Роль полиморфизма генов фолатного цикла у матерей: вклад в предрасположенность к развитию врожденных пороков сердца

Читать метаданные

Врожденные пороки сердца (ВПС) — одна из ведущих причин детской инвалидизации и смертности во всем мире. Актуальной задачей на сегодняшний день является поиск предикторов, вовлеченных в патогенез данного заболевания. Одним из направлений, интересующих современных ученых, является изучение вклада генов фолатного цикла в развитие врожденных пороков сердца у детей.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучить ассоциации полиморфных локусов генов MTHFR (C677T), MTHFR (A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G) с предрасположенностью к развитию ВПС.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Выборка для исследования включала в себя 179 матерей, имеющих детей с врожденными пороками сердца (основная группа). В контрольную группу включены 103 женщины, имеющие двух и более здоровых детей. Генотипирование выполняли методом ПЦР в режиме реального времени. В качестве потенциальных маркеров выбраны 4 полиморфных варианта 3 генов фолатного цикла: MTHFR (C677T, A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G). Анализ межгенных взаимодействий осуществляли при помощи метода сокращения многофакторной размерности (Multifactor Dimensionality Reduction, MDR).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Выявлены 2 статистически значимые модели межгенных взаимодействий, которые ассоциированы с предрасположенностью к развитию ВПС. Модель A представлена сочетанием двух полиморфных вариантов генов MTHFR (C677T) и MTRR (A66G). Модель Б включала в себя сочетание всех исследуемых полиморфных вариантов генов фолатного цикла. Для модели A, так же, как и для модели Б, значимые протективные сочетания женских генотипов исследуемых генов фолатного цикла в отношении формирования ВПС в последующем поколении не выявлены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование показало, что ВПС без хромосомных аномалий ассоциированы с сочетанным генотипом MTHFR (C677T) *C/T—MTRR (A66G)*A/G; OP 2,15 (95% ДИ 1,75; 4,96), p=0,01. Кроме того, синергетическим действием в реализации риска формирования спорадических ВПС в последующем поколении обладают полиморфные варианты генов MTHFR (C677T) и MTRR (A66G), а антагонистическим — MTHFR (A1298C) и MTR (A2756G).

Ключевые слова:

гены фолатного цикла

ВПС

гомоцистеин

фолиевая кислота

Авторы:

Шабалдин А.В.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» Минобрнауки России

Синицкая А.В.

Шмулевич С.А.

Понасенко А.В.

Дата поступления:

30.11.2021

Дата принятия в печать:

01.07.2022

Список литературы:

Du B, Shi X, Yin C, Feng X. Polymorphisms of methalenetetrahydrofolate reductase in recurrent pregnancy loss: an overview of systematic reviews and meta-analyses. Journal of Assisted Reproduction and Genetics. 2019;36(7):1315-1328. https://doi.org/10.1007/s10815-019-01473-2
Guo QN, Wang HD, Tie LZ, Li T, Xiao H, Long JG, Liao SX. Parental Genetic Variants, MTHFR 677C>T and MTRR 66A>G, Associated Differently with Fetal Congenital Heart Defect. BioMed Research International. 2017;2017:3043476. https://doi.org/10.1155/2017/3043476
Wang HL, Sun L, Zhou S, Wang F. Association between 5,10-methylenetetrahydrofolate, gene polymorphism and congenital heart disease. Journal of Biological Regulators and Homeostatic Agents. 2018; 32(5):1255-1260.
Chrysant SG, Chrysant GS. The current status of homocysteine as a risk factor for cardiovascular disease: a mini review. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 2018;16(8):559-565. https://doi.org/10.1080/14779072.2018.1497974
Chen X, Gao B, Ponnusamy M, Lin Z, Liu J. MEF2 signaling and human diseases. Oncotarget. 2017;8(67):112152-112165. https://doi.org/10.18632/oncotarget.22899
Ebaid H, Bashandy SAE, Abdel-Mageed AM, Al-Tamimi J, Hassan I, Alhazza IM. Folic acid and melatonin mitigate diabetic nephropathy in rats via inhibition of oxidative stress. Nutrition and Metabolism. 2020;17:6. https://doi.org/10.1186/s12986-019-0419-7
Саперова Е.В., Вахлова И.В. Врожденные пороки сердца у детей: распространенность, факторы риска, смертность. Вопросы современной педиатрии. 2017;16(2):126-133. https://doi.org/10.15690/vsp.v16i2.1713
Deng C, Deng Y, Xie L, Yu L, Liu L, Liu H, Dai L. Genetic polymorphisms in MTR are associated with non-syndromic congenital heart disease from a family-based case-control study in the Chinese population. Scientific Reports. 2019;9(1):5065. https://doi.org/10.1038/s41598-019-41641-z
Yang Y, Luo Y, Yuan J, Tang Y, Xiong L, Xu M, Rao X, Liu H. Association between maternal, fetal and paternal MTHFR gene C677T and A1298C polymorphisms and risk of recurrent pregnancy loss: a comprehensive evaluation. Archives of Gynecology and Obstetrics. 2016;293(6):1197-1211. https://doi.org/10.1007/s00404-015-3944-2
Khan R, Tang J, Hussain HMJ, Muhammad N, Sun Y, Wang C, Daha Fazla. Association of MTHFR C677T with Idiopathic Recurrent Pregnancy Loss in Anhui Province of China. International Journal of Human Genetics. 2019;19(4):158-164. https://doi.org/10.31901/24566330.2019/19.04.728
Mazokopakis EE, Papadomanolaki MG. Methylene tetrahydrofolate reductase (MTHFR) gene polymorphisms among Greek women with medical history of recurrent pregnancy loss. Archives of Gynecology and Obstetrics. 2020;302(6):1555-1556. https://doi.org/10.1007/s00404-020-05485-7
Цепокина А.В., Хуторная М.В., Шабалдин А.В., Понасенко А.В. Особенности распределения генотипов полиморфных вариантов rs2234246 и rs4711668 TREM-1 у детей с дуктус-зависимыми врожденными пороками сердца. Трансляционная медицина. 2019;6(4):5-12.
Lou XY, Chen GB, Yan L, Ma JZ, Zhu J, Elston RC, Li MD. A generalized combinatorial approach for detecting gene-by-gene and gene-by-environment interactions with application to nicotine dependence. American Journal of Human Genetics. 2007;80(6):1125-1137. https://doi.org/10.1086/518312
Virani SS, Alonso A, Benjamin EJ, Bittencourt MS, Callaway CW, Carson AP, Chamberlain AM, Chang AR, Cheng S, Delling FN, Djousse L, Elkind MSV, Ferguson JF, Fornage M, Khan SS, Kissela BM, Knutson KL, Kwan TW, Lackland DT, Lewis TT, Lichtman JH, Longenecker CT, Loop MS, Lutsey PL, Martin SS, Matsushita K, Moran AE, Mussolino ME, Perak AM, Rosamond WD, Roth GA, Sampson UKA, Satou GM, Schroeder EB, Shah SH, Shay CM, Spartano NL, Stokes A, Tirschwell DL, VanWagner LB, Tsao CW; American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart Disease and Stroke Statistics-2020 Update: A Report from the American Heart Association. Circulation. 2020;141(9):139-596. https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000757
Lievers KJ, Boers GH, Verhoef P, den Heijer M, Kluijtmans LA, van der Put NM, Trijbels FJ, Blom HJ. A second common variant in the methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) gene and its relationship to MTHFR enzyme activity, homocysteine, and cardiovascular disease risk. Journal of Molecular Medicine. 2001;79(9): 522-528. https://doi.org/10.1007/s001090100253
Elizabeth KE, Praveen SL, Preethi NR, Jissa VT, Pillai MR. Folate, vitamin B12, homocysteine and polymorphisms in folate metabolizing genes in children with congenital heart disease and their mothers. European Journal of Clinical Nutrition. 2017;71(12):1437-1441. https://doi.org/10.1038/ejcn.2017.135
Yu Y, Jia C, Shi Q, Zhu Y, Liu Y. Hyperhomocysteinemia in men with a reproductive history of fetal neural tube defects: Three case reports and literature review. Medicine. 2019;98(2):e13998. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000013998
van Beynum IM, Kapusta L, den Heijer M, Vermeulen SH, Kouwenberg M, Daniëls O, Blom HJ. Maternal MTHFR 677C>T is a risk factor for congenital heart defects: effect modification by periconceptional folate supplementation. European Heart Journal. 2006; 27(8):981-987. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehi815
Wang L, Yang B, Zhou S, Gao H, Wang F, Zhou J, Wang H, Wang Y. Risk factors and methylenetetrahydrofolate reductase gene in congenital heart disease. Journal of Thoracic Disease. 2018;10(1):441-447. https://doi.org/10.21037/jtd.2017.12.08
Li P, Huang L, Zheng Y, Pan X, Peng R, Jiang Y, Finnell RH, Li H, Qiao B, Wang HY. A missense mutation in TCN2 is associated with decreased risk for congenital heart defects and may increase cellular uptake of vitamin B12 via Megalin. Oncotarget. 2017;8(33): 55216-55229. https://doi.org/10.18632/oncotarget.19377

Закрыть метаданные

Введение

Фолатный цикл с позиции его роли в раннем онтогенезе является важным процессом, обеспечивающим жизнедеятельность плода, плаценты и материнского микроокружения [1]. Он объединяет в себя два внутриклеточных циклических процесса. Для эффективной работы этих двух циклов (тетрагидрофолат-метилтетрагидрофолат и метионин-гомоцистеин) необходима слаженная работа как минимум трех ферментов MTHFR, MTR и MTRR. Одним из достаточно изученных последствий снижения активности MTHFR, MTR и MTRR является гипергомоцистеинемия, которая является составляющей отдельных звеньев патогенеза репродуктивных потерь и врожденных пороков плода, в том числе сердечно-сосудистой системы [2—4]. В отношении механизмов влияния гипергомоцистеинемии на плод и на эмбриогенез сердечно-сосудистой системы высказано несколько важных версий. Так, материнский гомоцистеин, являясь серосодержащей непротеиногенной аминокислотой, может проникать в ткани эмбриона. Токсическое влияние гомоцистеина на эмбриобласт и на прогениторные клетки формирующейся сердечно-сосудистой системы связано с его безрецепторным проникновением в эти клетки с последующей активацией MAP-киназы и ассоциированного с ней апоптоза [5]. Кроме того, повышенная концентрация гомоцистеина может стимулировать в лимфоцитах материнского микроокружения эмбриона синтез провоспалительных цитокинов — фактора некроза опухоли (TNF-α) и гамма-интерферона [6]. Высокая концентрация медиаторов воспаления в системе «мать-эмбрион» также будет стимулировать пироптоз в клетках эмбриона. Формирование пороков и аномалий развития, в том числе сердечно-сосудистой системы, может определяться и дисфункцией фолатного цикла у эмбриона за счет наследования им «патологических» аллелей генов основных ферментов этих процессов. Именно эти нарушения указываются как ключевые в патогенезе аномалий и пороков развития центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы у плода [2].

Врожденные пороки сердца (ВПС) являются ведущей врожденной аномалией, и их частота достигает 1% у живорожденных детей. Причем частота критических ВПС увеличивается из года в год [7]. На сегодняшний день уже получены для некоторых популяций мира ассоциации полиморфных вариантов генов фолатного цикла с предрасположенностью к ВПС [2, 3, 8].

Основными генетическими маркерами риска формирования ВПС в последующем поколении могут быть широко изученные полиморфные варианты генов фолатного цикла: MTHFR (C677T), MTHFR (A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G) [9—11].

Цель исследования — изучить ассоциации полиморфных локусов генов MTHFR (C677T), MTHFR (A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G) с предрасположенностью к развитию ВПС.

Материал и методы

В соответствии с целью исследования в основную группу включены 179 женщин, имеющих детей с патологией развития сердца, в контрольную группу — 103 женщины, которые имели условно здоровых детей. Возраст женщин основной группы составлял от 18 до 41 года, контрольной — от 19 до 44. Группы формировали на базе ГБУЗ «Кузбасский клинический кардиологический диспансер имени академика Л.С. Барбараша», где проходили лечение дети включенных в исследование. Исследование одобрено локально этическим комитетом НИИ КПССЗ (протокол №20 от 24.11.16). Для набора основной и контрольной групп исследования использовали критерии включения и исключения, описанные нами ранее [12].

Материалом для исследования послужила геномная ДНК, выделенная из венозной крови методом фенол-хлороформной экстракции согласно протоколу. Качество и количество выделенной ДНК оценивали на спектрофотометре NanoDrop ND-2000C («Thermo Scientific», США).

В качестве потенциальных маркеров выбраны 4 полиморфных локуса в 3 генах: MTHFR (C677T, A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G), типирование которых проводили методом ПЦР коммерческими наборами (ООО «ДНК-Технология», Россия) для определения метаболизма фолатов (R1-H908-N3/4, Россия).

Статистический анализ проводили с использованием программ GraphPad Prism 8.0 («GraphPad Software», США) и SNPstats (https://bioinfo. iconcologia.net/SNPstats). Проверку на соответствие равновесию Харди—Вайнберга выполняли с помощью теста χ². Для выявления ассоциаций полиморфных вариантов с развитием ВПС вычисляли значение относительного риска (ОР) и 95% доверительного интервала (ДИ).

С помощью программы MDR 3.0.2. (Multifactor Dimensionality Reduction, MDR) проводили анализ межгенных взаимодействий, позволяющий выбрать одну из оптимальных моделей, которая обладает наибольшей точностью и минимальной ошибкой предсказания (X.Y. Lou и соавт., 2007) [13]. Различия считали статистически значимыми при уровне p<0,05.

Результаты

Распределение частоты выявления генотипов, включенных в исследование полиморфных вариантов генов, соответствовало распределению Харди—Вайнберга. Проведенный анализ ассоциаций полиморфных вариантов изучаемых генов с предрасположенностью к развитию ВПС у матерей, имеющих детей с пороками сердца, и у женщин, которые имели условно здоровых детей, не показал статистической значимости (табл. 1).

Таблица 1. Частота генотипов MTHFR (C677T), MTHFR (A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G) у женщин, имеющих детей с врожденными пороками сердца

Локус	Генотип	Контрольная группа (n=103), n (%)	Женщины, имеющие детей с ВПС (n=179), n (%)	p	HWE
MTHFR (A1298C)	n	93 (100)	178 (100)	—	—
	A/A	39 (41,9)	79 (44,4)	0,79	0,5
	A/C-C/C	54 (58,06)	99 (55,6)	0,79	0,5
MTHFR (C677T)	n	93 (100)	178 (100)	—	—
	C/C	50 (53,8)	85 (47,8)	0,41	0,88
	C/T-T/T	43 (46,2)	93 (52,2)	0,41	0,88
MTRR (A66G)	n	93 (100)	179 (100)	—	—
	G/G	32 (34,4)	50 (27,9)	0,33	0,39
	A/A*	61 (65,6)	129 (72,1)	0,33	0,39
MTR (A2756G)	n	93 (100)	179 (100)	—	—
	A/A	55 (59,1)	103 (57,5)	0,90	0,49
	A/G-G/G	38 (40,9)	76 (42,5)	0,90	0,49

Примечание. ВПС — врожденный порок сердца. * — А.В. Цепокина и соавт., 2019 [12].

Выявлены 2 статистически значимые модели межгенных взаимодействий (табл. 2), которые ассоциированы с предрасположенностью к развитию ВПС. Модель А представлена сочетанием двух полиморфных вариантов генов MTHFR (C677T) и MTRR (A66G).

Таблица 2. Модели межгенного взаимодействия полиморфных локусов генов фолатного цикла, ассоциированных с предрасположенностью к развитию врожденных пороков сердца

Модель	Bal. Acc. Tr.	Bal. Acc. Test.	Se.	Sp.	Cons.	Pre.
А. MTHFR (C677T /MTRR (A66G)	0,58	0,52	0,47	0,70	9/10	0,75
Б. MTHFR (A1298C) /MTHFR (C677T) /MTRR (A66G) /MTR (A2756G)	0,65	0,45	0,66	0,64	10/10	0,78

Модель Б включала в себя сочетание всех четырех исследуемых полиморфных вариантов генов фолатного цикла.

Характер межгенных взаимодействий (синергизм, антагонизм и аддитивные взаимодействия) в модели Б представлен на рис. 1 на цв. вклейке.

Рис. 1. Диаграмма межгенных взаимодействий генов фолатного цикла, ассоциированных с предрасположенностью к развитию врожденных пороков сердца (ВПС).

Характер взаимодействия между полиморфными вариантами генов фолатного цикла характеризуется цветом линий: красный — выраженный синергизм, оранжевый — умеренный синергизм, синий — выраженный антогонизм, зеленый — умеренный антогонизм, коричневый — аддитивное взаимодействие.

Как видно из рис. 1, наибольший вклад в предрасположенность к развитию ВПС вносит ген MTHFR (A1298C) (1,91% энтропии), а также парные межгенные взаимодействия MTHFR (C677T) с MTRR (A66G) (1,31% энтропии). В то же время межгенные взаимодействия женских MTHFR (A1298C) с MTR (A2756G) вносят антогонистический вклад при формировании ВПС в последующем поколении со степенью энтропии 0,99%.

Анализ отдельных сочетаний генотипов исследуемых полиморфных вариантов генов фолатного цикла представлен на рис. 2.

Рис. 2. Особенности сочетаний генотипов исследуемых генов фолатного цикла у женщин основной и контрольной групп.

а — модель А; б — модель Б; темно-серые ячейки — сочетание генотипов высокого риска; светло-серые ячейки — протективные сочетания генотипов.

Для модели А (см. рис. 2, а) значимым в отношении высокого риска формирования ВПС в последующем поколении было сочетание двух гетерозиготных генотипов MTHFR (C677T)*C/T—MTRR (A66G)*A/G —OP 2,15 (95% ДИ 1,75; 4,96), p=0,01. Протективные сочетания женских генотипов исследуемых генов фолатного цикла в отношении формирования ВПС в последующем поколении не выявлены.

Для модели Б (см. рис. 2, б), также показано единственное значимое в отношении высокого риска формирования ВПС в последующем поколении сочетание четырех генотипов исследуемых генов фолатного цикла. Так, сочетание MTHFR (A1298C)*A/A—MTHFR (C677T)*C/T—MTRR (A66G)*A/G—MTR (A2756G)*A/A чаще встречалось у женщин основной группы, чем контрольной — OP 2,03 (95% ДИ 1,69; 5,12), p<0,05. Для модели Б, так же, как и для модели А, значимые протективные сочетания женских генотипов исследуемых генов фолатного цикла в отношении формирования ВПС в последующем поколении не выявлены.

Обсуждение

Исследование выполнено в группе женщин, имеющих детей с различными нозологическими формами ВПС. Удельный вес рождения детей со спорадическими ВПС без хромосомных синдромов и заболеваний составляет около 80% [14]. Именно прегравидарное прогнозирование риска формирования таких ВПС в последующем поколении имеет актуальное значение для современной профилактической медицины.

Доказано, что генотипы T/T и C/T MTHFR (C677T) ассоциированы с низкой средней удельной активностью фермента MTHFR и незначительной гомоцистеинемией [15]. Кроме того, авторами данного исследования показано, что аллели и генотипы полиморфного варианта гена MTHFR (A1298C) не связаны с активность кодируемого фермента. Незначительная гипергомоцистеинемия может лежать в патогенезе пороков развития плода [16, 17]. Показано, что сочетание снижения уровня фолата и увеличения уровня гомоцистеина в плазме крови и генотипов T/T и C/T MTHFR (C677T) у женщин, может являться фактором высокого риска формирования ВПС у их детей [16].

Полученные нами данные о синергетическом влиянии двух полиморфных вариантов генов MTHFR (C677T) и MTRR (A66G) согласуются с результатами мировых исследований. Так, китайские ученые установили, что в семейных парах, имеющих детей с ВПС различных фенотипов, аллель Т полиморфного варианта гена MTHFR (C677T) встречался чаще по сравнению с семейными парами, имеющих детей с дефектом межжелудочковой перегородки, в то время как аллель G полиморфного варианта гена MTRR (A66G) чаще встречался у родителей, чьи дети имели дефект межжелудочковой перегородки [2].

В исследовании, проведенном в 2006 г., также выявлено, что женщины с гомозиготным генотипом T/T MTHFR (C677T), не принимавшие фолиевую кислоту, имели более высокий риск рождения ребенка с ВПС. Кроме того, доказано трехкратное увеличение риска развития ВПС у потомства, если матери имели гетерозиготный генотип C/T MTHFR (C677T) и не принимали фолиевую кислоту [18]. Другая группа исследователей из Китая подтвердила гипотезу о том, что матери — носители гомозиготного генотипа T/T MTHFR (C677T) имеют более высокий риск рождения потомства с ВПС. Однако у отцов при проведении сравнительного анализа частоты выявления исследуемых генотипов статистически значимо не различались. Стоит отметить, что у детей, имеющих ВПС, гомозиготный генотип T/T MTHFR (C677T) также встречается чаще, чем у здоровых детей, что может свидетельствовать о его влиянии в отношении риска развития данной патологии [19].

Выявленная ассоциация сочетанных женских генотипов MTHFR (C677T)*C/T—MTRR (A66G)*A/G с ВПС у их детей является отправной точкой для разработки методов прегравидарной профилактики формирования спорадических ВПС в последующем поколении. В частности, у женщин с таким сочетанным генотипом необходим персонифицированный подход в выборе профилактических доз препаратов фолиевой кислоты и цианокобаламина (витамина B12). Подбор профилактических доз витаминов должен быть проведен с учетом содержания фолиевой кислоты, витамина B12 и их метаболитов в периферической крови женщин. О роли дефицита витамина B12 как фактора риска формирования ВПС неоднократно сообщалось в печати [20].

Заключение

Таким образом, исследование показало, что врожденные пороки сердца положительно ассоциированы с сочетанным генотипом MTHFR (C677T)*C/T—MTRR (A66G)*A/G полиморфных вариантов генов фолатного цикла. Кроме того, синергетическим действием в реализации формирования спорадических врожденных пороков сердца в последующем поколении обладают полиморфные варианты женских генов MTHFR (C677T) и MTRR (A66G), а антагонистическим — MTHFR (A1298C) и MTR (A2756G).

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Шабалдин А.В., Понасенко А.В.

Сбор и обработка материала — Синицкая А.В., Шмулевич С.А.

Статистический анализ данных — Синицкая А.В., Шмулевич С.А.

Написание текста — Шабалдин А.В.,

Редактирование — Шабалдин А.В., Понасенко А.В.

Финансирование. Работа выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ №0546-2019-0002 «Патогенетическое обоснование разработки имплантатов для сердечно-сосудистой хирургии на основе биосовместимых материалов, с реализацией пациент-ориентированного подхода с использованием математического моделирования, тканевой инженерии и геномных предикторов».

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.