FTO、MC4R、SH2B1與肥胖T2DM的關(guān)聯(lián)及基因間交互作用研究

耿 力，連明珠，趙 瑩，陳 琰*

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 1.血管外科；2.內(nèi)分泌科，吉林 長春130041)

2型糖尿病(T2DM)是由遺傳和環(huán)境因素引起的復(fù)雜疾病。目前，全球有4.63億糖尿病患者，到2045年糖尿病的發(fā)病人數(shù)將增加到7億[1]。在中國，糖尿病的發(fā)病率為10.9%，在超重和肥胖人群中，該值甚至更高[2]。有研究顯示糖尿病和肥胖癥可以獨(dú)立遺傳亦可共同遺傳，甚或糖尿病是引起肥胖的病因[3]。肥胖者體內(nèi)的非酯化脂肪酸、細(xì)胞因子、促炎性標(biāo)志物等水平的升高與胰島素抵抗發(fā)生發(fā)展相關(guān)，這些因素可導(dǎo)致T2DM的發(fā)生[4]。因此，闡明糖尿病的發(fā)病機(jī)制非常重要。

自1980年以來，肥胖癥的發(fā)病率在全世界范圍內(nèi)急劇增加[5]。歐洲人群的全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)已鑒定出多達(dá)200個與肥胖相關(guān)的基因或染色體區(qū)域[6]。在大腦神經(jīng)元中表達(dá)FTO，MC4R和SH2B1影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)肥胖[7-8]。與白種人相比，在中國人中脂肪易于在腹部積聚，導(dǎo)致腹部肥胖，這與T2DM密切相關(guān)。在香港地區(qū)，臺灣地區(qū)和新加坡的中國人中，F(xiàn)TO變異(rs8050136和rs9939609)與肥胖和BMI之間存在顯著關(guān)聯(lián)[9]。FTO rs8050136,FTO rs9939609和MC4R rs17782313與中國人群的BMI和肥胖可能存在顯著相關(guān)性[10]。SH2B1和FTO在肥胖調(diào)節(jié)中可能發(fā)揮作用，這反過來影響了中國人群的T2DM風(fēng)險[9]。肥胖與FTO，MC4R和SH2B1的關(guān)系以及這些基因?qū)χ袊鳷2DM患者肥胖的作用尚不清楚。本研究旨在調(diào)查居住在中國東北地區(qū)的T2DM人群中FTO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134和SH2B1 rs7498665與肥胖的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料

收集2015年12月—2018年3月于吉林大學(xué)第二醫(yī)院內(nèi)分泌科確診的2型糖尿病患者共954例。入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18-65歲；②符合WHO 1999年2型糖尿病診斷分型標(biāo)準(zhǔn)[11]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①糖尿病酮癥、高滲性昏迷等急性并發(fā)癥；②肝腎功能不全、心肺功能不全等；③其他急性感染性疾病及應(yīng)激反應(yīng)；④1型糖尿病、妊娠糖尿病及其他特殊類型糖尿病等。根據(jù)BMI和腰圍分為非肥胖T2DM組(18.5 kg/m2≤BMI<24.0 kg/m2且男性腰圍<90 cm,女性腰圍<85 cm)和肥胖T2DM組(BMI≥28.0 kg/m2或男性腰圍≥90 cm,女性腰圍≥85 cm)；同期體檢中心健康人群1070例作為正常對照NC組。本研究經(jīng)吉林大學(xué)第二醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)，均選自中國北方地區(qū)的常住漢族居民，彼此之間無血緣關(guān)系，且簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1血液基因組DNA提取 收集所有受試者肘靜脈抗凝血4 mL，用CWBIO公司生產(chǎn)的Blood Genomic DNA mini kit提取基組DNA備用。

1.2.2臨床指標(biāo) 所有受試者均測量身高、體質(zhì)量、腰圍、計算體質(zhì)量指數(shù)(BMI)=體質(zhì)量(kg)/身高(m)2。禁食8-12小時，清晨留取空腹靜脈血，測定空腹血糖(FBG)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL-C)、低密度脂蛋白(LDL-C)、糖化血紅蛋白(HbA1c)、空腹胰島素(FINS)等，并計算胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)=(空腹血糖mmol/L×空腹胰島素mIU/L)/22.5。

1.2.3SNP檢測分析 選取FTO rs9939609、MC4R rs17782313、MC4R rs12970134、SH2B1 rs7498665四個研究熱點的SNP進(jìn)行研究，SNP檢測分析委托北京華大基因科技有限公司進(jìn)行SnapShot分型檢測。

1.2.4統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SNPStats (http://bioinfo.iconcologia.net/SNPStats)進(jìn)行LD檢驗及單體型分析，GMDR(version 0.9,http://sourceforge.net/projects/gmdr/)軟件用于分析基因與基因之間的交互作用。采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。所有統(tǒng)計學(xué)檢驗均為雙側(cè)檢驗,P<0.05為差異具有顯著性。

2 結(jié)果

2.1 一般資料及血液生化指標(biāo)比較

結(jié)果見表1。肥胖T2DM組患者的TG、TC、LDL-C、FINS及HOMA-IR均顯著高于非肥胖T2DM組患者(P<0.05)，而其高密度脂蛋白水平則低于非肥胖T2DM組患者(P<0.05)。未發(fā)現(xiàn)兩組患者的性別、年齡、FPG及HbA1c差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 兩組間各基因型及等位基因頻率分布的比較

FTO rs9939609 TA基因型、AA基因型及A等位基因在肥胖T2DM組的頻率顯著高于非肥胖T2DM組(P<0.001)。MC4R rs17782313 C等位基因、MC4R rs12970134 GA及AA基因型、A等位基因在肥胖T2DM組的頻率顯著高于非肥胖T2DM組。SH2B1 rs7498665 G等位基因在肥胖T2DM組的頻率顯著高于T2DM組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(表2)。

表1 非肥胖與肥胖T2DM患者一般資料及血液生化指標(biāo)的比較

表2 非肥胖與肥胖T2DM組各基因型及等位基因頻率分布的比較

2.3 基因變異與肥胖關(guān)聯(lián)的單因素及多因素logistic回歸分析

調(diào)整了性別、年齡及各項血液生化指標(biāo)后，多因素logistic回歸分析結(jié)果顯示：在糖尿病患者中，F(xiàn)TO rs9939609 TA+AA基因型(OR=2.20，95%CI=1.43-3.37)、MC4R rs17782313 TC+CC基因型(OR=1.60，95%CI=1.07-2.39)、MC4R rs12970134 GA+AA基因型(OR=1.76,95%CI=1.18-2.63)、SH2B1 rs7498665 AG+GG基因型(OR=1.80,95%CI=1.08-2.99)與肥胖相關(guān)(P<0.05)(表3)。

表3 基因變異與肥胖關(guān)聯(lián)的單因素及多因素logistic回歸分析

2.4 各SNPs之間基因-基因交互作用

將各位點按照共顯性模型賦值。通過 GMDR 軟件進(jìn)行基因-基因交互作用分析，選擇交叉驗證一致性及測試平衡準(zhǔn)確度均較高的模型作為最佳模型。結(jié)果顯示：四個模型的sign檢驗均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，其中四階交互作用模型(rs9939609-rs17782313-rs12970134- rs7498665)其交叉驗證一致性為10/10,測試平衡準(zhǔn)確度最高，為最佳模型(表4)。其基因-基因交互作用圖如圖1所示。

表4 MDR法分析各位點間的交互作用模型

3 討論

流行病學(xué)資料顯示，中國超重與肥胖人群的糖尿病患病率分別達(dá)12.8%和18.5%；另外，在糖尿病患者中超重和肥胖比例分別高達(dá)41%、24.3%，腹型肥胖[腰圍≥90 cm(男)或≥85 cm(女)]患者占45.4%[12-13]。近年來遺傳因素在疾病發(fā)展中的作用得到重視。本研究結(jié)果顯示，調(diào)整了性別、年齡及各項血液生化指標(biāo)后，多因素logistic回歸分析結(jié)果顯示：在糖尿病患者中，F(xiàn)TO rs9939609 TA+AA基因型(OR=2.20，95%CI=1.43-3.37)、MC4R rs17782313 TC+CC基因型(OR=1.60，95%CI=1.07-2.39)、MC4R rs12970134 GA+AA基因型(OR=1.76,95%CI=1.18-2.63)、SH2B1 rs7498665 AG+GG基因型(OR=1.80,95%CI=1.08-2.99)與肥胖相關(guān)(P<0.05)。SH2B1(rs7498665)、Near GNPDA2(rs10938397)、MTCH2(rs10838738)、Near MC4R(rs12970134)與肥胖相關(guān)性在許多研究中得到證實[14-16]。新的研究表明SH2B1也可影響非體重依賴的胰島素的敏感性而增加T2DM發(fā)生風(fēng)險[17]。Near GNPDA2(rs10938397)也在亞洲人群中研究表明增加了T2DM發(fā)生風(fēng)險，依賴或者不依賴BMI[18]。在中國的研究也發(fā)現(xiàn)在調(diào)整了BMI 后MC4R(rs12970134)與T2DM發(fā)生相關(guān)[19]。

在這項研究中，比較了非肥胖T2DM組和肥胖T2DM組的人口統(tǒng)計學(xué)特征和血液生化指標(biāo)；糖尿病患者組和健康對照組在FTO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134或SH2B1 rs7498665的基因型或等位基因分布上沒有差異。FTO rs9939609 TA基因型，F(xiàn)TO rs9939609 AA基因型和FTO rs9939609 A等位基因，MC4R rs17782313 C等位基因，MC4R rs12970134 GA基因型，MC4R rs12970134 AA基因型，A等位基因在肥胖T2DM組比非肥胖T2DM組中的高。T2DM患者與肥胖相關(guān)的基因型為FTO rs9939609 TA，F(xiàn)TO rs99396-09 AA，MC4R rs17782313 TC，MC4R rs17782313 CC，MC4R rs12970134 GA+AA和SH2B1 rs7498-665 AG+GG。這些SNPs還觀察到了風(fēng)險等位基因的組合作用。這些結(jié)果表明，F(xiàn)TO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134和SH2B1 rs7498665可能在遺傳上使中國東北地區(qū)的T2DM患者容易患肥胖癥。

圖1 基因-基因交互作用圖

與非肥胖型T2DM患者相比，肥胖型T2DM患者的BMI和腰圍較高，TG，TC，LDL-C，F(xiàn)INS和HOMA-IR較高，而HDL-C較低。這些發(fā)現(xiàn)與以前的報道[4]一致，肥胖與T2DM患者的脂質(zhì)狀況和胰島素敏感性較差有關(guān)。在FTO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134或SH2B1 rs7498665的基因型或等位基因的分布方面，糖尿病患者組與健康對照組之間沒有發(fā)現(xiàn)差異，這與Huang等人的觀察結(jié)果一致[10]，但沒有Maggie等人報道的觀察結(jié)果[9]。研究之間的差異可能是由于研究人群之間的地理差異所致。本文的結(jié)果表明FTO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134和SH2B1 rs7498665可能與中國東北地區(qū)的T2DM患者沒有直接關(guān)系。

肥胖T2DM組中FTO rs9939609 TA和AA基因型，A等位基因，MC4R rs17782313 C等位基因，MC4R rs12970134 GA和AA基因型，A等位基因和SH2B1 rs7498665 G等位基因的頻率高于非肥胖T2DM組。FTO rs9939609 TA+AA基因型，MC4R rs17782313 TC+CC基因型，MC4R rs12970134 GA+AA基因型和SH2B1 rs7498665 AG+GG基因型與T2DM患者的肥胖癥相關(guān)。這些結(jié)果與以前的觀察結(jié)果一致，即FTO變體(rs8050136和rs9939609)和MC4R rs17782313與肥胖癥和BMI升高有關(guān)[20-21]，SH2B1和FTO在肥胖的調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用[9]，先前的研究還顯示，中國人群中的MC4R(rs12970134)與T2DM相關(guān)[22]。SH2B1(rs7498665)和MC4R附近(rs12970134)在許多人中也與肥胖相關(guān)[23]。關(guān)于中國亞組中FTO變異與肥胖和BMI的關(guān)系，本文的觀察結(jié)果與Li等和Al-Attar等報道的觀察結(jié)果之間的差異可能反映了調(diào)查特定亞群[24]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在亞洲人中，靠近MC4R(rs12970134)和靠近GNPDA2(rs10938397)的SH2B1(rs7498665)，增加了T2DM的風(fēng)險[25]。通過GMDR軟件進(jìn)行基因-基因交互作用分析，選擇交叉驗證一致性及測試平衡準(zhǔn)確度均較高的模型作為最佳模型。結(jié)果顯示：四個模型的sign檢驗均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，其中四階交互作用模型(rs9939609-rs17782313-rs12970134- rs7498665)，其交叉驗證一致性為10/10,測試平衡準(zhǔn)確度最高，為最佳模型。提示在肥胖T2DM發(fā)病過程中，rs9939609-rs17782313-rs12970134- rs7498665間可能存在交互作用。

總之，F(xiàn)TO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134和SH2B1 rs7498665與糖尿病無關(guān)。肥胖T2DM患者的FTO rs9939609，MC4R rs17782313，MC4R rs12970134和SH2B1 rs7498665風(fēng)險基因型和等位基因的頻率較高。這些SNP的危險基因型和等位基因與T2DM患者的肥胖有關(guān)，同時這些SNP可能單獨(dú)或交互作用使居住在中國東北的T2DM患者更易肥胖。