Study on association of FABP2 gene Ala54Thr polymorphism with risk of obesity, body fat mass and physical activity
AbstractObesity is a multifactorial disease which depends on the interaction between genome and environment. Fatty acid-binding protein 2 (FABP2) regulates lipid transport, intestinal absorption and metabolism. The aim of the study was to investigate the interrelation between the FABP2 gene Ala54Thr polymorphism, body mass index and body fat mass and to study distribution of genotypes and alleles frequencies of FABP2 gene in athletes and individuals who are not involved in sports. 315 athletes of different sport disciplines and levels and 612 controls (predominantly students) participated in the study. Genotyping for the FABP2 gene Ala54Thr polymorphism was performed by PCR. Body composition was analyzed by bioimpedance method. The study did not confirm the association of FABP2 gene Ala54Thr polymorphism with the risk of obesity and body fat mass. However, the frequency of the Thr54 allele was significantly higher in elite stayers (50,0%, p=0,025) and combat athletes (46,2%, p=0,013) in comparison with controls (32,2%). Thus, FABP2 gene Ala54Thr polymorphism is associated with the predisposition to endurance athletic performance.
Keywords:polymorphism, gene, FABP2, obesity, body fat mass, body mass index, sport, endurance
Вопр. питания. - 2013. - № 5. - С. 23-28.
Избыточный вес и ожирение относятся к числу 5 основных факторов риска смерти. Ежегодно по меньшей мере 2,6 млн взрослых людей умирают по причине избыточного веса или ожирения [2]. В России более 60% взрослого населения имеет избыточный вес, около 26% - ожирение.
Ожирение - доказанный фактор риска развития сахарного диабета типа 2, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, инсульта, рака и остеоартроза. Свыше 75% случаев диабета типа 2 ассоциируется с избыточной массой тела и ожирением [1]. Возраст положительно коррелирует с риском развития ожирения в связи с понижением уровня метаболизма и уменьшением физической активности индивидов после 30 лет [19].
Ожирение - это мультифакторное заболевание, развитие которого зависит от взаимодействия генома и окружающей среды (питание, уровень физической активности, образ жизни и др.).
В последние годы в развитии ожирения огромное значение придается роли наследственных факторов. Генетически детерминированные индивидуальные различия в снижении веса в ответ на физические нагрузки и диетотерапию обусловили актуальность изучения полиморфизмов (структурных изменений) генов, регулирующих метаболизм и пищевое поведение человека.
Диетотерапия при ожирении и избыточной массе тела может включать гипокалорийные диеты и диеты с различным содержанием макронутриентов в зависимости от того, как эти компоненты участвуют в регуляции экспрессии генов (нутригеномный аспект), а также усваиваются организмом (нутригенетический аспект). Описано множество научно обоснованных диет, приводящих к снижению веса (например, низкоуглеводная, низкожировая, сбалансированная средиземноморская и др.), однако их эффективность зависит от генетического статуса индивида (для большинства наиболее оптимальная диета - низкоуглеводная) [8]. Кроме того, показано, что взаимодействие между последовательностью ДНК и факторами риска развития ожирения различается между индивидами, ведущими пассивный образ жизни, и физически активными лицами. Понимание особенностей метаболизма на молекулярном уровне является важным шагом в развитии эффективных терапевтических стратегий борьбы с избыточной массой тела.
На сегодняшний день известно множество однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) генов, связанных с регуляцией липидного и углеводного обменов, адипогенезом, терморегуляцией, циркадным ритмом и пищевым поведением [17]. Так, полиморфизм Ala54Thr (rs1799883 G/A) является одним из наиболее изученных полиморфизмов гена, кодирующего белок, связывающий жирные кислоты 2-го типа (fatty acid-binding protein 2 - FABP2). Установлено, что белок FABP2 вовлечен во внутриклеточный транспорт и метаболизм длинноцепочечных жирных кислот, а также он принимает участие в нескольких этапах всасывания и транспортировки липидов в кишечнике [5, 23].
Аминокислотная замена аланина на треонин в 54-м кодоне ассоциируется с высокой степенью абсорбции жирных кислот в кишечнике и их высоким уровнем окисления [4, 15]. Установлено, что полиморфизм Ala54Thr гена FABP2 ассоциируется с индексом массы тела [14], ожирением во многих возрастных группах [3, 13, 20, 25] и избыточным накоплением жировой ткани в области бедер [12].
На этих данных основаны рекомендации по соблюдению низкожировой диеты носителям мутантного 54Thr аллеля с целью снижения массы тела.
Вместе с тем недавний метаанализ, включивший 27 исследований и 10 974 участников, не выявил ассоциации полиморфизма гена FABP2 Ala54Thr с индексом массы тела (ИМТ) [26].
В доступной литературе отсутствуют данные об изучении ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с ИМТ и ожирением в российской популяции. Кроме того, особый интерес представляет изучение ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с предрасположенностью к выполнению физических нагрузок у спортсменов, специализирующихся в разных видах спорта, которые предъявляют различные требования к энергообеспечению мышечной деятельности.
Цель настоящего исследования заключалась в выявлении взаимосвязи полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с ИМТ и с жировой массой тела, а также в изучении распределения частот генотипов и аллелей гена FABP2 у спортсменов и лиц, не занимающихся спортом.
Материал и методы
В исследовании приняли участие 315 спортсменов (222 мужчины, 93 женщин; возраст: 25,9±11,7 лет) различной специализации и квалификации и 612 человек контрольной группы (преимущественно студенты; 180 мужчин, 432 женщины; возраст: 20,0±2,5 лет). Главным условием для включения испытуемых в контрольную группу было отсутствие стажа регулярных занятий какими-либо видами спорта (по данным анкетирования респонденты не указывали на наличие спортивного разряда).
В соответствии с типом энергообеспечения тренировочной нагрузки мы разделили всех спортсменов на 4 группы: 1-я - спортсмены, специализирующиеся в видах спорта с преимущественным проявлением выносливости (бег на 800-5000 м, лыжные гонки, плавание на 400-1500 м, скоростной бег на коньках на 3000 м, академическая гребля); 2-я - спортсмены, специализирующиеся в единоборствах (бокс, тхэквондо, дзюдо, кендо, борьба, фехтование); 3-я - спортсмены, специализирующиеся в игровых видах спорта (футбол, волейбол, большой теннис, настольный теннис); 4-я - спортсмены, специализирующиеся в скоростно-силовых и силовых видах спорта (тяжелая атлетика, прыжки с шестом, прыжки в длину, бег на 60-400 м, плавание на 50-100 м, многоборье).
На момент получения биологического материала для генотипирования 5 спортсменов были заслуженными мастерами спорта (ЗМС), 18 - мастерами спорта международного класса (МСМК), 81 - мастерами спорта (МС), 99 - кандидатами в мастера спорта (КМС) и 69 спортсменов имели взрослый разряд. Футболисты (n=43) выступали на уровне первого либо второго дивизиона.
Массу тела 555 обследованных измеряли с точностью до 0,1 кг с помощью напольных весов.
Для измерения роста использовали фиксированный ростомер, калиброванный в сантиметрах.
ИМТ определяли как массу тела, деленную на рост в квадрате (кг/м2 ). Испытуемые с ИМТ от 25,0 кг/
м2 и выше составили основную группу (n=59), с ИМТ менее 25,0 кг/м2 - группу сравнения (n=496).
Диагностику состава тела проводили 347 студентам (20,0±2,3 лет) с помощью биоимпедансного анализатора "Диамант-АСТ". Определяли абсолютное и относительное содержание жировой массы тела.
Для молекулярно-генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенные сорбентным методом [в соответствии с прилагаемой инструкцией по применению к комплекту "ДНК-сорб-АМ" (Центральный НИИ эпидемиологии МЗ РФ)]. Полиморфизм Ala54Thr гена FABP2 определяли методом полимеразной цепной реакции с использованием двухпраймерной системы [прямой праймер - 5’-CTACCGAGTTTTCTTCCCACC-3’, обратный праймер - 5’-AATTAAACCATCCAATGAAATAGAG C-3’ ("ЛИТЕХ")]. Рестрикцию ампликонов длиной 376 пар оснований проводили с использованием фермента BstHH I ("Сибэнзим"). Длины рестрикционных продуктов анализировали электрофоретическим разделением в 8% полиакриламидном геле с последующей окраской бромистым этидием и визуализацией в проходящем ультрафиолетовом свете при помощи трансиллюминатора "ETS VilberLourmat" (Франция).
Статистическую обработку данных проводили с помощью стандартного пакета GraphPadInStat.
Значимость различий в частоте аллелей и генотипов сравниваемых выборок определяли с использованием критерия χ 2 . Корреляционный анализ проводили с использованием критерия Спирмена.
Различия считали статистически значимыми при p<0,05.
Результаты и обсуждение
Полиморфизм гена FABP2 и риск развития ожирения
При анализе распределения частот генотипов и аллелей по полиморфизму Ala54Thr гена FABP2 в группе сравнения (ИМТ<25 кг/м 2 ; n=496) были получены следующие результаты. Частота аллеля Thr54 составила 32,3%, при этом она значимо не отличалась между выборками мужчин и женщин (p=0,712). Наблюдаемое распределение генотипов Ala/Ala (48,8%), Ala/Thr (37,9%) и Thr/Thr (13,3%) в данной выборке подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =4,217; p=0,121).
Таблица 1. Распределение частот генотипов и аллелей гена FABP2 у людей с избыточной массой тела либо ожирением (основная группа) и в группе сравнения
)
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 2: p 1 - при сравнении частоты генотипов, p 2 - при сравнении частоты аллелей.
Частота Thr54 аллеля Ala54Thr полиморфизма гена FABP2 в основной группе (ИМТ≥25 кг/м 2 ; n=59) составила 29,7% и значимо не отличалась от частоты аллеля Thr54 в контрольной группе (p=0,603) (табл. 1). Распределение генотипов FABP2 (Ala/Ala - 49,2%, Ala/Thr - 42,4%, Thr/Thr - 8,4%) в данной группе подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =0; p=1,000) и также значимо не отличалось от распределения генотипов в контрольной выборке (p=0,538).
Взаимосвязь полиморфизма гена FABP2 с жировой массой
Корреляционный анализ в группе индивидов (110 мужчин и 237 женщин) с разными значениями ИМТ не выявил ассоциации полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 и жировой массы тела (p=0,800, r=-0,014). Корреляционный анализ, проведенный отдельно для мужчин (рис. 1) и женщин (рис. 2), также не выявил взаимосвязь между полиморфизмом и жировой массой тела (p=0,207; r=-0,121 и p=0,385; r=0,056 соответственно).
Полиморфизм гена FABP2 и предрасположенность к занятиям спортом
Частота Thr54 аллеля полиморфизма гена FABP2 в контрольной группе (индивиды, не занимающиеся спортом) составила 32,2% (табл. 2).
Распределение генотипов полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 (Ala/Ala - 49,4%, Ala/Thr - 36,9%, Thr/Thr - 13,7%) не подчинялось равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =6,899, df=2; p=0,032).
Частота Thr54 аллеля полиморфизма гена FABP2 среди всех спортсменов (n=315) значимо не отличалась от частоты Thr54 аллеля в контрольной группе (табл. 2). Распределение генотипов в общей выборке спортсменов также не соответствовало равновесию Харди-Вайнберга (χ 2 =11,490, df=2; p=0,0032) и статистически значимо не отличалось от распределения генотипов в контрольной выборке (p=0,232).
При распределении спортсменов на 4 группы с учетом энергообеспечения соревновательной нагрузки и квалификации мы обнаружили статистически значимые различия в частоте Thr54 аллеля среди спортсменов 1-й и 2-й групп по сравнению с контрольной выборкой (табл. 2).
)
Рис. 1. Среднее значение жировой массы у мужчин, носителей разных генотипов гена FABP2
)
Рис. 2. Среднее значение жировой массы у женщин, носителей разных генотипов гена FABP2
Таблица 2. Распределение частот генотипов и аллелей гена FABP2 у спортсменов разных видов спорта и различной квалификации и в контрольной выборке
)
*- p<0,05, статистически значимые различия между спортсменами и контрольной группой.
Так, частота Thr54 аллеля среди стайеров и единоборцев высокой квалификации значимо (в 1,55 и 1,43 раза) превышала частоту Thr54 аллеля в контрольной выборке.
Результаты настоящего исследования не подтвердили ассоциацию полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с риском развития ожирения и жир овой массой тела. Поскольку большинство участников исследования были студентами в возрасте до 30 лет, можно предположить, что их активный образ жизни мог оказать модифицирующее влияние на ассоциацию Ala54Thr полиморфизма гена FABP2 со склонностью к ожирению. Для проверки данной гипотезы следует провести дополнительные исследования на российских выборках с участием разных возрастных групп.
Интересно проанализировать результаты в группе спортсменов. Частота Thr54 аллеля гена FABP2
среди спортсменов высокой квалификации, в различной степени тренирующих выносливость (стайеры, средневики, единоборцы), была значимо выше, чем в контрольной группе. Хорошо известно, что углеводы и жиры утилизируются в различном соотношении и определенным способом (для углеводов - аэробное окисление либо анаэробный гликолиз) в зависимости от длительности и интенсивности физических нагрузок. Упражнения низкой и средней интенсивности вызывают увеличение окисления жиров, а с увеличением интенсивности физической нагрузки наибольший вклад в энергообеспечение вносит гликогенолиз и гликолиз, однако и в последнем случае уровень окисления жиров остается значимым [6, 7, 11, 16].
Установлено, что при увеличении содержания жиров в рационе спортсмена его физическая работоспособность (выносливость) повышается за счет увеличения окисления жиров и, соответственно, экономии расхода гликогена [9, 10, 21, 22].
Многократные исследования показали, что спортсмены, в рационе которых отмечается высокое содержание жиров, значительно повысили свою выносливость по сравнению со спортсменами, придерживающимися низкожировой диеты [16, 18, 24]. На этом основании можно предположить, что наличие Thr54 аллеля гена FABP2, который повышает абсорбцию и окисление жирных кислот [4, 15], благоприятствует проявлению выносливости, а его преобладание в группе спортсменов, тренирующих выносливость, является результатом спортивного отбора.
Таким образом, результаты настоящего исследования демонстрируют ассоциацию полиморфизма Ala54Thr гена FABP2 с предрасположенностью к занятиям видами спорта с преимущественным проявлением выносливости. В данной работе полиморфизм гена FABP2 у спортсменов был изучен впервые, что требует проведения дальнейших исследований с использованием других методических подходов.
Литература
1. Центр СМИ ВОЗ. Ожирение и избыточный вес. Информационный бюллетень № 311. Май 2012 г. - http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/ru/index.html (дата обращения: 14.04.13).
2. Центр СМИ ВОЗ. 10 фактов об ожирении. Март 2013 г. - http://www.who.int/features/factfiles/obesity/ru
3. Albala C., Santos J.L., Cifuentes M. et al. // Obes. Res. - 2004. - Vol. 12, N 2. - P. 340-345.
4. Baier L.J., Sacchettini J.C., Knowler W.C. et al. // J. Clin. Invest. - 1995. - Vol. 95. - P. 1281-1287.
5. Besnard P. // Proc. Nutr. Soc. - 1996. - Vol. 5. - P. 19-37.
6. Brooks G. // Clin. Exer. Pharm. Physiol. - 1997. - Vol. 124. - P. 889-895.
7. Costill D.L. // Int. J. Sports. Med. - 1988. - Vol. 9. - P. 1-18.
8. Dansinger M.L., Gleason J.A., Griffith J.L et al. // JAMA. - 2005. - Vol. 293. - P. 43-53.
9. Despres J.P., Bouchard C., Savard R. et al. // Metabolism. - 1984. - Vol. 33. - P. 235-239.
10. Hickson R.C., Rennie M.J., Conlee R.K. et al. // J. Appl. Physiol. - 1997. - Vol. 43. - P. 829-833.
11. Horvath P.J., Eagan C.K., Leddy J.J. et al. // FASEB J. - 1996. - Vol. 10. - P. 288.
12. Kunsan X., Taisan Z., Weiping J. et al. // Chin. Med. Sci. J. - 1999. - Vol. 14, N 1. - P. 46-51.
13. Lara-Castro C., Hunter G.R., Lovejoy J.C. // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 2005. - Vol. 90, N 2. - P. 1196-1201.
14. Lei H.H., Coresh J., Shuldiner A.R. et al. // Diabetes. - 1999. - Vol. 48, N 9. - P. 1868-1872.
15. Levy E., Menard D., Delvin E. et al. // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 39679-39684.
16. Muoio D.M., Leddy J.J., Horvath P.J. et al. // Med. Sci. Sports. Exerc. - 1994. - Vol. 26. - P. 81-88.
17. Rankinen T., Zuberi A., Chagnon Y.C. et al. // Obesity (Silver Spring). - 2006. - Vol. 14, N 4. - P. 529-644.
18. Simi B., Sempore B., Mayet M.H. et al. // J. Appl. Physiol. - 1991. - Vol. 71. - P. 197-203.
19. Starling R.D. // Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. - 2001 . - Vol. 11(Suppl.). - P. S208-S217.
20. Takakura Y., Yoshioka K., Umekawa T. et al. // Diabetes Res. Clin. Pract. - 2005. - Vol. 67, N 1. - P. 36-42.
21. Treblay A., Plourde G., Despres J.P. et al. // Am. J. Clin. Nutr. - 1989. - Vol. 49. - P. 799-805.
22. Van Baak M.A., Mooij J.M.V., Wijnen J.A. // Int. J. Sports Med. - 1993. - Vol. 14. - P. 2-8.
23. Van Nieuwenhoven F.A., Var der Vusse G.J., Glatz J.F.C. // Lipids. - 1996. - Vol. 30 (Suppl.). - P. S223-S227.
24. Venkatraman J.T., Pendergast D.R. // Med. Sci. Sports Exerc. - 1998. - Vol. 30, N 8. - P. 1198-1204.
25. Yamada K., Yuan X., Ishiyama S. et al. // Diabetologia. - 1997. - Vol. 40, N 6. - P. 706-710.
26. Zhao T., Zhao J., Lv J. et al. // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. - 2011. - Vol. 21, N 10. - P. 823-829.
All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)
© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.