Радиационная биология. Радиоэкология, 2023, T. 63, № 1, стр. 60-70

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА

Характеристика исследуемых групп

Исследование проводилось у 915 жителей Южного Урала, подвергшихся хроническому низкоинтенсивному радиационному воздействию в результате регламентных и аварийных сбросов жидких радиоактивных отходов в р. Теча ПО “Маяк” в начале 1950-х годов. Для всех обследованных лиц сотрудниками биофизической лаборатории ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России были рассчитаны индивидуальные накопленные дозы облучения красного костного мозга (ККМ) и мягких тканей с использованием дозиметрической системы TRDS (2016) [14].

Все лица, включенные в исследование, проходили обследование в клиническом отделении УНПЦ РМ ФМБА России в период с 2001 по 2021 годы, в ходе которой проводился добровольный забор биологического материала в банк тканей с целью последующего исследования. Все обследованные пациенты подписывали добровольное информированное согласие на проведение исследования, согласованное с этическим комитетом УНПЦ РМ ФМБА России.

Обследованные пациенты были разделены на две группы: облученные лица с онкологическими заболеваниями (основная группа) и облученные лица без онкологических заболеваний (группа сравнения). В каждой группе были выделены две этнические подгруппы: славяне, представленные в основном русскими, и тюрки, представленные татарами и башкирами, проживающими на территории Южного Урала. Характеристики обследованных лиц представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Характеристики обследованных лиц Table 1. Characteristics of individuals included in the study

Показатель		Основная группа		Группа сравнения
		славяне	тюрки	славяне	тюрки
Объем выборки, N		150	160	293	312
Пол, N	мужчины/женщины	58/92	71/89	100/193	112/200
Возраст, лет1		76 ± 8 (55–95)	76 ± 7 (55–95)	74 ± 9 (57–98)	77 ± 7 (57–97)
		76 ± 8 (55–95)		76 ± 8 (57–98)
Доза облучения ККМ, мГр2		380.6 ± 38.9 (0.7–2238.2)	655.1 ± 50.3 (0.9–3507.1)	452.3 ± 32.6 (0.7–2477.3)	772.1 ± 39.5 (2.4–3 393.5)
Доза облучения мягких тканей, мГр2		70.5 ± 10.1 (0.1–740.8)	104.5 ± 8.5 (22.9–577.8)	59.8 ± 6.6 (0.02–644.6)	109.4 ± 5.8 (73.2–550.5)

Примечания. ¹Данные представлены как M ± SD (среднее значение ± стандартное отклонение (min-max)).

² Данные представлены как M ± SE (среднее значение ± стандартная ошибка (min-max)).

В основную группу вошли 310 человек (славяне – 150, тюрки – 160), у которых были диагностированы солидные злокачественные новообразования различных локализаций. Структура заболеваемости солидными раками среди этнических групп представлена на рис. 1. Кумулятивные дозы облучения ККМ славян в основной группе находились в диапазоне от 0.7 до 2238.2 мГр (средняя доза облучения ККМ 380.6 ± 38.9 мГр). Средняя доза облучения мягких тканей составила 70.5 ± ± 10.1 мГр (диапазон от 0.1 до 740.8 мГр). Кумулятивные дозы облучения ККМ тюрков в основной группе находились в диапазоне от 0.9 до 3507.1 мГр (средняя – 655.1 ± 50.3 мГр). Средняя доза облучения мягких тканей составила 104.5 ± 8.5 мГр (диапазон от 22.9 до 577.8 мГр).

Рис. 1.

Структура заболеваемости солидными раками у облученных лиц из различной этнической принадлежности.

Fig. 1. The structure of the incidence of solid cancers in exposed individuals from different ethnicity.

Группа сравнения включала 605 человек (славяне – 293, тюрки – 321), не имеющих онкологических заболеваний и проживающих в сходных социально-экономических условиях. Кумулятивные дозы облучения ККМ славян в группе сравнения находились в диапазоне от 0.7 до 2477.3 мГр (средняя 452.3 ± 32.6 мГр). Средняя доза облучения мягких тканей составила 59.8 ± 6.6 мГр (диапазон от 0.02 до 644.6 мГр). Кумулятивные дозы облучения ККМ тюрков в группе сравнения находились в диапазоне от 2.4 до 3393.5 мГр (средняя 772.1 ± 39.5 мГр). Средняя доза облучения мягких тканей составила 109.4 ± 5.8 мГр (диапазон от 73.2–550.5 мГр).

По показателю среднего возраста все обследуемые группы были сопоставимы.

Данные о состоянии здоровья пациентов были получены из медико-биологической базы данных ФГБУН УНПЦ РМ и программного комплекса REGISTR [15].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Распределение частот аллелей и генотипов по полиморфным локусам генов, участвующих в контроле клеточного цикла (ATM rs664677, TP53 rs1042522, MDM2 rs2279744, CDKN1A rs1801270) и апоптоза (BCL-2 rs2279115, BAX rs4645878, TNFα rs361525) в обследуемых группах, представлено в табл. 3.

Частоты генотипов по полиморфным локусам rs664677 гена ATM, rs1042522 гена TP53, rs361525 гена TNFa во всех обследуемых группах соответствовали ожидаемому равновесному распределению по закону Харди–Вайнберга. При этом у славян в группе сравнения распределение генотипов по полиморфным участкам rs2279744 гена MDM2, rs1801270 гена CDKN1A, rs4645878 гена BAX, а также у тюрков из группы сравнения по полиморфным локусам rs4645878 гена BAX, rs2279115 гена BCL-2 и rs1045485 гена CASP8 у тюрков из основной группы не соответствовало ожидаемому равновесному распределению по закону Харди–Вайнберга. Для оценки причины нарушения равновесия Харди–Вайнберга было рассчитано значение индекса Fis. Для всех выявленных случаев значение Fis было положительным, что может свидетельствовать о дефиците гетерозигот в исследуемой популяции.

При попарном сравнении частот аллелей и генотипов в обследованных группах облученных лиц с ЗНО и не имеющих ЗНО были выявлены следующие различия: в группе тюрков распределения аллелей и генотипов отличалось по полиморфным локусам rs227944 гена MDM2 (для аллелей χ² = 5.41, р = 0.02; для генотипов χ² = 6.97, р = 0.03), rs1801270 гена CDKN1A (для аллелей χ² = 5.34, р = 0.02; для генотипов χ² = 7.3, р = = 0.03), rs361525 гена TNFa (для алелей χ² = 4.73, р = 0.04); в группе славян различие в распределении аллелей было зарегистрировано только для полиморфизма rs1045485 гена CASP8. Для выявленных полиморфных участков было проведено исследование связи с риском развития рака на основе доминантной и рецессивной моделей. Результаты представлены в табл. 4.

В результате анализа связи выявленных полиморфизмов с риском развития ЗНО в группе облученных лиц славянской этнической принадлежности в соответствии с доминантой моделью аллель rs1045485*С гена CASP8 ассоциирован с пониженным риском развития ЗНО на уровне тенденции (ОШ = 0.51; 95%-ный ДИ 0.28–0.93; p = 0.02). В группе облученных лиц тюркской этнической принадлежности также в соответствии с доминантой моделью установлено, что аллель rs2279744*С гена MDM2 статистически значимо ассоциирован с повышенным риском развития ЗНО (ОШ = 2.29; 95%-ный ДИ 1.23–4.28; p = 0.007), а аллель rs1801270*А гена CDKN1A статистически значимо ассоциирован с пониженным риском развития ЗНО (ОШ = 0.55; 95%-ный ДИ 0.35–0.85; p = 0.01), кроме того на уровне тенденции аллель rs361525*А гена TNFα ассоциирован с повышенным риском развития ЗНО (ОШ = 1.75; 95%-ный ДИ 1.07–2.85; p = 0.03).

С помощью метода MDR были выявлены оптимальные модели межгенных взаимодействий и дозы облучения для предсказания риска развития ЗНО. Для этого все обследованные люди были распределены на две дозовые подгруппы: до 100 мГр и более 100 мГр.

В табл. 5 представлены статистически значимые модели межгенных взаимодействий и факторов дозы облучения мягких тканей и ККМ у тюрков. В таблицу не включены результаты анализа выборки славян, так как для них не было получено статистически значимых результатов.

При анализе взаимодействия полиморфизмов и фактора дозы облучения мягких тканей статистически значимыми были три модели, демонстрирующие 10 из 10 непротиворечивых перекрестных проверок: однофакторная модель MDM2 rs2279744 (с точностью 62%, р = 0.001), двухфакторная CDKN1A rs1801270, MDM2 rs2279744 (с точностью 64%, р = 0.005) и трехфакторная СDKN1A rs1801270, MDM2 rs2279744, доза облучения мягких тканей (с точностью 63%, р = 0.009). Для трехфакторной модели ОШ составил 4.4; 95%-ный ДИ – 2.36–8.21. Не было выявлено статистически значимой модели, в которой участвовала доза облучения ККМ.

Для оценки вклада каждого отдельного фактора, а также взаимодействия пар факторов был построен граф взаимодействия выявленных полиморфизмов с дозой облучения мягких тканей (рис. 2).

Рис. 2.

Граф взаимодействия полиморфизмов с дозой облучения мягких тканей. Цветовое обозначение показывает направленность межфакторных взаимодействий: красный – синергизм, желтый – независимое влияние; зеленый – антагонизм.

Fig. 2. Graph of the interaction of polymorphisms with soft tissue radiation dose. The color designation shows the direction of interfactorial interactions: red – synergism, yellow – independent influence; green – antagonism.

Согласно графу, из четырех анализируемых факторов наибольшей предсказательной способностью обладает полиморфизм rs2279744 гена MDM2 – 4.62%, который включен во все статистически значимые модели (рис. 2). Информационный вклад двухфакторной модели CDKN1A rs1801270 и MDM2 rs2279744 составляет 6.71%. Наибольшим информационным вкладом обладает трехфакторная модель CDKN1A rs1801270, MDM2 rs2279744, доза на мягкие ткани – 8.36%, при этом наблюдается выраженный синергический эффект между полиморфизмом rs1801270 гена CDKN1A и дозой облучения мягких тканей.

ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенного исследования было установлено, что аллель rs2279744*С гена MDM2 ассоциирован с повышенным риском развития ЗНО у облученных лиц тюркской этнической принадлежности.

Согласно данным ClinVar, полиморфизм rs2279744 гена MDM2 ассоциирован с образованием как наследственного, так и спорадического рака [17], также показано, что аллель rs2279744*G (rs2279744*С) влияет на возраст возникновения опухоли у лиц, имеющих мутации в гене Tp53 зародышевой линии, при этом эффект может усиливаться аллелем 72Arg по полиморфному участку rs1042522 гена Tp53 [18]. Кроме того, данный полиморфизм встречается с частотой, зависящей от демографического анамнеза и оказывает важное дифференциальное влияние на активность белков mdm2 и p53, изменяет риск развития нескольких видов рака, таких как саркома мягких тканей, инвазивная протоковая карцинома молочной железы, колоректальный рак [19, 20], рак желудка и рак печени [21, 22], а также рак легкого среди азиатских популяций [23].

Полиморфный участок rs2279744 гена MDM2 находится в интронной области. Из литературных данных известно, что наибольшее количество полиморфных локусов, связанных с заболеваниями, располагаются именно в некодирующих участках генома – интронах, 5’-UTR и 3’-UTR регионах, межгенных областях. Это связано с тем, что данные регионы выполняют регуляторные функции и могут влиять на транскрипционную активность генов [24, 25].

Белок mdm2 представляет собой убиквитинлигазу и играет критическую роль в регуляции активности белка p53, который в свою очередь является центральным супрессором опухолей и принимает активное участие в запуске защитных механизмах клетки при радиационно-индуцированных повреждениях. Белок р53 в ответ на повреждения ДНК инициирует транскрипцию генов, ответственных за остановку клеточного цикла и апоптоз, при этом сам регулируется белком mdm2, который связывается с ним и блокируют его функцию активации транскрипции, путем запуска деградации р53 в протеосомах [26]. Между геном MDM2 и белком р53 создается ауторегуляторная петля, поддерживающая оба белка на определенном уровне. Стрессовые реакции нарушают эту петлю обратной связи, что приводит к инициации р53-зависимого апоптоза. Одним из вероятных механизмов влияния полиморфизма rs2279744 на риск возникновения рака является то, что, находясь в интронной области промотора – энхансоре гена MDM2 он увеличивает аффинность активатора транскрипции Sp1, что приводит к более высоким уровням РНК и соответственно белка mdm2 и последующему ослаблению пути p53 [27].

Также в нашем исследовании было установлено, что аллель rs1801270*A гена CDKN1A ассоциирован с пониженным риском развития ЗНО у облученных лиц тюркской этнической принадлежности.

Литературные данные о связи ОНП rs1801270 гена CDKN1A достаточно противоречивы. Однако результаты, полученные в нашей работе, согласуются с рядом исследований, в которых аллель rs1801270*A оказывал протективный эффект в азиатских и европейских популяциях в отношении риска развития рака пищевода, а также рака шейки матки [28–30]. В этих исследованиях было установлено, что генотип AA и аллель A чаще встречаются у контрольной группы без рака и, по-видимому, обладают значительным защитным эффектом. В настоящей работе мы также наблюдали более низкую распространенность аллеля rs1801270*A в группе облученных лиц с онкологическими заболеваниями по сравнению с группой облученных без ЗНО, что может указывать на потенциальный защитный эффект полиморфизма rs1801270 гена CDKN1A.

Ген CDKN1A, активируемый белком р53, является еще одним важным звеном в защите клеток от повреждений. Продукт гена белок р21 связывается с комплексами циклин-CDK, что приводит к остановке клеточного цикла в фазе G₁. Транскрипция р21 частично регулируется р53, который связывается с промотором р21 и индуцирует его экспрессию [21]. Полиморфизм rs1801270 располагается в высококонсервативной области гена CDKN1A и приводит к замене аминокислоты серина на аргенин, что может влиять на функциональность данного белка, однако молекулярный механизм, лежащий в основе возможного защитного действия полиморфного аллеля rs1801270*А гена CDKN1A при раке, на данный момент неясен [32].

Несомненно, наличие рисковых генотипов в сочетании с действием такого канцерогенного фактора как хроническое радиационное воздействие может модифицировать риск развития ЗНО, о чем свидетельствуют результаты анализа межгенных взаимодействий и дозы облучения. Нами было установлено, что трехфакторная модель, включающая полиморфизмы rs1801270 гена СDKN1A, rs2279744 гена MDM2 и дозу облучения мягких тканей демонстрирует высокую точность и согласованность перекрестных проверок, что указывает на роль данных факторов в риске развития ЗНО у тюрков (OR – 4.40; 95%-ный ДИ 2.36–8.21), при этом наибольший вклад вносит полиморфизм rs2279744 гена MDM2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования связь однонуклеотидных полиморфизмов генов контроля апоптоза и клеточного цикла с риском развития злокачественных новообразований у лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию было установлено, что аллель rs2279744*С гена MDM2 ассоциирован с повышенным риском развития ЗНО, а аллель rs1801270*A гена CDKN1A является протективным в отношении риска развития ЗНО у облученных лиц из тюркской этнической группы. При этом совместное влияние данных полиморфизмов и дозы облучения мягких тканей статистически значимо модифицирует риск развития ЗНО у хронически облученных лиц из тюркской этнической группы.