ВКЛАД НУЛЕВЫХ ГЕНОТИПОВ ГЛУТАТИОН-S-ТРАНСФЕРАЗ T1 (GSTT1) И M1 (GSTM1) В РИСК РАЗВИТИЯ РАКА ЛЕГКИХ

CONTRIBUTION OF GLUTATHIONE-S-TRANSFERASE T1 (GSTT1) AND M1 (GSTM1) GENOTYPES NULL TO LUNG CANCER RISK

Elima Makhauri

Master student, Department of Cell Biology, Morphology and Microbiology, Chechen State University,

Russia, Grozny

Madina Machukaeva

Master student, Department of Cell Biology, Morphology and Microbiology, Chechen State University,

Russia, Grozny

Zura Bisultanova

scientific adviser, Senior Lecturer, Department of Cell Biology, Morphology and Microbiology, Chechen State University,

Russia, Grozny

Petimat Dzhambetova

scientific adviser, Professor, Department of Cell Biology, Morphology and Microbiology, Chechen State University,

Russia, Grozny

АННОТАЦИЯ

Изучены полиморфизмы генов детоксикации ксенобиотиков GSTM1 и GSTT1 с использованием мультиплексной ПЦР пациентов с раком легких (РЛ) (n = 246) и контрольной группы (n = 250). Корреляционный анализ показал незначительное влияние делеции гена GSTM1, тогда как делеция в гене GSTT1 увеличивал в 2 раза риск РЛ. Ассоциативный анализ показывает, что восприимчивость к заболеванию увеличивается с двумя полиморфизмами в 1,9 раза, по сравнению с гомозиготами по одной делеции гена GSTT1 (p = 0,049) и GSTM1 -/- /GSTT1 -/- (p = 0,045,). Результаты указывают на высокую связь генетического полиморфизма генов детоксикации ксенобиотиков с РЛ.

ABSTRACT

We studied polymorphisms of genes for detoxification of xenobiotics GSTM1 and GSTT1 using multiplex PCR in patients with lung cancer (LC) (n = 246) and in the control group (n = 250). Correlation analysis showed an insignificant effect of the deletion of the GSTM1 gene, whereas a deletion in the GSTT1 gene doubled the risk of lung cancer. Association analysis shows that the susceptibility to the disease increases with two polymorphisms by 1.9 times, compared with homozygotes for one deletion of the GSTT1 gene (p = 0.049) and GSTM1 - / - / GSTT1 - / - (p = 0.045,). The results indicate a high association of genetic polymorphism of genes for detoxification of xenobiotics with LC.

Ключевые слова. полиморфизм, гены детоксикации ксенобиотиков, GSTM1, GSTT1, рак легких, чеченская популяция.

Keywords. polymorphism, genes for detoxification of xenobiotics, GSTM1, GSTT1, lung cancer, Chechen population.

Воздействие канцерогенов и вредных метаболитов является одним из этиологических факторов многих онкологических заболеваний. Известно, что действие ксенобиотиков на организм регулируется на уровне клетки системой детоксикации ксенобиотиков, включающая соответствующие ферменты. В эту группу ферментов входят цитозольные глутатион-S-трансферазы (GST), входящие в состав суперсемейства метаболических изоферментов II фазы детоксикации ксенобиотиков, которые защищают клетки от электрофильного повреждения, катализируя конъюгацию между канцерогенами и глутатионом [9].  Одним из ведущих факторов риска рака легких является табачный дым. Долгосрочное воздействие на курильщиков генотоксичных промежуточных продуктов согласуется с пониманием индукции рака как процесса, который требует множественных генетических изменений. Результаты молекулярно-генетических исследований выявили связь между полиморфизмом генов, кодирующих цитозольные глутатион-S-трансферазы, и восприимчивостью к раку легких [10].

Однако исследователи отмечают, что многие исследования, в которых изучали корреляцию между нулевыми генотипами глутатион-S-трансфераз T1 (GSTT1) и M1 (GST M1) и риском рака легких дают неубедительные результаты [9]. Сообщения о различиях в ответных реакциях организма в зависимости от однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) и вариаций числа копий (CNV), связанных с расовым разнообразием, указывают, что важное значение для полного понимания канцерогенеза имеет расовая и этническая принадлежность, основой которых является различный генетический фон [7].

В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение связи между полиморфизмом генов GST, детерминирующих ферменты детоксикации канцерогенов, связанных с риском развития рака легких с учетом этнической принадлежности пациентов (чеченская популяция).

Методы исследования. Объектами настоящего исследования были 246 пациентов, признанных положительными на НМРЛ по результатам гистологического анализа, направленных в ГБУ "Республиканский Онкологический Диспансер" г. Грозный.  Соответствующие по возрасту и полу здоровые индивиды составили группу контроля (n = 250).

Молекулярный анализ полиморфизмов генов GSTM1 и GSTT1 проводили на ДНК, выделенной из 200 мкл цельной крови с помощью диагностических наборов НПФ «Галарт-Диагностикум» (г. Москва). Делеции генов GSTM1 и GSTT1 (rs4025935 и rs71748309) анализировали одновременно мультиплексной ПЦР. Для обнаружения делеций использовали праймеры, последовательности которых взяли из открытых источников. Соответствие выборки равновесию Харди-Вайнберга оценивали с помощью точного теста Фишера. Статистически значимыми различия в частоте полиморфных вариантов и соответствующих им генотипов признавались при p ≤ 0.05. Риск развития рака легких (ОШ при ДИ 95%) были рассчитаны для доминантной, рецессивной и аддитивной моделей наследования.

Результаты исследования. Демографические характеристики пациентов с раком легких (n = 246), у которых ранее не было диагнозов, и лиц контрольной группы (n = 250) представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Общая характеристика изучаемых групп

Анализ гена GSTM1. Для определения генетических полиморфизмов GSTM1 и гены GSTT1 был использован подход на основе мультиплексной ПЦР. На присутствие амплифицируемых фрагментов генов GSTM1 и GSTT1 указывали ампликоны размером 215 п.н. и 480 п.н.

Делеционный вариант гена GSTM1 был обнаружен у 23,9% пациентов с НМРЛ и 20,9% здоровых лиц из контрольной группы (таблица 2).

Таблица 2.

Распределение генотипов полиморфизма гена GSTT1 у пациентов с РЛ и здоровой контрольной группы

Делеция в ген GSTT1 присутствовала у 15,05% пациентов, у 8,7% здоровых лиц. Корреляционный анализ показал, что влияние делеции гена GSTM1 незначительно, тогда как пациенты с делецией в гене GSTT1 имели в два раза повышенный риск развития рака легких, по сравнению с теми, кто имел нормальную копию этого гена (p = 0,022, χ 2 = 6,86, ОШ = 1,98 при 95% ДИ1,10 -3,57) (табл. 3).

Таблица 3.

Распределение генотипов полиморфизма гена GSTT1 у пациентов с НМРЛ и здоровой контрольной группы

*  р <  0,05

Аддитивный эффект двух полиморфизмов гена глутатион-S-трансферазы. Результаты анализа комбинаций полиморфных вариантов генов GSTM1 и GSTT1 +/+, +/ -, - / + и -/- в здоровом контроле представлены в таблице 4. Сравнительный анализ показывает, что у пациентов чаще обнаруживаются комбинация гена GSTM1 дикого типа с делецией в гене GSTT1 и комбинация с делециями в обоих генах (таблица 4).

Таблица 4.

Распределение комбинаций генотипов полиморфизма генов GSTT1 у пациентов с НМРЛ и здоровой контрольной группы

*  р < 0,05

Ассоциативный анализ показывает, что восприимчивость к заболеванию увеличивается при наличии двух полиморфизмов в 1,9 раза, по сравнению с лицами, гомозиготными только по одной делеции гена GSTT1 (p = 0,049, ОШ 1,70) и GSTM1 -/- GSTT1 -/- (p  = 0,045, ОШ 3,30).

Обсуждение. Согласно данным, опубликованным ВОЗ (World Heath Organization, ВОЗ) в 2019 г., рак легких занимает первое место в мире по заболеваемости и смертности. Основные факторы риска являются ксенобиотики, ведущую роль среди которых играют компоненты табачного дыма и генетическая предрасположенность. Ферменты, метаболизирующие ксенобиотики, очищают организм от различных токсичных веществ, тем самым приобретая значимое место в патофизиологии рака. Следовательно, полиморфизм генов в ферментах, участвующих в метаболизме канцерогенов, может регулировать предрасположенность человека к развитию рака.

Глутатион-трансферазы (глутатион-S-трансфераза, GST) представляют собой важный класс экзогенных ферментов, метаболизирующих химические вещества, которые в основном катализируют реакцию связывания между электрофильным центром чужеродных метаболитов и восстановленным глутатионом, тем самым снижая внешнюю токсичность и канцерогенность исходного соединения.

Во многих мировых исследованиях сообщалось об ассоциативной связи между полиморфизмами генов глутатион-трансфераз и канцерогенезом. В частности, были получены доказательства вклада нулевого генотипа GSTT1 в повышенный риск рака мочевыделительной системы (OR = 1,13, 95% CI = 1,05–1,22) [9]. В другом популяционном исследовании были получены доказательства комбинированного участия GSTM1 и GSTP1 полиморфизма в развитии и прогрессировании РМЖ у иорданских женщин арабского происхождения [2]. Результаты польских ученых показали, что полиморфизм гена GST может влиять на степень и стадию опухоли [4] Генотипы GSTM1 и GSTT1 могут модулировать риск рака щитовидной железы, связанный с ИМТ и потреблением алкоголя: к такому выводу пришли французские ученые в результате молекулярного-генетического анализа вариаций числа копий (CNV) GSTM1 и GSTT1 у 1124 европейцев (504 случая и 620 контролей) и 270 меланезийцев (156 случаев и 114 контролей) [9].

Результаты ассоциативных исследований между полиморфизмами генов и раком легких предполагают наличие связи между полиморфизмами генов GSTM1 и GSTT1 и восприимчивостью к развитию данного вида рака. При этом, вполне очевидна связь риска РЛ как с неблагоприятными факторами среды проживания и образа жизни, так и от этнической принадлежности респондентов [3].

В данном исследовании четкая связь с риском развития рака легкого была определена для нулевого генотипа GSTT1, тогда как для нулевого генотипа GSTM1 не выявлено такой связи. Так, число пациентов с РЛ и лиц контрольной группы  с нулевым генотипом GSTM1 равны. Подобные данные отмечены в популяциях Южной и Северной Индии [8]. В европейской популяции, напротив, не менее 50% больных раком легких имели нулевой генотип GSTM1. Обновленный метаанализ китайских ученых [6] выявил очевидную связь между нулевым генотипом GSTT1 и риском рака легких в популяциях в целом и среди азиатов (общая популяция: отношение шансов [OR] = 1,17, 95% доверительный интервал [95% ДИ]: 1,07–1,28, P = 0,006; азиаты : OR = 1,41, 95% ДИ: 1,23–1,62, P <0,00001). Однако нулевой генотип GSTT1 не был связан с риском рака легких у европейцев, бразильцев и африканцев. Результаты нашего исследования показывают, что в чеченской популяции риск рака легких ассоциирует с полиморфизмом гена GSTT1.

Мета-анализ, выполненный китайскими учеными, показывают наличие значимых ассоциаций между комбинированными эффектами полиморфизмов GSTM1 и GSTT1 и риском рака легких [5] у европейцев, у азиатов и индейцев. Аддитивный эффект нулевых генотипов был отмечен также в настоящем исследовании.  Расхождения в результатах исследований, может быть связано с ограничениями отдельных исследований, включая неоднородность источника выборки, дизайн исследования. Расширение выборки может обеспечить достаточную статистическую мощность, чтобы сделать более надежный вывод о связи между нулевым генотипом GSTT1 и риском РЛ.

В заключение, результаты данного исследования подтверждают опубликованные данные и указывают на значимую связь генетического полиморфизма генов детоксикации ксенобиотиков с РЛ и могут быть использованы для решения проблем воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды на восприимчивых людей, находящихся в группе риска.

Список литературы:

1. Куценко С.А. Основы токсикологии. /С.А. Куценко //Биомедицинский журнал Медлайн.ру Санкт-Петербург, 2002. - Т.4. - №119. - С.188-284
2. AL-Eitan LN. Association Of GSTM1, GSTT1 And GSTP1 Polymorphisms With Breast Cancer Among Jordanian Women. /AL-Eitan LN, Rababa'h DM, Alghamdi MA, Khasawneh RH. //OncoTargets and Therapy 2019.- V.2019. - №12. – Р.7757—7765
3. Gupta D. Risk factors of lung cancer in Chandigarh, India. / Gupta D, Boffetta P, Gaborieau V, Jindal SK.// Indian J Med Res. 2001. - №113. – Р.142–150.
4. Klusek J.. GSTM1, GSTT1, and GSTP1 polymorphisms and colorectal cancer risk in Polish nonsmokers. / Klusek J., Nasierowska-Guttmejer A., Kowalik A., Wawrzycka I., Lewitowicz P., Chrapek M., Głuszek S. //Oncotarget. 2018. - №9. – Р.21224-21230.
5. Li, S., Xue, F., Zheng, Y. et al. GSTM1 and GSTT1 null genotype increase the risk of hepatocellular carcinoma: evidence based on 46 studies. Cancer Cell Int., 2019. - №19 (76). – Р.1-12.
6. Liu T, Liu WZ, Sun Y, Bi XH, Zhou HF. An updated meta-analysis of the relationship between glutathione S-transferase T1 null/presence gene polymorphism and the risk of lung cancer. J Can Res Ther 2020. - №16. – Р.718-25
7. Özdemir B.C.  Racial Differences in Cancer Susceptibility and Survival: More Than the Color of the Skin? /B.C. Özdemir, C. Berna, G.-P. Dotto. //Trends in cancer, 2017. - №3 (3). – Р. 181-197.
8. Sreeja L. Possible risk modification by CYP1A1, GSTM1 and GSTT1 gene polymorphisms in lung cancer susceptibility in a South Indian population. / Sreeja L, Syamala V, Hariharan S, Madhavan J, Devan SC, et al.// J Hum Genet. 2005. - №50. – Р.618–627.
9. Wang Y. GSTT1 Null Genotype Significantly Increases the Susceptibility to Urinary System Cancer: Evidences from 63,876 Subjects. / Wang Y, He J, Ma TJ, et al.  //J Cancer., 2016. - №7(12). – Р.1680-1693.
10. Yang X. The Association of GSTM1 Deletion Polymorphism with Lung Cancer Risk in Chinese Population: Evidence from an Updated Meta-analysis. / Yang, H., Yang, S., Liu, J. et al. //Sci Rep., 2015. - №5, 9392. -Р.1-8