Αλληλεπιδράσεις γονιδίων και διατροφικών παραγόντων στην παιδική παχυσαρκία

Abstract

Background Although the increased obesity levels have been attributed to environmental changes such as dietary changes, a strong genetic component has also been shown to contribute to obesity epidemic. Genome-wide association studies (GWAS) have been successful in identifying multiple genetic loci associated with markers of obesity. However, the identified variants or their cumulative effects explain only a small proportion of the heritability of common obesity and body mass index (BMI). Gene-environment interactions defined as the joint effect of genetic and environmental factors might explain some of the missing heritability of common obesity.Aim To investigate the effects of dietary and genetic factors as well as their interactions on markers of obesity in subjects from the TEENAGE study.Methods The TEENAGE study is a cross-sectional study comprising 857 (54,8% κορίτσια) healthy Greek adolescents aged 13,4 ± 0,9 years. Detailed anthropometric, dietary, lifestyle, medical, demographic and biochemical data were available for all study participants. DNA samples were genotyped using Illumina HumanOmniExpress BeadChips (Illumina, San Diego, USA) at the Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, UK. GWAS analyses were conducted for BMI, overweight risk, obesity risk, waist circumference, waist-to-height ratio and body fat. Effects of dietary factors, which have been studied for their contribution in childhood obesity, and of established adult BMI and childhood obesity variants as well as their interactions on obesity markers were investigated in subjects from the TEENAGE study. The cumulative effects of both dietary and genetic variants were investigated with use of dietary-lifestyle indices [Obesity Preventive Score (OPS) and KIDMED and Genetic Risk Score-34 (GRS-34) respectively].Results Prevalence of overweight and obesity was 24.3% and 6.5% respectively in subjects from the TEENAGE study. Family meals, OPS and KIDMED were associated negatively with almost all markers of obesity (p < 0.05). Although, GWAS analysis did not reveal any variants associated with obesity markers at genome-wide significance level (p > 5.0 * 10-8), variants at the FTO, TMEM18, ΒDNF, FAIM2, RBJ, ZNF608 and QPCTL loci yielded at least nominal evidence for association with BMI and/or overweight risk (p < 0.05). Even though we did not detect any genome-wide significant associations, 27 out of 34 variants yielded directionally consistent effects with those reported by large-scale meta-analyses (binomial sign test p = 0.0004). The GRS-34 was associated with both BMI (beta = 0.17 kg/m2 /allele; p < 0.001) and overweight risk (OR = 1.09/allele; 95% CI: 1.04-1.16; p = 0.001). Several interactions between BMI and childhood obesity variants and dietary factors were associated with BMI at least at nominal significance level (p < 0.05), but none of them surpassed the genome-wide significance threshold. The association of the GRS-34 × fastfood frequency was also associated with BMI (p = 0,048). A 5-risk-allele increment of the GRS-34 was associated with increase in BMI (p = 3.1 * 10-4) only in subjects with more frequent consumption of fastfood meals.Conclusions Several dietary factors might affect only a subpopulation of obesity-susceptible individuals or vice versa several genetic factors might affect obesity risk only after exposure to a certain dietary factor. Understanding the combined interplay of both factors during childhood and adolescence, when dietary habits are established – could provide insights into the complexity of obesity.

Εισαγωγή Η αύξηση του επιπολασμού της κοινής παχυσαρκίας οφείλεται στην επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων, όπως η διατροφή. Η ‘αντίδραση’ των ατόμων στους παράγοντες αυτούς όμως, φαίνεται να καθορίζεται από γενετικούς παράγοντες. Οι μελέτες συσχέτισης του γονιδιώματος έχουν εντοπίσει περισσότερες από 50 περιοχές που συσχετίστηκαν με διάφορους δείκτες παχυσαρκίας. Ωστόσο, η επίδραση του καθενός χωριστά ή/και η αθροιστική τους επίδραση στον κίνδυνο της παχυσαρκίας είναι μικρή. Οι αλληλεπιδράσεις γενετικών-περιβαλλοντικών παραγόντων, που περιγράφουν την επίδραση του συνδυασμού τους, η οποία διαφέρει από την επίδραση του κάθε παράγοντα χωριστά, ίσως εξηγούν ένα μέρος του κινδύνου της παχυσαρκίας.Σκοπός Η διερεύνηση της επίδρασης διατροφικών και γενετικών παραγόντων καθώς επίσης και των αλληλεπιδράσεων τους σε δείκτες παχυσαρκίας σε παιδιά εφηβικής ηλικίας της μελέτης TEENAGE.Μεθοδολογία Η μελέτη TEENAGE αποτελεί μία συγχρονική μελέτη 857 (54,8% κορίτσια) παιδιών Ελληνικής καταγωγής ηλικίας 13,4 ± 0,9 ετών, στα οποία αξιολογήθηκαν ανθρωπομετρικά, διατροφικά και δημογραφικά δεδομένα, χαρακτηριστικά του τρόπου ζωής και στα οποία πραγματοποιήθηκε κλινική εξέταση και αιμοληψία. Η απομόνωση βιολογικών υλικών περιελάμβανε δείγματα ορού, πλάσματος και γενετικού υλικού. Πραγματοποιήθηκε σάρωση του γονιδιώματος με τη χρήση του Illumina HumanOmniExpress BeadChips (Illumina, San Diego, USA) στο ερευνητικό κέντρο Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, UK. Ακολούθησε ανάλυση συσχέτισης του γονιδιώματος με ανθρωπομετρικούς δείκτες (ΔΜΣ, κίνδυνος υπέρβαρου και παχυσαρκίας, περιφέρεια μέσης, λόγος περιφέρειας μέσης/ύψος και λιπώδης μάζα). Διερευνήθηκε η επίδραση διατροφικών παραγόντων, που έχουν μελετηθεί για την συσχέτισή τους με την παιδική παχυσαρκία, και ήδη γνωστών πολυμορφισμών για τον ΔΜΣ και την παιδική παχυσαρκία στους ίδιους δείκτες καθώς επίσης και οι αλληλεπιδράσεις τους στον ΔΜΣ. Η αθροιστική επίδραση των διατροφικών και γενετικών παραγόντων εκτιμήθηκε με την χρήση δεικτών [δείκτης Obesity Preventive Score (OPS) και KIDMED και Genetic Risk Score-34 (GRS-34) αντίστοιχα].Αποτελέσματα Συνολικά, 24,3% και 6,5% των παιδιών της μελέτης ήταν υπέρβαρα και παχύσαρκα αντίστοιχα. Συνολικά 29,0% των εφήβων ήταν υπο-αναφορείς. Μετά τον αποκλεισμό τους και έλεγχο για συγχυτικούς παράγοντες, τα οικογενειακά γεύματα και οι δείκτες OPS και KIDMED συσχετίστηκαν αρνητικά (p < 0,05) σχεδόν με όλους τους δείκτες παχυσαρκίας. Αν και δεν εντοπίστηκε κάποιος νέος πολυμορφισμός για τους δείκτες παχυσαρκίας (p > 5,0 * 10-8), οι πολυμορφισμοί των FTO, TMEM18, BDNF, FAIM2, RBJ, QPCTL και ZNF608 συσχετίστηκαν με τον ΔΜΣ ή/και τον κίνδυνο υπέρβαρου τουλάχιστον σε οριακό επίπεδο σημαντικότητας (p < 0,05) μετά από έλεγχο για το φύλο και την ηλικία. Συνολικά, η κατεύθυνση της επίδραση 27 από τους 34 πολυμορφισμούς ήταν ίδια (p = 0,0004) με αυτή που δημοσιεύθηκε από τις δύο μετα-αναλύσεις. Ο δείκτης GRS-34 συσχετίστηκε με τον ΔΜΣ (β = 0,17kg/m2/ αλληλόμορφο, p < 0,001) και με τον κίνδυνο υπέρβαρου (OR = 1,09, 95% CI: 1,04-1,16, p = 0,001). Εντοπίστηκαν αρκετές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των 34 πολυμορφισμών με διατροφικούς παράγοντες στον ΔΜΣ (p < 0,05). Η αλληλεπίδραση του GRS-34 με την συχνότητα κατανάλωσης γευμάτων σε εστιατόρια/fastfood στον ΔΜΣ των παιδιών ήταν επίσης σημαντική (p = 0,048). Η αύξηση του GRS-34 κατά 5 αλληλόμορφα κινδύνου συσχετίστηκε με αύξηση του ΔΜΣ (p = 3,1 * 10-4) μόνο στα άτομα με συχνότερη κατανάλωση γευμάτων αυτού του τύπου.Συμπεράσματα Ορισμένοι διατροφικοί παράγοντες ίσως επηρεάζουν μόνο ένα μέρος του πληθυσμού με αυξημένη γενετική προδιάθεση για την παχυσαρκία ή αντίστροφα ορισμένοι γενετικοί παράγοντες ίσως επηρεάζουν τον κίνδυνο παχυσαρκίας μόνο κατά την έκθεση σε κάποιον διατροφικό παράγοντα. Η αξιολόγηση της συνδυαστικής επίδρασης και των δύο από την παιδική ηλικία ακόμη ίσως συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση της παχυσαρκίας.