МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ОСОБЕННОСТИ

Реклама
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2014
БИОЛОГИЯ
Вып. 4
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 613.954:502.3+616.097
ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОЛИМОРФИЗМА
И ИММУННОГО СТАТУСА У ДЕТЕЙ,
ЭКСПОНИРОВАННЫХ БЕНЗ(А)ПИРЕНОМ
О. В. Долгих a , b , А. В. Кривцов a , О. А. Бубнова a , b , К. Г. Горшкова a ,
Д. Г. Дианова a , Н. А. Вдовина a , Е. А. Пирогова a , b , В. А. Безденежных a , b
a
b
Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Пермь, ул. Монастырская, 82; [email protected]; (342)2363930
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15;
[email protected]
Проанализированы особенности распределения частот генов сульфтрансаминазы (SULT1),
цитохрома (CYP1A1), фактора некроза опухоли (ТNFα) и эндотелиальной NO-синтазы
(NOS3) у детей в условиях экспозиции бенз(а)пиреном. Выявлены повышенная распространенность частот гетерозиготных вариантов, минорных аллелей генов сульфтрансаминазы,
фактора некроза опухоли и эндотелиальной NO-синтаза, а также их ассоциация с контаминацией биосред химическими мутагенами и специфическим иммунологическим ответом на гаптен.
Ключевые слова: ген сульфтрансаминазы; полиморфизм генов; бенз(а)пирен.
В условиях мегаполиса, организм человека подвергается воздействию значительного количества
неблагоприятных техногенных факторов химической природы. Особое значение приобретают, в
том числе, генетически детерминированные нарушения, которые могут реализовываться в результате хронической экспозиции мутагенами [Зайцева,
Устинова, Аминова, 2011; Dolgikh et al., 2011,
2013; Долгих и др., 2012; Зайцева и др., 2013].
Цель работы – анализ иммунологических и генетических маркеров у детского населения в условиях техногенного загрязнения среды обитания
бенз(а)пиреном.
Содержание органических соединений в биосредах определяли с помощью высокоэффективной
жидкостной и газовой хроматографии. Показатели
гиперчувствительности (содержание IgG специфического к бенз(а)пирену) изучали методом аллергосорбентного тестирования. Медиаторы межклеточной иммунной регуляции (IL-10, IL-17, TNF-α),
маркер эндотелиальной дисфункции VEGF, IgE
общий и гормоны идентифицировали в процессе
иммуноферментного анализа. Забор материала для
ПЦР проводили методом взятия мазков со слизистой оболочки ротоглотки. Для определения генотипов использовали вариант ПЦР в режиме реального времени и метод аллельной дискриминации.
В ходе исследования проведено изучение полиморфизма пяти патогномоничных генов –
сульфтрансаминазы
(SULT1),
цитохрома
(CYP1A1), эндотелиального фактора роста
(VEGF), эндотелиальной NO-синтазы (NOS3) и
фактора некроза опухоли (ТNFα). Статобработка
данных по генотипированию проводилась с
использованием унифицированной программы Ген
Эксперт, служащей для расчета статистических
параметров для исследований случай-контроль,
использующих SNP.
Материалы и методы
Проводили углубленное изучение состояния
здоровья детского населения в возрасте от 3 до 7
лет, постоянно проживающего в крупном промышленном центре и посещающего детские
дошкольные учреждения. Ведущим фактором
аэрогенной внешнесредовой нагрузки выступал
бенз(а)пирен. Обследованы 98 детей (группа
наблюдения), при этом группу сравнения
составили 94 ребенка с условно-чистой территории
с допустимым уровнем химического воздействия.
© Долгих О.В., Кривцов А.В., Бубнова О.А., Горшкова К.Г., Дианова Д.Г., Вдовина Н.А., Пирогова Е.А., Безденежных В.А., 2014
97
О. В. Долгих, А. В. Кривцов, О. А. Бубнова, К. Г. Горшкова, Д .Г. Дианова,
Н. А. Вдовина, Е. А. Пирогова, В. А. Безденежных
Результаты и их обсуждение
Натурные исследования качественного состава
атмосферного воздуха показали, что его состояние
не соответствует установленным гигиеническим
нормативам. Дети, проживающие в анализируемом районе, находятся под воздействием
бенз(а)пирена в условиях превышения нормативных концентраций – 1.07–1.83 ПДКс.с.
Сравнение полученных концентраций органических соединений в крови детей группы наблюдения с содержанием загрязняющих соединений в
крови детей, проживающих на территории сравнения, показало наличие достоверного превышения
концентрации бенз(а)пирена в крови исследуемой
группы детей в 1.6 раза (p<0.05).
Анализ заболеваемости населения, проживающего в исследуемых районах, проводился по классу болезней врожденные аномалии, деформации и
хромосомные нарушения. Зафиксированы достоверно более высокие показатели распространенности заболеваний в группе наблюдения (20.0 на
1000 населения), по отношению к группе сравнения (10.0 на 1000 населения).
Результаты клинико-лабораторного обследования выявили значительные сдвиги в функционировании иммунной системы. Выявлено достоверное
снижение содержания сывороточных иммуноглобулинов М по отношению к физ. норме, а также
IgA в сравнении с контрольной группой, p<0.05
Анализ отношения шансов изменения показателей гуморального иммунитета при возрастании
концентрации контаминантов в биологических
средах позволил установить достоверное (p<0.05)
повышение концентрации IgG при увеличении
концентрации в крови бенз(а)пирена (R2= 0.92 при
p<0.05), а также достоверное (p<0.05) снижение
концентрации IgM при увеличении концентрации
в крови бенз(а)пирена (R2= 0.55 при p<0.05).
Наблюдаются достоверные отклонения уровня
общей сенсибилизации как в сравнении с возрастной нормой (содержание Ig E общего – 114.6 ±
34.70 МЕ/мл при норме <50.0) (p<0.05), так и с
группой контроля.
Достоверно увеличивается шанс возрастания Ig E
общего
при
повышении
концентрации
бенз(а)пирена – R2= 0.94 при p<0.05.
Выявлено достоверное снижение васкулярного
эндотелиального фактора роста в сравнении с контрольным уровнем, p<0.05.
Наблюдаются отклонения регуляторных показателей в сравнении с контрольным уровнем, в частности, достоверно повышен уровень содержания
медиаторов межклеточной иммунной регуляции –
маркеров цитокинового профиля (IL-17).
Содержание гормонов гипофизарно-тиреоидной
системы, в частности, Т4 свободного и ТТГ, а также маркеры нейроэндокринной системы (кортизол,
серотонин) находятся в пределах референтного
уровня, но уровень Т4 и кортизола достоверно ниже его значений в группе сравнения, а уровень
ТТГ достоверно выше, что подтверждает снижение
интенсивности обменных процессов у детского
контингента, p<0.05.
Увеличение концентрации бенз(а)пирена в крови приводит к тому, что увеличиваются шансы понижения уровня кортизола (R2= 0.45 при p<0.05).
Установлен достоверно повышенный по сравнению с референтными значениями уровень специфической сенсибилизации к бенз(а)пирену по
критерию IgG, достоверный по кратностям превышения нормы (кратность превышения нормы
составила по IgG к бенз(а)пирену – 1.5 раза)
(p<0.05), а также относительно группы сравнения в
2.0 раза (p<0.05). Содержание специфических антител к формальдегиду и к никелю не превышало
референтный уровень и аналогичные показатели в
группе сравнения.
Анализ отношения шансов изменения специфического ответа при возрастании концентрации
контаминантов в биологических средах позволил
установить достоверное (p<0.05) повышение
концентрации IgG к бенз(а)пирену при увеличении
концентрации бенз(а)пирена в крови (R2= 0.73 при
p<0.05).
Одновременно выявлен повышенный уровень
содержания медиаторов межклеточной иммунной
регуляции IL-10, IL-17, TNF-α по сравнению с референтными значениями, при этом наблюдалось
достоверное увеличение концентрации IL-17 у обследованных в среднем в 2 раза относительно
группы сравнения (p<0.05).
Генетический анализ выявил особенности полиморфизма приоритетных генов, участвующих в
процессах адаптации к измененным условиям среды (табл. 1).
Таблица 1
Распределение частот генов CYP1A1, SULT1
у детей, экспонированных бенз(а)пиреном, %
CYP1A1
Группа сравнения Группа наблюдения
98
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
91
9
0
191
9
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
91
6
0
188
6
SULT1
%
91
9
0
96
4
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
%
93
7
0
97
3
%
17
63
13
97
89
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
33
47
11
182
113
18
68
14
52
48
%
36
52
12
62
38
Особенности генетического полиморфизма и иммунного статуса у детей …
Так, ген фермента детоксикации ксенобиотиков, CYP1A1 отличался повышенной в 1.2 раза
частотой минорного аллеля за счет гетерозиготных
генотипов.
Повышена распространенность в 1.3 раза вариантного аллеля гена сульфтрансаминазы (SULT1)
в анализируемой группе по отношению к группе
сравнения. Аллельный полиморфизм гена, отвечающего за иммунный ответ и апоптоз – ТNFα –,
характеризовался повышенной (в 1.2 раза) распространенностью у детей группы наблюдения (табл.
2).
Таблица 2
Распределение частот генов TNF, eNOS у детей,
экспонированных бенз(а)пиреном, %
Группа сравнения Группа наблюдения
TNF
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
77
21
2
175
25
Кол-во
GG
GA
AA
G
A
77
21
0
175
21
77
21
2
88
12
Кол-во
GG
GT
TT
G
T
%
79
21
0
89
11
26
66
8
118
82
Кол-во
GG
GT
TT
G
T
59
33
6
151
45
шенной специфической к компонентам факторной
нагрузки чувствительности организма (повышение
содержания антител к бенз(а)пирену), а также увеличении уровня показателя эндотелиальной дисфункции VEGF и медиаторов иммунной регуляции
ИЛ-10, TNF-α, ИЛ-17. Показанные нарушения дополняются особенностями генетического полиморфизма с преимущественной распространенностью минорного аллеля генов цитохрома, фактора
некроза опухоли, сульфтрансаминазы и eNOсинтазы. При этом бенз(а)пирен выступает ведущими показателем факторной нагрузки, достоверно влияя на иммунный статус обследованных детей.
Библиографический список
eNOS
%
99
%
26
66
8
59
41
%
60
34
6
77
23
Анализ генов эндотелиальной дисфункции показал возрастание в 1,2 раза частоты гетерозиготных вариантов гена eNO-синтазы.
Таким образом, в результате обследования детского населения в крупном промышленном центре,
проживающего в условиях аэротехногенного загрязнения среды обитания, выявлены существенные изменения функциональных показателей иммунной системы, которые проявляются в повы-
Долгих О.В. и др. Иммунные и ДНК-маркеры воздействия техногенной нагрузки // Вестник
Уральской медицинской академической науки.
2012. №4. С. 240–241.
Зайцева Н.В. и др. Сравнительная оценка генетических различий у детей, проживающих на территориях, отличающихся техногенной нагрузкой // Академический журнал Западной Сибири. 2013. Т. 9, № 5(48). С. 65–66.
Зайцева Н.В., Устинова О.Ю., Аминова А.И. Гигиенические аспекты нарушения здоровья детей
при воздействии химических факторов среды
обитания. Пермь: Кн. формат, 2011. 489 с.
Dolgikh O. et al. Molecular markers of apoptosis in
industrial workers // In vivo: international Journal
of Experimental and Clinical Pathophysiology and
Drub Research. 2011. Vol. 25, № 3. P. 523–524.
Dolgikh O.V. et al. State of cell regulation in children
exposed to phenols // Proceedings of the 3rd International Academic Conference «Applied and
Fundamental Studies». 2013. P. 149–152.
Поступила в редакцию 25.11.2014
Patterns of gene polymorphism and immune status in children exposed
to benz(a)pyrene
O. V. Dolgikh, doctor of Medicine, Head of the Department of Immunobiological Diagnostics
FBSI “FSC for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaya St., Perm,
614045; [email protected]; (342)2363930
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990
A. V. Krivtsov, candidate of Medicine, Head of Immunogenetics Laboratory
FBSI “FSC for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaya St., Perm,
614045; [email protected]
100
О. В. Долгих, А. В. Кривцов, О. А. Бубнова, К. Г. Горшкова, Д .Г. Дианова,
Н. А. Вдовина, Е. А. Пирогова, В. А. Безденежных
O. A. Bubnova, Junior Researcher, Immunogenetics Laboratory, Master Student
FBSI “FSC for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaya St., Perm,
614045
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990
K. G. Gorshkova, PhD in Biology, Head of Allergy and Immunology Laboratory
D. G. Dianova, candidate of Medicine, senior scientific researcher of cellular methods
N. A. Vdovina, clinical research assistant of cellular methods
FBSI “FSC for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaya St., Perm,
614045
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990; [email protected]; (342)2396233
E. A. Pirogova, Junior Researcher, Allergy and Immunology Laboratory, Master Student
V. A. Bezdenezhnykh, Junior Researcher, Allergy and Immunology Laboratory, Master Student
FBSI “FSC for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies”, 82, Monastyrskaya St., Perm,
614045
Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia, 614990
The features of sulfotransferase’s 1 (SULT1) gene frequencies distribution, cytochrome (CYP1A1), tumor
necrosis factor (TNFα) and endothelial NO-synthase (NOS3) in children under exposure to benz(a)pyrene have
been analyzed. The higher prevalence of frequencies of heterozygote variants, minor alleles of sulfotransferase
genes, tumor necrosis factor and endothelial NO-synthase, as well as their association with contamination of
the biological media with chemical mutagens and specific immunological response to the hapten have been detected.
Key words: sulfotransferase gene; gene polymorphism; benz(a)pyrene.
Долгих Олег Владимирович, доктор медицинских наук, заведующий отделом иммунобиологических
методов диагностики, профессор кафедры экологии человека и безопасности жизнедеятельности
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Кривцов Александр Владимирович, кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией иммуногенетики
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
Бубнова Ольга Алексеевна, младший научный сотрудник лаборатории иммуногенетики, студентка
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Горшкова Ксения Геннальевна, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией иммунологии и аллергологии
Дианова Дина Гумеровна, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточных методов диагностики
Вдовина Надежда Алексеевна, лаборант-исследователь лаборатории клеточных методов диагностики
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
Пирогова Елена Алексеевна, младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и аллергологии,
студентка ПГНИУ
Безденежных Виктория Александровна, младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и
аллергологии, студентка ПГНИУ
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Скачать