Ассоциация полиморфного варианта Ala16Val гена супероксиддисмутазы 2 (rs4880) с изменениями структуры нервов у пациентов с вибрационной болезнью

Введение

Вибрационная болезнь (ВБ) – одна из наиболее распространённых профессиональных патологий у работников, подвергающихся воздействию вибрации, и хронический стрессорный фактор, обусловливающий развитие оксидативного стресса [1]. Принципиально, что при одинаковых условиях труда клиническая форма ВБ развивается лишь у части работников. Этот факт предполагает наличие генетической предрасположенности у носителей неблагоприятных генотипов заинтересованных генов. Ранее у пациентов с ВБ была установлена ассоциация некоторых полиморфных вариантов генов глутатион-S-трансфераз (GSTs) с показателями, характеризующими изменение структуры нервов верхних конечностей [2]. Такие данные позволяют предположить существование подобных взаимосвязей для полиморфных вариантов генов, кодирующих другие ферменты антиоксидантной защиты. Среди последних особую роль играют супероксиддисмутазы (SOD), представляющие собой семейство ферментов. К настоящему времени обнаружены три различные изоформы SOD: внеклеточная (SOD3), марганцевая (SOD2, или MnSOD) и медно-цинковая (SOD1) супероксиддисмутазы [3, 4]. Они эффективно нейтрализуют супероксидные анион-радикалы путём катализа реакции дисмутации, поддерживая их концентрацию на физиологически низком уровне.

Ген SOD2, кодирующий марганцевую супероксиддисмутазу, локализован на 6-й хромосоме (6q25.3) и имеет около 60 однонуклеотидных мутаций, которые обусловливают дифференциальную экспрессию и активность фермента. Наиболее значимыми однонуклеотидными заменами считаются rs4880 (Ala16Val) и rs5746136 (Ile58Thr), локализующиеся в кодирующих областях и оказывающие влияние на функцию и структуру фермента [5]. В промоторной области идентифицируются полиморфизмы rs5746094 и rs5746092, которые способны изменять эффективность транскрипции и уровень экспрессии гена. Полиморфизм Ala16Val (rs4880) представляет собой замену аминокислоты в 16-м положении с аланина (GCT) на валин (GTT) [6]. Носительство аллели Val обусловливает сниженную активность фермента, что связано с изменением конформации вторичной структуры сигнального пептида, которое препятствует его переносу из цитоплазмы в митохондриальный матрикс [7].

В проведённых ранее исследованиях было обнаружено, что полиморфный вариант rs4880 связан с рядом патологий, в развитии которых ключевую роль играет окислительный стресс. В частности, установлена значимая связь носительства аллели Val с риском диабетических микрососудистых осложнений, ишемической болезнью при диабете [8]. Носительство же аллели Ala ассоциировано с повышенным риском рака желудка и некоторых других видов рака [9]. Ранее было показано, что носительство аллели Val и генотипа Val/Val названного полиморфизма ассоциировано с риском развития ВБ в ранние сроки [1]. С учётом вышеизложенного актуально изучение связи полиморфного варианта rs4880 гена SOD2 с выявленными изменениями структуры нервов верхних конечностей у пациентов с ВБ.

Цель работы – установить ассоциации полиморфного варианта гена SOD2 с развитием нарушений структуры нервов у пациентов с ВБ, обусловленной воздействием различных видов вибрации.

Материалы и методы

Исследование выполнено на выборке из 247 мужчин. В неё вошли пациенты с ВБ, обусловленной воздействием локальной (ВБлок; n = 94) и комбинированным воздействием локальной и общей вибрации (ВБкомб; n = 65), а также лица контрольной группы (n = 88). Профессии пациентов с ВБ, условия включения и исключения для контрольной группы изложены в нашей работе [2]. Забор крови, метод выделения ДНК также были описаны ранее [10]. Генотипирование полиморфного варианта гена rs4880 гена SOD2 с использованием набора от «Синтол» (Россия), дискриминацию аллелей выполняли на оборудовании для проведения ПЦР в режиме реального времени C100 Thermal Cycler и CFX96 Real-Time System (Bio-Rad, США). Повторный анализ произвольно отобранных образцов не выявил ошибок в интерпретации результатов. Оценка структуры периферических нервов верхних конечностей (срединного и локтевого), выраженных как площадь поперечного сечения нерва (ППС), у обследованных лиц детально представлена в наших работах [2, 10].

Проверку соответствия равновесию Харди – Вайнберга (χ²-тест) выполняли с помощью онлайн-калькулятора [11]. Для статистической обработки полученных результатов использовали ППП Statistica 10 (StatSoft, СШA). Непараметрический U-критерий Манна – Уитни применяли при межгрупповых сравнениях. Результаты представляли в виде медианы и интерквартильного размаха [Me (LQ₂₅–UQ₇₅)]. Статистически значимыми считались различия при р < 0,05 (p < 0,017 с учётом поправки Бонферрони).

Результаты

Распределение частот генотипов полиморфизма Ala16Val гена SOD2 (rs4880) в обследованных группах, в том числе в объединённой группе пациентов с вибрационной болезнью (ВБлок + ВБкомб), соответствовало равновесию Харди – Вайнберга. Проведённый анализ не выявил значимых различий в частоте аллелей и генотипов для изученного полиморфизма как между пациентами с вибрационной болезнью (ВБлок + ВБкомб) и индивидами контрольной группы, так и при межгрупповом сравнении трёх обследованных групп.

Далее для индивидов каждой группы мы проанализировали зависимость возраста, стажевых характеристик и параметров структуры нервов от носительства генотипов полиморфного варианта rs4880 гена SOD2. Данные, характеризующие названную зависимость в группе пациентов с ВБлок, представлены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, среди пациентов с ВБлок носители ТТ-генотипа имели значимо бóльшую ППС периферических нервов по сравнению с носителями СТ-генотипа (p = 0,013). Сравнение названного показателя позволило также выявить выраженную тенденцию к повышению ППС у носителей СС-генотипа по сравнению с пациентами с СТ-генотипом (р = 0,047). Подобный анализ в группе пациентов с ВБкомб не выявил каких-либо различий показателей в зависимости от генотипов rs4880. В контрольной группе установлено, что носители СС-генотипа были старше таковых с генотипом СТ (р = 0,016). В объединённой группе пациентов с ВБ также не выявлено различий изученных показателей. При этом отмечена выраженная тенденция к снижению возраста пациентов с ТТ-генотипом по сравнению с носителями CC-генотипа (p = 0,026).

На следующем этапе были проанализированы показатели обследованных групп в зависимости от генотипа rs4880 (табл. 2).

Как следует из табл. 2, среди носителей всех генотипов пациенты с ВБкомб были значимо старше как пациентов с ВБлок, так и индивидов контрольной группы, что аналогичным образом обусловило различия стажевых характеристик. При этом для всех трёх генотипов не было выявлено различий в возрасте пациентов с ВБлок и лиц контрольной группы. Последнее обосновывает возможность анализа различий между этими группами по характеризующим структуру нервов показателям, поскольку они не связаны с возрастными изменениями. Наиболее выраженные различия наблюдались для ППСmax срединного нерва, что проявилось в значимом повышении их значений для носителей всех генотипов у пациентов с ВБлок относительно контрольной группы. Для ППСmax локтевого нерва и средней ППС периферических нервов отличия, характеризующиеся изменениями той же направленности, установлены только у носителей генотипа ТТ.

Отметим, что одновременное повышение всех трёх исследованных параметров структуры нервов у пациентов с ВБлок относительно контрольной группы установлено только среди носителей ТТ-генотипа, который кодирует пониженную активность фермента.

Результаты подобного анализа для объединённой группы пациентов ВБ (ВБлок + ВБкомб) и контрольной группы приведены в табл. 3.

Представленные в табл. 3 данные свидетельствуют об отсутствии значимых различий в возрасте у носителей гомозиготных генотипов при сравнении пациентов с ВБ и контрольной группы. Как и в табл. 2, у пациентов с ВБлок для всех генотипов значения ППСmax срединного нерва превышали таковые в группе контроля. Если у носителей СС-генотипа отмечено значимое увеличение только ППСmax срединного нерва, то носительство ТТ-генотипа сопровождалось бóльшими значениями всех изученных параметров структуры нервов у пациентов с ВБ. Следует отметить, что при сравнении носителей этого же генотипа подобные изменения наблюдались у пациентов с ВБлок относительно индивидов контрольной группы (см. табл. 2).

Обсуждение

Полученные в настоящей работе результаты свидетельствуют о существовании ассоциации между ТТ-генотипом Ala16Val полиморфизма гена SOD2 (кодирующего активность одного из ключевых ферментов АОС) и изменениями структуры нервов верхних конечностей у пациентов с ВБлок. Такие данные дополняют выполненную ранее оценку вклада полиморфных вариантов генов семейства глутатион-S-трансфераз (также принадлежащих к ферментативному звену АОС) в развитие подобных изменений при обследовании этой же когорты пациентов с ВБ [2].

Семейство супероксиддисмутаз представляет собой одно из первых звеньев защиты от супероксидных анион-радикалов, адаптации организма к воздействию повреждающих внешних факторов, реализация которых сопровождается активацией свободнорадикальных процессов и накоплением АФК. Периферические нервы выбраны объектом исследования из-за их уязвимости к окислительному повреждению, которое объясняется высокой энергетической потребностью в сочетании со значительной длиной аксонов и затруднённым внутриклеточным транспортом.

Установлено, что носители ТТ-генотипа среди пациентов с ВБлок имели значимо большую ППС периферических нервов по сравнению с носителями СТ-генотипа, а носительство СС-генотипа характеризовалось выраженной тенденцией к повышению названного показателя по отношению к таковому у пациентов с СТ-гетерозиготой.

Одновременное повышение всех трёх изученных параметров структуры нервов у пациентов с ВБлок относительно контрольной группы установлено только у носителей ТТ-генотипа, кодирующего пониженную активность фермента. Можно предположить, что при воздействии локальной вибрации в условиях повышенного уровня супероксид-аниона не обеспечивается его достаточная нейтрализация, что обусловливает дополнительное повреждение нервной ткани. К прямому повреждающему действию вибрации на миелиновую оболочку добавляются эффекты, среди которых наиболее значимыми являются: митохондриальная дисфункция, прямое повреждение липидов мембран, белков, ДНК, инактивация антиоксидантной системы, транскрипционного фактора Nrf2, шванновских клеток, индукция провоспалительных цитокинов [12]. В совокупности это приводит к изменениям структуры периферических нервов верхних конечностей в данной группе пациентов с ВБ. Подобный механизм влияния оксидативного стресса, приводящего к митохондриальной дисфункции, был установлен при изучении поражения слухового нерва у пациентов с профессиональной нейросенсорной тугоухостью [13].

Представлялось интересным сопоставить полученные в настоящей работе данные с результатами других исследований полиморфизма rs4880 у пациентов с ВБ в различных регионах РФ [1, 14–16]. Вариация относительной частоты минорной аллели С (Ala) у пациентов с ВБ составила от 0,34 до 0,54. Попытки выявления ассоциации между болезнью и носительством аллелей либо генотипов названного полиморфного варианта гена SOD2 позволили получить сопоставимые результаты. Если в работе Потеряевой Е.Л. и соавт. (2015) была установлена ассоциация аллели T и генотипа TT rs4880 с повышенным риском развития ВБ в ранние сроки, то Мухаммадиева Г.Ф. и соавт. (2024) предположили, что аллель Т является фактором риска развития ВБ для всей обследованной когорты [1, 14]. В исследовании Горбуновой А.М. и соавт. (2024) отмечено выраженное увеличение частоты генотипа Val/Val (ТТ) среди пациентов с коморбидным вариантом (совместно с артериальной гипертензией) патологии относительно контрольной группы [15].

Заключение

Состояние ферментативного звена антиоксидантной системы организма является важным фактором защиты при окислительном стрессе, инициированном воздействием вибрации. Изучение полиморфных вариантов генов, кодирующих активность антиоксидантных ферментов, позволяет выявить индивидов с потенциальным риском для здоровья в рамках персонализированных подходов профилактики профессиональной патологии.

Результаты, полученные в ходе данного исследования, свидетельствуют об отсутствии значимых различий по частоте аллелей и генотипов полиморфизма Ala16Val гена SOD2 между пациентами с вибрационной болезнью и индивидами контрольной группы. В то же время установлена значимая роль названного варианта гена SOD2 в развитии структурных изменений нервов верхних конечностей при вибрационной болезни, выявленных с помощью ультразвуковой визуализации. Носительство ТТ-генотипа сопровождалось бóльшими значениями всех изученных параметров структуры нервов как у пациентов с ВБлок, так и у пациентов с ВБ в объединённой группе по сравнению с контрольной группой. Таким образом, значимое снижение активности SOD2 у носителей гомозигот ТТ вызывает усиление окислительного повреждения и приводит к утолщению нерва.

Из-за способности АФК к трансформации достаточно сложно идентифицировать доминирующую форму в развитии окислительного стресса. Следовательно, патогенез последнего целесообразно рассматривать через совокупное воздействие всех АФК, поскольку изменение концентрации одной формы неизбежно связано с изменением уровней других [17]. Представляется целесообразным изучение у пациентов с ВБ совокупности функционально значимых полиморфных вариантов генов ферментативного звена АОС с анализом межгенных взаимодействий полиморфных локусов. Кроме того, актуальна оценка влияния генотипов не только на структуру, но и на функцию периферических нервов, особенно на скорость проведения.

Полиморфизм Ala16Val гена SOD2 (rs4880) не укладывается в простую дихотомию «эффективная / неэффективная» аллель, а представляет собой эволюционно сбалансированный локус с контекстно-зависимыми эффектами [18]. Близкое к равновесному соотношение аллелей в популяциях и нелинейность биохимических ответов на стресс (физическую нагрузку) согласуются с гипотезой о балансирующем отборе, при котором селективное преимущество каждой аллели определяется специфическими средовыми условиями, интенсивностью стресса и статусом других звеньев антиоксидантной системы [19].