Genetické pozadí běžných forem obezity – od studií identických dvojčat po studium kandidátních genů obezity*

Súhrn

Obezita je výsledkem interakcí mezi geny a vnějšími faktory. Míra heritability běžné obezity je 40–70 %. Nejen náchylnost k obezitě, ale např. i úspěšnost hmotnostních redukčních režimů je do značné míry dána genetickou výbavou každého člověka. Článek podává přehled současných znalostí o genetickém pozadí běžných forem obezity. Velkým přínosem pro poznání genetické determinace obezity jsou celogenomové asociační studie (GWAS), které identifikovaly asociaci 32 variant genů s body mass indexem (BMI) a 14 variant s distribucí tělesného tuku. GWAS tak díky objevu nových rizikových genů obezity přispívají i k postupnému objasňování složitých regulací energetické rovnováhy. Přesto však nalezené varianty zdaleka nevysvětlují heritabilitu obezity, kdy se zřejmě uplatňují i další mechanismy – vzájemné interakce genů, interakce genů s prostředím, vzácné varianty či polymorfismy typu copy number variants nebo epigenetické modifikace a mikroRNA – ovlivňující transkripci genů. Přehledně zde prezentujeme také naše práce týkající se studia genetického pozadí obezity u dětí a dospělých včetně několika studií, kdy jsme hodnotili vliv vybraných rizikových variant na úspěšnost hmotnostního redukčního režimu.

Klíčová slova:
obezita – studie dvojčat – celogenomové asociační studie – kandidátní geny – jednonukleotidové polymorfismy (SNPs) – BMI – antropometrické parametry – hmotnostní redukční režim – korelace genotyp-fenotyp

ÚVOD

Obezita a zdravotní komplikace, které jsou spojeny s nadměrným ukládáním tuku, představují celosvětově závažný zdravotní a socioekonomický problém. V současné době žije na Zemi téměř 700 milionů obézních dospělých. Pokud současný trend bude pokračovat, v roce 2030 budou na světě 1,12 miliardy lidí s obezitou (20 % světové dospělé populace) a 2,16 miliardy lidí s nadváhou (38 %) (1, 2). Alarmující je i to, že rychle přibývá dětí a mladistvých s nadváhou a obezitou, u nichž většinou obezita přetrvává do dospělosti (3). Přitom už i dětská obezita je spojena s mnoha kardiovaskulárními rizikovými faktory, jako je hypertenze, dyslipidémie, metabolický syndrom a diabetes mellitus 2. typu (4).

Ve většině studií je obezita definována na základě hodnoty BMI > 30 kg/m², nicméně BMI nepodává informaci o distribuci tuku v těle (5). Se zdravotními riziky a celkovou mortalitou asociuje spíše abdominální (centrální) obezita určovaná v klinické praxi a v epidemiologických studiích nejčastěji podle obvodu pasu (6, 7).

Obezita je komplexní metabolické onemocnění, které vzniká v důsledku pozitivní energetické bilance, kdy energetický příjem převládá nad energetickým výdejem. Příčinou pandemie obezity je markantní změna způsobu života spojená zejména se změnou jídelních zvyklostí (konzumace vysoce energeticky bohatých jídel) a s poklesem pohybové aktivity (1, 8). Náchylnost k obezitě je ovlivněna genetickým pozadím každého jedince. Odhaduje se, že heritabilita obezity se pohybuje mezi 40–70 % (9, 10). Obezita je tedy výsledkem interakcí mezi geny a vnějšími faktory, do značné míry danými životním stylem (11). Předpokládá se, že identifikace genetických determinant obezity pomůže najít nejen nové patogenetické cesty a cíle pro farmakoterapii, ale umožní i lepší predikci onemocnění a preventivní strategie. I když přesné příčiny obezity nejsou zcela známy, důležitými etiologickými faktory jsou regulace příjmu potravy, metabolismu, či adipogeneze, které jsou silně geneticky determinovány. Běžná obezita je velmi heterogenní, multifaktoriální onemocnění s komplexním typem dědičnosti, kdy příspěvky jednotlivých rizikových genů k fenotypové variabilitě jsou velmi malé, a proto hledání genetických determinant není jednoduché.

K identifikaci rizikových genetických variant se nejprve využívalo metody studia kandidátních genů a vazebných studií. Výsledkem bylo nalezení řady genů asociovaných s obezitou, nicméně žádný z nich nebyl všeobecně validován. To bylo způsobeno různými metodologickými omezeními těchto studií, jako jsou malá statistická síla, nedostatek biologických a genomických znalostí aj. Jediným genem, jenž byl objeven díky kombinaci obou metod a který přestál pozdější přísnou validaci, je gen PCSK1 (12). Průlomem ve studiu genetického pozadí obezity bylo zavedení celogenomových asociačních studií (GWAS), které byly umožněny díky větší znalosti variability lidského genomu (International HapMap Consortium) a technologickému pokroku (zavedení čipových technologií – DNA arrays). Tato metoda nevyžaduje hypotézu, je založena pouze na asociaci polymorfismu se sledovaným fenotypovým znakem. Statisticky se hodnotí rozdíl ve frekvenci těchto polymorfismů mezi kohortou pacientů a kontrolních jedinců. V jedné analýze je možné genotypovat500 000–1 600 000 jednonukleotidových polymorfismů (SNPs), které pokrývají téměř celý genom. Aby bylo dosaženo dostatečné statistické síly, soubory musejí být velmi rozsáhlé, čítající mnoho tisíc lidí, a výsledky musejí být validovány jak nezávislými studiemi, zahrnujícími různé etnické skupiny, tak i meta-analýzami. Éra GWAS obezity začala v roce 2006 a proběhla ve čtyřech vlnách (2007–2010), kdy byly postupně objevovány geny asociující nejen s BMI, ale také s morbidní obezitou, obvodem pasu, poměrem pas/boky (WHR) a dalšími fenotypovými znaky obezity (13). Díky tomuto přístupu bylo nalezeno 43 genomických lokusů asociujících s obezitou a 18 lokusů predisponujících k viscerální akumulaci tuku, z nichž bylo celogenomově signifikantních 32 variant ovlivňujících BMI a 14 variant ovlivňujících obvod pasu/WHR. Nejvýznamnější je asociace BMI s variantami FTO, potvrzená v mnoha replikačních studiích. Relativně silné asociace s obezitou též potvrzené v nezávislých studiích včetně asijské populace jsou s geny MC4R, TMEM18, NEGR1, SH2B1, MTCH2, GNPDA2, FAIM2 a BDNF. Biologická funkce nalezených variant je předmětem intenzivního výzkumu. Většina z těchto variant totiž leží v nekódujících oblastech genomu (mezigenové oblasti či intronické varianty genů). Některé z nalezených variantmohou být kauzální (např. dosud neznámé regulační funkce apod.), jiné mohou ležet ve vazebné nerovnováze se skutečnou kauzální variantou, která však pomocí GWAS nebyla detekována. Předpokládá se, že tyto varianty spíše ovlivňují genovou transkripci než funkci příčinného genu, pro což svědčí i řada expresních studií. Většina genů asociovaných s BMI je totiž silně exprimována v centrálním nervovém systému, zatímco mnoho z genů asociujících s distribucí tuku je exprimováno spíše v periferních tkáních (14). Některé z nalezených predisponujících genů mají známou funkci, která přímo ovlivňuje obezitu. Například MC4R je důležitý v regulaci příjmu potravy, BDNF hraje roli při poruchách příjmu potravy a v tzv. odměňovacím systému, SH2B1 hraje roli v leptinové a inzulinové signalizaci, NRXN3 se také účastní odměňovacího systému, TMEM18 je zřejmě zodpovědný za neuronální vývoj, podobně i NEGR1. Některé z nalezených genů jsou specificky exprimovány v oblastech hypothalamu, kde jsou centra regulace příjmu potravy. Patří sem FTO, MTCH2, FAIM2, GNPDA2, KCTD15, ETVS a NPC1, nicméně jejich přesná biologická funkce zatím není jasná. Geny, které ovlivňují distribuci tuku, zejména TFAPB2 a LYPLAL1, jsou vysoce exprimovány přímo v tukové tkáni a jsou odpovědné za akumulaci tuků a aktivitu lipáz (13). I když bylo díky celogenomovým studiím objeveno mnoho nových lokusů asociovaných s obezitou a distribucí tuku, zdaleka nevysvětlují vysokou heritabilitu obezity. Např. riziková alela FTO (rs9939609) způsobuje zvýšení BMI pouze o 0,36 kg/m², což představuje zvýšení rizika obezity oproti nenositelům této alely o 31 % (odds ratio 1,31; 95% CI (1,23–1,39). Konsorcium GIANT odhaduje, že potvrzené varianty asociované s obezitou vysvětlují pouze 1,45 % inter-individuální variability BMI. „Chybějící“ heritabilitu mohou vysvětlit zejména přímé vzájemné interakce genů, interakce genů s prostředím, tedy s faktory životního stylu (15), např. přímé nutriční interakce s genovými variantami, či vliv fyzické aktivity na funkci a expresi některých genů aj. (16). Roli mohou hrát i jiné typy variability genomu, studovány jsou zejména vzácné varianty (frekvence alely < 5 %, resp. 1 %), či polymorfismy typu copy number variants (CNVs), tedy variabilita v opakování delších sekvencí genomu. Velkou roli budou hrát i epigenetické modifikace (metylace DNA, modifikace histonů) či mikroRNA ovlivňující transkripci genů.

NAŠE ZKUŠENOSTI – OD STUDIÍ IDENTICKÝCH DVOJČAT PO STUDIUM GENETICKÉ VARIABILITY OBEZITY

Studie monozygotních obézních dvojčat

Již v devadesátých letech 20. století doc. V. Hainer spolu s doc. M. Kunešovou a dalšími kolegy a ve spolupráci s nestorem světové obezitologie prof. Albertem Stunkardem z Pennsylvánské univerzity využili vzácného souboru obézních žen – 14 párů identických monozygotních dvojčat, aby u nich studovali míru heritability obezity a metabolických dějů s ní spojených. Sledovali nejen BMI, tělesné složení, distribuci tuku a další antropometrické parametry, ale i hormonální a metabolické ukazatele, jako např. hladiny kortizolu (17) či lipolýzu (18), složení mastných kyselin v séru a v tukové tkáni (19), klidový metabolický obrat a lačný respirační kvocient měřený pomocí nepřímé kalorimetrie, a to před a po dietetické intervenci (po týdenní stabilizaci pacientek na lůžku byla po dobu 1 měsíce podávána za hospitalizace a standardizace pohybového režimu velmi přísná nízkoenergetická dieta (VLCD – very low calorie diet); poté následoval roční redukční režim. Byly hledány i prediktory úspěšnosti redukčního režimu (20). Výstupem bylo zjištění, že je daleko významnější (až 17krát) podobnost v redukci tukové hmoty uvnitř párů než podobnost mezi páry. Bylo potvrzeno silné genetické ovlivnění nejen BMI a tělesného složení (21, 22), ale i hladin kortizolu a androgenů (23), a to jak před, tak po redukčním režimu. Identická dvojčata měla podobné i složení sérových mastných kyselin, zejména ve fosfatidylcholinové frakci. Např. i po ročním redukčním režimu byla uvnitř párů prokázána signifikantní podobnost ve složení neesenciálních i esenciálních, zejména n-3 polynenasycených mastných kyselin v tukové tkáni, a to nezávisle na dietě, což svědčí o jejich silné genetické determinaci (24). Studie monozygotních dvojčat, která žijí odděleně, jsou nejvěrohodnějším modelem pro odhad heritability obezity a pro studium geneticky determinovaných procesů, proto jsou tyto pionýrské publikace stále velmi cenné.

Studium genetického pozadí běžné obezity u dospělých

Od devadesátých let také participujeme na výzkumu rizikových genů a jejich variant, které predisponují k běžným formám obezity. Nejprve jsme vycházeli z kandidátních genů obezity, které byly predikovány na základě jejich předpokládané biologické funkce, později z výsledků celogenomových asociačních studií, které jsme chtěli ověřit na české populaci a studovat vliv těchto rizikových variant na podrobně charakterizovaný fenotyp.

V našich studiích většinou využíváme dlouhodobě kompletované soubory dobrovolníků – pacientů a zdravých kontrol. Databáze dospělých jedinců již čítá téměř 2000 podrobně charakterizovaných jedinců. Všichni jsou vyšetřováni podle jednotného základního protokolu. Je u nich zjišťována řada anamnestických a demografických údajů, antropometrických, hormonálních a klinicko-biochemických parametrů, u nediabetických jedinců je prováděn orální glukózový toleranční test (OGTT). Antropometrické vyšetření provádí antropolog. Vyšetření je zaměřeno na základní antropometrické rozměry – tělesnou hmotnost a výšku, obvodové rozměry (pas, boky, břicho, obvod paže), kožní řasy (suprailiakální, břicho, triceps, subskapulární, biceps) a tělesné složení. Pomocí bioimpedance bylo měřené celkové procento tělesného tuku, procento tuku na trupu (Tanita) a stupeň zmnožení viscerálního tuku (ViScan).

Vzorky DNA jsou podrobovány molekulárně genetické analýze. Genotypizaci jsme nejdříve prováděli pomocí restrikční analýzy či pomocí metody polymorfismu konformace jednovláknové DNA (SSCP) nebo sekvenačně, v poslední době prakticky výlučně pomocí TaqMan genotyping assays, a to buď na našem přístroji Real-time PCR (LC-480, Roche), nebo extenzivně na přístroji Biomark (Fluidigm) ve spolupráci s Biotechnologickým ústavem AV ČR.

Výsledky naší první pilotní studie kandidátních genů obezity byly publikovány již v roce 1997. Studovali jsme vliv mutace Trp64Arg β3-adrenergního receptoru (ADRB3) na tělesné složení a distribuci tuku, ale i na inzulinovou rezistenci, energetický metabolismus a lipidové spektrum. Tehdy jsme využili unikátního souboru mladých hypertoniků a kontrol, kdy frekvence mutace byla v souboru pacientů dvakrát vyšší než v kontrolním souboru. Proto jsme se rozhodli pro následnou studii, kdy podsoubor mladých mužů s různými genotypy byl podroben velmi detailní klinické charakterizaci včetně provedení euglykemického hyperinzulinemického clampu, stanovení množství a distribuce tuku (hodnoceno antropometricky a pomocí CT) a energetického metabolismu (hodnoceno nepřímou kalorimetrií). Nepotvrdili jsme však vliv této mutace ani na energetický metabolismus ani na inzulinovou rezistenci a lipidové spektrum (25, 26).

Dalším intenzivně studovaným genem byl PPARG2 (peroxisome proliferator-activated receptor γ2), především jeho známý polymorfismus Pro12Ala (rs1801282). PPARγ2 je trans-kripčním faktorem, který hraje důležitou roli v diferenciaci adipocytů a v lipidovém metabolismu. Jeho přirozenými ligandy jsou volné mastné kyseliny (VMK), ale je také cílem známých inzulinových senzitizátorů thiazolidindionů. Bylo popsáno, že nositelé alely 12Ala mají vyšší inzulinovou senzitivitu, ale i tendenci přibývat na váze. V našem souboru byla frekvence alaninové alely vyšší nejen u obézních, ale i u diabetiků 2. typu a její nositelé měli signifikantně nižší hladiny lačného inzulinu (27). Zjistili jsme, že tento genotyp významně interaguje s hladinami a se složením VMK v krvi. Genotyp v interakci s hladinami VMK významně ovlivnil bazální glykémii, inzulinovou senzitivitu a sekreci inzulinu, hladiny triacylglycerolů, HDL-cholesterolu a leptinu, a to především u žen. Již dříve popisovaný protektivní vliv alely Ala na metabolismus byl pozorován jen při nízkých hladinách VMK. Nejnižší inzulinová senzitivita byla dokonce zjištěna u skupiny nositelů „protektivní alely 12Ala“, kteří však měli vysoké hladiny sérových nasycených mastných kyselin (28). Tato interakce by mohla vysvětlit různé, často protichůdné, účinky polymorfismu Pro12Ala, popisované ve vztahu k BMI, inzulinové senzitivitě nebo k diabetu 2. typu.

Vyšetřili jsme i mutaci Leu162Val (rs1800206) PPARA (peroxisome proliferator-activated receptor alpha), který také působí jako transkripční regulátor genů zapojených do lipidového metabolismu, a to jak u pacientů s nadváhou a obezitou, tak u normostenických osob. Asociace tohoto polymorfismu s parametry lipidového metabolismu, tělesného složení nebo psychobehaviorálními charakteristikami však potvrzeny nebyly.

Dalšími kandidátními geny obezity jsou mitochondriální odpřahující proteiny (UCP – uncoupling protein), které odpřahují aerobní fosforylaci od produkce adenosintrifosfátu (ATP), a energie oxidovaných substrátů se uvolňuje v podobě tepla. UCP tak kontrolují výdej energie. Byl studován promotorový polymorfismus A-3826G UCP1 (rs1800592), který snižuje transkripci genu, a vede tak ke snížené hladině tohoto proteinu, zejména v hnědé tukové tkáni. Ve skupině potomků diabetiků s genotypem AG jsme pozorovali signifikantně vyšší BMI a trend k vyššímu WHR, obvodu pasu, vyššímu procentu podkožního tuku ve srovnání s homozygoty AA. Podobná tendence byla pozorována i u kontrolní skupiny (29).

V oblasti obezitologie a diabetologie je nejzajímavějším výsledkem celogenomových asociačních studií silná asociace genu FTO (Fat Mass and Obesity Associated) s BMI a obezitou obecně. Funkce FTO v organismu není ještě zcela objasněna. Sekvenční analýzy ho zařazují do rodiny nehemových dioxygenáz, spekuluje se o jeho možném ovlivnění metylací DNA. Tento gen je vysoce exprimován v hypothalamu a podílí se zde zřejmě na regulaci energetického příjmu. Polymorfismy tohoto genu neasociují pouze s obezitou a diabetem 2. typu, ale podle nedávno publikovaných dat i např. s kardiovaskulárním onemocněním, renálním onemocněním, Alzheimerovou chorobou a řadou dalších patologií. Podle některých studií riziková varianta FTO genu ovlivňuje příjem potravy a výběr potravy, resp. preferenci tuků. Ne zcela jednoznačné jsou nálezy ohledně vlivu FTO na lipolýzu v tukových buňkách a navození rezistence k inzulinu v  centrálním nervovém systému.

Ve velké studii prováděné u 1388 osob jsme již v roce 2008 zjistili, že gen FTO, resp. jeho intronické rizikové polymorfismy rs1121980; rs17817449; rs1421085; rs9939609 jsou velmi silně asociovány nejen s kvantitativními znaky charakterizujícími obezitu (zejména s BMI, hmotností a obvodem břicha), ale i s vyššími hladinami glukózy a leptinu v průběhu OGTT, což bylo nejvíce patrné u kontrolních zdravých žen (30).

Cílem následné studie bylo zjistit, jak se projevují varianty FTO, které jsou rizikové pro obezitu, u štíhlých žen. U těchto žen bylo nosičství pro obezitu rizikového haplotypu CAGA FTO spojeno se zvýšenými hladinami růstového hormonu. Hormonální antikoncepce významně prohloubila tyto účinky. Je možné, že právě vyšší hladiny růstového hormonu chrání tyto ženy před rozvojem obezity. Zúčastnili jsme se také velké metaanalýzy (zařazeno více než 2500 pacientek), které hodnotila dopad variant FTO na rozvoj obezity u pacientek se syndromem polycystických ovarií (PCOS). Bylo zjištěno, že efekt rizikových variant FTO je u nich více než 2krát vyšší, než je tomu u běžné ženské populace. Pacientky, homozygotky pro rizikovou alelu polymorfismu rs9939609 měly vyšší BMI přibližně o 3,3 kg/m² a tělesnou hmotnost o 9,6 kg oproti homozygnotním nositelkám wild-type alely. Z toho lze usuzovat na interakci variant FTO s metabolickým kontextem či polygenním pozadím PCOS (31).

Asociaci rs17817449 FTO s BMI publikuje u východoevropské populace i Hubáček et al. (32). V následné studii na české populaci, kdy byly soubory rekrutovány ze studií post-MONICA a 3PMFs vyšla překvapivě asociace rizikové alely s BMI pouze u mužů a postmenopauzálních žen, nikoliv u žen premenopauzálních (33). Skupina dr. Hubáčka z IKEM studovala varianty FTO nejen v souvislosti s obezitou, ale i ve spojitosti s dalšími onemocněními. Autoři např. prokázali, že varianta rs17817449 ovlivňuje riziko akutního koronárního syndromu (34). Rovněž prokázali robustní asociaci téže varianty s chronickým onemocněním ledvin – rizikoví homozygoti GG dospěli k úplnému selhání ledvin o více než 3 roky dříve než homozygoti TT (35). Souvislost variant FTO s kolorektálním karcinomem, počtem krevních destiček, konzumací alkoholu či s kouřením prokázána nebyla, nicméně byla prokázána asociace polymorfismu rs17817449 se zkracováním telomer (ke zkracování těchto koncových částí chromozomů dochází během stárnutí, ale v patofyziologických situacích může být spojeno i se závažnými onemocněními) (36). Jak vidno, účinky FTO jsou velmi komplexní a budou jistě ještě dlouho předmětem bádání.

Studovali jsme i dvě varianty receptoru pro melanokortin 4. typu (rs12970134 a rs17782313). Melanokortinový receptor 4. typu (MC4R) je exprimován v hypothalamu. Zprostředkovává účinek melanokortinu, kdy cestou leptinové signalizace snižuje příjem potravy a zvyšuje výdej energie. Mutace MC4R jsou nejčastější formou monogenní obezity. Varianty v genu pro MC4R jsou dle literárních dat asociovány s množstvím tuku, tělesnou hmotností a rovněž s rizikem obezity a inzulinové rezistence u různých populací. Nedávná meta-analýza 15 GWAS potvrdila asociaci polymorfismu rs17782313, ležícího 188 kb před MC4R s BMI a rizikem obezity u dospělých i dětí. Překvapivě jsme nenalezli asociaci polymorfismu rs12970134 ani rs17782313 s obezitou ani s žádným z antropometrických parametrů, nicméně nositelky minoritní alely A (rs12970134) měly vyšší inzulinovou senzitivitu, vyšší hladiny růstového hormonu a leptinu. Naše studie naznačuje, že se variabilita MC4R uplatňuje nejen v regulaci energetického metabolismu, ale i v komplexnějších hypothalamických regulacích (37).

Detailní antropometrická data jsme využili při studiu různého efektu variability obezitogenních genů vybraných zejména na základě výsledků GWAS (tab.1) na BMI a další antropometrické ukazatele: obvod pasu, WHR, tělesné složení. Studovaná skupina zahrnovala 597 premenopauzálních žen (věk 29,4 ± 7,05 let; BMI 24,4 ± 4,30 kg/m²). BMI byl signifikantně asociován s polymorfismy rs7561317 (TMEM18; p = 0,008), rs9939609 (FTO; p = 0,022), rs29941 (KCTD15; p = 0,049); WHR s rs29941 (KCTD15; p = 0,005) a rs7561317 (TMEM18; p = 0,045); obvod pasu s rs7561317 (TMEM18;p = 0,016) a rs7498665 (SH2B1; p = 0,035); obvod břicha s rs7561317 (TMEM18; p = 0,012); tuková hmota s rs7561317 (TMEM18; p = 0,01) a rs1800592 (UCP1; p = 0,032); svalová hmota s rs1800592 (UCP1; p = 0,020) a rs925946 (BDNF; p = 0,040). Hodnoty p jsou udány pro minoritní vs. majoritní homozygoty. Potvrdili jsme asociaci šesti z deseti studovaných variant (TMEM18, FTO, KCTD15, SH2B1, UCP1, BDNF) s několika různými parametry charakterizujícími obezitu. Nejkomplexnější vliv na antropometrické ukazatele byl zjištěn u varianty rs7561317 genu TMEM18. Ta asociovala se základními antropometrickými parametry (BMI, WHR, obvodem pasu a břicha), ale i s tělesným složením (% tukové hmoty) (38).

„Obezitogeny“ a ovlivnění úspěšnosti redukčního režimu

Genetické varianty neovlivňují pouze náchylnost k obezitě, ale i úspěšnost různých hmotnostních redukčních režimů. Přehled známých genetických variant, které mají vliv na úspěšnost hubnutí a udržení snížené hmotnosti podává Hainer et al. (39). Několik z nich (NMB P73T (rs1051168); UCP2 -866G/A (rs659366); PPARG2 Pro12Ala (rs1801282) a PPARA Leu162Val (rs1800206)) jsme studovali u našich obézních pacientů před a po 2,5letém redukčním režimu (doporučena nízkokalorická dieta, zvýšená fyzická aktivita, změna životního stylu). Kromě antropometrických parametrů bylo měřeno tělesné složení; byly hodnoceny standardizované dotazníky týkající se jídelních zvyklostí (Three-Factor Eating Questionnaire – zahrnuje skóre restrikce, disinhibice a hladu) a skóre deprese (Beck Depression Inventory). Před vstupem do studie a po 2,5 letech sledování byly stanoveny hladiny glukózy v séru, plazmatického adiponektinu, ghrelinu, leptinu a lipidový profil. Ač byly po 2,5 letech pozorovány signifikantní pozitivní změny v antropometrických ukazatelích, lipidovém profilu, hladinách leptinu, adiponektinu a ghrelinu, nebyl pozorován vliv na skóre disihibice a deprese. Efekt variant PPARG2 Pro12Ala a PPARA Leu162Val na antropometrické, biochemické, hormonální ani psychobehaviorální charakteristiky nebyl prokázán (40).

V případě neuromedinu β (NMB) byla potvrzena interakce s genotypem. NMB je členem rodiny peptidů podobných bombesinu. Tyto peptidy jsou exprimovány v mozku, pankreatu, nadledvinách a gastrointestinálním traktu. Regulují exokrinní i endokrinní sekrece, kontrakce hladkých svalů, příjem potravy, krevní tlak, glykémii, tělesnou teplotu a buněčný růst. Byla publikována signifikantní asociace polymorfismu P73T (rs1051168) se skórem disinhibice a s náchylností k hladu. Homozygotní mutace TT byla asociována se zvýšenou hmotností, BMI, obvodem pasu a tělesným tukem. V naší studii muži – nositelé alely T vykazovali na počátku léčby signifikantně vyšší příjem energie (p = 0,009), proteinů (p = 0,018) a tuku (p = 0,002) a vyšší skóre hladu(p = 0,015). Naopak muži, kteří nebyli nositelé alely T, lépe odpovídali na redukční program – vykazovali signifikantní snížení obvodu pasu, příjmu energie, skóre deprese. U žen před zahájením redukčního programu a ani po 2,5 letech redukčního programu nebyl zaznamenán žádný rozdíl mezi nositelkami a nenositelkami alely T kromě signifikantního snížení skóre hladu u žen, které nebyly nositelkami alely T (41).

V případě UCP2-866 G/A (rs659366) byl též u obézních žen pozorován vliv genotypu na rozvoj obezity a úspěšnost redukčního programu. Nositelky alely A na rozdíl od nenositelek udávaly signifikantně vyšší váhový přírůstek od 20 let svého věku (v průměru o 6 kg). Obě skupiny žen vykazovaly významné změny v energetickém a nutričním příjmu a v psychobehaviorálních ukazatelích při kontrolním vyšetření po 2,5 letech sledování. Zajímavé je, že pouze nositelky alely A vykazovaly signifikantní pokles BMI –0,7 ± 0,28 kg/m² a hladin leptinu –18,72 ± 7,33 µg/l (zatím nepublikovaná data).

„Obezitogeny“ u dětí a mladistvých

Zapojili jsme se i do genetických studií cílených na dětskou obezitu a obezitu adolescentů.

V roce 2006 publikuje Hainerová et al. (42) studii provedenou u 289 dětí a mladistvých s časnou obezitou, u kterých bylo pátráno po variantách genu kódujícího neuromedin U (NMU). NMU je anorexigenní peptid, který je exprimován v hypothalamu. Souvislost NMU s regulací příjmu potravy byla prokázána na myších modelech. Myši, kterým byl tento gen odstraněn, trpí hyperfagií a jsou velmi obézní. Naopak myši se zvýšenou expresí tohoto genu jsou štíhlé. V publikované studii nalezená vzácná varianta Arg165Trp v jedné z českých rodin kosegregovala s dětskou obezitou. U dánské dospělé populace bylo ověřeno, že s obezitou asociuje i polymorfismus Ala19Glu. Homozygotní nositelé alely Glu byli zastoupeni v souboru dospělých s obezitou a nadváhou více než dvojnásobně oproti souboru štíhlých jedinců.

Další studie hodnotí prevalenci mutací MC4R u českých obézních dětí, fenotyp nositelů těchto mutací a efekt mutací na hmotnostní redukční režim. Opět byl využit soubor dlouhodobě sledovaných 289 českých dětí a mladistvých s časnou obezitou. U všech pacientů byl osekvenován gen pro MC4R. Byla zjištěna prevalence mutací 2,4 % – bylo detekováno šest různých mutací u osmi probandů, včetně jedné nově popsané záměny Cys84Arg (u ní byla provedena funkční studie potvrzující snížení přenosu signálu MC4R) (43). Popsána byla i zajímavá kazuistika 20letého chlapce s hypogonadotropním hypogonadismem, který je nositelem homozygotní mutace MC4R (G181D). U chlapce, který neodpovídal na intenzivní úpravu životosprávy a neustále přibýval na váze, byla nasazena léčba sibutraminem. Efekt léčby byl patrný, po roce chlapec zhubl, došlo ke zlepšení parametrů tělesného složení a některých metabolických abnormalit (44). Připomeňme i naši studii COPAT (Childhood Obesity Prevalence and Treatment), která v sobě snoubila epidemiologickou a intervenční část a jejíž mnohá data se ještě vyhodnocují. U 1443 adolescentů ve věku 13–17,9 let byla provedena genotypizace 11 variant uvnitř/v blízkosti genů TMEM18, SH2B1, KCTD15, PCSK1, BDNF, SEC16B, MC4R a FTO a byla studována jejich asociace s obezitou a metabolickým syndromem definovaným dle IDF (International Diabetes Federation). I v této věkové kategorii byla varianta FTO rs9939609 silně asociována s nadváhou a obezitou, zatímco podobně jako v dospělé české populaci je minoritní alela TMEM18 rs7561317 naopak signifikantně spojena s nízkou hmotností. Minoritní alely BDNF rs925946 a MC4R rs17782313 zvyšovaly riziko metabolického syndromu a naopak variantní alela PCSK1 rs6235 snižovala hladinu krevní glukózy. Studie prokázala vliv těchto obezitogenů nejen na obezitu, ale i na riziko metabolického syndromu (45).

V tomto přehledovém článku jsme se snažili podat nejen aktuální přehled současných znalostí genetického pozadí běžných forem obezity, které pomohly poodhalit složité regulace energetické rovnováhy, ale dovolili jsme si prezentovat i naše skromné příspěvky na tomto poli výzkumu.

Práce byly podpořeny zejména granty IGA MZ ČR, norským finančním mechanismem CZ0123 a podporou MZ ČR pro rozvoj výzkumné organizace (00023761, Endokrinologický ústav).

Seznam použitých zkratek

BMI body mass index

COPAT Childhood ObesityPrevalence and Treatment

DNA kyselina deoxyribonukleová

GIANT Genetic Investigation of Anthropometric Traits

GWAS celogenomová asociační studie (genome-wide association study)

IDF International Diabetes Federation

OGTT orální glukózový toleranční test

PCOS syndrom polycystických ovarií (polycystic ovary syndrome)

RNA kyselina ribonukleová

SNPs jednonukleotidové polymorfismy (single nucleotide polymorphisms)

SSCP polymorfismus konformace jednovláknové DNA (single-strand conformation polymorphism)

VMK volné mastné kyseliny

WHO Světová zdravotnická organizace (World Health Organization)

WHR poměr pas/boky (waist to hip ratio)

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

doc. RNDr. Běla Bendlová, CSc.

Endokrinologický ústav

Národní 8, 116 94 Praha 1

e-mail: bbendlova@endo.cz