Роль полиморфизмов генов-кандидатов в формировании риска вертеброгенных нарушений при сочетанном воздействии производственной вибрации и тяжелого физического труда

Мухаммадиева Гузель Фанисовна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории генетики 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 лаборатории генетики отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; ORCID: .

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

Рябова Юлия Владимировна – кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией токсикологии отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных (e-mail: ; тел.: 8 (347) 255-19-57; ORCID: .

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

Заболевания костно-мышечной системы и соединительной ткани, характеризующиеся значительным разнообразием нозологических форм, представляют собой одну из ведущих медико-социальных проблем современного общества [1, 2]. В структуре заболеваемости населения России данная группа патологий занимает одно из лидирующих мест, способствуя значительным экономическим потерям, связанным с временной и стойкой утратой трудоспособности [3]. Среди профессиональных и профессионально обусловленных расстройств особое место занимают вертеброгенные нарушения, к которым относят пояснично-крестцовую радикулопатию и мышечнотонические синдромы. Их формирование часто связано с комбинированным воздействием производственных факторов, таких как тяжелый физический труд, вынужденная поза, стереотипные движения и вибрация [4–6].

Несмотря на установленную роль производственных нагрузок в развитии этих состояний, индивидуальная восприимчивость к ним может существенно варьироваться, что подчеркивает важность изучения генетических факторов предрасположенности [7]. Выявление таких факторов позволило бы проводить персонализированную оценку риска и планировать профилактические мероприятия для работников, занятых во вредных условиях труда.

В качестве генов-кандидатов для исследования были выбраны TNF -α, IL -6 и SMAD3 , белковые продукты которых вовлечены в процессы воспалительного ответа и ремоделирования внеклеточного матрикса, играющие важную роль в патогенезе вертеб-рогенных нарушений. Фактор некроза опухоли альфа ( TNF -α), являясь мощным медиатором воспалительного ответа, играет центральную роль в инициировании дегенеративных процессов в структурах позвоночника. Исследования свидетельствуют о повышенном уровне TNF -α в дегенерированных межпозвоночных дисках [8, 9]. Генетические вариации в гене TNF -α могут влиять на уровень его экспрессии и интенсивность воспалительного ответа. Интерлейкин-6 ( IL -6) является ключевым многофункциональным цитокином, регулирующим воспаление, иммунный ответ и регенерацию тканей.

Функциональный полиморфизм rs1800795 (-174G > C) в промоторной области гена IL -6 модулирует его транскрипцию и уровень секреции. Изменение экспрессии IL -6, связанное с данным полиморфизмом, рассматривается как значимый фактор риска развития ряда воспалительных и дегенеративных заболеваний [10, 11]. Внутриклеточный сигнальный белок SMAD3 опосредует передачу сигналов трансформирующего фактора роста бета (TGF-β), который регулирует воспаление, ремоделирование внеклеточного матрикса и нейрональную выживаемость [12, 13].

Цель исследования – анализ ассоциаций полиморфных вариантов rs361525 гена TNF -α, rs1800795 гена IL -6 и rs7163797 гена SMAD3 с риском развития вертеброгенных нарушений у работников, подвергавшихся сочетанному воздействию вибрации и тяжелого физического труда.

Материалы и методы . В исследование включено 118 пациентов (основная группа) клиники ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» (64,4 % – мужчины, 35,6 % – женщины) в возрасте от 33 до 77 лет (средний возраст – 56,4 ± 0,8 г.). Профессиональный контингент был представлен работниками трех отраслей: в горнодобывающей промышленности обследованы исключительно мужчины (машинисты экскаваторов / бульдозеров, проходчики, бурильщики, крепильщики), в машиностроительной и металлургической отраслях – женщины (полировщики лопаток и волочильщики проволоки) (табл. 1). Идентификация на рабочем месте вибрации (общая, локальная) и тяжести труда работников основной группы, включенных в исследование, выполнена по материалам специальной оценки условий труда (СОУТ), предоставленных работодателем; определение соответствующих классов вредности и опасности условий труда – в соответствии с положениями руководства Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса»¹. Для профессий машинистов экскаваторов / бульдозеров и проходчиков уровни общей вибрации и показатели тяжести трудового процесса классифицированы как вредные условия труда 1-й степени (класс 3.1), тогда

Таблица 1

Производственные факторы и классы условий труда обследованных работников

Профессиональная группа Пол Вибрация общая и / или локальная Тяжесть трудового процесса Горнодобывающая отрасль (открытые и подземные горные работы) Машинист экскаватора / бульдозера (n = 32) М 3.1 3.1 Проходчик (n = 18) М 3.1 3.1 Бурильщик (n = 14) М 2 3.1 Крепильщик (n = 12) М 2 3.1 Машиностроительная отрасль Полировщик лопаток (n = 23) Ж 1 3.2                1 2 Металлургическая отрасль Волочильщик проволоки (n = 19) Ж 1 2                     1 3.1 как для бурильщиков и крепильщиков зарегистрированы допустимые уровни вибрации (класс 2) при сочетании с тяжестью трудового процесса, соответствующей вредному классу 1-й степени (класс 3.1). Условия труда полировщиков лопаток характеризовались воздействием вибрации класса 3.2 при допустимой тяжести трудового процесса (класс 2). Для волочильщиков проволоки выявлены допустимые уровни вибрации (класс 2) в сочетании с тяжестью труда класса 3.1. Формирование основной группы осуществлялось последовательно по мере обращения пациентов в период с января по декабрь 2024 г. В исследование включали лиц старше 30 лет, имевших профессиональный контакт с вибрацией и тяжелым физическим трудом не менее 10 лет (в том числе в прошлом), с клинической картиной радикулопатии и мышечно-тонического синдрома с поражением пояснично-крестцового отдела позвоночника (коды М54.1 и М54.4 по МКБ-10), без клиники миелопатии вертеброгенного генеза и хронических заболеваний в стадии декомпенсации или обострения. Все участники давали письменное информированное согласие и имели постоянное место жительства в Республике Башкортостан.

Группу контроля составили 77 относительно здоровых лиц (85,7 % мужчин, 14,3 % женщин) в возрасте от 34 до 79 лет (средний возраст – 54,4 ± 1,1 г.), не имевших профессионального контакта с вибрацией и интенсивными физическими нагрузками, а также хронических заболеваний костно-мышечной системы.

Для молекулярно-генетического анализа использовали венозную кровь, стабилизированную K 3 ЭДТА. Экстракцию геномной ДНК производили с помощью коммерческого набора реагентов «Магно-сорб» (ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия). Генотипирование полиморфных вариантов rs361525 ( TNF -α), rs1800795 ( IL -6) и rs7163797 ( SMAD3 ) осуществляли методом полимеразной цепной реакции в реальном времени на амплификаторе Rotor-Gene Q (Qiagen, Германия) с использованием стандартных праймеров и зондов, синтезированных компанией «ДНК-синтез» (Москва, Россия).

Статистическую обработку данных осуществляли с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics (версия 21) и Microsoft Excel. Распределение генотипов проверяли на соответствие равновесию Харди – Вайнберга с помощью критерия χ². Сравнение частот аллелей и генотипов между группой пациентов и контрольной группой проводили с применением критерия χ², критерия χ² с поправкой Йейтса или точного критерия Фишера, где это необходимо. Оценка влияния полиморфных вариантов на риск развития заболевания выполнена в рамках методического подхода, основанного на анализе отношения шансов ( OR ) с 95%-ным доверительным интервалом (95 % CI ). Значение OR = 1 рассматривали как отсутствие ассоциации; OR < 1 – как отрицательную ассоциацию заболевания с исследуемым генотипом или аллелем (фактор пониженного риска); OR > 1 – как положительную ассоциацию (фактор повышенного риска). Статистически значимыми считали различия при p < 0,05.

Результаты и их обсуждение. В контрольной группе распределение генотипов всех исследуемых полиморфизмов соответствовало равновесию Харди – Вайнберга ( p > 0,05), в то время как в группе пациентов по всем полиморфным вариантам наблюдалось отклонение от равновесия ( p < 0,05).

Результаты анализа распределения частот аллелей и генотипов представлены в табл. 1–3. Как показано в табл. 2, при анализе полиморфного варианта rs361525 гена TNF -α были обнаружены статистически значимые различия между группами. Частота аллеля A была статистически значимо выше у пациентов с вертеброгенными нарушениями по сравнению с контролем (19,8 против 7,8 %; p = 0,001). Носительство этого аллеля ассоциировано с увеличением риска развития патологии в 2,93 раза ( OR = 2,93; 95 % CI : 1,50–5,73). Также обнаружено значимое повышение частоты гомозиготного генотипа A/A в группе пациентов (12,1 против 0 % в контроле; p = 0,001). В контрольной группе данный генотип не обнаружен, что может указывать на его выраженный патогенетический потенциал.

Таблица 2

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs361525 гена TNF -α в группах исследования

Генотипы и аллели	Вертеброгенные нарушения, n = 116		Контрольная группа, n = 77		p (критерий Фишера)
	абс.	%	абс.	%
A/A	14	12,1	0	0,0	0,001
G/A	18	15,5	12	15,6	0,999
G/G	84	72,4	65	84,4	0,073
A	46	19,8	12	7,8	0,001
G	186	80,2	142	92,2	0,001

Таблица 3

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs1800795 гена IL -6 в группах исследования

Генотипы и аллели	Вертеброгенные нарушения, n = 116		Контрольная группа, n = 75		χ2	p
	абс.	%	абс.	%
C/C	28	24,1	9	12,0	4,30	0,038
C/G	35	30,2	29	38,7	1,48	0,225
G/G	53	45,7	37	49,3	0,24	0,622
C	91	39,2	47	31,3	2,46	0,117
G	141	60,8	103	68,7	2,46	0,117

Полиморфизм rs361525 (-238G > A) локализован в промоторной области гена TNF -α и, как показано ранее, может влиять на уровень экспрессии этого ключевого провоспалительного цитокина [14]. Повышенная продукция TNF -α играет важную роль в патогенезе дегенеративных изменений межпозвонковых дисков, способствуя деградации внеклеточного матрикса, активации болевых рецепторов и поддержанию нейрогенного воспаления [8]. Обнаруженная нами ассоциация полиморфного варианта rs361525 гена TNF -α с вертеброгенными нарушениями согласуется с данными о его роли в предрасположенности к псориатическому артриту и анкилозирующему спондилиту [15, 16].

При изучении распределения полиморфного варианта rs1800795 гена IL -6 выявлена статистически значимая ассоциация генотипа C/C с риском вертеброгенных нарушений (табл. 3). Генотип C/C регистрировался в 24,1 % случаев у пациентов и в 12,0 % в контрольной группе (χ² = 4,30; p = 0,038). Согласно рассчитанному коэффициенту отношения шансов, наличие данного генотипа повышает риск развития вертеброгенных нарушений более чем в два раза ( OR = 2,334; 95 % CI : 1,032–5,278). Гетерозиготный генотип C/G обнаруживался у 30,2 % больных и 38,7 % контрольных лиц (χ² = 1,48; p = 0,225), а гомозиготный G/G – у 45,7 и 49,3 % соответственно (χ² = 0,24; p = 0,622). Различия в распределении частот аллелей C и G между группами не достигли уровня статистической значимости ( p = 0,117).

Ген IL-6 кодирует интерлейкин 6, плейотроп-ный цитокин с провоспалительной активностью. Полиморфизм rs1800795 (-174G > C) в промотор- ной области данного гена является функционально значимым и влияет на его транскрипционную активность. Однако направление и величина этого эффекта остаются дискуссионными и, по-видимому, зависят от типа клеток и популяционных особенностей. Так, исследование E.H. Noss et al. показало, что в синовиальных фибробластах пациентов с ревматоидным артритом и остеоартритом генотип СС ассоциирован со значительным повышением продукции IL-6, в то время как в моноцитах влияние полиморфизма на экспрессию цитокина не достигало статистической значимости [17]. Данные популяционных исследований о связи rs1800795 с сывороточным уровнем IL-6 также противоречивы: в одних работах носители GC- и CC-генотипов имели статистически значимо более высокие концентрации IL-6 по сравнению с носителями GG [18], тогда как в других была показана противоположная тенденция [19]. В представленном исследовании ассоциация с риском развития вертеброгенных нарушений была выявлена для генотипа C/C полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6. Можно предположить, что повышенный риск у носителей данного генотипа обусловлен измененным профилем секреции IL-6. Метаанализы подтверждают ассоциацию полиморфизма rs1800795 с риском различных воспалительных и дегенеративных заболеваний, включая патологию межпозвонковых дисков [10, 20].

Следует учитывать, что профессиональные факторы, обусловливающие развитие вертеброген-ной патологии (производственная вибрация и тяжелый физический труд), выступают не только как механические повреждающие агенты, но и как ин- дукторы хронического воспалительного ответа в тканях позвоночника. Эпидемиологические данные подтверждают, что сочетанное воздействие неблагоприятной рабочей позы и общей вибрации существенно повышает риск развития хронического поясничного болевого синдрома у работников промышленных предприятий [21]. В экспериментальных моделях показано, что повторяющаяся вибрационная нагрузка индуцирует активацию ноцицептивных путей и повышенную продукцию провоспалительных цитокинов, в том числе TNF-α, что способствует формированию стойкого мышечно-скелетного болевого синдрома даже после прекращения воздействия [22]. На уровне системной реакции организма у пациентов с вибрационной болезнью, обусловленной как локальной, так и общей вибрацией, выявлена выраженная активация про-воспалительного иммунного ответа с повышением сывороточных концентраций TNF-α и других цитокинов, что подчеркивает ключевую роль цитокино-вого каскада в патогенезе профессиональных поражений опорно-двигательного аппарата [23]. В этом контексте у носителей генетических вариантов, ассоциированных с измененной транскрипционной активностью гена TNF-α, ответ на тяжелые физические нагрузки и вибрацию может характеризоваться более интенсивным и пролонгированным воспалением. Обнаруженная нами ассоциация аллеля A полиморфизма rs361525 гена TNF-α с риском вертеб-рогенных нарушений согласуется с данными о том, что этот вариант в промоторной области модулирует экспрессию цитокина и усиливает клеточный ответ на провоспалительные стимулы [24]. Кроме того, показано, что TNF-α модифицирует механочувствительность клеток межпозвонкового диска, и в условиях повышенной механической нагрузки (патологическое растяжение, избыточный механический стресс) его действие приводит к усилению продукции провоспалительных цитокинов и ускорению дегенеративных изменений [8, 25]. Можно предположить, что у носителей аллеля A воздействие производственных факторов (вибрация, физическая нагрузка) приводит к более выраженному воспалительному ответу в структурах позвоночника, что способствует манифестации и прогрессированию клинических симптомов.

Под влиянием производственных факторов, выступающих в роли провоспалительного триггера, генетически детерминированная повышенная продукция IL -6 также может приводить к дисрегуляции локального воспалительного ответа в тканях позвоночника, способствуя развитию дегенеративнодистрофических процессов. Показано, что определенные гаплотипы гена IL -6, включающие вариант rs1800795, ассоциированы с увеличением числа дней с болью в спине у пациентов с ишиасом, а также с ростом длительности временной нетрудоспособности [26]. Полученные данные свидетельствуют, что функциональный полиморфизм rs1800795 влияет на динамику секреции IL-6 в ответ на физическое усилие и может определять индивидуальные различия в цитокиновом ответе при повторяющейся мышечной нагрузке. В совокупности эти факты позволяют предположить, что у носителей «рисковых» вариантов гена IL -6 профессиональные воздействия приводят к более выраженной и длительной активации IL -6-опосредованных воспалительных каскадов в тканях позвоночника, ускоряя развитие дегенеративно-дистрофических изменений.

При исследовании распределения полиморфного варианта rs7163797 гена SMAD3 статистически значимых различий между группами выявлено не было (табл. 4). Гомозиготный генотип A/A встречался у 48,3 % пациентов и 44,1 % контрольных лиц (χ² = 0,28; p = 0,594). Гетерозиготный генотип C/A наблюдался у 28,0 % больных и 35,6 % в контрольной группе (χ² = 1,08; p = 0,299). Аналогичным образом, анализ распределения аллелей также не показал существенных различий ( p = 0,938).

SMAD3 является ключевым внутриклеточным медиатором сигнального пути TGF-β, который регулирует процессы воспаления, фиброза и клеточной дифференцировки [13, 27]. Нарушения этого пути вовлечены в патогенез дегенеративных заболеваний суставов и позвоночника [28, 29]. Однако исследованный нами полиморфный вариант rs7163797, по-видимому, не является маркером предрасположенности к вертеб-рогенным нарушениям в изученной популяции. Возможно, вклад гена SMAD3 в развитие данной патологии опосредован другими генетическими вариантами или проявляется только при взаимодействии с дополнительными факторами внешней среды.

Таблица 4

Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs7163797 гена SMAD3 в группах исследования

Генотипы и аллели	Вертеброгенные нарушения, n = 118		Контрольная группа, n = 59		χ2	p
	абс.	%	абс.	%
A/A	57	48,3	26	44,1	0,28	0,594
C/A	33	28,0	21	35,6	1,08	0,299
C/C	28	23,7	12	20,3	0,26	0,611
A	147	62,3	73	61,9	0,01	0,938
C	89	37,7	45	38,1	0,01	0,938

Выводы. Проведенное исследование позволило выявить ассоциацию полиморфных вариантов rs361525 гена TNF-α и rs1800795 гена IL-6 с риском развития вертеброгенных нарушений (радикулопатии и мышечно-тонических синдромов) у лиц, подвергающихся воздействию вибрации и тяжелого физического труда. Аллель A и гомозиготный генотип A/A полиморфного варианта rs361525 гена TNF-α, а также генотип C/C полиморфного варианта rs1800795 гена IL-6 можно рассматривать в качестве потенциальных генетических маркеров повышенной предрасположенности к данной патологии. В то же время полиморфный вариант rs7163797 гена SMAD3 не показал ассоциации с вертеброгенными нарушениями в изученной когорте. Полученные результаты рас- ширяют понимание молекулярно-генетических механизмов развития патологии позвоночника и подчеркивают важность учета генетических особенностей регуляции воспалительного ответа при оценке профессиональных рисков. Для подтверждения и уточнения выявленных ассоциаций необходимы дальнейшие исследования на более крупных и независимых выборках с учетом степени тяжести и длительности воздействия профессиональных факторов.

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.