Jednou z najzávažnejších komplikácií cukrovky (diabetes mellitus, DM) je retinopatia (DR), ktorá po 20 rokoch trvania cukrovky takmer u 100 % pacientov vedie k úplnej strate zraku. Napriek významným vedeckým pokrokom v etiopatogenéze DR, toto ochorenie je stále hlavnou príčinou slepoty a zhoršenia zrakovej ostrosti v populácii produktívneho veku.

Presná patogenéza DR nie je zatiaľ objasnená ale sa uvažuje o niekoľkých rizikových faktoroch. Na prvom mieste sa spomína dĺžka trvania cukrovky a jej zlá kompenzácia. Z ďalších vonkajších faktorov, ktoré môžu ovplyvniť vznik a ďalší priebeh diabetickej retinopatie sú známe fajčenie, konzumácia alkoholu, vysoký krvný tlak, poruchy v hladinách krvných tukov, hormonálna antikoncepcia.

V ostatných rokoch nazhromaždené výsledky a pozorovania ale poukazujú na to, že na vývine DR sa významne podieľajú aj genetické faktory. Tie dôkazy pochádzajú z rôznych zdrojov. Na prvom mieste treba spomenúť, že napriek rovnakému priebehu DM a jeho kompenzácie u časti pacientov sa vyvinie DR u inej nie. Dokonca aj v prípade jedného z najuznávanejších rizikových faktorov DR, čím je dĺžka trvania DM sa pozorovali významné rozdiely. Niektorí postihnutí ani po mnohých rokoch nekompenzovaného DM nemajú DR, kým u iných už po krátkej dobe kompenzovaného DM sa príznaky objavia (Uthra et al. 2008, Sun et al. 2011). Jediným vysvetlením tohto pozorovania je odlišné genetické pozadie u DM pacientov (Schwartz et al. 2012). Okrem tohto nepriameho dôkazu existuje aj celý rad priamych dôkazov. Na prvom mieste treba spomenúť etnickú príslušnosť, resp. populačné rozdiely vo výskyte DR u DM pacientov. Napr. výrazné rozdiely sa našli u afro-američanov a Američanov európskeho pôvodu (rozdielne genetické pozadie). V prospech genetický faktorov hovorí aj rodinná agregácia DR v diabetických rodinách, keď riziko u príbuzných DM pacientov s DR sa našla 3 násobne vyššia incidencia DR v porovnaní s rodinami DM pacientov bez DR (The diabetes control and complications trial research group 1997) .   Aj konkordancia výskytu DR vykazuje zvýšenú hodnotu u monozygotných dvojčiat v porovnaní s dizygotnými. Najpresvedčivejšie dôkazy však pochádzajú priamo z genetických analýz. Napr. väzbová analýza odhalila v ľudskom genóme niekoľko lokusov, ktoré vykazovali väzbu s DR, aj keď samotné gény zatiaľ neboli identifikované. Ide o nasledovné chromozómy: 1q36, 3, 5, 6, 9, 15, 19 a 20 (Imperatore et al. 1998, Hallmann et al. 2007, Looker et al. 2007, Schwartz et al. 2012). Tretím zdrojom dôkazov o spoluúčasti genetických faktorov na vývine DR sú asociačné štúdia, či už celo genómové (Grassi et al. 2011) alebo s variantmi kandidátnych génov (Roy MS. et al.2009, Balasubbu et al. 2010). Celogenómových asociačných štúdií bolo doteraz uskutočnených len niekoľko. Jedna štúdia na mexických Američanov odhalila asociáciu s variantom génu CAMK4 na 5. chromozóme a s variantom génu FMN1 v lokuse 15q13 (Fu et al. 2010). Početnejšie sú štúdiá, ktoré sledovali asociáciu s variantmi tzv. kandidátnych génov. Ako kandidátne gény sa analyzovali predovšetkým gény biochemických dráh ako je polyolová dráha, „increased advenced glycation end products formation“ (AGE) dráha, „glucose- induced“ dráhy, angiogenéza, renín – angitensínová dráha, „tissue matrix remodeling“, aktivácia proteinkinázy C (PKC), tvorba reaktívnych kyslíkov, vaskulárna endoteliálna dysfunkcia a „increased hexosamine flux“ dráha (Balasubbu et al. 2006, Uthra et al. 2008, Ng 2010, Kuo et al. 2014). Pacienti s diabetes mellitus 2. typu majú vysokú variabilitu terapeutických odpovedí na liečbu orálnymi antidiabetikami, preto medzi kandidátne gény možno zaradiť aj gény, ktoré majú vzťah k farmakokinetike aj k farmakodynamike týchto orálnych antidiabetík (CYP2C9, KCNJ11, ABCC8, TCF7L2, OCT1, OCT2 a MATE1, ATM a pod.)

Prehľad niekoľkých doteraz najviac analyzovaných génov:

ALR2: Našla sa asociácie CA opakovanie v tomto géne s DR v niekoľkých pupuláciách ako je Čína (Li et al. 2002), Japonsko (Fujisawa et al. 1999), India (Kumaramanickavel et al. 2003), Čile (Olmos et al. 2000), a Brazília (Richeti et al. 2012). Na druhej strane takáto asociácia sa nenašla v korejskej populácii (Park et al. 2002) a v jednej populácii Brazílie (Santos etal. 2003).

RAGE: Polymorfizmus 374T/A vykázal asociáciu DR vo Švédsku a v Indii. Dokonca polymorfizmus Gly82Ser sa ukázal ako protektívne vo vzťahu k DR v Indii (Ramprasad et al. 2007, Balasubbu et al. 2010, Schwartz et al. 2012). Tieto výsledky však neboli replikované v populácii Číny. Takisto polymorfizmus 429T/C nevykázal asociáciu s DR v Číne ani v Slovinsku.

ATR1: Tento gén sa nachádza v oblasti na 3. chromozome, ktorá vykazovala väzbu s DR.  Napriek tomu v súbore 827 pacientov z Číny polymorfizmy tohto génu nevykazovali asociáciu s DR.

ACE: Inzerčno/delečný polymorfizmus tohto génu bol asociovaný s DR u japonských pacientov, pacientov z Iránu a polymorfizmu rs4343 u pacientov z Číny (Abhary et al. 2009). Na druhej strane takáto asociácia sa nenašla u 283 pacientov zo Španielska.

VEGF: Polymorfizmy promótorovej oblasti tohto génu vykazovali silnú asociáciu s DR v japonskej Nakamura et al. 2009), v kaukazoidných populáciách (Awata et al. 2002, Ray et al. 2004), ale aj v indickej populácii (Balasubbu et al. 2006). Výsledky asociačných štúdií polymorfizmov tohto génu s DB zosumarizovali v meta analýze Lu et al. 2012.

GSTT1: U 604 pacientov kaukazoidného pôvodu delécia tohto génu u DM  pacientov s DR bola dvakrát častejšia ako u pacientov bez DR.

SOD2: V jednej štúdii sa ukázalo, že polymorfizmus tohto génu má protektívny účinok voči DR (Demiryurek et al. 2010).

HFE: Našla sa asociácia mutácie C282Y tohto génu s DR u kaukazoidných DM2 pacientov.

PON1:  Variant L/L tohto génu je silne asociovaný s vývinom DR v japonskej populácii (Abhary et al. 2009).

PAI-1: Delécia 4G v promótorovej oblasti tohto génu bola asociovaná s vyšším rizikom DR u indiánov kmeňa Pima (Nagi et al. 1997).

a3-AR: Takisto u indiánov Pima genotypy Arg/Arg a Arg/Trp boli signifikantnejšie asociované s DR ako genoty Trp/Trp (Nagi et al. 1997).

Z vyššie uvedeného vyplýva, že na vývin DR má vplyv široká škála génov, pričom sa dá očakávať, že vplyv jednotlivých génov bude pomerne malý. Preto sú výsledky analýz jednotlivých génov separátne málo signifikantné, ba v niektorých prípadoch aj protichodné.

Je všeobecne známe, že oxidatívny stres je významným rizikovým faktorom makro-, ale aj mikrovaskulárnych patológií. Nadprodukcia reaktívnych kyslíkových radikálov v mitochondriách môže byť v pozadí týchto patológií. DR je vlastne mikrovaskulárnou komplikáciou DM. Preto mtDNA sa považuje za kandidáta geneticky podmienenej susceptibility DR. Bolo uskutočnených niekoľko štúdií, ktoré sledovali asociáciu mitochondriálnych haplotypov s priebehom a závažnosťou DR. V jednej štúdii zo strednej Európy sa našla významná asociácia haplotypu T s DR u pacientov s DM2 (Kofler et al. 2009). V inej štúdii, uskutočnenej v Taliansku, zase haplotyp H bol signifikantne asociovaný s DR. O populačne špecifickej asociácie mtDNA haploskupín s komplikáciami DM (teda aj DR) referujú iní autori v 3 populáciách židovského pôvodu.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že spoluúčasť genetických faktorov na vývine a závažnosti DR u DM pacientov je nesporná. Výsledky doterajších štúdií však ukazujú, že objasnenie a pochopenie ich úlohy ešte vyžaduje mnohé ďalšie extenzívne štúdiá. Cieľom nášho projektu je vytvoriť materiálnu, vedomostnú a metodickú infraštruktúru a tak  prispieť k riešeniu tejto problematiky, či už identifikáciou niektorých genetických faktorov, ktoré sa podieľajú na patogenéze DR, alebo identifikáciou genetických markerov, ktoré by umožnili vytypovať jedincov so zvýšenou náchylnosťou na DR ešte v predklinickom štádiu, aby sa u nich mohli aplikovať efektívne preventívne zákroky. Je totiž jednoznačne potvrdené, že čím v skorších štádiách vývinu sa zachytí DR, tým sú preventívne zákroky efektívnejšie a v konečnom dôsledku môžu zachrániť zrak DM pacienta.

Poďakovanie: Táto publikácia je výsledkom implementácie projektu „Centrum výskumu závažných ochorení a ich komplikácií“, ITMS 26240120038, podporovaných programom „Research & Developmental Operational Programme, ERDF“.

Literatúra

1. Abhary S, Hewitt AW, Burdon KP et al.: A systematic meta-analysis of genetic associationstudies for diabetic retinopathy. Diabetes, 58(9):2137-2147, 2009.
2. Awata T, Inoue K, Kurihara S, et al.: A common polymorphism in the 5-prime-untranslated region of the VEGF gene is associated with diabetic retinopathy in type 2 diabetes. Diabetes, 51:1635-1639, 2002.
3. Balasubbu S, Rajendran A, Ramasamy K, et al.: Emerging patterns of possible potential candidate gene polymorphisms associated with diabetic retinopathy – a review. Assian J. Exp. Sci., 20:15-28, 2006.
4. Balasubbu S, Sundaresan P, Rajendran A, et al.: Association analysis of nine candidate gene polymorphisms in Indian patients with type 2 diabetic retinopathy. BMC Medical Genetics, 11:158, 2010.
5. Demiryurek AT, Erbagci I, Oztuczu S et al.: Lacko f association between the Thr431Asn and Arg83Lys polymorphisms of the ROCK2 gene and diabetic retinopathy. Curr. Eye. Res., 35(12)1128-1134, 2010.
6. Fu Y-P, Hallman DM, Gonzalez VH et al.: Identification of diabetic retinopathy genes through a genome-wide asociation study among Mexican-Americans from Starr County Texas. J. Ophzhalmol., doi:10.1155/2010/861291, 2010.
7. Fujisawa T, Ikegami H, Kawaguchi Y et al.: Length rather than a specific allele of dinucleotide repeat in the 5’upstream region of the algose reductase gene is associated with diabetic retinopathy. Med., 16:1044-1047, 1999.
8. Grassi MA, Tikhomirov A, Ramalingam S, et al.: Genome-wide meta-analysis for svere diabetic retinopathy. Hum. Molec. Genet., 20(12):272-2481, 2011.
9. Hallman DM, Boerwinkle E, Gonzalez V het al.: A genome-vide linkage scan for diabetic retinopathy susceptibility genes in Mexican Americans with type 2 diabetes from Starr County, Texas. Diabetes, 56(4):1167-1173, 2007.
10. Imperatore G, Hanson RL, Pettitt DJ et al.: Sib-pair linkage analysis for susceptibility gene for microvascular complications among Pima Indians with type 2 diabetes. Diabetes, 47(5):821-830, 1998.
11. Kofler B, Mueller EE, Eder W, et al.: Mitochondrial DNA haplogroup T is associated with coronary artery disease and diabetic retinopathy: a case control study. BMC Medical Genetics, 10(35):1–7, 2009.
12. Kumaramannickavel G, Sripriya S, Ramprasad VL, et al.: Z-2 aldose reductase allele and diabetic retinopathy in India. Ophthalmic Genet., 24:41-48, 2003.
13. Kuo JZ, Wong TY, Rotter JI: Challenges in elucidating the genetics of diabetic retinopathy. JAMA Ophthalmology, 132(1):96-107, 2014.
14. Li Q, Xie P, Huang J et al.: Polymorphisms and functions of the aldose reductase gene 5’regulatory region in Chinese patients with type 2 diabetes mellitus. Chin. Med. J. (Engl), 115(2):209-213, 2002.
15. Looker HC, Nelson RG, Chew E, et al.: Genome-wide linkage analysis to identify loci for diabetes retinopathy. Diabetes, 56(4):1160-1166, 2007.
16. Lu Y, Shi Y, Ge Y, et al.: Two polymorphisms (rs699947. Rs2010963) in the VEGF gene and diabetic retinopathy: An updated meta-analysis. Diabetes and Metabolism, S:3, 2012.
17. Nagi DK, McCormack LJ, Mohamed-Ali V et al.:Dibetic retinopathy, promoter (4G/5G) polymorphism of KAI-1 gene, and PAI-1 activity in Pima Indians with type 2 diabetes. Dibetes Care, 20(8)1304-1309, 1997.
18. Nakamura S, Iwasaki N, Funatsu H, et al.: Impact of variants in the VEGF gene on progression of proliferative diabetic retinopathy. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol., 247:21-26, 2009.
19. Ng PK: Human genetics of diabetic retinopathy: Current perspectives. J. Ophthalmol., doi:10.1155/2010/172593, 2010.
20. Olmos P. Futers S, Acosta AM, et al.: (AC)23 (Z-2) polymorphism of the aldose reductase gene and fast progression of retinopathy in Chilean type 2 diabetics. Diabetes Res. Cli. Pract., 47:169-176, 2000.
21. Park HK, Ahn CW, Lee GT, et al.: (AC)(n) polymorphismm of sldose reductase gene and diabetic microvascular complications in type 2 diabetes mellitus. Diabetes Res. Clin. Pract., 55:151-157, 2002.
22. Ramprasad S, Radha V, Mathias RA et al.: Rage gene promoter polymorphisms and diabetic retinopathy in clinic-based population from Soth India. Eye, 21(3):395-401, 2007.
23. Ray D, Mishara M, Read Davies R et al.: Association of the VEGF gene with proliferative diabetic retinopathy but not proteinuria in diabetes. Diabetes, 53:861-864, 2004.
24. Richeti F, Noronha RM, Waetge RT, et al.: Evaluation of AC(n) and C(-106)T polymorfhisms of the aldose reductase gene in Brazilian patients with DM1 and susceptibility to diabetic retinopathy. Mol. Vis., 13:740-7415, 2007.
25. Roy MS, Hallman M, Fu YP, et al.: Assessment of 193 candidate genes for retinopaty in African Americans with type 1 diabetes. Arch. Ophthalmol. 127(5):605-612), 2009.
26. Santos KG, Tschiedel B, Schneider J, et al.: Diabetic retinopathy in Euro-Brazilian type 2 diabetic patients: relationship with polymorphisms in the aldose reductase, the plasminogen activator inhibitor-1 and the methylentetrahydrofolate reductase gene. Diabetes Res. Clin. Pract., 61:133-136, 2003.
27. Schwartz SG, Brantley MA, Flynn HW: Genetics an diabetic retinopathy. Current Diabetes Reviews, 9:86-92, 2012.
28. Sun JK, Keenan HA, Cavallerano JD, et al.: Protection from retinopathy and other complications in patients with type 1 diabetes of extrema duration. Diabetes Care, 34(4):968-974, 2011.
29. The diabetes control and complications trial research group. Clustering of long-term complications in families with diabetes in the diabetes control and complications trial. Diabetes, 31(1):1829-1839, 1997.
30. Uthra S, Raman R, Mukesh BN et al.: Genetics of diabetic retinopathy. Int. J. Hum. Genet., 8(1-2):155-159, 2008.