Известно, что в человеческой популяции более 30 % генов-белков являются полиморфными [1]. Полиморфные вариации ряда генов, играющих существенную роль в липидном и углеводном обмене, приводят к метаболическим нарушениям, таким как дислипидемия, инсулинорезистентность, ожирение, с развитием патологии различных органов [3].
С середины XX в. появляются свидетельства связи между ожирением и генетическими особенностями организма. Так, в 1950 г. в эксперименте на мышах было выявлено наличие у животных одиночной рецессивной мутации, ассоциированной с ожирением. Позднее этот ген был картирован в проксимальном участке 6-й хромосомы мыши. Ген ОВ (obese gene) кодирует лептин - гормон, продуцируемый жировой тканью и регулирующий аппетит посредством взаимодействия с рецепторами в ЦНС. Выявление аналога гена ОВ, получившего название LEP (84% гомологии в кодирующей области), позволило предположить связь этого гена с риском развития ожирения [13]. В 1990-е гг. перечень генов, ответственных за развитие ожирения, пополнился геном проопиомеланокортина (РОМС), регулирующим пищевое поведение, генами ферментов конвертаз (PC1 и PC2), а также геном карбоксипептидазы E (fat-геном), осуществляющей отщепление основных остатков с C-конца молекулы прогормона [22, 29].
Большой интерес сегодня представляют полиморфные варианты генов, продукты которых участвуют в регуляции энергетического обмена, в связи с их высокой распространенностью в человеческой популяции. Были идентифицированы мутации генов рецепторов, относящихся к лептин-меланокортиновой системе регуляции энергетического обмена. Ген MC4R кодирует нейрональный меланокортиновый рецептор [41]. Рецепторы MC4R наиболее широко представлены в ЦНС, что указывает на их участие в нейроэндокринных процессах регуляции энергетического гомеостаза. Исследования на трансгенных животных с нарушениями гена MC4R или гена нейропептида Y позволили считать, что рецепторы меланокортина опосредуют гипоталамические эффекты пищевого поведения и поддержания массы тела. Распространенность мутации MC4R (g.5641961 T>C) в европейской популяции составляет 28% [26]. Мутации в гене MC4R определены не только у людей, страдающих ожирением, но и у людей с нормальной массой тела. Однако при носительстве данного полиморфизма в значительной степени увеличивается риск развития ожирения. Гомозиготные носители мутации T>C более склонны к избыточной массе тела, чем гетерозиготные.
В последние годы большое внимание уделяется молекулам-переносчикам, ответственным за транспорт липидов крови, таким как аполипопротеины, которые, как известно, являются основными переносчиками холестерина и его эфиров. Аполипопротеины способствуют солюбилизации эфиров холестерина и триглицеридов при взаимодействии с фосфолипидами, регулируют реакции липидов и липопротеидов с ферментами, такими как лецитинхолестеролацилтрансфераза (ЛХАТ), липопротеинлипаза и печеночная липаза [37]. Апопротеин А (Apo A) входит в состав липопротеидов высокой плотности) (ЛПВП), он представлен 2 изоформами: Apo А-I и Apo А-II. Кроме того, он является кофактором для ЛХАТ, которая отвечает за формирование эфиров холестерина в плазме крови.
Известно несколько полиморфных вариантов гена апопротеина А, картированного в 11q13-gter области [35]. Показано, что полиморфный вариант в промоторной области гена, кодирующего апопротеин А2 (Aро A2 -256T>C), представляющий собой замену одного нуклеотида, приводит к увеличению потребления пищи и набору массы тела [8]. Считается, что данный эффект достигается за счет модуляции грелина, но молекулярный механизм пока неизучен [11]. Аполипопротеин В (Apo B) представлен 2 гетерогенными формами: Аpо В (100), имеющим больший молекулярный вес и входящим в состав хиломикронов, липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) и липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) и Аpо (48) обнаруживается только в хиломикронах [42]. Аро В (48) представляет собой N-концевую часть Аро В (100). Обе эти формы липопротеидов кодируются одним геном Apo B. Кроме структурных функций Apo В (100) выполняет роль лиганда для ЛПНП-рецептора гепатоцитов, а также скэвенджер-рецептора макрофагов и эндотелиальных клеток [40].
Последние работы ученых посвящены изучению полиморфизма гена Apo B, картированного в основном в 2р24 этого гена. В этой области указанного гена с 3-го конца нередко обнаруживаются тандемные короткие повторы (VNTR) и Т-богатые области. Было установлено, что у носителей полиморфизма с более чем 50 тандемными VNTR-повторами в гене аполипопротеина В имеется большая масса тела, а у носителей 32 повторов - более высокий уровень холестерина ЛПВП и аполипопротеида А1 [16]. Кроме того, показана связь большого числа тандемных повторов с развитием гипертонической болезни [11, 12]. При этом обнаружен полиморфный аллель гена XbaI, в котором цитозин замещен на тимидин в кодоне 2488 в 26-м экзоне, что, однако, не характеризуется изменением в белке Apo аминокислотной последовательности, но связано с нарастанием в крови уровней триглицеридов, общего холестерина и аполипопротеина А1. У гомозиготных носителей полиморфизма наиболее высокие показатели липидных фракций в крови, а у гетерозиготных - промежуточные значения [18].
В структуре гена аполипопротеина В наряду с заменами нуклеотидов встречаются и делеции. Примером такого полиморфизма может служить аллель Del, приводящий к отсутствию 3 аминокислот (лейцина-аланина-лейцина) в сигнальном пептиде Apo B. У носителей генотипа Del/Del более высокие уровени триглицеридов, холестерина и низкий уровень ЛПВП на фоне ожирения [17]. Повышение уровня липидов плазмы крови достоверно доказано для носителей полиморфизмов R3500Q (Arg3500→Gln), R3500W (Arg3500→Trp), R3531C (Arg3531→Cys), His3543Tyr, приводящих к нарушению связывания Apo B-100 с ЛПНП-рецептором [2].
В группу аполипопротеинов С входят 3 гетерогенных апопротеина, основных составляющих ЛПОНП, а также минорных компонентов ЛПВП. Apo С-1 имеет самую низкую молекулярную массу, Apo С-2, кроме перечисленных функций, активирует липопротеинлипазу, а Apo С-3 представляет собой самый крупномолекулярный аполипопротеин среди перечисленных.
В ходе исследований выявлено, что в ряде малочисленных этнических групп имеются носители генотипа Aро C1 T45S, что объясняет более высокий процент жировой массы в организме и измененный липидный спектр крови у этих групп населения [23]. Также показана связь между однонуклеотидными полиморфизмами C-428T и T-455C в гене Aро (который кодирует аполипопротеин С-3) и риском инсулинорезистентности, поскольку эти варианты гена определяют пониженное сродство к ядерным транскрипционным факторам, определяющим реакцию на инсулин [28, 32, 33].
Другой вариант гена аполипопротеина C-3 (C3238G), часто упоминающийся как Sst I, ассоциирован с возрастанием уровня триглицеридов в плазме крови [9]. Генотип APOC3 (-455T>C) двукратно увеличивает риск развития метаболического синдрома [30]. Apo Е входит в состав ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП и минорных компонентов хиломикронов, транспортирует холестерин и обеспечивает связывание липопротеидов с апопротеинВ,Е-рецепторами и рецепторами апопротеина Е. Однако сродство Апо Е-содержащих рецепторов с липопротеидами значительно выше, чем у Apo В-содержащих рецепторов [37]. Ген Apo E картирован на 19-й хромосоме и представлен 3 аллельными вариантами: Е2, Е3, Е4, определяющими синтез 3 изоформ апобелков - Apo Е2, Apo Е3 и Apo Е4. Данные изоформы имеют различия как в аминокислотном составе, так и по сродству к рецепторам. Генотип Е3/Е3 называют "диким" типом; частота его встречаемости в человеческой популяции составляет 70-80% [39].
Различия в функционировании 3 изоформ Apo Е объясняются заменами аминокислот в 2 ключевых позициях: 112 и 158. Так, у носителей аллеля Е3 в 112 положении находится цистеин, а в 158 - аргинин. У Аpo Е4 в 112 положении расположен аргинин. Аллель Е2 определяет в положении 158 аминокислоту цистеин. Это приводит к тому, что изоформы имеют различное сродство к рецепторам ЛПНП. Считается, что у носителей аллеля Е2 минимальный риск развития ИБС [6, 24, 27]. Изоформа аполипопротеина Е4 имеет самую низкую скорость связывания с рецепторами. У носителей одного аллеля более низкий уровень холестерина ЛВП в крови, чем у носителей нормального генотипа E3/E3 [10]. Положительная корреляция между степенью развития метаболического синдрома и носительством аллеля Е4 выявлена и в других исследованиях [4, 24, 34]. Исследование J. Arbones-Mainar продемонстрировало связь изоформы Е4 с развитием инсулинорезистентности и абдоминальным ожирением [5].
В последнее время большое внимание уделяется мутациям в генах ключевых ферментов липидного обмена. Одним из таких ферментов является печеночная липаза, расщепляющая в печени триглицеридсодержащие молекулы хиломикроны и ЛПОНП, ген которой (LIPC) локализуется на 15-й хромосоме человека в позиции q21-q23 [42]. Полиморфизм LIPC (-514C>T) достоверно связан с более высоким уровнем ЛПНП в плазме крови [19]. Функция липопротеинлипазы аналогична печеночной липазе, но липопротеинлипаза функционирует в жировой ткани, скелетных и сердечной мышцах, а также имеет большую активность. Ген, кодирующий липопротеинлипазу, картирован в области 08p22. Описаны также полиморфизмы Ser447Stop и S447X (rs328), определяющие более высокое содержание ЛПНП в крови [14].
Еще одним важным компонентом системы, обеспечивающей липидный обмен, является белок - переносчик эфиров холестерина. Дефекты гена АВСА1, кодирующего этот белок, приводят к нарушению выведения холестерина и фосфолипидов из клеток, что снижает уровень ЛПВП в крови. Генетически неполноценный белок препятствует формированию комплекса холестерина с Apo А1, что, в свою очередь, нарушает формирование ЛПВП. Ген АВСА1 картирован в локусе 9q22-9q31. Идентифицированы полиморфизмы rs4149268 и rs1883025. Одним из новейших генов-кандидатов, полиморфизм которого может внести существенный вклад в нарушение липидного обмена, является ген GIPR, кодирующий рецептор глюкозозависимого инсулинотропного полипептида. У людей с модификацией этого гена функция β-клеток снижается, что способствует развитию диабета типа 2 (СД 2) [15, 31, 36].
Рассматривается возможная роль в процессе липолиза Аpo B β3-адренорецепторов, определяющихся геном ADRB3 и широко представленных в жировой ткани. Стимуляция β3-адренорецепторов, которые присутствуют в висцеральной жировой ткани, активирует аденилатциклазу, что, в свою очередь, увеличивает количество внутриклеточного цАМФ и вызывает усиление липолиза в белой жировой ткани. Теоретически функциональные изменения в β3-адренорецепторах могут способствовать развитию ожирения и инсулинорезистентности. Одна из мутаций в гене ADRB3 приводит к замене триптофана на аргинин в 64-й позиции кодирующей последовательности, что может влиять на способность рецептора взаимодействовать с Gs-белками в адипоцитах. Некоторые исследователи [25] показали связь между ARG64 полиморфизмом гена β3-адренорецепторов и ранним развитием СД 2, а также быстрым снижением ответа на глюкозу. Кроме того, в ряде исследований отмечается корреляция генотипа ARG64 с пониженным содержанием ЛПВП. Таким образом, ген ADRB3 прямо или косвенно участвует в процессах метаболизма липидов и глюкозы, а также может регулировать массу тела [25].
Нарушения липидного обмена, приводящие к ожирению и инсулинорезистентости, зачастую сопровождаются развитием системной воспалительной реакции. На эти процессы может оказывать влияние белок - переносчик жирных кислот 4-го типа (FABP4), представленный как в адипоцитах, так и в макрофагах. Группа белков FABPs, открытая в 1972 г., сегодня включает по меньшей мере 9 членов. Различные члены семьи FABP представлены в тканях, активно вовлеченных в процессы липидного обмена [21]. Семейство содержит печеночные (L), кишечные (I), сердечные (Н), адипоцитарные (А), эпидермальные (E), мозговые (B), миелиновые (M) и тестикулярные (T) FABP-белки [38]. Однако FABP не являются исключительно специфическими для того или иного типа клеток, и в большинстве тканей находится несколько изоформ FABP. Так, FABP, известный еще как FABP4, был впервые обнаружен в зрелых адипоцитах. Экспрессия FABP жестко контролируется при дифференциации адипоцитов, и его мРНК транскрипционно контролируется жирными кислотами, PPAR-γ агонистами и инсулином. Все FABPs связывают длинноцепочечные жирные кислоты с различной степенью сродства благодаря различиям между изоформами. Например, B-FABP обладает высокой избирательностью, а L-FABP связывает более широкий круг лигандов. FABPs могут активно способствовать переносу липидов в митохондрии или пероксисомы и в процессах окисления цитозольной фракции. Содержание FABP-белков в большинстве клеток, как правило, пропорционально скорости обмена жирных кислот. Однако молекулярные аспекты функционирования FABP-белков в достаточной степени не изученны. FABP также координируют воспалительную активность макрофагов. В нокаутированных (по FABP) макрофагах некоторые воспалительные реакции подавлены, в том числе производство цитокинов, таких как фактор некроза опухоли α (ФНО-α), интерлейкин-1β (ИЛ-1β), ИЛ-6 и хемоаттрактантный белок моноцитов 1 (MCP1). Кроме того, подавляются производство и функции провоспалительных ферментов, таких как оксид азота индуцибельной синтазы (INOS) и циклооксигеназы-2 (COX2). В последнее время было обнаружено, что дефицит FABP4 коррелирует с уровнем липидов, особенно в качестве фактора, защищающего от атеросклероза и развития коронарной болезни сердца.
На модели животных показано, что дефицит FABP4 приводит к небольшому увеличению чувствительности к инсулину. Был определен полиморфный аллель гена FABP4 (T-87C), существенно снижающий риск развития инсулинорезистентоности и СД 2 [38]. Однако в связи с разнородностью и различной частотой распространения полиморфных вариантов гена FABP4 у отдельных этнических групп до сих пор не выяснена связь конкретных полиморфизмов этого гена с ожирением, дислипидемией и сердечно-сосудистой патологией [7, 20, 38]. Следует отметить, что упомянутые гены представляют собой лишь малую часть потенциальных кандидатов, полиморфизм которых может отражаться на индивидуальных особенностях липидного обмена человека. Поиск генов и их полиморфных вариантов, вовлеченных в регуляцию липидного обмена, продолжается.
Литература
1. Крофт Б., Причард Д. Наглядная генетика / Под ред. Н.П. Бочкова. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 200 с.
2. Норузбаева А.М., Керимкулова А.С., Порощай Е.Н. // Вестн. КРСУ. - 2006. - Т. 6, № 4. - С. 155-160.
3. Ридли М . Геном: автобиография вида. В 23 гл. - М.: Эксмо, 2008. - 432 с.
4. Alvim R.O., Freitas S.R., Ferreira N.E. et al. // Lipids Health Dis. - 2010. - N 9. - Р. 128-133.
5. Arbones-Mainar J.M., Johnson L.A., Altenburg M.K. et al. // Int. J. Obes. - 2008. - Vol. 32. - P. 1595-1605.
6. Bazzaz J.T., Nazari M., Nazem H. et al. // J. Postgrad. Med. - 2010. - Vol. 56, N 3. - Р. 173-175.
7. Chan K.H., Song Y., Hsu Y.H. et al. // Obesity (Silver Spring). - 2010. - Vol. 18, N 9. - P. 1812-1820.
8. Corella D., Arnett D.K., Tsai M.Y. et al. // Clin. Chem. - 2007. - Vol. 53, N 6. - P. 1144-1152.
9. Cuillard C., Vohl M.C., Engert J.C. et al. // J. Lipid Res. - 2003. - Vol. 44, N 5. - Р. 986-993.
10. Dallongeville J., Lussier-Cacan S., Davignon J. // Ibid. - 1992. - Vol. 33, N 4. - Р. 447-454.
11. Friedl W., Ludwig E.H., Paulweber B. et al. // Ibid. - 1990. - Vol. 31, N 4. - P. 659-665.
12. Frossard P.M., Obineche E.N., Lestringant G.G. // Hypertension. - 1999. - Vol. 33, N 4. - P. 1052-1056.
13. Hamann A., Matthaei S. // Exp. Clin. Endocronol. Diabetes. - 1996. - Vol. 104, N 4. - P. 293-300.
14. Huang X., Gong R., Lin J. et al. // Biosci. Trends. - 2011. - N 5. - Р. 198-204.
15. Ingelsson E., Langenberg C., Hivert M.F. et al. // Diabetes. - 2010. - Vol. 59, N 5. - P. 1266-1275.
16. Jemaa R., El-Asmi M., Mebazaa A. // Ann. Biol. Clin. (Paris). - 2002. - Vol. 60, N 5. - P. 559-564.
17. Jemaa R., Mebazaa A., Fumeron F. // Ann. Biol. Clin. (Paris). - 2004. - Vol. 62, N 2. - P. 183-188.
18. Kallel A., Jemaa R., Feki M. et al. // Ann. Biol. Clin. (Paris). - 2007. - Vol. 65, N 3. - P. 265-270.
19. Kashani Farid M.A., Azizi F., Hedayati M. et al. // Lipids Health Dis. - 2010. - N 9. - Р. 96-99.
20. Khalyfa A., Bhushan B., Hegazi M. et al. // Lipids Health Dis. - 2010. - N 9. - P. 18.
21. Kolovou V., Kolovou G., Marvaki A. et al. // Lipids Health Dis. - 2011. - N 10. - Р. 56-59.
22. Korner J., Chun J., Harter D. et al. // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 1991. - Vol. 88, N 15. - P. 6834-6838.
23. Lahiry P., Cao H., Ban M.R. et al. // J. Lipid Res. - 2010. - Vol. 51, N 4. - Р. 843-848.
24. Lee D.J., Kim K.M., Kim B.T. et al. // Yonsei Med. J. - 2011. - Vol. 52, N 3. - Р. 429-434.
25. Mirrakhimov A.E., Kerimkulova A.S., Lunegova O.S. et al. // Cardiovasc. Diabetol. - 2011. - N 10. - P. 89-94.
26. Mountjoy K.G., Wong J. // Mol. Cell. Endocrinol. - 1997. - Vol. 128, N 1. - P. 171-177.
27. Nascimento H., Silva L., Lourenзo P. et al. // Arch. Pediatr. Adolesc. Med. - 2009. - Vol. 163, N 11. - Р. 1030-1036.
28. Olivieri O., Bassi A., Stranieri C. et al. // J. Lipid Res. - 2003. - Vol. 44, N 12. - Р. 2374-2381.
29. Panskepp J., Reilly P., Bishop P. // Pharmacol. Biochem. Behav. - 1976. - N 5 (Suppl. 1). - P. 59-64.
30. Pollex R.L., Ban M.R., Young T.K. et al. // BMC Med. Genet. - 2007. - N 8. - Р. 80.
31. Qi Q., Bray G.A., Hu F.B. et al. // Am. J. Clin. Nutr. - 2012. - Vol. 95, N 2. - P. 506-513.
32. Ruiz-Narvaez E.A., Sacks F.M., Campos H. // Am. J. Clin. Nutr. - 2008. - Vol. 87, N 6. - Р. 1932-1938.
33. Sentinelli F., Romeo S., Maglio C. et al. // Lipids Health Dis. - 2011. - N 10. - Р. 93-97.
34. Sima A., Iordan A., Stancu C. // Clin. Chem. Lab. Med. - 2007. - Vol. 45, N 9. - Р. 1149-1153.
35. Smith C.E., Ordovas J.M., Sanchez-Moreno C. et al. // Int. J. Obes. (Lond.). - 2012. - Vol. 36, N 1. - P. 130-136.
36. Speliotes E.K., Willer C.J., Berndt S.I. et al. // Nat. Genet. - 2010. - Vol. 42, N 11. - P. 937-948.
37. Thurberg B.L., Reardon C.A., Getz G.S. // J. Biol. Chem. - 1996. - Vol. 271, N 11. - P. 6062-6070.
38. Tuncman G., Erbay E., Hom X. et al. // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2006. - Vol. 103, N 18. - P. 6970-6975.
39. Weisgraber K.H., Newhouse Y.M., Mahley R.W. // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1988. - Vol. 157, N 3. - P. 1212-1217.
40. Yang C.Y., Lee F.S., Chan L. et al. // Biochem J. - 1986. - Vol. 239, N 3. - P. 777-780.
41. Yang Y., Chen M., Lai Y. et al. // Mol. Pharmacol. - 2003. - Vol. 64, N 1. - P. 94-103.
42. Yu Y., Reynolds R., Fagerness J. et al. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 2011. - Vol. 52, N 7. - Р. 4663-4670.