Полиморфные варианты в кластере генов, кодирующих рецепторы следовых аминов, и когнитивное функционирование у пациентов с расстройствами шизофренического спектра и здоровых

Когнитивный дефицит представляет собой важный, диагностически значимый домен расстройств шизофренического спектра. Нарушения охватывают большинство когнитивных процессов, присутствуют на всех стадиях заболевания, характеризуются относительной временнóй стабильностью и являются предикторами ответа на лечение и нарушений повседневного функционирования пациентов [1]. Редукция когнитивного дефицита остается нерешенной терапевтической задачей. Антипсихотические препараты второго поколения обнаруживают лишь незначительное положительное влияние на когнитивную сферу больных, в то время как классические антипсихотики оказывают на нее скорее негативное действие, предположительно из-за существенных побочных эффектов [2]. В связи с этим продолжаются попытки найти новые средства терапии связанных с заболеванием когнитивных нарушений.

Одним из перспективных направлений в этой области исследований считается разработка препаратов, обладающих аффинитетом к рецепторам следовых аминов (trace-amine receptors, TAAR). Следовые амины представляют собой эндогенные моноамины, физиологические уровни которых в тканях очень низки (<100 нг/г) по сравнению с классическими моноаминергическими нейротрансмиттерами. До обнаружения специфических рецепторов в начале XXI века они рассматривались как «ложные трансмиттеры» [3, 4]. Интерес к следовым аминам как терапевтической мишени возник в связи с тем, что в качестве вещества с потенциальным антипсихотическим эффектом был идентифицирован улотаронт. Первоначально это соединение было охарактеризовано как агонист рецепторов серотонина 5-HT1A; однако последующий анализ выявил его более существенное действие на рецептор следовых аминов первого типа (TAAR1). Препарат на основе данного соединения дошел до третьей фазы клинических испытаний, показав на второй фазе эффективность в отношении редукции как позитивных, так и негативных симптомов шизофрении [5].

В настоящее время выделяют 9 подсемейств TAAR. Из них у человека экспрессируются рецепторы 1, 2, 5, 6, 8 и 9-го типов. TAAR1 наиболее изучен в связи с локализацией и функциями в ЦНС. Показано, что он предотвращает гиперактивацию дофаминергической системы, опосредованную D2-рецепторами, и гипоактивацию глутаматергической системы, активируется амфетамином и его производными; агонисты TAAR1 способствуют повышению активности префронтальной коры, улучшают когнитивные функции у приматов и грызунов и препятствуют развитию когнитивного дефицита, вызываемого блокадой NMDA-рецепторов [3, 5]. Остальные TAAR до последнего времени рассматривались преимущественно в связи с обонятельной функцией. Однако накапливаются данные о потенциальной вовлеченности, по крайней мере, некоторых из них в работу ЦНС, связанную с реализацией эмоциональных и когнитивных процессов [6—13]. Эти данные получены в основном на животных моделях или in vitro. Подтверждение влияния генетических особенностей TAAR на когнитивные функции у пациентов с шизофренией могло бы быть дополнительным свидетельством потенциала TAAR как терапевтической мишени для редукции когнитивного дефицита больных.

Гены, кодирующие TAAR, располагаются у человека в виде кластера на участке в 108 тыс. пн на длинном плече хромосомы 6, который давно связывали с риском шизофрении [4]. Согласно результатам недавнего, самого масштабного полногеномного анализа ассоциаций (GWAS) для шизофрении [14], этот участок находится вблизи локусов, ассоциированных с заболеванием, но не сцеплен с ними. Кандидатные исследования ассоциации полиморфизмов в кластере генов TAAR с риском заболевания дали противоречивые результаты. В частности, были обнаружены эффекты на шизофрению полиморфных сайтов на 3’конце гена TAAR6, которые затем не подтвердились [4]. Эти полиморфные сайты были включены Консорциумом по генетике шизофрении (COGS) в набор из 1000 полиморфизмов, которые оценивались на ассоциацию с 12 когнитивными эндофенотипами шизофрении и показали связь с выполнением теста на концентрацию внимания (continuous performance test) [15]. Однако в целом, несмотря на большое количество кандидатных ассоциативных исследований когнитивного дефицита больных [16—18], гены TAAR остаются практически не изученными в этом аспекте.

Цель исследования — оценить ассоциацию полиморфных сайтов, расположенных на всем участке локализации кластера генов TAAR, с когнитивными функциями у пациентов с расстройствами спектра шизофрении и здоровых.

В исследовании участвовали 456 человек. В выборку больных вошли 216 пациентов с расстройствами шизофренического спектра, находившихся на лечении в психиатрических стационарах Москвы (средний возраст 27,34±8,46 года; 56% женщин; 63% участников получили высшее образование или обучались в вузах). Основную часть выборки составили больные шизофренией (F20 согласно Международной классификации болезней 10-го пересмотра; 82%). Остальные пациенты имели диагнозы шизоаффективного (F25; 9%), шизотипического (F21; 6%), острого шизофреноподобного психотического расстройства или острого полиморфного психотического расстройства с симптомами шизофрении (F23; 3%). Средняя длительность заболевания составила 7,01±7,35 года (0,5—39 лет). Больные проходили когнитивное тестирование после купирования острой психотической симптоматики, при стабилизации состояния. Выраженность различных синдромов по шкале позитивных и негативных симптомов (PANSS) была измерена у 190 пациентов и на момент когнитивного обследования была следующей: позитивный синдром — 26±8 баллов, негативный — 21±7 баллов, общий психопатологический — 35±12 баллов. Контрольная выборка включала 240 здоровых добровольцев (средний возраст 28,33±9,00 года, 64% женщин; 82% получили высшее образование или обучались в вузах).

Критерии включения: возраст от 16 до 60 лет, европейское этническое происхождение, родной язык русский.

Критерии невключения: диагнозы рубрик F0 и F7, наличие в анамнезе черепно-мозговых травм с потерей сознания не менее 5 мин, другие неврологические и тяжелые соматические заболевания, препятствующие выполнению когнитивных проб, отказы от выполнения большей части когнитивных проб (или неспособность выполнить их до конца) в процессе исследования. Дополнительным критерием невключения для контрольной выборки было наличие родственников 1-й или 2-й степени родства с расстройствами шизофренического и аффективного спектра.

Все пациенты и контрольные испытуемые подписали информированное согласие на участие в исследовании. Исследование одобрено Этическим комитетом ФГБНУ НЦПЗ.

Когнитивное тестирование общей длительностью около 30 мин включало выполнение шести методик для оценки семантической вербальной беглости (называние животных и фруктов), слухоречевой эпизодической памяти (тест слухоречевой памяти Рея, RAVLT); рабочей памяти и концентрации внимания (обратное отсчитывание с переключением); исполнительно-регуляторных функций (тест следования по маршруту, часть Б (TMT-B), и тест Струпа); распознавания мимической экспрессии эмоций. Подробно когнитивная батарея описана ранее [19]. Показатели каждой методики были стандартизованы с использованием среднего и стандартного отклонения контрольной группы, а затем усреднялись для получения индекса когнитивного функционирования. В анализ включали данные испытуемых, которые полностью выполнили хотя бы две методики.

ДНК выделяли из периферической крови стандартным фенол-хлороформным методом. Полногеномное генотипирование проводили на микрочипах фирмы «Illumina», преимущественно Global Screening V3. Все образцы прошли стандартный контроль качества. С помощью программы PLINK из полногеномной информации были извлечены данные о полиморфных вариантах, находящихся в кластере генов TAAR (HG38; chr6:132659182-132538277). Первоначальный список полиморфизмов для извлечения/импутирования был составлен на основании анализа литературы и характеристик полиморфизмов в выбранном участке, т.е. с учетом геномного расположения, функциональных последствий и частоты минорного аллеля в европейских популяциях. Список включал 51 полиморфизм. Данные генотипирования с помощью микрочипов позволили определить генотипы в 32 сайтах. Один из них был исключен в связи с отклонением распределения генотипов от равновесия Харди—Вайнберга (rs4129256, χ²=7,85; p<0,01). Для остальных была проведена «обрезка» сцепленных полиморфизмов при r²>0,5 с помощью on-line ресурса LDlink [20]. В результате для дальнейшего анализа было отобрано 22 полиморфных сайта. Их характеристика дана в табл. 1.

Таблица 1. Полиморфные сайты в кластере генов TAAR на хромосоме 6, включенные в анализ ассоциаций с когнитивным индексом

Примечание. MAF — частота минорного аллеля в европейских популяциях [20].

На основании полногеномной информации были вычислены главные компоненты, отражающие генетическую структуру выборок, и полигенные показатели риска (ППР) шизофрении и интеллекта. ППР рассчитывали с использованием суммарной статистики наиболее масштабных GWAS шизофрении [14] и общего интеллекта [21] с помощью программы LDpred2-auto [22].

Для статистической обработки результатов применяли программу JASP 0.16.4 [23]. Эффекты каждого полиморфного варианта и эффекты взаимодействия генотипа с группой (больной/здоровый) на когнитивный индекс оценивали с помощью ковариационного анализа (ANCOVA). Гомозигот по минорному аллелю объединяли с гетерозиготами. В качестве потенциальных конфаундеров в модель вводили пол, возраст, две первые главные компоненты генетической структуры выборки, ППР шизофрении и ППР интеллекта. Учитывая поисковый характер исследования, порогом значимости для главных эффектов и эффектов взаимодействия в ANCOVA считали p=0,01 и дальнейшую коррекцию на множественность сравнений не применяли. Для остальных сравнений использовали стандартный порог p=0,05. Post hoc анализ значимого эффекта взаимодействия проводили с помощью критерия Тьюки с вычислением скорректированной средней разницы между группами и ее доверительных интервалов (95% bca CI) на основании 500 бутстреп-выборок.

Анализ возможных функциональных последствий полиморфизма, значимо связанного с когнициями, осуществляли с использованием on-line ресурсов UCSC genome browser [24], FORGEdb [25] и LDlink [20].

Больные отличались от здоровых по уровню образования, ППР шизофрении и когнитивному индексу. Среди больных ожидаемо было больше лиц со средним образованием: χ²=21,10; p<0,001. Значения ППР шизофрении у больных (1,19±1,07) были выше, чем у здоровых (0,11±0,97): t=11,28; p<0,001; Cohen’s d=1,06. Когнитивный индекс пациентов составил –1,22±0,79 z-баллов, т.е. был ниже, чем у здоровых (–0,03±0,62), более чем на одно стандартное отклонение: t=18,03; p<0,001; Cohen’s d=1,69. По остальным демографическим характеристикам и распределению частот генотипов в выбранных сайтах (табл. 2) группы больных и здоровых значимо не различались. Частоты минорных аллелей (см. табл. 2) были сходны с таковыми в европейских популяциях (см. табл. 1).

Таблица 2. Частоты генотипов и аллелей в группах больных и контроля

Примечание. AA — гомозиготы по общему аллелю; Aa — гетерозиготы; aa — гомозиготы по редкому аллелю; MAF — частота минорного аллеля.

ANCOVA показал, что на когнитивный индекс влияет взаимодействие группы и генотипа в сайте rs3813355 в гене TAAR5 (F=6,68; p=0,010; η²_p=0,02) (см. рисунок). Post hoc анализ обнаружил связанные с rs3813355 различия по когнитивному индексу в группе больных. Пациенты — гомозиготы по распространенному аллелю A имели меньший когнитивный дефицит (–1,08) по сравнению с пациентами — носителями минорного аллеля G (–1,33): средняя разница=0,25; 95% bca CI: 0,06—0,44; t=2,75; p=0,032; Cohen’s d=0,38. Дополнительный анализ эффекта rs3813355 в группе больных с добавлением к конфаундерам длительности заболевания и выраженности негативных симптомов по PANSS показал, что эффект генотипа на когнитивный индекс остался значимым, несмотря на уменьшение размера выборки: F(1, 179)=7,99; p=0,005; η²_p=0,04. Из отдельных показателей, входивших в индекс, статистически достоверные ассоциации с генотипом найдены для рабочей памяти и внимания (F(1, 174)=8,25; p=0,005; η²_p=0,05), когнитивной гибкости (TMT-B, F(1, 118)=5,82; p=0,017; η²_p=0,05) и слухоречевой эпизодической памяти (F(1, 123)=6,75; p=0,011; η²_p=0,05). Интересно отметить, что в группе пациентов из конфаундеров только негативные симптомы были связаны с когнитивным индексом: F=17,43; p<0,001; η²_p=0,09. В то же время у здоровых в отсутствие эффекта генотипа (p=0,308) на когнитивный индекс влияли возраст (F=41,87; p<0,001; η²_p=0,15), ППР шизофрении (F=5,41; p=0,021; η²_p=0,02) и ППР интеллекта (F=20,09; p<0,001; η²_p=0,08).

Средние значения и стандартные ошибки когнитивного индекса (CogInd) у больных шизофренией и здоровых в зависимости от генотипа в сайте rs3813355.

Светлые кружки — группа контроля, черные кружки — группа больных.

Анализ данных о возможных функциональных последствиях rs3813355 и сцепленных с ним на уровне r²>0,50 полиморфизмов не выявил потенциального влияния этих сайтов на регуляцию экспрессии TAAR5 или других генов в мозге. Вместе с тем данные сайты были определены как eQTL (локусы количественных черт для экспрессии) гена VNN1 в периферической крови. Ближайшим к rs3813355 полиморфным сайтом, ассоциированным со структурным или поведенческим фенотипом в европейских популяциях, оказался rs6930765 (chr6:132577224; r²=0,10) [20]. rs6930765 связан с объемом переднесреднего участка мозолистого тела. Однако этот полиморфизм находится в идеальном неравновесии по сцеплению с rs6937506 (r²=1,00), который не показал ассоциации с когнитивными функциями в нашей работе.

Исследование выявило номинально значимую ассоциацию полиморфизма rs3813355 с когнитивным функционированием, преимущественно с процессами рабочей и эпизодической вербальной памяти, у пациентов с расстройствами спектра шизофрении при учете демографических, клинических и генетических характеристик. В контрольной группе ассоциаций не было. Данный полиморфизм расположен в гене TAAR5. TAAR5, как и другие TAAR, экспрессируется в ряде регионов мозга человека, включая префронтальную кору и лимбическую систему, и участвует во взрослом нейрогенезе [10, 12]. Исследования на животных моделях позволяют предположить роль TAAR5 в когнитивных процессах. Так, введение животным агониста TAAR5 α-NETA ведет к изменениям параметров гамма- и медленных ритмов электрической активности мозга [9] и изменению характеристик нарушенных при шизофрении потенциалов, связанных с событиями (ПСС), включая волну рассогласования, индикаторы сенсорной фильтрации и компоненты ПСС в парадигме oddball [6—8]. Мыши-нокауты по TAAR5 демонстрируют снижение количества ошибок в задаче, требующей принятия решения на основе дискриминации длительности сигналов [11].

Хотя эти данные согласуются с вкладом полиморфизма TAAR5 в когнитивный дефицит при шизофрении, механизм действия rs3813355 может быть различным. Полиморфизм rs3813355 представляет собой синонимичною замену и не влияет на аминокислотный состав белка или экспрессию TAAR5 в мозге [20, 24, 25]. Однако rs3813355 может быть сцеплен с функциональным полиморфизмом, расположенным между ним и rs3813354; последний в нашей работе показал подпороговую связь с когнитивным индексом (эффект взаимодействия группы с rs3813354: F=3,74; p=0,054; η²_p=0,01). Кроме того, rs3813355 является mQTL (локусом количественных черт для метилирования) CpG сайта cg17829936 в гене TAAR5, который дифференцированно метилирован у курильщиков [26], что представляет интерес в связи с гипотезой о курении больных шизофренией как самомедикации, направленной в том числе на преодоление когнитивного дефицита, и в связи с данными о тесной связи метилирования ДНК у курильщиков с когнитивными функциями в целом [27]. Кроме того, полиморфизм rs3813355 ассоциирован с экспрессией в крови гена VNN1 [25], кодирующего ванин-1 (сосудистую невоспалительную молекулу 1). Ванин-1 — это пантетеиназа, катализирующая расщепление пантетина и пантетеина с образованием метаболитов, связанных с повышением окислительного стресса и, предположительно, способствующих развитию воспаления или влияющих на иммунный ответ другими путями [28]. Окислительный стресс и воспаление связывают как с патогенезом шизофрении, так и с выраженностью и динамикой ее проявлений [29]. Таким образом, ассоциация rs3813355 с когнитивными функциями может быть рассмотрена в свете роли ванина-1 в этих процессах. Следует отметить, однако, что обнаруженные нами ассоциации rs3813355 были относительно специфичны и касались когнитивных проб, в выполнении которых существенную роль играет кратковременная вербальная память. Ее подпроцессы обеспечиваются разными мозговыми системами и связаны с различными генами [30]. Более глубокое исследование этой специфичности может способствовать установлению механизмов действия полиморфизма TAAR5 на когнитивный дефицит больных.

Настоящее исследование имеет ограничения, обусловленные его пилотным характером, в виде относительно небольшого размера выборки, неодинакового количества когнитивных проб, выполненных разными испытуемыми, способа получения информации о генотипах. Кроме того, выявленная ассоциация достигала выбранного порога достоверности, но не прошла бы коррекцию на множественность сравнений.

Полученные данные согласуются с предположением о роли генетического полиморфизма гена TAAR5 в вариативности когнитивного дефицита больных шизофренией и являются основанием для дальнейшего поиска каузальных полиморфизмов в данном геномном участке.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.