Оценка повреждения ДНК методом ДНК-комет у коморбидных пациентов кардиологического и эндокринологического профиля

Введение / Introduction

Жизнь современного человека сегодня проходит в условиях сниженной физической активности и нерационального питания с избытком быстроусвояемых углеводов и насыщенных животных жиров, что привело к глобальному росту ожирения и ассоциированных с ним состояний по всему миру. Так, в 2022 г. избыточная масса тела была зарегистрирована более чем у 2 миллиардов взрослых, из них более 890 миллионов страдали ожирением [1].

В связи с повсеместным увеличением распространённости ожирения значимой проблемой здравоохранения многих стран стал метаболический синдром (МС), который сочетает в себе ключевые факторы риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) и сахарного диабета 2-го типа (СД2): абдоминальное ожирение, артериальную гипертензию, нарушение углеводного обмена, дислипидемию, гиперурикемию и другие системные изменения [2].

Общность и взаимосвязь патогенетических механизмов СД2 и ССЗ определяет частое развитие у пациентов коморбидной патологии, связанной с более высокими показателями смертности, инвалидности и более низким качеством жизни. СД2 ассоциирован с высоким риском развития сердечно-сосудистых осложнений и сердечно-сосудистой смерти [3]. Среди больных, страдающих СД2, отмечается широкая распространённость ишемической болезни сердца (ИБС), в том числе безболевых форм ишемии миокарда, гипертонической болезни (ГБ), хронической сердечной недостаточности и нарушений ритма [4]. На сердечно-сосудистую смертность приходится 52 % смертей пациентов с СД2, из которых от 40 до 80 % приходится на ИБС [5].

Важная роль в патогенезе МС и ассоциированных с ним ССЗ и СД2 отводится окислительному стрессу. Вследствие повышенного образования и накопления активных форм кислорода, соединений азота, химически активных форм альдегидов, промежуточных соединений переходных металлов и конечных продуктов гликирования возникают повреждения клеточных макромолекул — в частности, ДНК [6]. В условиях окислительного стресса возможно формирование нескольких видов нарушений структуры ДНК, среди которых выделяют повреждение пуриновых и пиримидиновых оснований, разрывы одно- и двухцепочечных соединений, образование ДНК — аддуктов и перекрёстных связей ДНК — ДНК или ДНК — белок [7]. Кроме того, накопление неразрешённых окислительных повреждений ДНК способствует развитию воспалительного процесса, приводящего к дополнительному окислительному повреждению за счёт воздействия на генную регуляцию и индуцирования клеток к запуску процессов старения и апоптоза [8].

Повреждение ДНК стало активно изучаться в качестве нового прогностического маркера при таких значимых заболеваниях, как ССЗ и СД2. Для определения повреждения ДНК могут применяться различные цитогенетические тесты, одним из которых является относительно простой и достаточно чувствительный метод ДНК-комет.

Измерение повреждений ДНК с помощью метода ДНК-комет / Measuring DNA damage using the DNA comet method

Метод ДНК-комет, или метод гель-электрофореза одиночных клеток, позволяет измерить повреждение ДНК путём обнаружения разрывов цепей ДНК и щелочелабильных участков в ядре практически всех типов эукариотических клеток [9].

Считается, что механизмы повреждения и репарации ДНК сходны в разных тканях организма. Наиболее часто при проведении кометного анализа повреждения ДНК оцениваются в лейкоцитах или лимфоцитах, поскольку они широкого распространены в организме и имеют достаточно продолжительные сроки жизни [10].

Так как значимую роль в патогенезе МС и ассоциированных с ним заболеваний имеет окислительный стресс, то большую актуальность приобрело определение окислительно-повреждённой ДНК. С этой целью применяется ферментно-модифицированный метод ДНК-комет, при котором проводится инкубация ДНК с репарирующими ферментами бактерий или клеток млекопитающих. Для обнаружения пиримидиновых и пуриновых повреждений, образующихся в результате окисления, используются бактериальная эндонуклеаза III (EndoIII), катализирующая удаление окисленных пиримидинов, и формамидопиримидин-ДНК-гликозилаза (Fpg), катализирующая удаление окисленных пуринов. В последние годы стала применяться человеческая 8-оксогуанин-ДНК-гликозилаза 1 (hOGG1) в качестве альтернативы Fpg [11].

Повреждение ДНК при МС и СД2 / DNA damage in MS and DM2

Ожирение и МС ассоциируются с усиленным образованием свободных радикалов и последующим развитием окислительного стресса, что, в свою очередь, может вызывать геномные повреждения [12].

Demirbag R et al. (2006) в своём исследовании продемонстрировали, что уровни общего антиоксидантного потенциала были значимо ниже, а уровни повреждения ДНК — выше у пациентов с МС по сравнению с контрольной группой (p <0,001). Также у больных с МС преобладали значения общего окислительного статуса и индекса окислительного стресса (p <0,001). При этом была обнаружена значимая положительная корреляция между повреждением ДНК и значениями общего окислительного статуса и индекса окислительного стресса (r=0,722; p <0,001 и r=0,747; p <0,001, соответственно) [13].

В исследовании Bukhari SA et al. (2010) повреждение ДНК значимо чаще выявлялось у людей с ожирением по сравнению с контрольной группой без ожирения. При этом была выявлена положительная связь между повреждением ДНК и значениями триглицеридов (p <0,000), липопротеинов низкой плотности (ХС-ЛПНП) (p <0,001), систолического артериального давления (p <0,001), общего холестерина (p <0,004), малонового диальдегида (p <0,004) и общего оксидативного стресса (p <0,004) [14].

Karaman A et al. (2015) провели анализ ДНК-комет, результаты которого продемонстрировали значимо большее повреждение генома у пациентов с МС по сравнению с контрольной группой (р <0,001). Кроме того, была выявлена положительная корреляция между длиной хвоста кометы и окружностью талии (r=0,524; p <0,01), ИМТ (r=0,511; p <0,01), уровнем HbA1c в плазме крови (r=0,562; p <0,01), уровнем триглицеридов (r=0,509; p <0,01) и отрицательная корреляция между длиной хвоста кометы и уровнем липопротеинов высокой плотности (r = –0,514; p <0,01). Также установлено, что длина хвоста кометы положительно коррелировала с уровнем малонового диальдегида в плазме (r=0,533; p <0,05), что демонстрирует прямую связь повреждения жирных кислот и ДНК при окислительном стрессе [15].

Хроническая гипергликемия, характерная для СД2, инициирует образование гликированных белков и конечных продуктов гликирования, окисление глюкозы и увеличение количества свободных жирных кислот [16]. Образование конечных продуктов гликирования играет важную роль в патогенезе диабетических осложнений, а также участвует в процессах старения, приводящих к разрывам цепей ДНК и образованию реакционноспособных дикарбонилов. Гиперлипидемия, наблюдаемая при МС и СД2, так же способна провоцировать окислительное повреждение клеток, опосредованное жирными кислотами [17].

Состояние оксидантно — антиоксидантного дисбаланса, выявляемое в лимфоцитах при СД2, рассматривается в качестве одного из механизмов повреждения ДНК. Также было высказано предположение, что, в дополнение к образованию избыточных активных форм кислорода, конечные продукты повышенного гликирования и медиаторы воспаления могут оказывать повреждающее действие на ДНК [18].

Исследования лейкоцитов периферической крови пациентов, страдающих СД2, показали, что высокий уровень гидроксильных радикалов способствует повышению образования продуктов окисления ДНК. Согласно исследованию Lodovici M et al. (2008), у пациентов с СД2 окислительное повреждение ДНК было выше, чем у здоровых людей. При этом для пациентов с плохим контролем гликемии была характерна низкая антиоксидантная способность. Также было установлено, что окислительное повреждение ДНК коррелирует с уровнем гликемии и значениями гликированного гемоглобина [19].

Palazzo RP et al. (2012) при проведении анализа ДНК-комет установили, что уровень повреждения ДНК был выше у пациентов, страдающих СД2, по сравнению с контрольной группой. Также при СД2 наблюдались значительно более высокие уровни частоты образования микроядер или микроядерных зачатков. Была выявлена корреляция между частотой микроядер и повреждениями ДНК, измеренными с помощью анализа ДНК-комет.

Наличие повреждений ДНК при сахарном диабете в значительной степени зависит от наличия сопутствующих заболеваний, особенно сердечно-сосудистых, что было показано у пациентов с СД2 и ИБС, у которых также были значительно более высокие уровни окислительного повреждения ДНК [20].

Andreassi MG et al. (2011) обнаружили, что в большой популяции пациентов, проходящих коронарографию, СД2 является основным независимым фактором, определяющим повышенную частоту микроядер в циркулирующих лимфоцитах у больных ИБС [21].

Boehm BO et al. (2008) установили, что у женщин, участвовавших в Людвигсхафенском исследовании риска и сердечно-сосудистого здоровья, высокий уровень стабильных хромосомных аберраций в периферических лимфоцитах связан с СД2 и напрямую коррелирует с риском ранней смерти, связанной с диабетом [22].

Szaflik JP et al. (2010) провели анализ ДНК-комет в ткани радужной оболочки пациентов с СД2 и контрольной группы. По результатам проведённого исследования, у больных СД2 наблюдались повышенные уровни разрывов нитей ДНК (43 % против 30 % ДНК в хвосте), а также более высокие уровни повреждения ДНК в ферментно-модифицированном анализе (EndoIII+, 89 % против 56 % ДНК в хвосте; Fpg+, 84 % против 48 % ДНК в хвосте). Уровни повреждения ДНК в контрольной группе были относительно высоки по сравнению с нормальными уровнями в лейкоцитах, которые обычно содержат <10 % ДНК в хвосте, что может быть связано с трудностью выделения клеток из ткани радужной оболочки [23].

Повреждение ДНК при ССЗ / DNA damage in cardiovascular diseases

Окислительный стресс играет значимую роль в развитии основных патогенетических звеньев ССЗ: эндотелиальной дисфункции, атеросклероза и прогрессирующих воспалительных заболеваний артериальной стенки [24]. В ходе исследований, проведённых на животных моделях и с участием людей, было показано, что повреждение ДНК, вызванное окислительным стрессом, нарушало функцию эндотелия и приводило к развитию атеросклероза [25].

Kliemann M et al. (2012) исследовали связь между факторами риска ССЗ и уровнем повреждения ДНК у детей и подростков. Полученные результаты показали, что у пациентов с высоким риском отмечалось значительное увеличение повреждения ДНК, которое было выше, чем у пациентов с низким и умеренным риском. Уровень повреждения ДНК, оценённый с помощью кометного анализа, положительно коррелировал с различными параметрами риска сердечно-сосудистых заболеваний: ИМТ (r=0,581, р <0,001), жировыми отложениями (r=0,649; р <0,001), уровнями общего холестерина (r=0,618, р <0,001), ХС-ЛПНП (r=0,594; р <0,001) и триглицеридов (r=0,464; р <0,001). Также было выявлено, что потребление витамина С было обратно пропорционально уровню повреждения ДНК (r= –0,347; p=0,045), а потребление фолиевой кислоты — обратно пропорционально частоте образования микроядер (r= –0,525; p=0,012). У лиц с артериальной гипертензией отмечалось примерно в 2 раза больше повреждений ДНК, чем у нормотензивных испытуемых (DI: 25,50±13,54 против 15,71±10,62; р=0,031; и DF: 20,00±9,21 против 10,92±7,52; р=0,005) [26].

Botto N et al. (2002) провели исследования с использованием метода ДНК-комет, на основании которых выявили положительную корреляционную связь повреждения ДНК с тяжестью ССЗ. Также ими был проведён анализ микроядер, заблокированных цитохалазином В, который продемонстрировал более высокую частоту выявления микроядер у пациентов с ССЗ по сравнению с контрольной группой. При этом было отмечено, что более высокая частота выявления микроядер ассоциировалась с более короткой выживаемостью, особенно в верхнем тертиле, где риск развития неблагоприятных сердечных событий повышался в 2,2 раза [27].

Demirbag R et al. (2005) исследовали связь между повреждением ДНК лимфоцитов и острым коронарным синдромом (ОКС). Согласно полученным результатам, у пациентов с ОКС показатели повреждения ДНК были значимо выше (р <0,001), а показатели общего антиоксидантного статуса (p <0,05) — ниже, чем у пациентов со стабильной стенокардией и у контрольной группы. Также у пациентов с ОКС была установлена положительная корреляционная связь показателей повреждения ДНК лимфоцитов с D-димером (r=0,880; p <0,001), тропонином I (r=538; p <0,001) и С-реактивным белком (r=0,544Я; p <0,001) и отрицательная связь с показателями общего антиоксидантного статуса (r= –0,346; p=0,011). При множественном линейном регрессионном анализе общий антиоксидантный статус (β= –0,213; p=0,001) и D-димер (β=0,697; p <0,001) были независимыми предикторами повреждения ДНК у пациентов с ОКС [28].

Rajesh KG et al. (2011) изучали связь маркеров перекисного окисления липидов с уровнем повреждения ДНК, определённым методом ДНК-комет, у 120 пациентов с ИБС. По результатам исследования уровни малонового диальдегида (p <0,01), нитритов/нитратов (p <0,01) и повреждений ДНК (p <0,01) у больных ИБС были значимо выше по сравнению с контрольной группой. Помимо этого, была обнаружена сильная прямая корреляционная связь между длиной хвоста кометы и уровнями MDA (p <0,01; r=0,723) и нитритов/нитратов (p <0,01; r=0,887) [29].

Møller P et al. (2020) провели метаанализ 14 исследований, посвящённых повреждению ДНК при ИБС. При сопоставлении данных было выявлено, что уровень разрывов нитей ДНК у больных ИБС в 2,38 раза (95 % ДИ: 1,80–2,95 раза) выше, чем у контрольной группы. В 6-ти из этих исследований проводилась оценка уровня окислительно-повреждённой ДНК у пациентов, страдающих ИБС, при сопоставлении с контрольной группой. Так, в исследованиях Yurdakul S et al. (2008) и Mutlu-Türkoğlu U et al. (2005) были обнаружены повышенные уровни окислительно-повреждённой ДНК у больных ИБС. Напротив, Kadıoğlu E et al. (2016) сообщили о неизмененных уровнях EndoIII- и Fpg-чувствительных участков ДНК у больных ИБС и контрольной группы. При выражении полученных данных в виде кратных различий пациенты с ИБС имели в 2,30 раза (95 % ДИ: 0,57–4,02 раза) более высокие уровни окислительно-повреждённой ДНК, чем контрольная группа [30].

Bhat MA и Gandhi G (2017) в своём исследовании обнаружили, что у пациентов в подгруппе с острым инфарктом миокарда было достоверно (р <0,001) увеличено повреждение лейкоцитарной ДНК с повышенным повреждением ДНК по сравнению с группой с нестабильной стенокардией. Это позволило сделать вывод, что с прогрессированием тяжести ИБС увеличивается уровень повреждения ДНК [31].

Также Bhat MA и Gandhi G при исследовании повреждения ДНК при ИБС учитывали генотоксический потенциал лекарственных препаратов. Так, у пациентов, получавших комбинацию ацетилсалициловой кислоты, рамиприла и метопролола, наблюдалось значительное (р <0,05) увеличение всех оцениваемых показателей кометного анализа. Вследствие чего можно предположить, что наблюдаемые повреждения ДНК у больных ИБС также могут быть вызваны применяемыми лекарственными препаратами [32].

В исследовании, проведённом Andreassi MG et al. (2011), была выявлена значительно более высокая частота образования микроядер в лимфоцитах коморбидных пациентов с ИБС и СД2, получавших нитраты. При этом в случае отсутствия одного из факторов: СД2 или приёма нитратов — частота обнаружения микроядер была более низкой, чем при наличии одновременно двух факторов [21].

Более высокий уровень повреждений так же наблюдался и у пациентов с ГБ.

Yildiz A et al. (2008) оценили повреждение ДНК лимфоцитов и общий антиоксидантный статус у пациентов с устойчивой гипертонией, а также с гипертонией белого халата. Было установлено, что у больных с устойчивой гипертонией повреждение ДНК лимфоцитов было значимо выше (p <0,001), а показатели общего антиоксидантного статуса — ниже по сравнению с пациентами с гипертонией белого халата и контрольной группой. Также в группе с устойчивой гипертонией была выявлена корреляция повреждения ДНК лимфоцитов с показателями общего антиоксидантного статуса (r= –0,818; p <0,001), возрастом (r=0,453; p=0,039), уровнями общего холестерина (r=0,550; p=0,010) и ХС-ЛПНП (r=0,539; р=0,012). Пациенты с гипертонией белого халата достоверно не отличались от контрольной группы по повреждению ДНК лимфоцитов (р=0,052), но имели достоверно более низкие показатели общего антиоксидантного статуса (р <0,001) [33].

Hazukova R et al. (2024) провели метаанализ, посвящённый оценке связи окислительного повреждения ДНК с артериальной гипертензией. Согласно полученным данным, повреждение ДНК, определённое методом ДНК-комет, было значимо выше у пациентов с артериальной гипертензией, чем у здоровых лиц контрольной группы (26,6±11,0 против 11,7±4,07; р <0,05). При этом в более неблагоприятных случаях наблюдалось большее повреждение ДНК: концентрическая гипертрофия сердца (43,4±15,4 против 15,6±5,5), длительная/нелеченная артериальная гипертензия (31,4±12,1 против 14,2±5 / 35,0±5,0 против 25,0±5,0), нон-дипперы (39,2±15,5 против 29,4±11,1), пожилые (14,9±4,5 против 9,3±4,1), без карведилола (9,1±4,2 против 5,7±3,9), с ИБС (0,5±0,1 против 0,2±0,1) (р <0,05). Также было установлено, что повреждение ДНК имело сильную положительную корреляционную связь с уровнем гликированного гемоглобина в сыворотке крови (r=0,670; р <0,05) и отрицательно — с общим антиоксидантным статусом (r= от –0,670 до –0,933; р <0,05) [34].

Gray K et al. (2014) исследовали влияние повреждения ДНК в гладкомышечных клетках сосудов человека на развитие атеросклероза. Было установлено, что в гладкомышечных клетках сосудов человека, поражённых атеросклеротической бляшкой, наблюдается повышенное повреждение ДНК, в том числе двуцепочечные разрывы и активация реакции на повреждение ДНК. При этом повреждение ДНК в гладкомышечных клетках сосудов оказывает минимальное влияние на сам атерогенез, но изменяет фенотип бляшек, ингибируя образование фиброзных оболочек при запущенных поражениях. Исследователи пришли к выводу, что ингибирование повреждения ДНК при атеросклерозе может быть новой мишенью для повышения стабильности бляшек [35].

Заключение / Conclusion

Результаты всех рассмотренных исследований и метаанализов указывают на то, что повреждения ДНК напрямую связаны с развитием и прогрессированием таких широко распространённых состояний, как МС и ассоциированных с ним СД2 и ССЗ, среди которых особое внимание уделялось ИБС и ГБ.

На основании полученных в ходе проведённых исследований данных можно сделать вывод, что осложнённая и сочетанная патология способствует развитию и накоплению более высокого уровня повреждения ДНК. Помимо этого, важно учитывать возможный генотоксический эффект назначаемых лекарственных препаратов, особенно для коморбидных пациентов.

Повреждение ДНК, определяемое методом ДНК-комет в циркулирующих лимфоцитах, может иметь прогностическое значение как для больных СД2 или ССЗ, так и для коморбидных пациентов. Многие из приведённых в обзоре исследований продемонстрировали сильную корреляцию повреждений ДНК с метаболическими нарушениями и маркерами окислительного стресса, что подчёркивает ценность данного метода в качестве биомаркера, использование которого может способствовать раннему выявлению и лечению сочетанной сердечно-сосудистой и эндокринной патологии.