Влияние генотипа по гену алкогольдегидрогеназы ADH1B на уровень биомаркера злоупотребления алкоголем CDT

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проблема злоупотребления алкоголем актуальна для общественного здравоохранения и связана с сокращением продолжительности жизни, многочисленными заболеваниями, социальными и экономическими проблемами. Методы выявления индивидов, злоупотребляющих алкоголем, необходимы в клинической практике для определения стратегий профилактики и лечения и востребованы в судебно-медицинской экспертизе. Получение сведений путем опроса часто ведет к занижению доз потребляемого алкоголя, поэтому необходимы объективные лабораторные методы диагностики хронического злоупотребления алкоголем и острых алкогольных эксцессов. Одним из наиболее специфичных биомаркеров злоупотребления алкоголем является углевод-дефицитный трансферрин (CDT), представляющий собой изоформы трансферрина с пониженным количеством сиаловых остатков. CDT образуется за счет нарушения гликозилирования продуктами метаболизма этанола. Основной путь окисления экзогенного этанола – преобразование его в ацетальдегид под действием фермента алкогольдегидрогеназы ADH1B. В данном исследовании впервые показано, что у носителей аллеля ADH1B*48His (rs1229984) гена алкогольдегидрогеназы, ведущего к образованию ацетальдегида в более высоких концентрациях, повышен уровень CDT по сравнению с индивидами, не имеющими этого аллеля, при одинаковом уровне потребления алкоголя. Этот эффект необходимо учитывать в клинической и судебно-медицинской практике, а также в исследованиях эффектов потребления алкоголя с применением менделевской рандомизации по полиморфному локусу rs1229984.

Полный текст

Злоупотребление алкоголем порождает многочисленные социальные и экономические проблемы и представляет серьезную проблему общественного здравоохранения. В России это одна из основных причин снижения продолжительности жизни, особенно заметного у мужчин трудоспособного возраста [1, 2].

Определение индивидуального уровня потребления алкоголя необходимо при лечении алкогольной зависимости, при решении о возврате прав, изъятых за вождение в нетрезвом виде, перед некоторыми хирургическими операциями и в ряде других медицинских вмешательств, а также востребовано судебной медициной и криминалистической экспертизой. Уровень потребления, определенный путем опроса респондентов, не является достоверным. Показано, что при опросе респонденты занижают количество потребляемого алкоголя более чем в два раза [3, 4]. Объективные данные об уровне потребления могут быть получены при использовании биомаркеров, отражающих количество алкоголя, потребленного за тот или иной период. К прямым биомаркерам относится содержание этанола в крови, выдыхаемом воздухе и моче, а также продукты метаболизма алкоголя, такие как ацетальдегид (составляет 95–98% среди метаболитов этанола), этилглюкуронид (< 0.2%), этилсульфат (< 0.1%), фосфатидилэтанол и другие. Однако время, в течение которого можно обнаружить их следы в биологических жидкостях, составляет немногим более суток после потребления умеренных доз алкоголя, и только фосфатидилэтанол может быть обнаружен на протяжении более длительного времени [5]. Наиболее часто используемые непрямые биомаркеры злоупотребления алкоголем – ферменты печени аланин-аминотрансфераза (ALT), аспарагин-аминотрансфераза (AST), гамма-глутамил трансфераза (GGT, более специфичен, чем первые два), средний объем эритроцитов (MCV) и углевод-дефицитный трансферрин (CDT) [5]. Указанные биомаркеры имеют повышенный уровень при злоупотреблении алкоголем, который сохраняется на протяжении недель. Но их повышение может быть вызвано и иными причинами, такими как панкреатит, холецистит, цирроз печени, вирусные гепатиты, анемия и ряд других заболеваний, а также прием некоторых лекарственных препаратов.

Из перечисленных биомаркеров наибольшей чувствительностью и специфичностью обладает биомаркер CDT, определяемый стандартно в сыворотке крови [6]. Трансферрин переносит железо и является гликопротеидом, имеющим два сайта N-гликозилирования, олигосахариды в которых несут в преобладающей изоформе трансферрина 4 сиаловых остатка. Злоупотребление алкоголем приводит к нарушению гликозилирования и снижению количества сиаловых остатков на трансферрине с образованием углевод-дефицитных изоформ (CDT). CDT был случайно открыт в 1976 г. нейрологом Х. Стиблер при обследовании пациентов, часть из которых злоупотребляла алкоголем и имела измененную структуру трансферрина – меньшее количество сиаловых остатков [7]. В норме в сыворотке крови преобладает тетрасиалотрансферрин (~80%) в сочетании с другими изоформами – пентасиало- (~14%), трисиало- (~4%), дисиало- (~1%) и гексасиалотрансферрин (~1%) [8].

Как было показано, при потреблении алкоголя на уровне 40–60 г в день в течение 1–2 недель происходит нарушение гликозилирования, и трансферрин теряет сиализацию, образуя углевод-дефицитные изоформы с двумя сиаловыми остатками, реже с другим количеством вплоть до полного отсутствия (асиалотрансферрин) [5, 9, 10]. Нарушение сиализации трансферрина связано с ингибированием ферментов, участвующих в гликозилировании этанолом и продуктами его метаболизма, в первую очередь ацетальдегидом [11, 12]. Повышение уровня CDT, согласно ряду работ, выше 1.3% указывает на злоупотребление алкоголем [6, 13]. Однако рабочая группа по стандартизации измерения CDT при Международной федерации клинической химии и лабораторной медицины (IFCC WG-CDT) указывает, что верхней границей нормы следует считать 1.7% CDT [10].

Экзогенный этанол метаболизируется в основном алкогольдегидрогеназой ADH1B. Замена нуклеотида в полиморфном локусе rs1229984 гена ADH1B соответствует двум аллелям, определяющим различия в активности фермента и скорости образования ацетальдегида. Аллель ADH1B*48Arg (rs1229984-G) преобладает у индивидов европейского происхождения, тогда как аллель ADH1B*48His (rs1229984-A), определяющий более высокую активность фермента и образование ацетальдегида в более высоких концентрациях, распространен в Восточной и Юго-Восточной Азии [14]. Частота аллеля ADH1B*48His у русских составляет 5–7%, а частота носителей этого аллеля, соответственно, 10–12% [14]. Мы предположили, что более высокие концентрации ацетальдегида у носителей аллеля ADH1B*48His могут влиять на уровень образования CDT, модулируя влияние потребляемого этанола.

В настоящей статье мы проверили эту гипотезу и подтвердили ее, сравнив уровень CDT у русских мужчин – носителей разных аллелей, с известным уровнем потребления алкоголя. Носители аллеля ADH1B*48His имеют повышенный уровень CDT по сравнению с теми, кто этого аллеля не имеет, при одинаковом уровне потребления алкоголя. Такой эффект показан впервые.

Материалом для анализа послужили данные Ижевского исследования семей [1, 2] об уровне CDT у 642 русских мужчин [15] в возрасте от 22 до 59 лет с известными генотипами по полиморфизму rs1229984 гена ADH1B [16, 17]. Статистические вычисления и визуализация данных проводились с использованием пакета программ SPSS v.19. Для сравнений различий количественных признаков в подгруппах использовалась непараметрическая статистика Манна – Уитни. Разброс данных на рисунках охарактеризован удвоенной ошибкой среднего (± SE).

Средний уровень CDT равномерно возрастает в подгруппах с увеличивающимся уровнем потребления алкоголя. Корреляция по Пирсону для выборки в целом составила 0.298 при р < 0.0001. Для носителей аллеля ADH1B*48His эта корреляция была существенно выше: 0.601 при р < 0.0001. В исследованной выборке (642 русских мужчин) 68 человек (10.6%) являются гетерозиготными носителями аллеля ADH1B*48His. Мужчины-носители аллеля ADH1B*48His потребляют алкоголь в среднем на 17–20% меньше, чем обладатели генотипа ADH1B*Arg/Arg (из-за неприятных симптомов, связанных с повышенным уровнем ацетальдегида после приема алкоголя) [16]. Для оценки уровня CDT в подгруппах с разным уровнем потребления выборка была разделена на три подгруппы – трезвенники (не потребляли алкоголь в течение года перед исследованием), потреблявшие менее 8000 г в год в пересчете на этанол (эквивалентно потреблению одной бутылки водки в неделю) и потреблявшие более 8000 г этанола в год (табл. 1).

 

Табл. 1. Распределение мужчин в подгруппах по уровню потребления алкоголя

Уровень потребления

алкоголя, г в год

Генотип по ADH1B (%)

Всего

Arg/Arg

Arg/His

0

76 (91.6)

7 (8.4)

83

Менее 8000

329 (88.4)

43 (11.6)

372

Более 8000

169 (90.4)

18 (9.6)

187

Всего:

574 (89.4)

68 (10.6)

642

 

Рис. 1. Уровень потребления алкоголя в зависимости от генотипа. Серые столбики – носители генотипа ADH1B*Arg/Arg, белые – ADH1B*Arg/His.

 

На рис. 1 представлен уровень потребления алкоголя обладателями разных генотипов по гену ADH1B в изученной выборке, на рис. 2 – уровень CDT в тех же подгруппах. Носители аллеля ADH1B*48His в подгруппе трезвенников имеют незначимо более высокий уровень CDT, чем обладатели генотипа Arg/Arg – 0.70 и 0.61 соответственно. В подгруппе потребляющих менее 8000 г в год носители аллеля ADH1B*48His потребляют в среднем на 20% алкоголя меньше (2741 г в год), чем не имеющие этого аллеля мужчины (3398 г в год). Эти различия в нашей выборке статистически незначимы. Согласно опубликованным данным по 56 исследованиям носители аллеля ADH1B*48His потребляют в среднем на 17.2% алкоголя меньше (95%ДИ 15.6–18.9%), чем не имеющие этого аллеля [17]. Поэтому можно полагать, что различия не случайны, а отражают общую тенденцию, не достигая статистической значимости из-за недостаточного размера выборки. В нашей выборке эти различия не были значимыми из-за недостаточной мощности теста (для мощности 80% необходим общий объем выборки 2880 человек). Однако средний уровень CDT (1.60 и 1.59%) одинаков у носителей обоих генотипов.

 

Рис. 2. Уровень CDT в зависимости от генотипа по ADH1B в подгруппах с разным уровнем потребления алкоголя. Серые столбики – носители генотипа ADH1B*Arg/Arg, белые – ADH1B*Arg/His.

 

В подгруппе с высоким уровнем потребления алкоголя носители аллеля ADH1B*48His потребляют в среднем на 12% меньше алкоголя (15452 г в год), чем те, у кого этого аллеля нет (17557 г в год). Однако уровень CDT у носителей аллеля ADH1B*48His и в этой подгруппе почти в два раза выше – 4.88%, по сравнению с 2.51% у не имеющих данного аллеля (p = 0.003 по критерию Манна – Уитни). Полученные данные указывают, что у носителей данного аллеля завышен уровень CDT, причем тем больше, чем выше уровень потребления алкоголя. Аллель ADH1B*48His не является редким – доля его носителей составляет среди русских 10–12%, в населении Кавказа – 20–25%, а в Южной Сибири (алтайцы, тувинцы, буряты) – до 40–50% [14]. Поэтому повышенный уровень CDT у носителей аллеля ADH1B*48His необходимо учитывать в экспертной и клинической практике.

Таким образом, в проведенном нами исследовании впервые показано, что уровень используемого в клинической и судебно-медицинской практике биомаркера злоупотребления алкоголем CDT у мужчин-носителей аллеля ADH1B*48His гена алкогольдегидрогеназы повышен по сравнению с теми, кто не имеет этого аллеля. Повышение тем больше, чем выше доза потребляемого алкоголя. Можно предполагать, что эффект опосредован нарушением гликозилирования из-за более высокой концентрации ацетальдегида, образующегося у носителей аллеля ADH1B*48His после приема алкоголя. В результате при определении уровня CDT у носителей данного аллеля, не злоупотребляющих алкоголем, могут быть получены ложнопозитивные результаты и ошибочно диагностировано злоупотребление. Этот эффект необходимо учитывать не только в клинической практике и судебно-медицинской экспертизе, но и в исследованиях, в которых влияние потребления алкоголя на здоровье и поведение изучается с применением менделевской рандомизации по полиморфному локусу rs1229984 ADH1B*48His.

Метод менделевской рандомизации используют в обсервационных эпидемиологических исследованиях для формирования рандомизированных выборок, отличающихся только по изучаемому параметру [18, 19]. В качестве инструмента рандомизации используется выделение подгрупп по генетическим вариантам, тесно связанным с изучаемым фактором. Проблемой таких исследований является множество конфаундеров, связанных с образом жизни и иными параметрами, которые приводят к тому, что рандомизированные подгруппы, например, с разным потреблением алкоголя отличаются не только уровнем потребления, но и социально- экономическим статусом и многими другими характеристиками, что затрудняет выявление причинно-следственных связей.

Для исследования влияния алкоголя на здоровье и поведение в качестве инструмента рандомизации используют варианты гена алкогольдегидрогеназы, так как надежно показано сниженное потребление алкоголя у носителей аллеля ADH1B*48His [17, 20]. Эффект влияния генотипа по ADH1B на уровень CDT при высоком уровне потребления алколголя обнаружен нами впервые и требует подтвежрждения на независимо сформированнеых выборках большего объема с разным уровнем потребления алкоголя. Если бы аллель ADH1B*48His воздействовал на уровень CDT только путем снижения количества потребляемого алкоголя, то у носителей этого аллеля уровень CDT был бы ниже, чем у не имеющих его индивидов. Но нарушение гликозилирования под действием усиленного образования ацетальдегида после приема этанола дает более сильный эффект, чем снижение уровня потребления алкоголя, в результате итоговый эффект оказывается противоположным; и уровень CDT у носителей аллеля ADH1B*48His повышен. Нарушение гликозилирования под действием ацетальдегида касается не только трансферрина, но и иных гликопротеинов, например, аполипопротеина Е [11], и может затрагивать различные процессы. Обнаруженный нами эффект повышения уровня CDT у носителей аллеля ADH1B*48His имеет фундаментальное значение для исследований влияния алкоголя на здоровье и другие фенотипические признаки, а также важен для применения в клинической и судебно-медицинской практике при выявлении лиц, злоупотребляющих алкоголем.

 

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 122022600161-3).

Исследование одобрено Этическим комитетом Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН 15.07.2024, протокол № 23.

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие. Все обследованные – совершеннолетние.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

Об авторах

А. А. Ким

Институт обшей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук

Email: rubanovich@vigg.ru
Россия, Москва, 119991

А. С. Гуреев

Институт обшей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук

Email: rubanovich@vigg.ru
Россия, Москва, 119991

А. В. Рубанович

Институт обшей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: rubanovich@vigg.ru
Россия, Москва, 119991

С. А. Боринская

Институт обшей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук

Email: borinskaya@vigg.ru
Россия, Москва, 119991

Список литературы

  1. Андреев Е.М., Кирьянов Н.А., Леон Д. и др. Злоупотребление алкоголем и преждевременная смертность в России на примере Ижевска // Наркология. 2008. № 7. С. 38–52.
  2. Leon D.A., Saburova L., Tomkins S. et al. Hazardous alcohol drinking and premature mortality in Russia: A population based case-control study // Lancet. 2007. V. 369. № 9578. P. 2001–2009. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(07)60941-6
  3. Midanik L.T. Validity of self-reported alcohol use: А literature review and assessment // Br. J. Addict. 1988. V. 83. № 9. P. 1019–1030. https://doi.org/10.1111/j.1360-0443.1988.tb00526.x
  4. Немцов А.В., Андриенко Ю.В. Самоотчеты населения России о потреблении алкоголя // Наркология. 2007. № 5. C. 58–61.
  5. Jones A.W. Brief history of the alcohol biomarkers CDT, EtG, EtS, 5-HTOL, and Peth // Drug Test Anal. 2024. V. 16. № 6. P. 570–587. https://doi.org/10.1002/dta.3584
  6. Брюн Е.А., Мягкова М.А., Сокольчик Е.И. и др. Методика диагностического тестирования на предмет хронического злоупотребления алкоголем. Методические рекомендации. № 16. М.: 2011. 40 с.
  7. Stibler H., Kjellin K.G. Isoelectric focusing and electrophoresis of the CSF proteins in tremor of different origins // J. Neurol. Sci. 1976. V. 30. P. 269–285. https://doi.org/10.1016/0022-510x(76)90133-7
  8. Bergström J.P., Helander A. Influence of alcohol use, ethnicity, age, gender, BMI, and smoking on the serum transferrin glycoform pattern: Implications for use of carbohydrate-deficient transferrin (CDT) as alcohol biomarker // Clin. Chim. Acta. 2008. V. 388. № 1–2. P. 59–67. https://doi.org/10.1016/j.cca.2007.10.011
  9. Stibler H. Carbohydrate-deficient transferrin in serum: A new marker of potentially harmful alcohol consumption reviewed // Clin. Chem. 1991. V. 37. № 12. P. 2029–2037.
  10. Helander A., Wielders J., Anton R. et al. International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine Working Group on Standardisation of Carbohydrate-Deficient Transferrin (IFCC WG-CDT). Reprint of standardisation and use of the alcohol biomarker carbohydrate-deficient transferrin (CDT) // Clin. Chim. Acta. 2017. V. 467. P. 15–20. https://doi.org/10.1016/j.cca.2017.03.018
  11. Lakshman M.R., Rao M.N., Marmillot P. Alcohol and molecular regulation of protein glycosylation and function // Alcohol. 1999. V. 19. № 3. P. 239–247. https://doi.org/10.1016/s0741-8329(99)00041-5
  12. Flahaut C., Michalski J.C., Danel T. et al. The effects of ethanol on the glycosylation of human transferrin // Glycobiology. 2003. V. 13. № 3. P. 191–198. https://doi.org/10.1093/glycob/cwg016
  13. Bortolotti F., Sorio D., Bertaso A., Tagliaro F. Analytical and diagnostic aspects of carbohydrate deficient transferrin (CDT): А critical review over years 2007–2017 // J. Рharmaceutical and Biomed. Аn. 2018. V. 147. P. 2–12. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2017.09.006
  14. Borinskaya S., Kal'ina N., Marusin A. et al. Distribution of alcohol dehydrogenase ADH1B*47His allele in Eurasia // Am. J. Hum. Genet. 2009. V. 84. № 1. P. 89–92. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2008.12.007
  15. McDonald H., Borinskya S., Kiryanov N. et al. Comparative performance of biomarkers of alcohol consumption in a population sample of working-aged men in Russia: The Izhevsk Family Study // Addiction. 2013. V. 108. № 9. P. 1579–1589. https://doi.org/10.1111/add.12251
  16. Боринская С.А., Ким А.А., Рубанович А.В., Янковский Н.К. Влияние аллелей гена ADH1B и уровня образования на характер потребления алкоголя у российских мужчин // Acta Naturae. 2013. Т. 5. № 3 (18). С. 103–110.
  17. Holmes M.V., Dale C.E., Zuccolo L. et al. Association between alcohol and cardiovascular disease: Mendelian randomisation analysis based on individual participant data // BMJ. 2014. V. 349. P. 1–16. https://doi.org/10.1136/bmj.g4164
  18. Sanderson E., Glymour M.M., Holmes M.V. et al. Mendelian randomization // Nat. Rev. Meth. Primers. 2022. V. 2. P. 6. doi: 10.1038/s43586-021-00092-5
  19. Skrivankova V.W., Richmond R.C., Woolf B.A. et al. Strengthening the reporting of observational studies in epidemiology using mendelian randomisation (STROBE-MR): Explanation and elaboration. BMJ. 2021. V. 375. doi: 10.1136/bmj.n2233
  20. Jennings M.V., Martínez-Magaña J.J., Courchesne-Krak N.S. et al. A phenome-wide association and Mendelian randomisation study of alcohol use variants in a diverse cohort comprising over 3 million individuals // EBioMedicine. 2024. V. 103. doi: 10.1016/j.ebiom.2024.105086

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Уровень потребления алкоголя в зависимости от генотипа. Серые столбики – носители генотипа ADH1B*Arg/Arg, белые – ADH1B*Arg/His.

Скачать (90KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Уровень CDT в зависимости от генотипа по ADH1B в подгруппах с разным уровнем потребления алкоголя. Серые столбики – носители генотипа ADH1B*Arg/Arg, белые – ADH1B*Arg/His.

Скачать (72KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».