Ανίχνευση γονιδιακών πολυμορφισμών πιθανών αιτιοπαθογενετικών παραγόντων της εκφυλιστικής οστεοαρθρίτιδας της σπονδυλικής στήλης στον ελληνικό πληθυσμό

Abstract

Introduction: Intravertebral disc degeneration (IDD) of the spine demonstrates an international prevalence of 15% in the general population and over 50% in people aged over 60 years. Modern epidemiological studies have shown that degenerative osteoarthritis is a disease of major concern with a huge economic and social impact,due a variety of reasons and has become the most common cause of prescription of non steroidal anti-inflammatory drugs, with all the consequences this entails especially for senior citizens. Gene polymorphisms, especially for clinical and image-confirmed spinal disc degeneration, osteoarthritis of the spine, have never been previously studied in the Greek population. Aim: The aim of the study was to investigate the risk factors and the genetic background of degenerative osteoarthritis of the spine in the Greek population by detection of specific genetic polymorphisms, which may be involved in the etiology of the disease. Methods: Detailed examination and analysis of GDF5, CDMP1, CDMP2, Asporin, SMAD3 and locus 7q22 genes, of 258 patients (188 female and 70 male) with clinically and radiologically confirmed degenerative osteoarthritis, and 243 control subjects (138 female and 105 male) were done in order to determine the percentage correlation of genetic background deemed responsible in Greece. Results: Totally, 298 (59.5%) subjects expressed GDF5, 297 (59.4%) the protein SMAD3, 364 (73.1%) the protein ASPN and 468 (93.6%) the chromosome 7q22. Patients suffering from osteoarthritis had significantly higher body mass index (27,9 ±4,8 versus 26,7 ± 4,8, p <0,05), significantly higher exposure to professionals risks(15.5% vs. 1.2%, p <0,05), significantly more severe physical stress (20.9% compared to 0,8%, p <0,05), never done physical exercise in a significantly greater percentage(77.9% vs 0%, p < 0.05), and suckled at a significantly higher rate (58.3% vs. 0%,p<0,05) compared with controls. Only patients with osteoarthritis had pain and reported limitation on activity due to pain. Overall, 231 (89.5%) patients had osteoarthritis of the lumbar spine, 165 (64%) in the cervical spine and 82 (31.8%) in the thoracic spine. Patients with osteoarthritis expressed alleles on chromosome 7q22 and protein Smad3. Specifically, significantly more patients in comparison to control sexpressed SNPs rs3815148 (64 vs 1, p <0,05), SNPs rs331377 (136 vs 1, p <0,05),SNPs rs17154040 (114 vs 1, p < 0.05), SNPs rs3801954 (130 vs 1, p <0,05) and SNPs rs2023685 (93 vs 0, p <0,05). Single marker association tests, showed SNPsrs3801954 and rs2023685 to be associated with the disorder (p-value 0.0312 and0.0041 respectively), but only SNP rs2023685 retained a significant p-value (0.046)after performing 1000 permutation tests. Haplotype association tests indicated that haplotypes ATCATCC (p-value 0.0064) and CTTACCT (p-value 0.0105) seem to be associated to IDD and sustained this signal even after performing 1000 permutation tests (permutation p-value 0.006 and 0.011 respectively). Single markers and haplotypes association tests on SNP rs422342 found it to be statistically (p-value 0.0282) associated to IDD (permutation p-value 0.042). Conclusions: The risk factors were found to be responsible for the development of osteoarthritis in Greek population was obesity, heavy physical stress, failure to exercise and manual labor. Most patients had osteoarthritis mainly in the lumbar and cervical spine. Osteoarthritis of patients was due to the expression of alleles on chromosome 7q22 and protein Smad3. The agent GDF5 and the protein Asporin played no significat role in the expression of osteoarthritis. This is the first genotyping of these genes thought to be involved in OA for the Greek populace and the results show the genetic basis of OA in Greece is different at least from the Asiatic countries.

Εισαγωγή: Η εκφύλιση του μεσοσπονδύλιου δίσκου της σπονδυλικής στήλης έχει επικράτηση της τάξης του 15% στο γενικό πληθυσμό και πάνω από 50% σε άτομα ηλικίας άνω των 60 ετών. Σύγχρονες επιδημιολογικές μελέτες έχουν δείξει ότι η εκφυλιστική οστεοαρθρίτιδα είναι μια ασθένεια μείζονος ενδιαφέροντος με τεράστιο οικονομικό και κοινωνικό αντίκτυπο, που οφείλεται σε διάφορους λόγους και έχει γίνει η πιο κοινή αιτία της συνταγογράφησης των μη στεροειδών αντιφλεγμονωδών φαρμάκων, με όλες τις συνέπειες που αυτό συνεπάγεται ιδίως για τους ηλικιωμένους. Πολυμορφισμοί, ειδικά για την κλινικά και ακτινολογικά επιβεβαιωμένη οστεοαρθρίτιδα της σπονδυλικής στήλης, δεν έχουν ποτέ μελετηθεί στον ελληνικό πληθυσμό. Σκοπός: Ο σκοπός της μελέτης ήταν να διερευνηθούν οι παράγοντες κινδύνουκαι το γενετικό υπόβαθρο της εκφυλιστικής οστεοαρθρίτιδας της σπονδυλικής στήλης στον ελληνικό πληθυσμό με την ανίχνευση ειδικών γενετικών πολυμορφισμών, η οποία μπορεί να εμπλέκεται στην αιτιολογία της νόσου. Μεθοδολογία: Έγινε λεπτομερής εξέταση και ανάλυση του GDF5, CDMP1, CDMP2, Asporin, Smad3 και του χρωμοσώματος 7q22 σε 258 ασθενείς (188 γυναίκες και 70 άνδρες) με κλινικά και ακτινολογικά επιβεβαιωμένη εκφυλιστική οστεοαρθρίτιδα και σε 243 άτομα ελέγχου (138 γυναίκες και 105 άνδρες) προκειμένου να προσδιοριστεί το ποσοστό συσχέτισης του γενετικού υπόβαθρου που θεωρείται υπεύθυνο στην Ελλάδα. Αποτελέσματα: Ο παράγοντας GDF5 εκφράστηκε σε 298 (59,5%) άτομα, η πρωτεΐνη SMAD3 σε 297 (59,3%), η πρωτεΐνη ASPN σε 364 (72,7%) και τοχρωμόσωμα 7q22 σε 468 (93,4%) στο σύνολο του πληθυσμού. Οι ασθενείς που έπασχαν από οστεοαρθρίτιδα είχαν σημαντικά μεγαλύτερο δείκτη μάζας σώματος (27,9±4,8 έναντι 26,7±4,8, p<0,05), σημαντικά μεγαλύτερη επαγγελματική έκθεση(15,5% έναντι 1,2%, p<0,05), σημαντικά μεγαλύτερη βαριά σωματική καταπόνηση (20,9% έναντι 0,8%, p<0,05), δεν έκαναν ποτέ φυσική άσκηση σε σημαντικά μεγαλύτερο ποσοστό (77,9% έναντι 0%, p<0,05) και θήλασαν σε σημαντικά μεγαλύτερο ποσοστό (58,3% έναντι 0%, p<0,05) σε σχέση με τους μάρτυρες. Μόνο οι ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα ανέφεραν πόνο και περιορισμό δραστηριοτήτων λόγω πόνου. Συνολικά, 231 (89,5%) ασθενείς εμφάνισαν οστεοαρθρίτιδα στην οσφυϊκή μοίρα της σπονδυλικής στήλης, 165 (64%) στην αυχενική μοίρα της σπονδυλικής στήλης και 82 (31,8%) στη θωρακική μοίρα της σπονδυλικής στήλης. Η οστεοαρθρίτιδα στους ασθενείς οφειλόταν στην έκφραση αλληλομόρφων του χρωμοσώματος 7q22 και της πρωτεΐνης Smad3. Συγκεκριμένα, σημαντικά περισσότεροι ασθενείς σε σχέση με μάρτυρες εξέφρασαν το αλληλόμορφο rs3815148 (64 έναντι 1, p<0,05), το αλληλόμορφο rs331377 (136 έναντι 1, p<0,05), το αλληλόμορφο rs17154040 (114 έναντι 1, p<0,05), το αλληλόμορφο rs3801954 (130 έναντι 1, p<0,05) και το αλληλόμορφο rs2023685 (93 έναντι 0, p<0,05). Δοκιμασίες έδειξαν τα SNPs rs3801954 και rs2023685 να σχετίζονται με τη νόσο (p-value 0,0312και 0,0041, αντιστοίχως), αλλά μόνο το SNP rs2023685 διατήρησε σημαντικό p-value(0,046) μετά την εκτέλεση 1000 δοκιμών μεταλλάξεων. Δοκιμές συσχέτισης των απλότυπων έδειξαν ότι οι απλότυποι ATCATCC (p=0.0064) και CTTACCT(p=0.0105) φαίνεται να σχετίζονται με οστεοαρθρίτιδα της σπονδυλικής στήλης και διατήρησαν αυτό το αποτέλεσμα ακόμη και μετά την εκτέλεση 1000 δοκιμών μεταλλάξεων (p των μεταλλάξεων 0,006 και 0,011 αντίστοιχα). Δοκιμασίες ελέγχου συσχέτισης των δεικτών και απλοτύπων για το SNP rs422342 έδειξε ότι σχετίζεται στατιστικά σημαντικά (p=0.0282) με την οστεοαρθρίτιδα της σπονδυλικής στήλης (pμεταλλάξεων = 0,042). Συμπεράσματα: Οι παράγοντες κινδύνου που βρέθηκαν να ευθύνονται για την ανάπτυξη της οστεοαρθρίτιδας είναι η παχυσαρκία, η βαριά σωματική καταπόνηση, η μη άσκηση και η χειρωνακτική εργασία. Οι περισσότεροι ασθενείς εμφάνισαν οστεοαρθρίτιδα κυρίως στην οσφυϊκή και αυχενική μοίρα της σπονδυλικής στήλης. Η οστεοαρθρίτιδα στους ασθενείς οφειλόταν στην έκφραση αλληλομόρφων του χρωμοσώματος 7q22 και της πρωτεΐνης Smad3. Ο παράγοντας GDF5 και η πρωτεΐνη Asporin δεν έπαιξε σημαντικό ρόλο στην έκφραση της οστεοαρθρίτιδας. Αυτή είναι η πρώτη μελέτη ανάλυσης του γονότυπου αυτών των γονιδίων που πιστεύεται ότι εμπλέκονται στην οστεοαρθρίτιδα στον ελληνικό λαό και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η γενετική βάση της οστεοαρθρίτιδα στην Ελλάδα είναι διαφορετική τουλάχιστον από τις Ασιατικές χώρες.