Статьи

Перечень материалов, опубликованных в Российском кардиологическом журнале. Образование в 2023 году

КЛИНИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ Дрень Е. В., Ляпина И. Н., Ганюков В. И., Иванова А. В., Стасев А. Н., Барбараш О. Л., Барбараш Л. С.ОСОБЕННОСТИ ДЛИТЕЛЬНОГО ВЕДЕНИЯ ПАЦИЕНТКИ РЕПРОДУКТИВНОГО ВОЗРАСТА ПОСЛЕ ХИРУРГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ МИТРАЛЬНОГО КЛАПАНА НА ...

0
158

Генетические и эпигенетические факторы, регулирующие экспрессию и функционирование рецептора витамина D у больных ишемической болезнью сердца

Ишемическая болезнь сердца (ИБС) представляет наиболее распространенное сердечно-сосудистое заболевание (ССЗ) и является основной причиной инвалидизации и смертности во всем мире, включая лиц трудоспособного возраста [1][2]. Это сложное, мультифакторное и полигенное заболевание, в основе патогенеза которого лежит взаимодействие между генетической предрасположенностью и факторами окружающей среды [2].

В работах последних лет показано, что традиционные факторы риска (ФР), включая диетические погрешности, ожирение, сахарный диабет (СД), гипертоническую болезнь, дислипидемию, курение и злоупотребление алкоголем, позволяют прогнозировать риск сердечно-сосудистых событий и осложнений только в 50% случаев [3]. Поэтому крайне актуально исследование новых ФР ИБС, в особенности генетических и эпигенетических [4].

Рядом авторов установлено, что генетический скрининг позволит у 12% пациентов переквалифицировать риск развития ССЗ со среднего на высокий, в связи с чем разработана шкала мультилокусного генетического риска развития заболеваний и их осложнений [5].

Во избежание “потерянной” наследственной предрасположенности к ССЗ, характерной для полигенных заболеваний, помимо генетических факторов, влияющих на риск ИБС, важную роль играет изучение и оценка эпигенетических факторов, ассоциированных с атерогенезом, прежде всего роли микроРНК, представляющих собой малые некодирующие РНК, которые регулируют экспрессию генов на транскрипционном или посттранскрипционном уровнях [6].

Результатами исследований последних лет показано, что витамин D является не только важнейшим регулятором кальциево-фосфорного обмена, но и играет важную роль в механизмах иммунного воспаления в сосудистой стенке, в патогенезе атеросклеротических изменений [7] и в канцерогенезе [8].

Как в эпидемиологических, так и в лабораторных исследованиях показано положительное влияние витамина D на функциональное состояние сердечнососудистой системы [7][9].

Рецептор витамина D

Рецептор витамина D (VDR) относится к стероидным гормонам. Он необходим для осуществления функций своего лиганда — витамина D, являясь важным регулятором патогенетического пути витамина D, поскольку VDR вовлечен в конверсию сывороточного 25-гидроксивитамина D в активный 1,25-дигидроксивитамин D [10].

VDR состоит из 427 аминокислот и имеет 2 основных функционально значимых домена: N-концевой домен, при помощи которого ядерный рецептор присоединяется к ДНК, и С-концевой домен, необходимый для соединения с лигандом. Известно, что VDR принадлежит к суперсемейству ядерных рецепторов — транскрипционных факторов, которые регулируют экспрессию большого количества генов. Ядерные рецепторы после связывания с лигандами активируются и соединяются в ядре клетки с участками ДНК, локализованными в промоторном регионе таргентных генов [11].

VDR в человеческом организме выявлен во многих органах и тканях: гладкомышечные клетки сосудов, эндотелиоциты, клетки иммунной системы, почки, кишечник, кости, паращитовидные железы. Повсеместное распространение VDR отражает его плейотропную биологическую активность [10].

VDR является регулятором экспрессии целого ряда генов, участвующих в атерогенезе. Наличие VDR в клетках гладких мышц сосудов и эндотелиальных клеток в сочетании со способностью сосудистых тканей активировать витамин D указывает на роль, которую витамин D может играть в нормальной физиологии сосудов, и его значение в профилактике ИБС. Это подтверждается результатами исследования Valcheva P, et al. на лабораторных мышах: гладкомышечные клетки сосудов мышей с нокаутированным геном VDR активнее продуцировали катепсин D, представляющий из себя фермент с ренин-подобной активностью, и ангиотензин II [12].

В лабораторном исследовании Yao T, et al. показана протективная роль витамина D при смоделированном текущем инфаркте миокарда (ИМ): при стимуляции VDR его лигандами улучшалась сократительная функция сердца и уменьшалась зона ИМ за счёт улучшения функционирования митохондрий, уменьшения повреждений эндоплазматического ретикулума и ингибиции апоптоза кардиомиоцитов [13].

Установлено, что VDR оказывает влияние на механизмы стабилизации атеросклеротической бляшки за счёт подавления процессов неоангиогенеза, который, как известно, предрасполагает к разрыву нестабильной атеросклеротической бляшки. VDR, связываясь с лигандом, подавляет ангиогенез посредством ингибиции продукции сосудистого эндотелиального фактора роста. Кроме этого, витамин D через VDR в культурах эндотелиальных клеток снижает экспрессию адгезивной молекулы тромбоцитов (CD62p) [14].

Показано, что витамин D снижает экспрессию эндотелина, тканевого фактора и эпидермального фактора роста гладкомышечными клетками, которые имеют VDR на своей поверхности. Это препятствует миграции гладкомышечных клеток и замедляет рост атеросклеротической бляшки [15].

Полиморфизм гена VDR

В исследованиях последних лет установлено, что единичный нуклеотидный полиморфизм гена VDR является потенциальным ФР ИБС, связанным с низким уровнем витамина D, но точные механизмы, лежащие в основе влияния полиморфных вариантов гена VDR на патогенез ИБС, до конца не изучены [16, 17].

Ген VDR был открыт Baker AR, et al. в 1988 году [18]. Этот ген расположен в хромосоме 12 (12q12-14) и включает в себя по меньшей мере 5 промотерных регионов, генерирующих несколько тканево-специфичных транскрипций, 8 экзонов, кодирующих белок, и 6 нетранслируемых экзонов с альтернативным сплайсингом [19]. Ген VDR имеет вес 100 тыс. пар оснований.

В настоящее время обнаружено >470 типов единичного нуклеотидного полиморфизма гена VDR, среди них 4 полиморфизма FokI (rs10735810), BsmI (rs1544410), ApaI (rs7975232) и TaqI (rs731236) были тщательно изучены на предмет их влияния на различные физиологические и патологические фенотипы, такие как рак, СД, болезнь Паркинсона, ИМ и ИБС [19-21].

Полиморфные варианты гена VDR могут потенциально влиять на экспрессию VDR и стабильность мРНК VDR [7].

FokI полиморфизм гена VDR локализуется во втором экзоне пятого кодона [22] и характеризуется заменой тимина на цитозин в инициирующем кодоне ATG?ACG. Среди множества различных видов полиморфизма гена VDR данный полиморфизм является единственным не связанным с другими полиморфизмами гена VDR, а также единственным полиморфизмом, который приводит к двум различным белковым продуктам VDR [23].

Минорная f (Т) аллель данного гена кодирует протеин полной длины из 427 аминокислот, при этом инициация трансляции возникает на первом ATG сайте, в то время как у носителей F (С) аллеля трансляция начинается со второго стартового кодона ATG во втором экзоне. Таким образом, F (С) аллель кодирует укороченный на 3 аминокислоты протеин, который в 1,7 раз эффективнее длинного для трансактивации генов-мишеней за счет более активной транскрипции [7]. Следовательно, FF генотип гена VDR может играть существенную роль в развитие ИБС косвенно через развитие дефицита витамина Д [7].

Эти данные подтверждены также анализом 20 клеточных линий фибробластов, в котором было выявлено, что укороченный протеин, кодируемый F аллелью, активнее взаимодействует с транскрипционным фактором за счёт особых генетических эффектов в зоне промотера таргетных генов. Таким образом, некоторые промотерные участки таргетных генов для VDR чувствительны к этим зависимым от генотипа различиям в активности [8].

Результаты исследований связи FokI полиморфизма гена VDR и ИБС противоречивы. He l, Wang M [16] показали связь между FokI полиморфизмом гена VDR и ИБС в китайской популяции, но при этом Pan XM, et al. [22] при исследовании, проведенном также в китайской популяции, подобной связи не обнаружили. Это может быть объяснено небольшим объемом выборок обследованных. Shanker J, et al. при исследовании в индийской популяции также не выявили ассоциации между FokI полиморфизмом гена VDR и ИБС [23]. Возможно, это связано с особенностями распределения полиморфных вариантов гена VDR в различных популяциях.

Результаты исследований Hossein-Nezhad A, et al. показали, что дефицит витамина D встречается реже у пациентов с FF генотипом гена VDR, что подразумевает защитную роль F аллеля в развитии ИБС [9].

Эти данные подтверждаются результатами метаанализа Lu S, et al., проведенного в 2016г. Авторы показали, что у носителей FF генотипа гена VDR отмечалось снижение риска ИБС на 19% [7].

TaqI, ApaI и BsmI полиморфизмы гена VDR взаимосвязаны и локализуются между восьмым и девятым экзонами в 3-концевом регионе гена VDR, содержащем микросателлитные последовательности разной длины — короткой (S) и длинной (L), что может оказывать влияние на трансляционную активность и стабильность мРНК VDR [16].

Выделяют 3 основных гаплотипа гена VDR с различной активностью [16]:

1) baT гаплотип — выявляется у 48% популяции;

2) BAt гаплотип — встречается в 40% случаев;

3) bAt гаплотип — встречается существенно реже.

Не было выявлено различий между гаплотипами в отношении регуляции стабильности матриксной РНК. Выявлена лишь тенденция для BAt гаплотипа к экспрессии более высоких уровней матриксной РНК в моноцитах по сравнению с уровнем экспрессии у носителей baT гаплотипа [16].

По результатам проспективного исследования DIABHYCAR установлено, что bAt гаплотип гена VDR (AAC) был связан с повышенным риском ИБС у пациентов с диабетом 2 типа. Этот эффект был не зависимым от влияния других известных ФР ССЗ [24].

BsmI и ApaI полиморфизмы гена VDR контролируют экспрессию белков за счет регуляции стабильности матриксной РНК и локализуются в 8 интроне 3-регуляторного региона. Это наиболее характерно для рецепторов стероидных гормонов, которые содержат большие регуляторные регионы. У пациентов — носителей ВВ и Bb генотипов гена VDR отмечалась более высокая распространенность артериальной гипертонии. Была отмечена связь bb/Aa генотипа с ишемическим инсультом [25].

В арабской популяции El-Barbary AM, et al. обнаружили связь bb генотипа гена VDR и атеросклеротического поражения сосудов [26], в то время как Al-Ghamdi AS, et al. [27] сообщили об отсутствии связи данного генотипа с ИБС в Саудовской Аравии. Небольшое количество обследованных пациентов может частично объяснить противоречивые результаты.

При стратифицированном анализе BsmI полиморфизма гена VDR по этническому признаку было выявлено повышение риска ИБС в европейской популяции у носителей b (A) аллеля на 23% по сравнению с носителями B (G) аллеля. При этом у носителей bb (АА) и Bb (АG) генотипов риск ИБС был на 56% и 20% выше, чем у носителей BB (GG) генотипа [28].

В азиатской популяции не выявлено ассоциации BsmI полиморфизма VDR с риском ИБС. Это может быть связано с тем, что аллели данного полиморфизма расположены между 8-ым интроном и 9-ым экзоном гена VDR, который имеет несбалансированное сцепление в различных этнических группах [28].

ApaI полиморфизм гена VDR влияет на стабильность матриксной РНК [29]. Поскольку VDR играет важную роль в передаче сигналов витамина D, можно предположить, что ApaI полиморфизм гена VDR также может влиять на риск ИБС либо за счет изменения чувствительности рецептора к лигандам, либо за счет ген-генных взаимодействий или влияний окружающей среды на гены.

Носительство Aa (CA) генотипа гена VDR ассоциировалось со снижением риска ИБС у больных СД 2 типа, и, вероятно, данный генотип может быть связан с низким риском ИБС, но для подтверждения этого требуется проведение более крупных исследований [24].

TaqI полиморфизм гена VDR был описан в 1994г [28]. Он обусловлен заменой тимина на цитозин в 352 кодоне. Это приводит к замене кодона AUU (изолейцин) на AUG (метионин) [10]. По результатам метаанализа, tt генотип связан с повышенным риском ИБС в диапазоне от 14% до 27% в различных исследованиях [30].

Результаты исследований связи полиморфизма гена VDR и ИБС противоречивы. Так, например, результаты метаанализа, проведенного Alizadeh S, et al., не показали связи FokI, BsmI, ApaI и TaqI полиморфизмов гена VDR с риском ИБС [30], что может быть связано с различной встречаемостью вышеуказанных генотипов в различных этнических и расовых группах. Например, встречаемость f аллеля (FokI полиморфизм) гена VDR была реже среди африканцев, чем среди азиатов, тогда как В аллель BsmI полиморфизма гена VDR имеет более низкую встречаемость у азиатов, чем у европейцев и африканцев [16]. В литературе практически отсутствуют исследования, посвященные встречаемости FokI, BsmI, ApaI и TaqI полиморфизмов гена VDR и их связи с риском ИБС и особенностями её клинического течения в СевероЗападном регионе Российской Федерации.

Prabhakar P, et al. в своем исследовании не установили связи между носительством различных генотипов ApaI и TaqI полиморфизма гена VDR и развитием ишемического инсульта. У обследованных — носителей ff генотипа гена VDR, риск ишемического инсульта повышался в 2,97 раз, у носителей Ff генотипа — в 1,52 раза. Гомозиготное носительство f аллея гена VDR ассоциировалось с повышением уровня общего холестерина. Носительство bb генотипа гена VDR повышало риск ишемического инсульта в 1,76 раз. Кроме этого, авторами установлено, что лица с дефицитом витамина D (при его уровне в плазме крови <20 мг/мл) также имеют повышенный риск возникновения ишемического инсульта [31].

TaqI, ApaI и BsmI полиморфизмы гена VDR могут влиять на экспрессию мРНК VDR и способствовать снижению уровня витамина D у пациентов с ИБС. Хотя генетические факторы вносят существенный вклад в изменчивость циркулирующих уровней витамина D, при этом наследуемость оценивается в 30-40% [28]. Несбалансированность связей наблюдалась только в данных трех полиморфизмах гена VDR, и они находились в одном гаплоидном домене с 3-регуляторным доменом. Гаплоидный домен включает 4-9 экзонов и 3-регуляторный домен, что связано с регуляцией экспрессии генов, особенно с регуляцией стабильности мРНК.

По-видимому, у носителей прогностически неблагоприятных генотипов гена VDR также отмечается сниженная способность к ингибиции сигнального пути NF-kВ. NF-kВ, в свою очередь, пролонгирует активацию макрофагов и повышает экспрессию адгезивных молекул на эндотелиоцитах, тем самым поддерживая развитие и прогрессирование атеросклеротического поражения сосудов [32].

Эпигенетические механизмы регуляции рецептора витамина D

Результаты исследований последних лет показали, что функционирование 80% генома заключается в эпигенетической регуляции экспрессии генов, кодирующих протеины. МикроРНК представляют собой малые некодирующие РНК, которые являются важнейшими регуляторами экспрессии генов на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. МикроРНК — это одноцепочечные молекулы-регуляторы 30% всех генов. Они имеют специфическую, напоминающую шпильку, структуру, длину от 19 до 24 нуклеотидов, которые образуются из более длинных РНК-предшественников [6]. МикроРНК подавляют экспрессию генов, кодирующих протеины на стадии постранскрипции за счёт неполной гибридизации с 3-регуляторной нетранслируемой областью мРНК, которая имеет комплементарные сайты.

МикроРНК представляют из себя эффективные посттранскрипционные регуляторы генной экспрессии [6]. Они управляют сложными посттранскрипционными регулярными сетями, необходимыми для регуляции экспрессии генов. Таким образом, микроРНК необходимы для тонкой транскрипционной регуляции экспрессии генов, но они также могут играть различные роли в пролиферации, дифференцировке и функционировании определенных типов клеток.

В организме человека в настоящее время выявлено 1 тыс. микроРНК, 50 из которых, вероятно, связаны с риском ССЗ [29].

МикроРНК, как и цитокины, образуют взаимосвязанную регуляторную систему, которая контролирует апоптоз, пролиферацию, дифференцировку тканей. МикроРНК играют важную роль в нормальной физиологии организма, облегчая экспрессию генов в сложных тканевых системах, но и имеют значение в развитии патологических состояний, включая дисфункцию эндотелия, формирование с последующим разрывом атеросклеротической бляшки [33, 34]. Некоторые микроРНК рассматривают как возможные диагностические маркеры ИБС [6][34].

Экспрессионная активность гена VDR может модулироваться как самим витамином D, так и другими факторами, играющими важную роль в эпигенетических модификациях, такими как микроРНК [35].

Регуляторные сети микроРНК особенно важны для сигнальных молекул, к которым относится витамин D, оказывающих плейотропное действие на различные органы и ткани организма. В недавних исследованиях показана роль 1,25(OH)D в эпигенетической регуляции генов, особенно в качестве модулятора функции микроРНК [36].

Показано, что экспрессия VDR коррелирует с экспрессией таких провоспалительных цитокинов, как интерлейкин-1, 6 и 8, и может регулироваться микроРНК [36]. Авторы объясняют данную корреляцию тем, что микроРНК могут играть решающую роль в связанных с ожирением изменениях экспрессии VDR посредством местного влияния витамина D в развитии локального воспаления в жировой ткани, однако для подтверждения этого наблюдения необходимы дальнейшие исследования [37].

Как уже ранее упоминалось, витамин D подавляет экспрессию проангиогенной микроРНК-155, которая представляет из себя отрицательный регулятор экспрессии супрессора передачи сигналов цитокинов, путем ингибирования патогенетического пути NF-?B [35].

Потенциальный сайт связывания микроРНК-125b был идентифицирован в 3-нетранслируемой области гена VDR человека [38], где локализованы BsmI, ApaI и TaqI полиморфизмы гена VDR, которые потенциально могут оказывать влияние на взаимодействие микроРНК-125b и гена VDR. В исследовании на культуре клеток MCF-7 (эпителиоподобная клеточная линия, полученная из инвазивной аденокарциномы протоков молочной железы человека) установлено, что повышенная экспрессия микроРНК-125b сопровождалась снижением уровня эндогенного белка VDR на 40% [38].

Экспрессия VDR в висцеральной жировой ткани у пациентов с ожирением отрицательно коррелировала с уровнями микроРНК-125a-5p, микроРНК125b-5p и микроРНК-214-3p [36].

Сайт связывания микроРНК-21 также расположен в 3-регуляторном домене гена VDR [38] и, как и в случае с микроРНК-125b, потенциально может подвергаться влиянию одиночных нуклеотидных полиморфизмов гена VDR, локализованных в данной области. МикроРНК-21 экспрессируется в эндотелиоцитах и регулирует их функции. Результаты исследований, посвященных поиску роли данной микроРНК в атерогенезе, противоречивы. Lisse TS, et al. в 2013г установили, что при увеличении экспрессии микроРНК-21 в эндотелиоцитах снижается их миграция и пролиферация, что может свидетельствовать об антиангиогенной функции данной микроРНК. Экспрессия микроРНК-21 существенно повышена в атеросклеротических бляшках и макрофагах [30]. Следовательно, повышенная экспрессия микроРНК-21 может указывать на прогрессирующий рост атеросклеротических бляшек.

МикроРНК взаимодействуют с 3-нетранслируемым регионом таргетной мРНК посредством комплиментарности с её последовательностями, и в первую очередь подавляют экспрессию генов, вызывая деградацию или ингибирование трансляции транскриптов посредством частичного комплементарного связывания пар оснований с тремя первичными нетранслируемыми или экзонными областями. На функционирование микроРНК также могут повлиять и другие факторы, прежде всего изменения структуры генов — генетические полиморфизмы, амплификация, делеция генов, нарушение процессинга и метилирование [37].

VDR может либо подавлять, либо индуцировать микроРНК посредством двух механизмов:

1) прямой регуляции транскрипции через промотерные последовательности гена VDR или гена микроРНК;

2) косвенной регуляции с вовлечением других транскрипционных факторов.

МикроРНК, в свою очередь, могут регулировать действие, синтез и метаболизм витамина D или сами подвергаться влиянию сигналов VDR благодаря механизмам динамической обратной связи, что может приводить к дестабилизации мРНК и/или к ингибиции трансляции [30].

Заключение

Таким образом, в последние годы активно исследуется роль генетического полиморфизма гена VDR и микроРНК в развитии ИБС и её осложнений. Результаты исследований связи полиморфизма гена VDR и ИБС противоречивы, что может быть связано с различной встречаемостью вышеуказанных генотипов в различных этнических и расовых группах. В литературе практически отсутствуют исследования, посвященные встречаемости FokI, BsmI, ApaI и TaqI полиморфизмов гена VDR и их связи с риском ИБС и особенностями её клинического течения в СевероЗападном регионе Российской Федерации.

Экспрессия VDR может регулироваться микроРНК125а-5р, микроРНК-125b-5р, микроРНК-214-3р и микроРНК-21 и иметь отрицательную корреляционную связь с уровнем провоспалительных цитокинов, однако для подтверждения этих данных требуется проведение более крупных исследований. В литературе имеются единичные работы, показавшие, что вышеуказанные микроРНК сами могут подвергаться влиянию полиморфных вариантов гена VDR благодаря механизмам динамической обратной связи, что может приводить к дестабилизации мРНК и к ингибиции трансляции. Поэтому исследование генетических и эпигенетических факторов, регулирующих экспрессию и функционирование VDR, крайне актуально.