Прогнозирование риска развития вибрационной болезни и вегетативно-сенсорной полинейропатии при вибрационном воздействии с использованием анализа полиморфизма кандидатных генов

Мухаммадиева Гузель Фанисовна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

Шайхлисламова Эльмира Радиковна – кандидат медицинских наук, директор; доцент кафедры терапии и профессиональных болезней с курсом ИДПО (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

Каримов Денис Дмитриевич – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; ORCID: .

Каримов Денис Олегович – кандидат медицинских наук, заведующий отделом токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

Репина Эльвира Фаридовна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

Якупова Татьяна Георгиевна – младший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; ORCID: .

Кудояров Эльдар Ренатович – младший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

Длительное вибрационное воздействие, присутствующее в различных отраслях промышленности, является фактором риска развития профессиональных заболеваний. Помимо вибрационной болезни (ВБ), производственная вибрация вызывает в организме сложный комплекс изменений, характерных для патологии нервной и сердечно-сосудистой систем, а также органов опорно-двигательного аппарата и желудочно-кишечного тракта. Существенную долю среди них занимают полинейропатии профессионального генеза, развитие которых может быть обусловлено воздействием как локальной, так и общей вибрации. Профессиональная полинейропатия от воздействия локальной вибрации часто сопровождается периферическим ангиодистониче-ским синдромом. При этом вегетативно-сенсорной полинейропатии (ВСПН) конечностей от воздействия общей вибрации обычно сопутствует церебрально-периферический ангиодистонический синдром [1–3].

Известно, что в адаптации и ответе на воздействие производственных факторов играет важную роль наследственность. Вариабельность в индивидуальной чувствительности работников к производственным факторам можно объяснить с помощью генетической изменчивости. Генетические полиморфизмы могут рассматриваться в качестве предикторов риска развития многих заболеваний. Определение индивидуальных рисков развития болезней на молекулярном уровне способствует более точной диагностике, а также эффективному подбору профилактических и терапевтических мер. Бурное развитие генетических исследований в последние годы позволило улучшить понимание роли генетических факторов в развитии профессиональных заболеваний [4–6]. Однако молекулярно-генетические аспекты многих профессиональных патологий до сих пор остаются малоизученными.

Цель исследования – изучить ассоциации полиморфизмов генов IL-6 (rs1800795), TNF-α (rs361525), IL-1β (rs16944), MMP-1 (rs1799750) и SOD2 (rs4880) с риском развития ВБ и ВСПН.

Материалы и методы. На базе неврологиче-ского-профпатологического отделения Федерального бюджетного учреждения науки «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека» обследовано 45 пациентов с ВБ и 10 – с ВСПН, этиологическим фактором развития которых явилось воздействие вибрации. Группу контроля составили 76 человек, не подвергавшихся в профессиональной деятельности воздействию вибрации. Все обследованные являлись жителями Республики Башкортостан. После получения письменного информированного согласия на участие в исследовании выполнялся забор венозной крови в вакутейнеры с K 3 ЭДТА.

Экстракцию ДНК из образцов крови выполняли с применением набора «Магно-сорб» производства ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотреб- надзора. Анализ полиморфных вариантов осуществляли с помощью полимеразной цепной реакции в режиме реального времени на приборе RotorGene Q (Qiagen, Германия). При этом использовали специфические олигонуклеотидные праймеры и локус-специфичные меченые олигонуклеотидные ДНК-зонды.

Обработку данных проводили с помощью пакетов программ IBM SPSS Statistica v.21 и Microsoft Excel. Для описания соотношения частот генотипов и аллелей исследуемых генов использовали метод χ² или точный тест Фишера. Оценку влияния полиморфных вариантов на риск развития заболевания проводили с помощью величины отношения шансов ( OR ) с учетом 95%-ного доверительного интервала (95 % CI ). Значение OR меньше единицы рассматривали как отрицательную ассоциацию заболевания с исследуемым генотипом или аллелем (фактор пониженного риска), при этом OR больше единицы – как положительную ассоциацию (фактор повышенного риска). При проверке нулевой гипотезы критический уровень статистической значимости принимался равным 0,05.

Результаты и их обсуждение. Частоты генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6 для больных ВБ и ВСПН представлены в табл. 1 и 2. При сравнении данных обеих групп пациентов с таковыми контрольной статистически значимых различий не обнаружено. Вместе с тем у больных ВБ наблюдалось повышение частоты генотипа C/C больше чем в 2 раза, которое не достигло уровня статистической значимости (χ² = 3,82; р = 0,051).

Также не было выявлено статистически значимых различий между больными ВБ и контрольной группой ни по частотам генотипов, ни по частотам аллелей полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α ( p > 0,05) (табл. 3).

Как видно из данных табл. 4, у пациентов с ВСПН преобладает число носителей аллеля A полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α (25,0 %), по сравнению с контролем (8,0 %; χ² = 3,94; р = 0,047). Величина ОR для аллеля A составила 3,83 (95 % CI : 1,19–12,37), что, вероятно, свидетельствует о его рисковом влиянии в отношении предрасположенности к развитию ВСПН.

Аналогичные результаты получены и для аллеля G полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β для группы с ВБ (табл. 5). Так, показано статистически значимое повышение частоты аллеля G у пациентов с ВБ (54,9 %) относительно аналогичных данных контрольной группы (38,4 %; χ² = 5,16; р = 0,027; OR = 1,96; 95 % CI : 1,13–3,38). При этом сравнение частот генотипов обнаружило, что в группе больных ВБ генотип G/G встречался статистически значимо чаще (χ² = 6,06; р = 0,015). Носительство гомозиготного генотипа G/G полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β увеличивает риск развития ВБ более чем в 3 раза ( OR = 3,25; 95 % CI : 1,35–7,86).

Таблица 1

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6 у больных ВБ и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВБ		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
C/C	12	28,6	9	12,2	3,82	0,051
C/G	13	30,9	29	39,2	0,47	0,493
G/G	17	40,5	36	48,6	0,43	0,513
C	37	44,1	47	31,8	2,99	0,084
G	47	55,9	101	68,2	2,99	0,084

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 2

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6 у больных ВСПН и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВСПН		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
C/C	0	0,0	9	12,2	0,39	0,534
C/G	3	30,0	29	39,2	0,05	0,831
G/G	7	70,0	36	48,6	0,87	0,353
C	3	15,0	47	31,8	1,63	0,202
G	17	85,0	101	68,2	1,63	0,202

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 3

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α у больных ВБ и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВБ		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
GG	39	86,7	63	84,0	0,02	0,896
GA	5	11,1	12	16,0	0,22	0,636
AA	1	2,2	0	0,0	0,07	0,796
G	83	92,2	138	92,0	0,03	0,854
A	7	7,8	12	8,0	0,03	0,854

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 4

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α у больных ВСПН и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВСПН		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
GG	6	60,0	63	84,0	1,94	0,164
GA	3	30,0	12	16,0	0,42	0,516
AA	1	10,0	0	0,0	1,43	0,233
G	15	75,0	138	92,0	3,94	0,047
A	5	25,0	12	8,0	3,94	0,047

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 5

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β у больных ВБ и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВБ		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
A/A	12	29,3	29	39,7	0,83	0,362
A/G	13	31,7	32	43,8	1,15	0,285
G/G	16	39,0	12	16,5	6,06	0,015
A	37	45,1	90	61,6	5,16	0,024
G	45	54,9	56	38,4	5,16	0,024

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

При оценке распределения частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β среди больных ВСПН и в группе контроля статистически значимых различий выявлено не было ( p > 0,05) (табл. 6).

В табл. 7 и 8 представлены частоты генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1799750 гена MMP-1 в группах больных ВБ, ВСПН и среди лиц контрольной группы. Установлено отсутствие статистически значимых различий в распределении частот аллелей и генотипов данного полиморфного варианта в исследуемых группах (p > 0,05).

При анализе ассоциации аллелей и генотипов полиморфного варианта rs4880 гена SOD2 с риском развития ВБ и ВСПН также не было выявлено статистически значимых различий между выборками ( p > 0,05) (табл. 9, 10).

При сравнении частот встречаемости аллелей и генотипов по полиморфным вариантам rs361525 гена TNF-α , rs16944 гена IL-1β , rs1799750 гена

Таблица 6

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β у больных ВСПН и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВСПН		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
A/A	3	30,0	29	39,7	0,06	0,806
A/G	4	40,0	32	43,8	0,01	0,913
G/G	3	30,0	12	16,5	0,37	0,544
A	10	50,0	90	61,6	0,57	0,451
G	10	50,0	56	38,4	0,57	0,451

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 7

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1799750 гена MMP-1 у больных ВБ и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВБ		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
1G/1G	16	41,03	27	35,5	0,14	0,709
1G/2G	14	35,90	34	44,8	0,50	0,478
2G/2G	9	23,08	15	19,7	0,03	0,862
1G	46	58,97	88	57,9	0,00	0,988
2G	32	41,03	64	42,1	0,00	0,988

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 8

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1799750 гена MMP-1 у больных ВСП и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВСПН		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
1G/1G	2	25,0	27	35,5	0,04	0,839
1G/2G	4	50,0	34	44,8	0,01	0,930
2G/2G	2	25,0	15	19,7	0,01	0,913
1G	8	50,0	88	57,9	0,12	0,733
2G	8	50,0	64	42,1	0,12	0,733

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 9

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs4880 гена SOD2 у больных ВБ и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВБ		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
T/T	20	46,5	22	29,7	2,64	0,104
T/C	17	39,5	34	40,0	0,23	0,631
C/C	6	14,0	18	24,3	1,21	0,271
T	57	66,3	78	52,7	3,57	0,059
C	29	33,7	70	47,3	3,57	0,059

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 10

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs4880 гена SOD2 у больных ВСПН и в группе контроля

Генотипы и аллели	ВСПН		Контрольная группа		χ2	p
	n	%	n	%
T/T	3	30,0	22	29,7	0,12	0,726
T/C	6	60,0	34	46,0	0,25	0,619
C/C	1	10,0	18	24,3	0,38	0,540
T	12	60,0	78	52,7	0,14	0,708
C	8	40,00 %	70	47,3	0,14	0,708

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

Таблица 1 1

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфизмов исследуемых генов у больных ВБ и ВСПН

Полиморфизм	Генотипы, аллели	ВБ		ВСПН		χ2	p
		n	%	n	%
rs1800795 (ген IL-6 )	C/C	12	28,6	0	0,0	2,28	0,131
	C/G	13	30,9	3	30,0	0,10	0,747
	G/G	17	40,5	7	70,0	1,77	0,184
	C	37	44,1	3	15,0	4,60	0,032
	G	47	55,9	17	85,0	4,60	0,032
rs361525 (ген TNF-α )	G/G	39	86,7	6	60,0	2,32	0,128
	G/A	5	11,1	3	30,0	1,07	0,301
	A/A	1	2,2	1	10,0	0,06	0,800
	G	83	92,2	15	75,0	3,38	0,066
	A	7	7,8	5	25,0	3,38	0,066
rs16944 (ген IL-1β )	A/A	12	29,3	3	30,0	0,12	0,733
	A/G	13	31,7	4	40,0	0,02	0,902
	G/G	16	39,0	3	30,0	0,03	0,870
	A	37	45,1	10	50,0	0,02	0,888
	G	45	54,9	10	50,0	0,02	0,888
rs1799750 (ген MMP-1 )	1G/1G	16	41,0	2	25,0	0,20	0,653
	1G/2G	14	35,9	4	50,0	0,12	0,728
	2G/2G	9	23,1	2	25,0	0,12	0,733
	1G	46	59,0	8	50,0	0,15	0,701
	2G	32	41,0	8	50,0	0,15	0,701
rs4880 (ген SOD2 )	T/T	20	46,5	3	30,0	0,35	0,552
	T/C	17	39,5	6	60,0	0,68	0,412
	C/C	6	14,0	1	10,0	0,03	0,853
	T	57	66,3	12	60,0	0,07	0,787
	C	29	33,7	8	40,0	0,07	0,787

П р и м е ч а н и е: n – количество, χ²– критерий хи-квадрат, р – уровень значимости.

MMP-1 и rs4880 гена SOD2 обнаружено отсутствие статистически значимых различий между группами пациентов с ВБ и ВСПН ( р > 0,05) (табл. 11). Статистически значимое увеличение частоты аллеля G полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6 было отмечено в группе с заболеванием ВСПН (85,0 %) по сравнению с группой ВБ (55,9 %; χ² = 4,60, р = 0,032; OR = 4,46; 95 % CI : 1,22–16,38). Можно предположить, что носительство аллеля G изучаемого полиморфизма повышает риск развития ВСПН.

Обсуждая распределение генотипов изучаемых полиморфных вариантов, необходимо отметить, что в доступной литературе мы не нашли сведений о подобных исследованиях у больных ВБ и ВСПН. Однако мы сравнили полученные результаты с ра- ботами других авторов, посвященными заболеваниям, которые могут оказывать влияние на проявления ВБ и ВСПН.

Интерлейкин-6 (IL-6) – многофункциональный цитокин, который может выступать в качестве медиатора воспаления и регулятора эндокринных и метаболических функций, участвует в регенерации тканей и запускает различные врожденные и адаптивные иммунологические реакции [7]. В промо-торной области гена IL-6 в -174 положении расположен функциональный полиморфизм rs1800795, аллель G которого связан с более высокой продукцией этого цитокина. Было продемонстрировано, что данный полиморфный вариант влияет на транскрипцию и секрецию IL-6, и эти изменения считаются важными факторами риска заболеваний чело- века [8, 9]. Метаанализ предоставил убедительные доказательства связи между полиморфизмом rs1800795 гена IL-6 и риском множественных заболеваний. Так, ген IL-6 может быть полезным прогностическим биомаркером при ишемической болезни сердца, воспалительных заболеваниях, ишемическом инсульте и ревматоидном артрите [10]. Исследования также показали, что полиморфизм rs1800795 гена IL-6 ассоциирован с предрасположенностью к хронической воспалительной демиелинизирующей полинейропатии [11], что согласуется с полученными нами данными.

Ген фактора некроза опухоли альфа ( TNF-α ) расположен в главном комплексе гистосовместимости и кодирует белок TNF-α, который является важным воспалительным и иммуномодулирующим цитокином. Исследования показали, что уровни TNF-α повышены в синовиальной жидкости, синовиальной мембране, субхондральной кости и хряще [12]. К одному из наиболее изученных полиморфных вариантов гена TNF-α относится rs361525, который участвует в регуляции продукции цитокинов. Данный полиморфизм может влиять на транскрипцию гена TNF-α , а повышенный уровень TNF-α может способствовать росту риска развития многих заболеваний [13]. Сообщалось, что уровень TNF-α в сыворотке коррелирует с впервые возникшим сердечно-сосудистым заболеванием, а также является маркером повторных коронарных событий после перенесенного инфаркта миокарда [14, 15]. У представителей китайской популяции Хань минорный аллель A полиморфного варианта rs361525 защищает от развития анкилозирующего спондилита [16]. В другой работе обнаружена связь данного полиморфизма с риском развития псориатического артрита [17]. По результатам наших исследований, носительство аллеля A полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α значимо в плане генетической предрасположенности к ВСПН.

Известно, что цитокины семейства интерлейкина-1 (IL-1) участвуют в воспалении и иммунной регуляции и играют важную роль во врожденном и адаптивном иммунитете. Недавние исследования показали, что IL-1 может напрямую влиять на костный гомеостаз, а нарушение регуляции IL-1 связано с заболеваниями костей [18]. Цитокин IL-1β, кодируемый геном IL-1β, в основном секретируется стимулированными макрофагами и моноцитами и в меньшей степени некоторыми другими типами клеток, включая нейтрофилы, лимфоциты, эндотелиальные клетки и фибробласты. Помимо иммунных клеток, клетки межпозвоночного диска сами могут секретировать IL-1β. Показано, что один из наиболее распространенных полиморфизмов гена IL-1β (rs16944) ассоциирован с заболеваниями поясничных дисков [19]. При этом данный полиморфизм может способствовать повышенной восприимчивости к хроническому остеомиелиту конечностей в китайской популяции Хань [20]. Проведенный ме- таанализ продемонстрировал связь полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β с увеличенным риском развития ревматоидного артрита у представителей европеоидной расы [21]. Полученные нами результаты об ассоциации полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β с ВБ в целом не противоречат опубликованным данным.

Металлопротеиназа-1 (ММP-1) является наиболее широко экспрессируемым протеолитическим ферментом семейства матриксных металлопротеиназ, играет ключевую роль в деградации и разрушении суставного хряща и кости. MMP-1 экспрессируется в различных клетках, таких как хондроциты, фибробласты, эпителиальные и эндотелиальные клетки, а также опухолевые клетки. При патологических состояниях уровень MMP-1 значительно возрастает, вызывая разрушение соединительной ткани [22]. Сверхэкспрессия ММP-1 в хондроцитах усиливает деградацию хрящевого коллагена и протеогликана, что приводит к патологическому повреждению хряща при остеоартрите [23]. В промо-торной области гена MMP-1 обнаружен однонуклеотидный полиморфизм rs1799750, который может приводить к повышенной транскрипционной активности гена [24]. В литературе есть данные о наличии связи данного полиморфизма с развитием остеоартрита [25, 26], системного склероза [27], ишемической болезни сердца [28], с усилением болей в пояснице, ишиасом и инвалидностью при грыже диска поясничного отдела [29]. Тем не менее мы не выявили ассоциаций данного полиморфного варианта с ВБ и ВСПН.

Супероксиддисмутаза-2 (SOD2) представляет собой тетрамерный фермент, содержащий марганец в своем активном центре. Он является основной системой антиоксидантной защиты организма, активируемой активными формами кислорода, распределяется в митохондриях, пероксисомах и цитоплазме [30]. Ген SOD2 имеет сайты связывания для различных факторов транскрипции, которые действуют как лиганды для активации транскрипции и участвуют в системе защиты клеток от агентов, вызывающих окислительный стресс [31]. Экспрессию гена SOD2 индуцируют различные цитокины, факторы роста, активные формы кислорода, липополисахариды и тяжелые металлы. В последнее время появляется все больше данных о том, что окислительный стресс играет решающую роль в развитии остеоартрита, а высокие уровни активных форм кислорода могут привести к усилению перекисного окисления липидов, повреждению мтДНК и активации сигнальных путей [32]. Все эти изменения могут способствовать деградации хряща и вызывать расщепление коллагена и гиалуронана [33]. Несколько однонуклеотидных полиморфизмов были идентифицированы в гене SOD2, включая функциональный полиморфизм rs4880. Исследования показали, что полиморфный вариант rs4880 гена SOD2 связан с повышенным риском развития кардиомио- патии, инсульта и ишемической болезни сердца [34–36]. Однако аналогичных результатов при анализе распределения частот аллелей и генотипов данного полиморфизма у пациентов с ВБ и ВСПН мы не получили.

Выводы. Результаты проведенного обследования пациентов с ВБ и ВСПН позволили установить, что полиморфный вариант rs361525 гена TNF-α ассоциирован с повышенным риском развития ВСПН, при этом носители гомозиготного генотипа G/G полиморфного варианта rs16944 гена IL-1β имеют высокий прогностический риск развития ВБ. Полиморфные варианты генов IL-1β и TNF-α могут рассматриваться в качестве вероятных молекулярногенетических предикторов ВБ и ВСПН, однако небольшой размер выборок больных определяет необходимость дополнительных исследований. По- лученные результаты исследования могут быть положены в основу разработки скрининговых программ по выявлению лиц с повышенным риском развития ВБ и ВСПН. Сведения об ассоциации полиморфных вариантов генов с заболеваниями могут быть учтены при проведении профилактических мероприятий.

Финансирование. Работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на 2021–2025 гг. «Научное обоснование национальной системы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия, управления рисками здоровью и повышения качества жизни населения России» п. 2.2.9.