только для медицинских специалистов

Консультант врача

Электронная медицинская библиотека

Раздел 6 / 6
Страница 6 / 21

V. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Внимание! Часть функций, например, копирование текста к себе в конспект, озвучивание и т.д. могут быть доступны только в режиме постраничного просмотра.Режим постраничного просмотра
 
 
 
 

5.1.4. Разработка шкал полигенного риска развития хронических неинфекционных заболеваний с целью выявления лиц с высоким генетическим риском и реализации для них своевременных профилактических мероприятий

ХНИЗ относятся к мультифакторным заболеваниям, генетическая основа которых включает в себя множество полиморфных локусов [1, 2]. Оценка вероятностной предрасположенности человека к заболеванию – прогнозирование риска – играет центральную роль в принятии клинических решений, особенно в контексте раннего выявления распространенных заболеваний [3].

Во время реализации проекта «Геном человека» была высказана гипотеза, согласно которой значительный вклад в развитие распространенных комплексных заболеваний вносят частые генетические варианты [4]. Поиск таких вариантов было предложено осуществлять с помощью полногеномного поиска ассоциаций (genome-wide association study, GWAS) [5, 6]. За последние 20 лет GWAS становились все более успешными в раскрытии многих аспектов генетической архитектуры сложных признаков и заболеваний. На сегодняшний день с использованием GWAS выявлено множество ВНП, ассоциированных с развитием таких ХНИЗ, как артериальная гипертензия [7, 8], ожирение [9-11], СД 2 [12-14], остеопороз [15-18]. Основными преимуществами GWAS являются выявление новых ассоциаций «вариант-признак», получение представления об этнических вариациях сложных признаков, возможность изучения низкочастотных и редких вариантов, идентифицирование новых генов моногенных и олигогенных заболеваний. К недостаткам же относится то, что GWAS объясняют лишь небольшую часть потерянной наследуемости, не обязательно указывают на причинные варианты и гены, не позволяют идентифицировать все генетические детерминанты сложных признаков и имеют ограниченную клиническую прогностическую ценность [19].

Оценкагенетическогорискакомплексныхзаболеванийтребуетагрегирования информации о большом количестве ВНП, ассоциированных с признаком, для чего на их основе создаются шкалы генетического риска (ШГР) [5, 6]. Основные стратегии выбора ВПН при конструировании ШГР – включение вариантов нуклеотидов, значимых на геномном уровне; включение ВНП, не достигающих геномного уровня значимости; и отбор ВНП, относящихся к определенным метаболическим путям или процессам [20]. При этом может учитываться как величина эффекта каждого включенного в ШГР ВНП, так и только количество аллелей риска [20]. Практика включения сотен тысяч вариантов в ШГР, несмотря на их слабую ассоциацию с признаком, основана на том, что многие ассоциации возможно упускаются из-за недостаточной мощности оригинального GWAS [20].

В настоящее время исследования сосредоточены на использовании ШГР для выявления лиц с высоким генетическим риском развития заболевания для его стратификации. Эта информация может быть полезной при принятии решений об участии в скрининговых программах, изменении образа жизни или профилактическом лечении, когда это возможно и целесообразно [21]. Преимуществом ШГР является потенциальная возможность ее применения с рождения человека, что позволит среди молодых лиц выявлять тех, у кого повышен риск развития ХНИЗ. На сегодняшний день опубликовано уже несколько десятков ШГР ХНИЗ [2, 5, 6, 22].

Данные исследований относительно улучшения предсказательной способности ШГР ХНИЗ по сравнению с моделями, включающими только традиционные факторы риска ХНИЗ, различны. Так, например, в некоторых значимого улучшения не продемонстрировано [23-25], в других – при добавлении к моделям генетической информации точность предсказания артериальной гипертензии улучшалась [26, 27]. Для объяснения таких различий стоит учитывать, что разработка и применение ШГР имеет ряд сложностей.

Во-первых, их разработка требует генетических данных больших выборок. То есть отрицательные результаты ряда исследований могут быть связаны с недостаточным объемом выборки [28]. Во-вторых, при использовании тех подходов разработки ШГР, которые применяются в настоящее время, не учитываются те формы наследуемости, которые невозможно оценить с помощью GWAS: доминантность (при использовании аддитивной модели), эпистаз (генгенные взаимодействия), эффект редких вариантов и хромосомных перестроек, а также эпигенетические взаимодействия и взаимодействия генотипа с факторами окружающей среды [29]. В-третьих, в связи с полигенным характером ХНИЗ, предсказательная ценность ШГР зависит от количества ВНП, включенных в ШГР [23, 30]. В-четвертых, применение ШГР, разработанных для европейских популяций, для других этнических групп имеет ограничения [31-33]. Показано, что точность генетических предсказаний для разных популяций снижается практически линейно по мере увеличения различий между выборками [34]. Экстраполяция результатов GWAS, полученных на одной этнической группе, при разработке ШГР для других этнических групп может приводить к неверным оценкам [32]. Распространенность ВНП, ассоциированных с конкретным признаком, может существенно различаться между этническими группами или иметь противоположное направление ассоциации с признаком [36]. В-пятых, стоит отметить, что при разработке ШГР необходимо задавать ряд параметров, оптимальное значение которых не является априорным. Например, увеличение параметра r2 при алгоритме прунинга для неравновесного сцепления генов (LD pruning) увеличивает предсказательную мощность, но может приводить к переобучению [37]. Математические и технические особенности различных этапов разработки ШГР подробно рассмотрены в обзорах [38, 39]. Более того, развитие новых методов анализа, в том числе машинного обучения, может улучшить точность предсказания развития ХНИЗ при использовании генетической информации. Так, в проспективном китайском исследовании Niu M., et al. применили различные методы машинного обучения для предсказания развития артериальной гипертензии с использованием ШГР [26].

Учитывая тот факт, что генетический риск доступен для определения с самого рождения и не изменен во времени, его определение с молодого возраста представляется перспективным, поскольку может быть реализовано до того момента, как проявится эффект факторов внешней среды [40]. Представляется перспективным внедрение в клиническую практику использования ШГР для определения генетической предрасположенности к развитию ХНИЗ, так как сделает возможным выявление группы риска еще в раннем возрасте, что позволит определить необходимость вмешательства, скорректировать образ жизни, повысить приверженность к приему препаратов, и тем самым ослабить рост ХНИЗ и его негативных последствий с возрастом [2].

Список литературы

  1. Киселева А.В. и др. Вклад генетических маркеров и производственных факторов в развитие артериальной гипертонии у мужчин в организованной когорте работников машиностроительного завода. Российский кардиологический журнал. 2017;(10):55-60. doi:10.15829/1560-4071-2017-10-55-60.
  2. Лимонова А.С. и др. Оценка полигенного риска артериальной гипертензии. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023;21(12):3464. doi:10.15829/1728-8800-2022-3464. EDN PSSYNQ.
  3. Torkamani A., Wineinger N.E., Topol E.J. The personal and clinical utility of polygenic risk scores. Nature Reviews Genetics. 2018;19(9):581-590. doi:10.1038/s41576-018-0018-x.
  4. Lander E.S. The new genomics: global views of biology. Science. 1996;274(5287):536-539. doi:10.1126/science.274.5287.536.
  5. Сотникова Е.А. и др. Использование данных биобанков в изучении генетической архитектуры остеопороза и разработке шкал генетического риска. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022;20(8):3045. doi:10.15829/1728-8800-2021-3045.
  6. Киселева А.В. и др. Генетика ожирения: современное состояние проблемы. Профилактическая медицина. 2021. – Т. 24. – №. 12. – С. 89-96. doi:10.17116/profmed20212412189.
  7. Evangelou E. et al. Genetic analysis of over 1 million people identifies 535 new loci associated with blood pressure traits. Nature genetics. 2018. – Т. 50. – №. 10. – С. 1412-1425. doi:10.1038/s41588-018-0205-x.
  8. Giri A. et al. Trans-ethnic association study of blood pressure determinants in over 750,000 individuals //Nature genetics. 2019. – Т. 51. – №. 1. – С. 51-62. doi:10.1038/s41588-018-0303-9.
  9. Pulit S.L. et al. Meta-analysis of genome-wide association studies for body fat distribution in 694 649 individuals of European ancestry. Human molecular genetics. 2019. – Т. 28. – №. 1. – С. 166-174. doi:10.1093/hmg/ddy327.
  10. Locke A.E. et al. Genetic studies of body mass index yield new insights for obesity biology. Nature. 2015. – Т. 518. – №. 7538. – С. 197-206. doi:10.1038/nature14177.
  11. Yengo L. et al. Meta-analysis of genome-wide association studies for height and body mass index in 700000 individuals of European ancestry. Human molecular genetics. 2018. – Т. 27. – №. 20. – С. 3641-3649. doi:10.1093/hmg/ddy271.
  12. Ge T. et al. Phenome-wide heritability analysis of the UK Biobank. PLoS genetics. 2017. – Т. 13. – №. 4. – С. e1006711. doi:10.1371/journal.pgen.1006711.
  13. Xue A. et al. Genome-wide association analyses identify 143 risk variants and putative regulatory mechanisms for type 2 diabetes. Nature communications. 2018. – Т. 9. – №. 1. – С. 2941. doi:10.1038/ s41467-018-04951-w.
  14. Vujkovic M. et al. Discovery of 318 new risk loci for type 2 diabetes and related vascular outcomes among 1.4 million participants in a multi-ancestry meta-analysis. Nature genetics. 2020. – Т. 52. – №. 7. – С. 680-691. doi:10.1038/s41588-020-0637-y.
  15. Morris J.A. et al. An atlas of genetic influences on osteoporosis in humans and mice. Nature genetics. – 2019. – Т. 51. – №. 2. – С. 258-266. doi:10.1038/s41588-018-0302-x.
  16. Kemp J.P. et al. Identification of 153 new loci associated with heel bone mineral density and functional involvement of GPC6 in osteoporosis. Nature genetics. – 2017. – Т. 49. – №. 10. – С. 1468-1475. doi:10.1038/ng.3949.
  17. Kichaev G. et al. Leveraging polygenic functional enrichment to improve GWAS power. The American Journal of Human Genetics. – 2019. – Т. 104. – №. 1. – С. 65-75. doi:10.1016/j.ajhg.2018.11.008.
  18. Kim S.K. Identification of 613 new loci associated with heel bone mineral density and a polygenic risk score for bone mineral density, osteoporosis and fracture. PloS one. 2018. – Т. 13. – №. 7. – С. e0200785. doi:10.1371/journal.pone.0213962.
  19. Tam V. et al. Benefits and limitations of genome-wide association studies. Nature Reviews Genetics. 2019. – Т. 20. – №. 8. – С. 467-484. doi:10.1038/s41576-019-0127-1.
  20. Nguyen T.V., Eisman J. A. Post-GWAS Polygenic Risk Score: Utility and Challenges. JBMR plus. 2020. – Т. 4. – №. 11. – С. e10411. doi:10.1002/jbm4.10411.
  21. Lewis C.M., Vassos E. Polygenic risk scores: from research tools to clinical instruments. Genome medicine. – 2020. – Т. 12. – №. 1. – С. 1-11. doi:10.1186/s13073-020-00742-5.
  22. Курилова О.В. и др. Шкалы для оценки генетического риска развития сахарного диабета 2-го типа. Профилактическая медицина. 2021. – Т. 24. – №. 12. – С. 115-122. doi:10.17116/ profmed202124121115.
  23. Fava C. et al. Prediction of blood pressure changes over time and incidence of hypertension by a genetic risk score in Swedes. Hypertension. 2013. – Т. 61. – №. 2. – С. 319-326. doi:10.1161/ HYPERTENSIONAHA.112.202655.
  24. Lim N.K. et al. The role of genetic risk score in predicting the risk of hypertension in the Korean population: Korean Genome and Epidemiology Study. PLoS One. 2015. – Т. 10. – №. 6. – С. e0131603. doi:10.1371/journal.pone.0131603.
  25. Poveda A. et al. Association of Established Blood Pressure Loci With 10-Year Change in Blood Pressure and Their Ability to Predict Incident Hypertension. Journal of the American Heart Association. – 2020. – Т. 9. – №. 16. – С. e014513. doi:10.1161/JAHA.119.014513.
  26. Niu M. et al. Identifying the predictive effectiveness of a genetic risk score for incident hypertension using machine learning methods among populations in rural China. Hypertension Research. 2021. – Т. 44. – №. 11. – С. 1483-1491. doi:10.1038/s41440-021-00738-7.
  27. Vaura F. et al. Polygenic risk scores predict hypertension onset and cardiovascular risk. Hypertension. – 2021. – Т. 77. – №. 4. – С. 1119-1127. doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.16471.
  28. Dudbridge F. Power and predictive accuracy of polygenic risk scores. PLoS genetics. 2013. – Т. 9. – №. 3. – С. e1003348. doi:10.1371/journal.pgen.1003348.
  29. Manolio T. A. et al. Finding the missing heritability of complex diseases. Nature. 2009. – Т. 461. – №. 7265. – С. 747-753. doi:10.1038/nature08494.
  30. Giontella A. etal. Clinicalevaluationofthepolygeneticbackgroundofbloodpressureinthepopulation-based setting. Hypertension. 2021;77(1):169-177. doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.15449.
  31. Bustamante C.D., De La Vega F.M., Burchard E.G. Genomics for the world. Nature. 2011. – Т. 475. – №. 7355. – С. 163-165. doi:10.1038/475163a.
  32. Martin A.R. et al. Human demographic history impacts genetic risk prediction across diverse populations. The American Journal of Human Genetics. 2017. – Т. 100. – №. 4. – С. 635-649. doi:10.1016/j. ajhg.2017.03.004.
  33. Martin A.R. et al. Current clinical use of polygenic scores will risk exacerbating health disparities. Nature genetics. 2019. – Т. 51. – №. 4. – С. 584. doi:10.1038/s41588-019-0379-x.
  34. Scutari M., Mackay I., Balding D. Using genetic distance to infer the accuracy of genomic prediction. PLoS genetics. 2016. – Т. 12. – №. 9. – С. e1006288. doi:10.1371/journal.pgen.1006288
  35. Acuña-Alonzo V. et al. A functional ABCA1 gene variant is associated with low HDL-cholesterol levels and shows evidence of positive selection in Native Americans. Human molecular genetics. 2010. – Т. 19. – №. 14. – С. 2877-2885. doi:10.1093/hmg/ddq173.
  36. Waters K.M. et al. Consistent association of type 2 diabetes risk variants found in europeans in diverse racial and ethnic groups. PLoS genetics. – 2010. – Т. 6. – №. 8. – С. e1001078. doi:10.1371/ journal.pgen.1001078.
  37. Goldstein B.A. et al. Contemporary considerations for constructing a genetic risk score: an empirical approach. Genetic epidemiology. 2015. – Т. 39. – №. 6. – С. 439-445. doi:10.1002/gepi.21912.
  38. Choi S.W., Mak T.S.H., O’Reilly P.F. Tutorial: a guide to performing polygenic risk score analyses. Nature protocols. – 2020. – Т. 15. – №. 9. – С. 2759-2772. doi:10.1038/s41596-020-0353-1.
  39. Igo Jr R.P., Kinzy T.G., Cooke Bailey J.N. Genetic risk scores. Current protocols in human genetics. 2019. – Т. 104. – №. 1. – С. e95. doi:10.1002/cphg.95.
  40. Wray N.R. et al. The genetic interpretation of area under the ROC curve in genomic profiling. PLoS genetics. 2010;6(2):e1000864. doi:10.1371/journal.pgen.1000864.