Исследование связи гена кинуренин-3-монооксигеназы с депрессией

В настоящее время отмечается значительный рост исследований патогенеза депрессивной патологии. Трудности связаны с отсутствием теории этиопатогенеза, которая могла бы объяснить клиническое разнообразие при этом заболевании. В качестве осевых тестируется несколько патофизиологических гипотез, выдвинутых для объяснения обнаруженных при депрессии биохимических нарушений в ЦНС. Среди предположений, опирающихся на генетические основания, в частности, подтверждаются связи с дефицитом моноаминовых нейротрансмиттеров (серотонин, норадреналин, дофамин, мелатонин), при этом мало исследованы другие аспекты, приводящие к нарушению нейрональной пластичности при изменении внешних и внутренних условий.

В последние десятилетия обсуждаются вопросы зависимости депрессогенных эффектов от изменения траектории метаболических путей белков. В этом направлении изучается связь между нейротоксической активностью отдельных метаболитов и депрессией соответственно ведется поиск полиморфизмов в генах, кодирующих эти компоненты белкового происхождения. Интерес к нейротоксическим эффектам как факторам риска депрессивной патологии привел к росту публикаций о роли дисфункции иммунной системы и процессов нейровоспаления при депрессии, в качестве объекта изучения выступают повышенные уровни провоспалительных цитокинов, белков острой фазы воспаления, хемокинов и белков клеточной адгезии [1, 2].

Так, предполагается, что воспалительные процессы индуцируют каскад биохимических реакций, отдельные продукты которых могут быть причиной депрессивной симптоматики. В этом аспекте особый интерес представляет кинурениновый путь метаболизма триптофана как одной из незаменимых аминокислот, определяющей функции большинства клеток в зависимости от воздействия ее метаболитов. Если деградация триптофана происходит по так называемому кинурениновому пути, конечными продуктами являются кинуреновая кислота (KYNA), 3-гидроксикинуренин (3HK) и хинолиновая кислота (QA), а два последних метаболита могут оказывать нейротоксический эффект, тем самым не влияя на нейропластичность (при том, что кинурениновая кислота не обладает таким эффектом). По данным ряда работ введение 3-HK invivo вызывало повреждение тканей, а в исследовании invitro показана гибель нейронов за счет окислительного стресса [3]. Гипотеза о связи нейротоксических эффектов 3-HK и QA с развитием депрессии нашла подтверждение в недавно опубликованной работе, в которой показано снижение соотношения KYNA/3HK и log KYNA/QA у аффективных больных по сравнению со здоровыми, и обнаружена связь между этими показателями и объемом серого вещества в головном мозге больных [4]. В некоторых исследованиях отмечено повышение уровня QA в цреброспинальной жидкости и снижение KYNA в плазме крови [3].

Провоспалительные цитокины (интерферон-γ, интерлейкин-1β и интерлейкин-6), активируя кинурениновый путь, индуцируют синтез нескольких основных ферментов: кинуренин-3-монооксигеназа (КМО), индоламин-2,3 — диоксигеназа (IDO), кинуренин-аминотрансфераза (KATII). КМО — является одним из ферментов, участвующих в образовании нейротоксических продуктов кинуренинового пути: влияет на продукцию QA, превращая KYNA в 3HK. В головном мозге КМО экспрессируется в клетках микроглии — основного продуцента QA. В пользу участия КМО в патогенезе депрессии свидетельствует и ряд исследований аутопсийных образцов головного мозга больных, показавших повышение активации микроглии и излишки нейротоксинов, которые не могут адекватно метаболизироваться [5]. Кроме того, введение ингибитора активации микроглии снижает симптомы депрессивноподобного поведения у лабораторных животных, индуцированного воспалительными факторами [6], у мышей с блокированной функцией КМО не наблюдалось депрессивноподобного поведения [7]. Интересное мнение о роли КМО в развитии депрессии высказал K. Fukuda [8], который считал, что: 1) повышенные концентрации QA в передней поясной извилине могут прямым образом нарушать глутаматергический баланс за счет активации NMDA-глутаматных рецепторов (возможным подтверждением является быстрый ответ у пациентов с тяжелыми формами депрессии на введение антагонистов рецепторов NMDA); 2) нейротоксические эффекты QA и других метаболитов могут индуцировать нейрональный апоптоз (апоптоз астроцитов) и, таким образом, ослаблять работу глии, а следовательно, повышать уязвимость нейронов к нейротоксическому поражению, негативно влияя на синтез нейротрофических факторов. До настоящего времени молекулярно-генетическое исследование КМО у больных депрессией проведено лишь в одной работе [9]. В качестве возможного механизма развития депрессии не исключается снижение уровня серотонина при доминировании катаболизма триптофана по кинурениновому пути (индуцированной воспалительными факторами) и ограничение метаболизма по конкурентному пути, превалирующему у здоровых [10, 11].

Цель статьи — продолжение исследований с использованием большего числа полиморфных локусов в гене КМО. Для исследования были выбраны 2 полиморфизма: rs2275163 и rs1053230.

В исследование были включены 135 больных, 102 (75,5%) женщины и 33 (24,5%) мужчины, средний возраст 36,9 (13,1)^​1​᠎ года с диагнозом депрессия (рубрика F32, F323 по МКБ-10)^​2​᠎. Контрольная группа, сопоставимая по полу и возрасту с основной группой, включала 283 человека без психических заболеваний, 212 (74,9%) женщин и 71 (25,1%) мужчину, средний возраст 31,3 (11,9) года. Все участники исследования были этнически русские. Информированное согласие было получено у всех.

Изучены полиморфизмы rs2275163 и rs1053230. Генотипирование проводили методом ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров и условий реакции, как это было описано нами ранее [12]. Для rs2275163 (C/T) использовали олигонуклеотидные праймеры — 5’-CCT TTC ACT CTG TTT CTC TTC TTC TC-3’ (прямой) и 5’-GCA CGC CAA GCC CCA AGG AGC-3’ (обратный). Реакционная смесь объемом 20 мкл содержала 0.2 мМ каждого dNTP, 0.5 ед. полимеразы Taq (SibEnzyme), 50—100 нг геномной ДНК, 10 пкмол каждого из праймеров, 10× буфер для Taq-полимеразы (SibEnzyme) c 1.5 мМ хлорида магния и 1M бетаина. Начальную денатурацию проводили в течение 4 мин при 96 ^oC, далее — 35 циклов амплификации (96 ^oC — 25 с; 61 ^oC — 35 с; 72 ^oC — 25 с). На заключительной стадии образцы прогревали при 72 ^oC 2 мин. Рестрикцию осуществляли с помощью эндонуклеазы рестрикции BstDEI (SibEnzyme) в условиях, рекомендованных производителем. Продукты рестрикции разделяли в 3,5% агарозном геле в присутствии бромистого этидия в течение 1 ч при 240V. Аллелю Т соответствовал фрагмент длиной 411 пар нуклеотидов (п.н.), а аллелю С — фрагменты длиной 294 и 117 п.н. Для полиморфного локуса rs1053230 (A/G) использовали олигонуклеотидные праймеры 5’-AAC ATA CAG AGA TAC TCT ACA TTC AG-3’ (прямой) и 5’-GCT CCC AAT CCT TGA CTT TAT CTT GA-3’ (обратный). Состав реакционной смеси и параметры ПЦР были те же, что и при генотипировании по rs2275163. Рестрикцию проводили с помощью эндонуклеазы рестрикции BspACI (SibEnzyme) в условиях, рекомендованных производителем. После разделения продуктов в 3,5% агарозном геле аллелю, А соответствовали фрагменты длиной 334 и 198 п.н., а аллелю G — фрагменты 198, 279 и 56 п.н. В группе больных генотипы были получены для всех участников. В контрольной группе генотипы по полиморфизму rs2275163 (C/T) были получены для 276 человек, по rs1053230 (A/G) для 283 человек. Статистическая обработка включала построение таблиц сопряженности с использованием критерия X² для оценки значимости различий. Для расчета риска использовали показатель отношения шансов (ОШ) с приведением доверительного интервала при вероятности 95% (95% ДИ).

Распределение аллелей и генотипов по полиморфным локусам rs2275163 и rs1053230 в группах больных депрессией и психически здоровых представлено в табл. 1 и 2. Отклонения от равновесия Харди—Вайнберга не наблюдалось ни в одном случае. Частота аллелей и генотипов для rs2275163 не различалась у больных и в контроле. Значимые межгрупповые различия в распределении генотипов обнаружены для rs1053230 (χ^​2​᠎=24,2, df=2, p=0,0001). Эти различия были обусловлены повышением частоты генотипа GG (54,1% против 29,4%)и снижением частоты генотипов GA (37,0% против 54,4%) и AA (8,9% против 16,2%) в группе больных по сравнению с контролем. Оценка риска по показателю ОШ показала, что последний составляет 3,37 (95% ДИ 1,66—6,85) у носителей генотипа GG по сравнению с носителями генотипа AA и 2,71 (95% ДИ 1,73—4,24) по сравнению с генотипом GA.

Таким образом, в результате проведенного исследования нами обнаружена ассоциация гена КМО с депрессией. Генотип GG (rs1053230)являлся вариантом повышенного риска. Риск депрессии у его носителей почти в 3 раза выше, чем у носителей аллеля А. Ассоциация между полиморфизмом rs1053230 и депрессией обнаружена впервые. Ранее изучение связи между полиморфизмами КМО и депрессией было проведено в работе [9]. В этом исследовании участвовали больные с большим депрессивным расстройством и больные с биполярным расстройством. Авторы не нашли ассоциации между полиморфизмом rs2275163 и депрессией, а связь между локусом rs1053230и заболеванием прослеживалась на уровне тенденции. В целом можно отметить, что наши результаты находятся в соответствии с полученными ранее. Связь генотипа GG с депрессией можно объяснить с биохимической точки зрения, поскольку замена нуклеотида G на нуклеотид, А имеет функциональные последствия. Полиморфизм rs1053230, локализованный в экзоне 15, является несинонимичным и ведет к замещению аминокислот Arg452Cys в ферменте КМО, что влияет на активность гена. Биохимические различия у носителей разных вариантов были установлены при исследовании нескольких независимых выборок больных биполярным аффективным расстройством с психотическими симптомами [13]. Риск заболевания, как и в настоящей работе, был связан с носительством аллеля G (Arg452), у его носителей отмечены повышенное содержание KYNA в цереброспинальной жидкости, а также снижение экспрессии гена КМО в лимфобластоидных клеточных культурах и биопсийных образцах гиппокампа. В другой работе [14] исследовали связь полиморфизма rs1053230 с когнитивными показателями у больных шизофренией и здоровых людей, было отмечено, что у носителей генотипа GG показатель общего когнитивного функционирования был ниже по сравнению с носителями генотипов GA и AA вне зависимости от диагноза.

В заключение можно отметить, что полученные результаты указывают на важность дальнейшего изучения генов кинуренинового пути метаболизма триптофана при депрессии.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 15−54−05073.