Оценка влияния сахарного диабета 2 типа и употребления кофеина на активность фермента CYP1A2.

Справочная информация

• В организме человека кофеин почти полностью метаболизируется в параксантин с помощью цитохрома P450 1A
• В популяции здоровых людей активность фермента высоковариабельна, в связи с влиянием этнических и наследственных факторов.
• Потребление кофе и курение дозозависимо индуцируют активность CYP1A
  • На моделях грызунов доказано, что инсулин действует как индуктор активности данного фермента, однако на людях данная взаимосвязь не оценивалась.
• Полиморфизм гена CYP1A2 способствует индивидуальным особенностям активности фермента.
  • Например, полиморфизм одного нуклеотида (-163С>А) цитохрома Р 450 1A2 ассоциирован с повышением активности фермента у курильщиков.
• «Золотым стандартом» оценки активности CYP1A2 является системный клиренс кофеина, отражающий совокупное влияние генетических, экологических и эндогенных факторов.
• Минусы данного метода:
  • требуется забор крови
  • высокая стоимость
  • длительность исследования
• Альтернатива системного клиренса кофеина – отношение концентраций параксантин/кофеин в слюне, собранной через 6 часов после приема кофеина.
• В исследовании случай-контроль обнаружено, что пациенты, страдающие сахарным диабетом 2 типа, в течение суток потребляли больше кофе, чем здоровые. Возможно это связано с дневной сонливостью, вызванной заболеванием.
• На основании имеющихся данных о том, что кофеин и инсулин действуют как возможные индукторы активности CYP1A2, сделано предположение о том, что в группе больных СД 2 типа активность фермента будет выше, чем в группе контроля.

Методы

• В исследовании принимало участие 455 человек.
• Критерии исключения:
  • СД 1 типа,
  • неевропеоидная раса,
  • отсутствие информации о точном времени сбора слюны после приема кофеина,
  • отсутствие слюны,
  • отрицательное значение соотношения параксантин/кофеин,
  • технические трудности.
• Окончательная выборка составила 203 участника:
  • 57 человек с сахарным диабетом 2 типа,
  • 14 – без сахарного диабета 2 типа.
• С помощью опросника была получена информация о
  • демографическом статусе,
  • состоянии здоровья,
  • обычном потреблении кофеина.
• Участники сообщали о частоте и количестве потребления кофеинсодержащих продуктов, напитков, пищевых добавок.

Исследование слюны

• Каждый исследуемый собрал 2 пробы слюны в домашних условиях и отправил в лабораторию в конверте вместе с информацией о дате, времени сбора анализов и приеме в этот день продуктов, содержащих кофеин.
• 2 пробирки:
  • с тампонами Salivette (Германия) для определения концентрации кофеина и параксантина,
  • ДНК комплект Oragene (Канада) для экстракции ДНК и генотипирования.
• Участники были инструктированы о правильном сборе слюны:
  • перед сном,
  • не ранее, чем через 30 минут после еды, питья, использования жевательной резинки, курения.
• Образцы слюны были генотопированы на функциональный полиморфизм rs762551 гена CYP1A2, показывающий активность фермента CYP1A2 и маркированный как «высокоиндуцибельный» (А/А) и «малоиндуцибельный» (А/С и С/С) метаболизм кофеина.
• Также были определены концентрации параксантина и кофеина в слюне.

Соотношение параксантин/кофеин

• Участники исследования отличались по:
  • количеству потребления кофеина в день сбора образцов,
  • по интервалу времени между последним приемом кофеина и забором слюны.
• Perera с коллегами показал, что активность CYP1A2 может быть оценена без суточной отмены кофеина, а также оценка фенотипов CYP1A2 является очень зависимой от времени.
• Исследование показало, что отношение параксантин/кофеин в слюне через 6 часов после приема кофеина имеет лучшую корреляцию с внутренним клиренсом кофеина, являющимся «золотым стандартом» оценки активности фермента CYP1A
• Таким образом мольное соотношение параксантина к кофеину наиболее точно показывает активность изучаемого фермента, что позволяет осуществлять сравнение внутри и между группами.
• Через 6 часов после приема кофеина средний показатель соотношения параксантин/кофеин составляет 0.725.
• На рисунке показано соотношение параксантин/кофеин в группах с СД 2 типа и без СД 2 типа. Среднее соотношение у пациентов составляет 1.209, в группе контроля –    946.

Рис. Соотношение параксантин/кофеин в группах с СД 2 типа и без СД 2 типа.

• Данные соотношения параксантин/кофеин, полученные с помощью данной методики временной коррекции находятся в диапазоне от 0 до 2.85 (среднее 0.577±0.411; n=203)
• Данные групп сравнивали с помощью критерия Фишера и теста Стьюдента. Независимая выборка t-теста была использована для сравнения данных скорректированного соотношения параксантин/кофеин.

Результаты

• Изучаемые группы отличались по возрасту, полу, индексу массы тела, приему сахароснижающих препаратов и оральных контрацептивов.
• Кофе являлся основным источником кофеина в обеих группах.
• Общее потребление кофеина в группе СД 2 типа было выше на 96.5 мг в сутки.
  • Несмотря на более короткий интервал между последним приемом кофеина и сбором слюны среди пациентов (5.8 ч против 7.1 ч), уровень параксантина в данной группе оказался выше, чем в контрольной (6.0 против 4.9).
• Частота встречаемости аллели -163С>А гена CYP1A2 была сходна в обеих группах.
  • Тем не менее среди пациентов с СД 2 типа преобладал высокоиндуцибельный генотип А/А (60.7%) над низкоиндуцибельными генотипами С/А и С/С.
• Среднее скорректированное по времени соотношение параксантин/кофеин оказалось значительно выше в группе СД 2 типа (0.700±0.426), чем в группе контроля (0.529±0.396); p=0.010, тест Стьюдента. Это указывает на более высокую среднюю активность фермента CYP1A2 среди пациентов.
  • Когда участники, сообщившие о получении инсулинотерапии, были исключены, разница между группами стала незначительной (0.664 против 0.529; p=0.121).
  • Активность фермента CYP1A2 была значительно выше у пациентов, получающих инсулин.
  • Когда были оценены только участники с СД 2 типа между собой, разница соотношений параксантин/кофеин оказалась статистически незначимой (0.664 против 0.770; p= 0.382).
• Считается, что в Швейцарии ежедневно потребляется 288 мг кофеина на душу населения. Участники, превышавшие данное значение в течение суток, показали более высокую активность CYP1A
  • У пациентов с СД 2 типа, сообщивших о большом потреблении кофеина активность фермента была выше, но незначительно (0.763 против 0.638; p=0.276).
• Генотип CYP1A2, пол, курение не оказали существенного влияния на скорректированное соотношение параксантин/кофеин по всей выборке.
• Два предиктора активности фермента, составлявшие всего 5,3% от всех факторов, значительно  влияли на величину соотношения параксантин/кофеин (СД 2: β=0.146; p=0.040; высокое потребление кофеина: β=0.146; p=0.041).

Таблица 1. Характеристика всех исследуемых, группы пациентов с СД 2 типа и контрольной группы.

Таблица 2. Сравнение скорректированного по времени соотношения параксантин/кофеин с независимой выборкой t-теста.

Обсуждение

• Главным выводом исследования является подтверждение гипотезы о том, что активность фермента CYP1A2 значительно выше в группе с СД 2 типа, чем в группе контроля.
  • Поскольку кофеин почти полностью метаболизируется CYP1A2, более высокая активность данного фермента указывает на более быстрый метаболизм кофеина у пациентов с СД 2 типа.
  • Результаты показывают, что описанный ранее индуцирующий эффект кофеина на свой собственный CYP1A2-опосредованный метаболизм может также присутствовать и в группе СД 2 типа.
• Использовался новый метод коррекции соотношения параксантин/кофеин, учитывающий различные временные интервалы между последним приемом кофеина и сбором слюны. Соотношение параксантин/кофеин участников исследования было скорректировано с учетом коэффициента, рассчитанного от «идеального» интервала в 6 часов.
  • Коррекция применялась только в тех случаях, когда интервал времени был в пределах от 3 до 12 часов до сбора слюны. По сравнению с системным клиренсом кофеина, соотношение параксантин/кофеин слюны точно отражает активность фермента только на данном временном отрезке.
  • Скорректированные по времени соотношения были сопоставимы с опубликованными данными, что подтверждает правильность этого метода.
• Участники, находящиеся на инсулинотерапии, показали более высокую активность CYP1A Кроме того исследования показали взаимосвязь более активного фермента с высоким уровнем эндогенного инсулина.
  • При сравнении пациентов с СД 2 типа между собой значимых отличий активности фермента между получавшими инсулин и находившихся на пероральной сахароснижающей терапии не было. Данный результат позволяет предположить, что инсулин не может быть ключевым фактором этом исследовании.
• Интересно, что интервал времени между последним приемом кофеина и сбором слюны был короче у пациентов с СД 2 типа, чем в контрольной группе, при этом концентрация параксантина в первой группе оказалась выше, подтверждая выводы о более высокой активности CYP1A2 у больных СД 2 типа.
• Из изучаемых факторов, влияющих на активность фермента, высокое потребление кофеина занимает ведущее место, так как является известным индуктором активности CYP1A2, а также пациенты с СД 2 типа в нашем исследовании потребляли большее количество кофеина.
• Длительный прием лекарственных препаратов существенно не влиял на активность фермента, что может быть связано с разнонаправленным действием медикаментов (ингибирование, активация, отсутствие эффекта). Так как каждый препарат отдельно не исследовался, точно оценить полученный результат невозможно.
• Курение, пол, прием пероральных контрацептивов, генотип CYP1A2 не показали значимого влияния на активность фермента. Возможно, в нашем исследовании было недостаточно участников.
• Точный механизм метаболизма кофеина не изучен. Исследования на животных показали повышение активности печеночного CYP1A2 и уровня микросомальной РНК у крыс при потреблении очень высоких доз кофеина. По данным эпидемиологичесих исследований активность фермента в 1.45 раз выше при употреблении литра кофе ежедневно. Данное наблюдение указывает на самоиндукцию фермента CYP1A2 кофеином.
  • Таким образом, человек с высокой активностью CYP1A2 может употреблять больше кофе, так как кофеин метаболизируется быстрее.
• Ограничения данного исследования заключаются в :
  • малой выборке исследуемых,
  • использовании опросников для регистрации времени сбора анализов и количестве потребляемого кофеина,
  • применении кофе (сложного многокомпонентного органического продукта) в качестве основного источника кофеина.

Выводы

• На активность фермента CYP1A2 влияют различные факторы, однако главную роль играет высокое потребление кофеина.
• Предполагаемая активность фермента и, следовательно, скорость метаболизма кофеина значительно выше в группе СД 2 типа, что, возможно, связано с большим потреблением кофеина.
• Учитывая небольшие размеры выборки, результаты должны рассматриваться как предварительные, требующие подтверждения в больших популяциях.

Источник:

1. Urry E, Jetter A, Landolt H-P. Assessment of CYP1A2 enzyme activity in relation to type-2 diabetes and habitual caffeine intake. Nutrition & Metabolism. 2016;13:66. doi:10.1186/s12986-016-0126-6.