СС гена HIF-1A (rs11549465) статистически достоверно связан с развитием анемии (χ² – 4,73; OR – 3,57), генотип СТ связан с резистентностью к развитию анемии (χ² – 4; OR – 0,31) (табл. 2).

Анализ полученных результатов, представленных в табл. 3, свидетельствует о том, что в группе пациенток, родивших детей с задержкой внутриутробного развития, статистически достоверных связей с полиморфизмом гена HIF-1A не обнаружено.

В группе детей с ЗВУР показана статистически достоверная связь гомозиготной аллели СС гена HIF-1A с задержкой внутриутробного развития у новорождённых (χ² – 4,59; OR – 7,71) и гетерозиготной аллели СТ с нормальным развитием (χ² – 3,93; OR – 0,15) (табл. 4).

При анализе сочетаний форм гена HIF-1А у матери и ребёнка была показана статистически достоверная связь сочетания гомозиготных аллелей СС/СС гена HIF-1A у матери и у ребёнка с задержкой внутриутробного развития (χ² – 5,76; OR – 6,26), а сочетания гомозиготной аллели СС гена HIF-1A с гетерозиготной аллелью СТ гена HIF-1A – с нормальным развитием новорождённых (χ² – 4,9; OR – 0,18) (табл. 5).

Таким образом, выявлена статистически достоверная связь генотипа СС с гипоксией индуцируемого фактора-1α, развитием анемии беременных и задержкой внутриутробного развития плода, особенно в случае сочетания данных форм гена у матери и эмбриона, в то время как генотип CT увеличивает вероятность нормального течения беременности и рождения здорового ребёнка.

Обсуждение

Практически при всех болезнях инфекционной и неинфекционной природы, в условиях стресса, а также при нарушении маточно-плацентарного кровотока, курении, алкоголизме и других негативных факторах формируется патологическая эндогенная гипоксия [17, 18]. Снижение эффективности подачи кислорода тканям приводит к нарушениям регуляции микроциркуляторного русла, экстравазации, активации лейкоцитов и других иммунных и провоспалительных резидентных клеток, которые продуцируют активные формы кислорода, приводя к окислительному стрессу и митохондриальной дисфункции [19–22]. Ведущую роль в адаптации организма к гипоксии играет кислород-чувствительная субъединица HIF-1α, активность которой генетически детерминирована. В настоящее время обнаружено 16 однонуклеотидных полиморфизмов гена HIF-1A, влияющих на активность субъединицы и ассоциированных с различными патологиями. Одним из наиболее изученных является rs11549465 С>Т, приводящий к замене пролина на серин (Pro582Ser; C1772T), который влияет на функционирование мРНК HIF-1α, повышая экспрессию фактора транскрипции HIF-1α [23–28].

На фоне незначительного снижения общего объёма валовых выбросов в атмосферу Новокузнецка с 2021 по 2024 г. наблюдается стойкое превышение ПДК среднегодовых концентраций бенз(а)пирена и формальдегида, которые относятся к веществам I и II классов опасности. Сочетанное воздействие этих поллютантов способно не только вызывать прямые повреждения дыхательной системы, но и формировать хроническую тканевую гипоксию, что особенно критично в период гестации.

Одним из ключевых соединений, нарушающих кислородный гомеостаз, является формальдегид. Классически его токсичность связывают с образованием ДНК-белковых сшивок и локальным воспалением, однако недавние исследования выявили его прямое деструктивное действие на центральный регулятор адаптации к гипоксии. Формальдегид относят к протеотоксическим стрессорам – агентам, вызывающим структурное повреждение белков. Было установлено, что субъединицы HIF-1α и HIF-2α содержат протяжённые внутренние неупорядоченные области, которые делают их чрезвычайно уязвимыми к повреждению альдегидами. Формальдегид вызывает быструю и селективную деградацию HIF-1α, при этом в отсутствие протеасомной деградации повреждённый белок становится нерастворимым и денатурированным. Таким образом, вместо активации защитного ответа на гипоксию происходит инактивация HIF-1α, что лишает клетки способности адекватно реагировать на кислородное голодание [29].

Формальдегид также способен переключать метаболизм на анаэробный гликолиз даже в присутствии кислорода, стимулируя этот процесс через индукцию HIF-1α. Возникает парадоксальная ситуация кислородного голодания в условиях избытка кислорода, что усугубляет митохондриальный стресс [30]. Хроническое воздействие формальдегида может приводить к истощению нормальной физиологической реакции на гипоксию.

Бенз(а)пирен, типичный представитель ПАУ и приоритетный канцероген для промышленных городов, является мощным прооксидантом. Показано, что бенз(а)пирен влияет на пролиферацию клеток через модуляцию метаболических генов и сигнального пути ROS/HIF-1α/HO-1, что сопровождается индукцией активных форм кислорода. Кроме того, бенз(а)пирен одновременно активирует арилуглеводородный рецептор (AhR), запуская сигнальный каскад, который потенцирует митохондриально-опосредованный апоптоз [31].

Таким образом, проживание в условиях хронического воздействия формальдегида и бенз(а)пирена создаёт синергичный фон митохондриальной дисфункции и окислительного стресса. Это приводит к истощению нормальной физиологической реакции на гипоксию, опосредованной HIF-1A, что критически значимо для реализации генетического риска, связанного с полиморфизмом rs11549465, особенно у беременных женщин.

В ходе исследования нами показана единая генетически детерминированная основа нарушения адаптации к гипоксии беременности, проявляющаяся на материнском уровне анемией, а на фетоплацентарном – задержкой внутриутробного развития плода. У матери – носительницы полиморфного варианта CC гена HIF-1A наблюдается недостаточная стимуляция эритропоэза в ответ на гемодилюцию и растущую потребность в кислороде [32]. У ребёнка слабый ответ HIF-1α в плаценте ведёт к неоптимальной васкуляризации и нарушению инвазии трофобласта, что является известным механизмом плацентарной недостаточности и ЗВУР [33–35].

Женщина с генотипом СС изначально имеет сниженные компенсаторные резервы для адаптации к беременности. У неё выше риск развития анемии, и её организм может хуже обеспечивать формирование полноценной плаценты. Если плод также унаследует низкоактивную аллель С, его собственная способность стимулировать ангиогенез и рост в условиях даже лёгкой плацентарной недостаточности оказывается сниженной. Это приводит к синергическому эффекту и высокой вероятности развития ЗВУР (OR – 6,26). В условиях промышленного региона данная генетическая предрасположенность может усугубляться экзогенной гипоксией и другими факторами среды.

Ограничения исследования. Исследование носило пилотный характер, поэтому было ограничено объёмом выборки.

Заключение

Полученные данные позволяют рассматривать полиморфизм HIF-1A (rs11549465) в качестве кандидатного маркёра для стратификации риска развития синдрома нарушения адаптации к беременности, включающего материнскую анемию и фетоплацентарную недостаточность в условиях высокой антропогенной нагрузки. Выявление женщин с генотипом СС, особенно в семьях, где партнёр также может быть носителем аллели С, позволяет отнести их к группе максимального риска развития ассоциированных осложнений (анемия + ЗВУР). Для этих женщин необходимы усиленные меры профилактики: прегравидарная подготовка, ранний мониторинг гемоглобина и показателей фетоплацентарного комплекса, коррекция условий труда и жизни.

Для подтверждения гипотезы необходимы проспективные исследования на крупной когорте.