Μελέτη συσχέτισης γενετικών παραλλαγών σε αντιοξειδωτικούς παράγοντες με την προδιάθεση για ανάπτυξη ημικρανίας και διαφορετικών κλινικών φαινοτύπων

Abstract

Migraine is a common, multifactorial neurovascular brain disorder with an estimated worldwide prevalence of approximately 15%, female predominance and an increased hereditary risk. It is characterized by recurrent moderate to severe headache attacks, accompanied by symptoms such as nausea, vomiting, photophobia and phonophobia. Approximately 30% of patients experience transient, fully reversible, focal neurological symptoms (aura), usually before the headache phase. Migraine phenotype can be influenced by genetic susceptibility and exposure to environmental triggers. Neurological and vascular mechanisms, predominantly cortical spreading depression, activation of the trigeminovascular system and neurogenic inflammation causing vascular dysfunction, are involved in the pathophysiology of migraine, while it has been recently recognized the involvement of metabolic dysfunction. Findings indicate an unbalanced redox equilibrium in migraine patients with increased oxidative stress and/or reduced antioxidant capacity. Furthermore, oxidative stress seems to be a common denominator of the most migraine triggers. Given the possible involvement of oxidative stress in the pathophysiology of migraine and migraine’s genetic component, variants in oxidative stress-related genes may contribute to migraine susceptibility. Therefore, the current study aimed to investigate the possible association between a panel of ten variants in oxidative stress-related genes (rs4880-SOD2, rs1001179-CAT, rs1050450-GPX1, rs1695-GSTP1, rs1138272-GSTP1, rs1799983-NOS3, rs6721961-NFE2L2, rs35652124-NFE2L2, rs6706649-NFE2L2 and rs660339-UCP2) and the susceptibility to develop migraine and sub-clinical phenotypes, in a Southeastern European Caucasian case-control population. After receiving approval from the local ethics committee, a total of 486 unrelated volunteers were enrolled; 221 migraine patients diagnosed according to the International Classification of Headache Disorders criteria 3rd edition (ICHD-3) served as case group, and 265 neurologically healthy subjects with no personal and family history of migraine or any other headache disorder served as control group. All subjects were of Southeastern European Caucasian origin (Greece). Written informed consent was provided by all study subjects prior to their participation. Epithelial cells were collected from the oral cavity of each subject using sterile buccal swabs. Genomic DNA was extracted from the epithelial cells using a commercial nucleic acid isolation kit (Nucleospin Tissue; Macherey–Nagel GmbH & Co. KG, Düren, Germany), according to the manufacturer’s instructions. Genotypes of the investigated genetic variants were determined by real-time Polymerase Chain Reaction using simple probes for each polymorphism (LightSNiP kit protocols; TIB MOLBIOL) and LightCycler FastStart DNA Master HybProbe Kit, followed by melting curve analysis. All reactions were performed on a LightCycler 480 Instrument platform (Roche Applied Science). Statistical analysis was performed using the IBM SPSS Statistics package (26th edition). The statistical analysis of the results indicated significant association of the GPX1 rs1050450, NOS3 rs1799983 and NFE2L2 rs6706649 genetic variants with migraine susceptibility and typical attack duration in the SEC population of the study. Furthermore, an association between the CAT rs1001179 genetic variant and the age of migraine onset was observed. Finally, the results of the current study provide evidence for an interaction between the CAT rs1001179, GSTP1 rs1138272, NFE2L2 rs35652124 and UCP2 rs660339 genetic variants and distinct migraine environmental triggers. Therefore, the findings of this first association study in a SEC case-control population (Greece) suggest that variants in oxidative stress-related genes might contribute to migraine susceptibility, and after exposure to environmental triggers, migraine attacks are induced. Contrary to other studies, no statistically significant association was observed for the SOD2 rs4880 variant. Further, larger-scale studies, are required to confirm the findings of the present study and to better appreciate the link between oxidative stress and migraine, considering gene-gene and gene-environment interactions.

Η ημικρανία αποτελεί μια συχνή, πολυπαραγοντική, νεύρο-αγγειακή διαταραχή με εκτιμώμενο παγκόσμιο επιπολασμό ~15%, γυναικεία υπεροχή και κληρονομικό χαρακτήρα. Χαρακτηρίζεται από επαναλαμβανόμενες κρίσεις κεφαλαλγίας μέτριας ή μεγάλης έντασης, που συνοδεύονται από συμπτώματα όπως ναυτία, έμετος, φωτοφοβία και ηχοφοβία. Περίπου ένας στους τρεις ασθενείς με ημικρανία εμφανίζει παροδικά, πλήρως αναστρέψιμα, εστιακά νευρολογικά συμπτώματα (αύρα), συνήθως πριν από τη φάση της κεφαλαλγίας. Στην παθοφυσιολογία της ημικρανίας εμπλέκονται νευρολογικοί και αγγειακοί μηχανισμοί, με κυριότερους τη φλοιώδη μετακινούμενη καταστολή, την ενεργοποίηση του τρίδυμο-αγγειακού συστήματος και τη νευρογενή φλεγμονή προκαλώντας αγγειακή δυσλειτουργία, ενώ σχετικά πρόσφατα αναγνωρίσθηκε η εμπλοκή της μεταβολικής δυσλειτουργίας. Ευρήματα υποδεικνύουν διαταραγμένη οξειδοαναγωγική ισορροπία στους ασθενείς με ημικρανία, με αυξημένα επίπεδα οξειδωτικού στρες και μειωμένη αντιοξειδωτική ικανότητα. Επίσης, το οξειδωτικό στρες αποτελεί κοινό παρονομαστή των παραγόντων που φαίνεται από την κλινική πράξη να πυροδοτούν κρίσεις ημικρανίας. Δεδομένης της πιθανής εμπλοκής του οξειδωτικού στρες στους παθοφυσιολογικούς μηχανισμούς της ημικρανίας και της γενετικής συνιστώσας που χαρακτηρίζει την ημικρανία, παραλλαγές σε γονίδια που σχετίζονται με την οξειδοαναγωγική σηματοδότηση μπορεί να συμβάλλουν στην προδιάθεση για εμφάνιση ημικρανίας. Συνεπώς, σκοπό της παρούσας μελέτης αποτελεί η διερεύνηση πιθανής συσχέτισης συνολικά δέκα παραλλαγών σε γονίδια που κωδικοποιούν αντιοξειδωτικούς παράγοντες (rs4880-SOD2, rs1001179-CAT, rs1050450-GPX1, rs1695-GSTP1, rs1138272-GSTP1, rs1799983-NOS3, rs6721961-NFE2L2, rs35652124-NFE2L2, rs6706649-NFE2L2 και rs660339-UCP2) με την προδιάθεση για ανάπτυξη ημικρανίας και διαφόρων κλινικών φαινοτύπων και παραμέτρων, σε Νοτιοανατολικό Ευρωπαϊκό Καυκάσιο πληθυσμό ασθενών-μαρτύρων. Στη μελέτη συμμετείχαν συνολικά 486 μη-συγγενείς ενήλικες εθελοντές Νοτιοανατολικής Ευρωπαϊκής Καυκάσιας προέλευσης που διέμεναν στα ευρύτερα γεωγραφικά πλαίσια της Ελλάδας, εκ των οποίων 221 ήταν ασθενείς με διαγνωσμένη ημικρανία σύμφωνα με την ICHD3, ενώ στην ομάδα ελέγχου συμπεριλήφθηκαν 265 εθελοντές χωρίς ιστορικό οποιασδήποτε κεφαλαλγικής διαταραχής. Μετά από ενυπόγραφη συγκατάθεση, συλλέχθηκαν επιθηλιακά κύτταρα από τη στοματική κοιλότητα (επίχρισμα παρειάς) των συμμετεχόντων με τη χρήση αποστειρωμένων βαμβακοφόρων στυλεών και ακολούθησε απομόνωση γενετικού υλικού (DNA) με τη χρήση εμπορικά διαθέσιμου κιτ απομόνωσης νουκλεϊκών οξέων (Nucleospin Tissue, Macherey-Nagel GmbH & Co., KG). Η ταυτοποίηση των γονοτύπων για τις υπό διερεύνηση γενετικές παραλλαγές πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης πραγματικού χρόνου και ανάλυση των καμπυλών τήξης, χρησιμοποιώντας ανιχνευτή (probe) τύπου Simple Probe (LightSNiP assays), στο θερμικό κυκλοποιητή LightCycler® 480 (Roche Ltd., Switzerland). Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με τη βοήθεια του στατιστικού πακέτου IBM SPSS Statistics (26η έκδοση). Σύμφωνα με τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων, εντοπίστηκε συσχέτιση των παραλλαγών rs1050450 στο GPX1 γονίδιο, rs1799983 στο NOS3 γονίδιο και rs6706649 στο NFE2L2 γονίδιο με την προδιάθεση για εμφάνιση ημικρανίας και την τυπική διάρκεια των ημικρανικών κρίσεων στο Νοτιοανατολικό Ευρωπαϊκό Καυκάσιο πληθυσμό της μελέτης. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε συσχέτιση του γονοτυπικού προφίλ των ασθενών για την παραλλαγή rs1001179 στο γονίδιο CAT με την ηλικία έναρξης της νόσου. Τέλος, εντοπίστηκαν ενδείξεις συσχέτισης της παραλλαγής rs1001179 στο CAT γονίδιο με αυξημένη ευαισθησία για πυροδότηση ημικρανικών κρίσεων μετά από αλλαγές στα ωράρια ύπνου και αλλαγές στη θερμοκρασία ή στη βαρομετρική πίεση, της rs1138272 παραλλαγής στο GSTP1 γονίδιο μετά από λήψη αλκοόλ, της rs35652124 στο NFE2L2 γονίδιο μετά από αλλαγές στη θερμοκρασία ή στη βαρομετρική πίεση και της rs660339 στο UCP2 γονίδιο μετά από έντονη σωματική άσκηση. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης υποδεικνύουν ότι γενετικές παραλλαγές σε μόρια που σχετίζονται με το οξειδωτικό στρες μπορεί να συμβάλλουν στην προδιάθεση για εμφάνιση ημικρανίας και παρουσία συγκεκριμένων περιβαλλοντικών παραγόντων, επάγονται κρίσεις ημικρανίας. Σε αντίθεση με σχετικά ευρήματα από άλλες μελέτες, δεν προέκυψε κάποια στατιστικά σημαντική συσχέτιση για την παραλλαγή rs4880 στο SOD2 γονίδιο. Η παρούσα μελέτη αποτελεί την πρώτη μελέτη διερεύνησης της συσχέτισης παραλλαγών σε γονίδια που σχετίζονται με το οξειδωτικό στρες με την προδιάθεση για εμφάνιση ημικρανίας και διαφορετικών κλινικών φαινοτύπων και παραμέτρων σε Νοτιοανατολικό Ευρωπαϊκό Καυκάσιο πληθυσμό ασθενών-μαρτύρων που διαμένει στα ευρύτερα γεωγραφικά πλαίσια της Ελλάδας. Περαιτέρω μελέτες, σε μεγαλύτερο μέγεθος δείγματος απαιτούνται για να επιβεβαιώσουν τα ευρήματα της παρούσας μελέτης και να παρέχουν επιπρόσθετες πληροφορίες αναφορικά με την εμπλοκή του οξειδωτικού στρες στην παθογένεια της ημικρανίας, λαμβάνοντας υπόψη αλληλεπιδράσεις μεταξύ γονιδίων και μεταξύ γονιδίων και περιβάλλοντος.