The role of the ADRB2 gene rs1042714 polymorphism in shaping the metabolic response in patients with early disturbances of carbohydrate metabolism

Full Text

Введение

Предиабет – это клинически гетерогенное состояние, характеризующееся нарушением углеводного обмена (НУО), при котором уровни глюкозы крови превышают нормальные значения, но еще не достигают диагностических критериев сахарного диабета (СД). Такое состояние рассматривается как ранняя стадия формирования СД, сопровождающаяся субклиническими изменениями со стороны функции β-клеток и чувствительности тканей к инсулину. В структуру предиабета входят 2 ключевых фенотипа − нарушенная гликемия натощак (НГН) и нарушенная толерантность к глюкозе (НТГ), каждый из которых отражает различные механизмы патогенеза гипергликемии, но одинаково ассоциирован с повышенным риском развития сахарного диабета 2-го типа (СД 2) и сердечно-сосудистых осложнений [1, 2].

Согласно данным крупного эпидемиологического исследования NATION распространенность предиабета в российской популяции составляет 19,3% среди лиц 20–79 лет при оценке по уровню гликированного гемоглобина (5,7–6,4%). В группах с избыточной массой тела и ожирением частота предиабета возрастает до 18,6 и 33,1% соответственно [3]. По данным исследования ЭССЕ-РФ, частота предиабета, оцененная по НГН, достигает 6,2%, при этом чаще выявляется у мужчин (7,7%), чем у женщин (5,0%) [1]. Сочетание нескольких факторов риска – возраста старше 45 лет, ожирения, артериальной гипертензии и гиподинамии – увеличивает вероятность развития предиабета и СД 2 более чем в 10 раз [4].

Проблема предиабета имеет не только клиническое, но и социально-экономическое значение. По данным различных проспективных исследований, у 25% пациентов с предиабетом СД 2 развивается в течение 3–5 лет, а в течение жизни заболевание манифестирует примерно у 70% таких пациентов [5]. Кроме того, лица с предиабетом имеют повышенный риск развития микро- и макрососудистых осложнений, включая ретинопатию, нефропатию, ишемическую болезнь сердца и инсульт [6]. Метаанализы показывают, что общая смертность у лиц с предиабетом выше, чем у лиц с нормогликемией, что подчеркивает необходимость раннего вмешательства и активного наблюдения пациентов с различными НУО [7].

Однако эффективность стандартных профилактических мероприятий, включая диетотерапию и применение метформина, может существенно различаться между пациентами. Это обусловлено не только внешними факторами, но и генетическими особенностями, определяющими индивидуальную чувствительность тканей к инсулину и реакцию на терапию [8]. Одно из перспективных направлений современной диабетологии – изучение генетических предикторов НУО, что открывает возможности для персонализированной профилактики и лечения.

Особый интерес представляет ген ADRB2, играющий ключевую роль в регуляции энергетического обмена, липолиза и гликогенолиза. Ген ADRB2 кодирует β₂-адренергический белок клеточной мембраны, участвующий в передаче сигналов катехоламинов, главным образом адреналина, через систему G-белков и вторичных посредников. В результате активируются процессы, направленные на повышение доступности энергетических субстратов: усиливаются глюконеогенез и гликогенолиз в печени и скелетных мышцах, стимулируется секреция инсулина β-клетками поджелудочной железы [9]. Кроме того, β₂-адренорецепторы – одни из ключевых компонентов регуляции энергетического обмена, способствуют мобилизации липидов из белой жировой ткани и повышают общий уровень энергетических затрат организма [10].

Полиморфные варианты этого гена могут влиять на чувствительность тканей к инсулину и эффективность фармакологических вмешательств. Среди них полиморфизм rs1042714 (Gln27Glu) рассматривается как потенциально значимый маркер, ассоциированный с метаболическими нарушениями, ожирением и развитием инсулинорезистентности [9, 11]. Однако сведений о влиянии полиморфизма rs1042714 на ранние стадии НУО и ответ на терапию в настоящее время недостаточно.

Цель исследования – изучить влияние полиморфизма rs1042714 гена ADRB2 на показатели углеводного обмена и динамику метаболических параметров у пациентов с ранними НУО на фоне различных видов терапии.

Материалы и методы

Проведено проспективное одноцентровое контролируемое исследование с участием пациентов с факторами риска развития СД 2. Протокол исследования получил одобрение локального этического комитета ФГБОУ ВО «Казанский ГМУ» (протокол №10 от 18.12.2018). Все пациенты предварительно проинформированы о целях и условиях исследования и предоставили письменное согласие на участие.

В исследование включены 104 участника (средний возраст – 47±15 лет) – жители Республики Татарстан не менее чем в III поколении. Все пациенты завершили 3-месячный период наблюдения и строго придерживались назначенной схемы терапии.

Критерии включения предусматривали участие лиц старше 18 лет, имеющих как минимум один фактор риска развития СД 2, к которым относились: избыточная масса тела или висцеральный тип ожирения, отягощенная наследственность по СД 2, перенесенный гестационный диабет либо рождение крупного плода в анамнезе, а также ранее выявленный предиабет. Критериями исключения служили состояния, потенциально искажающие метаболические показатели: острая декомпенсация углеводного обмена, недавние (в течение последнего месяца) сердечно-сосудистые события, алкогольная или наркотическая зависимость, психические расстройства, а также беременность и период лактации.

После проведения перорального глюкозотолерантного теста все обследованные распределены на 2 группы: пациенты без НУО составили группу контроля (n=39), а пациенты с НУО рандомизированы в группу диетотерапии (n=27) или группу диетотерапии в сочетании с метформином (n=38); рис. 1.

 

Рис. 1. Распределение исследуемых пациентов по группам.

Fig. 1. Distribution of study patients by groups.

 

Биохимические исследования, включающие определение концентрации глюкозы, общего холестерина, липопротеинов низкой, высокой плотности и триглицеридов, выполнялись на автоматическом анализаторе Stat Fax 4500 (США). Анализы проводились энзиматическим колориметрическим методом с использованием реактивов производства ООО «Ольвекс Диагностикум» (Санкт-Петербург, Россия) в соответствии с инструкциями производителя.

Исследование уровней инсулина и С-пептида в сыворотке крови пациенток выполнено с помощью иммуноферментного анализа (стандартные наборы реагентов АО «Вектор-Бест», Новосибирск, Россия; автоматический фотометр BioTek ELx800, США). Для оценки инсулинорезистентности и функциональной активности β-клеток поджелудочной железы рассчитаны общепринятые индексы HOMA-IR (ГН×ИРИ/22,5), НОМА-β [20×ИРИ/(ГН-3,5)]. Также оценены модифицированные индексы с учетом уровня С-пептида HOMA-IR и HOMA-β с использованием формул HOMA-IR (CP) [1,5+ГН×C-пептид/2800] и HOMA-β (CP) [0,27×C-пептид/(ГН-3,5)+50] с использованием формулы, предложенной X. Li и соавт. (2004 г.). Пациенты рандомизированы в 2 терапевтические группы: «диетотерапия» и «диетотерапия + метформин».

Для проведения молекулярно-генетического анализа использовали ДНК, выделенную из лимфоцитов периферической крови сорбентным методом с применением коммерческого набора реагентов «ДНК-Сорб-В» (ООО «ИнтерЛабСервис», Москва, Россия). Однонуклеотидный полиморфизм rs1042714 гена ADRB2 определяли методом аллель-специфической полимеразной цепной реакции в режиме реального времени на амплификаторе CFX96 (Bio-Rad Laboratories, США) с использованием диагностических наборов ООО «ТестГен» (Ульяновск, Россия).

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программного обеспечения GraphPad InStat, Microsoft Excel 2016, она включала методы описательной и сравнительной статистики. Анализ значимости различий в распределении частот аллелей и генотипов исследуемых выборок и проверка соответствия равновесию Харди–Вайнберга выполнены с использованием критерия χ². При оценке ассоциации rs1042714 ADRB2 с показателями модели HOMA сравнивались показатели групп пациенток с аллелем риска Т и без него. Характер распределения количественных признаков оценивали с помощью теста Шапиро–Уилка. Для сравнения групп в зависимости от типа распределения использовали U-критерий Манна–Уитни. Данные представлены в виде M±σ (для нормального распределения) или в виде медианы с межквартильным размахом Me [Q25; Q75]. Статистически значимыми результаты считали при p≤0,05.

Результаты

Изучение частот генотипов полиморфизма rs1042714 гена ADRB2 показало, что распределение генотипов в контрольной и терапевтических группах соответствовало равновесию, определяемому законом Харди–Вайнберга (p>0,05).

В результате генотипирования по полиморфизму rs1042714 гена ADRB2 в исследуемой выборке идентифицированы 3 генотипа: СС, CG и GG. Наибольшую долю составили пациенты с генотипом СС – 41 человек. Среди них преобладали женщины (n=35), из которых 15 находились в менопаузе; мужчин было 6. Средний возраст подгруппы составил 47±14 лет. При анализе показателей углеводного обмена установлено, что НУО отсутствовали у 36,6% (n=15) участников данной группы, НГН выявлена у 24,4% (n=10), НТГ – у 22,0% (n=9), а впервые диагностированный СД 2 зарегистрирован у 17,1% (n=7) пациентов. Препараты метформина получали 29,2% лиц с таким генотипом (n=12).

Вторую по численности группу составили носители гетерозиготного варианта CG (n=35). В этой подгруппе преобладали женщины (n=30), из них 12 – в менопаузальном периоде; мужчин было 5. Средний возраст пациентов составлял 49±16 лет. Среди носителей такого генотипа нормогликемия отмечалась у 40,0% (n=14), НГН – у 17,1% (n=6), НТГ – у 25,8% (n=9), а СД 2 впервые выявлен у 17,1% (n=6) пациентов. Терапию метформином получали 40,0% (n=14) пациентов.

Самой малочисленной оказалась группа носителей генотипа GG (n=28), среди которых оказалось 25 женщин (8 – в менопаузе) и 3 мужчины; средний возраст участников составил 47±15 лет. У 35,8% пациентов (n=10) этой подгруппы НУО не выявлено, НГН диагностировано у 21,4% (n=6), НТГ – у 21,4% (n=6), СД 2 – у 21,4% (n=6). Лечение метформином получали 42,8% (n=12) пациентов этой группы.

Носители различных генотипов rs1042714 гена ADRB2 (СС, CG и GG) сопоставимы по возрасту, половому составу, менопаузальному статусу, а также по распространенности ранних НУО и частоте применения метформина (p>0,05).

При сравнительном анализе исходных биохимических показателей достоверных различий между носителями различных генотипов rs1042714 гена ADRB2 не выявлено (p>0,05).

Через 3 мес наблюдения выявлены разнонаправленные изменения метаболических показателей в зависимости от генотипа rs1042714 гена ADRB2 (табл. 1).

 

Таблица 1. Динамика биохимических показателей у пациентов в зависимости от полиморфизма rs1042714 ADRB2 Table 1. Changes of biochemical parameters in patients by rs1042714 ADRB2 polymorphism
Показатель		Изменение показателя (%)
		Генотип CC (n=41)	Генотипы CG + GG (n=63)	p
Глюкоза		-12,50 [-17,36; -0,05]	0,00 [-15,70; 19,58]	0,049
HbA1c		-1,61 [-3,57; 5,26]	-2,64 [-5,88; 4,18]	0,479
Показатели липидограммы	общий холестерин	4,20 [-24,23; 20,04]	-5,02 [-20,43; 6,09]	0,317
	липопротеины низкой плотности	-10,60 [-31,42; 41,30]	-16,39 [-39,62; 32,97]	0,446
	липопротеины высокой плотности	3,43 [-24,29; 60,52]	2,87 [-20,48; 86,21]	0,675
	триглицериды	-17,73 [-60,46; -2,53]	3,12 [-32,94; 84,06]	0,047
Инсулин		3,61 [-50,90; 68,04]	-10,14 [-59,91; 73,55]	0,856
С-пептид		-20,89 [-40,55; 27,90]	50,01 [-27,95; 174,87]	0,016
Индексы инсулинорезистентности	HOMA-IR	8,04 [-54,35; 45,29]	-27,78 [-58,81; 61,24]	0,419
	HOMA-IR (CP)	-6,82 [-17,25; 7,39]	8,13 [-11,78; 46,50]	0,035
Индексы функциональной активности β-клеток	HOMA-β	34,26 [-58,80; 144,99]	-34,85 [-78,27; 36,15]	0,021
	HOMA-β (CP)	21,60 [-14,85; 80,85]	7,88 [-57,29; 188,73]	0,879
Примечание. HbA1c – гликированный гемоглобин. Note. HbA1c – glycated hemoglobin.

 

У носителей генотипа СС отмечалось достоверное снижение уровня глюкозы натощак, С-пептида и индекса HOMA-IR (CP), а также рост индекса HOMA-β, что свидетельствует о повышении чувствительности тканей к инсулину, независимо от вида терапевтического вмешательства.

В противоположность этому у носителей генотипов CG и GG наблюдалось повышение уровня гликемии, С-пептида и HOMA-IR (CP) при одновременном снижении индекса HOMA-β, что отражает тенденцию к нарастанию инсулинорезистентности.

Несмотря на выявленные различия динамики индекса HOMA-β, показатели модифицированного индекса HOMA-β (CP), учитывающего уровень С-пептида, между группами достоверно не различались, что позволяет говорить об отсутствии значимых различий в функции β-клеток у носителей различных вариантов ADRB2.

Сравнительный анализ результатов терапии (диетотерапия или диетотерапия + метформин) внутри каждой терапевтической группы генотипов не выявил статистически значимых различий в динамике биохимических показателей (p>0,05).

Обсуждение

Результаты согласуются с данными ряда современных исследований, подтверждающих влияние полиморфизма ADRB2 на регуляцию энергетического обмена и чувствительность тканей к инсулину. Так, O. Ramos-Lopez и соавт. (2018 г.) показали, что генотип Glu27 (аллель G) связан с менее благоприятным липидным и гликемическим ответом на диетотерапию у лиц с метаболическим синдромом [12]. Аналогичные результаты получены A. da Fonseca и соавт. (2024 г.), которые отметили вклад вариантов ADRB2 в формирование метаболических фенотипов и развитие НУО [13]. В то же время E. de Souza и соавт. (2022 г.) отметили у носителей Glu27 ослабленный метаболический ответ на физическую нагрузку по сравнению с гомозиготами по аллелю С [14].

Существуют и противоположные данные. Ряд авторов не обнаружили значимой связи rs1042714 ADRB2 с показателями углеводного обмена. Так, A. Shakhanova и соавт. (2020 г.), исследуя казахстанскую популяцию, не выявили достоверной связи полиморфизма rs1042714 гена ADRB2 с уровнем глюкозы натощак и индексом HOMA-IR [15]. Аналогичные результаты представили M. Daghestani и соавт. (2021 г.), исследуя женщин с синдромом поликистозных яичников и ожирением [16]. Вероятно, подобные различия объясняются этническими особенностями, образом жизни и различной частотой встречаемости аллелей ADRB2 в популяциях.

В нашем исследовании, включавшем коренное население Республики Татарстан, не обнаружено исходных различий между носителями разных генотипов по возрасту, полу, менопаузальному статусу и биохимическим показателям. Это позволило объективно оценить вклад генетического фактора в наблюдаемые метаболические изменения. Характер выявленных тенденций позволяет предположить, что аллель С оказывает защитное действие в отношении формирования инсулинорезистентности, тогда как аллель G может способствовать ее прогрессированию. Подобные выводы согласуются с концепцией β₂-адренергической гиперактивации, согласно которой повышенная активность сигнального пути циклического аденозинмонофосфата при определенных вариантах ADRB2 способствует усилению липолиза, накоплению свободных жирных кислот и вторичному нарушению чувствительности тканей к инсулину [9].

Отсутствие значимых различий между терапевтическими группами (диета vs диета + метформин) в пределах одного генотипа, при одновременном выявлении различий между генотипическими подгруппами, может указывать на более выраженное влияние генетического фактора по сравнению с эффектом терапии в краткосрочном периоде. Похожие выводы сделаны в исследовании E. de Souza и соавт. (2022 г.), где реакция на вмешательство (физическая нагрузка) зависела преимущественно от генетического варианта, а не от типа программы [14]. Вероятно, для носителей аллеля G требуется более длительное терапевтическое воздействие или использование комбинированных схем для достижения значимого метаболического эффекта.

Клиническая значимость результатов. Результаты исследования указывают на то, что генетический вариант rs1042714 гена ADRB2 оказывает заметное влияние на направление метаболических изменений у пациентов с ранними НУО, независимо от применяемого метода терапии.

Выявлено, что носители генотипа СС демонстрируют благоприятную динамику показателей углеводного обмена – снижение уровней глюкозы, С-пептида и индекса HOMA-IR (СР) при одновременном росте индекса HOMA-β, что свидетельствует о повышении чувствительности тканей к инсулину. У этой категории пациентов уже на ранних этапах наблюдения достигается выраженный положительный эффект даже при соблюдении только диетотерапии.

Напротив, носители минорного аллеля G (генотипы CG + GG) характеризуются тенденцией к прогрессированию инсулинорезистентности и ухудшению метаболического профиля вне зависимости от вида лечения. Это позволяет предположить, что для таких пациентов оптимизация терапии должна включать более раннее назначение комбинированных подходов – диетотерапии в сочетании с метформином, а в перспективе – персонализированное расширение схем коррекции метаболических нарушений.

С практической точки зрения определение генотипа rs1042714 ADRB2 может рассматриваться как элемент персонализированной диагностики у лиц с предиабетом. Учитывая выявленные закономерности, носителям генотипа СС целесообразно проводить наблюдение с акцентом на немедикаментозные меры, тогда как пациентам с аллелем G показан более активный фармакологический контроль метаболических параметров уже на ранних стадиях заболевания.

Ограничения исследования. Основное ограничение настоящего исследования – небольшой объем выборки, что может снижать статистическую достоверность выявленных ассоциаций, при этом в выборке преобладали женщины, включая пациенток в менопаузальном периоде, что могло повлиять на метаболические показатели. Краткосрочный период наблюдения (3 мес) не позволяет оценить долгосрочные метаболические эффекты. Также следует отметить отсутствие полноценного учета влияния сопутствующей терапии (проведен сравнительный анализ, однако многофакторный подход не применялся), что требует осторожной интерпретации полученных результатов. Указанные ограничения в дальнейшем могут быть преодолены при увеличении выборки, гендерной стратификации, продлении периода наблюдения и внедрении многофакторного статистического анализа.

Заключение

Результаты исследования указывают на ассоциацию полиморфизма rs1042714 гена ADRB2 с индивидуальными особенностями метаболического ответа у пациентов с ранними НУО. Для подтверждения выявленных закономерностей и уточнения механизмов влияния полиморфизма rs1042714 гена ADRB2 целесообразно проведение дальнейших исследований с участием более крупных, этнически однородных когорт с длительным периодом наблюдения. В перспективе изучение сочетанного действия ADRB2 с другими генами, регулирующими энергетический обмен, может способствовать выявлению новых мишеней для создания персонализированных подходов к профилактике и ранней коррекции метаболических нарушений.

Раскрытие конфликта 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. Т.А. Киселева – концептуализация, исследование, методология, управление проектом, надзор, написание – рецензирование и редактирование; Ф.В. Валеева – концептуализация, управление проектом, надзор, написание – рецензирование и редактирование; М.С. Медведева – курация данных, формальный анализ, написание – первоначальный вариант, Д.Р. Исламова – исследование, написание – первоначальный вариант, К.Б. Хасанова – исследование, написание – первоначальный вариант, Р.М. Набиуллина – ресурсы, исследование, написание – первоначальный вариант, С.Ю. Гармонов – курация данных, формальный анализ, написание – первоначальный вариант.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. T.A. Kiseleva – сonceptualization, investigation, methodology, project administration, supervision, writing – review & editing; F.V. Valeeva – сonceptualization, project administration, supervision, writing – review & editing; M.S. Medvedeva − data curation, formal analysis, writing – original draft preparation, D.R. Islamova – investigation, writing – original draft preparation; K.B. Khasanova – investigation, writing – original draft preparation; R.M. Nabiullina – resources, investigation, writing – original draft preparation; S.Yu. Garmonov – data curation, formal analysis, writing – original draft preparation.

Источник финансирования. Работа выполнена за счет гранта Академии наук Республики Татарстан, предоставленного молодым кандидатам наук (постдокторантам) с целью защиты докторской диссертации, выполнения научно-исследовательских работ, а также выполнения трудовых функций в научных и образовательных организациях Республики Татарстан в рамках Государственной программы Республики Татарстан «Научно-технологическое развитие Республики Татарстан» (соглашение №131/2024-ПД).

Funding source. The work was carried out with the support of a grant from the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan, provided to young candidates of science (postdoctoral students) for the purpose of defending a doctoral dissertation, carrying out research work, and also performing work functions in scientific and educational organizations of the Republic of Tatarstan ”Scientific and Technical Development of the Republic of Tatarstan“ (Agreement No. 131/2024-PD).

Раскрытие информации об использовании ИИ. При написании статьи ИИ не использовался.

Disclosing the use of AI. No AI was used when writing the article.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом (ФГБОУ ВО «Казанский ГМУ», протокол №10 от 18.12.2018). 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 (Kazan State Medical University, Minutes No. 10, 18.12.2018). 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

Tatiana A. Kiseleva

Kazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8959-093X

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kazan

Farida V. Valeeva

Kazan State Medical University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6000-8002

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Kazan

Maria S. Medvedeva

Kazan State Medical University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8891-5114

Teaching Assist.

Russian Federation, Kazan

Diana R. Islamova

Kazan State Medical University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3639-6361

Postgraduate Student

Russian Federation, Kazan

Kamilya B. Khasanova

Kazan State Medical University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1825-487X

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kazan

Roza M. Nabiullina

Kazan State Medical University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5942-5335

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kazan

Sergey Yu. Garmonov

Kazan National Research Technological University

Email: tattiana@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-8921-1114

D. Sci. (Chem.)

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files