Gén – környezet kölcsönhatások a testzsír eloszlásán

Xiang Li

1 Epidemiológiai Tanszék, Közegészségügyi és Trópusi Orvostudományi Kar, Tulane Egyetem, New Orleans, LA 70112, USA

Lu Qi

1 Epidemiológiai Tanszék, Közegészségügyi és Trópusi Orvostudományi Kar, Tulane Egyetem, New Orleans, LA 70112, USA

2 Táplálkozási Tanszék, Harvard T.H. Chan Közegészségügyi Iskola, Boston, MA 02115, USA

Absztrakt

Az elhízás elterjedtsége az elmúlt évtizedekben jelentősen növekedett az Egyesült Államokban és világszerte; és különösen az elhízott populációkat nemcsak az általános megnövekedett zsírbetegség, hanem a testzsír különösen káros felhalmozódása is jelzi a test központi régiójában, nevezetesen a hasi elhízás. A „hagyományos” és az „obesogén” környezetek közötti elmozdulás, amelyet elsősorban az ízletes, energiasűrű étrend, a csökkent fizikai aktivitás és a hosszan tartó ülési idő jellemez, elősegíti az elhízás járványait és a testzsír káros eloszlását. A genomikai vizsgálatok legújabb fejleményei rávilágítottak az elhízás és a testzsíreloszlás genetikai alapjaira. Ezenkívül a nagy kohorszokban végzett vizsgálatok és a klinikai vizsgálatok egyre növekvő bizonyítéka alátámasztotta a genetikai variációk és a környezeti tényezők, például az étrend és az életmód tényezői közötti kölcsönhatásokat az elhízással és a testzsír-eloszlással kapcsolatban. Ez az áttekintés megfigyelési tanulmányok és randomizált klinikai vizsgálatok legújabb felfedezéseit foglalja össze az elhízás és a testzsíreloszlás gén-környezet interakcióival kapcsolatban.

1. Bemutatkozás

Az elmúlt évtizedekben az elhízás gyakorisága gyorsan növekedett az Egyesült Államokban és világszerte [1,2]. A legutóbbi globális betegségterhelés (GBD) tanulmány eredményei, amelyek 195 ország adatait gyűjtötték össze, azt mutatják, hogy az elhízás prevalenciája, amelyet 30 kg/m 2 -et meghaladó testtömeg-indexként (BMI) határoztak meg, 1980 óta több mint kétszeresére nőtt [ 3]. A 2015–2016-os Országos Egészségügyi és Táplálkozási Vizsgálat (NHANES) becslései azt mutatják, hogy a 20 éves és idősebb amerikai felnőttek 31,8% -a túlsúlyos, és 39,8% -a elhízott, 7,6% -uk súlyos elhízással jár. Különösen a hasi elhízás a derék kerületével mérve folyamatosan nő: a férfiak 99,1 (SD: 0,6) cm-ről és a nők 92,2 (0,9) cm-ről 1999–2000-ben a férfiak 102,1 (0,8) cm-re és a férfiak 98,0 (0,7) cm-re nők számára 2015–2016-ban az amerikai felnőttek körében [4]. Az elhízás a különböző krónikus betegségek, köztük a 2-es típusú cukorbetegség, a szív- és érrendszeri betegségek, bizonyos rákos megbetegedések és a termékenységi szövődmények gyakori kockázati tényezője [3,5,6].

A BMI az epidemiológiai vizsgálatokban és a klinikai gyakorlatban is széles körben alkalmazott becslés a teljes zsírtartalom becslésére. A BMI azonban nem tudja megkülönböztetni a zsír- és a sovány tömeget, valamint a testzsír megoszlását sem. Epidemiológiai vizsgálatok során a testzsír-eloszlás összefügg a 2-es típusú cukorbetegség, a szívkoszorúér-betegség és az összes okból fakadó halálozás kockázatával, függetlenül a BMI-vel mért általános zsírtartalomtól [7,8,9,10,11]. Az egyformán túlsúlyos vagy elhízott egyének között a magasabb központi zsírtartalmúaknál nagyobb volt a kardiometabolikus rendellenességek kialakulásának kockázata [9,12,13,14,15,16]. Ezzel szemben a magasabb gluteális adipozitással rendelkezőknél alacsonyabb a 2-es típusú cukorbetegség, a magas vérnyomás, a diszlipidémia és a mortalitás kockázata [17,18,19]. A testzsír eloszlásának általánosan alkalmazott antropometriai mutatói közé tartozik a derék kerülete (WC), a derék-csípő arány (WHR) és a BMI-hez igazított WHR (WHRadjBMI). Az ilyen antropometriai paraméterek informatívak és könnyen gyűjthetők. Más finomabb fenotípusos mérések, mint például a mágneses rezonancia képalkotás (MRI) és a számítógépes tomográfia (CT) alapú mérések, összehasonlíthatatlan betekintést nyújthatnak az adott raktárakban található zsírszövet mennyiségére, bár ezeknek a méréseknek a nagyszabású alkalmazása tanulmányok kihívást jelentenek.

2. Az elhízás és a testzsír-eloszlás genetikája

Számos tanulmány genetikai összetevőt jelzett az elhízás és a testzsír-eloszlás meghatározásában [23,24,25]. A családi aggregációs elemzés, ideértve az iker- és az örökbefogadásos vizsgálatokat is, következetesen becsli a BMI örökölhetőségét körülbelül 40–70% -ra [26,27,28,29,30]. Ezenkívül meggyőző bizonyítékok támasztják alá, hogy a regionális zsírlerakódás genetikai kontrollja eltér az általános zsírosságtól. Például a WC és a WHR öröklődését 30–45% -ra becsülik, még a BMI-hez való igazítás után is [16,30,31,32]. A CT-vel mért zsigeri zsírszövet (VAT) és a szubkután zsírszövet (SAT) szintén igazolható, hogy 36%, illetve 57% -ban örökölhető [33].

A genotipizáló technológiák fejlődésével, valamint a nagyszabású adatok megjelenésével, például az Egyesült Királyság Biobankjával, a China Kadoori Biobank-nal és az Egyesült Államokkal a kutatók sikeresen azonosítottak több száz specifikus genetikai változatot, amelyek összetett tulajdonságokkal társulnak, beleértve az elhízást és a testet zsíreloszlás. E genetikai variánsok túlnyomó többségét a BMI és a WHR szempontjából azonosították az európai ősök körében. A GWAS legújabb metaanalízise 941 független egyetlen nukleotid polimorfizmust (SNP) azonosított a BMI-vel [34]. Ezek a genom egészére kiterjedő jelentős SNP-k együttesen magyarázzák

Szexuális dimorfizmus a genetikailag meghatározott testzsír-eloszlásban és a kapcsolódó utakban. Ez az ábra a kiválasztott GWAS által azonosított géneket és utakat mutatja, amelyek szexuális dimorfizmust mutatnak a testzsír eloszlásához viszonyítva. A mellékelt gének és útvonalak hiányosak, csak szemléltetés céljából.

A testzsír-eloszlás GWAS-ja a derék-csípő arány alapján, a testtömeg-indexhez igazítva. Ez az ábra a testzsír-eloszlás legújabb GWAS-jából azonosított kódolási variánsokat mutatja. Manhattani cselekmény az összes származásról, nemek kombinációja, egyetlen változat, additív modellelemzés. Az ábrát [39] engedélyével módosították; kiadta a Springer Nature, 2019.

A testzsír-eloszlás értékelésének arany standard módszerei közé tartozik a CT és az MRI. A testzsír-eloszlás ezen arany standard méréseit használó vizsgálatok mintamérete azonban a magas költségek miatt jórészt korlátozott volt [40,41,42,43,44]. Például a CT-n mért SAT-nál és VAT-nál jelenleg a legnagyobb GWAS (N = 10 577) csak a nők körében azonosított egy genetikai variánst (rs1659258) a THNSL2 gén közelében, amelyhez VAT társult [40]. Ezenkívül megállapították, hogy a testzsír-eloszláshoz kapcsolódó genetikai variánsok gazdagodtak az adipocita-biológiában részt vevő utakon [45]. Érdekes módon egy közelmúltbeli GWAS hat új lokuszt azonosított egy összetett testalkat-fenotípussal, amelyet a BMI, a magasság, a súly, a derék és a csípő kerülete, valamint a WHR kombinációja határoz meg [46]. Ezek a megállapítások azt sugallják, hogy olyan összetett tulajdonságok esetében, mint az elhízás és a zsíreloszlás, a több tulajdonság kiaknázása új betekintést nyújthat a biológiai utakba.

3. Gén – környezet interakció az elhízáson és a testzsír-eloszláson a megfigyelési tanulmányokban

Az elhízás és az elhízással összefüggő rendellenességek folyamatos növekedése párhuzamosan drámai változásokkal változik a „hagyományos” és az „obesogén” lakókörnyezet között, amelyet a jóízű, energiasűrű étrend, a csökkent fizikai aktivitás, az elhúzódó ülőidő, az alváshiány jellemez és a kulturális háttér elmozdulása [47,48]. Az obesogén étrend és az életmód az elhízási járvány fő mozgatórugói. Régóta megjegyezték azonban, hogy az étrend/életmód megváltoztatására reagálva jelentős az egyének közötti változékonyság, és az eredendő tényezők, például a genetikai felépítés, legalább részben figyelembe vehetik ezt a változékonyságot [21,48,49,50,51]. Valójában egyre több tanulmány készült a gén-környezet interakciókról az elhízás és a testzsír-eloszlás kapcsán, ami alátámasztja azt a hipotézist, hogy az öröklődés hiánya legalább részben a gén-környezet interakciókkal magyarázható [48,52,53,54 ]. Annak vizsgálata, hogy a genetikai variánsok hogyan hatnak a környezeti tényezőkre, új betekintést nyújthat az elhízás és a testzsír-eloszlás biológiájába, valamint személyre szabott intervenciós stratégiákat dolgozhat ki az elhízással kapcsolatos rendellenességek kockázatának csökkentése érdekében.

4. A fogyás és a testzsír megoszlásának genotípusa, változásai az étrend/életmódbeli beavatkozásokra adott válaszként

Asztal 1

Kiválasztott tanulmányok a gén – diéta interakciókról a fogyás, a hasi zsíreloszlás és a testösszetétel szempontjából a POUNDS Lost vizsgálatban.