HLA-гаплотипы и риск развития сахарного диабета 1 типа в популяции коренного населения Ненецкого автономного округа

Выраженная вариабельность заболеваемости сахарным диабетом 1 типа (СД1), наблюдаемая в разных регионах в мире, может быть объяснена генетическими различиями разных популяций и факторами окружающей среды [1, 2]. Популяционные молекулярно-генетические исследования позволяют оценить влияние генетических факторов на уровень заболеваемости в разных популяциях и прогнозировать ее динамику при изменении внешнесредовых факторов [3]. Несмотря на участие множества генов в формировании подверженности СД1, основным компонентом наследственной предрасположенности во всех исследованных популяциях являются полиморфные аллели генов II класса (DRB1*, DQA1*, DQB1*) локуса HLA, на долю которых приходится, как предполагается, до 60% всех участвующих в развитии заболевания генов [4]. Выявлены как предрасполагающие, так и протективные аллели генов этого локуса и/или комбинации аллелей, образующих DRB1 – DQ гаплотипы и генотипы. В ряде работ [4, 5] было продемонстрировано, что максимальная диабетогенность локуса HLA класса II определяется гапло- и генотипом, и именно гапло- и генотипы используются при анализе степени предрасположенности к СД1 в разных популяциях.

В многоцентровом европейском исследовании было показано, что географические различия в заболеваемости СД1 в Европе частично обусловлены различиями в частоте встречаемости в разных популяциях двух основных предрасполагающих HLA-генотипов: DR4-DQA1*0301-DQB1*0302 и DR3-DQA1*0501-DQB1*0201 [6]. Частота этих генотипов оказалась наиболее высокой в Северной Европе, имеющей более высокую заболеваемость СД1, и более низкой – в Южной Европе, характеризующейся низкой заболеваемостью СД1.

Было проведено также исследование частоты встречаемости HLA предрасполагающих гаплотипов (DRB1*03-DQB1*02 иDQB1*0302) в популяциях с минимальной и максимальной в Европе заболеваемостью СД1: Румынии (3–4 на 100 тыс. детского населения) и на острове Сардиния (35 на 100 тыс.). Оказалось, что частота этих гаплотипов была существенно ниже в Румынии – 15,8% по сравнению с жителями Сардинии – 31,3% [7].

К настоящему времени определены специфичные для европеоидов и ориентов наиболее диабетогенные и защитные HLA-гаплотипы и генотипы [8]. При этом наблюдается существенная межэтническая и даже межпопуляционная разница как спектров диабетогенных специфичностей, так и степеней их ассоциации с заболеванием. Известно, что гаплотипы DQA1*0501-DQB1*0201 и DQA1*0301-DQB1*0302 являются высокопредрасполагающими в европейских и русской популяциях, у афроамериканцев – DRB1*07-DQA1*0301-DQB1*0201, в японской популяции – DRB1*09-DQA1*0301-DQB1*0303, в Китае – DRB1*04-DQA1*0401-DQB1*0302. В то же время гаплотип DRB1*15-DQA1*0602-DQB1*0102 является защитным в большинстве популяций [9].

В последующем было показано, что низкая заболеваемость СД1 в Японии и в целом в Юго-Восточной Азии была тесно связана с отсутствием высокоассоциированных в европейских популяциях гаплотипов DRB1*03- DQB1*0201 и DRB1*04- DQB1*0302 [10]. Вместо этого, основными предрасполагающими HLA-гаплотипами в японской и корейской популяциях были DRB1*0405- DQB1*0401 и DRB1*0901- DQB1*0303 [11].

Распространенность СД1 у представителей монголоидной расы невысока и составляет 0,01–0,02% [8, 12, 13]. Это в 10–30 раз ниже, чем в кавказоидных популяциях. По данным Т.П. Бардымовой, монголоидные популяции в РФ также отличаются низкой распространенностью и заболеваемостью СД1 –24 и 0,73 на 100 тыс населения в год соответственно [14].

К монголоидной группе относится и ненецкая популяция, характеризующаяся низкой заболеваемостью СД1. Ненцы проживают на евразийском побережье Северного Ледовитого океана, от Кольского полуострова до Таймыра. Предками современных ненцев были самодийские племена Саянского нагорья и аборигенные племена приполярной зоны, заселившие территорию Обь-Енисейского бассейна с древнейших времен. В антропологическом плане ненцы относятся к уральской контактной малой расе, для представителей которой свойственно сочетание антропологических признаков, присущих как европеоидам, так и монголоидам. В связи с широким расселением, ненцы антропологически делятся на ряд групп, демонстрирующих основную тенденцию понижения доли монголоидности с востока на запад.

Европейские ненцы расселены в Ненецком автономном округе Архангельской области, а сибирские – в Ямало-Ненецком автономном округе Тюменской области и в Долгано-Ненецком Таймырском муниципальном районе Красноярского края. Небольшие группы ненцев проживают в Ханты-Мансийском автономном округе, в Мурманской и Архангельской областях, Республике Коми.

Из коренных малочисленных народов российского Севера ненцы являются самым многочисленным [15]. По итогам переписи 2002 г., в России проживают 41 302 ненца. В Ненецком автономном округе (НАО) в настоящее время проживают 8302 этнических ненца, общая численность населения НАО составляет 41 657 человек. В муниципальном образовании «Тиманский», куда входят поселки Индига и Выучейский, где проводился забор биологического материала, проживают 482 ненца.

Цель

Изучить частоту встречаемости HLA-гаплотипов в ненецкой популяции, проживающей на территории НАО, в сравнении с российской популяцией.

Материалы и методы

С 1981 по 2014 гг. в НАО родились 4080 детей-ненцев. По данным длительного наблюдения, в ненецкой популяции НАО (как во взрослой, так и в детской), не зафиксировано ни одного случая развития СД1 за последние 50 лет.

Молекулярно-генетическое обследование проведено у 61 здорового индивидуума ненецкой популяции, проживающего в поселках Индига и Выучейский НАО в Архангельской области, 327 здоровых индивидуумов русской популяции, проживающих в г. Москве, и 79 коренных русских, в 3 поколениях жителей Вологодской области.

Геномную ДНК выделяли из лимфоцитов периферической крови фенольно-хлороформной экстракцией после обработки протеиназой К. Идентификацию аллелей генов HLA проводили методом мультипраймерной аллель-специфической полимеразной цепной реакции, используя наборы ЗАО «НПФ ДНК-Технология» (Россия). Обозначение специфичностей генов HLA соответствует общепринятой номенклатуре [12]. Относительный риск заболевания (OР) вычисляли по формуле J.M. Bland [13]. От всех обследованных получено информированное согласие. Проведение исследования одобрено на заседании Локального этического комитета ФГБУ ЭНЦ (2013).

Результаты и обсуждение

Расчет эпидемиологических показателей

Известно, что с 1981 по 2014 гг. (т.е. за 33 года) в НАО родились 4080 детей-ненцев, то есть в среднем 177,4 новорожденных в год. Тогда, допуская, что количество новорожденных в год за 50-летний период существенно не менялось, за 50 лет наблюдения родились 8869,6 детей-ненцев. При условии их 100% выживаемости до 18 лет (детский и подростковый возраст), детское население должно составлять 8869,6 × 17 = 150 783. Учитывая отсутствие случаев СД1 у ненцев в НАО за 50-летний период наблюдения, получаем показатель заболеваемости и распространенности 0 человек на более чем 100 тыс. детского населения.

В РФ средний показатель заболеваемости СД1 у детей составляет 12 на 100 тыс. детского населения, распространенность – 72,8 на 100 тыс., у подростков – 15,26 и 92,6 на 100 тыс. соответственно при значительной вариабельности этого показателя по Федеральным округам (рис. 1). В Северо-Западном регионе страны, куда входят НАО и Вологодская область, заболеваемость СД1 составляет 15 на 100 тыс. детского населения [13]. При этом наблюдаются выраженные колебания показателей заболеваемости внутри региона – от низкой до высокой (рис. 2), с максимальной заболеваемостью в Санкт-Петербурге, Архангельской и Вологодской областях, приближающейся в отдельные годы к 30 на 100 тыс. Как мы видим из рис. 2, НАО относится к региону с низкой заболеваемостью СД1, в которую, очевидно, свой вклад вносит ненецкая популяция.

Рис. 1. Распределение округов РФ по уровню заболеваемости СД1 у детей.

Рис. 2. Распределение областей СЗФО по уровню заболеваемости СД1 у детей.

Молекулярно-генетические исследования

Проведено исследование частоты встречаемости предрасполагающих и протекторных HLA-алелей и гаплотипов в популяции этнических ненцев в сравнении с двумя русскими популяциями.

Частота встречаемости высокопредрасполагающего гаплотипа DRB1*04-DQA1*0301-DQB1*0302 практически не отличалась в ненецкой, московской и вологодской популяциях, составив 11,5%, 8,5% и 11,6% соответственно (p>0,05). При этом частота встречаемости второго по значимости в российской популяции предрасполагающего гаплотипа DRB1*17(03)-DQA1*0501-DQB1*0202 была достоверно ниже в ненецкой популяции – 1,6% по сравнению с 10%, 7,4% соответственно в московской и вологодской популяциях ((p1,2=0,03 (x2=4,42); p1,3=0,12 (x2=2,46)) (рис. 3). Частота встречаемости специфического для двух российских популяций гаплотипа DRВ1*01-DQA1*0101-DQB1*0501 была также достоверно ниже в ненецкой популяции – 3,3% против 11% и 12,4% ((p1,2<0,05 (x2=3,34); p1,3<0,05 (x2=3,85)).

Рис. 3. Частота встречаемости предрасполагающих HLA-гаплотипов в популяции этнических ненцев и в двух русских популяциях.

При анализе защитных гаплотипов отмечено, что два из них (DRB1*11-DQA1*0501-DQB1*0301; DRB1*13-DQA1*0102-DQB1*0602/8/DRB1*13-DQA1*0103-DQB1*0602/8) достоверно чаще встречались в ненецкой этнической группе по сравнению с московской и вологодской популяциями – 32,8%; 12,5%; 9,1% соответственно ((p1,2<0,001 (x2=13,48); p1,3<0,001 (x2=17,3)); 16,4%; 8,5%; 11,1% соответственно ((p1,2=0,07 (x2=3,14); p1,3=0,3 (x2=0,97)) (рис. 4).

Рис. 4. Частота встречаемости протекторных HLA-гаплотипов в популяции этнических ненцев в сравнении с русской популяцией.

При этом частота встречаемости нейтральных гаплотипов была также достоверно выше в ненецкой этнической группе по сравнению с русской популяцией. Так, нейтральный гаплотип DRB1*12-DQA1*0501-DQB1*0301 определялся в ненецкой популяции в 29,5% случаях по сравнению с 2,5% и 1,2% в московской и вологодской популяциях соответственно ((p1,2<0,001 (x2=42,43); p1,3<0,001 (x2=37,66)). Второй нейтральный гаплотип DRB1*09-DQA1*0301-DQB1*0303 встречался в 14,8% у ненцев по сравнению с 1%; 2,5% в двух русских популяциях ((p1,2<0,001 (x2=21,9); p1,3<0,001 (x2=10,04)) (рис. 5).

Рис. 5. Частота встречаемости некоторых нейтральных HLA-гаплотипов в популяции этнических ненцев в сравнении с русскими популяциями.

Таким образом, ненецкая этническая группа, проживающая в НАО, географически и генетически относится к монголоидной расе, характеризуется отсутствием случаев СД1 на протяжении 50-летнего периода наблюдения.

По предварительным данным, в данной популяции выявляется более низкая частота встречаемости двух предрасполагающих, более высокая частота большинства защитных и нейтральных гаплотипов по сравнению с двумя русскими популяциями, что, вероятно, вносит свой вклад в низкую подверженность СД1 в ненецкой популяции. Результаты первого исследования HLA-аллелей и гаплотипов у северных народов (ненцев, поморов и саамов) были опубликованы в 2002 г. [18], в которых была проведена сравнительная характеристика данных этносов.

В Российской Федерации выявлены значительные молекулярно-генетические различия, касающиеся ряда этнических групп с разным уровнем заболеваемости [19–22]. Они выражаются как в наличии HLA-специфичности отдельных предрасполагающих или протекторных гаплотипов, так и в их характеристике по показателю относительного риска.

Такие различия выявлялись даже в пределах одной популяции – смешанной русской популяции, проживающей в европейской части РФ, и этнических русских, проживающих не менее чем в трех поколениях в Вологодском регионе, характеризующемся наиболее высоким по стране уровнем заболеваемости. В обеих популяциях найдена ассоциация с новым гаплотипом DRВ1*04-DQA1*301-DQB1*304, с показателем ОР 4,0 для московской популяции и 9,22 – для Вологодской. Показатель ОР для гаплотипа DRВ1*04-DQA1*0301-DQB1*0302 составил 5,99 и 4,26 соответственно, для DRВ1*017(3)-DQA1*0501-DQB1*0201 – 4,01 и 4,21 соответственно для обеих популяций. Таким образом, гаплотип DRВ1*04-DQA1*301-DQB1*304 является достаточно сильным, специфичным для россиян маркером СД1. Отметим, что в представленной выборке ненецкой популяции данный гаплотип вообще не встречался, однако для получения более надежных данных необходимо увеличение объема выборки, учитывая достаточную редкость частоты данного гаплотипа в обеих русских популяциях (0,17% – в московской, n=327, и 0% – в вологодской, n=79).

При проведении HLA-типирования московской и вологодской популяций в последней обнаружено повышение частоты встречаемости основного предрасполагающего гаплотипа DRВ1*04-DQA1*0301-DQB1*0302 (11,6% против 8,3%) и достоверное снижение частоты встречаемости протекторного гаплотипа DRВ1*11-DQA1*0501-DQB1*0301 (9,1% против 14,3%). Таким образом, вологодскую популяцию характеризует большая степень генетической предрасположенности и меньший уровень защиты по сравнению с московской популяцией. Эти данные совпадают с результатами популяционных исследований, в которых на основании изучения распределения HLA-гаплотипов Архангельская и Вологодская области с их высоким уровнем заболеваемости были объединены в единый кластер с Финляндией, имеющей максимальный в мире уровень заболеваемости СД1, а русские из центральных регионов России – с популяциями из центральной части Европы (заметим, при близком уровне заболеваемости СД1 в центральной России и центральной Европе) [19, 21].

Одна из причин этого явления – вариабельность генетических фонов популяций. Различия фоновых частот HLA класса II аллелей/гаплотипов обусловлены рядом факторов, в числе которых – подверженность некоторых HLA-генов сильному давлению естественного отбора на популяционном уровне и закрепление в процессе эволюции разных рас (популяций) популяционно-специфических гаплотипов, появившихся в результате редких эпизодов рекомбинации внутри локуса HLA класса II [9, 22].

В кавказоидных популяциях частота высокопредрасполагающих к СД1 гаплотипов DRB1*0301-DQB1*0201 и DRB1*0401-DQB1*0302 достигает 11% и 6,3% соответственно, тогда как в азиатских популяциях частота этих гаплотипов не превышают 1%. Наиболее сильными предрасполагающими гаплотипами в азиатских популяциях являются DRB1*0405-DQB1*0401 и DRB1*0901-DQB1*0303 с частотой распространения 12% и 4,5% соответственно, а в европеоидных популяциях частоты этих гаплотипов не превышает 1% [8, 19]. Было показано, что сцепление генов HLA класса II в азиатских популяциях таково, что протективные у европеоидов HLA-DR4 аллели (DRB1*0403 или *0406) сцеплены с предрасполагающим DQ аллелем (DQB1*0302), в то же время высокопредрасполагающие DR4 аллели (DRB1*0401, *0402, *0405) сцеплены с нейтральным/протективным DQ аллелем (DQB1*0401). По мнению авторов [21], сцепление предрасполагающих DRB1* аллелей с протективными DQB1* аллелями, и наоборот, может быть одним из факторов, объясняющих низкую заболеваемость и распространенность СД1 в азиатских популяциях.

Свой вклад в низкую заболеваемость СД в ненецкой этнической группе, кроме генетических маркеров, могут вносить и иммунологические факторы. Сравнительный анализ состояния иммунной системы в отдельных северных популяциях выявил общую особенность северян – низкое содержание абсолютного числа циркулирующих Т-лимфоцитов. Т-лимфоцитам отводится основная роль в развитии деструкции β-клеток Лангерганса при СД1. Наиболее выражен Т-клеточный дефицит у жителей арктических районов. По полученным данным, ненецкая популяция отличается наиболее низким содержанием Т-лимфоцитов как в относительных, так и абсолютных единицах [23].

С другой стороны, условия проживания, образ жизни и питания у малых народов Севера существенно отличаются. Основным занятием жителей является оленеводство, в дополнение – охота и промысел рыбы. Промышленного развития в Тиманской тундре нет, однако в стадии строительства находится нефтяной терминал и запланировано проложить трубопровод.

Анализ показал, что бóльшая часть населения занята в традиционных отраслях хозяйственной деятельности (ТХД) и что роль ТХД не намного уменьшилась от предыдущего поколения к ныне живущему (рис. 6). Для подавляющего большинства населения Тиманской тундры занятость в ТХД и ее продукция составляет основу существования и питания. У оленеводов рацион состоит на 40–70% из продуктов мяса оленины и рыбы, в то время как дичь и дикоросы (ягоды) составляет 10–25% каждого вида из всего рациона. Объем потребляемого оленьего мяса на одного человека в год составляет от 50 кг до 250 кг (в среднем 150 кг), количество рыбы в день – до 1 кг (в год около 200 кг) при употреблении ее в пищу от 2 до 7 раз в неделю в зависимости от сезона. В среднем на одного человека в год приходится по 10 л собранных ягод. По сезонам употребляются в пищу также яйца и мясо дикой птицы [24].

Рис. 6. Традиционный уклад жизни ненецкого населения.

Важная роль, которую играет традиционное питание, указывает на высокую степень уязвимости коренных народов в случае лишения их традиционных источников пропитания. Они уязвимы в результате ухудшения пастбищ, охотничьих и рыболовных участков, потери земель, на которых собирают дикоросы, в том числе из-за промышленного развития. Последствия быстрой замены традиционного питания на покупное губительно сказываются на здоровье и общем самочувствии коренного населения. Таким образом в настоящее время у ненецкого населения меняется традиционный уклад жизнедеятельности и питания. Это может способствовать нивелировке роли имеющихся у ненцев защитных генетических факторов в отношении СД1 с появлением первых его случаев. Как показывают многочисленные эпидемиологические исследования, заболеваемость СД1 резко нарастает при миграции населения из регионов с низким уровнем заболеваемости в регионы с высоким уровнем заболеваемости СД1, и это влияние опосредовано во времени – наблюдается во втором-третьем поколениях мигрантов [25, 26].

Сохранение традиций питания и пищевого поведения ненцев (и в первую очередь детей) должно учитываться при проведении первичной профилактики СД1 среди ненецкого населения.

Заключение

В ненецкой популяции частота встречаемости двух предрасполагающих HLA-гаплотипов снижена, а двух протекторных HLA-гаплотипов – повышена по сравнению с русской популяцией. Это определяет значимую роль генетического фактора в низкой подверженности заболеванию СД1 в ненецкой популяции. Но влияние генетических факторов на развитие СД1 не является постоянной величиной, а может меняться под влиянием факторов окружающей среды. Изменения уклада жизни в ненецкой популяции, наблюдающиеся в последние годы, может привести к возникновению у них первых случаев развития СД1. Изучение связи заболеваемости СД1 с различными факторами изменяющейся окружающей среды поможет в первую очередь расширить наши представления о триггерах аутоиммунного процесса деструкции β-клеток.

Представленное исследование проведено на небольшом биологическом материале, поэтому полученные данные, несмотря на достоверность обнаруженных различий, являются предварительными. Авторы планируют продолжить исследования, расширив объем выборки ненецкой популяции и добавив исследование частоты встречаемости других локусов, ассоциированных с развитием СД1 в русской популяции.

Дополнительная информация

Финансирование работы

Финансирование исследования осуществлялось в рамках реализации НИР, утвержденной ФГБУ «Эндокринологический научный центр» Минздрава России.

Конфликт интересов

Авторы декларируют отсутствие явного и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Участие авторов

Кураева Т.Л. – концепция научного исследования, анализ полученных данных и написание текста; Зубов Л.А. – сбор биологического материала в ненецкой популяции, написание текста; Титович Е.В. – обработка материала, анализ полученных данных и написание текста; Сибилева Е.Н. – дизайн исследований, получение эпидемиологических данных по ненцам, написание текста; Иванова О.Н. – проведение молекулярно-генетических исследований; Ширяева Т.Ю. – эпидемиологические исследования в РФ; Петеркова В.А. – концепция и дизайн исследований; Дедов И.И. – организация и научное руководство проводимого исследования.