ИСТИНА

Предлагаемое исследование направлено на изучение молекулярно-генетических маркеров, ассоциированных с особенностями белой и бурой жировой ткани, а также регулярных физических нагрузок и их связей с риском развития ожирения у взрослых этнических русских, проживающих на территории Российской Федерации. В современном мире проблема избыточного веса и связанного с ним риска развития ожирения стоит весьма остро. Исследования близнецов, семей и усыновленных детей позволяют обоснованно предположить, что наследственная составляющая обусловливает развитие ожирения на 60-90% [Maes et al., 1997; Stunkard and Sorensen, 1993]. К факторам риска, увеличивающим вероятность возникновения ожирения и сопутствующих заболеваний, относятся особенности метаболизма, детерминированные генами, а также образ жизни. Вероятно, регулярные физические нагрузки регулируют экспрессию генов на эпигенетическом уровне, что позволяет значительно снизить риск ожирения даже при "неблагоприятной" наследственности. Также в последние несколько лет внимание исследователей, работающих над проблемой "эпидемии ожирения", обращено к бурой жировой ткани, которая присутствует в организме практически всех здоровых взрослых людей. Показано, что метаболическая активность бурого жира у взрослых значительно варьируется. Люди с активной бурой жировой тканью гораздо менее подвержены ожирению и сопутствующим заболеваниям. Таким образом, индивидуальных риск накопления избыточного веса связан как с наследственными факторами, характеризующими особенности белой и бурой жировой ткани, так и с образом жизни.

1. Определить генотипы по трем полиморфным системам генов UCP1, UCP2, UCP3 для 200 образцов геномной ДНК для группы спортсменов взрослых этнических русских мужчин и женщин. 2. Создать электронную базу данных, содержащую данные о генотипах (FTO, UCP1, UCP2, UCP3) и особенностях жироотложения для группы спортсменов, представляющих различные виды спорта. 3. Провести статистическую обработку данных: проанализировать ассоциации генотипов и аллелей исследуемых генов с уровнем накопления жира и его топологией в генерализованной группе спортсменов, а также в подгруппах, соответствующих, полу и виду физической нагрузки. 4. Провести комплексное антропогенетическое обследование группы взрослых мужчин и женщин, которые не занимаются спортом профессионально (не менее 100 человек). Результаты данного обследования будут внесены в общую электронную базу данных.

Задачи, которые должны быть решены в 2017г.: 1. Продолжить антропогенетические обследование группы взрослых мужчин и женщин, занимающихся спортом профессионально (200 человек) и контрольной группы неспортсменов (не менее 100 человек). Определить для них генотипы по четырем полиморфным локусам генома человека (FTO, UCP1, UCP2, UCP3). 2. Продолжить заполнение общей базы данных, содержащей результаты определения генотипов (FTO, UCP1, UCP2, UCP3) и данные об особенностях жироотложения, полученные при проведении антропометрического обследования. 3. Продолжить анализ ассоциаций маркеров в генах, детерминирующих особенности белой и бурой жировой ткани, с накоплением жира и его топологией в группах неспортсменов и спортсменов. Данный анализ позволит оценить индивидуальную генетическую предрасположенность к ожирению для носителей генотипов исследуемых генов. Также сравнение с группой спортсменов позволит оценить вклад регулярных физических нагрузок различной направленности на реализацию генетических характеристик испытуемых. 4. Для всей совокупности собранных данных провести оценку вклада генетических (FTO, UCP1, UCP2, UCP3) факторов, а также особенностей образа жизни (неспортсмены) и влияния определенного типа физической нагрузки (аэробный, анаэробный и смешанный) среди обследованных спортсменов на особенности накопления жира.

В ходе выполнения работ по проекту, в 2016г. были получены следующие результаты: 1. Определены генотипы по четырем полиморфным системам генов UCP1, UCP2, UCP3 и FTO для 200 образцов геномной ДНК для группы спортсменов взрослых этнических русских мужчин и женщин. 2. Создана электронная база данных, содержащая данные о генотипах (FTO, UCP1, UCP2, UCP3) и особенностях жироотложения для группы спортсменов, представляющих различные виды спорта. 3. Проведена статистическая обработка данных. Для анализа различий в частотах встречаемости генотипов и аллелей исследованных генов был использован непараметрический критерий хи2; проверку на соответствие распределения антропометрических признаков нормальному осуществляли при помощи критериев Шапиро-Уилка и Лиллиефорса [Lilliefors, 1967]. Для статистической обработки полученных данных были использованы методы дисперсионного, факторного и канонического анализов (пакет программ Statistica 8.0) [Боровиков, 1998; Дерябин, 2007]. Одномерный дисперсионный анализ применен для установления неоднородности средних арифметических величин морфологических параметров, имеющих нормальное распределение, в группах обследованных с различными генотипами исследованных генов. С помощью факторного анализа [Ким, Мьюллер, Клекка и др., 1989] изучены особенности вариации величины и топографии подкожного жироотложения в обследованных группах. Канонический анализ [Дерябин, 2007] использовался для исследования межгрупповых различий по показателям телосложения обследованных, имеющих различные генотипы исследованных генов. Для анализа различий показателей, не имеющих нормального распределения, в группах испытуемых с различными генотипами исследованных генов применен критерий Краскела-Уоллиса. Проведен анализ ассоциаций генотипов и аллелей исследуемых генов с уровнем накопления жира и его топологией в генерализованной группе спортсменов, а также в подгруппах, соответствующих, полу и виду физической нагрузки. 4. Проведено комплексное антропогенетическое обследование группы взрослых мужчин и женщин, которые не занимаются спортом профессионально (225 человек; 105 юношей и 122 девушки в возрасте от 17 до 23 лет). Результаты данного обследования внесены в общую электронную базу данных. Для характеристики особенностей телосложения, связанных с вариацией и топографией подкожного жира, использованы тотальные размеры тела (длина и масса тела), обхваты талии и бедер (через ягодицы) и толщина 6 жировых складок (под лопаткой, на животе, на задней поверхности плеча, на предплечье, наружной поверхности бедра и на голени). Также был проведен биоимпедансный анализ компонентного состава тела (АВС-Медасс, Россия). У всех обследованных собраны образцы буккального эпителия для последующего генотипирования по выбранным полиморфным локусам. 5. Результаты, полученные в 2016г., опубликованы в научных изданиях, рекомендованных ВАК и включенных в системы цитирования. Проведено обследование спортсменов высокой квалификации (достигших на момент проведения обследования спортивных званий мастера спорта, мастера спорта международного класса и заслуженного мастера спорта), занимающихся различными видами спорта: футболисты (N=70), скалолазы (N=130). Семейство разобщающих белков “UCP” (uncoupling proteins) активно исследуется в последние 10–15 лет благодаря тому, что разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях ассоциируется с контролем массы тела и склонностью к набору жира [Del Mar Gonzalez-Barroso et al., 2000], а проблема профилактики и лечения метаболического синдрома – одна из самых насущных проблем современной медицины. Гены разобщающих белков обладают популяционным полиморфизмом, от которого зависит конкретное проявление активности каждого из этих белков. Полиморфизм гена разобщающего белка 1 (UCP1). UCP1 экспрессируется в бурой жировой ткани (БЖТ) и играет ключевую роль в теплопродукции. UCP1 оказывает влияние на энергетический баланс организма, и изменение его активности затрагивает эффективность процессов синтеза АТФ из поступающих с пищей макромолекул. Низкая активность может привести к ожирению, диабету 2 типа и другим сопутствующим заболеваниям [Esterbauer et al., 1998]. Наиболее изученной является –3826A/G замена UCP1 (rs1800592). Показано, что минорный G-аллель приводит к снижению количества мРНК UCP1 в бурых адипоцитах у людей, страдающих ожирением [Jia et al., 2010]. Также G-аллель ассоциирован с повышенным риском ожирения, повышением индекса массы тела (ИМТ) и другими параметрами, связанными с повышенным накоплением жира в организме [Arch, 2008; Cha, 2008]. В исследовании A. Kogure с соавт. показано, что носители G-аллеля тратят за сутки на 200 Ккал меньше по сравнению с носителями исходного А-аллеля [Kogure et al., 1998]. Полиморфизм гена разобщающего белка 2 (UCP2). Полиморфизм С/Т приводит к замене аланина в положении 55 на валин (Ala55Val) в 4 экзоне гена. Аллель 55Val ассоциирован с повышенной склонностью к набору веса тела, а также с большей прибавкой в весе у испытуемых в условиях высококалорийной диеты [Ukkola et al., 2001]. Полиморфизм гена разобщающего белка 3 (UCP3). Известна замена –55C/T, которая расположена на 55 пар оснований выше сайта инициации транскрипции специфичного для скелетных мышц UCP3 [Esterbauer et al., 1998], что может затрагивать экспрессию данного гена. Так, аллель –55Т в промоторной области UCP3, по некоторым данным, ассоциирован с повышенной склонностью к набору веса и развитием ожирения – так называемый “бережливый генотип” (thrifty genotype), и одновременно увеличивает аэробные возможности спортсменов за счет более эффективного синтеза АТФ в митохондриях [Qian et al., 2013]. Некоторые характеристики образа жизни также способны регулировать экспрессию генов разобщающих белков: • ограничение калорийности пищи приводит к двукратному увеличению экспрессии генов UCP2 и UCP3 в адипоцитах и скелетных мышцах [Millet et al., 1997]; • увеличение количества жиров в пище приводит к увеличению экспрессии генов разобщающих белков 2 и 3 [Schrauwen et al., 2001]; • длительные тренировки на выносливость снижают экспрессию разобщающих белков [Schrauwen et al., 2005]. Для представителей игровых видов спорта, в том числе футбола, в их тренировочной и соревновательной деятельности, очень важна аэробная работоспособность, и на уровне высших спортивных разрядов мы вправе ожидать направленного генетического отбора по маркерам, ассоциированным с повышенными аэробными возможностями. Частоты встречаемости генотипов исследованных генов для футболистов vs контрольной группы следующие (* различия достоверны): UCP1*AA 50.0% UCP1*AG 32.2% UCP1*GG 17.8% vs UCP1*AA 60.0% UCP1*AG 37.1% UCP1*GG 2.9%*; UCP2*CC 21.4% UCP2*CT 50.0% UCP2*TT 28.6% vs UCP2*CC 31.4% UCP2*CT 55.7% UCP2*TT 12.9%; UCP3*CC 35.7% UCP3*CT 42.9% UCP3*TT 21.4% vs UCP3*CC 62.9% UCP3*CT 30.1% UCP3*TT 7.1%*; FTO*TT 42.9% FTO*TA 46.4% FTO*AA 10.7 vs FTO*TT 22.8% FTO*TA 55.7% FTO*AA 21.4%*. Для полиморфной системы гена UCP1 можно констатировать отбор носителей генотипа GG, который в наибольшей степени соответствует экономичному типу аэробного метаболизма (UCP1*GG 17.8% vs UCP1*GG 2.9%, в экспериментальной и контрольной группах, соответственно). Одновременно с преимуществом в экономичности аэробного метаболизма, носители GG генотипа гена UCP1 обладают самой высокой предрасположенностью к ожирению. Анализ связей данного полиморфизма с особенностями жироотложения (количеством и топологией) не выявил достоверных ассоциаций. Вероятно, активный образ жизни с большим количеством аэробных нагрузок, который характерен для спортсменов, профессионально занимающихся футболом, нивелирует негативное действие UCP1*GG, при этом носители данного генотипа обладают преимуществом перед носителями исходного A-аллеля в связи с лучшей экономичностью энергетических процессов, протекающих в митохондриях. Из приведенных значений частот генотипов UCP2 следует, что количество носителей генотипа ТТ (Val/Val) в группе футболистов в два раза больше, чем у неспортсменов. Соответственно, в группе спортсменов снижено количество носителей двух исходных С-аллелей (Ala/Ala). Полученные данные могут свидетельствовать о некоторой тенденции в отборе носителей генотипа ТТ или Т-аллеля. Однако наблюдаемые различия в распределении частот встречаемости генотипов не являются достоверными (хи2 = 3.67, p = .16). Аллель 55Val (UCP2*T) ассоциирован со снижением разобщающего эффекта белка UCP2, и является маркером повышенного риска развития ожирения и диабета 2 типа. В то же время, Т-аллель считается “аллелем выносливости”, который позволяет спортсменам развить лучшие аэробные качества – возможно, за счет более эффективного сопряжения процессов дыхания и синтеза АТФ в митохондриях. Исследования данного маркера в некоторых группах спортсменов выявили отбор носителей аллеля 55Val в группах спортсменов-стайеров [Ahmetov et al., 2009] и футболистов [Egorova et al., 2014]. Полученные нами результаты не противоречат такому предположению. Анализ частот встречаемости генотипов в группе футболистов и в контроле выявил достоверные различия для полиморфной системы гена UCP3 (хи2 = 6.4, p = .04). Наблюдаемый в группе спортсменов отбор носителей мутантного Т-аллеля гена UCP3 свидетельствует о преимуществе данного аллеля в условиях спортивной деятельности перед генотипом с исходным С-аллелем, вероятно, за счет более эффективного синтеза АТФ в митохондриях скелетных мышц. Частоты встречаемости генотипов ТА- и ТТ-гена, ассоциированного с жировой массой и ожирением (FTO), выше в группе обследованных футболистов по сравнению с неспортсменами, частота встречаемости генотипа с двумя мутантными А-аллелями среди спортсменов в два раза ниже (хи2 = 4.37 р = .11). Частота встречаемости А-аллеля, обусловливающего высокий риск развития ожирения, в контрольной группе составляет 49.3% против 33.9% у футболистов (хи2 = 3.81 р = .05). Несмотря на отсутствие статистически достоверных различий, большинство обследованных футболистов (66.1%) являются носителями протекционного Т-аллеля гена FTO. В целом, в группе высококвалифицированных футболистов имеется тенденция к сдвигу частот встречаемости генотипов в сторону накопления мутантных аллелей данных молекулярно-генетических маркеров, отражающих более экономичный вариант организации энергетического метаболизма. При этом, вероятно, повышенная склонность к накоплению жира, ассоциированная с мутантными аллелями генов UCP2 и UCP3, нивелируется активным образом жизни футболистов со значительным количеством тяжелых физических нагрузок, а также, наличием у большинства из обследованных Т-аллеля гена FTO, препятствующего набору жира. Анализ частот встречаемости генотипов и аллелей генов разобщающих белков UCP1, 2 и 3 в группе спортсменов-футболистов по сравнению с популяцией нетренированных лиц выявил статистически достоверные различия для полиморфных систем генов UCP1 и 3. В целом для спортсменов мужчин, профессионально занимающихся футболом, предпочтительными являются те варианты генов, которые делают окислительное фосфорилирование более эффективным, т.е. менее разобщенным. Вероятно, наличие в геноме футболистов маркеров, ассоциированных с более эффективным синтезом АТФ в митохондриях, дает им преимущество перед носителями аллелей, ассоциированных с нормальным уровнем разобщения, т.к. способствует достижению лучших аэробных возможностей. Исследованная выборка футболистов демонстрирует отбор носителей Т-аллеля гена разобщающего белка 3, что свидетельствует о наличии профессионального отбора по данному молекулярно-генетическому маркеру. Эти результаты не противоречат данным, полученным в некоторых других исследованиях [Ahmetov et al., 2009; Egorova et al., 2014]. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования влияния выбранных молекулярно-генетических маркеров генов разобщающих белков на спортивную успешность в футболе. Отбор и ассоциации выбранных полиморфных систем со склонностью к ожирению были исследованы также и на другой модельной группе – скалолазах высокой квалификации. Одной из характерных особенностей спортсменов, занимающихся скалолазанием, является крайне низкий вес тела, за счет значительного уменьшения жировой массы тела [Watts et al., 2003]. В этом свете, генетические особенности, которые обусловливают повышенную склонность к накоплению жира, могут оказать влияние на успешность в скалолазании, а также на морфологические особенности (количество жира и топология жироотложения) спортсменов-скалолазов. Сравнение частот встречаемости генотипов в экспериментальной (скалолазы) и контрольной подгруппах обследованной выборки не выявил достоверных различий. Среди обследованных скалолазов несколько повышается число носителей генотипа ТТ гена UCP2 (21,8% против 12,9% у неспортсменов) и снижается количество носителей двух мутантных аллелей (Т) гена UCP3 (2,3% против 7,2% в контрольной группе). Мутантные аллели данных генов ассоциированы с риском развития ожирения, однако, в обследованной группе скалолазов отсутствует отбор по полиморфным системам генов UCP2 и UCP3. Вероятно, данные гены не оказывают значительного влияния на предрасположенность спортсменов к набору веса. У скалолазов не выявлено достоверных различий в частотах встречаемости генотипов между спортсменами разного уровня (?2=2,42; р>0,05). Несмотря на отсутствие достоверности, в первых двух группах спортивной успешности (КМС и МС) с наибольшей частотой встречается гетерозиготный генотип АТ. В то же время в группе скалолазов, прошедших жесткий профессиональный отбор и достигших наивысшего уровня спортивного мастерства (мастера спорта международного класса и заслуженные мастера спорта) наблюдается отбор носителей Т-аллеля гена FTO, который ассоциирован с низкой жировой массой тела. Ни один из членов сборной РФ по скалолазанию (ни мужчины, ни женщины) не является носителем генотипа FTO*AA. Анализ ассоциаций (дисперсионный анализ one-way ANOVA) генотипов гена FTO с количеством и топологией жироотложения выявил следующие достоверные связи: носители генотипа АТ, включающего аллель А, ассоциированный по литературным данным с излишней массой тела и ожирением, имеют большую величину жировых складок на конечностях (на трицепсе, на внутренней стороне плеча, на предплечье и на бедре), а также обладают большим количеством жира в организме (определено при помощи биоимпедансометрии), по сравнению со скалолазами-носителями ТТ генотипа. С другой стороны, результаты ряда исследований [Egorova et al., 2014; Saitoh et al., 2015] позволяют предположить, что особенности образа жизни – ограничение калорийности пищи и регулярные физические нагрузки – позволяют избежать развития ожирения и накопления избыточного веса, несмотря на наличие в генотипе маркеров ожирения. Исследование влияния генов, детерминирующих активность белой и бурой жировой тканей, на склонность к накоплению жира в группах обследованных спортсменов позволяют предположить, что даже при наличии «генотипов и аллелей риска» в геноме профессиональных спортсменов их негативное влияние сглаживается большим количеством физических нагрузок аэробного характера (футболисты), либо строгим соблюдением диеты и значительными силовыми нагрузками (скалолазы). И не приводит к набору лишнего веса, по крайней мере, на протяжении профессиональной карьеры и активной соревновательной и тренировочной деятельности. С другой стороны для обеих обследованных групп спортсменов характерны низкие частоты встречаемости А-аллеля гена FTO, который является мощным предиктором предрасположенности к набору жировой массы. Вероятно, протективный эффект от накопления жира, который связан с Т-аллелем гена FTO позволяет несколько нивелировать влияние «брежливых аллелей» генов разобщающих белков на склонность к ожирению. Частоты встречаемости генотипов выбранных генов в контрольной группе этнических русских, не занимающихся спортом следующие: UCP1*AA 60.0% UCP1*AG 37.1% UCP1*GG 2.9%; UCP2*CC 31.4% UCP2*CT 55.7% UCP2*TT 12.2%; UCP3*CC 62.8% UCP3*CT 30.0% UCP3*TT 7.2%; FTO*TT 22.8% FTO*TA 55.7% FTO*AA 21.4% Не было найдено достоверных ассоциаций генотипов генов UCP1-3 с показателями, характеризующими жироотложение. Однако для минорных аллелей генов UCP1 и 3 обнаружена тенденция к увеличению толщин кожно-жировых складок на корпусе и на конечностях. Необходимо продолжение исследования влияния полиморфизма генов разобщающих белков на ожирение у взрослых неспортсменов, которое планируется провести на втором году выполнения проекта. Будут исследованы мужчины и женщины разных возрастных категорий, так как некоторые генетические особенности, обусловливающие склонность к ожирению, могут проявиться с возрастом и соответствующим изменением образа жизни. Для исследованного полиморфизма гена FTO были обнаружены следующие достоверные связи. В группе юношей носители генотипа АА демонстрируют более высокие значения многих показателей, связанных с увеличением количества подкожного жира, по сравнению с носителями генотипов AT и TT. Так, например, масса тела 77,0 кг и окружность талии 81,9 см (у носителей генотипа АА) по сравнению с носителями хотя бы одного исходного Т-аллеля (75,8 кг и 71,9 кг; 80,0 см и 78,0 см). Также для носителей генотипа АА характерны большие значения толщины кожно-жировых складок под лопаткой, на плече, бедре и голени; более высокие значения ИМТ (24,2 кг/м2) по сравнению с респондентами, обладающими генотипами АТ и ТТ (23,7 и 22,7 кг/м2) и большее количество общего жироотложения, рассчитанного по формуле Матейки (22,2 кг по сравнению с 21,6 кг и 17,7 кг – у представителей генотипов АТ и ТТ соответственно). В выборке обследованных девушек, описанные для юношей ассоциации генотипа АА с большим количеством жира, имеют характер тенденции и не являются статистически достоверными. Вероятно, на морфологические особенности девушек в этом возрасте оказывает сильное влияние желание соответствовать современным стандартам красоты, и они сознательно изменяют свой образ жизни, чтобы избежать набора лишнего веса. Единственная характеристика телосложения, показавшая статистически достоверные (на самом высоком уровне значимости) различия между представителями различных генотипов гена FTO, – индекс отношения обхвата талии к обхвату бёдер (в мужской выборке p<0,001). Этот индекс является весьма информативной соматической характеристикой проявления степени полового диморфизма и условно называется показателем андроморфии и гинекоморфии. Для женщин наиболее гармоничными являются значения индекса в диапазоне от 0,6 до 0,8, морфологически выражающиеся в узкой талии и широких бедрах (форма тела «груша»). Значения больше 0,8 указывают на увеличение общего количества жироотложения на корпусе (преимущественно на животе) и на усиление признаков андроморфии – изменение топографии жироотложения от женского варианта (преобладание на бедрах) к мужскому (локализация жира на корпусе, форма тела «яблоко»). Полученные средние значения этого индекса для обследованных юношей (0,83) и девушек (0,74) вполне соответствуют гармоничным мужскому и женскому вариантам телосложения. Юноши-носители генотипа АА демонстрируют статистически достоверное (критерий Краскела-Уоллиса, H=11,02 p=0,004) увеличение значений отношения обхвата талии к обхвату бёдер, что свидетельствует о большем жироотложении на корпусе и предрасположенности к абдоминальному (преимущественно на животе) варианту топографии подкожного жира. Следует отметить, что в женской выборке получены аналогичные результаты (близкие к статистически достоверным, H=4,9 p=0,09): у девушек – носителей генотипа АА отмечены немного более высокие значения этого индекса по сравнению с другими генотипами, т.е. для них выявлена та же тенденция накопления подкожного жира на корпусе и абдоминальность в топографии подкожного жироотложения. Полученные данные позволяют заключить, что среди обследованных юношей и девушек, носители двух мутантных аллелей (FTO*АА) обладают большим жироотложением, преимущественно на животе. Влияние исследованного Т/А-полиморфизма гена FTO прослеживается не только среди людей, страдающих ожирением или имеющим значительный избыточный вес, но и среди условно-здоровых юношей и девушек, не страдающих ожирением. Полученные результаты хорошо согласуются с данными многочисленных исследований, посвященных изучению генетических маркеров ожирения. Таким образом, АА-генотип гена FTO является надежным предиктором повышенного риска развития трункального ожирения, которое, в свою очередь, увеличивает риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы [Moleres et al., 2012], некоторых видов рака [Vimaleswaran et al., 2016], метаболического синдрома и диабета 2 типа [Schum et al., 2012].