Гены циркадного ритма и нарушения сна в открытой популяции мужчин 25—64 лет (эпидемиологическое исследование по программе ВОЗ MONICA-PSYCHOSOCIAL)

Циркадные часы — это эндогенные осцилляторы, которые круглосуточно контролируют физиологические и поведенческие процессы. Центральные циркадные часы контролируют множество аспектов физиологии млекопитающих, включая регуляцию сна, метаболизм и иммунную систему [1].

Циркадные ритмы управляются внутренней системой синхронизации, регулируемой на уровне транскрипции, она дает начало генным сетям, которые колеблются с 24-часовым циклом. Внутри этих сетей находятся гены часов, которые контролируют ритмы в физиологии и поведении. Интересно, что гены циркадных часов — одни из первых генов, которые были идентифицированы как контролирующие поведение. После исследований R. Konopka и S. Benzer [2], которые идентифицировали первый циркадный мутант — период — у плодовых мушек, у мышей был реализован прямой генетический поведенческий скрининг. С помощью этого скрининга была идентифицирована первая циркадная мутантная мышь [3], после чего был клонирован первый циркадный ген млекопитающих CLOCK [4]. Затем расширились исследования механизмов циркадных ритмов млекопитающих, когда к основной петле часов было добавлено множество дополнительных генов [5—12]. С тех пор стало известно, что циркадная система играет всеобъемлющую роль в регулировании физиологии человека [13]. Недавние исследования продемонстрировали дополнительные данные о том, как нарушение циркадных ритмов связано с нарушениями сна [14—16].

У млекопитающих механизм циркадных часов состоит из активаторов CLOCK (и его паралога NPAS2) и их гетеродимерного партнера BMAL1 (или ARNTL), которые представляют собой факторы транскрипции, содержащие bHLH-PAS спираль-петля-спираль и зону гомологии Per-ARNT-Sim (PAS) [17, 18]. Комплекс CLOCK:BMAL1 связывается с регуляторными элементами, содержащими E-box в наборе ритмических генов, кодирующих белки-репрессоры PERIOD (PER1, PER2, PER3) и CRYPTOCHROME (CRY1, CRY2) [19, 20]. У мышей активация CLOCK:BMAL1 происходит в дневное время, приводя к транскрипции генов PER и CRY во второй половине дня и накоплению белков PER и CRY ближе к вечеру или вечером [21]. В течение ночи клеточные ферменты постепенно разлагают PER и CRY, и когда их концентрация достигает критически низкой отметки, транскрипция вновь активизируется. Продолжительность цикла зависит от скорости деградации PER и CRY [22—25].

Цель исследования — изучение влияния полиморфизма генов, кодирующих белки циркадного ритма (гены CLOCK, BMAL1, PER2, NPAS2), на нарушения сна в открытой популяции мужчин 25—64 лет.

Полученная по спискам избирателей случайная репрезентативная выборка мужчин 25—64 лет (n=781, средний возраст 56,48±0,2 года) обследована в рамках скрининга международной программы Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) «MONICA-психосоциальная (MOPSY)» [26].

Для изучения нарушений сна и его продолжительности использовали стандартный опросник Дженкинса. Шкала была адаптирована в ходе проведения первого скрининга крупномасштабного эпидемиологического исследования MONICA (Multinational Monitoring of Trends and Determinants of Cardiovascular Disease), выполненного в рамках программы ВОЗ и подпрограммы MONICA-Psychosocial Optional Study (MOPSY) [26]. Опросники заполнялись испытуемыми самостоятельно. Из случайной репрезентативной выборки мужчин 25—64 лет стандартный опросник Дженкинса заполнили 548 лиц, которые были учтены в анализе.

Генотипирование изучаемых полиморфизмов генов циркадного ритма (гены CLOCK, BMAL1, PER2, NPAS2) (IV скрининг) проводилось в лаборатории молекулярно-генетических исследований Научно-исследовательского института терапии и профилактической медицины — филиале ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск (руководитель лаборатории д.м.н. В.Н. Максимов). Бюджетная тема рег. №122031700094.

Статистический анализ проводился с помощью пакета программ SPSS версия 20. Для проверки статистической значимости различий между группами использовали критерий χ² Пирсона [27—29]. Достоверность во всех видах анализа была принята при уровне значимости p<0,05.

В табл. 1 представлена распространенность нарушений сна среди населения открытой популяции мужчин 25—64 лет.

Таблица 1. Распространенность нарушений сна среди мужчин 25—64 лет

Носительство гомозиготного генотипа C/C rs2412646 гена CLOCK встречалось у 50,3% лиц в популяции, гетерозиготного генотипа C/T— у 42,5% и, наконец, генотипа T/T — всего у 7,2%, что соответствует равновесию Харди—Вайнберга (χ²=0,0409; p=0,7344; q=0,2656). Респондентам был задан вопрос, как они спят. Среди носителей генотипа C/T rs2412646 гена CLOCK ответ «удовлетворительно» (36,8%) и «плохо» (5,3%) звучал достоверно чаще, чем среди носителей всех других генотипов (χ²=9,44; df=4; p<0,05) (табл. 2).

Таблица 2. Распределение частоты генотипа rs2412646 гена CLOCK в зависимости от ответа на вопрос: «Как вы спите?»

Распространенность полиморфных вариантов гена-кандидата rs934945 гена PER2 была следующей: гомозиготный генотип A/A — 4,47%, гетерозиготный генотип A/G — 30,17% и гомозиготный генотип G/G — 65,36%, что соответствует равновесию Харди—Вайнберга (χ²=0,4852; p=0,8128; q=0,1872).

Носители генотипа G/G гена PER2 реже всех просыпались ночью (51,9%), в сравнении с мужчинами, носителями генотипов A/G (38,5%) и A/A (37,5%). Мужчины, носители генотипа A/A, наоборот, достоверно чаще (25%) просыпались 2 раза и больше за ночь, в целом от 4 до 7 раз в неделю, чем носители генотипа A/G (20,4%) и генотипа G/G (13,2%) (χ²=25,76; df=8; p<0,01) (табл. 3).

Таблица 3. Распределение частоты генотипов rs934945 гена PER2 в зависимости от нарушений сна

Наиболее распространенным генотипом rs2278749 гена BMAL1 был гомозиготный генотип C/C (74,9%), гетерозиготный генотип C/T встречался у 22,3% лиц в популяции, наименее представленным оказался гомозиготный генотип T/T (2,8%), что соответствует равновесию Харди—Вайнберга (χ²=1,0134; p=0,8641; q=0,1359).

На вопрос: «Как часто в течение последнего месяца у вас бывают тревожные видения во время сна?» ответ был: 22 дня и более испытывали подобные трудности только носители генотипа C/T гена BMAL1 (7,5%); 4—7 дней в месяц — носители генотипа C/T (27,5%) и T/T (20%), в то время как носители генотипа C/C чаще других отвечали, что у них не бывает тревожных видений — 42,5% (χ²=16,35; df=8; p<0,05). Носители генотипа T/T гена BMAL1 (40%) в течение последнего месяца просыпались после обычного сна уставшим и изнуренным от 1 до 3 раз в месяц, а носители генотипа C/T (7,5%) достоверно чаще других испытывали эту проблему — от 15 дней до 3 нед (χ²=18,71; df=8; p<0,01). Мужчины, носители гетерозиготного генотипа C/T (57,3%), достоверно чаще других просыпались с чувством изнеможения и усталости (χ²=19,52; df=4; p<0,001) (табл. 4).

Таблица 4. Распределение частоты генотипов rs934945 гена BMAL1 в зависимости от нарушений сна

Распространенность полиморфных вариантов гена-кандидата NPAS2 rs4851377 в популяции было следующим: гомозиготный генотип C/C — у 13,3%, гетерозиготный генотип C/T — у 53,3% и гомозиготный генотип T/T — у 33,3%, что соответствует равновесию Харди—Вайнберга (χ²=0,2221; p=0,6453; q=0,3547).

В популяции достоверно чаще генотип C/C гена NPAS2 rs4851377 встречался у тех, кто спал в сутки не менее 9 ч (66,7%), а генотипы C/T и T/T были у лиц с 7-часовым сном (57,1 и 38,1% соответственно) (χ²=18,425; df=10; p<0,05). Среди носителей аллеля T 6-часовой сон встречался в 4,5 раза (95% доверительный интервал (ДИ) 0,735—27,536)) чаще, чем среди носителей аллеля C, у которых сон был 9-часовым (χ²=6,142; df=1; p<0,05); также 7-часовой сон в сравнении с 9-часовым был чаще в 4 раза (95% ДИ 0,66—24,245) у носителей аллеля T, чем у носителей аллеля C (χ²=5,488; df=1; p<0,05) (табл. 5).

Таблица 5. Распределение частот генотипов rs4851377 гена NPAS2 в зависимости от нарушений сна

В популяции широко распространены циркадные фенотипы, точнее хронотипы, причем ранние типы — «жаворонки» — находятся на одном конце спектра, а поздние типы — «совы» — на другом. На хронотип влияет как генетика человека, так и воздействие света: рассвет и закат. С точки зрения генетики, мутации часовых генов могут объяснить некоторые различия в хронотипе [30].

Два недавних крупномасштабных полногеномных исследования выявили варианты в нескольких локусах, связанных с часами [30, 31], особенно в PER2/3, лежащие в основе утреннего настроения у населения в целом. Это помогает объяснить полученные нами результаты: ассоциацию генотипов гена PER2 с характеристиками сна. Среди носителей гомозиготного генотипа A/A гена PER2 наблюдались проблемы со сном: они чаще просыпались за ночь в сравнении с носителями генотипов A/G и G/G. Кроме того, носители аллеля A меньше спали и отвечали, что для сна им необходимо 5 ч и меньше. Наши результаты отчасти перекликаются с данными, полученными D. Ojeda и соавт. [32], рассматривавших ассоциацию гена PER2 (rs934945) с суточными ритмами у здоровых лиц, учащихся Колумбийского университета. Ген PER2 (rs934945) показал статистически значимую связь с двумя подшкалами составной шкалы утренней сонливости — «планирование деятельности» и «утренняя боевая готовность». Впервые была показана ассоциация rs934945 с «утренним беспокойством».

Среди носителей генотипа C/T гена CLOCK ответ «удовлетворительный» сон (36,8%) и «плохой» сон (5,3%) звучал чаще, чем среди носителей всех других генотипов. Наши результаты подкрепляются выводами, полученными другими исследователями, о связи гена CLOCK с бессонницей и предпочтением тому или иному режиму сна—бодрствования [33, 34]. Таким образом, различные хронотипы могут изменять характер сна, чтобы соответствовать как их социальным требованиям, так и циркадным часам [30]. Однако крайняя несогласованность с внешним циклом свет—темнота приводит к серьезным нарушениям циклов сна—бодрствования, хронической усталости и истощению. Основной причиной может быть либо дефицит основных часовых механизмов, ведущий к не 24-часовым ритмам, либо дефицит во входных путях и системах вовлечения, что приводит к смещению ритма [31].

Ген BMAL1 является ключевым элементом положительной обратной связи молекулярного циркадного осциллятора [35]. По активности ряда генов J. Li и соавт. [35] смогли определить, что у людей, страдающих аффективными нарушениями, суточные ритмы сбиты и днем экспрессировались «ночные» гены. Было высказано предположение, что рассинхронизация может наступать из-за нарушения связи между отдельными циркадными генами. Рассматривая ассоциацию генотипов rs2278749 гена BMAL1 с аффективными расстройствами, мы выделили несколько компонентов, проявивших наиболее сильные ассоциации с полиморфными вариантами изучаемого гена. Оказалось, что носители генотипа C/T имели проблемы со сном, тем более что у них наблюдались гораздо чаще тревожные сновидения в течение месяца. Мужчины, носители аллеля T как гомозиготы (генотип T/T), так и гетерозиготы (генотип C/T), чаще просыпались уставшими и изнуренными. Таким образом, наши результаты подтверждают данные других исследователей о выявлении отдельных полиморфных вариантов гена BMAL1, приводящих к возможной рассинхронизации и нарушению суточного ритма и, соответственно, к аффективным расстройствам [35].

Среди носителей генотипов C/T и T/T гена NPAS2 чаще встречались лица, которым было достаточно для сна всего 7 ч в сутки, в то время как носители генотипа C/C нуждались в 9 ч. Носители аллеля T гена-кандидатаNPAS2 в 4,5 раза чаще встречались среди мужчин, чей сон составлял 6 ч в сутки, и в 4 раза чаще у мужчин с 7-часовым сном. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о детерминировании сайтом rs4851377 гена-кандидата NPAS2 хронотипа у мужчин [36].

В последние десятилетия были достигнуты большие успехи в понимании молекулярной основы циркадных механизмов хронометража и циркадного восприятия света в мозге млекопитающих. Самой большой задачей на будущее будет расшифровка сложных взаимодействий и связей между различными компонентами циркадной системы на уровне сложных нейронных сетей. Это необходимо для понимания не только основных ритмических функций мозга, таких как сон, но и более высоких когнитивных функций, таких как обучение и память, в физиологических и патологических условиях, что обусловливает дальнейшую перспективу исследований [37].

Наиболее распространенным у мужчин 25—64 лет был генотип C/C rs2412646 гена CLOCK — 50,3%, генотип C/T встречался у 42,5%, генотип T/T — у 7,2%. Носители генотипа C/T гена CLOCK достоверно чаще других считали, что их сон «удовлетворительный» или «плохой».

Наиболее распространенным генотипом rs2278749 гена BMAL1 был генотип C/C — 74,9%, генотип C/T — у 22,3%, генотип T/T — у 2,8%. Носители генотипа C/T достоверно чаще испытывали тревожные сновидения, просыпались уставшими и изнуренными; напротив, носители генотипа C/C гораздо реже испытывали тревожные сновидения.

Распространенность полиморфных вариантов гена-кандидата rs934945 гена PER2 была следующей: генотип A/A — 4,47%, генотип A/G — 30,17% и генотип G/G — 65,36%.

Носители генотипа A/A гена PER2 имели тенденции к более короткой продолжительности сна — 5 ч или меньше (62,5%), в сравнении с носителями генотипов A/G (57,4%) и G/G. Мужчины, носители генотипа A/A, достоверно чаще (25%) просыпались 2 раза и больше за ночь, в целом от 4 до 7 раз в неделю, чем носители генотипов A/G (20,4%) и G/G (13,2%).

Распространенность полиморфных вариантов гена-кандидата NPAS2 rs4851377 было следующим: генотип C/C — у 13,3%, генотип C/T — у 53,3% и генотип T/T — у 33,3%. Установлено, что 6-часовой сон в 4,5 раза достоверно чаще наблюдался среди лиц, носителей аллеля T, чем аллеля C, у которых сон был 9-часовым; также 7-часовой сон, в сравнении с 9-часовым, был чаще в 4 раза у носителей аллеля T, чем у носителей аллеля C.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.