Some molecular-genetic determinants of premature aging in women

Full Text

Введение

Ускоренное биологическое старение широко признано ведущим фактором риска возрастных заболеваний и смерти [1, 2]. При этом закономерности старения у разных людей неоднородны, и то, как человек стареет, может быть частично связано с генетической предрасположенностью [3, 4].

Предиктивная медицина – это перспективная и быстро развивающаяся область современной медицинской науки [5]. Исследование генетической предрасположенности к старению может способствовать превентивной таргетной коррекции гомеостаза и некоторому снижению биологического возраста (БВ) [6]. В последние годы методы определения БВ в клинической практике помогают более объективно оценить состояние организма, найти новые терапевтические мишени для замедления темпов старения, а также прогнозирования развития некоторых заболеваний, например онкологических, и продолжительности жизни человека в целом [6–8].

Безусловно, темпы старения организма и БВ определяются не только генетической предрасположенностью, но и факторами окружающей среды, особенностями образа жизни индивида. При этом есть данные, что эти факторы могут потенцировать влияние друг друга. Например, известно, что фактором риска преждевременного старения является табакокурение, включая принудительное пренатальное воздействие разнообразных факторов, ассоциированных с курением. Однако при наличии дополнительных проявлений генетической предрасположенности этот эффект выражен намного сильнее [2].

В научной литературе активно обсуждаются гендерные особенности формирования БВ. Существует распространенное мнение, что женщины стареют медленнее, а продолжительность их жизни превышает таковую у мужчин на 5–7 лет. Вероятно, данная особенность обусловлена функционированием их репродуктивной системы и имеет глубокий биологический смысл. Прежде всего, как считают ученые, это объясняется защитной функцией женских половых гормонов, а именно эстрогенов. Эндогенный эстрадиол оказывает выраженное влияние на сердечно-сосудистую систему. Сердечный выброс увеличивается примерно на 20% во второй половине менструального цикла и во время беременности. Эта перманентная биологическая нагрузка в течение репродуктивного периода создает оптимальные условия функционирования сердечно-сосудистой системы, сравнимые с эффектом физических упражнений [9]. При этом следует отметить, что детородный период у женщин более короткий, чем у мужчин, поэтому прогнозирование преждевременного старения у них представляется особенно актуальным. Предполагается, что увеличение БВ у женщин может быть связано не только с риском развития хронических неинфекционных заболеваний, но и с нарушением репродукции. Согласно международному консенсусу вопрос о том, как предотвратить или отсрочить возраст-ассоциированное бесплодие у женщин, является одним из приоритетных направлений будущих исследований, посвященных бесплодию [10]. Для решения данного вопроса полезной может быть оценка БВ.

Исходя из гипотезы о молекулярно-генетической детерминированности патогенетических механизмов старения, можно выделить целый ряд генов – кандидатов преждевременного старения. В частности, в последние годы большое количество исследований посвящено взаимосвязи старения и дефицита витамина D [11–13]. Витамин D влияет на дифференциацию, пролиферацию клеток и апоптоз [14], поэтому логично предположить, что если имеется генетическая предрасположенность к нарушению обмена витамина D, например из-за изменения свойств его рецепторов, то это может привести к тому, что БВ опережает фактический возраст [12].

Еще одним из важных механизмов старения, находящихся в фокусе внимания современных исследователей, является изменение функциональных свойств коллагена [15–17]. В первую очередь возрастные изменения коллагена сказываются на состоянии кожи и фенотипическом старении [17, 18]. Однако механизмы влияния коллагена на БВ женщины намного глубже. Например, в эксперименте на животных моделях показано, что фиброз в стромальном компартменте яичника является основным механизмом, ответственным за нарушение высвобождения ооцитов, которое инициируется митохондриальной дисфункцией, приводящей к снижению биоэнергетики, окислительному повреждению, воспалению и отложению коллагена [19]. Кроме того, известно, что богатые коллагеном ткани имеют плохую способность к репарации, что предрасполагает к распространенным возрастным расстройствам, таким как остеопороз и остеоартрит [16].

Исходя из изложенного, в контексте преждевременного старения женщин репродуктивного возраста нас заинтересовала роль генов, участвующих в регуляции метаболизма витамина D и коллагена.

Цель исследования – определить значение генетических полиморфизмов генов VDR и COL1A1 при ускоренном темпе старения.

Материалы и методы

Проведено одномоментное сравнительное открытое исследование. В работу включены 100 женщин в возрасте 20–35 лет. Все женщины относились к европеоидной расе, были жительницами Свердловской области и на момент участия в исследовании не менее 1 года проживали в г. Екатеринбурге. В группу 1 (n=50) включены женщины с ускоренным темпом старения (БВ превышал паспортный более чем на 1 год), женщины с замедленным и нормальным темпом старения составили группу 2 (n=50).

Критерии включения в исследование: женщины 20–35 лет, не имеющие хронических заболеваний, индекс массы тела 19–30 кг/см², согласие на участие в исследовании.

Критерии невключения: возраст младше 20 и старше 35 лет, наличие диагностированной соматической патологии, работа на вредном производстве, наличие привычных интоксикаций (курение, алкоголь), наличие ожирения или дефицита массы тела, прием лекарственных препаратов и/или биологически активных добавок на момент включения в исследование, вегетарианство (веганство), беременность, отказ от участия в исследовании.

БВ определялся по формуле В.П. Войтенко (1984 г.):

БВ=-1,463+0,415×ПАД-0,140×СБ+0,248×МТ+0,694×CОЗ,

где ПАД – пульсовое артериальное давление, мм рт. ст.;

СБ – время статической балансировки, с;

МТ – масса тела, кг;

СОЗ – субъективная оценка здоровья, баллы [20].

Артериальное давление измеряли с помощью полуавтоматического тонометра на правой руке в положении сидя, ПАД рассчитывали как разницу между систолическим и диастолическим артериальным давлением. СБ определяли при стоянии женщины на левой ноге, без обуви, с закрытыми глазами, опущенными вдоль туловища руками, время измеряли с помощью секундомера трижды с интервалом 5 мин (учитывали наибольший результат). СОЗ проводили с помощью стандартной анкеты, включающей 29 вопросов [20], итоговый балл был равен количеству неблагоприятных ответов.

Проанализированы следующие генетические полиморфизмы: VDR 283 A>G (Bsml), VDR 2 A>G (Fokl), COL1A1 1546 G>T, COL1A1 -1997 C>A. Исследование проводилось методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени на амплификаторах DT Prime 5 с использованием реагентов для научного применения из серии SNP-iC (ДНК-технология, Москва) в соответствии с инструкцией производителя.

Статистическая обработка проводилась с использованием программы Jamovi, версия 2.3.19 (www.jamovi.org). Для количественных показателей указана медиана, 25 и 75-й процентили (Ме [Q1; Q3]), статистическая значимость различий проверялась с помощью критерия Манна–Уитни. Для качественных показателей указано абсолютное и относительное (%) количество, статистическая значимость различий определялась при использовании критерия хи-квадрат (χ²). Различия считались статистически незначимыми при р≥0,05, при р<0,05 нулевая гипотеза опровергалась.

Для анализа сочетаний исследуемых генетических вариантов использовался метод MDR (Multifactor dimensionality reduction – многофакторное снижение размерности). Анализ проводился с помощью программы MDR 3.0.2 (SourceForge, США).

Результаты

Средний паспортный возраст участниц исследования в группах 1 и 2 составил соответственно 27 [22, 1; 29, 3] и 27,5 [22, 9; 31] года (р=0,091).

Параметры, определяемые для расчета БВ, представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Показатели для расчета БВ
Показатель	Группа 1 (n=50)	Группа 2 (n=50)	р
СОЗ, баллы	7 [7; 8]	7 [6, 5; 8]	0,165
ПАД, мм рт. ст.	40 [38; 45]	38 [30; 40]	<0,001
СБ, с	36 [16; 43]	40 [17; 87]	<0,001
MТ, кг	58 [55; 64]	57 [54; 61]	0,022

 

Средний БВ составил в группе 1 – 31,8 [29, 7; 34, 9] года, в группе 2 – 25,3 [12, 8; 29, 3] года. Различия статистически значимы (р<0,001), что ожидаемо, поскольку разница по БВ была положена в основу деления пациенток на группы. Разница между БВ и реальным возрастом составила соответственно 4,8 [2, 3; 7, 2] года и -1,6 [-3,9; 0,29] года.

Частота встречаемости различных генотипов (общая модель) представлена в табл. 2.

 

Таблица 2. Анализ частоты встречаемости различных генотипов в исследуемых группах
Ген, полиморфизм	Вариант	Группа 1 (n=50), абс. (%)	Группа 2 (n=50), абс. (%)	p (X2)
VDR 283 A>G (Bsml)	GG	23 (46)	23 (46)	1 (0)
	GA	18 (36)	25 (50)	0,157 (1,999)
	AA	9 (18)	2 (4)	0,025 (5,01)
	GG+GA	41 (82)	48 (96)	0,025 (5,01)
	GA+AA	27 (54)	27 (54)	1 (0)
VDR 2 A>G (Fokl)	GG	17 (34)	13 (26)	0,382 (0,76)
	GA	21 (42)	29 (58)	0,109 (2,26)
	AA	12 (24)	8 (16)	0,317 (1,001)
	GG+GA	38 (76)	42 (84)	0,317 (1,001)
	GA+AA	33 (66)	37 (74)	0,382 (0,76)
COL1A1 1546 G>T	GG	33 (66)	39 (78)	0,181 (1,79)
	GT	16 (32)	11 (22)	0,26 (1,268)
	TT	1 (2)	0 (2)	0,315 (1,01)
	GG+GT	49 (98)	50 (100)	0,315 (1,01)
	GT+TT	17 (34)	11 (22)	0,181 (1,79)
COL1A1 -1997 C>A	CC	28 (56)	38 (76)	0,035 (4,46)
	CA	20 (40)	10 (20)	0,029 (4,76)
	AA	2 (4)	2 (4)	1 (0)
	CC+CA	48 (96)	48 (96)	1 (0)
	CA+AA	22 (44)	12 (24)	0,035 (4,46)

 

В группе 1 существенно чаще наблюдали вариант АА VDR 283 A>G [р=0,025, отношение шансов – ОШ 5,27 (1,08–27,78)], по частоте встречаемости вариантов GG и GA различия незначимы. Статистически значимые различия выявлены также для варианта СС COL1A1 -1997 C>A – он был более характерен для группы 2. В группе 2 данный вариант определен у 38 (76%) участниц, тогда как в группе 1 – лишь у 28 (56%) [р=0,035, ОШ 0,4 (0,17–0,95)]. Гетерозиготный вариант СА этого гена, напротив, чаще встречался в группе 1 – у 20 (40%) женщин против 10 (20%) в группе 2 [р=0,029, ОШ 2,67 (1,09–6,52)]. По гомозиготному варианту АА значимых различий мы не получили, но он встречался достаточно редко, всего у 4% участниц исследования.

Далее мы использовали мультипликативную модель и проанализировали частоту встречаемости различных аллелей. Результаты представлены в табл. 3.

 

Таблица 3. Анализ частоты встречаемости различных аллелей в исследуемых группах
Ген, полиморфизм	Аллель	Группа 1 (N=100); абс. (%)	Группа 2 (N=100); абс. (%)	p (X2)
VDR 283 A>G (Bsml)	G	64 (64)	71 (71)	0,29 (1,12)
	A	36 (36)	29 (29)
VDR 2 A>G (Fokl)	G	55 (55)	55 (55)	1 (0)
	A	45 (45)	45 (45)
COL1A1 1546 G>T	G	82 (82)	89 (89)	0,16 (1,98)
	T	18 (18)	11 (11)
COL1A1 -1997 C>A	C	76 (76)	86 (86)	0,43 (0,62)
	A	24 (24)	14 (14)
Примечание. N=n×2 (n – число участниц группы).

 

При анализе частоты встречаемости мажорных и минорных аллелей различия между исследуемыми группами статистически незначимы.

Далее с использованием метода MDR мы проанализировали различные сочетания полиморфизмов, для которых получены статистически значимые различия, и построили двухлокусную модель, позволяющую определять сочетания генотипов, при которых ожидается нормальный либо ускоренный темп старения (рис. 1).

 

Рис. 1. Анализ сочетаний генотипов COL1A1 -1997 С>A и VDR 283 A>G.

 

При перекрестной проверке модель показала чувствительность 0,84, специфичность 0,62, сбалансированную точность проверки 0,72. ОШ для данной модели составило 8,14 (95% доверительный интервал 2,99–22,19).

Обсуждение

Наиболее значимыми при ускоренном темпе старения оказались полиморфизмы VDR 283 A>G (Bsml) и COL1A1 -1997 C>A.

Предшествующие исследования показали, что полиморфизмы в гене VDR ассоциированы с повышенным риском ряда патологических состояний: аутоиммунных заболеваний, рассеянного склероза, болезни Паркинсона, метаболического синдрома и инсулинорезистентности, психических расстройств [21–27]. Среди изменений биохимического фенотипа при наличии генетических вариантов VDR отмечен более высокий уровень свободных жирных кислот [22]. VDR является важным геном-кандидатом в контексте его ассоциации с мышечной силой [28]. В работе A. Berg и соавт. (2018 г.) отмечена взаимосвязь между маркером Bsml и объемом головного мозга [29]. Таким образом, наличие полиморфизма VDR 283 A>G АА оказывает множественные эффекты на состояние различных органов и систем, что, вероятно, имеет существенное значение в определении темпов старения организма. Нами показано, что гомозиготный полиморфизм АА VDR 283 A>G (Bsml) в группе с ускоренным темпом старения (группа 1) встречался чаще – у 9 (18%) женщин по сравнению с 2 (4%) в группе 2 (р=0,025). По частоте встречаемости гетерозиготного носительства этого полиморфизма различия незначимы – генотип GA выявлен у 18 (36%) в группе 1 и у 25 (50%) в группе 2 (р=0,157).

Коллаген является важным структурным белком кожи, а также соединительнотканных компонентов внутренних органов [18]. Избыточное отложение коллагена в тканях и развитие фиброза тканей может рассматриваться как дисбаланс между выработкой коллагена и его деградацией [15]. Клеточно-опосредованная деградация коллагена является важным процессом, способствующим разрешению фиброза, а нарушение этого процесса способствует возрастному фиброзу, старению тканей и развитию ряда возраст-ассоциированных заболеваний [15, 16]. Например, повышенный уровень маркеров деградации коллагена отмечен у пациенток с артериальной гипертензией и дисфункцией левого желудочка [30]. Фиброзные изменения в женской репродуктивной системе (в стромальном компартменте яичников) – один из механизмов, ответственных за нарушение высвобождения созревших ооцитов, и, следовательно, способствует преждевременному снижению репродуктивной функции [19]. Все эти изменения являются возрастной нормой, тем не менее их выраженность и время возникновения могут быть генетически детерминированы.

Есть данные, что полиморфизмы в гене COL1A1 ассоциированы с возрастным снижением гибкости [31]. У носительниц этих полиморфизмов при беременности может быть повышен риск истмико-цервикальной недостаточности [32]. Носительство полиморфизмов в генах, ответственных за синтез и обмен коллагена, повышает риск пролапса органов малого таза [33, 34].

Нами показано, что имеются статистически значимые различия по частоте встречаемости полиморфизма COL1A1 -1997 C>A. Вариант СС чаще встречался в группе с нормальным или замедленным темпом старения. В группах 1 и 2 такой вариант выявлен соответственно у 28 (56%) и 38 (76%) женщин (р=0,035). Гетерозиготный вариант СА определен соответственно у 20 (40%) и 10 (20%) участниц исследования (р=0,029). Для варианта АА статистически значимых различий между группами не выявлено, возможно, ввиду редкой его встречаемости – он обнаружен лишь у 4 (4%) участниц исследования (по 2 в каждой группе).

Таким образом, данные научной литературы косвенно свидетельствуют о том, что полиморфизмы генов VDR и COL1A1 могут иметь значение в контексте возраст-ассоциированных изменений. При этом исследований, направленных на выявление ассоциаций между ними и ускоренным темпом старения, ранее не проводилось. Мы намеренно включали в исследование здоровых женщин и постарались по максимуму исключить влияние на БВ средовых факторов, чтобы определить значение именно генетического компонента.

Наиболее значимой при оценке риска ускоренного темпа старения является оценка не отдельных полиморфизмов, а их сочетаний. Такой подход помогает лучше осмыслить индивидуальные генетические закономерности [5]. Представленная нами двухлокусная модель иллюстрирует, какие сочетания ассоциированы с нормальным либо замедленным темпом старения, а какие, напротив, способствуют ускоренному темпу старения. Использование двухлокусной модели, включающей в себя определение полиморфизмов VDR 283 A>G (Bsml) и COL1A1 -1997 C>A, позволяет прогнозировать ускоренный темп старения у женщин (сбалансированная точность проверки 0,72).

Результаты исследований, направленных на поиск молекулярно-генетической предрасположенности к ускоренному темпу старения, могут в дальнейшем использоваться не только в геротерапевтической практике, но и в работе с когортой женщин репродуктивного возраста [35]. Примечательно, что значимыми оказались варианты гена рецептора витамина D. Известно, что обмен витамина D ассоциирован со старением [11]. Возможно, своевременный контроль его уровня и прицельное назначение препаратов витамина D в группе высокого риска будет способствовать замедлению темпов старения. Наличие полиморфизмов в гене COL1A1 может стать основанием для таргетного назначения препаратов и биологически активных добавок, содержащих коллаген [17]. Терапевтическая коррекция БВ не входила в задачи данного исследования, однако наши результаты могут стать основанием для последующих научных работ в этой области.

Ограничения исследования. В данном исследовании рассмотрены лишь межгенные взаимодействия, не изучались ген-средовые взаимодействия, которые также могут оказывать влияние на БВ.

Заключение

Существует генетическая предрасположенность к ускоренному старению. При оценке риска ускоренного темпа старения имеет значение анализ сочетаний генов VDR 283 A>G АА (Bsml) и COL1A1 -1997 C>A. Эффективность предложенной двухлокусной модели для оценки темпов старения составила 0,72. Результаты исследования могут способствовать новым подходам к терапевтической модуляции темпов старения, модификации образа жизни.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Исследование было поддержано правительством. Научно-исследовательская работа «Генетические и эпигенетические основы прогнозирования нарушений онтогенеза и старения человека». Госзадание № 122120100026-3.

Funding source. The study was supported by the Governmental. Research work “Genetic and epigenetic bases for predicting disorders of ontogenesis and human aging”. Task, assignment number 122120100026-3.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО УГМУ, протокол № 6 от 17.06.2022. Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской декларации.

Compliance with the principles of ethics. The study protocol was approved by the local ethics committee of Ural State Medical University, Minutes No. 6, 17.06.2022. The approval and protocol procedure was obtained according to the principles of the Declaration of Helsinki.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

About the authors

Elena V. Kudryavtseva

Ural State Medical University; Blokhin Ural Institute of Healthcare Management

Author for correspondence.
Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2797-1926

D. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

Russian Federation, Yekaterinburg; Yekaterinburg

Dinara A. Berezina

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4685-6771
SPIN-code: 8696-2674

Graduate Student

Russian Federation, Yekaterinburg

Daniil O. Kornilov

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5311-1247

intern

Russian Federation, Yekaterinburg

Veronika M. Simarzina

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-0855-2163

intern

Russian Federation, Yekaterinburg

Mikhail A. Tryapitsyn

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-2647-8607

intern

Russian Federation, Yekaterinburg

Aleksey A. Bekhter

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-6036-2499

laboratory assistant

Russian Federation, Yekaterinburg

Vladislav V. Kovalev

Blokhin Ural Institute of Healthcare Management

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8640-8418
SPIN-code: 2061-0704

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Yekaterinburg

Danila L. Zornikov

Ural State Medical University

Email: elenavladpopova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9132-215X

Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof.

Russian Federation, Yekaterinburg

References

Supplementary files