Genetic polymorphism of some genes of toll-like receptors in patients with influenza A (H3N2)
- Authors: Сhuprova G.A.1, Emelyanova A.N.1, Emelyanov A.S.1, Mudrov V.A.1, Vitkovsky Y.A.1
-
Affiliations:
- Chita State Medical Academy
- Section: Original research
- URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/109935
- DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ109935
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
Background. Among all infectious diseases that occur in the human population, only acute respiratory viral infections, including influenza, lead to massive outbreaks, often taking on the character of epidemics and pandemics. Polymorphism of cytokine genes can be both a factor of predisposition and resistance to infection, the development of the disease, and a long, complicated course of influenza.
Aim. Study of the genetic polymorphism of the genes of toll-like receptors rs5743708 (Arg753Gln, G2258A), TLR3 rs3775291 (Phe412Leu, C1234T), TLR4 rs4986790 (Asp299Gly, A896G), TLR4 rs4986791 (Thr399Ile, C1196T) in healthy individuals and in patients with influenza A(H3N2).
Material and methods. The study, using the continuous sampling method, included patients with influenza A (H3N2; 89 people) who were treated at the Regional Clinical Infectious Diseases Hospital in Chita during the epidemic seasons of 2016–2017 and 2017–2018. The control group consisted of 96 practically healthy donors. To analyze the polymorphism of the TLR2 rs5743708 (Arg753Gln, G2258A), TLR3 rs3775291 (Phe412Leu, C1234T), TLR4 rs4986790 (Asp299Gly, A896G), and TLR4 rs4986791 (Thr399Ile, C1196T) genes the method of polymerase chain reaction with electrophoretic detection using standard kits from Scientific and Production Company “Litekh” (Moscow) was applied. Statistical analysis was carried out in accordance with the principles of the International Committee of Medical Journal Editors and the “Statistical Analysis and Methods in the Published Literature” recommendations. Pearson's χ2 test was used for comparative evaluation of qualitative nominal data.
Results. Patients with influenza A (H3N2) more often had heterozygous TLR2 753Arg/Gln variants [χ2=8.26, p=0.02; odds ratio (OR) 3.00; 95% confidence interval (CI) 1.33–6.73], homozygous TLR3 412Leu/Leu variants (χ2=11.68, p=0.003; OR=2.39; 95% CI 1.04–3.61), heterozygous variants of TLR4 299Asp/Gly (χ2=6.97; p=0.03; OR=2.15; 95% CI 1.02–4.70) and 399Thr/Ile (χ2=8.39; p= 0.01; OR=2.30; 95% CI 1.06–4.88) compared with a group of healthy donors.
Conclusion. The genotypes 753Arg/Gln of the TLR2 gene, 412Leu/Leu of the TLR3 gene, 299Asp/Gly of the TLR4 gene, Thr399Ile of the TLR4 gene predispose to the development of influenza A (H3N2); carriage of genotypes 753Arg/Arg of the TLR2 gene, 412Phe/Phe of the TLR3 gene, 299Asp/Asp of the TLR4 gene, 399Thr/Thr of the TLR4 gene reduces the likelihood of the influenza A(H3N2) development.
Keywords
Full Text
Актуальность
Toll-подобные рецепторы (TLR) представляют собой важное семейство рецепторов, которые составляют первую линию системы защиты от инфекционных агентов. Эти рецепторы опосредуют специфическое распознавание молекулярных структур патогенов [1, 2]. Связывание лигандов с TLR активирует специфические внутриклеточные сигнальные каскады, которые запускают защитные реакции организма-хозяина [1–4].
Стимуляция TLR приводит к экспрессии транскрипционных факторов генов интерферонов (в первую очередь генов, отвечающих за интерфероны α/β) и генов провоспалительных цитокинов (фактора некроза опухоли α, интерлейкинов-1β, -6 и др.), привлекающих в очаг инфекции эффекторные клетки и другие, что способствует деструкции очага воспаления и ограничивает распространение инфекции [3, 4].
В различных исследованиях было показано, что TLR вносят основной вклад во врождённую защиту от вирусов гриппа [4–6], но опубликованные данные о важности полиморфизма TLR в формировании предрасположенности к гриппу или тяжести заболевания представлены единичными сообщениями [5–10].
В связи с участием во врождённом и адаптивном иммунитете и способностью к регуляции адаптивного Th-ответа в настоящее время TLR используют в качестве возможных мишеней для разработки лекарственных средств [11].
Дефекты в системе TLR, такие как нарушения распознавания лигандов, экспрессии TLR, трансдукции сигнала, выработки эффекторных молекул в силу мутаций/полиморфизмов или эпигенетических нарушений регуляции TLR, а также полиморфизм генов TLR могут определять разное сродство с антигеном Influenza virus, что сказывается на эффекторных функциях иммунокомпетентных клеток в процессе реализации иммунного ответа и воспалительного процесса при гриппе [1–4].
Цель
Целью исследования стало изучение генетического полиморфизма TLR2 rs5743708 (Arg753Gln, G2258A), TLR3 rs3775291 (Phe412Leu, C1234T), TLR4 rs4986790 (Asp299Gly, A896G), TLR4 rs4986791 (Thr399Ile, C1196T) среди здоровых людей и больных гриппом A (H3N2).
Материал и методы исследования
В аналитическое исследование («случай-контроль») включены 89 больных гриппом А (H3N2) (первая группа) в возрасте от 15 до 82 лет (средний возраст 49,0±14,0 лет) эпидемических сезонов 2016–2017 гг. и 2017–2018 гг. Лабораторные исследования были выполнены на базе НИИ «Молекулярной медицины» ФГБОУ ВО «Читинская государственная медицинская академия» Минздрава России. Набор клинического материала осуществляли на базе ГУЗ «Краевая клиническая инфекционная больница» г. Читы. Грипп диагностировали на основании характерных клинико-эпидемиологических данных и подтверждали результатами лабораторных исследований (методом полимеразной цепной реакции).
Контрольную группу (вторую) составили 96 практически здоровых доноров с аналогичными исследуемой группе характеристиками по полу и возрасту, не имеющих острых и хронических инфекционных и аутоиммунных заболеваний, аллергических реакций. Медиана возраста составляла 52,5 [36, 5; 71, 0] года.
Когорты мужчин и женщин сопоставимы по возрасту (56,0 [33, 5; 74, 8] и 53,0 [39, 3; 70, 8] года соответственно, p >0,05). Соотношение мужчин и женщин в группах пациентов составило 42:54 (1:1,3). Группы сопоставимы по полу и возрасту. Все обследованные — представители европеоидной расы, родившиеся и проживающие на территории Забайкальского края.
Критерии исключения — наличие тяжёлой сопутствующей патологии, любого иного инфекционного заболевания, системного заболевания, беременность, отказ пациента от участия в исследовании.
Определение однонуклеотидных полиморфизмов (SNP — от англ. single nucleotide polymorphism) генов осуществляли методом полимеразной цепной реакции с использованием стандартных наборов НПФ «Литех» (Москва). Амплификацию фрагментов генов TLR проводили в термоциклере (модель «Бис»-М111, ООО «Бис-Н», Новосибирск). Анализу подвергали геномную дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), выделенную из лейкоцитов цельной крови с помощью реагента «ДНК-экспресс-кровь», затем проводили реакцию амплификации. Детекцию продукта амплификации осуществляли в 3% агарозном геле.
Статистический анализ выполнен на основании принципов Международного комитета редакторов медицинских журналов и рекомендаций «Статистический анализ и методы в публикуемой литературе» [12]. Для проведения сравнительной оценки качественных номинальных данных применён критерий χ2 Пирсона. Для оценки вероятности развития события рассчитывали показатель отношения шансов (ОШ) с расчётом 95% доверительного интервала (ДИ).
Для переноса данных с исследуемой выборочной совокупности на генеральную, которой служат представители европеоидной расы, родившиеся и проживающие на территории Забайкальского края (930 017 человек по данным Федеральной службы государственной статистики), при уровне надёжности 80% и доверительной погрешности 5% минимальный размер необходимой выборки составляет 164 человека (в исследование включены 185 человек).
Клиническое исследование одобрено на заседании локального этического комитета при ФГБОУ ВО «Читинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации 24 мая 2017 г., протокол №85.
Результаты
В ходе проведённого молекулярно-генетического исследования обнаружено, что в группе больных гриппом A (H3N2) частота полиморфных вариантов TLR2 rs5743708 (Arg753Gln, G2258A), TLR3 rs3775291 (Phe412Leu, C1234T), TLR4 rs4986790 (Asp299Gly, A896G), TLR4 rs4986791 (Thr399Ile, C1196T) существенно отличалась от контрольной группы.
В группе больных преобладал гомозиготный генотип TLR2 753Arg/Arg (74,2%), в 2,5 раза чаще были зарегистрированы гетерозиготы 753Arg/Gln (25,8%) и не обнаружены носители гомозиготного варианта TLR2 753Gln/Gln (χ2=8,26; р=0,02) (табл. 1).
Таблица 1. Частоты генотипов полиморфизмов изучаемых генов
Ген | SNP | Генотип | Исследуемые группы | Статистическая значимость, df=2 | |
Первая | Вторая | ||||
TLR2 | Arg753Gln | Arg/Arg Arg/Gln Gln/Gln | 74,2% (66/89) 25,8% (23/89) 0,0% (0/89) | 88,5% (85/96) 10,4% (10/96) 1,0% (1/96) | χ2=8,26, p=0,02 |
TLR3 | Phe412Leu | Phe/Phe Phe/Leu Leu/Leu | 36,0% (32/89) 41,6% (37/89) 22,5% (20/89) | 59,4% (57/96) 31,3% (30/96) 9,4% (9/96) | χ2=11,68 p=0,003 |
TLR4 | Asp299Gly | Asp/Asp Asp/Gly Gly/Gly | 73,0% (65/89) 21,3% (19/89) 5,6% (5/89) | 87,5% (84/96) 11,5% (11/96) 10% (1/96) | χ2=6,97 p=0,03 |
TLR4 | Thr399Ile | Thr/Thr Thr/Ile Ile/Ile | 71,9% (64/89) 24,7% (22/89) 3,4% (3/89) | 87,5% (84/96) 12,5% (12/96) 0,0% (0/96) | χ2=8,39 p=0,01 |
Примечание: SNP (от англ. single nucleotide polymorphism) — однонуклеотидный полиморфизм.
Установлено, что среди больных гриппом A (H3N2) превалировали гетерозиготные варианты 412Phe/Leu гена TLR3 (41,6%), в 3 раза чаще регистрировались гомозиготные варианты 412Leu/Leu (χ2=11,68; р=0,003). В контрольной группе выявлены все возможные генотипы, подчиняющиеся закону Харди–Вайнберга (см. табл. 1).
Выявлено, что у пациентов гомозиготы TLR4 299Asp/Asp встречались в 73,0% случаев, в 5,6 раза чаще определялись гомозиготы TLR4 299Gly/Gly по сравнению с группой контроля (χ2=6,97; р=0,03).
Среди пациентов преобладал гомозиготный вариант TLR4 399Thr/Thr (71,9%), распределение генотипов среди здоровых резидентов оказалось следующим: 399Thr/Thr — 87,5%, 399Thr/Ile — 12,5% (χ2=8,39; р=0,01). Следует отметить, что в контрольной группе не выявлено случаев носительства генотипов 399Ile/Ile гена TLR4.
Исходя из полученных данных, риск развития гриппа A (H3N2) повышается у носителей генотипа 753Arg/Gln TLR2 (ОШ=3,00; 95% ДИ 1,33–6,73), генотипа 412Leu/Leu TLR3 (ОШ=2,39; 95% ДИ 1,04–3,61), генотипа 299Asp/Gly TLR4 (ОШ=2,15; 95% ДИ 1,02–4,70), генотипа 399Thr/Ile TLR4 (ОШ=2,30; 95% ДИ 1,06–4,88).
Вероятность развития гриппа A (H3N2) снижается у обладателей генотипа 753Arg/Arg TLR2 (ОШ=0,37; 95% ДИ 0,17–0,82), генотипа 412Phe/Phe TLR3 (ОШ=0,38; 95% ДИ 0,21–0,70), генотипа 299Asp/Asp TLR4 (ОШ=0,39; 95% ДИ 0,18–0,83), генотипа 399Thr/Thr TLR4 (ОШ=0,37; 95% ДИ 0,17–0,78).
Обсуждение
В первичном распознавании поверхностных гликопротеинов вируса гриппа принимают участие TLR2 и TLR4, которые затем активируют адаптерные молекулы MyD88, TIRAP, TRIF, TIRP, что инициирует синтез главных адаптерных молекул: ядерного фактора трансляции NF-κB и интерферон-респонсивных факторов 3/7 (IRF-3/7). Затем адаптерные белки, мигрируя в ядро, запускают синтез предшественников провоспалительных проинтерлейкина-1β и проинтерлейкина-18, а также интерферона β [1–4, 7, 13]. Параллельно с этим вирус фиксируется на цитоплазматической мембране, что сопровождается её инвагинацией и процессом эндоцитоза вируса с последующим формированием эндосомы [3, 4, 13].
По мнению J. Aluri (2021), S. Mukherjee (2019) и других, высвободившийся рибонуклеопротеид вируса взаимодействует с TLR3 и TLR7, которые распознают рибонуклеиновую кислоту, затем переносят сигнал через внутриклеточные регуляторные сигнальные пути, вызывая синтез интерферонов α/β и провоспалительных цитокинов, что необходимо для быстрого формирования врождённого неспецифического противовирусного иммунитета [3, 4].
При этом полиморфизм генов TLR приводит к изменению функциональной активности одноимённых молекул, снижая способность к распознаванию соответствующих лигандов либо к проведению внутриклеточных сигналов, изменяя развитие защитных противовирусных реакций [3, 4, 14].
Полученные нами данные о распределении частот полиморфных вариантов генов TLR2 rs5743708 (Arg753Gln, G2258A), TLR3 rs3775291 (Phe412Leu, C1234T), TLR4 rs4986790 (Asp299Gly, A896G), TLR4 rs4986791 (Thr399Ile, C1196T) согласуются с работами других научных коллективов.
Так, например, в некоторых исследованиях показано, что маркёрами повышенного риска гриппа выступают аллель 299Gly и генотип 299Asp/Gly TLR4 и комбинация мутантных генотипов 412Leu/Phe и 412Phe/Phe TLR3 с 299Asp/Gly TLR4 и Arg/Gln TLR2, а для гриппозависимой пневмонии — аллель 412Phe и генотип 412Phe/Phe TLR3 [7].
H.K. Lim и соавт. установили взаимосвязь гетерозиготного наследования TLR3 в участках P554S и P680L, вызывающих аутосомно-доминантный дефицит TLR3, с развитием острого респираторного дистресс-синдрома при инфицировании Influenza virus A [14].
Другим коллективом учёных обнаружено, что наличие рецессивных генетических вариантов SNP генов IFITM3, TLR3 ассоциировано с высоким риском смерти у пациентов с гриппом H7N9/H1N1pdm09 в китайской популяции [8]. При изучении полиморфизма гена TLR4 rs4986790/4986791 авторами обнаружено отсутствие достаточной связи с развитием гриппа H7N9/H1N1pdm09, однако носительство мутантных гомозигот SNP гена TLR3 rs5743313 увеличивало риск летального исхода у таких пациентов [8].
Подобные результаты были получены S. Esposito и соавт., которые установили, что полиморфизмы TLR2 rs5743708, TLR3 rs5743313, TLR4 rs4986790 и TLR4 rs4986791 ассоциированы с развитием не осложнённого пневмонией гриппа A/H1N1/2009 у детей. При этом у носителей гетерозиготных вариантов rs5743313 гена TLR3 повышался риск развития пневмонии [15].
Вышеизложенное отражает роль SNP генов TLR либо их сочетаний в развитии иммунологической защиты при вирусных инфекциях.
Таким образом, можно предположить, что полиморфизм генов TLR может привести к ослаблению/усилению функции в генах, а возникающая аберрантная передача сигналов с TLR будет обусловливать специфическую восприимчивость к инфекциям, в том числе и Influenza virus A.
Выводы
- Генотипы 753Arg/Gln гена TLR2, 412Leu/Leu гена TLR3, 299Asp/Gly гена TLR4, 399Thr/Ile гена TLR4 предрасполагают к развитию гриппа A (H3N2).
- Установлен низкий риск развития гриппа А (H3N2) у пациентов с генотипами 753Arg/Arg TLR2, 412Phe/Phe TLR3, 299Asp/Asp TLR4, 399Thr/Thr TLR4.
Участие авторов. Г.А.Ч. — проведение исследования, сбор и анализ результатов; А.Н.Е. и Ю.А.В. — руководство работой; А.С.Е. — проведение исследования; В.А.М. — анализ результатов.
Источник финансирования. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.
About the authors
Galina A. Сhuprova
Chita State Medical Academy
Author for correspondence.
Email: Garden.89.89@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9206-886X
M.D., Assistant, Depart. of Infectious Diseases and Epidemiology
Russian Federation, Chita, RussiaAlvina N. Emelyanova
Chita State Medical Academy
Email: alvina1963@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7036-1125
M.D., D. Sci. (Med.), Assoc. Prof., Head of Depart., Depart. of Infectious Diseases and Epidemiology
Russian Federation, Chita, RussiaArthur S. Emelyanov
Chita State Medical Academy
Email: artur1926@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6846-1565
M.D., Cand. Sci. (Med.), Assistant, Depart. of Normal Physiology
Russian Federation, Chita, RussiaVictor A. Mudrov
Chita State Medical Academy
Email: mudrov_viktor@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5961-5400
Scopus Author ID: 57204736023
M.D., Cand. Sci. (Med.), Assoc. Prof., Depart. of Obstetrics and Gynecology of the Medical and Dental Faculties
Russian Federation, Chita, RussiaYuri A. Vitkovsky
Chita State Medical Academy
Email: yuvitkovsky@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-9244-1038
M.D., D. Sci. (Med.), Prof., Head of Depart., Depart. of Normal Physiology
Russian Federation, Chita, RussiaReferences
- El-Zayat SR, Sibaii H, Mannaa FA. Toll-like receptors activation, signaling, and targeting: An overview. Bull Natl Res Cent. 2019;43(1):187. doi: 10.1186/s42269-019-0227-2.
- Joosten L, Abdollahi‐Roodsaz S, Dinarello CA, O’Neill L, Netea MG. Toll‐like receptors and chronic inflammation in rheumatic diseases: New developments. Nat Rev Rheumatol. 2016;12:344–357. doi: 10.1038/nrrheum.2016.61.
- Aluri J, Cooper MA, Schuettpelz LG. Toll-like receptor signaling in the establishment and function of the immune system. Cells. 2021;10(6):1374. doi: 10.3390/cells10061374.
- Mukherjee S, Huda S, Sinha Babu SP. Toll-like receptor polymorphism in host immune response to infectious diseases: A review. Scand J Immunol. 2019;90(1):e12771. doi: 10.1111/sji.12771.
- Poux C, Dondalska A, Bergenstråhle J, Pålsson S, Contreras V, Arasa C, Järver P, Albert J, Busse DC, LeGrand R, Lundeberg J, Tregoning JS, Spetz AL. A single-stranded oligonucleotide inhibits Toll-like receptor 3 activation and reduces influenza A (H1N1) infection. Front Immunol. 2019;10:2161. doi: 10.3389/fimmu.2019.02161.
- Marcken M, Dhaliwal K, Danielsen AC, Gautron AS, Dominguez-Villar M. TLR7 and TLR8 activate distinct pathways in monocytes during RNA virus infection. Sci Signal. 2019;12(605):eaaw1347. doi: 10.1126/scisignal.aaw1347.
- Pryimenko NO, Kotelevska TM, Koval TI, Syzova LM, Dubynska HM, Kaidashev IР. Genetic polymorphism ARG753GLN of TLR-2, LEU412PHE of TLR-3, ASP299GLY of TLR-4 in patients with influenza and influenza-associated pneumonia. Wiad Lek. 2019;72(12 cz 1): 2324–2328. PMID: 32124747.
- Lee N, Cao B, Ke C, Lu H, Hu Y, Tam CHT, Ma RCW, Guan D, Zhu Z, Li H, Lin M, Wong RYK, Yung IMH, Hung TN, Kwok K, Horby P, Hui DSC, Chan MCW, Chan PKS. IFITM3, TLR3, and CD55 gene SNPs and cumulative genetic risks for severe outcomes in Chinese patients with H7N9/H1N1pdm09 influenza. J Infect Dis. 2017;216(1):97–104. doi: 10.1093/infdis/jix235.
- Magerramova SG. Study of the expression of toll-like receptors in herpesvirus infections in infants. Biomeditsina (Baku). 2017;(1):53–58. (In Russ.)
- Guimarães LO, Bajay MM, Monteiro EF, Wunderlich G, Santos SE, Kirchgatter K. Genetic ancestry effects on the distribution of toll‐like receptors (TLRs) gene polymorphisms in a population of the Atlantic Forest, São Paulo, Brazil. Hum Immunol. 2018;79:101–108. doi: 10.1016/j.humimm.2017.11.007.
- Nikonova AA, Khaitov MR, Khaitov RM. Prospects of toll-like receptor agonists and antagonists for prevention and treatment of viral infections. Me-ditsinskaya immunologiya. 2019;21(3):397–406. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2019-3-397-406.
- Lang TA, Altman DG. Statistical analyses and method in the published literature: The SAMPL guide-lines. Medical Writing. 2016;25(3):31–36. doi: 10.18243/eon/2016.9.7.4.
- Emelyanov AS, Chuprova GA, Emelyanova AN, Vitkovsky YuA. Toll-like receptor-3 genetic polymorphism in patients with influenza A(H3N2) and influenza B. Zabaykalskiy meditsinskiy vestnik. 2021;(1):17–21. (In Russ.) doi: 10.52485/19986173_2021_1_17.
- Lim HK, Huang SXL, Chen J, Kerner G, Gilliaux O, Bastard P, Dobbs K, Hernandez N, Goudin N, Hasek ML, García Reino EJ, Lafaille FG, Lorenzo L, Luthra P, Kochetkov T, Bigio B, Boucherit S, Rozenberg F, Vedrinne C, Keller MD, Itan Y, García-Sastre A, Celard M, Orange JS, Ciancanelli MJ, Meyts I, Zhang Q, Abel L, Notarangelo LD, Snoeck HW, Casanova JL, Zhang SY. Severe influenza pneumonitis in children with inherited TLR3 deficiency. J Exp Med. 2019;216(9):2038–2056. doi: 10.1084/jem.20181621.
- Esposito S, Molteni CG, Giliani S, Mazza C, Scala A, Tagliaferri L, Pelucchi C, Fossali E, Plebani A, Principi N. Toll-like receptor 3 gene polymorphisms and severity of pandemic A/H1N1/2009 influenza in otherwise healthy children. Virol J. 2012;9:270. doi: 10.1186/1743-422X-9-270.
Supplementary files
There are no supplementary files to display.
