Введение. Артериальная гипертензия широко распространена в большинстве развитых стран мира. Российская Федерация относится к регионам с наибольшей частотой встречаемости данного заболевания, которое до сих пор остается одной из значимых медико-социальных проблем. Это обусловлено как широким распространением артериальной гипертензии, так и тем, что данная нозология является важнейшим фактором риска основных сердечно-сосудистых заболеваний - инфаркта миокарда и мозгового инсульта, главным образом определяющих высокую смертность в нашей стране. Согласно данным обследования, проведенного в рамках целевой Федеральной программы «Профилактика и лечение артериальной гипертензия в Российской Федерации», распространенность артериальной гипертензии среди населения в 2009 г. составила 40,8% (36,6% среди мужчин, 42,9% среди женщин). Осведомленность больных артериальной гипертензией о наличии заболевания составляет 83,9-87,1%. Принимают антигипертензивные препараты 69,5% больных, из них эффективно лечатся 27,3%, а контролируют артериальное давление на целевом уровне 23,2% пациентов [3]. В Европе распространенность артериальной гипертензии также находится в пределах 30-45% общей популяции, с резким увеличением данных показателей с возрастом [14].
В настоящее время активно изучаются генетические основы различных заболеваний, выявление предикторов которых даёт возможность рассмотреть их патогенез по-новому [13]. Работа кальциевых каналов лежит в основе физиологического процесса кальциевого обмена при сокращении миокарда и гладкой мускулатуры сосудов. Нарушение в работе этих клеток является одним из патогенетических элементов развития артериальной гипертензии. Известно, что даже однонуклеотидные замены в генах молекул кальциевых каналов оказывают влияние на процессы возбуждения и сокращения сердца, гладкомышечный тонус резистивных сосудов кровяного русла.
В основу работы взят полиморфизм генов, отвечающих за кодировку аминокислотной последовательности потенциал-управляемых кальциевых каналов и рианодиновых каналов выхода кальция - CACNA1C, CACNA1G, CACNA1H, RYR2.
Цель исследования. Разработать статистическую модель прогнозирования артериальной гипертензии у клинически здоровых лиц на основе анализа генетического полиморфизма кальциевых каналов - CACNA1C, CACNA1G, CACNA1H, RYR2.
Материалы и методы. В настоящее исследование включено 100 пациентов с артериальной гипертензией (50 мужчин и 50 женщин). Контрольную группу составили 102 здоровых лица (49 мужчин и 53 женщины). Возраст участников исследования составил от 18 до 35 лет. Все исследуемые - представители европеоидной расы. Критерии включения: наличие артериальной гипертензии с длительностью заболевания от 3 до 15 лет. Критерии исключения: ревматизм, врождённые и приобретённые пороки развития, воспалительные заболевания сердца (перикардиты, эндокардиты, миокардиты и др.), сахарный диабет и другие эндокринные заболевания.
Диагностика SNP генов кальциевых каналов CACNA1C G2236129A (rs1006737) (далее по тексту C10), CACNA1H G1134967A (rs11865472) (далее по тексту H), CACNA1G G50615794A (rs11079919) (далее по тексту G), RYR2 G237115840T (rs2490389) (далее по тексту R2) производили методом PCR-real time комплектами реактивов фирмы НПК «СИНТОЛ» (Москва, Россия). Выделение ДНК из лейкоцитов крови здоровых и больных осуществляли набором реагентов «Проба Рапид-Генетика» ООО «ДНК-Технология» (Москва). Амплификацию и детекцию участков генов выполняли на амплификаторе «ДТ-96» (Москва, Россия). Оценка статистической значимости проводилась с помощью программ Statistica 10.0 и MDR 3.0 (Multifactor Dimensionality Reduction (MDR или Многофакторная трёхмерная редукция)).
Метод MDR позволяет определить роль межгенных взаимодействий в развитии мультифакториальных заболеваний, в том числе и артериальной гипертензии. В основе метода лежит интеллектуальный анализ данных для обнаружения и характеристики комбинаций атрибутов или независимых переменных, которые взаимодействуют, оказывая влияние на зависимую переменную или переменную класса [7, 15, 16]. Метод MDR был разработан специально для выявления неаддитивных взаимодействий между дискретными переменными, которые влияют на двоичный результат, и рассматривается как непараметрическая альтернатива традиционным статистическим методам, таким как логистическая регрессия. Основой MDR является конструктивный алгоритм обучения индукции или функции, который преобразует две или более переменных или атрибутов в один атрибут [12]. Этот процесс создания нового атрибута изменяет пространство представления данных [4]. Конечной целью является создание или обнаружение представления, которое облегчает выявление нелинейных или неаддитивных взаимодействий между такими атрибутами, при котором прогнозирование переменной класса улучшается по сравнению с исходным представлением данных.
В работе с обследуемыми лицами соблюдались этические принципы, предъявляемые Хельсинкской Декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki) (1964, 2013 - поправки) и Правилами клинической практики в Российской Федерации, утвержденными Приказом Минздрава РФ (от 19.06.2003 г., №266).
Результаты. Для полиморфизма C10, H, G, R2 получены все искомые генотипы и аллели. В результате анализа Multifactor Dimensionality Reduction определены лучшие модели комбинаций генотипов для изучаемых SNP, со значимыми показателями отношения шансов по критерию χ2 при тестировании (p<0,05) (табл. 1).
Таблица 1. Лучшие модели Multifactor Dimensionality Reduction для прогнозирования артериальной гипертензии
Определено, что модель с максимальным балансом точности тестирования кросс-валидацией (Bal. Acc. CV Testing) (0,6739) - это комбинация генотипов G, H, R2 (χ2=4,33, р=0,0374, OR=4,58), увеличивающая риск развития артериальной гипертензии, в среднем, в 4,58 раза.
Установлено, что наиболее рисковыми являются следующие комбинации генотипов: 1) G-G/G, H-G/A, R2-G/G; 2) G-G/G, H-A/A, R2-G/T; 3) G-G/G, H-G/G, R2-G/T. Вышеперечисленные комбинации генотипов повышают риск развития артериальной гипертензии в 5 раз (χ2=4,33, р=0,0374, OR=5,0) (табл. 2). Это означает, что пациенты с данными генотипами будут иметь высокий риск развития артериальной гипертензии.
Однако обнаружено, что имеются и протективные комбинации генов, максимально снижающие риск возникновения гипертонии. При комбинации G-A/A, H-G/A, R2-G/T (χ2=4,33, р=0,0374, OR=0,0833) предрасположенность к развитию артериальной гипертензии будет минимальна (табл. 2).
Таблица 2. Отношение шансов (OR) генетической предрасположенности к артериальной гипертензии (АГ) для модели G, H, R2
Известно, что каналы для ионов Ca2+ представляют собой неоднородную группу сложных белковых образований, объединённых по их селективности для кальция. Для этой группы структур Ertel E.A. и соавт. предложили молекулярную классификацию [6], согласно которой каналы для ионов кальция подразделяются на: 1) потенциал-управляемые; 2) лиганд-управляемые и другие внутриклеточные; 3) Ca2+-сенсоры.
Кальциевые каналы локализуются как в клеточной мембране, так и в мембранах органелл. Биоэлектрический потенциал многих клеток связан с работой различных каналов, в том числе и обеспечивающих кальциевые токи [2]. Каналы разных групп значимо различаются между собой по расположению в клетках организма, структуре и функциям [1]. Причинами многообразия кальциевых каналов с разным фенотипом являются варианты комбинаций генов, кодирующих их строение, а также воздействие факторов, обусловливающих экспрессию ионных каналов на биологических мембранах [1].
Обычно, кальциевые каналы состоят из нескольких белковых субъединиц, имеющих специфические функции. Разновидности субъединиц генетически обусловлены. Разнообразные комбинации субъединиц формируют каналы с различающимися механизмами активации и инактивации, скоростью и периодом открытия [2]. Гены CACNA1C, CACNA1G, CACNA1H кодируют белок - α1-субъединицу потенциал-управляемых кальциевых каналов. Ген CACNA1C локализован в хромосоме 12 и участвует в формировании каналов Cav1.2, локализованных в мембранах клеток миокарда и гладкой мускулатуры сосудов [9]. Ген CACNA1G находится в составе хромосомы 17, кодирует аминокислотную последовательность Cav3.1 каналов. Ген CACNA1H хромосомы 16 определяет первичную структуру каналов Cav3.2. Каналы Cav3.1 и Cav3.2 экспрессируются на мембранах мускулатуры сердца и гладкомышечных клетках сосудов [8].
Ген RYR2 хромосомы 1 кодирует аминокислотную последовательность рианодиновых каналов выхода кальция, локализованных в эндоплазматическом ретикулуме кардиомиоцитов [17].
Ранее Brugada R. и соавт. [5] установили, что генетический полиморфизм CACNA1C, ведущий к изменениям белковой структуры потенциал-управляемых кальциевых каналов L-типа, приводит к таким нарушениям, как синдром Бругада. Более того, Le Quang K. [11] подтвердил, что некоторые нуклеотидные замены в генах сердечных кальциевых каналов приводят к нарушению функций сердца и аритмиям. Kawata H. и соавт. [10] описали значимость генетического полиморфизма RYR2 в развитии полиморфной желудочковой тахикардии.
Мы описали встречаемость генетического полиморфизма генов, которые определяют аминокислотную последовательность потенциал-управляемых кальциевых каналов и рианодиновых каналов выхода кальция - CACNA1C, CACNA1G, CACNA1H. Анализ частот генов, проведенный с помощью Multifactor Dimensionality Reduction, позволил выбрать лучшую модель прогнозирования артериальной гипертензии на основе комбинации генотипов, изучаемых SNP, имеющую максимальное отношение шансов развития артериальной гипертензии. В настоящем исследований метод MDR позволил статистически определить роль полиморфизма кальциевых каналов в развитии артериальной гипертензии.
Таким образом, предлагаемая статистическая модель позволяет из массива полиморфизма генов кальциевых каналов выделить генотипы и их комбинации, которые могут быть включены в патогенез артериальной гипертензии. Углубление знаний о влиянии полиморфизма генов, кодирующих молекулы ионных каналов, расширит возможности заблаговременного выявления предрасположенности к артериальной гипертензии, что послужит ещё одним шагом к современной концепции персонализованной медицины.
Выводы. Создана модель прогнозирования артериальной гипертензии у клинически здоровых лиц на основе анализа генетического полиморфизма кальциевых каналов. Обнаружены рисковые по артериальной гипертензии комбинации генотипов: 1) CACNA1G-G/G, CACNA1H-G/A, RYR2-G/G; 2) CACNA1G-G/G, CACNA1H-A/A, RYR2-G/T; 3) CACNA1G-G/G, CACNA1H-G/G, RYR2-G/T.
Выявлена протективная комбинация CACNA1G-A/A, CACNA1H-G/A, RYR2-G/T.