The value of the MTHFR polymorphisms in pathogenesis of nontraumatic necrosis of femoral head

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Among the etiological factors of non-traumatic avascular necrosis of the femoral head are the following: the prolonged use of corticosteroids, alcohol abuse, systemic lupus erythematosus, sickle cell anemia, the Legg – Calve – Perthes disease, ionizing radiation, cytotoxic agents, etc. At the same time necrosis of the femoral head might occur in the absence of the above factors (idiopathic necrosis). The reasons for idiopathic avascular necrosis could be a mechanical obstacle to the flow of blood, thrombotic occlusion of vessels, extravascular compression.

The purpose of this study is to examine the role of C677T gene mutation of the MTHFR gene in the development of non-traumatic avascular necrosis of the femoral head.

Materials and methods. During this study there was a comparative analysis of the frequency of the C677T gene allelic variants conducted in 41 patients with a verified diagnosis of non-traumatic avascular necrosis (main group) and 320 healthy individuals (control group). The survey program included the study of polymorphisms of MTHFR C677T gene by PCR.

Results. Differences in the frequency of occurrence of C allele of C677T gene MTHFR in the heterozygous state in case of non-traumatic avascular necrosis and in its absence were not statistically significant (51.2% against 37.2% respectively, χ2 = 3.014, p = 0.083). The genotype TT (T in the homozygous state) of the C677T MTHFR gene was detected in 19.5% of the main group patients. A similar index in the control group was two times lower and amounted to 9.0 percent, the differences between groups statistically significant, χ2 = 4.314, p = 0.038.

Conclusion. The study showed the importance of having the T C677T MTHFR gene in the pathogenesis of non-traumatic avascular necrosis of the femoral head. The data obtained and the analysis of the current literature suggests that this polymorphism is one of genetic predictors of non-traumatic avascular necrosis of the femoral head and other cardiovascular diseases as well.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

По данным Всемирной организации здравоохранения во всем мире ежегодно фиксируется около 150 тыс. случаев заболеваемости асептическим некрозом головки бедренной кости нетравматического генеза. Нетравматический асептический некроз (НАН) головки бедренной кости наиболее часто встречается у молодых мужчин в возрасте от 20 до 50 лет [1, 2].

Известны многие этиологические факторы НАН головки бедренной кости: длительное применение кортикостероидов, злоупотребление алкоголем, системная красная волчанка, серповидноклеточная анемия, болезнь Легга – Кальве – Пертеса, ионизирующая радиация, цитотоксические агенты и др. [3–5].

В то же время некроз головки бедренной кости может наблюдаться и в отсутствие приведенных выше факторов (идиопатический некроз). В качестве причин идиопатического асептического некроза рассматриваются механическое препятствие току крови, тромботическая окклюзия сосудов, экстраваскулярная компрессия [6]. Правомочно придается значение взаимодействию между генетической предрасположенностью к нарушениям гемоциркуляции и факторами внешней среды [7]. У большинства пациентов с НАН головки бедренной кости наблюдается сочетание неблагоприятных внешних факторов риска с наследственными: гиперкоагуляция, гемоглобинопатии, нарушения ангиогенеза, оксидативный стресс.

В последние десятилетия в различных областях медицины в качестве одного из предикторов сосудистых расстройств рассматривается мутация гена C677T (цитозин в позиции 677 заменяется на тимин) метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR), которая связана с изменением метаболизма метионина. МТНFR — внутриклеточный фермент, участвующий в превращении гомоцистеина в метионин при наличии кофакторов — пиридоксина (витамина В6), цианокобаламина (витамина В12) и фолиевой кислоты. В результате нуклеотидных замен в кодирующем его гене (при наличии генотипа Т/Т) активность МТНFR снижается, нарушается метаболический путь превращения гомоцистеина, его содержание в плазме крови увеличивается, что повышает вероятность тромбоза.

Мутация С677Т в структуре гена MTHFR ассоциирована с различными заболеваниями, в патогенезе которых ведущим является нарушение гемоциркуляции. В частности, установлена четкая взаимосвязь между мутацией данного гена и вариантами острого коронарного синдрома [8–10]. Давно и хорошо известна роль гипергомоцистеинемии в развитии акушерских осложнений: привычного невынашивания беременности, преэклампсии, отслойки плаценты и др. [11, 12]. Офтальмологами также признается необходимость учета мутации С677Т в структуре гена MTHFR в качестве предиктора таких заболеваний как глаукома, диабетическая ретинопатия [13, 14].

Цель исследования. Учитывая доказанный «сосудистый генез» НАН и целесообразность выявления предикторов данного заболевания, целью настоящего исследования явилось изучение роли мутации С677Т гена MTHFR в развитии нетравматического асептического некроза головки бедренной кости.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В процессе исследования проведен сравнительный анализ частоты встречаемости аллельных вариантов гена C677Т у пациентов с верифицированным диагнозом НАН (основная группа) и у здоровых пациентов (контрольная группа).

Нами был обследован 41 больной (все — мужчины) с НАН головки бедренной кости. В данную группу вошли пациенты с неясной причиной заболевания, которое клинически манифестировало в возрасте от 27 до 45 лет. Критериями исключения являлись: алкоголизм, длительный прием кортикостероидов, системные заболевания соединительной ткани, заболевания крови и прочие известные этиологические факторы НАН [15].

Стаж заболевания варьировал от 1 до 20 лет. На момент обследования у 24 из 41 пациента основной группы 1–10 лет назад было проведено одно-, двустороннее тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава в связи со вторичным артрозом на фоне НАН 3–4-й степени. 15 пациентов с НАН головки бедренной кости 3-й степени готовились к аналогичной операции. 2 пациента (НАН 3-й степени) получали консервативное лечение в связи с отказом от хирургического вмешательства.

При анализе семейного анамнеза пациентов с НАН головки бедренной кости отмечена высокая частота сердечно-сосудистых заболеваний (инсульт, инфаркт, острый тромбоз) у ближайших родственников (мать/отец) — у 61 % (25 из 41) пациентов основной группы. Следует подчеркнуть, что у 13 больных сердечно-сосудистые заболевания имели место у обоих родителей, причем у 6 — с летальным исходом.

Соматический статус был не отягощен у 20 пациентов с НАН, у остальных 21 пациента были установлены следующие диагнозы: артериальная гипертензия 1–3-й степени, варикозная болезнь вен нижних конечностей, острый тромбофлебит, потребовавший хирургического вмешательства, коагулопатии (гиперфибриногенемии), изолированно и в различных сочетаниях.

В контрольную группу вошли 320 мужчин аналогичной возрастной категории (25–45 лет) — военнослужащие, обследованные при профилактических осмотрах [16]. Ни у одного из пациентов контрольной группы не было выявлено клинических проявлений заболеваний тазобедренных суставов.

В программу обследования было включено исследование полиморфизмов гена С677Т MTHFR методом ПЦР. Для генетического исследования выполнялась экстракция геномной ДНК на сорбенте из лимфоцитов периферической цельной крови при помощи коммерческого набора «ДНК-сорб-В» («АмплиСенс», Москва).

Определение аллельных вариантов генов проводили методом ПЦР в реальном времени на амплификаторе ДТ-96 («ДНК Технология», Россия) тест-системами для ПЦР-анализа («ДНК Технология», Россия) согласно рекомендациям фирмы производителя.

При статистической обработке полученных данных было проведено сравнение результатов в основной и контрольной группах. Достоверность значений определяли в программе Statistiса при подсчете значения р по критерию χ2 Пирсона.

Все лица, включенные в исследование, дали письменное информированное согласие на участие в нем. Проведение исследования одобрено Этическим комитетом кафедры травматологии и ортопедии РУДН.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Нами были проанализированы частоты встречаемости аллелей С и Т (в гомо- и гетерозиготном состоянии) гена С677Т MTHFR у больных НАН и у здоровых людей.

Наличие аллели СС (С в гомозиготном состоянии) гена С677Т отмечено при НАН с частотой 29,3 % (у 12 из 41) и почти вдвое чаще у здоровых людей — 53,8 % (у 172 из 320), различия статистически достоверны — χ2 = 8,716, p = 0,004 (рис. 1).

 

Рис. 1. Частота встречаемости аллельных вариантов гена С677Т MTHFR у пациентов с НАН и в контрольной группе

Fig. 1. Frequency of the C677T gene allelic variants in patients with non-traumatic avascular necrosis in the main and control groups

 

Следовательно, аллель СС может рассматриваться в качестве протективной.

Различия в частоте встречаемости аллели С в гетерозиготном состоянии при НАН и в его отсутствие оказались статистически не достоверными (51,2 против 37,2 % соответственно, χ2 = 3,014, p = 0,083).

Как следует из рис. 1, генотип ТТ (Т в гомозиготном состоянии) был выявлен у 19,5 % пациентов основной группы. Аналогичный показатель в контрольной группе был вдвое ниже и составил 9,0 %, различия между группами статистически достоверны, χ2 = 4,314, p = 0,038.

На значимость данной мутации MTHFR в генезе асептического некроза бедренной и большеберцовой кости указывают A. Kutlar et al. [17], отмечая, что при НАН частота встречаемости аллели Т составляла 35,6 %, а в его отсутствие — 12,9 %.

Был проведен анализ клинических данных у всех 8 пациентов с НАН, у которых был выявлен гомозиготный вариант ТТ. Что касается семейного анамнеза, то у всех 8 человек с генотипом ТТ он был чрезвычайно отягощен — один или оба родителя перенесли инфаркт миокарда или ишемический инсульт, в том числе в 5 наблюдениях с летальным исходом. По данным S. Jiang et al. [8] риск летального исхода при инфаркте и инсульте значительно повышен у пациентов с гомозиготным вариантом полиморфизма гена С677Т MTHFR [8].

В отсутствие аллельного варианта ТТ (n = 33) отягощенный семейный анамнез встречался значительно реже (рис. 2).

 

Рис. 2. Семейный анамнез пациентов с нетравматическим асептическим некрозом при наличии и отсутствии гомозиготного варианта ТТ гена С677Т MTHFR

Fig. 2. Family history of patients with non-traumatic avascular necrosis in the presence and absence of a homozygous variant of TT gene C677T MTHFR

 

Учитывая полученные результаты, с большой долей вероятности можно предположить, что в патогенезе асептического некроза основную роль играют наследственные тромбофилии, которые в более позднем возрасте могут манифестировать как острый коронарный синдром или ишемический инсульт. На роль генетического полиморфизма С677Т MTHFR в генезе ишемического инсульта указывают J. Hou et al. [18], отмечая что частота встречаемости генотипа ТТ у пациентов с инсультом составляла 40,3 против 5,85 % в контрольной группе. На значимость наследственной предрасположенности к острой коронарной недостаточности указывают I.V. Ponomarenko и I.A. Sukmanova [19], отмечая, что к факторам риска острого инфаркта миокарда следует отнести не только курение и повышенный уровень липопротеинов низкой плотности, но и наличие гомозиготной аллели ТТ гена С677Т MTHFR.

Из 8 пациентов с гомозиготным генотипом ТТ у 7 (87,5 %) имеются сердечно-сосудистые заболевания (артериальная гипертензия, тромбофлебит, варикозная болезнь). В то же время частота аналогичных сердечно-сосудистых заболеваний среди пациентов с отсутствием аллели ТТ была существенно ниже (87,5 против 42,4 % соответственно). Данный факт, вероятно, указывает на общие элементы патогенеза НАН и сердечно-сосудистых заболеваний. Так, показано, что частота артериальной гипертензии достоверно выше у пациентов с носительством аллели ТТ гена С677Т MTHFR, причем данный полиморфизм является независимым фактором риска гипертензии [10].

В дальнейшем нами были проанализированы частоты встречаемости различных аллельных вариантов гена С677Т MTHFR. Частота обнаружения аллели Т в гомо- и гетерозиготных состояниях (ТТ + ТС) у больных НАН составила 70,7 % и была значительно ниже (46,3 %) в контрольной группе, различия статистически достоверны (см. таблицу).

 

Частота встречаемости аллелей Т и С гена С677Т MTHFR у пациентов основной и контрольной групп

Frequencies of alleles T and C of the C677T MTHFR gene in patients in the main and control groups

Вариант полиморфизма

Нетравматический асептический некроз (n, %)

Контрольная группа (n, %)

χ2

р

ТТ + СТ

29/41, 70,7

148/320, 46,3

8,716

0,004

СС + СТ

33/41, 80,5

291/320, 90,9

4,314

0,038

 

Различия в частоте встречаемости аллели С (СС + СТ) также были статистически достоверными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование показало значимость носительства варианта Т гена С677Т MTHFR в патогенезе НАН головки бедренной кости. Полученные нами данные, а также анализ современной литературы свидетельствуют, что данный полиморфизм является одним из генетических предикторов как НАН головки бедренной кости, так и других сердечно-сосудистых заболеваний.

×

About the authors

Mikhail A. Panin

Peoples Friendship University of Russia

Email: panin-mihail@yandex.ru

MD, associate Professor in the department of traumatology and orthopedics

Russian Federation, Moscow

Nikolai V. Zagorodnii

Peoples Friendship University of Russia

Email: zag@mail.ru

MD, PhD Professor, corresponding member of RAMS, head of traumatology and orthopedics department

Russian Federation, Moscow

Larisa M. Samokhodskaya

Lomonosov Moscow State University

Email: sam@mail.ru

MD, associate Professor, head of Department of laboratory diagnostics

Russian Federation, Moscow

Andrei V. Boiko

Peoples Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: boiko120393@gmail.com

resident of traumatology and orthopedics department

Russian Federation, Moscow

References

  1. Shannon BD, Trousdale RT. Femoral osteotomies for avascular necrosis of the femoral head. Clin Orthop Relat Res. 2004;(418):34-40. https://doi.org/10.1097/00003086-200401000-00007
  2. DeSmet AA, Dalinka MK, Alazraki NP, Daffner RH, El-Khoury GY, Kneeland JB. Expert Panel on Musculoskeletal Imaging. Diagnostic imaging of avascular necrosis of the hip. Reston, VA: American College of Radiology (ACR); 2005.
  3. Mont MA, Marulanda GA, Jones LC, Saleh KJ, Gordon N, Hungerford DS, Steinberg ME. Systematic analysis of classification systems for osteonecrosis of the femoral head. J Bone Joint Surg Am. 2006;88(Suppl 3):16-26. https://doi.org/10.2106/JBJS.F.00457
  4. Ikeuchi K, Hasegawa Y, Seki T, Takegami Y, Amano T, Ishiguro N. Epidemiology of nontraumatic osteonecrosis of the femoral head in Japan. Mod Rheumatol. 2015;25(2):278-281. https://doi.org/10.3109/14397595.2014.932038
  5. Панин М.А., Загородний Н.В., Карчебный Н.Н., Садков И.А., Петросян А.С., Закирова А.Р. Современный взгляд на патогенез нетравматического остеонекроза. Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. 2017;(2):69-75. [Panin MA, Zagorodny NV, Karchebny NN, Sadkov IA, Petrosyan AS, Zakirova AR. Modern view to the pathogenesis of non-traumatic osteonecrosis. Vestnik travmatologii i ortopedii imeni N.N. Priorova. 2017;(2):69-75. (In Russ.).]
  6. Jones LC, Mont MA, Le TB, Petri M, Hungerford DS, Wang P, Glueck CJ. Procoagulants and osteonecrosis. J Rheumatol. 2003;30(4):783-791.
  7. Glueck CJ, Freiberg RA, Oghene J, Fontaine RN, Wang P. Association between the T-786C eNOS polymorphism and idiopathic osteonecrosis of the head of the femur. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(11):2460-2466. https://doi.org/10.2106/JBJS.F.01421
  8. Jiang S, Li J, Zhang Y, Venners SA, Tang G, Wang Y, Li Z, Xu X, Wang B, Huo Y. Methylenetetrahydrofolate reductase C677T polymorphism, hypertension and risk of stroke: a prospective, nested case-control study. Int J Neurosci. 2017;127(3):253-260. https://doi.org/10.1080/00207454.2016.1183126
  9. Mao X, Han L. The relationship of methylenetetrahydrofolate reductase gene C677T polymorphism and ischemic stroke in Chinese Han population. Ann Clin Lab Sci. 2018;48(2):242-247.
  10. Arina CA, Amir D, Siregar Y, Sembiring RJ. The role of polymorphism gen methylene tetra hydrofolate reductase (MTHFR) C677T in ischaemic stroke patients with and without hypertension. Open Access Maced J Med Sci. 2019;7(1):29-32. https://doi.org/10.3889/oamjms.2019.026
  11. Trifonova EA, Swarovskaya MG, Ganzha OA, Voronkova OV, Gabidulina TV, Stepanov VA. The interaction effect of angiogenesis and endothelial dysfunction-related gene variants increases the susceptibility of recurrent pregnancy loss. J Assist Reprod Genet. 2019;36(4):717-726. https://doi.org/10.1007/s10815-019-01403-2
  12. Wolski H, Kurzawinska G, Drews K, Barlik M, Kadziolka P, Malewski Z, Mikolajska-Ptas P, Bylewski M, Seremak-Mrozikiewicz A. MTHFR genetic polymorphism and the risk of intrauterine fetal death in Polish women. Ginekol Pol. 2019;90(2):76-81. https://doi.org/10.5603/GP.2019.0013
  13. Zhang L, Chen B. Correlation between MTHFR polymorphisms and glaucoma: a meta-analysis. Mol Genet Genomic Med. 2019;7(4):e00538. https://doi.org/10.1002/mgg3.538
  14. Xu WH, Zhuang Y, Han X, Yuan ZL. Methylenetetrahydrofolate reductase C677T polymorphism and diabetic retinopathy risk: a meta-analysis of the Chinese population. J Int Med Res. 2020;48(1):300060518816834. https://doi.org/10.1177/0300060518816834
  15. Narayanan A, Khanchandani P, Borkar RM, Ambati CR, Roy A, Han X, Bhoskar RN, Ragampeta S, Gannon F, Mysorekar V, Karanam B, V SM, Sivaramakrishnan V. Avascular necrosis of femoral head: a metabolomic, biophysical, biochemical, electron microscopic and histopathological characterization. Sci Rep. 2017;7(1):10721. https://doi.org/10.1038/s41598-017-10817-w
  16. Андреенко Е.Ю., Самоходская Л.М., Балацкий А.В., Макаревич П.И., Бойцов С.А. Прогностическая значимость носительства аллельных вариантов генов, контролирующих систему гемостаза, и их сочетания с традиционными факторами риска в раннем развитии ишемической болезни сердца. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2011;(8):32–39. [Andreenko EY, Samokhotskaya LM, Balatsky AV, Makarevich PI, Boytsov SA. The prognostic value of allele polymorphisms genes determining hemostasis and their combinations with known risk factors in ischemic cardiac disease development. Kardiovaskularnaya terapia i profilaktika. 2011;(8):32-39. (In Russ.).]
  17. Kutlar A, Kutlar F, Turker I, Tural C. The methylene tetrahydrofolate reductase (C677T) mutation as a potential risk factor for avascular necrosis in sickle cell disease. Hemoglobin. 2001;25(2):213-217. https://doi.org/10.1081/hem-100104029
  18. Hou J, Zeng X, Xie Y, Wu H, Zhao P. Genetic polymorphisms of methylenetetrahydrofolate reductase C677T and risk of ischemic stroke in a southern Chinese Hakka population. Medicine (Baltimore). 2018;97(51):e13645. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000013645
  19. Пономаренко И.В., Сукманова И.А. Традиционные факторы риска и генные мутации тромбоза, ассоциированные с острым коронарным синдромом у пациентов молодого возраста. Кардиология. 2019;59(1S):19-24. [Ponomarenko IV, Sukmanova IA. Thrombosis risk factors and gene mutations in young age patients with acute coronary syndrome. Kardiologiia. 2019;59(1S):19-24. (In Russ.).] https://doi.org/10.18087/cardio.2602

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Frequency of the C677T gene allelic variants in patients with non-traumatic avascular necrosis in the main and control groups

Download (75KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Family history of patients with non-traumatic avascular necrosis in the presence and absence of a homozygous variant of TT gene C677T MTHFR

Download (78KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Eco-Vector


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-76249 от 19.07.2019.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies