Role of -463G/A Promoter Polymorphism of Myeloperoxidase in the Development of Atherosclerosis

Abstract

Valtimonkovettumatauti eli ateroskleroosi on vuosikymmenien aikana kehittyvä sairaus, jolle on tyypillistä rasvan ja tulehdussolujen kertyminen suonen seinämään. Ateroskleroosin kliiniset ilmenemismuodot, kuten sepelvaltimotauti, aivoverenkiertohäiriöt sekä raajojen valtimoiden ahtautuminen ovat merkittäviä toimintakyvyn laskun ja kuolleisuuden aiheuttajia Suomessa ja muissa länsimaissa.

Ateroskleroosimuutoksista on tunnistettu neutrofiilien, monosyyttien ja makrofagien erittämää hemientsyymiä, myeloperoksidaasia (MPO). MPO on osa immuunipuolustuksen hapettamisjärjestelmää joka kykenee hapettamaan verisuonen seinämään kertynyttä low density lipoproteiinia (LDL). MPO-entsyymiä koodaavan geenin säätelijä- eli promoottorialueella esiintyy perinnöllistä vaihtelua, polymorfismia. Geenin aktiivisuuteen vaikuttavasta promoottorialueen pistemutaatiosta -463G/A (rs2333227) johtuen väestössä esiintyy sekä GG, AG että AA genotyyppien kantajia. A-alleelin kantajilla MPO-geenin aktiivisuus on alentunut moninkertaisesti verrattuna GG genotyypin kantajiin.

Väitöskirjatyön tavoitteena oli selvittää MPO-geenin perinnöllisen vaihtelun yhteyttä LDL:n hapettumiseen, sepelvaltimoiden virtauksen reserviin, kaulavaltimoiden seinämäpaksuuteen sekä rinta- ja vatsa-aortan ateroskleroottisiin muutoksiin. Koska estrogeenireseptori alfan (ER?) tiedetään sitoutuvan tehokkaammin A-alleeliin, tutkittiin MPO genotyypin vaikutusta LDL:n hapettumiseen sekä ateroskleroosin etenemiseen myös pitkäaikaisen hormonikorvaushoidon aikana.

Tutkimus perustuu viiteen tutkimussarjaan, joihin kuului yhteensä 685 tutkittavaa. Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin MPO genotyypin vaikutusta selpelvaltimokierron reserviin lievästi hyperkolesterolemisten mutta muutoin terveiden 49 miehen aineistossa. Toisessa osatyössä tutkittiin MPO genotyypin yhteyttä kaulavaltimoiden ultraäänitutkimuksen tulokseen tyypin 2 diabetesta sairastavilla ja ei-diabeetikoilla 196 keski-ikäisen miehen aineistossa. Kolmannessa osatyössä selvitettiin MPO genotyypin yhteyttä vatsa- ja rinta-aortan ateroskleroottisiin muutoksiin 266 keski-ikäisen miehen ruumiinavausaineistossa. Neljännessä osatyössä tutkittiin MPO genotyypin vaikutusta LDL:n hapettumiseen hormonikorvaushoidon aikana 87 postmenopausaalisen naisen aineistossa. Viidennessä osatyössä tutkittiin samassa 87 naisen aineistossa MPO genotyypin yhteyttä ateroskleroottisten muutosten etenemiseen hormonikorvaushoidon aikana.

Ensimmäisessä osatyössä GG genotyyppiä kantavilla miehillä todettiin alhaisempi sepelvaltimokierron reservi kuin A-alleelin kantajilla. Toisessa osatyössä todettiin GG genotyypin kantajilla matalampi kaulasuonten seinämäpaksuus kuin A-alleelin kantajilla, mutta tyypin 2 diabeetikoilla eroa genotyyppien välillä ei tullut esiin. Kolmannessa osatyössä todettiin A-alleelin kantajilla suuremmat fibroottiset ja kalkkeutuneet ateroskleroottiset muutokset vatsa-aortassa kuin GG genotyypin kantajilla mutta yhteys heikkeni ikäriippuvaisesti. Neljännessä osatyössä todettiin hormonikorvaushoitoa saavilla GG genotyypin kantajilla korkeammat hapettunutta LDL:a vastaan muodostuneiden vasta-aineiden tasot kuin niillä GG genotyypin kantajilla jotka eivät saaneet hormonikorvaushoitoa. Viidennessä osatyössä todettiin ateroskleroosin etenemisen olevan hitaampaa niillä GG genotyypin kantajilla jotka saivat hormonikorvaushoitoa verrattuna lääkkeettömiin kontrolleihin, kun taas A-alleelin kantajilla ei vastaavaa yhteyttä todettu.

Yhteenvetona väitöskirjatutkimuksen tuloksista voi todeta että MPO -463G/A (rs2333227) polymorfismi on yhteydessä ateroskleroosin ilmiasuun ja toimii ateroskleroosin geneettisenä markkerina. MPO -463G/A polymorfismin A-alleelin kantajien saama hyöty postmenopausaalisesta hormonikorvaushoidosta saattaa jäädä GG genotyypin kantajia vähäisemmäksi.

Background. Atherosclerosis results from a combination of environmental risk factors and genetic susceptibility which contribute individually in the clinical expression of cardiovascular disease. The atherosclerotic disease process is considered to be a chronic proliferative inflammatory response involving the extravasation and accumulation of blood inflammatory cells i.e., monocyte-macrophages and lymphocytes in the arterial intima. Myeloperoxidase (MPO) is a heme peroxidase found in neutrophils, monocytes and tissue macrophages. In addition to the essential role of MPO as a component of the innate immune responses, both MPO and its reactive oxidants are enriched in human atheroma. The MPO gene has a functional G/A promoter polymorphism (rs2333227) at position -463, which affects the transcription efficiency of the GG, AG and AA genotypes and creates an estrogen receptor α (ERα) binding site to the A-allele.

Objectives. To investigate the association between MPO -463G/A (rs2333227) genotypic variation and lipoprotein oxidation, coronary reactivity, the carotid artery intima-media thickness (IMT) and the development of early and advanced atherosclerotic lesions in the thoracic and abdominal aortas was analyzed. In addition, as the ERα is known to bind more effectively to A-allele than to G-allele, the association of MPO genotype dependent effect on atherosclerosis progression during long-term hormone replacement therapy (HRT) was assessed.

Subjects and Methods. The study was based on five different study populations (Studies I-V), comprising a total of 685 individuals. In Study I, the association of the MPO genotypes with the coronary blood flow was examined in 49 healthy but mildly hypercholesterolemic men. In Study II, the link between MPO genotypes and carotid IMT was studied in 37 men with type 2 diabetes mellitus (DM) and in 161 non-diabetic middle-aged men. In Study III, the relationship between the MPO genotypes and autopsy-confirmed areas of different types of atherosclerotic lesions in the abdominal and thoracic aorta was examined in 266 middle-aged men. In Study IV, the effect of the MPO genotype on lipoprotein oxidation was studied in 87 women with long-term HRT. In Study V, the effect of MPO genotypes on the progression of atherosclerosis was studied in the same study population.

Results. In Study I, the GG genotype carriers had 18.1% lower coronary flow reserve than A-allele carriers. In Study II, the non-diabetic subjects GG homozygotes had lower overall carotid IMT than A-allele carriers whereas no genotype dependent association was found among men with type 2 DM. In the autopsy Study III, the MPO GG genotype carriers had smaller area of fibrotic and calcified lesions in the abdominal aorta. The association weakened with advancing age. In Study IV, the MPO GG genotype carriers on long-term HRT were found to have higher values of antibodies against low-density lipoprotein than women without treatment. In Study V, the progression of atherosclerosis was faster in non-treated controls than HRT users among the GG homozygotes whereas no such association was found among A-allele carriers.

Conclusions. We conclude that the MPO -463G/A (rs2333227) polymorphism is a genetic marker for atherosclerosis. Postmenopausal females carrying the A-allele may benefit less from long-term HRT.