Поиск информативных предикторов развития и прогрессирования рассеянного склероза

Рассеянный склероз (РС) — это хроническое, прогрессирующее демиелинизирующее заболевание центральной нервной системы, основой которого является аутоиммунное воспаление. Хотя молекулярные механизмы этиопатогенеза РС еще не до конца изучены, ключевую роль в этом процессе играют аутореактивные иммунные клетки, которые посредством секреции цитокинов и активации воспалительного каскада способствуют формированию демиелинизирующих бляшек. Цитокиновый сигналинг, обеспечиваемый взаимодействием различных цитокинов, включая интерлейкины, с их рецепторами, способствует реализации основных патогенетических механизмов РС.

Исследования показали, что взаимодействие интерлейкина-7 (IL-7) с гетеродимерным рецепторным комплексом, включающим высокоаффинную цепь IL-7Rα и общую цитокиновую γc-цепь, играет значимую роль в развитии T- и B-лимфоцитов, поддержании клеток памяти (CD4+T-клеток) и апоптозе [1]. Обнаружена связь взаимодействия IL-7/IL-7Rα с РС и его экспериментальной моделью — аутоиммунным энцефаломиелитом (ЭАЭ) [2]. Другой важный сигнальный путь включает IL-2, реализующий свои эффекты через взаимодействие с рецептором IL-2R, который может существовать в трех различных формах: мономерной, состоящей из IL-2Rα; гетеромерной, включающей IL-2Rβ и γc-цепь; и тримерной, объединяющей все три цепи [3]. IL-2Rα может также отделяться от поверхности активированных иммунных клеток, образуя sIL-2R [4]. Взаимодействие IL-2/IL-2R обладает двойственным действием, с одной стороны, стимулируя иммунный ответ за счет дифференцировки и пролиферации эффекторных CD4+T-клеток, а с другой стороны, поддерживая иммунотолерантность и гомеостаз благодаря индукции и выживанию Treg, а также инициации апоптоза клеток [5]. Сигнальный путь IL-1/IL-1R1 оказывает влияние на дифференцировку IL-17-продуцирующих T-клеток (Th-17), которые участвуют в аутоиммунных реакциях [6, 7]. IL-12B (β-субъединица IL-12) играет важную роль в дифференцировке T-клеток в Th1-клетки, связанной с рецидивами РС; уровень IL-12B повышен в демиелинизирующих бляшках и цереброспинальной жидкости у пациентов с РС [8]. IL-6 — мощный индуктор острофазового ответа, секретируемый T- и B-клетками, макрофагами, микроглией, а также неиммунными клетками, такими как эндотелиальные клетки и нейроны [9]. Установлено, что в активных бляшках больных РС уровень IL-6 повышен, а у мышей с выключенным IL6 наблюдается устойчивость к ЭАЭ [9, 10]. IL-10 оказывает выраженное нейропротекторное действие при РС и ЭАЭ, модулируя аномальную нейрональную активность, связанную с воспалительными медиаторами [11, 12].

Идентифицированы ассоциации, в том числе полногеномные, между полиморфными вариантами генов IL1R1, IL10, IL12B, IL2, IL2RA, IL7 и IL7R и развитием РС, а также различными формами течения и прогрессированием заболевания [13—19]. Было показано, что эффект аллелей риска может варьировать в разных популяциях [20—22]. Современные данные указывают на системное и плейотропное действие интерлейкинов в развитии РС, поэтому анализ полиморфных вариантов генов интерлейкинов и их взаимодействий становится особенно важным направлением для прогнозирования риска заболевания.

Цель исследования — выявление информативных предикторов развития и прогрессирования РС на основании полигенного анализа ассоциаций полиморфных вариантов в генах IL1R1, IL10, IL12B, IL2, IL2RA и IL7R.

Группа пациентов с РС состояла из 247 человек (114 русских, 98 татар, 35 башкир) с достоверным диагнозом РС по критериям McDonald [23], находившихся под наблюдением в Республиканском центре рассеянного склероза на базе Республиканской клинической больницы имени Г.Г. Куватова (г. Уфа) в период с 2000 по 2020 г. Средний возраст пациентов на момент включения в исследование составил 38,9±9,99 года, средний возраст манифестации заболевания 28,53±8,68 года. Соотношение женщин и мужчин среди пациентов равнялось 2,1:1 (167:80). Среди больных РС выделена группа пациентов (n=44, 16 мужчин и 28 женщин), у которых в течение периода наблюдения не отмечалось прогрессирования заболевания. Группа контроля включала 1271 практически здорового человека (448 русских, 642 татар, 181 башкир, средний возраст 38,1±10,57 года) без признаков РС и других аутоиммунных или нейродегенеративных заболеваний.

Методики выделения ДНК и генотипирования для исследуемых полиморфизмов описаны ранее [24—26]. Проверку распределения частот генотипов и аллелей проводили по закону Харди—Вайнберга. Для оценки ассоциации полиморфизмов с заболеванием использовали показатель отношения шансов (OR, odds ratio). Ассоциации оценивали в среде R с помощью пакета SNPassoc (версия 2.1-0) используя доминантную, кодоминантную, сверхдоминантную, рецессивную и лог-аддитивную модели наследования [27]. В доминантной модели гомозиготы по референсному аллелю сравнивали с гетерозиготами и гомозиготами по вариантному аллелю, в рецессивной — гомозиготы по вариантному аллелю с остальными. Сверхдоминантная модель включала сравнение гетерозигот с обоими гомозиготами, а кодоминантная — сравнение всех типов. Лог-аддитивная модель учитывала эффекты одного и двух вариантных аллелей.

Для идентификации сочетаний аллелей, связанных с заболеванием, использовался APSampler (версия 3.6.0) (https://apsampler.sourceforge.net/) [28]. Для корректировки на множественные сравнения и уменьшения вероятности ошибки первого рода применяли метод Бенджамини-Хохберга для контроля уровня FDR (False Discovery Rate) [29]. Оценку возможного нелинейного взаимодействия между двумя элементами сочетаний проводили при помощи фактора синергии SF [30]. Прогностические модели строились с использованием многофакторной логистической регрессии с пошаговым включением переменных, в качестве которых выступали отдельные полиморфные варианты в оптимальной модели, а также парные сочетания со значимым показателем SF.

Работа проводилась в соответствии с этическими принципами исследований, включающих участие человека в качестве субъекта. Все участники дали добровольное письменное информированное согласие на участие в исследовании.

Согласно результатам анализа ассоциаций с риском развития РС, повышенная вероятность заболевания связана с полиморфными вариантами IL1R1 rs2287047 (рецессивная модель, OR=2,2; p_FDR=0,022), IL7R rs1494558 (лог-аддитивная модель, OR=1,49; p_FDR=0,003) и генотипом IL2RA rs12722580*I/D (кодоминантная модель, OR=1,67; p_FDR=0,03). Напротив, сниженный риск ассоциирован с вариантами IL10 rs1800872 (рецессивная модель, OR=0,38; p_FDR=0,044), IL7R rs10624573 (доминантная модель, OR=0,67; p_FDR=0,022), IL7R rs6897932 (рецессивная модель, OR=0,21; p_FDR=0,008) и генотипом IL2RA rs12722580* D/D (кодоминантная модель, OR=0,78; p_FDR=0,03) (табл. 1).

Таблица 1. Результаты анализа ассоциаций исследуемых полиморфных вариантов с РС

Примечание. p_HWE — уровень значимости для точного теста на соответствие равновесию Харди–Вайнберга для контрольной группы; OR – отношение шансов; 95% CI_OR — 95% доверительный интервал для показателя отношения шансов; p — уровень значимости, p_FDR — уровень значимости с поправкой Бенджамини—Хохберга на множественность сравнений; модель отбиралась на основании информационного критерия Акаике.

С помощью программы APSampler, использующей метод Монте-Карло на основе марковских цепей, проведен анализ возможных комбинаций генетических вариантов, ассоциированных с риском РС. В составах комбинаций, связанных с высоким риском РС, чаще всего встречались генотипы и аллели IL12B rs3212227, IL7R rs6897932, IL7R rs1494558, IL2RA rs1570538, IL2 rs2069772, IL10 rs1800872, IL6 rs1800796 и IL1R1 rs2287047 (табл. 2). Наибольший риск развития РС выявлен у носителей комбинаций IL7RA rs6897932*Т, IL7R rs1494558*Т, IL2RA rs1570538*Т и IL1R1 rs2287047*Т (OR=7,73; p_FDR=0,041) и IL7RA rs6897932*Т, IL7R rs1494558*Т/Т и IL6 rs1800796*G (OR=7,48; p_FDR=0,020) (см. табл. 2). Важно отметить, что величина риска и эффект аллелей зависели от других компонентов в паттерне. В результате анализа нелинейных взаимодействий в выявленных сочетаниях наиболее значимый синергетический эффект был обнаружен для пар IL7R rs1494558*T+IL7R rs6897932*T (SF=4,62; 95% CI_SF 2,12—10,04, Z=3,87, p=1,1·10^–4) и IL1R1 rs2287047*C+IL12B rs3212227*C (SF=3,72; 95% CI_SF 1,02—13,63, Z=–1,98, p=0,047).

Таблица 2. Сочетания аллелей и генотипов исследуемых полиморфных локусов, ассоциированные с повышенным риском и прогрессированием РС

На основании полученных данных методом многофакторной логистической регрессии с пошаговым включением наиболее значимых предикторов, в качестве которых выступали ассоциированные с РС полиморфные варианты в оптимальной модели (см. табл. 2), а также выявленные парные сочетания со значимыми показателями SF, была построена прогностическая модель (табл. 3), которая, по данным ROC-анализа, продемонстрировала достаточно высокую прогностическую эффективность (AUC=0,7, χ²=24,35, p=6,8·10^–5) (рис. 1, а).

Таблица 3. Коэффициенты уравнения логистической регрессии для многофакторных моделей расчета генетического риска развития и прогрессирования РС

ROC-анализ эффективности моделей, построенной на основе генетических маркеров индивидуального риска развития (а) и прогрессирования (б) РС.

При дальнейшем анализе были выявлены сочетания генетических вариантов, ассоциированных с прогрессированием заболевания, среди которых наиболее часто были представлены варианты IL12B rs3212227 и IL7R rs1494558, хотя статистическая значимость обнаруженных ассоциаций терялась при корректировке на множественные сравнения (см. табл. 2). Наиболее значимые синергетические эффекты были установлены для взаимодействий IL12B rs3212227*A и IL7R rs1494558*T/C (SF=36,05, 95% CI_SF 1,09—1190,14, Z=2,01, p=0,045), а также, на уровне тенденции, для взаимодействий IL1R1 rs2287047*C/C и IL2RA rs12722580*D (SF=0,17, 95% CI_SF 0,02—1,34, Z=–1,68, p=0,092). Была построена прогностическая модель прогрессирования РС (см. табл. 3), продемонстрировавшая достаточно высокую эффективность (AUC=0,7, p=0,001) (рис. 1, б).

Выявлены ассоциации полиморфных вариантов генов IL7R (rs1494558, rs10624573 и rs6897932), IL1R1 (rs2287047), IL2RA (rs12722580) и IL10 (rs1800872) с риском развития РС. Также обнаружены сочетания (IL7R rs1494558*T+IL7R rs6897932*T, IL1R1 rs2287047*C+IL12B rs3212227*C и IL7R rs1494558*T/C+IL12B rs3212227*A), обладающие синергетическим эффектом, и созданы предиктивные модели риска развития и прогрессирования РС с высокой прогностической значимостью.

Согласно нашим данным, значимый вклад в предрасположенность к РС вносят полиморфные варианты гена альфа-цепи рецептора IL-7 (IL7R). IL-7 играет ключевую роль в развитии и поддержании гомеостаза T-клеток, взаимодействуя с рецептором, включающим альфа-цепь (IL-7Rα), кодируемую геном IL7R, и γc-цепь, общую для IL-2, IL-4, IL-9, IL-15 и IL-21 [31]. Полиморфизм rs6897932C>T, приводящий к замене Thr244Ile в экзоне 6, влияет на пропуск экзона, снижая образование растворимого рецептора sIL-7Rα [13, 32]. Аллель C и генотип C/C полиморфного варианта IL7R rs6897932 ассоциированы с риском РС у европейцев, но не у азиатских популяций [33—35]. Вариант rs6897932 сцеплен с rs1494558C>T (Thr66Ile) в экзоне 2 гена IL7R (r²=0,161, C=T, T=C), и установлено, что аллель rs1494558*T связан с повышением уровней mIL-7Rα и sIL-7Rα, а также с повышенным риском РС [36].

Другой ассоциированный с РС полиморфизм, rs2287047C>T, находится в интроне 1 гена IL1R1, который кодирует рецептор, связывающийся с IL-1α или IL-1β и активирующий сигнальные пути NF-κB и MAPK, что приводит к усилению экспрессии провоспалительных цитокинов и хемокинов. Сообщается, что аллель rs2287047*T связан с уменьшенной экспрессией IL1R1 [37].

Несмотря на то, что мы не обнаружили индивидуальных ассоциаций полиморфного варианта IL12B rs3212227 с РС, аллель C данного локуса представлен в сочетаниях, ассоциированных с развитием заболевания, а аллель A — в сочетаниях, связанных с его прогрессированием. Полиморфизм rs3212227A>C находится в 3′ нетранслируемой области гена IL12B; показано, что у здоровых людей с генотипом rs3212227*C/C уровень IL-12 в плазме значительно выше, чем у гетерозигот и гомозигот по аллелю A [38]. Генотип IL12B rs3212227*C/C ассоциирован с РС у жителей Ирана [39] и связан с прогрессированием РС в чешской популяции [40]. В исследовании, выполненном в болгарской популяции, получены данные о том, что эффект полиморфизма IL12B rs3212227 может зависеть от пола [41]. Проведенный метаанализ подтвердил связь данного варианта с РС, не зависящую от этнического происхождения (европеоидного или азиатского) [42].

Данное исследование было сосредоточено на одном из ключевых аспектов молекулярной патогенеза РС — цитокиновом сигнальном пути, в то время как другие значимые факторы, такие как гены HLA, остались за рамками анализа. Тем не менее, даже при таком ограничении, наши результаты позволяют предполагать, что полиморфные варианты генов IL7R (rs1494558, rs10624573 и rs6897932), IL1R1 (rs2287047), IL2RA (rs12722580) и IL10 (rs1800872) вносят значимый вклад в наследственную предрасположенность к развитию РС. Полученные нами прогностические модели развития и прогрессирования РС обладают умеренной предсказательной способностью и требуют проверки на независимых выборках. Их точность, вероятно, можно повысить за счет включения дополнительных предикторов, что станет задачей для дальнейших исследований. Тем не менее, полученные модели демонстрируют важные закономерности. В частности, обнаруженные синергетические взаимодействия между генотипами и аллелями в комбинациях IL7R rs1494558T и IL7R rs6897932T, IL1R1 rs2287047C и IL12B rs3212227C, а также IL7R rs1494558T/C и IL12B rs3212227A могут значительно усиливать прогностическую силу модели. Детальное изучение природы этих взаимодействий и их влияния на риск развития и прогрессирование РС является перспективным направлением для дальнейших исследований.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.