Ассоциация полиморфизмов генов FTO (rs9939609) и VDR (rs2228570) с антропометрическими и стоматологическими показателями у детей северных регионов России как основа биопрофилактики

Введение

Формирование здоровья детского населения в условиях экстремальных климатогеографических регионов, к которым относятся северные территории Российской Федерации, в том числе Ханты-Мансийский автономный округ – Югра, сопряжено с воздействием комплекса неблагоприятных факторов, к которым относятся дефицит инсоляции, нарушение фотопериодичности и специфика фактического питания [1]. Результаты исследований указывают на риски развития ожирения у жителей северных территорий, связанные с нарушенным потреблением макронутриентов [2], а также специфическим полиморфизмом генов у местного населения [3]. Комплекс неблагоприятных факторов высоких широт (дефицит инсоляции, нарушение фотопериодичности, перепады давления и температуры, сильные ветры) создаёт повышенную нагрузку на растущий организм детей, являясь фоном для развития широкого спектра алиментарно-зависимых и дезадаптационных состояний. В этих условиях ключевое значение приобретает доклиническая диагностика генетически детерминированных рисков, позволяющая реализовать стратегию превентивной медицины.

В марте 2020 г. в соответствии с Указом Президента Российской Федерации вступили в силу Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года¹, где одной из задач названо «обеспечение доступности качественного дошкольного, начального общего и основного общего образования, среднего профессионального и высшего образования». В соответствии с СанПиН 2.3/2.4.3590–20² обязательной является витаминизация продуктов питания, используемых в детских образовательных учреждениях. Однако современные регламентирующие документы не всегда учитывают особенности физиологии питания детей разного возраста, региональные особенности и традиционную культуру питания. Одним из перспективных направлений решения данной задачи является развитие принципов персонализированной биопрофилактики, эффективность которой может быть существенно повышена с помощью учёта генетических маркёров, определяющих индивидуальный метаболический ответ. Такая профилактика предполагает не только коррекцию диеты и образа жизни, но и целенаправленную нутритивную поддержку, основанную на генетическом профиле, что особенно актуально в условиях северных регионов с их выраженным дефицитом инсоляции и спецификой питания.

Выбор генов FTO и VDR для исследования обусловлен их участием в ключевых метаболических процессах, значимых для здоровья детского населения северных регионов. Выявлено несколько участков гена VDR, отклонения в структуре которых могут приводить к снижению активности рецепторов и, следовательно, к нарушению усвоения витамина D [4]. Полиморфизм FokI (rs2228570) гена VDR является значимым фактором риска развития кариеса у детей. Это связано с ключевой ролью сигнального пути витамин D₃ – VDR в минерализации эмали и дентина: функциональные варианты гена могут ослаблять реминерализующий потенциал слюны и нарушать гомеостаз кальция в тканях зуба, что подтверждается рядом клинических исследований [5–8]. Установлена связь между недостаточным содержанием витамина D в организме и заболеваемостью детей респираторными инфекциями [9, 10]. Также определённые полиморфизмы этих генов связаны с развитием метаболического синдрома, предиктора важных социально значимых болезней – патологий сердечно-сосудистой системы, в том числе артериальной гипертензии, и ряда нарушений эндокринного характера, включая сахарный диабет II типа [11, 12]. Исследования показывают, что у носителей аллели А гена FTO наблюдается увеличение массы тела и окружности талии по сравнению с носителями T-аллелей, а развитие ожирения у людей с генотипом А/А достоверно выше, чем у людей с генотипами T/T и T/A [13]. В литературе имеются данные о более высокой частоте выявления у жителей Крайнего Севера [14] метаболического синдрома, который, будучи связанным с нарушением углеводного обмена, может быть значительно усугублён витаминной недостаточностью [15]. Несмотря на установленную роль полиморфизмов генов FTO и VDR в развитии различных патологий, их популяционная частота, а главное – клинико-ассоциативные связи в когорте детей Севера Российской Федерации остаются недостаточно изученными. Комплексный анализ этих генетических маркёров может выявить уникальные паттерны, обусловленные взаимодействием генотипа и суровых средовых условий.

Цель исследования – изучение взаимосвязи полиморфизмов FTO (rs9939609) и VDR (rs2228570) с антропометрическими и стоматологическими показателями детей, постоянно проживающих в северных регионах Российской Федерации.

Материалы и методы

Программа оценки состояния здоровья детей была организована на базе дошкольно-школьного образовательного учреждения (Ханты-Мансийск, ХМАО – Югра). Общее число детей, чьи родители дали добровольное информированное согласие на участие в проекте, составило 155 (возраст 5–11 лет, средний возраст 8,25 ± 1,42 года), мальчики и девочки были представлены практически в равном соотношении.

Определение индекса массы тела (ИМТ) проводилось путём инструментальной оценки роста и массы тела с дальнейшим расчётом по стандартной формуле (1):

ИМТ = масса тела (кг) / [рост (м)]².              (1)

Полученные значения интерпретировали с использованием шкал Z-score для каждого гендера в соответствии со стандартами роста детей, предложенными Всемирной организацией здравоохранения (WHO Child Growth Standards, 2006 г.) [16]: риск избыточной массы тела определяется у детей, соотношение массы тела которых к росту превышает медианное значение на одно стандартное отклонение, избыточная масса тела соответствует превышению на два стандартных отклонения, ожирение – на три стандартных отклонения.

Визуальный осмотр полости рта стоматологом включал определение индекса КПУ (суммирующего число кариозных, пломбированных и удалённых зубов), дополненного учётом признаков гипоплазии эмали (КПУ + Г). Гипоплазия регистрировалась при наличии видимых качественных дефектов эмали (пятна, ямки, борозды) некариозного происхождения. В ходе обследования у каждого участника на месте был взят образец слюны (сплёвывание в стерильную пробирку). Отобранные пробы доставляли в лабораторию авиационным транспортом, строго соблюдая регламентированные условия транспортировки³. Выделение ДНК проводили с помощью коммерческого набора LumiPure^® (Lumiprobe, Россия) согласно инструкциям производителя. Определение полиморфизмов генов FTO (rs9939609) и VDR (rs2228570) проводили с помощью системы ПЦР с оптической детекцией в реальном времени QuantStudio 3 (ThermoFisher, США) с использованием готовых коммерческих наборов ЛИТЕХ (Россия) и Синтол (Россия) соответственно согласно инструкциям производителей. Статистическую обработку полученных данных и построение графиков выполняли с использованием программ Statistica 10.0 и SPSS. Нормальность распределения выборочных данных проверяли с применением критерия Колмогорова – Смирнова. Оценку зависимости признаков проводили в таблицах сопряжённости при помощи критерия χ² Пирсона и проводили расчёт отношения шансов (OШ) с доверительными интервалами (95% ДИ) и уровнем значимости (p). Для анализа каждого гена применяли аллельную, доминантную, рецессивную и кодоминантную модели наследования. При статистической обработке данных использовали критерий Краскела – Уоллиса, непараметрический U-критерий Манна – Уитни для сравнения двух независимых групп и расчёт отношения шансов. Результаты считали достоверными при p < 0,05.

Результаты

В изученной выборке генотипы TA и АА гена FTO выявлены у 60,4% обследованных детей (рис. 1, а), а генотипы АG и GG гена VDR, ассоциированные c риском развития дефицита витамина D, у 61,84% (рис. 1, б).

Для оценки возможных фенотипических проявлений был проведён анализ антропометрических показателей. На момент обследования соответствие ИМТ половозрастным нормам установлено у 54,19%. Страдают ожирением 7,1% детей, при этом избыточную массу тела или риск избыточной массы имели 24,52% детей. Выявленные полиморфизмы генов FTO (rs9939609) и VDR (rs2228570) не были ассоциированы с ИМТ у обследованных детей. Однако при доминантной модели наследования генотипа FTO наблюдалась тенденция к увеличению ИМТ в группе детей с генотипами TA и AA в сравнении с генотипом TT (p = 0,055) (рис. 2).

При анализе отношения шансов по доминантной модели FTO (ТТ против ТA и AA) и показателей шкалы Z-score была также установлена тенденция избыточной массы тела у детей с генотипами ТA и AA по сравнению с генотипом ТТ ОШ = 2,056, (ДИ 95%, p = 0,061), но она не достигла статистической значимости.

При проверке гипотезы в рамках кодоминантной модели наследования (AA, AG, GG) была выявлена статистически значимая связь (рис. 3). Носители генотипа AA имели самый низкий показатель КПУ + Г, промежуточное значение было у гетерозигот AG и высокий показатель – у носителей гомозиготного генотипа GG (p = 0,0006).

Полученный результат позволил предположить, что аллель G вносит основной вклад в изменение показателя КПУ + Г. С целью проверки этой гипотезы был проведён аллельный анализ, который также показал наличие достоверной связи (рис. 4). Так, носители мутантной аллели G имели более высокий показатель КПУ + Г по сравнению с носителями аллели А (р = 0,000019).\

Обсуждение

Проведённое исследование позволило оценить распределение полиморфных вариантов генов FTO и VDR в группе детей (n = 155), проживающих в Ханты-Мансийске – столице ХМАО – Югры, региона, характеризующегося высоким риском развития дефицита витамина D у местных жителей.

Ген FTO (rs9939609) кодирует α-кетоглутаратзависимую диоксигеназу – белок, который является одним из регуляторов липолиза и участвует в контроле дифференцировки адипоцитов, энергетического обмена, лептин-независимом контроле аппетита [17, 18]. Высокая частота аллелей, ассоциированных с потенциальными метаболическими рисками, в изученной группе вызывает обоснованную обеспокоенность. Так, носителями аллели А гена FTO (генотипы TA и AA), связанной с нарушением контроля аппетита, отсутствием чувства насыщения после адекватного приёма пищи и предрасположенностью к ожирению [13], оказались более 60% обследованных детей. Однако была обнаружена лишь тенденция к ассоциации повышенного ИМТ и показателя шкалы Z-score у носителей генотипов ТA и AA. Этот факт может быть объяснён рядом причин. Во-первых, выраженные фенотипические проявления полиморфизмов, особенно гена FTO, связанного с полигенным наследованием ожирения, зачастую манифестируют в старшем возрасте под воздействием кумулятивного эффекта неблагоприятных средовых факторов, таких как гиподинамия и несбалансированное питание. Некоторые исследователи полагают, что именно переход от полукочевого к посттрадиционному и модернизированному образу жизни привёл к снижению потребления коренными народами Российской Арктики традиционных продуктов питания. Во-вторых, на результат мог повлиять малый объём выборки, что актуализирует дальнейшее изучение данной ассоциации в рамках масштабного популяционного исследования. В-третьих, полученные результаты согласуются с современными представлениями о том, что влияние генетической предрасположенности может быть смягчено или модифицировано образом жизни. Это подчёркивает первостепенную роль профилактических мероприятий, особенно для носителей «неблагоприятных» аллелей.

Наиболее значимым результатом работы стало установление чёткой связи между наличием мутантной аллели G гена VDR (rs2228570) и ухудшением стоматологического статуса, оценённого по комбинированному индексу КПУ + Г, учитывающему как кариес, так и гипоплазию эмали. Данный полиморфизм влияет на формирование более длинного (аллель А) или более короткого (аллель G) вариантов VDR. Синтез более длинного варианта связан с более высоким уровнем витамина D в сыворотке крови, а короткого – с дефицитом витамина D [19], повышенными уровнями свободных жирных кислот [20] и высоким индексом инсулинорезистентности жировой ткани [21, 22]. Было также продемонстрировано, что витамин D и его рецептор действуют как агенты, активирующие врождённый иммунитет [23].

В нашем исследовании носительство аллели G, выявленное у большинства детей, в условиях хронического дефицита витамина D в северных широтах может приводить к снижению эффективности всего сигнального пути. В исследовании Бекетовой Н.А. и соавт. отмечено сниженное содержание в сыворотке крови метаболита витамина D у 69% обследованных лиц старше 18 лет (n = 178), при этом у коренного населения не было выявлено недостатка витамина D [24]. Витамин D, связываясь с VDR, выступает ключевым регулятором кальций-фосфорного обмена [25]. Его недостаточная активность негативно сказывается на формировании зубной эмали на этапе одонтогенеза, повышая риск развития гипоплазии, а в дальнейшем – на поддержании реминерализации эмали, определяя высокую подверженность кариесу. Обнаруженная ассоциация хорошо согласуется с результатами других исследований, демонстрирующих повышенную частоту аллели G у детей с кариесом, а также её роль в восприимчивости к агрессивным формам пародонтита [26].

Особый контекст интерпретации полученных данных задаёт географический и этнический состав изучаемой популяции. Известно, что у коренного населения арктических регионов России частота аллели G rs2228570 гена VDR и аллели А гена FTO выше, чем у жителей европейской части страны [3, 27]. Эти генетические особенности, сформированные в процессе адаптации, в современных условиях могут выступать как факторы риска. Комбинированное носительство у 4,5% детей генотипов, ассоциированных с дефицитом витамина D и нарушением липидного обмена, формирует группу высокого суммарного риска развития в отдалённой перспективе метаболического синдрома, сахарного диабета II типа и болезней системы кровообращения. Именно для таких групп должна быть в первую очередь разработана и апробирована комплексная программа профилактики, включающая как нутритивную коррекцию, так и превентивный медицинский мониторинг.

Заключение

Проведённое исследование позволило установить значимые ассоциации полиморфизмов генов FTO и VDR с клиническими параметрами в обследованной когорте детей северного региона России. Установлено, что носительство аллели G гена VDR (rs2228570), определяющей синтез более активной укороченной формы рецептора, служит фактором риска развития кариеса зубов, что подтверждается выявленной связью с комплексным стоматологическим индексом.

Полученные результаты формируют научную основу для перехода от универсальных к персонализированным стратегиям охраны здоровья – биопрофилактике. Её сущность заключается в превентивной идентификации групп генетического риска с последующей разработкой биопрофилактических программ. Для носителей неблагоприятных вариантов VDR программа биопрофилактики должна включать регулярный мониторинг и коррекцию уровня витамина D. Для детей – носителей аллелей риска гена FTO ключевыми становятся раннее консультирование по рациональному питанию для формирования правильных пищевых привычек, мотивация к систематической физической активности с целью модуляции фенотипической экспрессии гена, а также мониторинг антропометрических показателей для предотвращения развития ожирения.

¹ Указ Президента Российской Федерации от 5 марта 2020 г. № 164 «Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года» (с изменениями и дополнениями) от 05.03.2020 г. № 164.

² Санитарно-эпидемиологические правила и нормы СанПиН 2.3/2.4.3590–20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организации общественного питания населения». Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 27 октября 2020 г. № 32.

³ ГОСТ Р 59787–2021.