Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

ASSOCIATION OF THE POLYMORPHISM OF ENDOTHELIAL NITRIC OXIDE SYNTHASE AND CARDIOVASCULAR DISEASES

Kuba A.A. 1 Nikonova J.M. 1 Feliksova O.M. 1 Khromova A.V. 1 Bebyakova N.A. 1
1 Northern State Medical University
The review have been composed of the analysis of the studies about association between endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and cardiovascular diseases (CVD). The emphasis was on the most prevalent polymorphism: 4b/a, G894T (Glu298Asp) and –786Т>C. The review included several meta-analyzes and articles. It was evaluateded not only the association between eNOS and different CVD but also the ethnic prevalence of the polymorphism of eNOS. In addition the combined action of several polymorphisms of eNOS in the development of CVD have been marked in one research. The main conditions of the study about association between eNOS and CVD have been done as a result of the article.
vasoconstriction
candidate genes
polymorphism eNOS
cardiovascular diseases

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) занимают первое место среди причин смертности среди трудоспособного населения по всему миру. По данным ВОЗ, в 2012 году в мире от ССЗ умерло 15,2 миллиона человек, что составляет 27,1% среди всех причин смерти. ССЗ включают в себя большое число патологических состояний, развитие которых связано с влиянием как внешнесредовых факторов, так и предрасполагающих генетических факторов. Благодаря развитию методов изучения генотипа стало возможным детальное изучение генов-кандидатов и их аллельных вариантов, возможно, являющихся факторами риска возникновения того или иного ССЗ.

ССЗ являются многофакторными заболеванием, то есть любое ССЗ обусловлено не только наличием того или иного неблагоприятного полиморфизма, а наличием неблагоприятной комбинации аллелей нескольких генов. Поэтому необходим комплексный подход к изучению генетического разнообразия генов, являющихся независимыми факторами риска возникновения ССЗ, а также к определению межгенного взаимодействия и ассоциации полиморфизма генов.

Одним из важных патогенетических признаков ССЗ является вазоконстрикция, направленная в первую очередь на улучшение кровоснабжения жизненно важных органов. Однако длительная вазоконстрикция приводит к нарушению микроциркуляции в тканях, развитию ишемических процессов и других ССЗ.

Важным фактором поддержания тонуса сосудов является мощный вазодилататор - оксид азота (NO). NO является термодинамически неустойчивой молекулой, период жизни которой в крови человека менее пяти секунд. В связи с чем гораздо больший объем NO составляют его производные: нитриты, нитраты, пероксинитриты, тионитриты, период жизни которых в организме составляет уже несколько минут (даже часы) и которые определяют их значение в качестве депо NO в организме [12].

Продукция NO осуществляется в двух режимах: базальном и стимулированном. Базальный режим в физиологических условиях поддерживает тонус сосудов и препятствует адгезии форменных элементов крови на сосудистый эндотелий. В случае стимулированной секреции - синтез NO усиливается при динамическом напряжении мышечных элементов сосуда, сниженном содержании кислорода в ткани, в ответ на выброс в кровь ацетилхолина, гистамина, норадреналина, брадикинина, АТФ и др. [16].

В организме человека и млекопитающих оксид азота главным образом образуется в результате окисления гуанидиновой группы аминокислоты L-аргинина с одновременным синтезом другой аминокислоты цитруллина под влиянием фермента NO-синтазы (NOS). Изучено три изоформы данного фермента: нейрональная (nNOS или NOS1), индуцибельная (iNOS или NOS2) и эндотелиальная (eNOS или NOS3) [15,17]. Две изоформы - NOS1 и NOS3 - являются контститутивными, то есть постоянно экспрессируются в нейрональных и эндотелиальных клетках соответственно. Именно eNOS обеспечивает базальную секрецию NO [40]. Целый ряд исследований показал, что дефицит NO в крови приводит к ряду ССЗ [3, 5, 9, 10, 11, 32]. Уровень и активность NO зависят от аллельного варианта генов синтеза NO. В связи с этим изучение генов-участников синтеза NO (прежде всего eNOS) стало одним из важных шагов в определении генетических факторов риска возникновения ССЗ. На данный момент накоплен значительный объем данных об ассоциации полиморфизма гена eNOS с различными заболеваниями, в том числе с ССЗ.

Более всего изучены следующие варианты полиморфизма eNOS: 4b/a, Glu298Asp и -786T>C. Ряд мета-анализов посвящены ассоциации полиморфизма eNOS и ССЗ.

Одним из наиболее изученных вариантов полиморфизма еNOS являются тандемные повторы в интроне 4 (4b/a). Вариант аллеля 4b включает 5 повторов (по 27 пар оснований), а редкий вариант 4а связан с делецией одной из трех первых пар оснований. В европейской популяции аллель eNOS 4b встречается значительно чаще, чем аллель с 4 повторами [47].

Casas et al., в 2004 году проанализировав 16 исследований (в сумме 12949 обследованных), пришел к выводу о повышенном риске ИБС у лиц гомозиготных по аллелю а интрона 4 в сравнении с носителями аллеля b [21]. Однако в 2010 году Li, J et al. проанализировав 19 работ, не обнаружили связи данного полиморфизма с ИБС [34].

Следующий мета-анализ включал в себя 37 работ и исследование 10617 пациентов с ИБС и 8032 лиц в группе контроля. Обследованные принадлежали как к азиатской, так и неазиатской популяции. Из всех работ 14 исследований были проведены на базе больниц (hospital-based), а 20 - путем популяционной выборки (population-based). Кроме того, 24 работы исследовали ассоциацию полиморфизма с ИБС, 9 - с острым инфарктом миокарда и 4 - с острой коронарной недостаточностью. В результате данного мета-анализа была выявлена значительная связь полиморфизма 4b/a еNOS с ИБС. Также связь данного полиморфизма с ИБС была обнаружена в зависимости от этнической принадлежности обследованных: в азиатской популяции обнаружена связь ИБС с аллелями аа. Интересно, что в группе обследованных евразийской расы не была обнаружена ассоциация данного полиморфизма с ИБС, что было объяснено различным распространением варианта в разных этнических группах и влиянием некоторых внешнесредовых факторов. Также исследователи предположили, что аллель 4а может быть фактором риска ИБС в группе population-based, но не в группе hospital-based. Поэтому был сделан вывод о малой применимости полученных данных о полиморфизме 4b/a eNOS в исследованиях с преимущественным участием пациентов больниц [50]. Отметим, что ряд ученых исследовали ассоциацию данного полиморфизма также сразу с несколькими патологическими состояниями [14].

Отметим отдельные исследования по поводу полиморфизма 4а. Исследование Т.Н. Баировой и соавт. было направлено на изучение связи данного полиморфизма 4b/a с развитием эссенциальной артериальной гипертензии (ЭАГ) в популяциях Восточной Сибири. Обследуемые были разделены на группу с ЭАГ (205 подростков) и контрольную группу (173 подростка). В результате были выявлены высокодостоверные различия частоты встречаемости гомозиготного генотипа 4а/4а гена еNOS у больных артериальной гипертензией подростков как бурятской, так и славянской популяций [1].

Работа Косянковой et al., посвященная полиморфизму генов NOS1, 2, 3 среди населения Сибири (русские, якуты, тувинцы), не выявила взаимосвязи ССЗ с аллельным вариантом 4b/a [6].

Таким образом, несмотря на преимущественно схожие результаты корреляции между аллелем 4а полиморфизма интрона 4 с ССЗ, при исследовании данной взаимосвязи необходимо учитывать не только распространенность данного аллеля в группах с ССЗ и без ССЗ, но и встречаемость данного алелля в изучаемых этнических группах.

На данный момент точно не известно, связан ли данный аллель 4а с уменьшением продукции NO, как отмечено в некоторых работах [42, 45], или же имеет место взаимодействие с другими генами eNOS [39, 48]. Данный вопрос реализации аллеля 4а в фенотип и его взаимодействии с другими генами требует дальнейшего изучения.

Полиморфизм гена eNOS Glu298Asp (G894T) и -786T>C также были проанализированы в нескольких мета-исследованиях. Полиморфизм Glu298Asp в экзоне 7 одни ученые связывают с низким уровнем NO и уменьшением реактивности сосудов [13, 30], а некоторые исследователи связывают с дозозависимым снижением ферментативной активности еNOS и снижением продукции NO [26]. Гомозиготы Asp/Asp характеризуются более низкой активностью еNOS по сравнению с генотипом Glu/Glu. Другим возможным механизмом влияния этого полиморфизма на уровень или активность еNOS может быть его неравновесное сцепление с еще не установленными функциональными вариантами гена еNOS [26, 37, 45].

Мета-анализы Casas et al. и Wolff et al., посвященные изучению полиморфизма гена еNOS при ИБС показали, что так же, как и в случае полиморфизма 4b/a, были отмечены значительные различия в частоте G894T и - 786C аллелей в этнических группах [20, 49]. В других исследованиях установлено, что для азиатской популяции характерна более низкая частота гомозигот Asp298 и Т-786C (Asp/Asp - 0,48 % против европейцев 10,73 %; C/C - 7,6 % против европейцев 32,3 %) гена еNOS и относительно низкая частота распространенности ИБС [20, 21, 44, 46, 49]. Кроме того, возможно, имеется связь между аллелем G полиморфизма Glu298Asp и возрастом установления АГ [7]. Отметим, что подобной теме связи между возрастом манифестациии ССЗ и полиморфизмом еNOS уделено на данный момент мало внимания ученых.

Работа Косянковой et al. была проведена с учетом этнического разнообразия популяции Сибири и авторами было установлено, что полиморфизм G894T гена NOS3 является фактором риска развития коронарного атеросклероза и эссенциальной артериальной гипертензии [6].

При скринировании популяции Республики Мордовии с целью определения распространенности Т-786С (rs2070744) полиморфизма в 5'-нетранслируемой области гена и его связи с патологией установлено, что гомозиготы С-786 чаще встречаются среди пациентов с атеросклерозом коронарных артерий по сравнению с группой контроля (24,6 % против 14,5 %). Риск развития патологии был выше у гомозигот СС по сравнению с гомозиготами ТТ [4].

Также была выявлена ассоциация полиморфизма -786Т>С с типом реакции сосудов на нагрузку у юношей европеоидной расы. У юношей (168 человек) с гипертонической реакцией на нагрузку в 3,5 раза чаще встречался генотип СС. Для таких гомозигот СС характерен более высокий тонус периферических сосудов и дисбаланс продукции основных вазоактивных эндотелиальных факторов, проявляющийся в повышенном уровне эндотелина-1 [2]. Характерно, что гипертоническая реакция сосудов на нагрузку отмечается у лиц со сбоем регуляторных механизмов поддержания тонуса сосудов, а также у гипертоников и у пред-гипертоников [8].

Отметим, что данное исследование выделяет в группе практически здоровых лиц группу с пока еще компенсированным состоянием сосудистых факторов, дисбаланс которых выявляется только при определенных тестах. Выделение такой группы со скрытой патологией ССЗ и определением ассоциации полиморфизма гена NOS в ней помогло бы изучить реализацию того или иного аллеля в фенотип и влияние внешнесредовых факторов.

Мета-анализ Cаsаs et al. показал, что мутация -786Т > С в промоторной области гена еNOS влияет на уровень экспрессии гена. Низкий уровень мРНК гена еNOS и сывороточного уровня нитратов/нитритов отмечен у лиц с вариантом -786С [20, 38, 43].

Кроме того, было отмечено, что для итальянской популяции два типа полиморфизма гена еNOS связаны с существенными ангиографическими изменениями. Ученые предполагают, что сочетание двух типов полиморфизма Т786С и Glu298Asp в одном геноме связано с большим риском развития ИБС по сравнению с одним типом [23, 49]. Таким образом, данное исследование показывает важность определения не отдельного полиморфизма, а их комбинации для выделения групп риска по ИБС.

Отметим, что ряд исследований не обнаружили взаимосвязи полиморфизма гена NOS3 с развитием ССЗ [27, 28, 29], что, возможно, объясняется небольшим объемом выборки в данных исследованиях.

Не вызывает сомнения, что полиморфизм гена eNOS связан с развитием ряда ССЗ, а также, возможно, с состояниями, предшествующими им. Кроме того, изучение процессов, которые способны модулировать активность генов, в том числе NOS3, например, физическая активность, гипоксия, прием циклоспорина А, статинов и др. [18, 19, 22, 24, 25, 31, 33, 35, 36,41], внесет весомый вклад в понимание процессов изменения уровня NO и формирования ССЗ.

Таким образом, анализ работ по данной тематике показал, что при изучении ассоциации полиморфизма генов eNOS (методом случайной выборки) с развитием ССЗ необходимо учитывать этническую принадлежность обследуемых и сочетание полиморфных вариантов и их комбинаций. Особую научную новизну в данной теме представляют исследования полиморфизма гена eNOS среди молодых лиц с определением их сосудистой реакции на нагрузку, которая позволяет выделить группу риска по ССЗ, что, в конечном итоге, позволит изучить влияние полиморфизма eNOS на раннее нарушение регуляции просвета сосудистой стенки.

Рецензенты:

Буюклинская О.В., д.м.н., доцент, декан факультета фармации и медицинской биологии, зав. кафедрой фармации и фармакологии ГБОУ ВПО «Северного государственного медицинского университета», г. Архангельск;

Щеголева Л.С., д.б.н., профессор, директор ФГБУН Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, г. Архангельск.