В последние годы отмечается ухудшение медико-демографической ситуации как в целом по России, так и в промышленных городах Сибири: резкий рост преждевременной смертности трудоспособного населения, увеличение уровня трудопотерь от производственной заболеваемости, ухудшение репродуктивного здоровья населения. Анализ распределения профессиональных заболеваний в Кемеровской области по отраслям промышленности показал, что до 78 % лиц с профессиональными заболеваниями приходится на угольную отрасль. Из профессиональных заболеваний шахтёров-угольщиков с большой частотой встречаются заболевания органов дыхания – антракосиликоз и хронический пылевой бронхит, вибрационная болезнь, нейросенсорная тугоухость [8].
Наряду с таким способом снижения профессиональной заболеваемости, как исключение неблагоприятного производственного фактора, провоцирующего развитие болезни, важное место занимают разработка методов ранней диагностики начальных стадий профессиональных заболеваний и своевременная профилактика, основанная на изучении наследственной предрасположенности к профессиональным заболеваниям. Это направление является приоритетным в современной медицине труда [6, 7].
Изучение генетических маркеров, наиболее часто встречающихся у больных лиц, дает возможность судить об участии наследственных факторов в развитии того или иного заболевания и выявлять среди населения группы лиц с генотипами повышенного риска и определять меры своевременной профилактики [2].
Цель настоящей работы – изучить связь биохимического и молекулярно-генетического полиморфизма с предрасположенностью к антракосиликозу (АС) – профессиональному заболеванию органов дыхания у работников угледобывающих шахт Кузбасса.
Материалы и методы исследования
Обследовано 300 работников угледобывающих предприятий Кузбасса, больных АС, в возрасте 40–59 лет и 150 человек – контрольной группы здоровых лиц, работающих в тех же санитарно-гигиенических условиях, но не имеющих профессиональной патологии.
Материалом для исследования служили образцы венозной крови. Сывороточные маркёры гаптоглобин (HP, аллели Нр1 и Нр2) и группоспецифический компонент (GC, аллели Gc1 и Gc2) определяли методом электрофореза в полиакриламидном геле, изоферменты флуоресцентной эстеразы (EsD, аллели EsD1, EsD2), кислой фосфатазы (AcP, аллели AcPa, AcPb, AcPc) определялись электрофорезом в крахмальном геле [11]. Исследовались также «нуль-аллели» генов, кодирующих ферменты биотрансформации ксенобиотиков – трансфераз GSTT1 (GST-θ1), GSTM1 (GST-μ1). Анализ литературы указывает на неодинаковую функциональную активность продуктов разных аллелей указанных генов. Для гаптоглобина это неодинаковое сродство разных генотипов НР к Hb, функции антител продуктов НР 2-2 и НР 2-1 против некоторых патогенных микроорганизмов, большая их физиологическая устойчивость по сравнению с НР 1-1. Для EsD обнаружено, что функциональная активность гена EsD1 на 60 % выше, чем EsD2; показана связь EsD 2-2 с развитием цирроза печени [5], туберкулёза лёгких [1].
Ген GSTT1 (ЕС 2.5.1.18) кодирует глутатион-S-трансферазу класса θ, которая локализована в эритроцитах и связана со II-й фазой биотрансформации ксенобиотиков. «Нуль-аллель» или делеция в этом гене в гомозиготном состоянии обуславливает нулевую активность его продукта. Частота «нуль-аллеля» у европеоидов достигает 38 %. Полиморфизм GSTT1 может приводить к индивидуальным различиям в метаболизме некоторых ксенобиотиков [13]. Ген GSTM1 (ЕС 2.5.1.18) кодирует фермент глутатион-S-трансферазу класса μ, который метаболизирует ксенобиотики совместно с цитохромами Р450. «Нулевой» аллель GSTM1 (–) обусловлен делецией гена GSTM1, его частота в некоторых популяциях достигает 45-50 %. Отсутствие активности продукта GSTM1 может быть фактором риска раковых заболеваний, например, рака лёгких, атопической бронхиальной астмы [3].
Выделение ДНК проводилось фенол-хлороформным методом [10]. Полиморфизм «нуль-аллелей» генов GSTM и GSTT1 изучали методом полимеразной цепной реакции [14], статистическая обработка проводилась с помощью стандартных алгоритмов биометрии. Для оценки различий в распределении генотипов больных лиц и контрольной группы рассчитывали значение χ2 с поправкой на непрерывность и величину относительных шансов OR, которая показывает, во сколько раз чаще болезнь развивается у лиц с наличием данного генотипа по сравнению с теми, у кого он отсутствует [4]. В данной работе мы оценивали частоты генотипов и фенотипов в 3 группах больных лиц в возрасте 40–49 лет, 50–54 года и 55–59 лет. Для кодоминантных генетических систем оценивалось соответствие наблюдаемого и ожидаемого распределения генотипов исходя из правила Харди - Вайнберга. Все вычисления выполнены на ПК Pentium 4 по стандартным программам.
Результаты исследования и их обсуждение
Биохимические полиморфные системы
По большинству изученных биохимических полиморфных систем наблюдалось соответствие наблюдаемого и ожидаемого распределения генотипов исходя из правила Харди-Вайнберга.
Распределение генотипов НР у больных и у здоровых лиц в целом было сходно с данными по русскоязычному населению Сибири [1, 9, 12]. Обнаружены статистически значимые различия частот генотипов между здоровыми и больными лицами по критерию χ2 и ОR. Генотипом риска является НР 1-1 (табл. 1). У больных лиц с увеличением возраста (и стажа работы) наблюдается снижение частоты генотипов риска НР 1-1 с 0,3943 (возраст 40–49 лет) до 0,1712 (возраст 50–59 лет). Мы предполагаем, что в данном случае идет довольно поздняя по возрасту элиминация обладателей генотипов риска НР 1-1, вероятно, вследствие выбывания с производства по причине болезни и профнепригодности. В контрольной группе таких выраженных различий частоты генотипа НР 1-1 не наблюдается, хотя в старшей возрастной группе незначительно увеличена частота гетерозиготных генотипов.
По системе GC частоты генотипов и генов в изученной выборке здоровых и больных лиц в целом также сходны с частотами генотипов и генов, характерных для русскоязычного населения Сибири [1, 9, 12]. Обнаружены статистически значимые различия частот генотипов между здоровыми и больными лицами по критерию χ2 и OR (табл. 2). Генотип GC 1-1 можно рассматривать как протекторный (χ2 = 17,46; OR = 0,41). Частота этого генотипа градуально увеличивается с возрастом работников. Генотипы GC 1-2, GC 2-2 можно рассматривать как генотипы предрасположенности к развитию АС, причём с увеличением возраста частота генотипа GC 2-2 снижается от 0,2113 до 0,0991, что может указывать на то, что наличие этого генотипа, так же, как и генотипа НР 1-1, может быть связано с тяжестью заболевания и, как следствие, их быстрым выбыванием с производства.
По системе EsD частоты генотипов и генов сходны с таковыми для русскоязычного населения Сибири, а также РФ [1, 9, 12]. По этой системе также выявлены различия в распределении частот генотипов у больных АС и здоровых лиц (табл. 3). Генотип EsD 1-1 может рассматриваться как протекторный (χ2 = 7,12, ОR = 0,5), а генотип EsD 1-2 – как генотип риска АС (χ2 = 5,38, ОR = 1,91). Частота генотипа риска EsD 1-2 снижается, а частота протекторного генотипа EsD 1-1 увеличивается с возрастом больных лиц, что тоже можно рассматривать как следствие профессионального отбора. В контроле таких градуальных изменений частот генотипов не наблюдается.
Таблица 1
Распределение генотипов и частот аллелей гаптоглобина НР у больных антракосиликозом и у работников контрольной группы
|
Контингент обследованных лиц |
Частота генотипов |
N |
Частота аллелей |
χ2 |
FIS |
|||
|
HP 1-1 |
Hp 1-2 |
Hp 2-2 |
q1 |
q2 |
||||
|
Больные 40–49 лет |
0,3943 |
0,3943 |
0,2114 |
71 |
0,5915 |
0,4085 |
2,4 |
0,1838 |
|
Больные 50–54 года |
0,2373 |
0,4576 |
0,3050 |
118 |
0,4661 |
0,5339 |
0,7 |
0,0800 |
|
Больные 55–59 лет |
0,1712 |
0,5225 |
0,3063 |
111 |
0,4324 |
0,5676 |
0,4 |
-0,066 |
|
Больные, всего |
0,25 |
0,4667 |
0,2833 |
300 |
0,4833 |
0,5167 |
1,3 |
0,0653 |
|
Контроль 40–44 года |
0,1923 |
0,3846 |
0,4231 |
52 |
0,3846 |
0,6154 |
1,8 |
0,1870 |
|
Контроль 45–49 лет |
0,1591 |
0,4733 |
0,3636 |
44 |
0,3977 |
0,6023 |
0 |
0,0046 |
|
Контроль 50–59 лет |
0,1481 |
0,4445 |
0,4074 |
54 |
0,3704 |
0,6296 |
0,1 |
0,0478 |
|
Контроль, всего |
0,1667 |
0,4333 |
0,4 |
150 |
0,3833 |
0,6167 |
1,0 |
0,0835 |
|
χ2(2) |
3,55 |
1,31 |
0,13 |
|||||
|
p |
0,06 |
0,25 |
0,71 |
|||||
|
OR |
1,67 |
1,28 |
1,11 |
|||||
Примечания к табл. 1–4:
N – размер изученной выборки, χ2 – значение хи-квадрат теста на соответствие эмпирического и теоретического распределения генотипов исходя их правила Харди - Вайнберга, FIS – индекс фиксации Райта, χ2(2) – оценка достоверности различий распределений генотипов между больными лицами и контролем, р – уровень значимости этих различий, OR – отношение шансов.
Таблица 2
Распределение генотипов и частот аллелей группоспецифического компонента GC у больных антракосиликозом и у работников контрольной группы
|
Контингент обследованных лиц |
Генотип |
N |
q1 |
q2 |
χ2 |
FIS |
||
|
Gc 1-1 |
Gc 1-2 |
Gc 2-2 |
||||||
|
Больные 40–49 лет |
0,3521 |
0,4366 |
0,2113 |
71 |
0,5704 |
0,4256 |
0,8 |
0,1091 |
|
Больные 50–54 года |
0,5085 |
0,3983 |
0,0932 |
118 |
0,7076 |
0,2924 |
0,2 |
0,0367 |
|
Больные 55–59 лет |
0,4955 |
0,4054 |
0,0991 |
111 |
0,6982 |
0,3018 |
0,2 |
0,0384 |
|
Больные, всего |
0,4667 |
0,4100 |
0,1233 |
300 |
0,6717 |
0,3283 |
1,5 |
0,0703 |
|
Контроль 40–44 года |
0,5577 |
0,3846 |
0,0577 |
52 |
0,75 |
0,25 |
0 |
-0,025 |
|
Контроль 45–49 лет |
0,6364 |
0,2727 |
0,0909 |
44 |
0,7727 |
0,2273 |
2,2 |
0,2259 |
|
Контроль 50–59 лет |
0,8333 |
0,1481 |
0,0186 |
54 |
0,9074 |
0,0926 |
0,8 |
0,1115 |
|
Контроль, всего |
0,6800 |
0,2667 |
0,0533 |
150 |
0,8133 |
0,1867 |
2,2 |
0,1208 |
|
χ2(2) |
17,46 |
8,28 |
4,69 |
|||||
|
p |
0 |
0 |
0,03 |
|||||
|
OR |
0,41 |
1,91 |
2,50 |
|||||
При анализе распределения частот генотипов АсР у больных и здоровых лиц (табл. 4) оказалось, что к генотипам риска относятся генотипы АсР ab и АсР bb – самые распространенные среди остальных генотипов (χ2 = 9,9 и 11,15 соответственно, OR = 2,09 и 2,28). К генотипам резистентности относится вариант АсР аа. Но если по системам НР, GC и EsD генотипами резистентности к АС были в основном часто встречающиеся генотипы, по системе АсР этого не наблюдается.
Таблица 3
Распределение генотипов и частот аллелей флуоресцентной эстеразы EsD у больных антракосиликозом и у работников контрольной группы
|
Контингент обследованных лиц |
Генотип |
N |
Частота аллелей |
χ2 |
FIS |
|||
|
EsD1-1 |
EsD1-2 |
EsD 2-2 |
q1 |
q2 |
||||
|
Больные 40–49 лет |
0,5211 |
0,4085 |
0,0704 |
71 |
0,7254 |
0,2746 |
0 |
-0,024 |
|
Больные 50–54 года |
0,7373 |
0,2203 |
0,0424 |
118 |
0,8475 |
0,1525 |
2,6 |
0,1475 |
|
Больные 55–59 лет |
0,8108 |
0,1712 |
0,0180 |
111 |
0,8964 |
0,1036 |
0,7 |
0,0777 |
|
Больные, всего |
0,7133 |
0,2467 |
0,04 |
300 |
0,8367 |
0,1633 |
2,9 |
0,0975 |
|
Контроль 40–44 года |
0,8077 |
0,1731 |
0,0192 |
52 |
0,8942 |
0,1058 |
0,4 |
0,0909 |
|
Контроль 45–49 лет |
0,75 |
0,2273 |
0,0227 |
44 |
0,8636 |
0,1364 |
0,1 |
0,0384 |
|
Контроль 50–59 лет |
0,9260 |
0,0555 |
0,0185 |
54 |
0,9537 |
0,0463 |
7,4 |
0,3750 |
|
Контроль, всего |
0,8333 |
0,1467 |
0,0200 |
150 |
0,9067 |
0,0993 |
2,7 |
0,1338 |
|
χ2(2) |
7,12 |
5,38 |
0,7 |
|||||
|
p |
0,01 |
0,02 |
0,4 |
|||||
|
OR |
0,50 |
1,91 |
2,04 |
|||||
Таблица 4
Распределение генотипов и частот аллелей кислой фосфатазы эритроцитов АСР у больных антракосиликозом и у работников контрольной группы
|
Контингент обследованных лиц |
Частота генотипов |
N |
Частота аллелей |
χ2 |
FIS |
|||||||
|
aa |
ab |
bb |
ac |
bc |
cc |
q1 |
q2 |
q3 |
||||
|
Больные 40–49 лет |
0,0563 |
0,2817 |
0,2535 |
0,0986 |
0,2154 |
0,0845 |
71 |
0,2465 |
0,5070 |
0,2465 |
1,5 |
0,0227 |
|
Больные 50–54 года |
0,0424 |
0,3305 |
0,3644 |
0,0508 |
0,1949 |
0,0169 |
118 |
0,2331 |
0,6271 |
0,1398 |
1,8 |
-0,0750 |
|
Больные 55–59 лет |
0,0541 |
0,3063 |
0,3784 |
0,0541 |
0,1712 |
0,0360 |
111 |
0,2342 |
0,6171 |
0,1487 |
1,6 |
0,0531 |
|
Больные, всего |
0,0500 |
0,3100 |
0,3433 |
0,0633 |
0,1934 |
0,0400 |
300 |
0,2367 |
0,5950 |
0,1683 |
3,7 |
-0,009 |
|
Контроль 40–44 года |
0,1346 |
0,2885 |
0,2115 |
0,0962 |
0,2115 |
0,0577 |
52 |
0,3269 |
0,4615 |
0,2115 |
1,3 |
0,0634 |
|
Контроль 45–49 лет |
0,1136 |
0,2955 |
0,1818 |
0,0909 |
0,2955 |
0,0227 |
44 |
0,3068 |
0,4773 |
0,2159 |
3,4 |
-0,0791 |
|
Контроль 50–59 лет |
0,1481 |
0,2963 |
0,1667 |
0,1296 |
0,2407 |
0,0185 |
54 |
0,3611 |
0,4352 |
0,2037 |
2,4 |
-0,0465 |
|
Контроль, всего |
0,1333 |
0,2933 |
0,1867 |
0,1067 |
0,2467 |
0,0333 |
150 |
0,3333 |
0,4567 |
0,2100 |
5,0 |
-,0157 |
|
χ2(2) |
8,55 |
9,9 |
11,15 |
2,05 |
1,4 |
0,01 |
||||||
|
p |
0 |
0 |
0 |
0,15 |
0,23 |
0,93 |
||||||
|
OR |
0,34 |
2,09 |
2,28 |
0,57 |
0,73 |
1,21 |
||||||
Молекулярно-генетические маркёры
Делеционный полиморфизм GSTT 1 был изучен у 62 больных АС и 122 лиц контрольной группы. Были выявлены статистически значимые различия по частотам фенотипов GSTT 1(+) и GSTT 1(–) между здоровыми и больными лицами. Частота «нулевого» фенотипа в контроле превышала значение в группе больных лиц: 0,2541 против 0,1325; р = 0,04; OR = 2,68. При этом его частота у больных лиц сначала уменьшалась в 2,7 раза, затем снова возрастала. Это может быть обусловлено тем, что наличие «нуль-аллелей» гена GSTT 1 обуславливает очень сильный отбор против его носителей, особенно в группе больных лиц, и развитие профессионального заболевания уменьшает количество носителей «нуль-аллелей» среди больных. Не было обнаружено статистически значимых различий по частоте делеций гена GSTM1 между больными работниками и лицами контрольной группы, частоты GSTM1(+) и GSTM1(-) незначительно отличались от 0,5.
Заключение
Эндогенными факторами риска развития антракосиликоза у шахтёров-угольщиков юга Кузбасса является наличие маркёров HP 1-1, GC 1-2, GC 2-2, EsD 1-2, АCР ab, ACP bb. Эндогенными факторами резистентности к развитию антракосиликоза является наличие маркёров GC 1-1. EsD 1-1, ACP aa.
Анализ молекулярно-генетического полиморфизма показал, что лица - обладатели варианта GSTT1(+), вероятно, наиболее подвержены антракосиликозу, а обладатели варианта GSTT1(?) резистентны к нему. Частоты этих вариантов неодинаковы у лиц разного возраста: частота варианта GSTT1(?) с возрастом сначала снижается, затем возрастает. Частоты полиморфизмов GSTM1(+) и GSTM1(-) у здоровых и больных лиц разного возраста были сходны и составляли примерно 0,5.
Рецензенты:
Жукова А.Г., д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории экспериментальных гигиенических исследований, ФГБУ «НИИ КПГПЗ» СО РАМН, г. Новокузнецк;
Филимонов С.Н., д.м.н., профессор, проректор по учебной работе, ГБОУ ДПО НГИУВ, г. Новокузнецк.
Работа поступила в редакцию 12.09.2014.