Ассоциация полиморфизмов HSPA1B, S100B и TNF- генов с риском развития хронической ртутной интоксикации

Бесплатный доступ

Изучена ассоциация полиморфизмов HSPA1B (+1267A/G, rs1061581), TNF-α (-308G/A, rs1800629) и S100B (C/T, rs9722) генов с формированием хронической ртутной интоксикации. Анализ ПЦР-ПДРФ использован при обследовании когорты из 128 работников, подвергшихся хроническому воздействию паров ртути и распределенных по двум группам. Стажированные работники без хронической ртутной интоксикации составили группу 1 (n = 46), пациенты в отдаленном периоде хронической ртутной интоксикации - группу 2 (n = 82). Дополнительно оценено распределение частот генотипов rs1061581 в региональной субпопуляции у 298 практически здоровых мужчин (группа 3). Для полиморфного варианта HSPA1B (+1267A/G) установлена повышенная частота носительства как минорного G-аллеля (р = 0,003), так и GG редкой гомозиготы (р = 0,005) в группе 2 относительно группы 1. У 23,2 % пациентов группы 2 обнаружен GG-генотип, при этом 95 % его носителей имели диагноз хронической ртутной интоксикации. Не выявлено различий в распределении генотипов в профессиональной когорте (группы 1 и 2) по сравнению с группой 3. Показано, что гомозиготный GG-HSP1AB (+1267A/G) генотип ассоциируется с риском развития хронической ртутной интоксикации (OR = 13,57, p function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Ртуть, хроническое воздействие, хроническая ртутная интоксикация, полиморфизм генов, белки теплового шока 70, фактор некроза опухолей, белок s100b, риск

Короткий адрес: https://sciup.org/142229570

IDR: 142229570   |   DOI: 10.21668/health.risk/2021.1.13

Текст научной статьи Ассоциация полиморфизмов HSPA1B, S100B и TNF- генов с риском развития хронической ртутной интоксикации

Ранее сообщалось, что медицинское сопровождение предприятий производства каустика с технологией ртутного электролиза позволило сформировать когорту работников, хронически экспонированных парами металлической ртути [1]. Последняя включала в том числе пациентов в отдаленном периоде хронической ртутной интоксикации (ХРИ) с прогредиентным характером течения и формированием тяжелого органического поражения головного мозга [2]. Обнаруженные у пациентов этой группы признаки нейродегенеративных процессов определили наш интерес к белкам теплового шока семейства 70 (HSP70, HSPA1 гены), играющим ключевую цитопротекторную роль при нейродегенеративных заболеваниях [3]. Было установлено, что носительство СС-HSPA1A (+190G/C) и GG-HSPA1B (+1267A/G) редких гомозигот и их комбинации ассоциировано с высоким риском развития ХРИ [1]. Кроме того, носители GG-HSPA1B (+1267A/G) генотипа имели больший биологический возраст относительно такового у носителей других генотипов среди пациентов с диагнозом ХРИ [4].

Специфика поражения головного мозга у пациентов с ХРИ обусловила наше внимание к фактору некроза опухолей TNF-α как к ключевому медиатору воспалительного / иммунного ответа [5]. Ген TNF-α является одним из самых полиморфных генов цитокинов и, как и HSPA1 -гены, располагается в

Черняк Юрий Ильич – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: ; тел.: 8 (3955) 58-69-10, доб. 1412; ORCID: .

локусе главного комплекса гистосовместимости на коротком плече хромосомы 6. Giacconi et al. [6] установили значимую связь между 1267A/G HSP70 -полиморфизмом и уровнями TNF-α в плазме у здоровых пожилых людей. В частности, носители G-аллеля имели повышенный уровень TNF-α, что, по мнению авторов, свидетельствует о провоспалительной роли этого аллеля. Выраженная экспрессия HSP70 вызывает репрессию индуцированной липополисахаридами продукции TNF-α и IL-6, оказывая противовоспалительный эффект.

В сыворотке крови пациентов с диагнозом ХРИ было отмечено значимое повышение концентрации эндогенного белка S100В, принадлежащего к суперсемейству кальцийсвязывающих белков S100, что могло характеризовать степень активности патологического процесса [7]. Белок S100B экспрессируется в различных типах клеток центральной нервной системы, его повышенные концентрации были описаны, в частности, для пациентов с болезнью Альцгеймера и Паркинсона [8, 9]. Из-за отсутствия специфичности некоторые исследователи не рекомендуют полагаться на концентрацию белка для дифференциальной диагностики в случае подозрения на нейродегенеративные расстройства, а также отмечают ограниченную полезность S100B для мониторинга прогрессирования заболевания [10]. К настоящему времени в литературе достаточно широко представлены результаты исследований, направленных на оценку возможной связи между однонуклеотидными полиморфизмами в гене, кодирующем S100B, и различными заболеваниями [9, 11, 12].

Цель настоящей работы – исследование ассоциации некоторых полиморфизмов HSPA1B , S100B и TNF-α генов с риском формирования хронической ртутной интоксикацией.

Материалы и методы. Для выявления ассоциации полиморфных вариантов HSPA1B (+1267A/G, rs1061581), TNF-α (–308G/A, rs1800629) и S100B (C/T, rs9722) генов с формированием ХРИ была изучена сформированная в 2016 г. и позднее дополненная когорта из 128 бывших работников производства каустика, подвергшихся хроническому воздействию паров ртути [1]. Обследованных распределили в две группы: стажированные работники, не имеющие ХРИ, составили группу 1 ( n = 46), пациенты в отдаленном периоде ХРИ – группу 2 ( n = 82). Для оценки распределения носительства генотипов HSPA1B (+1267A/G) полиморфного локуса в региональной субпопуляции дополнительно были обследованы 298 мужчин (группа 3) из практически здоровых работников, не контактировавших с ртутью в производственных условиях. Данные о результатах многолетних клинических обследований персонала, о содержании ртути в биосубстратах и загрязнении рабочей зоны предприятий производств каустика были обобщены ранее [1].

После получения письменного информированного согласия на участие в обследовании выполнял- ся забор венозной крови в вакутейнеры с K3ЭДТА. Образцы аликвотировали и хранили при температуре –70 °С до проведения анализа. ДНК выделяли с помощью комплекта реагентов «ДНК-экспресс-кровь-плюс» («Литех», Россия), затем выполняли ПЦР– ПДРФ анализ. Для генотипирования (rs1061581 и rs1800629) использовали праймеры, синтезированные «Медиген» (Новосибирск, Россия) и «Евроген» (Москва, Россия), эндонуклеазы рестрикции PstI и TaaI от Thermo Fisher Scientific (Литва) соответственно. Структура использованных праймеров и условия проведения ПЦР детально изложены в работах [13, 14]. Исследование rs9722 проводили с использованием коммерческих наборов от «Литех» (Москва, Россия). Электрофорез осуществляли в 1,5%-ном агарозном геле (rs1061581 и rs1800629) и 7,5%-ном полиакриламидном геле (rs9722), результаты реакций оценивали в проходящем УФ-свете после окрашивания этидиумом бромидом.

Точный критерий Фишера (двусторонний тест) для оценки различий между группами по частотам аллелей и генотипов выполняли с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.1 (StatSoft, USA). Программу SNPStats применяли для проверки соответствия равновесию Харди – Вайнберга (χ2-тест) и логистической регрессии с целью выявления ассоциации изученных полиморфных локусов с ХРИ для нескольких генетических моделей [15]. Результаты регрессионного анализа представляли в виде отношения шансов ( OR ), 95%-ного доверительного интервала (95 % CI ) и точного уровня значимости р .

Результаты и их обсуждение. Распределение частот генотипов изученных полиморфизмов соответствовало равновесию Харди – Вайнберга во всех обследованных группах. Только для полиморфного варианта HSPA1B (+1267A/G) выявлены различия по частоте аллелей и генотипов между группами 1 и 2 (табл. 1). Об этом свидетельствовала повышенная частота носительства как редкого G-аллеля ( р = 0,003), так и GG редкой гомозиготы ( р = 0,005) в группе 2 относительно группы 1. У 23,2 % пациентов (у 19 из 82) группы 2 был обнаружен GG-генотип, при этом 95 % (19 из 20) его носителей имели диагноз ХРИ. Следует отметить, что проведенное исследование определило только двух носителей редкой АА-гомозиготы rs1800629 в группе 2 и полное отсутствие носителей ТТ-гомозигот rs9722 в обеих группах работников.

Распределение генотипов полиморфного локуса +1267A/G HSP1AB гена у индивидов в обследованных группах обобщено в табл. 2. Полученные результаты указывают на то, что только для носителей GG-генотипа выявлены значимые отличия при сравнении данных группы 1 с таковыми группы 3. Особо отметим отсутствие различий частот носительства генотипов (в том числе и GG) при сравнении когорты работников, подвергшихся хронической ртутной интоксикации (группы 1 и 2), относительно субпопуляционной выборки из мужчин, представленной группой 3.

Таблица 1

Распределение аллелей и генотипов полиморфных вариантов HSP1AB , TNF-α и S100B генов

Ген (полиморфный локус), аллели и генотипы

Группа 1, n = 46

Группа 2, n = 82

p*

HSPA1B (rs1061581)

А

68 (0,74)

90 (0,55)

0,003

G

24 (0,26)

74 (0,45)

AA

23 (0,5)

27 (0,33)

0,062

AG

22 (0,48)

36 (0,44)

0,714

GG

1 (0,02)

19 (0,23)

0,005

TNF-α (rs1800629)

G

78 (0,85)

146 (0,89)

0,331

A

14 (0,15)

18 (0,11)

AA

0 (0)

2 (0,02)

0,536

AG

14 (0,3)

14 (0,17)

0,118

GG

32 (0,7)

66 (0,8)

0,194

S100B (rs9722)

C

83 (0,9)

143 (0,87)

0,547

T

9 (0,1)

21 (0,13)

СС

37 (0,8)

61 (0,74)

0,518

СТ

9 (0,2)

21 (0,26)

TT

0 (0)

0 (0)

П р и м е ч а н и е : приведены абсолютные значения (относительная частота); * – точный критерий Фишера, df = 2.

Обсуждая распределение генотипов изученных полиморфных локусов, отметим, что в объединенной группе и группе 3 частота носительства GG- HSP1AB (+1267A/G) генотипа (0,16 и 0,17 соответственно) была сопоставима с таковой в польской когорте (0,17) [6]. Обращает на себя внимание, что во всех названных группах частота носительства данного генотипа была несколько ниже, чем в группе 2 (0,23). Что касается носительства редкой АА- TNF-α (–308G/A) гомозиготы (только два носителя в группе пациентов с ХРИ), ее частота в группе

2 (0,02) была несколько выше таковой в итальянской и греческой (0,009 и 0,014), но ниже, чем в немецкой, французской и польской выборках (0,027, 0,029 и 0,031 соответственно) [6]. К сожалению, в изученной нами когорте не было выявлено носителей ТТ- S100B (C/T, rs9722) гомозиготы. Как следует из данных литературы, частота носительства названного генотипа довольно низка. В частности, для двух контрольных когорт в шведском исследовании (421 и 372 индивида) она составила 0,010 и 0,013 (4 и 5 человек соответственно) [9]. Однако в исследовании пациентов с депрессией в китайской популяции частота носительства редкой ТТ-гомозиготы была значительно выше – 0,15 [16]. Можно предположить, что в последнем случае повышенная частота носительства названного генотипа была обусловлена не только ассоциацией с заболеванием, но и принадлежностью обследованных к другой расовой группе – монголоидной.

В табл. 3 представлены результаты логистической регрессии для основных генетических моделей. Для локуса HSP1AB (+1267A/G) проведенный анализ выявил, что гомозиготный по редкому аллелю GG-генотип ассоциирован с риском развития ХРИ (рецессивная модель, OR = 13,57 ( p < 0,0001); аддитивная модель, OR = 2,32 ( p = 0,0026)). При этом меньшее значение информационного критерия Акаике для рецессивной модели (AIC = 158,6) указывает на то, что она предпочтительней аддитивной (AIC = 162,1). Следует отметить, что анализ моделей для rs1800629 и rs9722 полиморфизмов не выявил значимых ассоциаций с ХРИ. Для S100B (C/T, rs9722) локуса была проанализирована только кодоминантная модель (CC/CT) из-за отсутствия в группах обследованных носителей редкой ТТ-гомозиготы. Генетические модели, скорректированные на стаж работы в контакте с ртутью, не обнаружили более значимой ассоциации с ХРИ.

Таблица 2

Распределение в группах генотипов полиморфного локуса +1267A/G HSP1AB гена

Генотип

Группа 1, n = 46

Группа 2, n = 82

Группы 1 и 2, n = 128

Группа 3, n = 298

р 1 / р 2 / р 3 *

AA

23 (0,5)

27 (0,33)

50 (0,39)

109 (0,36)

0,103/0,604/0,663

AG

22 (0,48)

36 (0,44)

58 (0,45)

139 (0,47)

1,000/0,708/0,833

GG

1 (0,02)

19 (0,23)

20 (0,16)

50 (0,17)

0,006/0,197/0,887

П р и м е ч а н и е : приведены абсолютные значения (относительная частота); * р 1 / р 2 / р 3 – точный критерий Фишера ( df = 2) при сравнении групп 1, 2 и 1+2 с группой 3 соответственно.

Таблица 3

Ассоциация изученных полиморфных локусов HSP1AB , TNF-α и S100B генов с формированием ХРИ

Ген (полиморфный локус)

Редкий аллель

Модель

OR (95 % CI ), p

AIC

HSPA1B (rs1061581)

G

AA/AG-GG AA-AG/GG AA-AG-GG

2,04 (0,97–4,27), 0,58 13,57 (1,75–105,09), 0,0004 2,32 (1,31–4,12), 0,0026

167,6

158,6

162,1

TNF-α (rs1800629)

A

GG/GA-AA GG-GA/AA GG-GA-AA

0,55 (0,24–1,57), 0,17 NA (0,00–NA), 0,18 0,69 (0,32–1,46), 0,43

169,3

169,4

170,2

S100B (rs9722) *

T

CC/CT

1,42 (0,59–3,42), 0,43

170,6

П р и м е ч а н и е : представлены результаты логистической регрессии для трех генетических моделей (сверху вниз): доминантной, рецессивной и аддитивной; NA – не определено; * – кодоминантная модель; AIC – значение информационного критерия Акаике.

Таблица 4

Ассоциация гаплотипов с формированием ХРИ, n = 128

Гаплотип

HSPA1B (+1267A/G)

TNF-α (–308G/A)

Частота

OR (95 % CI )

p

1

A

G

0,5447

1,00

2

G

G

0,3003

2,6 (1,27–5,32)

0,0098

3

G

А

0,0825

1,32 (0,45–3,89)

0,61

4

A

А

0,0425

0,38 (0,07–2,05)

0,26

На следующем этапе выполнен анализ гаплотипов для четырех возможных аллельных комбинаций локусов HSPA1B (+1267A/G) и TNF-α (–308G/A) (табл. 4). Только для G – G-гаплотипа выявлено значимое 2,6-кратное увеличение отношения шансов развития ХРИ ( OR = 2,6, CI 1,27–5,32, р = 0,0098). Значимость данного гаплотипа выглядит логичной, поскольку G- HSPA1B (+1267A/G) и G- TNF-α (–308G/A) аллели ассоциированы с выработкой высоких и пониженных уровней HSP70 и TNF-α соответственно [6]. Кроме того, между полиморфными локусами rs1061581 и rs1800629 отмечен значимый уровень ( р = 0,0004) неравновесного сцепления D ' = 0,459. Такие данные указывают на генетическое взаимодействие между локусами HSPA1B (+1267A/G) и TNF-α (–308G/A) в изученной когорте.

Расширение ранее сформированной когорты за счет восьми пациентов с диагнозом ХРИ, у троих из которых выявлено носительство GG- HSPA1B (1267A/G) генотипа, подтвердило обоснованность наших выводов на более раннем этапе исследований [1]. Кроме того, в настоящей работе установлено отсутствие различий в распределении генотипов в профессиональной когорте (группы 1 и 2) по сравнению с субпопуляционной выборкой (группа 3). Это позволяет предположить, что, несмотря на размер выборки обследованных работников, полученные результаты с большой вероятностью не являются ложноположительными. Отметим, что в проведенном исследовании в качестве генов-кандидатов были оценены полиморфные варианты HSPA1B , TNF-α и S100B генов, информация о которых отсутствует в последних специализированных обзорах, посвященных генетическим аспектам чувствительности к воздействию ртути [17, 18].

К настоящему времени существует понимание значимости того, как генетические варианты и полиморфизмы генов могут модифицировать нейротоксичность ртути в профессиональных когортах, для которых промышленные риски суммируются с экологическими [19]. Недавние исследования показали, что характер отложений неорганической ртути в тканях мозга людей, подвергшихся загрязнению окружающей среды, отличается от таковых у имевших острое или подострое воздействие высоких концентраций в производственных условиях [20]. В целом это обусловливает целесообразность проведения исследований генетического статуса работников для выявления гиперчувствительных индивидов, которым может быть причинен вред даже в случае воздействия относительно невысоких уровней токсиканта [19]. Представляется обоснованным, если такие подходы будут реализованы для персонала, привлекаемого к работам по ликвидации накопленного вреда на промплощадке бывшего ООО «Усольехим-пром», где только что завершен демонтаж наземной части самого опасного объекта на территории – цеха ртутного электролиза.

Выводы . Полученные в настоящей работе результаты позволяют заключить, что носители гомозиготного по редкому аллелю GG- HSPA1B (+1267A/G) генотипа имеют высокий прогностический риск развития хронической ртутной интоксикации.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБНУ ВСИМЭИ (№ 0534-2016-0006).

Список литературы Ассоциация полиморфизмов HSPA1B, S100B и TNF- генов с риском развития хронической ртутной интоксикации

  • Chemyak Yu.I., Merinova A.P. HSP70 (HSPA1) polymorphisms in former workers with chronic mercury vapor exposure // International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health. - 2017. - Vol. 30, № 1. - P. 77-85. DOI: 10.13075/ijomeh.1896.00732
  • Современные подходы к классификации профессиональной интоксикации ртутью / О.Л. Лахман, Е.В. Катама-нова, Т.Н. Константинова, О.И. Шевченко, В.А. Мещерягин, О.И. Андреева, Д.В. Русанова, Н.Г. Судакова // Экология человека. - 2009. - № 12. - С. 22-27.
  • Turturici G., Sconzo G., Geraci F. Hsp70 and its molecular role in nervous system diseases // Biochemistry Research International. - 2011. - Vol. 2011. - P. e618127. DOI: 10.1155/2011/618127
  • Черняк Ю.И., Шевченко О.И., Лахман О.Л. Полиморфные локусы HSPA1 генов и биологический возраст у лиц, подвергшихся хроническому воздействию паров ртути // Медицина труда и промышленная экология. - 2017. - № 10. -С. 38-42.
  • Rac mediates TNF-induced cytokine production via modulation of NF-kappa B / L.M. Williams, F. Lali, K. Willetts, C. Balague, N. Godessart, F. Brennan, M. Feldmann, B.M.J. Foxwell // Molecular Immunology. - 2008. - Vol. 45, № 9. -С. 2446-2454. DOI: 10.1016/j.molimm.2007.12.011
  • Association among 1267 A/G HSP70-2, -308 G/A TNF-a polymorphisms and pro-inflammatory plasma mediators in old ZincAge population / R. Giacconi, L. Costarelli, M. Malavolta, F. Piacenza, R. Galeazzi, N. Gasparini, A. Basso, E. Mariani [et al.] // Biogerontology. - 2014. - Vol. 15, № 1. - P. 65-79. DOI: 10.1007/s10522-013-9480-1
  • Боклаженко Е.В., Бодиенкова Г.М. Изменение уровня эндогенного белка S-100B при воздействии на организм ртути в условиях производства (предварительное сообщение) // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. - 2010. -№ 1 (71). - С. 14-16.
  • Brain interleukin 1 and S-100 immunoreactivity are elevated in Down syndrome and Alzheimer disease / W.S. Griffin, L.C. Stanley, C. Ling, L. White, V. MacLeod, L.J. Perrot, C.L. White 3rd, C. Araoz // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, № 19. - P. 7611-7615. DOI: 10.1073/pnas.86.19.7611
  • S100B polymorphisms are associated with age of onset of Parkinson's disease / C. Fardell, A. Zettergren, C. Ran, A.C. Belin, A. Ekman, O. Sydow, L. Bäckman, B. Holmberg [et al.] // BMC Medical Genetics. - 2018. - Vol. 19, № 1. - P. e42. DOI: 10.1186/s12881-018-0547-3
  • S100B protein in neurodegenerative disorders / J. Steiner, B. Bogerts, M.L. Schroeter, H.G. Bernstein // Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. - 2011. - Vol. 49, № 3. - P. 409-424. DOI: 10.1515/CCLM.2011.083
  • S100B gene polymorphisms predict prefrontal spatial function in both schizophrenia patients and healthy individuals / J. Zhai, L. Cheng, J. Dong, Q. Shen, Q. Zhang, M. Chen, L. Gao, X. Chen [et al.] // Schizophrenia Research. - 2012. -Vol. 134, № 1. - P. 89-94. DOI: 10.1016/j.schres.2011.09.029
  • Association of S100B 3'UTR polymorphism with risk of chronic heart failure in a Chinese Han population / Y. Chen, X. Chen, M. Yao, L. Chen, W. Chen, X. Liu // Medicine (Baltimore). - 2020. - Vol. 99, № 26. - P. e21018. DOI: 10.1097/MD.0000000000021018
  • Interacting contribution of the five polymorphisms in three genes of Hsp70 family to essential hypertension in Uygur ethnicity / J.X. Li, B.P. Tang, H.P. Sun, M. Feng, Z.H. Cheng, W.Q. Niu // Cell Stress Chaperones. - 2009. - Vol. 14, № 4. -P. 355-362. DOI: 10.1007/s12192-008-0089-2
  • Association study of astrocyte-derived protein S100B gene polymorphisms with major depressive disorder in Chinese people / K. Yang, G.R. Xie, Y.Q. Hu, F.Q. Mao, L.Y. Su // The Canadian Journal of Psychiatry. - 2009. - Vol. 54, № 5. -P. 312-319. DOI: 10.1177/070674370905400505
  • SNPStats: A web tool for the analysis of association studies / X. Solé, E. Guinó, J. Valls, R. Iniesta, V. Moreno // Bioinformatics- - 2006. - Vol. 1, № 22 (15). - P. 1928-1929. DOI: 10.1093/bioinformatics/btl268
  • No association of the rs9722 C > T in the S100B gene and susceptibility to major depression in a Chinese population / K. Yang, Y.Q. Hu, G.R. Xie, F.Q. Mao, L.Y. Su // Genetic Testing- - 2008' - Vol. 12, № 4. - P. 487-489. DOI: 10.1089/gte.2008.0023
  • Gundacker C., Gencik M., Hengstschläger M. The relevance of the individual genetic background for the toxicokinetics of two significant neurodevelopmental toxicants: mercury and lead // Mutation Research. - 2010^ - Vol. 705, № 2. - P. 130-140. DOI: 10.1016/j.mrrev.2010.06.003
  • Andreoli V., Sprovieri F. Genetic aspects of susceptibility to mercury toxicity: An overview // International Journal of Environmental Research and Public Health. - 2017. - Vol. 14, № 1. - P. e93. DOI: 10.3390/ijerph14010093
  • How occupational mercury neurotoxicity is affected by genetic factors. A systematic review / F. Chirico, E. Scoditti, C. Viora, N. Magnavita // Applied Sciences. - 2020. - Vol. 10, № 21. - P. e7706. DOI: 10.3390/app10217706
  • Neuropathology associated with exposure to different concentrations and species of mercury: A review of autopsy cases and the literature / J.L. O'Donoghuea, G.E. Watsona, R. Brewere, G. Zarebaa, K. Etof, H. Takahashig, M. Marumotoh, T. Lovei [et al.] // NeuroToxicology. - 2020. - № 78. - P. 88-98. DOI: 10.1016/j.neuro.2020.02.011
Еще
Статья научная