het heterozygote voordeel van de Chuvash polycythemia vhlr200w mutatie kan bescherming zijn tegen bloedarmoede

Abstract

de kiemlijn verlies-functie vhlr200w mutatie komt vaak voor in Tsjoevasjië, Rusland en komt voor in andere delen van de wereld. Vhlr200w homozygoten hebben verhoogde hypoxie inducible factor (HIF)-1 en HIF-2 niveaus, verhoogde hemoglobineconcentratie, neiging tot trombose en vroege mortaliteit. Omdat de mutatie aanhoudt van een oude oorsprong, veronderstelden we dat er een heterozygote voordeel is. 34 vhlr200w heterozygoten en 44 controles ouder dan 35 jaar uit Tsjoevasjië, Rusland werden bestudeerd. Bloedarmoede werd gedefinieerd als hemoglobine minder dan 130 g/L bij mannen en minder dan 120 g / L bij vrouwen. Milde anemie was aanwezig in 15% van de vhlr200w heterozygoten en 34% van de controles zonder een gemuteerd vhl-allel. Door multivariate logistische regressie werd de kans op bloedarmoede geschat op een factor 5,6 in de vhlr200w heterozygoten vergeleken met de controlegroepen (95% betrouwbaarheidsinterval 1,4-22,7; P=0.017). Concluderend kan heterozygositeit voor VHLR200W bescherming bieden tegen bloedarmoede; een dergelijke bescherming zou de persistentie van deze mutatie kunnen verklaren.

Inleiding

de r200w-mutatie van het von Hippel Lindau-gen (VHL) is aanwezig op hetzelfde haplotype in bijna alle personen met een heterogene raciale en etnische achtergrond, wat erop wijst dat de mutatie mogelijk is ontstaan bij een stichter vóór de divergentie van menselijke rassen.1 Er is slechts één gemelde uitzondering op deze genetische koppeling.2 Homozygositeit voor VHLR200W is verantwoordelijk voor Chuvash polycythemia, de eerste erkende aangeboren aandoening van augmented hypoxia sensing.3 Tsjoevasj polycythemie komt veel voor in de Tsjoevasjrepubliek van de Russische Federatie4 en op het Italiaanse eiland Ischia; 5 de aandoening komt ook voor in andere delen van de wereld.2,6 Chuvash polycythemia wordt gekenmerkt door verhoogde niveaus van HIF-1α en HIF-2α onder omringende zuurstofcondities 3,7 en upregulatie van een aantal van de doelgenen van HIF.3.8,9 klinische manifestaties omvatten lagere systemische bloeddruk, hogere pulmonale arteriedruk en andere veranderingen in pulmonale vasculaire fysiologie, spataderen, vertebrale en hepatische hemangiomen, lagere aantallen witte bloedcellen en bloedplaatjes, verhoogde serumconcentraties van inflammatoire cytokines, veranderingen in plasma thiolconcentraties, arteriële en veneuze trombose, episodes van ernstige bloedingen, cerebrale vasculaire voorvallen en voortijdige mortaliteit. In tegenstelling tot von Hippel Lindau Cancer predisposition disease zijn er geen kwaadaardige tumoren gevonden die typerend zijn voor dit syndroom en is er geen verhoogd risico op kanker aangetoond.8-13

bij een negatieve selectie voor vhlr200w-homozygoten moet de mutatie in verband worden gebracht met een bepaald type heterozygootvoordeel, zij het gering. Het effect van heterozygositeit voor VHLR200W is echter niet bekend. Slechts zeldzame gevallen van polycythemie geassocieerd met vhlr200w heterozygositeit zijn gemeld.2,6,14 in één studie met 9 Chuvash vhlr200w heterozygoten en 77 Chuvash deelnemers met normale vhl allelen, hadden de vhlr200w heterozygoten significant lagere systemische bloeddruk en hogere serum Pai-1 concentraties. Hoewel geen vhlr200w heterozygote polycythemisch was, was de gemiddelde hemoglobineconcentratie bovendien 4 g/L hoger, maar dit verschil was niet statistisch significant.8

deze studie werd uitgevoerd om prospectief vast te stellen of heterozygoten voor VHLR200W waarneembare fysiologische en klinische verschillen vertonen ten opzichte van personen zonder een gemuteerd vhl-allel, en indien dergelijke verschillen bestaan, om na te gaan of zij een heterozygootvoordeel kunnen opleveren. We hebben eerder gezocht naar een mogelijke bescherming van vhlr200w heterozygoten tegen eclampsie, een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit bij de moeder die gerelateerd is aan dysregulatie van HIF-1-gereguleerde VEGF, maar dit werd niet gevalideerd (Gordeuk et al., ongepubliceerde gegevens, 2011). In deze studie onderzochten we het effect van vhlr200w heterozygositeit op bloedarmoede in een anders niet-geselecteerde Chuvash Monster. Wij veronderstelden dat de identificatie van om het even welk vhlr200w heterozygote voordeel zou kunnen wijzen op potentiële voordelen van chronische verhoging van HIF ’s door farmacologische middelen, zoals inhibitors van PhD’ s.15,16

opzet en methoden

Onderzoeksdoelstelling

het doel van het onderzoek was het vergelijken van klinische en moleculaire kenmerken van een groep heterozygoten vhlr200w ouder dan 35 jaar en een vergelijkbaar aantal controles zonder een gemuteerd vhl-allel ouder dan 35 jaar in de Tsjoevasjrepubliek van de Russische Federatie. De budgettaire beperkingen beperkten de studie tot minder dan 80 onderzoeksdeelnemers.

onderzoeksprotocol

de Howard University Institutional Review Board keurde het onderzoek goed en alle deelnemers verstrekten schriftelijke geïnformeerde toestemming. De studie werd uitgevoerd in de Autonome Republiek Tsjoevasj van de Russische Federatie, die ongeveer 650 kilometer ten zuidoosten van Moskou langs de Wolga ligt. Vhlr200w heterozygoten ouder dan 35 jaar werden geïdentificeerd door eerstegraads familieleden van patiënten met Chuvash polycythemie te bestuderen. Bovendien werden onaangetast, niet-verwante controles, ook van Tsjoevasj-etniciteit en van vergelijkbare leeftijds-en geslachtsdistributie uit de Gemeenschap in hetzelfde geografische gebied Tsjoevasjië opgenomen zonder voorafgaande kennis van hun gezondheidsstatus. De deelnemers aan het onderzoek, die in hun gebruikelijke gezondheidstoestand waren, werden gekenmerkt door een medische voorgeschiedenis, lichamelijk onderzoek met inbegrip van bloeddruk en lichaamsgewicht, en laboratoriumtests van het perifere bloed.

laboratoriumprocedures

volledige bloedtelling werd uitgevoerd door een geautomatiseerde analyzer (Sysmex XT 2000i, Sysmex Corporation, Kobe, Hyogo, Japan). Serumferritineconcentratie werd bepaald door enzyme immunoassay (Ramco Laboratories Inc., Stafford, TX, USA). Plasmaconcentraties van VEGF en serumconcentraties van erythropoëtine en oplosbare transferrinereceptor werden bepaald door enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) (R& D Systems, Minneapolis, MN, USA). Plasma PAI – 1 concentratie werd ook bepaald door ELISA (Innovative Research, Inc., Novi, MI, USA). De serumhepcidinconcentratie werd gemeten met behulp van competitieve ELISA zoals eerder beschreven.17 genotypering voor VHLR200W werd uitgevoerd door PCR zoals eerder beschreven.8

statistieken

de primaire studievergelijking was tussen vhlr200w heterozygoten en genotypisch normale proefpersonen. Analyse van continue variabelen werd gemaakt door de T-test van de Student (na normale transformatie) of door analyse van variantie met aanpassing voor significante covariaten. De categorische variabelen werden geanalyseerd door de χ2-test van Pearson of door logistische regressie met aanpassing voor andere significante variabelen. Skewed continue variabelen werden log-getransformeerd om een normale verdeling te benaderen. Analyses werden uitgevoerd met Stata 10.1 (StatCorp., College Station, TX, USA).

rol van de financieringsbron

Amgen hielp bij het ontwerp van het onderzoek, maar Dr.Gordeuk was volledig verantwoordelijk voor de uitvoering en uitvoering van het onderzoek, het verzamelen, beheren en interpreteren van de gegevens en het schrijven van het manuscript.

resultaten en discussie

de klinische kenmerken van de deelnemers aan het onderzoek zijn samengevat in Tabel 1 volgens vhl-genotype. De gemiddelde waarde voor MCV was lager bij de vhlr200w heterozygoten (P=0,033) en het aantal witte bloedcellen was hoger (P=0,036). De serumferritineconcentraties waren vergelijkbaar in vhlr200w heterozygoten en controles. De gemiddelde (standaardafwijking ) hemoglobineconcentratie was 134 (14) g/L in de vhlr200w heterozygoten en 128 (16) g/L in de controlegroepen zonder een gemuteerd vhl-allel (P=0,10). De omvang van het onderzoeksmonster van 78 heeft een vermogen van 0,50 om het waargenomen verschil van 6 g/L in hemoglobineconcentratie tussen vhlr200w heterozygoten en controles op een significantieniveau van P<0,05 te detecteren. Een steekproefgrootte van 170 zou een vermogen van 0,8 hebben om een dergelijk verschil op te sporen en een steekproefgrootte van 230 zou een vermogen van 0,9 hebben.

volgens de definitie van hemoglobine van de Wereldgezondheidsorganisatie (minder dan 130 g/L bij mannen en minder dan 120 g/L bij vrouwen) waren 18 20 (26%) van de 77 deelnemers aan het onderzoek bloedarmoede (Tabel 2) en was de prevalentie naar geslacht 15 (32%) van 47 vrouwen en 5 (17%) van 30 mannen. De anemie was mild en geassocieerd met dalingen in de MCHC (P=0,002), ferritineconcentratie (P=0,007) en hepcidinconcentratie (P=0,009) en een toename in de erythropoëtine concentratie (P=0,06; Tabel 3), wat suggereert dat de anemie voornamelijk gerelateerd was aan ijzerdeficiëntie.

Tabel 1.Klinische kenmerken van de deelnemers aan het onderzoek volgens vhl-genotype.*

de prevalentie van anemie was 15% in de vhlr200w heterozygoten en 34% in de controlegroepen (p=0,061 volgens Pearson ‘ s χ test). In een logistische regressieanalyse die werd aangepast voor leeftijd, geslacht en een interactie tussen leeftijd en geslacht, waren de geschatte kansen op bloedarmoede 5,6 keer lager in de vhlr200w heterozygoten dan in de controlegroepen (95% betrouwbaarheidsinterval 1,4-22,7; P=0,017). Onder de 5 vhlr200w heterozygoten met bloedarmoede had één 39-jarige vrouw een serumferritineconcentratie van 6 µg/L en hepcidin van 2,5 ng / mL, wat wijst op ijzertekort, en 3 vrouwen en één man hadden onverklaarde bloedarmoede. Onder de 15 controles met bloedarmoede hadden zes vrouwen van 53 jaar of jonger een serumferritineconcentratie van minder dan 20 µg/l en hepcidin van minder dan 21 ng / mL, wat op ijzertekort wijst. Twee mannen in de controlegroep hadden veranderingen die consistent waren met het alcoholeffect (macrocytose en een voorgeschiedenis van alcoholgebruik), één man en vier vrouwen jonger dan 60 jaar hadden onverklaarbare bloedarmoede en één man en twee vrouwen ouder dan 65 jaar hadden anderszins onverklaarbare bloedarmoede (gewoonlijk aangeduid als ‘onverklaarbare bloedarmoede bij ouderen’). Aldus, stelt deze studie voor dat, in tegenstelling tot de schadelijke gevolgen van homozygositeit voor VHLR200W in de vorm van Chuvash polycythemia, heterozygositeit voor VHLR200W tot bescherming tegen bloedarmoede kan leiden. Gebaseerd op onze gegevens, kan dit beschermende mechanisme van toepassing zijn op ijzerdeficiëntie bloedarmoede en bloedarmoede in het algemeen; of het relevant is voor bloedarmoede van ontsteking of bloedarmoede van de ouderen in het bijzonder kan niet worden beantwoord in deze relatief kleine studie. Echter, deze vragen kunnen worden aangepakt in een grotere studie bij de mens en in experimenten met behulp van een muis model van Chuvash polycythemie.7

Tabel 2.Klinische kenmerken van de deelnemers aan de studie afhankelijk van de aan-of afwezigheid van bloedarmoede (hemoglobine <130 g/dL mannen, <120 g/dL vrouwen).*

het lijkt mogelijk dat het waargenomen lagere risico op bloedarmoede bij vhlr200w heterozygoten te wijten is aan een lichte toename van de HIF-activiteit bij normoxie. Van de HIF-transcriptiefactoren is bekend dat zij erythropoëtine, plasminogeenactivatorinhibitor-1, transferrinereceptor, en vasculaire endotheliale groeifactor omhoog-reguleren en hepcidin omlaag regelen.19,20 concentraties van deze producten, gecorrigeerd voor significante covariabelen, worden weergegeven in Tabel 3. Er waren hogere transferrinereceptorconcentraties (P = 0,026) en een trend naar hogere vasculaire endotheliale groeifactor (P=0.14) en erythropoëtine (P=0,18) concentraties onder de vhlr200w heterozygoten. De hepcidinconcentraties verschilden niet per vhl-genotype. Hoewel er in deze studie geen significante verschillen waren in de circulerende erythropoëtineconcentraties tussen vhlr200w heterozygoten en vhl wild-type controles, is er bewijs voor directe stimulatie van erythropoëse door HIF ‘ s onafhankelijk van de erythropoëtineconcentratie, omdat vhlr200w homozygoot erytroïde voorlopercellen een verhoogde respons op erythropoëtine hebben.Bewijs uit een muismodel suggereert dat HIF, naast het bevorderen van de erythropoëtine-en transferrinereceptorexpressie en downregulerende hepcidinexpressie, waarschijnlijk ook de erytropoëse stimuleert door een nog te bepalen ijzerafhankelijk mechanisme.22

Tabel 3.Producten van HIF-gereguleerde genen bij deelnemers aan de studie volgens vhl-genotype.*

een beperking van deze studie is de kleine steekproefgrootte. Om de huidige bevindingen te bevestigen en andere mogelijk subtiele voordelen van de heterozygote staat voor een autosomaal recessieve ziekte te identificeren, zou de studie van een grotere cohort vereist zijn. Een ander potentieel nadeel is dat de algemene prevalentie van bloedarmoede in deze studie hoog lijkt. Informatie over de hematologische status van volwassenen in Rusland in het algemeen of Tsjoevasjië in het bijzonder is schaars. In onze eerder gepubliceerde studie van Chuvashia 8 was de prevalentie van bloedarmoede onder volwassen controlepersonen uit de gemeenschap vergelijkbaar met de huidige studie (24% in totaal, 34% bij vrouwen, 14% bij mannen) (V. Gordeuk, ongepubliceerde observaties, 2011).

concluderend kan een niveau van bescherming tegen bloedarmoede een heterozygote voordeel verklaren voor het vhlr200w-allel, ondanks de hoge mortaliteit van de homozygoten. Bovendien suggereren de hier gepresenteerde gegevens dat lichte verhogingen van de HIF-1-en HIF-2-signalen in normoxie de erytropoëtische activiteit onder normale fysiologische omstandigheden niet zodanig in gevaar brengen dat de hemoglobineconcentratie in gezonde Chuvash-heterozygoten merkbaar zou veranderen. Echter, wanneer een pathologische belediging de vraag naar erytropoëse verhoogt, kan het verhoogde signaleren van HIF ‘ s in heterozygoten erytropoëse in een waarneembare mate verhogen, resulterend in preventie of verbetering van anemie. Aldus, kan het cumulatieve effect van vhlr200w heterozygositeit een graad van bescherming tegen bloedarmoede verstrekken die een voordeel voor het handhaven of zelfs het verhogen van de frequentie van dit genetische polymorfisme in mensen zou kunnen veroorloven. Verder suggereren onze bevindingen dat het verhogen van de HIF-α-spiegels door farmacologische remming van PhD ‘ s bij mensen een veilig middel kan zijn om de erythropoëtineniveaus te verhogen voor de correctie en preventie van anemie en/of om andere potentieel gunstige aspecten van de hypoxische respons te produceren.15

voetnoten

• financiering: gedeeltelijk ondersteund door subsidie n. UH1-HL03679-05 van het National Heart, Lung and Blood Institute (VRG) en het Office of Research on Minority Health, door een subsidie van Amgen, en door NIH-subsidies n. 1 R01 HL079912-01 (VRG) EN R01 HL50077-14 (JTP).
• Auteurschap en DisclosuresThe informatie verstrekt door de auteurs over bijdragen van personen die als auteurs en in licentie is beschikbaar met de volledige tekst van dit papier op www.haematologica.org.
• Financiële en andere toelichtingen verstrekt door de auteurs met behulp van de ICMJE (www.icmje.org) Uniform Format voor de Openbaarmaking van Concurrerende Belangen zijn ook beschikbaar op www.haematologica.org.

• Ontvangen 7 April 2011.Revision received May 11, 2011.
• Geaccepteerd Op 16 Mei 2011.

1. Liu E, Percy MJ, Amos CI, Guan Y, Shete S, Stockton DW. De wereldwijde verspreiding van de mutatie VHL 598C&gt;T wijst op één enkele oprichtingsgebeurtenis. Bloed. 2004; 103(5):1937-40. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / blood-2003-07-2550Google Scholar
2. Cario H. polycythemias/erytrocytosen bij kinderen: classificatie, diagnose, klinische presentatie en behandeling. Ann Hematol. 2005; 84(3):137-45. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1007 / s00277-004-0985-1Google Scholar
3. Ang SO, Chen H, Hirota K, Gordeuk VR, Jelinek J, Guan Y. Verstoring van zuurstof homeostase ligt ten grondslag aan aangeboren Chuvash polycythemie. Nat Genet. 2002; 32(4):614-21. PubMedhttps://doi.org / 10.1038 / ng1019Google Scholar
4. Polyakova LA. Familiale erythrocytose onder de inwoners van de Tsjoevasj ASSR. Problemi Gematologii I perelivaniya Krovi. 1974; 10:30-6. Google Scholar
5. Perrotta s, Nobili B, Ferraro M, Migliaccio C, Borriello A, Cucciolla V. Von Hippel-Lindau-dependent polycythemia is endemic on the island of Ischia: identification of a novel cluster. Bloed. 2006; 107(2):514-9. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / bloed-2005-06-2422google Scholar
6. Percy MJ, McMullin MF, Jowitt SN, Potter M, Treacy M, Watson WH, Lappin TR. Chuvash-type aangeboren polycythemie in 4 families van Aziatische en West-Europese afkomst. Bloed. 2003; 102(3):1097-9. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / blood-2002-10-3246Google Scholar
7. Hickey MM, Lam JC, Bezman NA, Rathmell WK, Simon MC. de mutatie van von Hippel-Lindau bij muizen recapituleert Chuvash polycythemie via hypoxie-induceerbare factor-2alpha signalering en milt erytropoëse. J Clin Invest. 2007; 117(12):3879-89. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1172 / JCI32614Google Scholar
8. Gordeuk VR, Sergueeva AI, Miasnikova GY, Okhotin D, Voloshin Y, Choyke PL. Congenitale stoornis van zuurstofwaarneming: associatie van de homozygote Chuvash polycythemia vhl mutatie met trombose en vasculaire afwijkingen maar niet tumoren. Bloed. 2004; 103(10):3924-32. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / blood-2003-07-2535Google Scholar
9. Bushuev VI, Miasnikova GY, Sergueeva AI, Polyakova LA, Okhotin D, Gaskin PR. Endotheline-1, vasculaire endotheliale groeifactor en systolische pulmonale arteriedruk bij patiënten met Chuvash polycythemie. Haematologica. 2006; 91(6):744-9. PubMedGoogle Scholar
10. Sergueeva AI, Miasnikova GY, Okhotin DJ, Levina AA, Debebe Z, Ammosova T. Elevated homocysteine, glutathione and cysteinylglycine concentrations in patients homozygous for the Chuvash polycythemia VHL mutation. Haematologica. 2008; 93(2):279-82. PubMedhttps://doi.org/10.3324/haematol.11851Google Scholar
11. Smith TG, Brooks JT, Balanos GM, Lappin TR, Layton DM, Leedham DL. Mutation of von Hippel-Lindau tumour suppressor and human cardiopulmonary physiology. PLoS Med. 2006; 3(7):e290. PubMedhttps://doi.org/10.1371 / journal.pmed.0030290Google Scholar
12. Formenti F, Constantin-Teodosiu D, Emmanuel Y, Cheeseman J, Dorrington KL, Edwards LM. Regulering van het menselijk metabolisme door hypoxie-induceerbare factor. Proc Natl Acad Sci USA. 2010; 107(28):12722-7. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1073 / pnas. 1002339107Google Scholar
13. Niu X, Miasnikova GY, Sergueeva AI, Polyakova LA, Okhotin DJ, Tuktanov NV. Veranderde cytokine profielen bij patiënten met Chuvash polycythemie. Am J Hematol. 2008; 84:74-8. Google Scholar
14. Pastore YD, Jelinek J, Ang s, Guan Y, Liu E, Jedlickova K, Krishnamurti L, Prchal JT. Mutaties in het vhl-gen bij sporadische schijnbaar aangeboren polycythemie. Bloed. 2003; 101(4):1591-5. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / blood-2002-06-1843google Scholar
15. Bernhardt WM, Wiesener MS, Scigalla P, Chou J, Schmieder RE, Gunzler V, Eckardt KU. Remming van prolylhydroxylasen verhoogt de productie van erythropoëtine in ESRD. J Am Soc Nephrol. 2011; 21(12):2151-6. Google Scholar
16. Minamishima YA, Kaelin WG. Reactivering van hepatische EPO-synthese bij muizen na PHD-verlies. Wetenschap. 2010; 329(5990):407. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1126 / science. 1192811Google Scholar
17. Ganz T, Olbina G, Girelli D, Nemeth E, Westerman M. Immunoassay for human serum hepcidin. Bloed. 2008; 112(10):4292-7. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1182 / blood-2008-02-139915Google Scholar
18. who Technical Report Series. 1968. Google Scholar
19. Liao H, Hyman MC, Lawrence DA, Pinsky DJ. Moleculaire regulatie van het Pai-1 gen door hypoxie: bijdragen van Egr-1, HIF-1alpha, en C/EBPalpha. FASEB J. 2007; 21(3): 935-49. PubMedhttps://doi.org / 10.1096 / fj.06-6285comGoogle Scholar
20. Semenza GL. Regulering van zuurstofhomeostase door hypoxie-induceerbare factor 1. Fysiologie (Bethesda). 2009; 24:97-106. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1152 / physiol. 00045. 2008 Google Scholar
21. Yoon D, Okhotin DV, Kim B, Okhotina Y, Okhotin DJ, Miasnikova GY. Verhoogde grootte van vaste organen bij patiënten met Chuvash polycythemie en bij muizen met veranderde expressie van HIF-1alpha en HIF-2alpha. J Mol Med. 2010; 88(5):523-30. PubMedhttps: / / doi. org / 10.1007/s00109-010-0599-0Google Scholar
22. Yoon D, Pastore YD, Divoky V, Liu E, Mlodnicka AE, Rainey K. Hypoxia-inducible factor-1 deficiency results in dys-regulated erythropoiesis signaling and iron homeostasis in mouse development. J Biol Chem. 2006; 281(35):25703-11. PubMedhttps://doi.org/10.1074/jbc.M602329200Google Scholar