Влияние полиморфных генов на развитие неблагоприятного течения гриппа

Резюме

Цель. Обоснование возможности прогнозирования исходов гриппа на основе генетического анализа ДНК человека для усовершенствования тактики наблюдения пациентов.

Материал и методы. Для проведения генетического исследования отобрано 300 пациентов, из них 232 больных гриппом, вызванным различными типами/сутипами вируса, и 68 больных ОРЗ другой этиологии. Группа контроля (здоровые лица) состояла из 207 человек, состав которой по полу и возрасту соответствовал группам больных гриппом и ОРЗ. Результаты. Выявлено 4 полиморфизма генов человека (G-88T и C-123A гена Mх1, rs12252 гена IFITM3, Т-159С гена CD14), оказывающих влияние на развитие гриппа, вызванного разными типами/субтипами вируса, и других острых респираторных заболеваний, их течение и исходы. Носительство генотипов GT гена Mх1 (G-88T), СА гена Mх1 (C-123A), СС гена CD14 (Т-159С) у больных гриппом А (H1N1) pdm09 создает высокий риск развития пневмонии при среднетяжелом течении заболевания, способствует повышению риска тяжелого течения гриппа с высокой вероятностью летального исхода. Носительство генотипа СТ rs12252 гена IFITM3 повышает риск развития гриппа в целом, а генотипа СА гена Mх1 (C-123A) - риск осложненного течения гриппа А (H3N2).

Заключение. Развитие гриппа, вызванного определенным типом/субтипом вируса, а также - тяжесть течения и летальный исход при гриппе и ОРЗ другой этиологии во многом предопределены генетическими особенностями макроорганизма.

Ключевые слова:грипп А (H1N1) pdm09, грипп A (H3N2), грипп В, ОРЗ, генетический полиморфизм, противовирусный белок, интерлейкин, клеточный рецептор, интерферон, SNP-генотипирование

Инфекц. бол.: новости, мнения, обучение. 2013. № 2. С. 78-82

В Российской Федерации ежегодно регистрируется около 30 млн заболеваний гриппом и другими острыми респираторными заболеваниями (ОРЗ). Во время эпидемических подъемов гриппа и ОРВИ заболевает каждый 10-й взрослый и каждый 3-й ребенок [1]. Среди ОРЗ грипп является наиболее актуальной проблемой. Из-за своей способности к генетической изменчивости вирус гриппа приводит к периодическому развитию новых эпидемий и пандемий. Так, в 2009 г. мир столкнулся с новым субтипом вируса гриппа А (H1N1) pdm09, обладающим новыми антигенными свойствами [2]. Помимо самого вируса влияние на течение заболевания оказывает функциональная несостоятельность различных звеньев врожденного иммунитета, определяющаяся генотипически обусловленными особенностями человека. На сегодняшний день внимание исследователей сосредоточено на 3 генетически детерминированных звеньях иммунопатогенеза гриппа: взаимодействие клеточных рецепторов с вирусом; механизмы регуляции активации экспрессии генов, кодирующих противовирусные белки; функциональная активность противовирусных белков. По результатам проведенного нами анализа литературы, посвященной исследованию влияния различных генетических полиморфизмов на течение ОРЗ, были выбраны 15 генетических маркеров, которые могли бы повлиять на течение гриппа. В связи с этим целью нашего исследования явилось обоснование возможности прогнозирования исходов гриппа на основе генетического анализа ДНК человека для усовершенствования тактики наблюдения пациентов.

Материал и методы

Всем пациентам проводилось стандартное обследование, которое включало в себя сбор анамнеза заболевания, объективный осмотр пациента, а также анализ клинической картины в сопоставлении с данными лабораторно-инструментальных методов исследования (общие анализы крови и мочи, рентгенологическое исследование органов грудной клетки).

В исследование были включены 300 пациентов, из них 232 больных гриппом, вызванным различными типами/субтипами вируса, и 68 больных ОРЗ другой этиологии. Группа контроля (здоровые лица) была сформирована из 207 человек, ее состав по полу и возрасту соответствовал группам больных гриппом и ОРЗ.

Основные направления генетического исследования: 1) полиморфизмы генов, отвечающих за синтез клеточных рецепторов и их сигнальных молекул для взаимодействия с патогеном - rs3758105 гена ST3GAL1, 908T>C гена TLR3, 2107C>A гена NLRP3, His166Arg гена FCGR2A, -159T>C гена CD14,CCR5delta32, -2554G>T и -2459A>G гена CCR5; 2) полиморфизмы генов, кодирующих синтез противовирусных белков - G-88T и C-123A гена Mх1, rs12252 гена IFITM3; 3) полиморфизмы генов, отвечающих за синтез цитокинов - C-889T гена IL-1a, -174 G>C гена IL-6, -607T>G IL-18, -308G>A гена TNF.

Для выявления указанных генетических полиморфизмов человека проводилось SNP-генотипирование. Определение замен одиночных нуклеотидов в изучаемых генах проводили методом "примыкающих проб" (adjacent probes, kissing probes) с использованием лабораторной тест-системы НПФ "ДНК-Технология" (Россия) [3].

Оценка прогностического значения генетических полиморфизмов проводилась в несколько этапов. На первом этапе выявлялось значение того или иного полиморфизма для развития гриппа в целом путем сопоставления относительных рисков. На втором этапе выявлялось значение генетических полиморфизмов для развития гриппа, вызванного определенным типом/субтипом вируса в 3 группах больных. Третий этап исследования касался определения прогностического значения полиморфизма того или иного гена для тяжести течения гриппа А (H1N1) pdm09 и возможности развития летального исхода. И на заключительном этапе определялись значения изучаемых генетических полиморфизмов для прогнозирования развития осложнений гриппа, вызванного различными типами и субтипами вируса (исследуемые группы: больные гриппом А (H1N1) pdm09, осложненным пневмонией, больные гриппом А (H3N2), В и ОРЗ, осложненными заболеваниями преимущественно со стороны ЛОР-органов или обострением сопутствующей хронической патологией органов дыхания; пневмония в этих 2 группах отмечалась в единичных случаях.

Статистический анализ результатов проводился с помощью пакета статистических программ SPSS, версия 19. В основе анализа лежал расчет относительных рисков (RR) развития ОРЗ у носителей неблагоприятных аллелей исследованных генов [4], при величине RR >1,0 риск развития ОРЗ у носителей данной аллели рекомендуется считать высоким. Поскольку проводимый анализ не носил характера популяционных исследований, а выполнялся на случайных выборках, достоверность полученных данных проверялась статистически с помощью метода "ONE WAY ANOVA" с расчетом критерия Фишера.

Результаты

С целью оценки прогностического значения генетических полиморфизмов на развитие гриппа в целом были определены относительные риски и гетерогенность в частоте встречаемости неблагоприятных генотипов у больных гриппом и у здоровых людей. Помимо этого, аналогичное сравнение проведено между больными ОРЗ другой этиологии и здоровыми людьми.

В первую очередь устанавливалось значение полиморфизмов генов, отвечающих за синтез компонентов клеточных рецепторов, необходимых для прикрепления патогена. При изучении G аллели rs3758105 гена ST3GAL1 и А аллели гена NLRP3 2107C>A, их патогенетическое значение при гриппе установлено не было ни по величине коэффициента относительного риска (RR), ни по критерию Фишера. Так как лица, включенные в исследование, являлись носителями только генотипа ТТ гена TLR3, оценить его патогенетическое значение при гриппе не представилось возможным.

Изучение значения полиморфизмов генов, отвечающих за синтез 4 цитокинов (C-889T гена IL-1a, -174 G>C гена IL-6, -607T>G IL-18, -308G>A гена TNF), а также за синтез клеточных рецепторов (FCGR2A His166Arg, -159T>C гена CD14, CCR5delta32, -2554G>T и -2459A>G гена CCR5) показало отсутствие их влияния в целом на развитие гриппа.

Совершенно иная ситуация складывалась в случае изучения полиморфизмов генов, отвечающих за синтез противовирусных белков при гриппе. Так, носительство генотипа GT гена Mх1 G-88T, считающегося неблагоприятным, предрасполагает к развитию гриппа, но не других ОРЗ, что следует из величин относительного риска, превышающего 1,0 в той мере, в которой это подкрепляется достаточной величиной критерия Фишера и его достоверностью для регистрации гетерогенности с группой контроля. Примерно такой же относительный риск развития гриппа (в отличие от других ОРЗ) наблюдается у носителей генотипа СА гена белка Мх1 (С-123А), а при носительстве генотипа СТ rs12252 гена IFITM3 относительный риск развития гриппа был наиболее высоким в этой серии исследований.

При изучении влияния различных генетических полиморфизмов на развитие гриппа, вызванного определенным типом/субтипом вируса, не удалось установить взаимосвязь между полиморфностью генов, отвечающих за синтез цитокинов и клеточных рецепторов, необходимых для прикрепления патогена к клетке макроорганизма, с частотой их встречаемости у больных гриппом, зараженных разными типами/субтипами вируса.

Более информативным оказалось исследование влияния полиморфизмов генов, отвечающих за синтез противовирусных белков. Так, генотип GT в позиции 88 промоутера гена интерферон-индуцибельного белка Mх1 регистрировался на достоверном уровне у больных гриппом A (H1N1) pdm09 и гриппом В, но не гриппом A (H3N2). Генотип СА гена Мх1 С-123А достоверно чаще наблюдался в группе больных только при гриппе A (H1N1) pdm09. Анализ частоты выявления различных генотипов гена IFITM3 у больных гриппом, вызванным разными типами/субтипами вируса, показал отсутствие в нашей когорте носителей неблагоприятного генотипа СС rs12252 гена IFITM3 на фоне довольно высокой частоты выявления гетерозигот (генотипа СТ).

При изучении взаимосвязи полиморфизмов генов, отвечающих за синтез компонентов клеточных рецепторов, необходимых для прикрепления патогена к клеткам макроорганизма, в целом, не было выявлено их ассоциации с тяжестью течения ни при гриппе А (H1N1) pdm09, ни при ОРЗ другой этиологии. В то же время генотип СС гена CD14 (Т-159С) был избирательно ассоциирован с тяжелым течением гриппа А (H1N1) pdm09 и высоким относительным риском его летального исхода.

Полиморфизмы генов, отвечающих за синтез противовирусных белков, имели большое значение в развитии тяжелого течения и летального исхода заболевания у больных гриппом А (H1N1) pdm09 и в меньшей степени - у больных ОРЗ другой этиологии. Так, носительство генотипа GТ гена Мх1 (G-88T) и генотипа СА гена Mх1 (C-123A) показало значимость в развитии тяжелого течения и возможности летального исхода при гриппе А (H1N1) pdm09, а неблагоприятный генотип СТ rs12252 гена IFITM3 с высокой частотой встречался у больных с тяжелым течением и летальным исходом как при гриппе, так и при ОРЗ другой этиологии.

Попытка определить подобные предиктивные свойства для полиморфизмов генов, отвечающих за синтез цитокинов, показала, что тяжесть течения гриппа А (H1N1) pdm09 не была связана с полиморфизмами генов, отвечающих за синтез таких цитокинов, как ИЛ-1α, ИЛ-6, ИЛ-18, ФНОα. Более того, среднетяжелое течение этого заболевания было ассоциировано почти с трехкратным снижением относительного риска, которое носило достоверный характер. Подобная ситуация резко изменялась при других ОРЗ, когда носительство генотипа ТТ гена ИЛ-1α способствовало росту относительного риска тяжелого течения заболевания с высокой вероятностью летального исхода.

В заключении было изучено влияние полиморфности генов на развитие осложнений (в первую очередь пневмонии) при гриппе среднетяжелого течения.

Анализ взаимосвязи полиморфизмов генов, отвечающих за синтез клеточных рецепторов, с осложненным течением гриппа и других ОРЗ позволил выявить только одну достоверную закономерность, касающуюся неблагоприятного генотипа AG rs3758105 гена ST3GAL1. Относительный риск носительства неблагоприятного генотипа был не повышен, а наоборот, достоверно снижен при ОРЗ не гриппозной этиологии, протекающих с осложнениями.

Развитие осложнений при гриппе и других ОРЗ в значительной мере определялось полиморфизмом генов, отвечающих за синтез противовирусных интерферониндуцибельных белков группы Mх1 и ассоциированных с Toll-подобными рецепторами сигнальных NLRP3-белков инфламмасомы. Результаты исследования показывают, что у носителей генотипа GT гена Mх1 (G-88T) относительный риск развития гриппа А (Н1N1) pdm09, осложненного пневмонией, и осложненного течения гриппа В достаточно велик и проявляется на достоверном уровне, в отличие от гриппа А (H3N2) и других ОРЗ. Только при среднетяжелой форме гриппа в целом, независимо от типа/субтипа вируса, у носителей генотипа СА гена Mх1 (C-123A) выявлялся высокий относительный риск развития осложнений данного заболевания. Что касается носителей генотипа ТТ гена IFITM3 rs12252, то у них высокий относительный риск позволяет прогнозировать осложненное течение заболевания только при ОРЗ другой этиологии.

При сопоставлении полиморфизмов генов, кодирующих цитокины, с осложненным течением гриппа и других ОРЗ, только в 2 случаях удалось отметить достоверность, но только в пользу снижения риска, что не имело существенного прогностического значения.

Анализ значения полиморфизмов генов, отвечающих за синтез клеточных рецепторов, продемонстрировал, что у больных неосложненным гриппом А (Н3N2) отмечено снижение частоты встречаемости неблагоприятных генотипов гена CCR5delta32. Этот факт является весьма благоприятным для данной категории людей, но не входит в искомые критерии риска осложненного течения заболевания. Иная ситуация складывается при гриппе A (H1N1) pdm09: у носителей неблагоприятного генотипа CС гена CD14 (Т-159С) достоверно возрастает риск развития пневмонии при среднетяжелом течении гриппа.

Полученные результаты о наличии тех или иных аллельных вариантов полиморфизмов изученных генов у больных гриппом обобщены в таблице.

Таким образом, есть все основания считать, что развитие гриппа, вызванного определенным типом/субтипом вируса, а также тяжесть течения и летальный исход при гриппе и ОРЗ другой этиологии, во многом предопределены генетическими особенностями макроорганизма.

Обсуждение

Как известно, полиморфизмы генов человека определяют предрасположенность к развитию различных заболеваний, могут влиять на тяжесть течения, исходы болезни, чувствительность пациентов к различным методам лечения.

Хорошо известно, что вирус гриппа высокочувствителен к действию интерферонов, опосредованному ИФНиндуцированными белками, к числу которых принадлежит белок Мх1, способный ингибировать размножение вируса гриппа посредством ингибирования процесса транскрипции геномной РНК с образованием мРНК [5]. Гены, кодирующие Мх1, располагаются в дистальной части 21-й хромосомы, а их экспрессия сочетается с ростом чувствительности клеток к интерферонам I типа [6]. Однонуклеотидные полиморфизмы этих генов локализуются в промоуторе в области элементов, отвечающих на стимуляцию ИФН [7]. Было показано также, что полиморфизмы генов Мх-белков могут влиять при гриппе на вирусную нагрузку, развитие отека легких, способствовать нейтрофильной инфильтрации воздухоносных путей [8].

При исследовании полиморфизма Mх1 G-88T было установлено, что генотипы GG и GT в позиции 88 промоутера гена белка Mx1 встречались чаще у больных SARS с наличием гипоксемии [9]. Результаты нашего исследования показали, что у носителей генотипа GT в позиции 88 гена Mх1 при гриппе, вызванном вирусом A (H1N1) pdm09, резко возрастает риск развития пневмонии при среднетяжелом течении заболевания (RR=2,65), увеличивается риск тяжелого течения гриппа и его летального исхода (RR=2,52).

Кроме описанного полиморфизма, существует полиморфизм Mх1 C-123A, описанный J.C. Ching и соавт. в 2010 г. [10]. Исследователями было выявлено, что у носителей минорной А аллели гена белка Мх1 в 123-й позиции достоверно ниже риск развития SARS по сравнению с носителями С аллели 123, что обусловлено достаточной экспрессией гена белка Мх1 для предотвращения его развития, хотя выработка ИФНα и ИФНβ снижена.

Полученные нами данные свидетельствуют о высоком предиктивном значении этого полиморфизма при гриппе, которое реализуется неоднозначно при данном заболевании, вызванном разными типами/субтипами вируса. В случаях гриппа A (H3N2) и гриппа В носительство генотипа СА ассоциировано с высоким риском развития осложнений, но степень относительного риска зависит от типа/субтипа вируса. Так для развития осложнений при гриппе A (H3N2) RR=2,40, а при гриппе В относительный риск примерно в 1,5 раза выше (RR=3,35). При гриппе A (H1N1) pdm09 для развития пневмонии на фоне среднетяжелого течения заболевания RR=3,19, а для тяжелого течения заболевания с высокой вероятностью летального исхода RR=2,79.

К числу интерферон-индуцибельных белков относится и IFITM3, который обладает способностью ингибировать эндоцитоз различных вирусов и действует на самых ранних стадиях проникновения вируса в клетку [11]. В связи с относительно низкой встречаемостью генотипа СС патогенетическое значение этого полиморфизма в наших исследованиях подтвердить не удалось. Тем не менее, нами было показано, что носительство генотипа СТ этого гена увеличивает риск развития гриппа в целом (RR от 3,09 до 3,37) и в значительной мере определяет неблагоприятное течение других ОРЗ: возрастает риск развития пневмонии при среднетяжелом течении заболевания (RR=2,77), увеличивается относительный риск тяжелого течения (RR=8,17), в том числе с летальным исходом (RR=7,14).

Как известно, СD14 является рецептором для липополисахаридов грамотрицательных бактерий у фагоцитирующих клеток. Значение полиморфизма C-159Т гена CD14 при тяжелом течении и осложнениях ряда бактериальных инфекций широко обсуждается в литературе последнего десятилетия [12, 13]. Вместе с тем появились единичные сведения о том, что гаплотип CD14 (159CC)/FсγRIIA (166 Arg/Arg) выявляется у больных с молниеносным течением гриппа [14]. В связи с этим указанные полиморфизмы исследовались и у наших больных. Было установлено, что носительство генотипа СС гена CD14 (C-159Т) в значительной мере сказывается на течении гриппа A (H1N1) pdm09, способствуя росту относительного риска развития пневмонии при среднетяжелом течении заболевания (RR=2,14), его тяжелых форм (RR=2,51) и летальных исходов (RR=2,82).

Выводы

1. Выявлено 4 полиморфизма генов человека (G-88T и C-123A гена Mх1, rs12252 гена IFITM3, Т-159С гена CD14), оказывающих влияние на развитие гриппа, вызванного разными типами/субтипами вируса, и других острых респираторных заболеваний, их течение и исходы.

2. Носительство генотипов GT гена Mх1 (G-88T), СА гена Mх1 (C-123A), СС гена CD14 (Т-159С) у больных гриппом А (H1N1) pdm09 создает высокий риск развития пневмонии при среднетяжелом течении заболевания, способствует повышению риска тяжелого течения гриппа с высокой вероятностью летального исхода.

3. Носительство генотипа СТ rs12252 гена IFITM3 повышает риск развития гриппа в целом, а генотипа СА гена Mх1 (C-123A) - риск осложненного течения гриппа А (H3N2).

Работа выполнена в рамках соглашения № 14.132.21.1332 от 21.09.2012 по теме: "Взаимосвязь иммуно-генетического профиля больных гриппом с особенностями клинико-лабораторной картиной заболевания" в ходе реализации федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 гг.

Литература

1. Покровский В.И., Пак С.Г., Брико Н.И., Данилкин Б.К. Инфекционные болезни и эпидемиология: Учебник. 2-е изд. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 816 с.

2. Childs R.A., Palma A.S., Wharton S. et al. Receptor-binding specificity of pandemic influenza A (H1N1) 2009 virus determined by carbohydrate microarray // Nat.Biotechnol. - 2009. - Vol. 27. - P. 797-799.

3. Трофимов Д.Ю., Ребриков Д.В., Саматов Г.А. и др. Метод повышения точности ПЦР"в реальном времени"// Докл. АН. - 2008. - Т. 419. - С. 421-424.

4. Spitalnic S. Risk Assessment II: Odds Ratio. Hospital Physician. - 2006. - P. 23-26.

5. Nagata K., Mibayashi M. The Mx protein that confers the resistance to influenza virus // Nihon Rinsho. - 1997. - Vol. 55, N 10. - P. 2654-2659.

6. Horisberger M.A. Interferons, Mx genes, and resistance to influenza virus // Am. J. Respir. Crit. Care Med. - 1995. - Vol. 152, N 4. - Pt 2. - P. 67-71.

7. Noguchi S., Hijikata M., Hamanoet E. et al. MxA transcripts with distinct first exons and modulation of gene expression levels by single-nucleotide polymorphisms in human bronchial epithelial cells // Immunogenetics. - 2013. - Vol. 65, N 2. - P. 107-114.

8. Ferris M.T., Aylor D.L., Bottomly D. et al. Modeling host genetic regulation of influenza pathogenesis in the collaborative cross // PLoS Pathog. - 2013. - Vol. 9, N 2. - P. e1003196.

9. Hamano E., Hijikata M., Itoyama S. et al. Polymorphisms of interferon-inducible genes OAS-1 and MxA associated with SARS in the Vietnamese population // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 2005. - Vol. 329, N 4. - P. 1234-1239.

10. Ching J.C., Chan K.Y., Lee E.H. et al. Significance of the Myxovirus Resistance A (MxA) Gene - 123C>A Single Nucleotide Polymorphism in Suppressed Interferon b Induction of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Infection // J. Infect. Dis. - 2010. - Vol. 201, N 12. - P. 1899-908.

11. Feeley E.M., Sims J.S., John S.P. et al. IFITM3 inhibits influenza A virus infection by preventing cytosolic entry // PLoS Pathog. - 2011. - Vol. 7, N 10. - P. e1002337.

12. Biebl A., Muendlein A., Kazakbaeva Z. et al. CD14 C-159T and Toll-Like receptor 4 Asp299Gly polymorphisms in surviving meningococcal disease patients // PLoS One. - 2009. - Vol. 4, N 10. - P. e7374.

13. Rosas-Taraco A.G., Revol A., Salinas-Carmona M.C. CD14 C(-159)T Polymorphism Is a Risk Factor for Development of Pulmonary Tuberculosis // J. Infect. Dis. - 2007. - Vol. 196, N 11. - P. 1698-1706.

14. Петров А.А., Страмбовская Н.Н., Говорин А.В., Витковский Ю.А. Генетический полиморфизм CD14, TNF-α и FCGR2A у больных гриппом А H1N1 в Забайкальском крае // Мед. иммунол. - 2011. - Т. 1, № 13. - С. 84-86.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Горелов Александр Васильевич
Академик РАН, доктор медицинских наук, заведующий кафедрой инфекционных болезней и эпидемиологии НОИ «Высшая школа клинической медицины им. Н.А. Семашко» ФГБОУ ВО «Российский университет медицины» Минздрава России, профессор кафедры детских болезней Клинического института детского здоровья им. Н.Ф. Филатова ФГАОУ ВО Первый МГМУ им И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет), заместитель директора по научной работе ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора (Москва, Российская Федерация)

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»