XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Рост заболеваемости ожирением в последние десятилетия совпал с ростом распространенности таких факторов, как нарушение режима питания, малоподвижный образ жизни, отсутствие физической активности, плохой сон, а также изменения демографического и культурного фона. Хотя перечисленные факторы риска в значительной степени поддаются изменению, на развитие ожирения также могут влиять и другие факторы, такие как чувство голода, насыщаемость пищей и предпочтения в ее качестве (высокое содержание сахара, соли, специй), что также может быть частично генетически детерминировано [4,15].

Генетический вклад в развитие ожирения был тщательно изучен в ряде исследований, которые обнаружили ответственные за предрасположенность к ожирению гены. Однако развитие заболевания у предрасположенных лиц невозможно без воздействия соответствующих факторов риска окружающей среды, таких как нарушение режима питания, малоподвижный образ жизни, отсутствие физической активности, плохой сон и т.д. Определенные гены могут привести к возникновению заболеваний, когда человек с генетическим профилем высокого риска подвергается воздействию факторов окружающей среды высокого риска. Как именно факторы риска влияют на уязвимость к болезням, остается неясным [5].

Недавние полногеномные исследования выявили дополнительные факторы риска возникновения ожирения, такие как циркулирующие метаболиты (метаболомика) и кишечный микробиом. Изучение взаимодействий генов и окружающей среды выявляют все больше и больше генетических основ сложных метаболических заболеваний, таких как ожирение и сахарный диабет 2 типа. Однако обнаруженные до сих пор генетические варианты объясняют лишь небольшую долю наследуемости заболеваний, все остальные случаи обозначаются «отсутствующей» наследуемостью [14].

Питание как фактор риска

Эпидемиологические исследования показывают, что определенные диеты и модели поведения увеличивают риск ожирения среди людей, генетически относящихся к группе высокого риска. Например, исследования показали, что употребление подслащенных сахаром напитков, жареной пищи и малоподвижный образ жизни взаимодействуют с генами, приводя к ожирению [9,10].

Потребление простых углеводов или подслащенных сахаром напитков является определяющим фактором возникновения избыточного веса, эти данные были получены в ходе двух американских исследований с участием медицинских сестер. Генетическая связь с ожирением была сильнее среди людей с более высоким потреблением подслащенных сахаром напитков по сравнению с напитками без сахара. В недавнем шведском исследовании были получены аналогичные результаты, связь сахаросодержащих напитков с ожирением (по данным ИМТ), обнаруживалась у лиц, генетически предрасположенных к ожирению. Кроме того, в другом недавнем исследовании сообщалось о повышении риска возникновения инфаркта миокарда, при высоком потреблении подслащенных сахаром напитков. Повышенное потребление жареной пищи также считается одной из нездоровых пищевых привычек и фактором риска развития общего и центрального ожирения. Другие проведенные исследования показали, что повышенное потребление насыщенных жирных кислот связано с более высоким ИМТ среди лиц с генетически высоким риском ожирения [1,11,18].

Ожирение и физическая активность

В ряде исследований изучалось взаимодействие генов и физической активности при ожирении. Метаанализ показал, что физическая активность ослабляла влияние факторов риска ожирения. В ряде исследований было показано, что продолжительный просмотр телевизора также является одним из факторов риска, реализующих генетическую предрасположенность к ожирению. Как у женщин, так и у мужчин генетическая связь с ожирением усиливалась с увеличением часов просмотра телевизора. Особенно высокий риск ожирения наблюдался у людей, просматривающих телевизор 4 и более часов в день по сравнению с теми, кто смотрел телевизор менее четырех часов [12,16].

Другие факторы риска

Одно из проведенных исследований сообщило, что связь генетического риска и ожирения усугублялась неблагоприятными характеристиками сна, такими как сниженная продолжительность сна, дневной сон и работа в ночную смену.

Ожирение в детском возрасте является сильным фактором риска метаболических нарушений у взрослых, что было продемонстрировано множеством исследований. Также в одном из исследований было показано, что недостаток витамина D в детском возрасте связан с увеличением массы тела у детей при наличии генетической предрасположенности к ожирению [2,8].

Диета при ожирении

Различные варианты генетической предрасположенности изменяют влияние рациона питания на потерю веса у лиц с избыточной массой тела и ожирением. Ведется множество дискуссий о том, какая из диет более эффективна для похудения. По данным метаанализа, оценивающего эффективность различных популярных диет в улучшении потери веса среди людей с избыточной массой тела и ожирением, значительная потеря веса наблюдалась при любой диете с низким содержанием углеводов или жиров; различия между отдельными диетами были небольшими. Однако было показано, что эффект низкокалорийных диет с различным содержанием макронутриентов различался в зависимости от генетического фона, метаболического статуса и предпочитаемых продуктов питания. Отмечаются значительные индивидуальные различия в эффектах диет, и генетические вариации могут частично объяснить такие межиндивидуальные различия. Например, диета с низким содержанием жиров была связана с большей потерей веса среди лица с избыточной массой тела и ожирением с генотипом IRS1 rs2943641 CC. Другое исследование показало, что люди с избыточным весом и ожирением, несущие аллель T PPM1K rs1440581, могут получить больше пользы от потери веса при соблюдении низкоуглеводной диеты [6].

Кроме того, у людей с ожирением подверженных высокому риску прогрессирования сахарного диабета 2 типа, выявили локусы предрасположенности к сахарному диабету 2 типа. Кроме того, генетический вариант FGF21, определяющий предпочтение к потреблению углеводов был связан с уменьшением риска ожирения в исследовании [3].

Метаболический подход во взаимодействии генов и диеты

Циркулирующие в организме метаболиты могут быть использованы для оценки снижения массы тела в ответ на диетическое вмешательство. Метаболомика – это систематическое учение о веществах, регулирующих метаболизм в организме. Данная наука добилась значительного прогресса в понимании основных механизмов возникновения метаболических заболеваний и прогнозировании их риска. Среди различных метаболитов циркулирующие разветвленные и ароматические аминокислоты наиболее связаны с такими метаболическими нарушениями как сахарный диабет 2 типа и ожирение. Кроме того, нарушение метаболизма таурина тесно связано с ожирением, инсулинорезистентностью и сахарным диабетом. Повышение концентрации таурина ассоциируется с более выраженным снижением резистентности к инсулину среди люди с высоким генетическим риском диабета, чем у людей с низким генетическим риском.

Выявление генов, определяющих циркуляцию метаболитов, может быть полезно для изучения влияния данных генов на ожирение [17].

Взаимодействия диеты с кишечным микробиомом

Микробиота кишечника может являться фактором, связанным с нарушениями обмена веществ и ожирением. Проведенные исследования показали, что люди со склонностью к ожирению и более низким содержанием бактерий имеют большую прибавку в весе. Потенциальное влияние диеты на микробиоту кишечника также вызывает интерес. Долгосрочные пищевые привычки могут влиять на состав кишечной микробиоты, что можно использовать для профилактики и лечения метаболических заболеваний. В нескольких недавних исследованиях было показано взаимодействие между генами и диетой в регулировании состава микробиома.

В связи с полученными результатами появилась концепция «точного диетического питания», которая учитывает индивидуальную изменчивость, определяемую геномом, метаболомом, микробиомом, при разработке индивидуальных диет. Накопленные данные свидетельствуют о том, что одно диетическое вмешательство может быть более подходящим, чем другие в зависимости от индивидуальной изменчивости, определяемой генотипом. Знания генотипа полезны для прогнозирования индивидуальных различий в эффективности диетических вмешательств [7,19].

Выводы

Эпидемия ожирения в последние десятилетия совпала с ростом распространенности таких факторов, как нарушение режима питания, малоподвижный образ жизни, отсутствие физической активности, плохой сон.

Генетическая предрасположенность к ожирению может взаимодействовать с факторами риска окружающей среды, приводя к развитию ожирения. Данные проведенных исследований предполагают, что эффективность низкокалорийных диет при ожирении может значительно варьировать в зависимости от генетических вариантов, обмена веществ и предпочтений в пище.

Идея разработки индивидуальных диет на основе генетических данных рассматривается как инструмент предотвращения хронических заболеваний, таких как ожирение и сахарный диабет 2 типа. Интеграция данных, полученных в исследованиях о генах, пищевых привычках, метаболитах и микробиоме кишечника при исследовании здоровья человека, может стать одним из самых популярных направлений в области питания в ближайшем будущем.

Списокиспользуемойлитературы

Brunkwall, L.; Chen, Y.; Hindy, G.; Rukh, G.; Ericson, U.; Barroso, I.; Johansson, I.; Franks, P.W.; Orho-Melander, M.; Renstrom, F. Sugar-sweetened beverage consumption and genetic predisposition to obesity in 2 swedish cohorts. Am. J. Clin. Nutr. 2016, 104, 809–815. [CrossRef] [PubMed]

Celis-Morales, C.; Lyall, D.M.; Guo, Y.; Steell, L.; Llanas, D.; Ward, J.; Mackay, D.F.; Biello, S.M.; Bailey, M.E.; Pell, J.P.; et al. Sleep characteristics modify the association of genetic predisposition with obesity and anthropometric measurements in 119,679 UK biobank participants. Am. J. Clin. Nutr. 2017. [CrossRef] [PubMed]

Heianza, Y.; Ma, W.; Huang, T.; Wang, T.; Zheng, Y.; Smith, S.R.; Bray, G.A.; Sacks, F.M.; Qi, L. Macronutrient intake-associated FGF21 genotype modifies effects of weight-loss diets on 2-year changes of central adiposity and body composition: The pounds lost trial. Diabetes Care 2016, 39, 1909–1914. [CrossRef] [PubMed]

Hruby, A.; Manson, J.E.; Qi, L.; Malik, V.S.; Rimm, E.B.; Sun, Q.; Willett, W.C.; Hu, F.B. Determinants and consequences of obesity. Am. J. Public Health 2016, 106, 1656–1662. [CrossRef] [PubMed]

Hunter, D.J. Gene-environment interactions in human diseases. Nat. Rev. Genet. 2005, 6, 287–298. [CrossRef] [PubMed]

Johnston, B.C.; Kanters, S.; Bandayrel, K.; Wu, P.; Naji, F.; Siemieniuk, R.A.; Ball, G.D.; Busse, J.W.; Thorlund, K.; Guyatt, G.; et al. Comparison of weight loss among named diet programs in overweight and obese adults: A meta-analysis. JAMA 2014, 312, 923–933. [CrossRef] [PubMed]

Le Chatelier, E.; Nielsen, T.; Qin, J.; Prifti, E.; Hildebrand, F.; Falony, G.; Almeida, M.; Arumugam, M.; Batto, J.M.; Kennedy, S.; et al. Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. Nature 2013, 500, 541–546. [CrossRef] [PubMed]

Lourenco, B.H.; Qi, L.; Willett, W.C.; Cardoso, M.A.; Team, A.S. FTO genotype, vitamin d status, and weight gain during childhood. Diabetes 2014, 63, 808–814. [CrossRef] [PubMed]

Olsen, N.J.; Angquist, L.; Larsen, S.C.; Linneberg, A.; Skaaby, T.; Husemoen, L.L.; Toft, U.; Tjonneland, A.; Halkjaer, J.; Hansen, T.; et al. Interactions between genetic variants associated with adiposity traits and soft drinks in relation to longitudinal changes in body weight and waist circumference. Am. J. Clin. Nutr. 2016, 104, 816–826. [CrossRef] [PubMed]

Qi, Q.; Chu, A.Y.; Kang, J.H.; Huang, J.; Rose, L.M.; Jensen, M.K.; Liang, L.; Curhan, G.C.; Pasquale, L.R.; Wiggs, J.L.; et al. Fried food consumption, genetic risk, and body mass index: Gene-Diet interaction analysis in three us cohort studies. BMJ 2014, 348, g1610. [CrossRef] [PubMed]

Qi, Q.; Chu, A.Y.; Kang, J.H.; Jensen, M.K.; Curhan, G.C.; Pasquale, L.R.; Ridker, P.M.; Hunter, D.J.; Willett, W.C.; Rimm, E.B.; et al. Sugar-sweetened beverages and genetic risk of obesity. N. Engl. J. Med. 2012, 367, 1387–1396. [CrossRef] [PubMed]

Qi, Q.; Li, Y.; Chomistek, A.K.; Kang, J.H.; Curhan, G.C.; Pasquale, L.R.; Willett, W.C.; Rimm, E.B.; Hu, F.B.; Qi, L. Television watching, leisure time physical activity, and the genetic predisposition in relation to body mass index in women and men. Circulation 2012, 126, 1821–1827. [CrossRef] [PubMed]

Ried, J.S.; Jeff, M.J.; Chu, A.Y.; Bragg-Gresham, J.L.; van Dongen, J.; Huffman, J.E.; Ahluwalia, T.S.; Cadby, G.; Eklund, N.; Eriksson, J.; et al. A principal component meta-analysis on multiple anthropometric traits identifies novel loci for body shape. Nat. Commun. 2016, 7, 13357. [CrossRef] [PubMed]

Sonnenburg, J.L.; Backhed, F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature 2016, 535, 56–64. [CrossRef] [PubMed]

Treur, J.L.; Boomsma, D.I.; Ligthart, L.; Willemsen, G.; Vink, J.M. Heritability of high sugar consumption through drinks and the genetic correlation with substance use. Am. J. Clin. Nutr. 2016, 104, 1144–1150. [CrossRef] [PubMed]

Tyrrell, J.; Wood, A.R.; Ames, R.M.; Yaghootkar, H.; Beaumont, R.N.; Jones, S.E.; Tuke, M.A.; Ruth, K.S.; Freathy, R.M.; Davey Smith, G.; et al. Gene-obesogenic environment interactions in the uk biobank study. Int. J. Epidemiol. 2017. [CrossRef] [PubMed]

Zheng, Y.; Ceglarek, U.; Huang, T.; Li, L.; Rood, J.; Ryan, D.H.; Bray, G.A.; Sacks, F.M.; Schwarzfuchs, D.; Thiery, J.; et al. Weight-loss diets and 2-y changes in circulating amino acids in 2 randomized intervention trials. Am. J. Clin. Nutr. 2016, 103, 505–511. [CrossRef] [PubMed]

Zheng, Y.; Li, Y.; Huang, T.; Cheng, H.L.; Campos, H.; Qi, L. Sugar-sweetened beverage intake, chromosome 9p21 variants, and risk of myocardial infarction in hispanics. Am. J. Clin. Nutr. 2016, 103, 1179–1184. [CrossRef] [PubMed]

Zhernakova, A.; Kurilshikov, A.; Bonder, M.J.; Tigchelaar, E.F.; Schirmer, M.; Vatanen, T.; Mujagic, Z.; Vila, A.V.; Falony, G.; Vieira-Silva, S.; et al. Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity. Science 2016, 352, 565–569. [CrossRef] [PubMed]