Фенотипические особенности атопической бронхиальной астмы у детей с различными генотипами ферментов системы глутатионтрансферазы и ангиотензинпревращающего фермента

Фенотипические особенности атопической бронхиальной астмы у детей с различными генотипами ферментов системы глутатионтрансферазы и ангиотензинпревращающего фермента

И.С. Сардарян, Л.А. Желенина, А.Н. Галустян, Д.С. Коростовцев, Т.Э. Иващенко

The phenotypical features of atopic asthma in infants with different genotypes of glutathione transferase and angiotensin-converting enzymes

I.S. Sardaryan, L.A. Zhelenina, A.N. Galustyan, D.S. Korostovtsev, T.E. Ivashchenko

Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия Росздрава; НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта, Санкт-Петербург

Изучены фенотипические особенности бронхиальной астмы у 43 детей с различными вариантами аллельного полиморфизма генов глутатион^-трансферазы GSTи ангиотензинпревращающего фермента ACE. Полиморфизм генов определяли методом полимеразной цепной реакции. Установлено, что у больных бронхиальной астмой по сравнению с контролем достоверно чаще встречались нулевые аллели генотипов GST и их сочетания. Аллельный вариант гена ACE I/I, приводящий к низкой выработке фермента, участвующего в метаболизме брадикинина, у 2/3 больных с тяжелой формой болезни сочетался с генотипом GSTМ1 0/0. Вероятно, суммация дефектов в системе ферментов семейства GST и АСЕ способствует утяжелению течения бронхиальной астмы.

Ключевые слова: бронхиальная астма, тяжесть заболевания, гены GSTи АСЕ, полиморфизм генов.

The phenotypical features of bronchial asthma were studied In 43 infants with different types of gene allelic polymorphism of glutath-ione-S-transferase (GST) and angiotensin-converting enzyme (ACE). The gene polymorphism was determined by polymerase chain reaction. As compared with the controls, the patients with asthma were ascertained to have more frequently null alleles of GST genotypes and their combinations. The allelic type of the ACE I/I gene, which resulted in the lower elaboration of the enzyme involved in the metabolism of bradykinin, was associated with the genotype GSTM1 0/0 in two thirds of the patients with the severe form of the disease. The summation of defects in the GST and ACE system is likely to deteriorate the course of bronchial asthma.

Key words: bronchial asthma, severity of the disease, GST and ACE genes, gene polymorphism.

Известно, что развитие бронхиальной астмы связано с факторами генетической предрасположенности, модифицирущими факторами, а также с влиянием внешней среды. С механизмами развития атопической бронхиальной астмы ассоциировано по меньшей мере 35 различных генов, которые можно разделить на четыре основных класса: 1) гены, предрасполагающие к атопии (увеличение уровня общего IgE); 2) гены, влияющие на IgE-ответ; 3) гены бронхиальной гиперреактивности, независимой от атопии; 4) гены, продукты которых участвуют в формировании воспаления независимо от IgE.

В патогенез бронхиальной астмы, помимо «главных», отвечающих за развитие болезни, вовлечены другие функционально взаимосвязанные гены, которые во многом определяют воздействие на

© Коллектив авторов, 2008

Ros Vestn Perinatal Pediat 2008; 1:44-48

Адрес для корреспонденции: 194100 Санкт-Петербург, ул. Литовская,

Д. 2

организм факторов внешней среды — аллергенов, инфекционных агентов, поллютантов и др. Известно, что предшествующая экспозиция поллю-тантов способствует сенсибилизации дыхательных путей различными аллергенами [1]. Устойчивость организма к воздействию факторов внешней среды зависит от состояния ферментной системы, отвечающей за детоксикацию ксенобиотиков. Процесс детоксикации — сложная система взаимодействия различных ферментов с экзогенными веществами, в том числе токсичными соединениями. Выделяют три последовательные фазы в системе детоксика-ции ксенобиотиков. Ферменты первой фазы связывают ксенобиотики и эндобиотики с образованием промежуточных электрофильных метаболитов, как правило, токсичных, которые под воздействием ферментов второй фазы превращаются в водорастворимые нетоксичные соединения и выводятся из организма ферментами третьей фазы.

Группа генов, отвечающих за синтез ферментов второй фазы, представлена суперсемейством глутатион - S -трансферазы. Глутатионопосредо -

Сардарян И.С. и соавт. Фенотипические особенности атопической бронхиальной астмы у детей с различными генотипами ферментов

ванная детоксикация играет ключевую роль в обеспечении резистентности клеток к перекисному окислению липидов, воздействию свободных радикалов, «оксидативному стрессу». В суперсемействе глутатион^-трансферазы наиболее важное значение имеют ферменты глутатион^-трансфе-раза Т1, глутатион^-трансфераза М1 и глутати-он^-трансфераза Р1, кодируемые генами GSTT1, GSTM1, GSTP1 соответственно. Установлено, что гомозиготы по нулевым аллелям указанных генов не способны вырабатывать соответствующий фермент с нормальным уровнем активности, что приводит к формированию таких заболеваний легких, как хронический бронхит, рак, эмфизема [2, 3].

В последние годы внимание специалистов пульмонологов и аллергологов привлек ангиотен-зинпревращающий фермент, широко известный как регулятор артериального давления. Однако известны другие функции данного фермента. Регуляция сосудистого тонуса и водно-солевого обмена определяется его воздействием на метаболизм таких пептидов, как ангиотензин I и брадикинин. Наличие ангиотензинпревращающего фермента в ткани легких продемонстрировано в ряде исследований [4—7]. У больных бронхиальной астмой уровень ангиотензинпревращающего фермента в дыхательных путях значительно ниже, чем у здоровых лиц. Глюкокортикостероиды приводят к увеличению его концентрации в дыхательных путях у больных бронхиальной астмой [4]. Показан значительный рост уровня ангиотензина и вазопрессина при обострении бронхиальной астмы. Предполагают, что появление кашля и эпизодов бронхиальной обструкции при приеме ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента происходит из-за накопления в эпителии бронхов брадикинина. Кинины стимулируют избыточную продукцию простаглан-динов и тромбоксанов. Ангиотензинпревращаю-щий фермент также участвует в метаболизме субстанции Р, снижая ее концентрацию.

Известен полиморфизм гена ангиотензинпревращающего фермента АСЕ: D/D, D/I, I/I. Установлено, что у гомозигот по D-аллелю уровень фермента в 2 раза превышает его концентрацию у людей, гомозиготных по I-аллелю, а гетерозиготы D/I имеют средний уровень фермента [2].

Целью работы явилось изучение фенотипиче-ских особенностей бронхиальной астмы у детей с различными вариантами аллельного полиморфизма генов глутатион^-трансферазы и ангиотензин-превращающего фермента.

Характеристика детей и методы исследования

Клинико-генетическое исследование проведено у 43 (31 мальчик и 12 девочек) больных бронхиальной астмой. Средний возраст детей составил

10,2±3,1 года. Легкая персистирующая бронхиальная астма диагностирована у 4 пациентов, средней степени тяжести — у 23, тяжелая — у 16. Диагноз заболевания устанавливался согласно критериям, представленным в национальной программе «Бронхиальная астма у детей, стратегия лечения и профилактика» (2006).

У подавляющего большинства детей был выявлен высокий уровень иммуноглобулина E, что подтверждало атопическую природу заболевания, специфическая сенсибилизация к бытовым аллергенам имела место во всех случаях. У большинства больных были отмечены пищевая сенсибилизация и поллиноз.

Определение полиморфизма генов GSTT1, GSTM1, GSTP1 проводилось в контрольной группе, состоявшей из 52 человек разного возраста (от 8 до 50 лет) и пола, проживающих в Санкт-Петербурге, не курящих, не имеющих патологию легких на момент обследования. Учитывая возрастной диапазон обследованных, полученные генетические данные можно считать популяционными. Определение аллелей генов GST проводили методом полимеразной цепной реакции, исследование полиморфизма гена GSTP1 (аллели А, В, С) осуществляли методом полимеразной цепной реакции и анализом полиморфизма длины рестрикци-онных фрагментов.

Исследования гена АСЕ были выполнены у 76 здоровых жителей Санкт-Петербурга разного возраста и пола, эти данные также можно считать по-пуляционными. Определение аллелей гена АСЕ проводили методом полимеразной цепной реакции и исследованием alu-повторов [2].

Статистический анализ выполнен с использованием пакета статистических программ «Статистика 6.0». Достоверность различий оценивалась по критерию Стьюдента (%2, при р<0,05 различия считались достоверными). Относительный риск развития заболевания (OR) при определенном генотипе рассчитывали по стандартной формуле OR=a/bd/c, где a и b — количество больных, имеющих и не имеющих мутантный генотип; d и c — количество человек в контрольной группе, имеющих и не имеющих мутантный генотип. OR указан с 95% доверительным интервалом. Границы доверительного интервала вычисляли по формулам:

OR =OR

min max

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для удобства анализа полученных данных группы генотипов GSTM1 и GSTT1 были разделены на нулевые аллели 0/0, при которых в организме отсутствует синтез соответствующих ферментов, и генотипы +/+

Таблица 1. Частота генотипов GSTT1, GSTM1, ACE у больных бронхиальной астмой и в контрольной группе

Генотип абс. Контрольная группа %' Больные бронхиальной астмой абс. %

GSTM1 0/0 23 45* 34 79*

GSTM1 +/+ 28 55 9 21

GSTT1 0/0 10 20* 25 58*

GSTT1 +/+ 41 80 18 42

АСЕ D/D 29 38 24 57

АСЕ D/I 39 51** 10 24**

АСЕ I/I 8 11 8 19

Примечание. Здесь и в табл. 2 и 3: Различия статистически достоверны по сравнению с контролем: * — р<0,001; ** — ^<0,01. 1 Так как количество детей <100, здесь и далее % вычислен условно.

и +/0, при которых синтез ферментов происходит. При исследовании гена ОБТР1 были проанализированы 3 основных аллеля: с нормальным синтезом соответствующего фермента (GSTP1А), со сниженным синтезом фермента (GSTP1В) и со значительным снижением синтеза фермента (GSTP1 С).

Обнаружение D/D-аллеля гена АСЕ указывало на нормальный синтез ангиотензинпревращающе-го фермента. Выявление 1/1-аллеля свидетельствовало о выраженном нарушении синтеза фермента, выявление D/I-аллеля — о снижении синтеза.

Нами не были обнаружены различия по частоте выявления нулевых аллелей генов GSTТ1, (^8ТМ1, GSTP1, а также D/D-аллеля АСЕ в зависимости от пола как в контрольной группе, так и у больных бронхиальной астмой. Установлено, что у больных детей нулевые аллели GSTТ1, GSTМ1 встречались достоверно чаще, чем в популяции (табл. 1). Риск развития бронхиальной астмы при нулевых аллелях GSTТ1, GSTМ1 увеличивался в 4—5 раз по сравнению с контрольной группой (относительный риск 4,0 и 5,1% соответственно). Максимально высокая частота нулевых аллелей GSTМ1 0/0 была обнаружена у детей с «атопической болезнью», при кото-

рой бронхиальная астма сопровождалась атопиче-ским дерматитом и аллергическим ринитом. При наличии у ребенка генотипа GSTM1 0/0 риск развития атопического дерматита увеличивался в 10 раз (относительный риск 10,55%).

Анализ генотипов АСЕ показал, что генотип АСЕ D/D, отвечающий за нормальный синтез фермента в популяции, встречался в 38% случаев, а у больных с бронхиальной астмой — в 45% (р>0,5). Генотип АСЕ I/I, при котором фермент не синтезируется в достаточном количестве, выявлялся у больных несколько чаще, чем в популяции (19 и 11% соответственно), но статистических различий получено не было из-за небольшого числа обследованных пациентов (р>0,5).

Распределение генотипов GSTP1 у детей с бронхиальной астмой и в контрольной группе было сходным. Частота GSTP1 А/А составила 44 и 53% соответственно, GSTP1 А/В — 30 и 25%, GSTP1 А/С — 23 и 16%. Функционально неполноценные генотипы В/В, В/С, С/С обнаруживались редко в обеих группах (максимум в 2% случаев).

Особый клинический интерес представляет выявление распределения генотипов изучаемых фер-

Таблица 2. Частота (в %) генотипов GSTи АСЕ при бронхиальной астме у детей в зависимости от степени тяжести заболевания

Тяжесть бронхиальной астмы GSTM1 0/0 GSTT1 0/0 Гены глутатион^-трансферазы GSTM1 0/0 GST71+/+ GSTM1+/+ GSTT1 0/0 GSTM1+/+GSTT1+/+

Легкая (и=4) 50±15,9* (2) 25+15,9 (1) 25+15,9 (1) 0

Среднетяжелая

Тяжелая

Контроль

Примечание. Здесь и в табл. 3: в скобках — абсолютное число случаев.

Сардарян И.С. и соавт. Фенотипические особенности атопической бронхиальной астмы у детей с различными генотипами ферментов .. Таблица 3. Частота (в %) генотипов АСЕ при бронхиальной астме у детей в зависимости от степени тяжести заболевания

Тяжесть бронхиальной астмы Генотипы ангиотензинпревращающего фермента ACED/D ACE D/I ACE I/I

Легкая (и=3) 33,3+18,3 (1) 67,7+18,3 (2) 0

Среднетяжелая

Тяжелая

Контроль

ментов у детей в зависимости от тяжести течения бронхиальной астмы (табл. 2). При всех формах тяжести бронхиальной астмы комбинации нулевых аллелей GST встречались с приблизительно равной частотой (50, 52, 43,7%), что достоверно превышало популяционные показатели (11,7%). Установленный факт свидетельствует о нарушении в системе ферментов второй фазы детоксика-ции ксенобиотиков, что, возможно, способствует длительному сохранению в организме активных метаболитов, приводящих к дегрануляции тучных клеток. Известно, что в процессе дегрануляции образуется широкий спектр биологически активных веществ, воздействие повышенной концентрации которых индуцирует воспалительный процесс в легких.

Генотип GSTM1 +/+, GSTT1 +/+, определяющий нормальный синтез соответствующих ферментов, встречался в популяции в 47% случаев и практически не выявлялся у детей с легкой и среднетяжелой бронхиальной астмой (см. табл. 2). В то же время у детей с тяжелой формой болезни данное сочетание аллелей встречалось в 25% случаев. Если учесть, что риск развития бронхиальной астмы определяется частотой выявления нулевых аллелей генов GST, то обнаружение у 1/4 детей с наиболее тяжелыми клиническими формами заболевания аллелей генов, отвечающих за синтез нормально функционирующих ферментов второй фазы системы детоксикации ксенобиотиков, позволяет сделать предположение о важной роли других наследственных факторов в патогенезе тяжелой формы бронхиальной астмы.

Частота сочетания других генотипов GSTу больных при различных степенях тяжести заболевания практически не отличалась от популяционной.

Одним из факторов, влияющих на тяжесть течения бронхиальной астмы, может служить функциональная активность ангиотензинпревращающего фермента. Установлено, что частота генотипа АСЕ I/I, при котором не происходит в достаточном количестве синтеза фермента, была почти в 2 раза выше у больных с тяжелой формой болезни, чем в популяции (табл. 3). Известно, что при приеме ин-

гибиторов ангиотензинпревращающего фермента, особенно у больных с заболеваниями легких, появляются кашель и эпизоды бронхобструкции. Один из механизмов возникновения кашля связан с накоплением в эпителии бронхов брадикини-на, который стимулирует избыточную продукцию простагландинов и тромбоксанов [2, 5—7]. Кроме того, по нашим данным, у больных с тяжелой бронхиальной астмой генотип АСЕ I/I в 2/3 случаев сочетался с генотипом GSTM1 0/0. Возможно, именно этим патогенетическим механизмом и определяется тяжелое течение заболевания у части детей.

Кроме того, у больных с тяжелой и среднетяже-лой бронхиальной астмой достоверно чаще встречался генотип ACE D/D, при котором синтез ан-гиотензинпревращающего фермента не нарушен. Известно, что при ряде интерстициальных заболеваний легких (саркоидоз, гистиоцитоз Х и фибро-зирующий альвеолит) отмечается высокий уровень ангиотензинпревращающего фермента [8], что, вероятно, связано с модифицирующим воздействием гена АСЕ. Возможно, подобное модифицирующее действие гена АСЕ у ряда больных детей обусловливает тяжелое течение бронхиальной астмы.

Таким образом, у подавляющего большинства детей, страдающих бронхиальной астмой, выявлялся функционально неполноценный генотип, по крайней мере, в одном из звеньев системы де-токсикации ксенобиотиков. В процессе неадекватного метаболизма ксенобиотиков и аутобиотиков возможно образование широкого набора биологически активных веществ, воздействующих на клетки эпителия дыхательных путей и индуцирующих воспаление, которое приводит к развитию гиперчувствительности и гиперреактивности респираторного тракта. Ферменты семейства глутатион-S-трансферазы помимо детоксикации выполняют и другие функции в организме: изомеризируют некоторые стероиды, участвуют в синтезе проста-гландинов и лейкотриенов, являются транспортными белками для стероидных гормонов. Низкий уровень ангиотензинпревращающего фермента при генотипе АСЕ I/I, по-видимому, сопровожда-

ется снижением инактивации брадикинина, что в свою очередь может вызвать повышение проницаемости сосудов, отеки и модулировать воспалительную реакцию.

Суммация дефектов в системе семейства глута-тион^-трансферазы и ангиотензинпревращающего фермента очевидно способствует персистирующе-му, тяжелому течению бронхиальной астмы у детей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федосеев Г.Б., Емельянов А.В., Линцов А.Е. и др. Биологические дефекты — основа развития бронхиальной астмы. Аллергология 1998; 1: 13—16.

2. БарановВ.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., АсеевМ.В. Геном человека и гены предрасположенности (введение в предективную медицину). Ст-Петербург: Интермедика 2000; 271.

3. Иващенко Т.Э., Сиделева О.Г., Петрова М.А. и др. Генетические факторы предрасположенности к бронхиальной астме. Генетика 2001; 30: 107—111.

4. Архипов В.В. Применение иАПФ при бронхообструк-тивных заболеваниях: безопасность и нежелательные лекарственные реакции. Качественная клин практ 2003; 2: 101—107.

5. Lunde H., Hedner T., Samuelsson O. et al. Dyspnoea, asthma, and bronchospasm in relation to treatment with angiotensin converting enzyme. Br Med J 1994; 308: 18—21.

6. Ravid D, Lishner M., Lang R. et al. Angiotensin-convert-ing enzyme inhibitors and cough: a prospective evaluation in hypertension and congestive heart failure. J Clin Pharmacol 1994; 34: 1116—1120.

7. Riska H., Senius-Aarniala B., Sovijarvi A.R.A. Comparison of the effects of an angiotensin-converting enzyme inhibitor and a calcium channel blocker on blood pressure and respiratory function in patients with hypertension and asthma. J Cardiovasc Pharmacol 1987; 10: Suppl 10: 79— 81.

8. Петрицына М.А., Новикова Л.Н., Баранова О.П., Дем-бо Е.М. Состояние калликреин-кининовой системы у больных фиброзирующими альвеолитами и грануле-матозами легких. Национальный конгресс по болезням органов дыхания, 6-й: Сборник трудов. Новосибирск 1996; 76.

Поступила 02.08.07