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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Faculdade de Medicina
Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas: Endocrinologia
Mestrado e Doutorado
Interação gene e nutriente em pacientes com Diabete Melito tipo 2:
aspectos relacionados às complicações crônicas do diabetes, síndrome
metabólica e efeitos dos polimorfismos rs9939609 (A/T) e rs7204609
(C/T) do gene do FTO
Thais Steemburgo
Orientadora: Profa. Dra. Mirela Jobim de Azevedo
Co-orientador estrangeiro: Prof. Dr. J. Alfredo Martínez
Porto Alegre, 07 de julho de 2009.
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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Faculdade de Medicina
Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas: Endocrinologia
Mestrado e Doutorado
Interação gene e nutriente em pacientes com Diabete Melito tipo 2:
aspectos relacionados às complicações crônicas do diabetes, síndrome
metabólica e efeitos dos polimorfismos rs9939609 (A/T) e rs7204609
(C/T) do gene do FTO
Thais Steemburgo
Orientadora: Profa. Dra. Mirela Jobim de Azevedo
Co-orientador estrangeiro: Prof. Dr. J. Alfredo Martínez
Tese apresentada ao PPG em
Ciências Médicas: Endocrinologia para obtenção
do título de doutor
Porto Alegre, 07 de julho de 2009.
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A toda a minha família e ao meu namorado Pedro pelo apoio e incentivo que nunca
deixaram que o desânimo me vencesse mesmo nos momentos mais difíceis.
A minha orientadora Mirela Jobim de Azevedo, por toda a sua dedicação comigo
durante todo este tempo de ensinamento e convivência.
iv
Agradecimentos
A minha orientadora, Profª Drª Mirela Jobim de Azevedo, pelo incentivo e
carinho em mim depositados. Por ser uma excelente orientadora e pesquisadora, que
sempre esteve ao meu lado e me ajudou de todas as formas que precisei. Agradeço
também pela grande amizade, sua disponibilidade e atenção foram indispensáveis neste
meu trajeto. Faltam-me palavras para agradecer por tudo que fez por mim durante estes
anos de convívio maravilhosos que tivemos.
Ao Prof. Dr. José Alfredo Martínez, que durante meu período de doutorado na
Espanha foi meu orientador e contribuiu de forma significativa no desenvolvimento
deste trabalho sempre com muita disponibilidade e atenção constante.
Ao Prof. Dr. Jorge Luiz Gross, pela sua grande contribuição científica neste
trabalho e por sempre incentivar e acreditar no desenvolvimento do grupo de nutrição.
Às colegas e amigas pós-graduandas, Tatiana Pedroso de Paula e Flávia M. da
Silva pelo apoio e agradável convivência durante todo este tempo.
Aos colegas e também amigos da Universidade de Navarra: Pedro Prieto
Hontoria, Paúl Cordero e Helen H. Hermsdorff
pela ajuda e a maravilhosa acolhida
oferecida a mim durante o ano de trabalho na Universidade.
À amiga e colega Valesca Dall’Alba por toda a sua amizade e companheirismo
que foram imprescindíveis para mim no decorrer de todo o curso.
À colega e companheira Jussara Carnevale de Almeida por toda a sua dedicação
auxílio e disponibilidade em todos os momentos necessários.
As demais colegas do grupo Endocrinologia- Nutrição pelo apoio e dedicação.
Aos pacientes do ambulatório do Serviço de Endocrinologia, que foram
imprescindíveis para o desenvolvimento deste trabalho.
v
A minha mãe Maria Helena e a minha tia Maria de Lourdes pelo carinho e
amizade, sempre acreditaram em mim e foram presentes nos momentos que mais
necessitei.
Ao meu namorado Pedro, pelo amor e grande paciência neste tempo todo.
vi
Esta Tese de Doutorado segue o formato proposto pelo Programa de Pós-
Graduação em Ciências Médicas: Endocrinologia da UFRGS, sendo apresentada na
forma de três manuscritos sobre o tema da Tese:
1. Artigo de revisão geral do tema já submetido e aceito para publicação em
periódico científico nacional (Arquivos Brasileiros de Endocrinologia e
Metabologia);
2. Artigo original referente ao trabalho de pesquisa propriamente dito: já
submetido para publicação em periódico científico de circulação
internacional
(Appetite);
3. Artigo original referente ao trabalho de pesquisa propriamente dito, que será
submetido para publicação em periódico científico de circulação
internacional
(Diabetes Care).
vii
Conteúdo
Agradecimentos ...................................................................................................... iv
Formato da Tese de Doutorado ............................................................................... vi
Lista de Abreviaturas ............................................................................................... x
Lista de Tabelas ........................................................................................................ xii
Lista de Figuras ........................................................................................................ xiii
Capítulo I .................................................................................................................. 14
Interação gene - nutriente e sua associação com obesidade e diabetes melito
Resumo ....................................................................................................................... 16
Abstract ....................................................................................................................... 17
Introdução .............................................................................................................. 18
Interações gene - nutriente: associações com a genética da obesidade e/ou diabetes
melito ...................................................................................................................... 19
Genes cuja interação gene - nutriente foi descrita para obesidade ou DM ............. 20
Genes cuja interação gene - nutriente foi descrita para condições ou fatores
associados à obesidade ou DM ............................................................................... 28
Conclusões .............................................................................................................. 34
Referências .............................................................................................................. 37
Capítulo II ................................................................................................................. 52
The FTO gene and fat intake in patients with type 2 diabetes mellitus
Abstract ……………………………………………………………………………... 54
Introduction ………………………………………………….…………………….... 55
viii
Materials and Methods ………………………………………………………….... 56
Patients ………………………………………………………………………… 56
Dietary Assessment ……………………………………………………………. 57
Anthropometric Measurements ………………………………………………... 58
Laboratory Measurements ……………………………………………………... 58
Genotyping of the FTO polymorphism ………………………………….…….. 58
Statistical Analysis …………………………………………………………….. 59
Results …………………………………………………………………………….. 60
Discussion …………………………………………………………………………. 62
Acknowledgements ……………………………………………………………….. 64
References ………………………………………………………………………… 65
Capítulo III ……………………………………………………………………..… 79
Association of FTO rs7204609 polymorphism with metabolic syndrome and
microalbuminuria in Brazilian patients with type 2 diabetes
Abstract …………………………………………………………………………….. 81
Introduction ………………………………………………………………………… 82
Research design and methods ………………………………………………………. 83
Patients …………………………………………………………………………... 83
Dietary Assessment ……………………………………………………………… 84
Anthropometric Measurements …………………………………………….......... 85
Laboratory Measurements …………………………………………………...…… 85
Genotyping of the FTO polymorphism ……………………..…………………….. 86
Statistical Analysis ………………………………………………………...……… 86
Results .......................................................................................................................... 87
ix
Conclusions .................................................................................................................. 89
Acknowledgements ...................................................................................................... 92
References .................................................................................................................... 93
Considerações finais ................................................................................................. 102
x
Lista de Abreviaturas
AdipoQ: adiponectina
ADRB: Receptor β Adrenérgico
AER: Urinary albumin excretion rate
Apo: Apoliproteína
BMI: Body Mass Index
DM: Diabetes Melito
(Diabetes Mellitus)
DCV: Doenças Cardiovasculares
eGFR: Estimated glomerular filtration rate
E: energy
EPA: ácido graxo eicosapentaenóico
FABP2: Proteína Transportadora de Ácidos Graxos 2
FTO: Fat Mass and Obesity Associated
HDL: High- density lipoprotein
HOMA-IR: Homeostasis model of assessment of insulin resistance
IDF: International Diabetes Federation
IDL: Intermediary-density lipoprotein
IMC: Índice de Massa Corporal
IL-6: Interleucina-6
LDL:
Low-density lipoprotein
LEPR: Receptor da leptina
LIPC: Lipase Hepática
MCR: Receptor da Melanocortina
xi
MetS: Metabolic Syndrome
NCEP ATP III: National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III
OR: Odds Ratio
PGC-1-alfa: Co-ativador 1 alfa do Receptor Ativado por Proliferador de Peroxissoma
PPARs: Receptores Ativados por Proliferadores de Peroxissomas
P: S: razão de consumo de gordura poli-insaturada: saturada
RI: Resistência à ação da insulina
RR: Risco Relativo
SFA: Saturated fatty acids
SM: Síndrome Metabólica
SNP: Single Nucleotide Polymorphism
UAE: Urinary albumin excretion
UCPs: Proteínas Desacoplantes
VET: Valor energético total
VLDL: Very low-density lipoprotein
xii
Lista de Tabelas
Capítulo I
Tabela 1. Estudos de interação gene - nutriente com obesidade e diabetes melito ..... 48
Tabela 2. Estudos de interação gene - nutriente com condições ou fatores associados ao
DM e obesidade ............................................................................................................ 50
Capítulo II
Table 1. Clinical characteristics in 236 patients with type 2 DM according to the FTO
genotypes ……………………………………………………………………………. 69
Table 2. Biochemical characteristics in 236 patients with type 2 DM according to the
FTO genotypes ………………………………………………………………………. 72
Table 3. Daily intake of nutrients in 236 patients with type 2 DM according to the FTO
genotypes …………………………………………………………………………….. 74
Table 4. Association between carriers of A allele in the FTO gene and fat and, saturated
fatty acid intakes ........................................................................................................... 77
Capítulo III
Table 1. Clinical and laboratory characteristics of Brazilian patients with type 2 diabetes
according to FTO rs7204609 (C/T) genotypes …………………………………...….. 97
Table 2. Daily intake of nutrients of Brazilian patients with type 2 DM according to
FTO rs7204609 (C/T) genotypes ………………………………………………..…… 99
xiii
Lista de Figuras
Capítulo I
Figura 1. Esquema representativo das interações gene - nutriente na genômica
nutricional .................................................................................................................... 47
Capítulo II
Figure 1. Association of the presence of the A allele in the FTO gene with total fat
consumption >34% of total energy
...................................................................................... 78
Capítulo III
Figure 1. Components of the Metabolic Syndrome in Brazilian patients with type 2
diabetes carriers and non-carriers of the C allele of rs7204609 (C/T) in the FTO gene
according to gender ………………………………………………………………… 100
Figure 2. Odds ratios for the presence of Metabolic Syndrome, its components, obesity
and, microalbuminuria in patients with type 2 diabetes carriers of C allele (CC and CT
genotypes) of the rs7204609 (C/T) polymorphism of the FTO gene ……………… 101
14
Capítulo I
INTERAÇÃO GENE- NUTRIENTE E SUA ASSOCIAÇÃO COM OBESIDADE
E DIABETES MELITO
15
INTERAÇÃO GENE- NUTRIENTE E SUA ASSOCIAÇÃO COM OBESIDADE
E DIABETES MELITO
“Gene x nutrient interaction and association with obesity and diabetes mellitus”
Thais Steemburgo
1, 2
Mirela Jobim de Azevedo
1
José Alfredo Martínez
2
1
Serviço de Endocrinologia do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil.
2
Departamento de Fisiología y Nutrición, Universidad de Navarra, Pamplona, España.
Título resumido: gene x nutriente, obesidade, diabetes melito.
16
Resumo
A genômica nutricional avalia o efeito da variação genética na interação entre
dieta e doenças crônicas. O objetivo deste manuscrito foi revisar os principais
polimorfismos associados com obesidade, diabetes melito e também com fatores da
dieta. As principais interações entre polimorfismos genéticos e dieta foram: 1. Para
obesidade = IL-6 (interleucina-6) com consumo energético, PPAR-gama2 (receptor
ativado por proliferador de peroxissoma-gama 2) e FTO (fat mass and obesity
associated) com consumo de gorduras, ADRB2 (receptor β-adrenérgico 2) e MCR4
(receptor da melanocortina 4) com consumo de carboidratos; 2. Para perda de peso =
UCPs (proteínas desacopladoras) com restrição calórica; 3. Para leptinemia = LEPR
(receptor da leptina) com restrição calórica; 4. Para DM = PPAR-gama2 com consumo
de gordura; 5. Para hipertrigliceridemia = FABP2 (proteína transportadora de ácidos
graxos 2) com consumo de gordura. Os dados apresentados sugerem que a genômica
nutricional é importante no desenvolvimento da obesidade e DM.
Descritores: interação gene-nutriente, polimorfismos, obesidade, diabetes melito.
17
Abstract
Nutritional genomics evaluate the effects of genetic variation of the interaction
between diet and chronic diseases. The aim of this manuscript was to review the most
important genetic polymorphisms associated with obesity, diabetes mellitus (DM), and
dietary factors. The main interactions among genetic polymorphisms and diet were: 1.
For obesity = IL-6 (interleukin-6) with daily intake, PPAR-gama2 (peroxisome-
proliferated activator receptor gama 2) and FTO (fat mass and obesity associated) with
fat intake, ADRB2 (β-adrenergic receptor 2) and MCR4 (melanocortin receptor 4) with
carbohydrate intake; 2. For reduction in body weight = UCPs (uncoupling proteins) with
restriction of energy; 3. For leptinemia = LEPR (leptin receptor) with restriction of
energy; 4. For DM = PPAR-gama2 with fat intake; 5. For hypertriglyceridemia =
FABP2 (fatty acid binding protein 2) with fat intake. The data demonstrated suggest that
nutritional genomics is important in the development of obesity and DM.
Keywords: gene-nutrient interactions, polymorphisms, obesity, diabetes mellitus.
18
Introdução
O conceito de interação gene - nutriente descreve a modulação dos efeitos dos
componentes dietéticos em um fenótipo específico associado a um polimorfismo
genético
(1).
Atualmente, novos paradigmas de investigação na ciência de genética têm
demonstrado a importância da genômica nutricional em pesquisas onde a finalidade é
possibilitar uma melhor compreensão de como a nutrição pode influenciar nas vias da
homeostase metabólica
(2). O conceito global da genômica nutricional utiliza dois
termos, a nutrigenética e a nutrigenômica. A nutrigenética estuda o efeito da variação
genética na interação entre dieta e doença. O objetivo da nutrigenética é gerar
recomendações dietéticas considerando os riscos e os benefícios de dietas específicas ou
componentes dietéticos para o indivíduo de acordo com suas características genéticas.
Já a nutrigenômica estuda a influência dos nutrientes sobre a expressão dos genes
(3)
(Figura 1). Ambas têm um potencial facilitador na prevenção de doenças crônicas: a
nutrigenética via uma abordagem individualizada na conduta dietética e a nutrigenômica
pela resposta da expressão dos genes em relação ao consumo de nutrientes
(4).
Muitas doenças crônicas como obesidade, diabetes melito (DM) tipo 2, doenças
cardiovasculares (DCV) e síndrome metabólica (SM) têm sua patogênese relacionada a
fatores ambientais
e
genéticos (5). Dentre os fatores ambientais, inclui-se a dieta que
pode contribuir na incidência e gravidade dessas doenças crônicas. Por outro lado, os
componentes da dieta podem ter um efeito modulador nos fenótipos dependentes da
variação genética, efeito este considerado como interação gene - nutriente (6).
Estudos de genômica nutricional vêm demonstrando importantes associações de
polimorfismos com o consumo de nutrientes, em especial com a gordura. Na população
19
em geral foi demonstrado que a ingestão de gorduras é capaz de determinar o efeito de
alguns polimorfismos (gene da lipase hepática e gene da apolipoproteína) no
metabolismo de lipoproteínas
(7, 8). A associação da ingestão de gordura com a
presença dos componentes da SM é também modulada pela presença de polimorfismos
específicos, como os do gene do PPAR- gama (9, 10).
Em pacientes com DM, em particular com DM tipo 2, e em indivíduos obesos,
recentes evidências relacionadas à interação de gene - nutriente vêm também sendo
descritas na literatura.
O presente manuscrito teve como objetivo revisar os principais polimorfismos
genéticos relacionados com obesidade, DM tipo 2 e condições ou fatores relacionados a
estas patologias que já tenham sido associados de forma consistente com a genômica
nutricional, com particular ênfase em nutrigenética.
Interações gene - nutriente: associações com a genética da obesidade e/ou diabetes
melito
O DM tipo 2 é considerado uma epidemia mundial e estima-se que a sua
prevalência aumente de 2,8% para mais de 4,4% até 2030 (11). Paralelamente,
mudanças no estilo de vida caracterizadas pelo consumo calórico excessivo e redução
da atividade física, associadas a susceptibilidade ou predisposição genética para o
excesso de peso
(12), determinaram um aumento mundial da prevalência de obesidade
(13). Estes mesmos fatores ambientais, também relacionados a um forte componente
genético, participam de forma importante na patogênese do DM tipo 2
(14).
Neste
sentido, os aspectos da dieta relacionados à genômica nutricional possivelmente
exercem um papel importante no desenvolvimento e prevenção dessas doenças crônicas.
Para revisar os estudos sobre interação gene - nutriente em obesidade e DM tipo
2 foram utilizados o Medline e Lilacs (língua portuguesa, inglesa e espanhola), além de
20
publicações específicas da área até novembro de 2008. Os descritores utilizados foram:
interaction gene and nutrient AND obesity OR type 2 DM . Foram selecionados estudos
sobre os polimorfismos dos seguintes genes: Interleucina-6 (IL-6) (18, 19); Receptores
Ativados por Proliferadores de Peroxissomas (PPARs) (23-27); Receptor β-Adrenérgico
(ADRB) (29, 33); Proteínas Desacopladoras (UCPs) (33, 34); Receptor da Leptina
(LEPR) (37, 38); Receptor da Melanocortina (MCR) (41, 43); Fat Mass and Obesity
Associated (FTO) (48, 49); Lipase Hepática (LIPC) (7, 52-54); Adiponectina (adipoQ)
(60, 61); Co-ativador 1 alfa do receptor ativado por proliferador de peroxissoma (PGC-
1-alfa) (65); Proteína Transportadora de Ácidos Graxos 2 (FABP2) (66, 67, 69, 70 ) e
Apoliproteína (Apo) (8, 73).
Os principais estudos que avaliaram as interações gene-nutriente com obesidade
e com DM tipo 2 estão resumidos no Quadros 1. O quadro 2 descreve as interações
gene-nutriente com condições ou fatores associados à obesidade ou ao DM, tais como
sobrepeso, SM, níveis plasmáticos de insulina e sensibilidade a sua ação, valores
plasmáticos de leptina, lipoproteínas e ácidos graxos séricos.
Genes cuja interação gene - nutriente foi descrita para obesidade ou DM
Polimorfismo do gene da Interleucina-6 (IL-6):
A interleucina-6 (IL-6) é uma citocina com efeito pró-inflamatório que é
secretada por vários tipos de células, incluindo leucócitos e células endoteliais, tecido
muscular e adiposo. A presença de elevada concentração de IL-6 se relaciona com a
inflamação.
O polimorfismo mais comum do gene da IL-6 é -174C/G, o qual tem sido
associado com a obesidade e outras co-morbidades como a resistência à ação da insulina
(RI), SM e DM tipo 2 (15-17).
21
Em homens japoneses portadores de outro polimorfismo do gene da IL-6, o
Asp358Ala (T/G), foi observado uma associação positiva entre o maior consumo de
energia e obesidade abdominal em indivíduos portadores do alelo T quando comparados
aos outros genótipos deste polimorfismo (Quadro 1; 18).
Um interessante estudo avaliou o efeito de uma dieta hipocalórica em indivíduos
obesos e portadores do polimorfismo -174C/G da IL-6 e do polimorfismo Pro12Ala do
PPAR-gama2. Neste estudo, a presença do alelo C do -174C/G juntamente com a
presença do alelo A do PPAR-gama2 pareceu reduzir a perda de peso nestes indivíduos.
Estes resultados evidenciam o papel destes polimorfismos na regulação do peso e
também sugerem um efeito sinérgico de ambos na perda de peso resultante de dieta
hipocalórica
(Quadro 1; 19).
O consumo energético parece ter um papel importante nos fenótipos da
obesidade na presença de distintos polimorfismos da IL-6. Não existem dados sobre a
possível interação gene-nutriente deste polimorfismo em pacientes com DM tipo 2.
Polimorfismo do gene do Receptor Ativado por Proliferador de Peroxissoma - gama
(PPAR-gama):
Os receptores ativados por proliferadores de peroxissomas (PPARs) regulam a
expressão de diversos genes relacionados ao metabolismo dos lipídeos e da glicose. O
PPAR-gama se expressa predominantemente no tecido adiposo e exerce um papel
importante na diferenciação dos adipócitos e na expressão de diversos genes. Existem
duas isoformas de PPAR-gama: PPAR-gama1 e PPAR-gama2. O PPAR-gama1 se
expressa em diversos tecidos incluindo tecido adiposo, músculo esquelético, coração e
fígado. Já o PPAR-gama2 é expresso quase que exclusivamente no tecido adiposo, mais
especificamente nos adipócitos, e determina a expressão de genes específicos das
22
células adiposas, os quais codificam proteínas diretamente relacionadas com as vias
lipogênicas
(20).
O polimorfismo mais freqüente do PPAR-gama2 é a substituição de uma alanina
por prolina na posição 12 (Pro12Ala) no ponto de mutação no exon B da parte NH2
terminal do PPAR-gama2. Este polimorfismo foi associado com melhora da
sensibilidade à ação da insulina
(21) bem como à proteção para o desenvolvimento de
DM tipo 2
(22).
Os estudos de interação gene-nutriente e DM tipo 2 demonstraram que pacientes
portadores do genótipo Pro12Ala apresentaram maior incidência de DM quando
expostos a um elevado consumo de gordura saturada e gordura trans
(Quadro 1; 23). O
Finnish Diabetes Prevention Study Group, avaliou modificações no estilo de vida em
indivíduos com alto risco para DM tipo 2, incluindo redução no consumo de gordura
total e gordura saturada além de um aumento no consumo de fibras totais. Nestas
condições, portadores do alelo Ala desenvolveram menos freqüentemente DM
comparados a portadores do alelo Pro (Quadro 1; 24). Recentemente, o Botnia Dietary
Study Group demonstrou em mulheres não diabéticas portadoras do alelo Ala uma
associação positiva entre o alto consumo de ácido graxo eicosapentaenóico (EPA)
proveniente da carne de peixe e o melhor controle de fenótipos associados com o
metabolismo da glicose, como resistência à ação de insulina (RI) e insulina e glicose
plasmáticas (Quadro 2; 25).
Em pacientes caucasianos com sobrepeso e homozigotos Pro, o polimorfismo
Pro12Ala também foi associado com um maior consumo de gordura total
(Quadro 1;
26). Já em indivíduos hispânicos, a associação do polimorfismo Pro12 Ala com o índice
de massa corporal (IMC) somente foi observada em portadores de alelo A com alto
23
consumo de gordura poli-insaturada e maior razão de consumo de gordura poli-
insaturada: saturada
(Quadro 1; 27).
Polimorfismo do gene do Receptor β-Adrenérgico (ADRB):
Os receptores β-Adrenérgicos (ADRBs) são expressos no tecido adiposo branco
e estão intimamente envolvidos na mobilização dos lipídeos. Existem três genes da
família do ADRBs: ADRB1, ADRB2 e ADRB3 que são importantes genes candidatos
para a obesidade devido a sua participação na regulação do gasto energético. Os genes
do ADRB2 afetam principalmente a lipólise e seus diferentes polimorfismos vem sendo
associados com a obesidade.
Os dois polimorfismos mais comuns do ADRB2 são caracterizados pela troca da
arginina no códon 16 pela glicina, formando o polimorfismo Arg16Gly, e pela troca de
glutamina no códon 27 pelo ácido glutâmico, formando o Gln27Glu. Ambos os
polimorfismos têm sido explorados nas pesquisas genéticas por estarem fortemente
associados com a obesidade
(28).
Em um estudo de interação gene-nutriente foi demonstrado que o consumo de
carboidrato (>49% da energia total) pode estar associado com um aumento de risco para
obesidade (RR = 2,56), particularmente em mulheres portadora do alelo Glu do
polimorfismo Gln27Glu do ADRB2
(Quadro 1; 29).
Contudo, são necessárias maiores evidências que comprovem o efeito da dieta
nos efeitos relacionados a presença dos polimorfismos do ADRBs, em particular no gene
do ADRB2.
Polimorfismo do gene das Proteínas Desacopladoras (UCPs):
As proteínas desacopladoras (UCPs) representam um mecanismo de regulação
pelo qual a energia é utilizada para gerar calor ou evitar a saturação da cadeia
respiratória. Elas pertencem à família de proteínas carreadoras que estão localizadas no
24
interior das membranas das mitocôndrias. Existem pelo menos três isoformas comuns
de UCPs: UCP1 é expressa no tecido marrom, UCP2 e UCP3 que são expressas
predominantemente no tecido muscular e no músculo esquelético, todas influenciando a
termogênese
(30). O seu papel na termogênese em humanos, tem sido avaliado em
estudos que indicam a relação positiva entre polimorfismos da UCP e atividade física,
metabolismo e gasto energético, IMC, além de risco para obesidade e para o DM tipo 2
(31).
Um dos polimorfismos associado com a obesidade é o -866G/A do gene da
UCP2. Indivíduos hispânicos portadores do alelo G apresentam risco aumentado para o
desenvolvimento da obesidade
(32).
Estudo realizado em 224 pacientes com sobrepeso e obesidade portadores de SM
ou doenças cardiovasculares avaliou o efeito de uma dieta hipocalórica na presença de
polimorfismos dos genes da UCP3 (-55C/T) e também do ADRB3 (-64T/A). Foi
demonstrado que somente os pacientes homozigotos para o alelo C e alelo T (grupo
“wild type”) apresentaram redução da gordura corporal e nos valores da glicose e
insulina plasmáticas. Nos demais genótipos, para ambos os polimorfismos, não foi
observado nenhum efeito da dieta hipocalórica (Quadro 1; 33).
Seis diferentes polimorfismos do gene da UCP3 (-55C/T, Int2-143G/C,
Tyr99Tyr, Int3-47G/A, Int4-498C/T e Tyr210Tyr) e sua possível associação com
obesidade e com o consumo de uma dieta hipocalórica durante um mês foram avaliados
em 214 mulheres coreanas com sobrepeso. Três haplótipos da UCP3 [CGTACC] foram
associados com uma maior perda do peso após o seguimento de uma dieta hipocalórica
(Quadro 1; 34).
25
Os dados existentes indicam que determinados genótipos dos polimorfismos do
gene das UCPs favorecem a perda de peso após restrição calórica em indivíduos com
sobrepeso e obesidade.
Polimorfismo do gene do Receptor da Leptina (LEPR):
A leptina é um hormônio produzido pelo tecido adiposo e que atua
fundamentalmente no hipotálamo. Em humanos, valores elevados de leptina plasmática
podem caracterizar a obesidade, o que sugere que indivíduos obesos tenham resistência
a leptina. Uma das explicações poderia ser uma redução na sinalização do receptor da
leptina
(35).
Pacientes severamente obesos homozigotos para mutação no LEPR
apresentaram elevados valores de leptina plasmática
(36). Entretanto, essas mutações
são raras e podem não ser responsáveis pela obesidade na população geral.
Diferentes polimorfismos do LEPR têm sido estudados, porém o mais
importante e que foi associado com a obesidade é o Lys656Asn
(35). Um estudo
realizado em 67 pacientes obesos (IMC >30 kg/m²) avaliou a influência desse
polimorfismo em resposta a modificação do estilo de vida, o qual era caracterizado por
uma dieta hipocalórica mediterrânea rica em cereais integrais, frutas, vegetais e azeite
de oliva (52% de carboidratos, 25% de lipídeos e 23% de proteínas) associado à prática
de atividade física estruturada (três vezes por semana) em um período de três meses. Os
resultados demonstraram que pacientes homozigotos Lys quando submetidos a
intervenção em teste apresentaram maior redução de peso, IMC, circunferência
abdominal, pressão arterial e de valores de leptina plasmática quando comparados aos
pacientes portadores do alelo de risco Asn
(Quadro 1; 37).
Outro ensaio clínico randomizado com 78 pacientes obesos analisou o
polimorfismo Lys656Asn do LEPR em resposta a dois tipos de dietas em um período de
26
dois meses: uma dieta pobre em gordura total e uma dieta pobre em carboidrato. A dieta
pobre em gorduras e em carboidratos resultou em redução nas concentrações
plasmáticas de leptina nos pacientes que não possuíam o alelo de risco. Já nos pacientes
portadores do alelo de risco Lys, a redução dos valores de leptina ocorreu apenas com a
dieta pobre em gordura total (Quadro 2; 38).
As evidências sugerem que pacientes obesos portadores do polimorfismo do
gene do LEPR, em particular com o genótipo Lys656A, podem ser especialmente
beneficiados pelo consumo de uma dieta com baixo conteúdo de gordura.
Polimorfismo do gene do receptor da Melanocortina (MCR):
O gene do receptor da melanocortina (MCR) tem pelo menos cinco isoformas,
sendo que duas delas foram descritas como tendo envolvimento na regulação do peso:
MCR3 e MCR4
(39). O gene do MCR4 é altamente expresso no hipotálamo, local onde
o controle do apetite está localizado.
Um polimorfismo comum do gene MCR4 e associado com a obesidade é o
V1031I. Em recente meta-análise foi demonstrado que esse polimorfismo influencia o
IMC e que indivíduos portadores do alelo de risco do V1031I podem ter aumento do
risco para obesidade de 18 a 30%
(40).
Em um estudo de interação gene-nutriente, o alto consumo de carboidratos foi
positivamente associado com a composição corporal de pacientes com obesidade grave
(IMC >40 kg/m²) e portadores do alelo de risco do polimorfismo V1031I do gene
MCR4
(Quadro 1; 41).
Os polimorfismos do gene MCR3 também estão fortemente associados com a
obesidade, sendo que os polimorfismos mais freqüentes encontrado em indivíduos
obesos são o Thr6Lys e Val81Ile. Crianças com obesidade e homozigotas para o alelo
de risco de ambos os polimorfismos (Lys e Ile, respectivamente) são mais propensas a
27
tornarem-se adultos obesos do que crianças heterozigotas
(42). Interessantemente,
outros autores demonstraram que a presença desses polimorfismos em crianças obesas
pode dificultar a capacidade de oxidação de ácidos graxos, impedindo assim a redução
de peso quando essas crianças estão seguindo uma dieta para perda de peso (Quadro 1;
43).
São necessários outros estudos de nutrigenética para melhor esclarecer como a
dieta e seus componentes podem influenciar os efeitos dos polimorfismos do MCR em
indivíduos obesos.
Polimorfismo do gene do Fat Mass and Obesity Associated (FTO):
Recentemente foi descoberto um novo gene associado com a obesidade, o Fat
Mass and Obesity Associated (FTO). O gene do FTO está localizado no cromossomo
16q 12.2. Associações positivas de alguns polimorfismos do gene FTO com a obesidade
foram observadas em diferentes grupos étnicos tais como caucasianos (44), japoneses
(45), indianos (46) e chineses (47).
O SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) mais freqüente do FTO é o
rs9939609 A/T, sendo a freqüência desse polimorfismo na população européia de 39% e
de 42%. em pacientes com DM tipo 2. Esses dados foram demonstrados em um estudo
de coorte realizado em 38759 pacientes diabéticos e indivíduos controles, onde o gene
do FTO foi fortemente associado com a obesidade. Neste estudo, 16% dos adultos que
eram homozigotos para o alelo de risco A pesavam cerca de três quilogramas a mais e
tiveram um maior risco para obesidade (RR = 1,67) quando comparados com aqueles
que não tinham a presença do alelo de risco
(48).
Em outro estudo de coorte com 5607 indivíduos foi comprovado que a presença
do alelo A do polimorfismo rs9939609 A/T do FTO está positivamente associada com o
IMC e que esta associação já é observada em jovens e se mantém
até a fase adulta
(44).
28
Em japoneses obesos (IMC ≥30 kg/m²) a associação de 15 SNPs do FTO confirmou que
o polimorfismo rs9939609 A/T está associado com a obesidade e com um maior risco
(RR = 1,38) para seu desenvolvimento
(45). Também o desenvolvimento da SM foi
associado à presença do alelo A do rs9939609 A/T (RR = 1,23) em diferentes etnias
(49).
Em crianças britânicas a presença do alelo de risco para a obesidade do
polimorfismo rs9939609 A/T foi associada positivamente com a saciedade, sugerindo
um papel do FTO na regulação do apetite
(50). De fato, o possível papel deste
polimorfismo sobre o apetite, em especial estimulando a ingestão energética total e
consumo de gorduras, foi confirmado em crianças,
independente do IMC (Quadro 1;
51).
A relação do polimorfismo do gene do FTO com o apetite e sua associação com
a obesidade sugerem a presença de uma importante interação gene-nutriente. Não
existem estudos sobre a interação gene - nutriente do FTO com DM.
Genes cuja interação gene-nutriente foi descrita para condições ou fatores
associados à obesidade ou DM
Polimorfismo do gene da Lípase Hepática (LIPC):
A lípase hepática é uma enzima lipolítica que catalisa a hidrólise dos
triacilgliceróis e dos fosfolipídios na maioria das lipoproteínas plasmáticas e exerce um
papel chave no metabolismo do HDL colesterol
(52).
O polimorfismo mais comum do gene da lipase hepática (LIPC) é o -514C>T,
onde a presença do alelo T está associada a uma diminuição da atividade da lipase
hepática e um aumento das concentrações do HDL colesterol. Entretanto, esse efeito é
variável entre as populações
(53). Em população americana com elevado o consumo de
gordura total (>30% do valor energético total) a presença do polimorfismo -514C>T
29
reduziu os valores de HDL colesterol (Quadro 2; 7). Similar interação desse
polimorfismo com o consumo de gordura total e os triacilgliceróis séricos foi também
demonstrada
em população asiática (Quadro 1, 54).
Em pacientes masculinos com DM tipo 2 e IMC ≥25 kg/m² foi demonstrada uma
associação positiva entre o maior consumo de gordura saturada e os valores de HDL
colesterol em portadores do alelo T quando comparados com homozigotos do alelo C.
Este estudo sugere que as concentrações de HDL colesterol podem ser moduladas pela
obesidade e o consumo de gordura saturada na presença do polimorfismo -514C>T do
LIPC (Quadro 2; 55).
É possível também que os efeitos decorrentes da presença do polimorfismo
514C>T do LIPC
sejam modulados pela ingestão de fibras, além da ingestão de
gorduras. Um estudo realizado em mulheres obesas européias avaliou polimorfismos
associados com a obesidade e sua interação com o consumo diário de fibras totais
(g/dia). Foi demonstrado que um maior consumo de fibras foi protetor (RR= 0,50; IC:
0,3-0,8; P = 0,01) para o efeito do polimorfismo -514C>T do LIPC no metabolismo
lipídico. Possivelmente as fibras alimentares exercem um efeito que impede a redução
dos valores do HDL colesterol na presença do -514C>T do LIPC (Quadro 2; 56).
A interação da gordura e fibras dietéticas com o gene LIPC ainda não está
totalmente esclarecida, em especial o papel relativo de cada um destes nutrientes. São
necessários ainda estudos de intervenção que avaliem a contribuição destes nutrientes
para o risco ou proteção na presença do polimorfismo do LIPC.
Polimorfismo do gene da Adiponectina (AdipoQ)
A adiponectina (adipoQ) é uma proteína de produção específica pelos
adipócitos. Tem função anti-aterogênica e regula a homeostase dos lipídeos e da glicose.
Potencializa a ação da insulina no fígado e reduz a produção de glicose hepática, além
30
de induzir a oxidação de gorduras diminuindo os triacilgliceróis em nível hepático e
muscular (57). A hipoadiponectinemia é causada por interações de fatores genéticos e
ambientais e seus valores encontram-se diminuídos na obesidade, no DM tipo 2 e na
SM
(58).
O gene da adipoQ está localizado no cromossomo 3q27 e seus polimorfismos
mais comuns são: -11391G>A, -11377C>G, 45T>G e 276G>T
(59). A associação
desses polimorfismos com a obesidade e DM tipo 2 pode ser encontrada em diferentes
etnias.
Em franceses caucasianos, os polimorfismos -11377C>G e -11391G>A foram
associados com a hipoadiponectinemia e risco de DM tipo 2
(60). Já na população
japonesa, o polimorfismo 276G>T foi associado a redução de adiponectina plasmática e
o maior risco para o DM tipo 2
(61). Ainda, homens caucasianos homozigotos C para o
polimorfismo -11377C>G da adipoQ tiveram uma redução da resistência à ação da
insulina (RI) após o consumo de uma dieta rica em gordura monoinsaturada (22% do
valor energético da gordura total) e rica em carboidratos (55% do valor energético total)
quando comparado a dieta rica em gordura saturada (20% da gordura total)
(Quadro 2;
62).
Estudo realizado em indivíduos obesos hispânicos ao avaliar o risco do
desenvolvimento da SM e o efeito de uma dieta hipocalórica na presença do
polimorfismo -11391G>A da adipoQ demonstrou que homozigotos G tem um risco
aumentado para a SM. Entretanto, o risco para o desenvolvimento da SM foi reduzido
significativamente quando os homozigotos G seguiram uma dieta hipocalórica em um
período de oito semanas (Quadro 2; 63).
Polimorfismo do gene do co-ativador 1 alfa do receptor ativado por proliferador de
peroxissoma (PGC-1alfa):
31
O co-ativador 1 alfa do receptor ativado por proliferador de peroxissoma (PGC-
1alfa) exerce uma importante função na produção e utilização de energia, como
termogênese, gasto energético, adipogênese, gliconeogênese hepática e na absorção da
glicose
(64). O gene do PGC-1alfa está localizado na região cromossômica 4p15.1 e
está associado positivamente com concentrações plasmáticas de insulina e aumento do
IMC. Sendo assim, é um forte gene candidato para RI e DM tipo 2
(65). Tem sido
demonstrada uma associação com resistência à ação da insulina (RI) e com obesidade,
em especial, em mulheres
para o polimorfismo Gly482Ser (66).
Um estudo recente demonstrou que pacientes obesos e homozigotos para o alelo
Ser apresentam maiores concentrações plasmáticas de insulina e um risco aumentado de
RI quando comparados aos outros genótipos do gene Gly482Ser. Entretanto, quando os
pacientes homozigotos Ser seguiram uma dieta hipocalórica em um período de oito
semanas o risco de RI diminui significativamente (Quadro 2; 67).
É provável que o
efeito deletério deste polimorfismo genético possa ser atenuado, pelo menos em curto
prazo, por uma intervenção dietoterápica.
Polimorfismo do gene da Proteína Transportadora de Ácidos Graxos 2 (FABP2):
A absorção de ácidos graxos (AG) da dieta pela mucosa intestinal, em especial
de AG de cadeia longa, é carreada pela proteína denominada “Proteína Transportadora
de Ácidos Graxos 2” (FABP2).
A troca de uma alanina (A) por uma treonina (T) no códon 54 do gene de
FABP2 resulta em um dos polimorfismos mais comuns desse gene. Indivíduos normais
portadores do genótipo Ala54/Thr54 apresentaram uma redução na sensibilidade
periférica à ação da insulina e maiores valores de ácidos graxos livres séricos quando
consumiram uma dieta rica em ácidos graxos saturados, comparado a uma dieta rica em
monoinsaturados ou em carboidratos
(68). Indivíduos não diabéticos e homozigotos
32
Thr54 tiveram um aumento na resposta pós-prandial dos ácidos graxos séricos no
carbono 14-18, quilomicrons e VLDL quando comparados aos homozigotos Ala54 (69).
Em pacientes com DM tipo 2 a presença do polimorfismo Ala54Thr foi
associada com valores elevados de triacilgliceróis (70). Além disto, após sobrecarga
lipídica um aumento nos triacilgliceróis plasmáticos foi observado em pacientes
homozigotos T quando comparado aos pacientes homozigotos A (Quadro 2; 71).
Também a concentração de ácidos graxos séricos parece depender deste polimorfismo
em pacientes com DM. Recentemente
foi demonstrado que apenas em pacientes com
DM tipo 2 homozigotos para o alelo T no polimorfismo Ala54Thr do gene FABP2
ocorreu aumento de ácidos graxos séricos após uma refeição usual padronizada quando
comparados a pacientes com genótipo AA (Quadro 2; 72). Como este polimorfismo já
foi também associado à presença de nefropatia diabética (70) é sugerido que esta
interação gene-nutriente favoreça esta complicação crônica em pacientes com DM tipo
2.
Em conclusão, os estudos de interação gene-nutriente para o polimorfismo do
A54T do FABP2 demonstram um possível efeito deletério do consumo de gordura
saturada na presença desse polimorfismo, em especial, em pacientes com DM tipo 2.
Polimorfismo do gene da Apoproteína (Apo)
As apoliproteínas são uma família complexa de polipeptídios que determinam o
destino metabólico dos lipídeos no plasma e sua captação pelos tecidos, sendo sua
principal função ativar e inibir as enzimas envolvidas no metabolismo das lipoproteínas.
As apoliproteínas são divididas em Apoproteína A (ApoA), Apoproteína B (ApoB),
Apoproteína C (ApoC) e Apoproteína E (ApoE).
33
A ApoA1 é uma apoproteína que é sintetizada no fígado e corresponde a 80% de
toda a proteína de alta densidade (HDL), e é essencial para integridade dessas
partículas. O polimorfismo mais comum da ApoA1 é o G → A na posição 75.
O Framingham Offspring Study demonstrou uma significante interação gene-
nutriente com este polimorfismo. Mulheres portadoras do alelo A com maior consumo
de gordura poli-insaturada (>8% da energia derivada da gordura total) apresentaram
maiores valores de HDL colesterol. Esse estudo sugere o possível efeito modulador dos
ácidos graxos poli-insaturados nos efeitos do polimorfismo da ApoA1 (Quadro 2; 8)
A ApoE é uma proteína integrante do HDL colesterol, da proteína de densidade
muito baixa (VLDL) e quilomícrons, além dos produtos de degradação lipolítica, como
remanescentes de quilomícrons e lipoproteína de densidade intermediária (IDL). A
síntese da ApoE ocorre principalmente no fígado. Há evidências que a ApoE modifica o
efeito da insulina, bem como alguns fatores de risco cardiovascular, incluindo IMC,
níveis de triacilgliceróis e concentrações de plasmáticas de LDL colesterol (73). O
polimorfismo do gene da ApoE modifica a proteína tanto na sua estrutura quanto na sua
função. Um dos polimorfismos que tem sido descrito é o -219G→T, o qual parece
também ter um relação com a resistência à ação da insulina (RI) (73). Um ensaio clínico
randomizado do tipo cruzamento de interação gene-nutriente em indivíduos portadores
do polimorfismo -219G→T do gene da ApoE avaliou três diferentes tipos de dieta por 4
semanas cada uma: dieta rica em gordura saturada (>20% da energia derivada da
gordura total), dieta rica em gordura monoinsaturada (>22% da energia derivada da
gordura total) e uma dieta rica em carboidratos (>55% da energia total diária). Neste
estudo foi demonstrado que todos os portadores do polimorfismo apresentaram menor
sensibilidade à insulina, independentemente da dieta consumida. Entretanto, somente os
portadores do alelo G ao consumirem uma dieta rica em gordura monoinsaturada e uma
34
dieta rica em carboidratos obtiveram uma melhora na sensibilidade à ação da insulina
(Quadro 2; 74)
Conclusões
A patogênese da obesidade e do DM tipo 2 resulta da combinação de fatores
genéticos e ambientais, tendo a dieta um importante papel na prevenção e no controle
dessas patologias
(12, 14). Nesse sentido, um melhor entendimento da interação entre
consumo dietético e os possíveis genes candidatos para estas patologias, ou para as
condições ou fatores a elas associadas, poderá fornecer uma base para determinação do
papel da dieta na prevalência destas doenças crônicas
(5), além de fornecer subsídios
para intervenções dietoterápicas específicas.
Estudos citados nesta revisão vêm demonstrando os efeitos de diferentes
nutrientes sobre os polimorfismos genéticos relacionados à obesidade ao DM tipo 2 e
condições associadas. Os efeitos da dieta sobre diferentes fenótipos podem ser exercidos
em muitos estágios entre transcrição da seqüência genética e a produção de proteínas
funcionais
(4). As evidências dos estudos de interação gene - nutriente com as doenças
crônicas são relevantes não somente por identificar a influência de um determinado
gene sobre um fenótipo em uma população com diferentes hábitos alimentares que
potencialmente pode afetar esse fenótipo, mas também por avaliar a resposta de uma
intervenção dietética entre indivíduos com diferentes genótipos
(5).
Os principais nutrientes ou intervenções dietoterápicas que possivelmente tem
implicação sobre polimorfismos genéticos associados à obesidade e o DM e seus efeitos
sobre fenótipos são as gorduras, carboidratos e fibras. A maioria destes estudos destaca
o consumo de gordura total
(7, 26, 51), gordura saturada e gordura trans
(23, 24, 27)
como sendo fatores de risco associado à presença desses polimorfismos. Por outro lado,
o consumo de gordura poli-insaturada
(8), gordura monoinsaturada
(62) e do ácido
35
graxo eicosapentaenóico (25) apresentaram efeitos benéficos em variáveis associadas
com o DM tipo 2. Em pacientes obesos, estudos de associação em distintos
polimorfismos demonstraram que o consumo de carboidratos pode ser um fator de risco
(29, 40) e o consumo de fibras totais um fator de proteção
em fenótipos associados à
obesidade (56). Da mesma forma, a dieta hipocalórica testada em pacientes portadores
dos polimorfismos associados com a obesidade demonstrou exercer um efeito
significativo em fatores associados a risco, tais como índice de massa corporal,
circunferência abdominal e pressão arterial (18, 19, 37), valores plasmáticos de glicose
(33), leptina (37) e insulina (67) plasmáticas e também na redução de peso (34).
O papel preponderante da genômica nutricional associada à obesidade e ao DM
tipo 2 evidenciado nos estudos revisados neste manuscrito torna imperativo a
confirmação dos aspectos da dieta relacionados à interação gene- nutriente, indicando a
necessidade de novos estudos, particularmente ensaios clínicos randomizados que
avaliem a influência de diferentes nutrientes nos efeitos relacionados à presença de
polimorfismos genéticos.
36
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq) - Brasil, pela bolsa de estudos no exterior concedida a autora Thais
Steemburgo e à Universidade de Navarra - Espanha, pela oportunidade de desenvolver
este trabalho.
37
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47
GENÔMICA NUTRICIONAL
Interação gene - nutriente
Adaptado de Gillies
(6)
Figura 1. Esquema representativo das interações gene - nutriente na genômica
nutricional
GENE
Nutrigenética (Polimorfismos
)
Nutrigenômica (Expressão dos genes)
NUTRIENTE
48
Tabela 1. Estudos de interação gene - nutriente com obesidade e diabetes melito.
GENE
(Polimorfismo)
POPULAÇÃO
(Delineamento)
FENÓTIPO
AVALIADO
COMPONENTE
DIETÉTICO
ESTUDADO
RESULTADOS
IL-6
Asp358Ala (T/G)
18
285 indivíduos japoneses
(transversal)
IMC e circunferência
abdominal
Consumo energético
total
Associação de um maior consumo energético total e
obesidade abdominal em portadores do alelo T.
IL-6
(-174G→C)
19
e
PPAR- gama2
(Pro12Ala)
19
67 pacientes obesos
caucasianos
(ensaio clínico randomizado)
Perda de peso Dieta hipocalórica
(10 semanas)
Efeito sinérgico de ambos os polimorfismos na perda
de peso depois do seguimento de dieta hipocalórica
PPAR-gama2
(Pro12Ala)
23
56 indivíduos caucasianos
(transversal)
DM tipo 2 Gordura saturada
Gordura trans
Portadores do alelo A com maior consumo de gordura
saturada e trans foram mais susceptíveis ao
desenvolvimento de DM tipo 2.
PPAR-gama2
(Pro12Ala)
24
522 pacientes obesos
com tolerância à glicose
diminuída
(ensaio clínico randomizado)
DM tipo 2 Redução de gordura
saturada
Aumento de fibras totais
Aumento da atividade
física
Portadores do alelo A desenvolveram menos DM e
melhora a sensibilidade à ação da insulina após a
modificação de dieta e aumento da atividade física.
PPAR-gama2
(Pro12Ala)
26
2141 indivíduos caucasianos
(caso-controle)
IMC Gordura total Maior risco para obesidade (RR = 3,40) em
homozigotos do alelo Pro com maior consumo de
gordura (>41,4% do VET).
PPAR-gama2
(Pro12Ala)
27
216 indivíduos hispânicos
(transversal)
IMC Gordura Saturada
Gordura Monoinsaturada
Gordura Poli-insaturada
Razão P: S
Portadores de alelo A com alto consumo de gordura
poli-insaturada e maior razão P: S foram associados
com o IMC.
ADRB2
(Gln27Glu)
29
159 indivíduos caucasianos
(transversal)
Obesidade Carboidrato Maior risco para obesidade (RR = 2,56) em mulheres
portadoras do alelo Glu e com maior consumo de
carboidrato (>49% do VET)
49
UCP3
(-55C/T)
33
e
ADRB3
(64T/A)
33
224 pacientes com sobrepeso e
obesidade portadores de SM e
doença cardiovascular
(ensaio clínico randomizado)
IMC, distribuição de gordura
corporal, glicose plasmática,
insulina, ácidos graxos livres,
peptídeo C.
Dieta hipocalórica
(12 semanas)
A dieta hipocalórica demonstrou efeito no controle
glicêmico e na distribuição de gordura corporal
somente em pacientes homozigotos dos alelos C e T.
UCP3
(-55C/T)
34
(Int2-143G/C)
34
(Tyr99Tyr)
34
(Int3-47G/A)
34
(Int4-498C/T)
34
(Tyr210Tyr)
34
214 mulheres coreanas com
sobrepeso
(ensaio clínico randomizado)
Redução de peso Dieta hipocalórica
(1 mês)
Portadores de haplótipos da UCP3 [CGTACC] tiveram
maior redução de peso após o consumo da dieta
hipocalórica.
LEPR
(Lys656Asn)
37
67 pacientes obesos
(ensaio clínico randomizado)
IMC, peso, circunferência
abdominal, pressão arterial e
níveis de leptina plasmática
Modificação no estilo de
vida:
Dieta hipocalórica
associado à atividade
física
(3 meses)
Homizogotos do alelo Lys apresentaram redução do
IMC, peso, circunferência abdominal, pressão arterial
sistólica e níveis de leptina após modificação no estilo
de vida
MCR4
(V1031I)
40
1029 pacientes com obesidade
severa
(transversal)
IMC Consumo de
macronutrientes
Alto consumo de carboidrato associado com o IMC em
portadores do alelo de risco (V1031).
MCR3
(C17A)
43
e
(G241A)
43
184 crianças obesas
(transversal)
IMC Dieta para redução de
peso
Crianças portadoras de ambos os polimorfismos
apresentaram uma maior dificuldade na perda de peso.
FTO
(rs9939609 A/T)
51
8480 crianças
(transversal)
Saciedade Consumo de
macronutrientes e de
gorduras
Crianças portadoras do alelo A apresentaram um maior
consumo de gordura total e VET.
DM = Diabetes Melito; IMC = Índice de Massa Corporal; VET = Valor Energético Total; RR = Risco Relativo. P: S = razão de consumo de gordura poli-insaturada: saturada
50
Tabela 2. Estudos de interação gene - nutriente com condições ou fatores associados ao DM e obesidade.
GENE
(Polimorfismo)
POPULAÇÃO
(Delineamento)
FENÓTIPO
AVALIADO
COMPONENTE
DIETÉTICO
ESTUDADO
RESULTADOS
PPAR-gama2
(Pro12Ala)
25
571 indivíduos não diabéticos
(transversal)
RI, insulina e glicose
plasmática
Ácidos graxos dietéticos
provenientes da carne de peixe
Mulheres portadoras do alelo A com alto
consumo de EPA (carne de peixe) apresentaram
menor RI e menores concentrações de insulina e
glicose plasmática.
LEPR
(Lys656Asn)
38
78 pacientes obesos
(ensaio clínico randomizado)
Níveis de leptina plasmática Dieta pobre em gordura total
vs.
Dieta pobre em carboidrato
(2 meses)
Homozigotos Lys que seguiram a dieta pobre
em gordura apresentaram menores
concentrações de leptina plasmática.
LIPC
(-514C→T)
7
2130 indivíduos caucasianos
(coorte)
HDL- colesterol Gordura total Portadores do alelo T com consumo de gordura
>30% apresentaram menores valores de HDL
colesterol.
LIPC
(-514C→T)
54
2170 indivíduos asiáticos
(coorte)
Triacilgliceróis plasmáticos Gordura total Homozigotos do alelo T com consumo de
gordura total >30% apresentaram maiores
valores de triacilgliceróis plasmáticos.
LIPC
(-514C→T)
55
780 homens com DM tipo 2
(coorte)
HDL- colesterol Gordura saturada Concentrações de HDL colesterol em portadores
do alelo T com IMC >25 Kg/m
2
foram
associadas positivamente com o consumo de
gordura saturada e obesidade.
LIPC
(-514C→T)
56
549 mulheres européias obesas
(coorte)
HDL- colesterol Fibras totais Consumo de fibras teve efeito protetor
(RR = 0,50) na redução de HDL colesterol
associada ao polimorfismo -514C→T
AdipoQ
(-11377C/G)
62
59 indivíduos caucasianos
(ensaio clínico randomizado
cruzado)
RI Dieta rica em gordura saturada
vs.
Dieta rica em gordura
monoinsaturada
vs.
Dieta rica em carboidrato
(4 semanas)
Homens homozigotos C após o consumo da
dieta rica em gordura monoinsaturada e da dieta
rica em carboidrato apresentaram redução à
ação da RI quando comparado ao consumo da
dieta rica em gordura saturada.
51
AdipoQ
(-11391G/A)
63
180 indivíduos obesos
hispânicos
(ensaio clínico randomizado)
SM Dieta hipocalórica
(8 semanas)
Homozigotos do alelo G apresentaram redução
do risco de desenvolvimento de SM, após o
seguimento de uma dieta hipocalórica.
PGC-1alfa
(Gly482Ser)
67
180 indivíduos obesos
hispânicos
(ensaio clínico randomizado)
Insulina plasmática Dieta hipocalórica
(8 semanas)
Homozigotos do alelo Ser apresentaram menor
risco de RI após o consumo da dieta
hipocalórica.
FABP2
(A54T)
71
15 pacientes com DM tipo 2
(experimento randomizado
controlado)
Triacilgliceróis plasmáticos Dieta teste
rica em gordura saturada
Homizogotos do alelo T apresentaram um
aumento nos triacilgliceróis plasmáticos após a
dieta teste quando comparados aos homozigotos
A.
FABP2
(A54T)
72
26 pacientes com DM tipo 2
(experimento randomizado
controlado)
Ácidos graxos séricos Ácidos graxos dietéticos
provenientes de uma refeição
teste rica em gordura saturada
Homozigotos do alelo T apresentaram um
aumento da absorção de ácidos graxos saturados
após o consumo da refeição teste quando
comparados aos outros genótipos do A54T.
ApoA1
(G-A)
8
755 homens caucasianos
822 mulheres caucasianas
(coorte)
HDL-colesterol Gordura poli-insaturada Mulheres portadoras do alelo A com maior
consumo de gordura do tipo poli-insaturada
(>8% VET) apresentaram maiores valores de
HDL colesterol
ApoE
(-219 G → T)
74
43 indivíduos caucasianos
(ensaio clínico randomizado
cruzado
Sensibilidade à insulina Dieta com 20% gordura
saturada
vs.
Dieta com 22% gordura
monoinsaturada
vs.
Dieta rica com 55% carboidrato
Portadores do alelo G quando consumiram dieta
rica em gordura monoinsaturada e dieta rica em
carboidratos tiveram melhora significativa na
sensibilidade à insulina.
RI = Resistência à ação da insulina; EPA = ácido graxo eicosapentaenóico; SM = Síndrome Metabólica; VET = Valor energético total.
52
Capítulo II
THE FTO GENE AND FAT INTAKE IN PATIENTS WITH TYPE 2 DIABETES
53
The FTO gene and fat intake in patients with type 2 diabetes mellitus
Thais Steemburgo
a,b
Fermin I. Milagro
b
Mirela J. Azevedo
a
Javier Campión
b
Jorge L. Gross
a
J. Alfredo Martínez
b,*
a
Endocrine Division, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Universidade Federal do
Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil.
b
Department of Physiology and Nutrition, University of Navarra, Pamplona, Spain.
54
Abstract
The FTO rs9939609 (A/T) single- nucleotide polymorphism (SNP) have been
associated with satiety and food intake in children and adolescents. We aimed to
evaluate possible associations between rs9939609 (A/T) polymorphism and dietary
intake in 236 adult patients with type 2 diabetes mellitus (DM) (126 women/ 110 men),
receiving no previous dietary counseling. After clinical and laboratory examinations,
dietary intake was evaluated by 3-day weighed-diet records, whose reliability was
confirmed by 24-h urinary nitrogen output. The occurrence of the A allele of the FTO
gene was associated with higher total fat [% of total energy (E); OR = 1.10] and
saturated fatty acid [SFA (% of total E) intakes (OR = 1.15]. This association was
especially strong in women carrying the A allele (AA or AT genotypes), both for total
fat (OR = 1.16) and SFA intakes (OR = 1.25). Also, a fat intake >34% median of total E
was more frequent on A allele carriers (OR = 2.63), but this association was only
evidenced in women (OR = 5.24). In conclusion, in patients with type 2 DM and
particularly in women carrying the A allele of the FTO rs9939609 polymorphism was
positively associated with a high fat intake.
Keywords: Diet; FTO gene; type 2 DM; fat intake.
55
Introduction
The discovery that common variants in the FTO (fat mass and obesity
associated) gene are consistently associated with higher body weight (Frayling et al.,
2007; Dina et al., 2007; Hunt et al., 2008), has turned the attention to the gene’s
functional effects. One common single nucleotide polymorphism (SNP) of the FTO
gene is the rs9939609 (A/T), which is associated with an increased risk for obesity and
type 2 diabetes mellitus (DM) (Frayling et al., 2007).
The FTO rs9939609 SNP has been linked with obesity through independent
studies in different ethnic groups, such as Caucasian (Scuteri et al., 2007), Chinese
(Chang et al., 2008) and Japanese populations (Hota et al., 2008). Furthermore, this
SNP was associated with an increased risk for metabolic syndrome (MetS) in a multi-
ethnic sample, confirming that the interaction could be extended to other populations
(Al-Attar et al., 2008). This observation is particularly important in type 2 DM patients,
because obesity and MetS are frequently presents. Moreover, a higher number of MetS
components in these patients is associated with a higher frequency of coronary artery
disease and microvascular chronic diabetic complications (Costa et al., 2003). The
frequency of the rs9939609 polymorphism in the FTO gene in type 2 DM patients is
approximately 42% (Frayling et al., 2007; Hertel et al., 2008).
The role of FTO is largely unknown, but this gene is expressed in skeletal
muscle, adipose tissue, and in brain areas of the hypothalamus associated with feeding,
suggesting it may act through effects on appetite or satiety (Stratigopoulos et al., 2008).
In fact, a recent report from a sample of adults found differences in energy intake, but
no differences in energy expenditure, suggesting that the FTO genotypes affects body
weight via effects on food intake rather than energy expenditure (Speakmann et al.,
2008). Moreover, studies in children demonstrated an association between genotypes at
56
rs9939609 (A/T) and appetite (evaluated by a standardized questionnaire). Children
with two higher risk FTO alleles (AA) scored significantly lower on the satiety
responsiveness scale, and the association was independent of body mass index (BMI) in
such subjects (Wardle et al., 2008). On the other hand, children carrying the T allele
have shown a protection against overeating by promoting responsiveness to internal
signals of satiety (Wardle et al., 2008). Interestingly, children carriers of the A allele of
the FTO gene appeared to consume more fat and total energy than those not carrying
such variants (Timpson et al., 2008).
Considering that the FTO may exert an effect on obesity through an alteration of
appetite and possibly on dietary choice, and that there are no studies that assessed the
macronutrients consumption depending on genotypes of the FTO gene in adults subjects
with type 2 DM, we evaluated possible associations between the SNP rs9939609 (A/T)
polymorphism of the FTO gene and dietary intake in patients with type 2 DM.
Materials and methods
Patients
This cross-sectional study was conducted in patients with type 2 DM defined as
subjects over 30 years of age at onset of DM, no previous episode of ketoacidosis or
documented ketonuria, and treatment with insulin only after 5 years of diagnosis.
Patients consecutively attending the outpatient clinic of the Endocrine Division at
Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Porto Alegre, Brazil) were selected based on the
following criteria: no dietary counseling by a registered dietitian during the previous 6
months, creatinine ≤1.5 mg/dL and/or urinary albumin excretion (UAE) <200 µg/min,
normal liver and thyroid function tests, and absence of urinary tract infection or other
renal disease and cardiac failure.
57
Medications in use were maintained during the study. Blood pressure was
measured twice to the nearest 2 mmHg, after a 10-minute rest, using a standard mercury
sphygmomanometer (phases I / V Korotkoff). Hypertension was defined as blood
pressure ≥ 140/90 mmHg or the use of antihypertensive drugs. The presence of MetS
was established according to the National Cholesterol Education Program Adult
Treatment Panel III (NCEP ATP III) criteria (Grundy et al., 2004). The frequency of
exercise, according to activities during a typical day, was classified into four levels: 1-
none, 2-low, 3-moderate and 4-high, based on a questionnaire (Tuomilehto et al., 2001)
adapted to local habits. Current alcohol intake was categorized as present or absent.
Patients were classified as whites or non-whites (black or mixed) according to their own
self-report. Smoking habit was considered in the presence of current smokers. Level of
education was evaluated by years of formal study. The Ethics Committee approved the
protocol and patients gave their written informed consent to participate.
Dietary Assessment
The patient’s usual diet was assessed by means of a 3-day weighed-diet record
technique (two non-consecutive weekdays and one-weekend day). Patients were issued
commercial scales (1–125 g; H.R. Deutschendorf & Cia. Ltda, Brazil) and measuring
cups (25–250 mL; Marinex, Brazil) and a detailed explanation and demonstration was
given to each subject by the dietitian. Patients carried out a one-day training period on
the weighed-diet record technique before starting the protocol. Compliance with the
weight-record technique, besides an interview with the dietitian was assessed by
comparison of protein intake estimated from the mean value of the 3-day weighed-diet
records and from the 24-h urinary nitrogen output, performed on the third day of the
weighed-diet record period (Moulin et al., 1998).
58
Dietary records were analyzed using the Nutribase 2007 Clinical Nutritional
Manager software v.7.14 (Cybersoft Phoenix, AZ). Data intakes from nutrients were
expressed in percent of total energy (% of total E), g/day and, mg/day. Nutrient data on
frequently consumed foods were updated if necessary and /or complemented with data
obtained from local manufacturers of specific industrialized foods (USDA, 1998).
Anthropometric Measurements
The body weight and height of patients (without shoes and coats) were obtained
using a calibrated an anthropometric scale, with measurements recorded to the nearest
100 g for weight and to the nearest 0.1 cm for height. Body mass index (BMI; kg/m²)
was calculated as weight (kilograms) divided by square height (meters). Waist
circumference was measured midway between the lowest rib margin and the iliac crest,
near the umbilicus. Flexible, non-stretch fiberglass tape was used for measurements.
Laboratory Measurements
Blood samples were obtained after a 12-h fast. Plasma glucose level was
determined by a glucose oxidase method and the A
1C
test by an ion-exchange high-
performance liquid chromatography procedure (Merck-Hitachi L-9100 glycated
hemoglobin analyzer, reference range 4.7 - 6.0%; Merck, Darmstadt, Germany). Serum
total cholesterol and triglycerides were measured by enzymatic-colorimetric methods,
respectively (Merck Diagnostica, Darmstadt, Germany; Boeringher Mannheim, Buenos
Aires, Argentina). HDL cholesterol was assessed by homogeneous direct method
(autoanalyzer, ADVIA 1650), and LDL cholesterol was calculated using the Friedewald
formula.
Genotyping of the FTO polymorphism
59
Detection of the FTO SNP rs9939609 was carried out using a validated
genotyping assay (Assay ID C_30090620_10; Applied Biosystems, Foster City, CA).
SNP genotyping was performed using an allelic discrimination assay (TaqMan
®
SNP
Genotyping Assays, Applied Biosystems, CA, USA) using the ABI PRISM 7000 Real-
Time PCR System and genotypes were read using automated software (SDS 1.1,
Applied Biosystems, CA, USA). Reactions were run in 10µL volumes using an
amplification protocol of 95ºC for 10 minutes, followed by 40 cycles of 95ºC for 15
seconds, then 60ºC for 1.5 minutes.
Statistical Analysis
Variables were analyzed by ANOVA, Student’s t test, and χ² tests. The Kruskal-
Wallis and the Mann-Whitney U- tests were applied to compare non-parametrics data
between groups. A χ² test was also used to evaluate the Hardy-Weinberg equilibrium to
analyze the frequency distribution of the genotypes. The mean daily intake of nutrients
obtained from 3-day weighed records was used in all statistical analyses. Multiple
logistic regression analysis was used to calculate the odds ratio (OR) and their
respective 95%CIs for the presence of the two higher risk FTO alleles (AA). For
analysis in the whole-group, the models were adjusted for gender, total energy intake,
BMI, and LDL cholesterol. When women and men were separately analyzed, the
models were adjusted for total energy intake, BMI, and LDL-cholesterol. Results were
expressed as means (SD) or median (P25-P75). P values <0.05 were considered as
statistically significant. Statistical analysis was performed using SPSS 15.0 software
(SPSS, Chicago, IL).
Results
The sample was categorized by gender (126 women/110 men). The clinical
characteristics according to the rs9939609 (A/T) polymorphism in the FTO gene are
60
described in Table 1. No deviation from the Hardy-Weinberg equilibrium was observed
(χ
2
= 1.12; P = 0.642) concerning for genotype distribution. The allele frequencies in
women were (AA = 13.5%, AT = 42.1%, TT = 44%), and in men (AA = 15.5%, AT =
43.6%, TT = 40.9%). In homozygotes A men, the prevalence of hypertension was 100%
and was statistically significant as compared to the other genotypes (P = 0.050). In both
genders, no significant differences in age, duration of DM, anthropometric
measurements (BMI, weight, and waist circumference), presence MetS, and coronary
artery disease were observed among the three genotypes. Furthermore, the proportion of
white ethnicity, current smoking, alcohol intake, level of physical activity and
education, also did not differ among genotypes.
The biochemical characteristics according with the allelic distribution are
reported in the Table 2. Women and men carrying the A allele had higher
concentrations of fasting plasma glucose and, A
1C
test but these differences were not
statistically different between the genotypes. Regarding, serum total cholesterol, HDL-
cholesterol and triglycerides, no differences were observed among patients with
different genotypes. However, in the recessive model [patients with the homozygous
genotype of risk (AA) vs. patients with other genotypes (TT + AT)], higher LDL
cholesterol levels were evidenced, both in women [140.4 (35.5) vs. 122.1 (34.2) and
125.7 (37.9); P = 0.081] and men [127.9 (34.3) vs. 109.3 (39.6) and 126.2 (35.4); P =
0.074] than in the codominant model (AA vs. TT vs. AT).
Nutrient intakes according to the FTO genotypes are described in Table 3. The
codominant model (AA vs. AT vs. TT), demonstrated differences in the total daily
energy intake [1952.1 (452.2) vs. 2118.7 (451.9) vs. 2257.1 (496.7) Kcal/d; P = 0.047]
only for men. No differences were observed in the intake of the carbohydrates and
proteins in women and men. Interestingly, in the recessive model (AA vs. TT + AT)
61
women with the AA genotype presented a higher intake of total fat [34.4 (5.3) vs. 32.2
(7.5) and 32.6 (6.2) % of total energy; P = 0.005) and saturated fatty acids (SFA) [11.0
(3.1) vs. 9.3 (2.9) and 9.3 (2.3) % of total energy; P = 0.022] respectively, and a lower
total fiber intake [12.4 (4.4) vs. 15.1 (6.3) and 16.7 (5.6) g/day; P = 0.024] as compared
to other genotypes. Total fat, SFA, and total fiber intakes did not differ in men with
different genotypes. In addition, when the food sources of fat and SFA were analyzed
no differences were observed between genotypes in both men and women (data not
shown).
The validity of the weight-record technique was confirmed by comparing daily
protein intake estimated from the mean value of the 3-day weighed-diet records with the
24-h urinary nitrogen output [1.17 (0.30) vs. 1.17 (0.35) g/kg weight; P = 0.873].
The associations of carriers of the A allele (AA and AT genotypes) with total fat
and SFA intakes were analyzed (Table 4). In the whole-group, it was observed an
association of polymorphism of the FTO gene and fat intake (OR = 1.10; 95%CI 1.05-
1.15; P = 0.031) and SFA intake (OR = 1.15; 95%CI 1.02-1.32; P = 0.050). When
women and men were separately analyzed, only for women carriers of the A allele the
association with fat intake (OR = 1.16; 95%CI 1.05-1.28; P = 0.002) and SFA intake
(OR = 1.25; 95%CI 1.02-1.48; P = 0.027) remained significant.
In the total group of studied patients, the median value of daily intakes of fat was
34% of total energy (E). Figure 1 shows the association between carriers of the A allele
at SNP rs9939609 in the FTO gene with fat consumption >34% of total E. In the
whole-group, it was observed a positive association of the A allele with a higher fat
consumption (OR = 2.63; 95%CI 1.18-5.85; P = 0.018), adjusted for gender, total
energy intake, BMI, and LDL-cholesterol, and this association is even stronger in
women (OR = 5.24; 95%CI 1.12-11.90; P = 0.030), adjusted for total energy intake,
62
BMI, and LDL-cholesterol. In men carriers of A allele no significant association with
fat intake was observed.
Discussion
In the present study, we observed associations between the FTO rs9939609
(A/T) polymorphism and high fat intake, especially in women carrying the of A allele.
Indeed, it was demonstrated a positive association between the presence of risk allele of
the FTO gene with total fat (OR = 1.10) and SFA intakes (OR = 1.15), but this
relationship was significant only for women. Accordingly, a higher fat intake (> 34% of
total E) was positively associated with carrying of the A allele in whole-group (OR =
2.64) and, as expected this association was stronger in women (OR = 5.24). A
consideration concerning this finding is that the gender can be an important factor in the
FTO variants in patients with type 2 DM, as previously observed in children (Jacobsoon
et al., 2008).
The observed frequency of the minor allele (A) was similar to other studies in
Caucasian population (Frayling et al., 2007; Hertel et al., 2008). Surprisingly, in
patients with type 2 DM, we did not find an association of rs9939609 with obesity
phenotypes. This lack of association probably occurred because MetS was present in
most studied patients. In the other hand, no associations between metabolic traits such
glucose, triglycerides and HDL-cholesterol and FTO variants, as demonstrated in non
diabetics adults (Freathy et al., 2008), children, and adolescents were found (Jacobsson
et al., 2008).
The impact of dietary factors on the phenotype can be exerted at many stages
such as transcription of the genetic sequence and production of a functional protein
(Hesketh et al., 1998). The mechanism (or mechanisms) of FTO gene effects remains
still uncertain, but some studies have suggested a central role for FTO through food
63
intake regulation (Stratigopoulos et al., 2008) and a peripheral role through an effect on
lipolytic activity in adipose tissue (Wahlen et al., 2007). The influence of FTO on body
composition and on the risk of obesity and overweight has been reported in childhood
and persist into adolescence (Frayling et al., 2007; Scuteri et al., 2007). Additionally,
the few studies that examined the relationship between appetite (Wardle et al., 2008;
Wardle et al., 2008) and dietary intakes (Timpson et al., 2008), with the FTO gene were
performed in children or adolescents. In this context, an understanding of the
interactions between macronutrient intake or dietary components in adulthood and the
genotype is important to provide a basis for determining the role of dietary intake and
habits in the prevalence and pathogenesis of important conditions such as type 2 DM
and obesity (Afman et al., 2006; Marti et al., 2006; Marti et al., 2008).
A possible flaw of this study could be related to dietary data records, since most
observational studies are limited due to the lack of accuracy for quantitative data.
However, in the present study the accuracy of the recorded dietary data was confirmed
by a significant correlation between protein intake as evaluated by weighed-diet record
and 24-h urinary nitrogen output as previously demonstrated in patients with type 2 DM
(Moulin et al., 1998).
In conclusion, for the first time, the association of dietary intake in genotypes of
FTO in adult patients with type 2 DM was evaluated. We found in type 2 diabetic
subjects, particularly in women, a relationship of carrying of the rs9939609 (A/T)
polymorphism in the FTO gene and a highest fat consumption that suggests a possible
interaction between of the FTO gene and fat intake. However, further trials are needed
to confirm these results, which are in agreement with data from children and adolescents
and suggest a long-term impact of this polymorphism on food intake.
64
Acknowledgements
We thank the special line research “Obesidad, Nutrición y Salud” (LE/97) of
University of Navarra (Spain) and, the “Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico” (CNPq) of Brasil for financial support. TS is a recipient of
scholarships from CNPq. Also, “Parques y Pascual Catedra” at the University of
Navarra (Spain) are gratefully acknowledged.
65
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69
Table 1
Clinical characteristics in 236 patients with type 2 DM according to the FTO genotypes
FTO gene rs9939609 (A/T) genotypes
TT AT AA
Codominant
model*
P
Recessive
model**
P
Genotypes FTO (%)
Women (n = 126) 56 (44%) 53 (42.1%) 17 (13.5%) - -
Men (n = 110) 45 (40.9%) 48 (43.6%) 17 (15.5%) - -
Age (years)
Women 57.8 (10.3) 60.7 (12.3) 58.3 (13.8) 0.449 0.752
Men 59.0 (8.9) 63.1 (7.6) 59.9 (8.7) 0.250 0.601
Ethnicity (white)
Women 50 (89.3%) 44 (83%) 14 (82.4%) 0.590 0.670
Men 42 (93.3%) 41 (85.4%) 13 (76.5%) 0.181 0.146
Duration of DM (years)
Women 14.5 (9.1) 12.8 (8.8) 12.6 (7.0) 0.534 0.631
Men 10.6 (6.7) 12.6 (8.1) 12.4 (7.3) 0.428 0.706
Metabolic Syndrome NCEP ATP III (%)
Women 43 (76.8%) 45 (84.9%) 14 (82.4%) 0.552 0.874
70
Men
32 (71.1%) 29 (69.4%) 10 (58.8%) 0.485 0.592
Coronary artery disease (%)
Women 5 (8.9%) 6 (11.3%) 1 (5.9%) 0.785 0.582
Men 8 (17.8%) 9 (19.1%) 3 (17.6%) 0.982 0.935
Hypertension (%)
Women 50 (89.3%) 43 (81.1%) 13 (76.5%) 0.330 0.353
Men 38 (84.4%) 38 (79.2%) 17 (100%) 0.124 0.050
BMI (kg/m²)
Women 28.7 ( 3.8) 28.8 (4.6) 29.5 (4.9) 0.704 0.533
Men
28.3 (4.1) 28.1 (3.9) 28.8 (4.7) 0.827 0.566
BMI ≥30kg/m² (%)
Women 21 (37.5%) 23 (43.4%) 8 (47.1%) 0.718 0.602
Men 15 (33.3%) 12 (25%) 6 (35.3%) 0.637 0.624
Weight (kg)
Women 70.8 (11.0) 70.1 (11.4) 73.2 (13.7) 0.628 0.360
Men 81.2 (14.1) 79.9 (12.8) 85.9 (15.8) 0.310 0.142
Waist circumference (cm)
Women 98.4 (9.8) 98.8 (10.5) 98.9 (14.0) 0.978 0.900
Men
101.9 (10.6) 100.1 (9.6) 102.0 (10.8) 0.633 0.709
71
Diabetes treatment (D/OA/I or I+ OA %)
Women 3.6/55.1/41.1 3.8/60.4/40.9 5.9/52.9/41.1 0.847 0.608
Men 4.4/62.2/33.4 8.3/58.3/33.4 5.9/70.6/23.5 0.638 0.303
Current smoking (%)
Women 4 (7.1%) 9 (17%) 2 (11.8%) 0.625 0.962
Men
5 (11.1%) 5 (10.8%) 2 (11.8%) 0.931 0.673
Current alcohol intake (%)
Women 12 (21.4%) 17 (32.1%) 2 (11.8%) 0.430 0.402
Men 19 (42.2%) 23 (47.9%) 10 (58.8%) 0.575 0.352
Education ≤ 8 years (%)
Women 7 (12.7%) 15 (28.3%) 1 (5.9%) 0.225 0.692
Men 11 (38.6%) 5 (10.4%) 4 (25%) 0.430 0.505
Frequency of exercise: level 1 (%)
Women 40 (71.4%) 31 (58.5%) 10 (58.8%) 0.540 0.876
Men 22 (48.9%) 20 (41.7%) 10 (58.8%) 0.430 0.520
DM, Diabetes Mellitus; NCEP ATP III, National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III; BMI, Body mass index.
D, diet only; OA, oral antidiabetic agents; I, insulin. Data are mean (SD) or number of patients with analyzed characteristics (%).
*Codominant model (TT vs. AT vs. AA) P-Values using ANOVA; **Recessive model (AA vs. TT + AT) P-Values using the Student’s t test.
72
Table 2
Biochemical characteristics in 236 patients with type 2 DM according to the FTO genotypes
FTO gene rs9939609 (A/T) genotypes
TT AT AA
Codominant
model*
P
Recessive
model**
P
Fasting plasma glucose (mg/dL)
Women
135.4 (32.9) 138.7 (35.7) 155.9 (57.8) 0.103
0.329
Men 128.3 (52.1) 142.3 (51.9) 154.5 (62.1)
0.242 0.183
A
1C
test (%)
Women 6.9 (5.2-13.0)
7.4 (5.6-12.8) 8.1 (5.5-11.8) 0.719 0.874
Men 6.4 (4.1-11.9)
6.7 (5.4-10.2) 6.9 (5.5-12.1) 0.549 0.492
Total cholesterol (mg/dL)
Women 206.6 (38.8) 209.2 (46.3) 216.2 (35.6) 0.714 0.449
Men 201.3 (39.3) 206.6 (35.5) 189.9 (43.7) 0.324 0.176
HDL cholesterol (mg/dL)
Women 53.7 (10.6) 53.9 (14.2) 50.0 (9.6) 0.486 0.230
Men 46.2 (9.1) 48.2 (10.8) 49.6 (17.0) 0.546 0.447
LDL cholesterol (mg/dL)
73
Women 122.1 (34.2) 125.7 (37.9) 140.4 (35.5) 0.192 0.081
Men 109.3 (39.6)
126.2 (35.4) 127.9 (34.3) 0.200 0.074
Triglycerides (mg/dL)
Women 121 (49-386) 146 (40-455) 129 (80-293) 0.978 0.846
Men 134 (57-359) 127 (40-398) 139 (40-421) 0.639 0.885
HDL, high- density lipoprotein; LDL, low-density lipoprotein. Data are mean (SD) or median (P25-P75).
*Codominant
model (TT vs. AT vs. AA) P-Values using ANOVA;**Recessive model (AA vs. TT + AT) P- Values using
the Student’s t test. Non- parametric variables: the P-Values is obtained using the Kruskal-Wallis or the Mann-Whitney U test.
74
Table 3
Daily intake of nutrients in 236 patients with type 2 DM according to the FTO genotypes
FTO gene rs9939609 (A/T) genotypes
TT AT AA
Codominant
model*
P
Recessive
model**
P
Total energy intake (kcal)
Women 1670.2 (441.3) 1561.3 (439.1) 1672.8 (433.1) 0.629 0.335
Men 1952.1 (452.2) 2118.7 (451.9) 2257.1 (496.7) 0.047 0.075
Carbohydrate (% of total E)
Women 49.0 (9.2) 48.7 (6.2) 47.3 (8.1) 0.388 0.263
Men 46.3 (9.1) 48.0 (9.7) 48.1 (5.5) 0.172 0.688
Protein (% of total E)
Women 18.1 (3.8) 19.1 (3.4) 18.2 (2.5) 0.327 0.850
Men 20.3 (4.7) 19.3 (3.6) 19.1 (4.0) 0.425 0.538
Fat (% of total E)
Women 32.6 (7.5) 32.2 (6.2) 34.4 (5.3) 0.018 0.005
Men 33.4 (6.5) 32.6 (5.7) 32.6 (11.8) 0.823 0.739
Saturated fatty acid (% of total E)
75
Women 9.3 (2.9) 9.3 (2.3) 11.0 (3.1) 0.073 0.022
Men 9.7 (2.1) 9.7 (2.0) 9.8 (3.6) 0.980 0.853
Monounsaturated fatty acid (% of total E)
Women 11.4 (2.8) 11.3 (2.5) 12.6 (2.1) 0.233 0.089
Men 11.3 (2.3) 11.2 (2.6) 12.6 (4.2) 0.220 0.084
Polyunsaturated fatty acid (% of total E)
Women 9.8 (2.7) 9.1 (3.2) 10.5 (3.8) 0.186 0.130
Men 9.7 (3.4) 8.6 (2.9) 9.7 (3.2) 0.373 0.578
Trans fatty acid (% of total E)
Women 1.1 (0.7) 1.3 (0.7) 1.2 (0.5) 0.664 0.867
Men 1.6 (0.6) 1.3 (0.6) 1.2 (0.6) 0.485 0.815
P/S fatty acid ratio
Women 1.3 (0.4) 1.0 (0.4) 1.1 (0.6) 0.705 0.808
Men 0.9 (0.3) 0.9 (0.4) 1.1 (0.6) 0.405 0.245
Cholesterol (mg)
Women 174.6 (74.8) 200.3 (100.1) 201.7 (107.4) 0.319 0.560
Men 234.6 (105.5) 258.4 (129.1) 235.6 (111.4) 0.582 0.716
Total fiber (g)
Women 15.1 (6.3) 16.7 (5.6) 12.4 (4.4) 0.024 0.023
76
Men 17.8 (7.8) 20.4 (7.0) 19.7 (8.2) 0.266 0.785
Data are expressed as mean (SD); E: energy; P/S: Polyunsaturated/Saturated.
*Codominant model (TT vs. AT vs. AA) P- values
using ANOVA; **Recessive model (AA vs. TT + AT) P-values using the Student’s t test.
77
Table 4
Association (OR)* between carriers of A allele in the FTO gene and fat and, saturated
fatty acid intakes
OR, Odds Ratio; E, energy.
*Multiple logistic regression analysis was used to examine independent variables
associated with carriers of the A allele.
†Regression models were adjusted for gender, total energy intake, BMI, and LDL-
cholesterol.
‡Regression models were adjusted for total energy intake, BMI, and LDL-cholesterol.
Odds Ratio
95% CI
P
Whole-group
†
Fat (% of total E) 1.10 1.05-1.15 0.031
Saturated fatty acid (% of total E) 1.15 1.02-1.32 0.050
Women
‡
Fat (% of total E) 1.16 1.05-1.28 0.002
Saturated fatty acid (% of total E) 1.25 1.02-1.48 0.027
Men
‡
Fat (% of total E) 1.03 0.96-1.11 0.391
Saturated fatty acid (% of total E) 0.98 0.77-1.24 0.893
78
Figure 1
Association of the presence of the A allele in the FTO gene with total fat consumption
>34% of total energy
In whole-group, the regression models were adjusted for gender, total energy intake,
BMI, and LDL-cholesterol.
For men and women separately analyzed, the models were adjusted for total energy
intake, BMI, and LDL-cholesterol.
* P < 0.05
*
*
79
Capítulo III
ASSOCIATION OF FTO rs7204609 POLYMORPHISM WITH METABOLIC
SYNDROME AND MICROALBUMINURIA IN BRAZILIAN PATIENTS WITH
TYPE 2 DIABETES
80
Association of FTO rs7204609 polymorphism with metabolic syndrome and
microalbuminuria in Brazilian patients with type 2 diabetes
Running title: MetS, microalbuminuria and FTO polymorphism
Thais Steemburgo, RD
1, 2
Mirela J. Azevedo, MD, PhD
1
Fermín I. Milagro, PhD
2
Javier Campión, PhD
2
Jorge L. Gross, MD, PhD
1
J. Alfredo Martínez, PhD
2
1
Endocrine Division, Hospital de Clínicas de Porto Alegre, Universidade Federal do
Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
2
Institute of Nutrition and Food Sciences, University of Navarra, Spain.
81
Abstract
Objective- Variations in the fat mass and obesity-associated (FTO) gene has been
related with obesity and diabetes phenotypes. The purpose of this study was to
investigate the possible association of rs7204609 (C/T) single-nucleotide polymorphism
(SNP) of the FTO gene with adiposity markers, metabolic syndrome (MetS), and
chronic diabetic complications in patients with type 2 diabetes.
Research design and methods- This cross-sectional study genotyped the FTO
rs7204609 SNP in 236 Brazilian outpatients with type 2 diabetes (46.6% males, aged
60.0 ± 10.3 years, diabetes duration 12.7 ± 8.2 years). Patients underwent 3-day
weighed-diet records and clinical and laboratory evaluation.
Results- Patients with allele C (CT and CC genotypes) had more frequently MetS
(International Diabetes Federation criteria; 94.3% vs. 76.6%, P = 0.017) than patients
with TT genotype. Total daily energy and nutrient intake were not different between
patients with and without the C allele. In multiple logistic regression models C carriers
had an increased risk for the presence of MetS (OR = 5.46; 95%CI 1.25-23.9; P =
0.024) and for BMI ≥30 kg/m
2
(OR = 3.74; 95%CI 1.73-8.08; P = 0.001). Also, the
presence of allele C conferred an increased risk for microalbuminuria (OR = 2.28;
95%CI 1.08-4.85; P = 0.031). All regression models were adjusted for gender, duration
of diabetes, and systolic blood pressure.
Conclusions - In Brazilian patients with type 2 diabetes the presence of C allele of the
FTO rs7204609 SNP increases the risk for MetS and for the presence of
microalbuminuria.
82
The “Fat Mass and Obesity Associated” (FTO) gene appears as an important
contributor to human adiposity due probably to an effect in the central control of energy
homeostasis (1). Several common single nucleotide polymorphisms (SNPs) of the FTO
gene have been found to be strongly and positively associated with body mass index
(BMI) such as rs9939609, rs1421085, rs17817449, rs11075986, rs1121980, rs8050136,
rs3751812, rs7199182, rs7204609 (2-5) and other adiposity markers including variants
rs9939609, rs1421085, rs1121980, rs8050136 (2, 5, 6). Actually, the association of FTO
gene variants with obesity can be different according ethnics and/or adiposity features.
Thus, SNPs FTO positive associations were observed in Korean (3), Caucasian (5),
Japanese (6), Norwegian (7), and Indians populations (8). On the other hand, no
association was identified of 16 common SNPs of the FTO gene with BMI in
predominantly lean African subjects (9).
Body weight homeostasis features and adiposity related conditions were also
associated with SNPs of FTO gene. The SNP rs17817449 was linked to with insulin
resistance and plasma leptin values in French-Canadian families (4) and Hispanic
Americans (5). Some SNPs of FTO gene (rs9939609, rs7191344, rs8050136) were also
associated with type 2 diabetes (2, 7, 8, 10, 11). In addition, a common variant of the
FTO gene (rs9939609) has been associated with metabolic syndrome (MetS) or its
components (12, 13) in Caucasian (12) and non-Caucasian multi-ethnic samples (13).
This observation is particularly important in type 2 diabetes patients because MetS
frequently occurs in these patients and a higher number of MetS components were
associated with a higher prevalence of coronary artery disease and microvascular
chronic diabetic complications (14). Variants of the FTO gene (rs9939609, rs7191344,
rs8050136) have been studied in patients with established diabetes especially regarding
83
obesity (7, 11). However, as far as we know, there is no information about possible
association of diabetic complications with FTO SNPs.
The rs7204609 (C/T) SNP of the FTO gene was scarcely investigated and the
mechanisms by which this SNP as others FTO variants could influence obesity is still
unknown (1). The aim of this paper was to examined possible associations between the
SNP rs7204609 (C/T) polymorphism of the FTO gene with obesity-related markers,
MetS, and chronic diabetic complications in patients with type 2 diabetes.
Research design and methods
Patients
This cross-sectional study was conducted in patients with type 2 diabetes defined
as subjects over 30 years of age at onset of DM, no previous episode of ketoacidosis or
documented ketonuria, and treatment with insulin only after 5 years of diagnosis.
Patients consecutively attending the outpatient clinic of the Endocrine Division at
Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Porto Alegre, Brazil) were selected based on the
following criteria: no dietary counseling by a registered dietitian during the previous 6
months, serum creatinine ≤1.5 mg/dL and/or urinary albumin excretion rate (AER)
<200 µg/min, normal liver and thyroid function tests, and absence of urinary tract
infection or other renal disease and cardiac failure.
Medications in use were maintained during the study. The frequency of exercise,
according to activities during a typical day, was classified into four levels: 1-none, 2-
low, 3-moderate and 4-high, based on a questionnaire adapted to local habits (15).
Current alcohol intake was categorized as present or absent. Patients were classified as
whites or non-whites (black or mixed) according to their own self-report. Smoking habit
was considered in the presence of current smoking. Level of education was evaluated by
years of formal study. Blood pressure was measured twice to the nearest 2 mmHg, after
84
a 10-minute rest, using a standard mercury sphygmomanometer (phases I / V
Korotkoff). Hypertension was defined as blood pressure ≥140/90 mmHg measured on
two occasions or the use of antihypertensive drugs. Fundus examination was performed
through dilated pupils, and diabetic retinopathy was graded as present or absent.
According to 24-h AER patients were classified as normoalbuminuric (AER <20
µg/min) or microalbuminuric (20-199 µg/min). Microalbuminuria was always
confirmed in a second urine sample (16). Diagnosis of MetS was based on the
International Diabetes Federation (IDF) criteria: central obesity (waist circumference
≥94 cm for men, ≥80 cm for women) plus any two of the following: triglycerides ≥150
mg/dl and/or HDL <40 mg/dl) for men and <50 mg/dl for women, blood pressure
≥130/85 mmHg (or use of antihypertensive drugs) and raised blood glucose or DM (17).
The Ethics Committee approved the protocol and patients gave their written
informed consent to participate in the study.
Dietary Assessment
The patient’s usual diet was assessed by 3-day weighed-diet record technique
(two non-consecutive week days and one-weekend days). Patients were issued
commercial scales and measuring cups and a detailed explanation and demonstration
was given to each subject. Compliance with the weight-record technique, besides an
interview with the nutritionist, was confirmed by comparison of daily protein intake
estimated from the 3-day weighed-diet records and from 24-h urinary nitrogen output,
performed on the third day of the weighed-diet record period (18).
Dietary records were analyzed using the Nutribase 2007 Clinical Nutritional
Manager software v.7.14 (Cybersoft Phoenix, AZ). Data intakes from nutrients were
expressed in percent of total energy (% of total E), g/day and mg/day. Nutrient data on
85
frequently consumed foods were updated if necessary and /or complemented with data
obtained from local manufacturers of specific industrialized foods (19).
Anthropometric Measurements
The body weight and height of patients (without shoes or coats) were obtained
using an anthropometric scale, with measurements recorded to the nearest 100 g for
weight and to the nearest 0.1 cm for height. Body mass index (BMI; kg/m²) was
calculated as weight (kilograms) divided by squared height (meters). Waist
circumference was measured midway between the lowest rib margin and the iliac crest,
near the umbilicus. Flexible, non-stretch fiberglass tape was used for measurements.
Laboratory Measurements
Blood samples were obtained after a 12-h fast period. Plasma glucose level was
determined by glucose oxidase method and the HbA
1C
by an ion-exchange high-
performance liquid chromatography procedure (Merck-Hitachi L-9100 glycated
hemoglobin analyzer, reference range 4.7 - 6.0%; Merck, DarmStadt, Germany).
Urinary albumin was measured by an immunoturbidimetric method (Microalb; Ames-
Bayer, Tarrytown NY. In our laboratory using urine samples with albumin
concentration of 30 and 100 mg/l the intra- and inter-assay CVs were both <6% (20).
Estimated glomerular filtration rate (eGFR) was calculated using the Modification of
Diet in Renal Disease formula (21): 186 x [plasma creatinine (mg/dl)
-1.154
x age (years)
- 0.203
x (1.212 if black) x (0.742 if female). Plasma insulin levels were measured by
electrochemiluminescence (Elecsys R System/2010, Modular E-170 ROCHE,
sensitivity 0.2 mUI/ml, mean intra- and interassay CV: 2.0 and 5.96%, reference range
2.6 - 24.9 mUI/ml). Insulin resistance was estimated by homeostasis model assessment
resistance index (HOMA-IR = fasting serum insulin [in microunits per milliliter] ×
fasting plasma glucose [in millimoles per liter]/22.5) (22). Serum total cholesterol and
86
triglycerides were measured by enzymatic-colorimetric methods (Merck Diagnostica,
DarmStadt, Germany; Boeringher Mannheim, Buenos Aires, Argentina). HDL
cholesterol was assessed by homogeneous direct method (autoanalyzer, ADVIA 1650),
and LDL cholesterol was calculated using the Friedewald formula.
Genotyping of the FTO polymorphism
Detection of the FTO SNP 7204609 was carried out using a validated assay
(Assay ID C_29711844_10; Applied Biosystems, Foster City, CA). SNP genotyping
was performed using an allelic discrimination assay (TaqMan
®
SNP Genotyping
Assays, Applied Biosystems CA, USA) using the ABI PRISM 7000 Real-Time PCR
System and genotypes were read using automated software (SDS 1.1, Applied
Biosystems, CA, USA). Reactions were run in 10µL volumes using an amplification
protocol of 95ºC for 10 minutes, followed by 40 cycles of 95ºC for 15 seconds, then
60ºC for 1.5 minutes.
Statistical Analysis
Unpaired Student’s t- test, Mann-Whitney U- test, and χ² test were used as
appropriate. Because of the low numbers of CC homozygotes, the genotype was
analyzed with the use dominant-allele model, with the C allele being dominant. A χ² test
was also used to evaluate the Hardy-Weinberg equilibrium to assess the frequency
distribution of the genotypes. Multiple logistic regression analysis was used to calculate
the odds ratio (OR) and their respective 95%CIs for the presence of obesity related
outcomes in the presence of the C allele of rs7204609 (C/T) of the FTO gene, adjusted
for gender, duration of diabetes and, systolic blood pressure. A multiple linear
regression model was used to analyze factors independently associated with waist
circumference and AER
log
. Results were expressed as means (SD), median (P25-P75),
or number of patients with the characteristic (%).
P values <0.05 were considered as
87
statistically significant. Statistical analysis was performed using SPSS 15.0 software
(SPSS, Chicago, IL).
Results
A total of 236 Brazilian patients with type 2 diabetes, 46.6% males, 60.0 ± 10.3
years old, and with 12.7 ± 8.2 years of diabetes duration was studied. Phenotypical
characteristics of patients according to the rs7204609 (C/T) polymorphism of the FTO
gene are shown in Table 1. No deviation from the Hardy-Weinberg equilibrium was
observed (χ
2
= 4.208; P = 0.917) concerning genotype distribution. The allele
frequencies were 85.2% for the T allele and 14.8% for the C allele. Patients with C/T
and CC genotypes were combined and compared with the TT homozygotes.
No significant differences in age, gender and duration of diabetes were observed
between groups. The proportion of white ethnicity, ischemic heart disease, current
smoking, alcohol intake, physical activity, and level of education also did not differ
between the two groups. Regarding metabolic indices, fasting plasma glucose, HbA
1C
,
insulin, HOMA-IR, and total and LDL cholesterol were also no in both genotypes
groups. Carriers of the C allele (CC and CT genotypes) had higher AER [18.4 (2.8-
180.4) vs. 5.3 (0.0-180.5) µg/min; P = 0.046] than in non-carriers. Moreover, this
genetic group also present a high proportion of patients with microalbuminuria (48.6 vs.
29.6%; P = 0.027).
Important differences in patients who had the C allele concerning indicators of
adiposity were found. Thus, carriers of the C allele showed higher weight (83.8 ± 14.5
vs. 74.3 ± 13.0 kg; P <0.0001), BMI (31.1 ± 3.6 vs. 28.2 ± 4.1 kg/m
2
; P <0.0001), and
waist circumference (105.0 ± 9.8 vs. 98.3 ± 10.4 cm; P = 0.002) when compared with
non-carriers. Furthermore, patients carrying the C allele evidenced a lower HDL
cholesterol (47.0 ± 8.9 vs. 51.4 ± 12.5 mg/dl; P = 0.048) and higher serum triglycerides
88
concentrations [165.0 (67-421) vs. 131.0 (40-455) mg/dl; P = 0.047]. A higher
frequency of MetS was observed in carriers of the C allele (94.3% vs. 76.6%, P = 0.017)
as compared to TT homozygotes.
When males and females were separately analyzed, there were differences in
some components of the MetS according genotypes of the FTO gene (Figure 1). Male
carriers of the C allele had a higher waist circumference (109.4 ± 8.4 vs. 99.4 ± 9.8 cm;
P <0.0001) and triglycerides serum values [192 (67-421) vs. 130 (40-398); P = 0.042]
than non-carriers males. Females with the C-allele presented lower HDL concentrations
(47.3 ± 9.6 vs. 54.2 ± 12.3 mg/dl; P = 0.034) and a tendency for a higher systolic blood
pressure (145.3 ± 28.7 vs. 136.3 ± 18.1 mmHg; P = 0.061) as compared to non-carriers.
Multiple logistic regression models were constructed to evaluate the association
of CC and CT genotypes with different obesity related outcomes in patients with type 2
diabetes (Figure 2). All models were adjusted for gender, duration of diabetes and
systolic blood pressure. In the first model, it was demonstrated that carriers of C allele
had an increase chance for the presence of MetS (OR = 5.46; 95%CI 1.25-23.9; P =
0.024). When each individual component of MetS was analyzed, as expected due to
adoption of the IDF criteria for MetS, the presence of C allele was associated with
central obesity (waist circumference ≥94 cm for men, ≥80 cm for women) (OR = 8.04;
1.08-66.4; P = 0.041). However, no association was demonstrated with blood pressure
levels ≥130/85 mmHg (OR = 2.12; 95% CI 0.61-7.36; P = 0.233), triglycerides ≥150
mg/dl (OR = 1.57; 95%CI 0.75-3.32; P = 0.229), or decreased HDL values (OR = 1.61;
95%CI 0.74-3.48; P = 0.248). As expected, the presence of C allele was associated with
BMI ≥30 kg/m
2
(OR = 3.74; 95%CI 1.73-8.08; P = 0.001). A multiple linear regression
analyses confirmed the association of C allele with waist circumference (adjusted R
2
=
89
0.103; beta coefficient = 0.178; p = 0.005), adjusted for gender, duration of diabetes and
systolic blood pressure.
Interestingly, in a multiple logistic regression analysis (adjusted for gender,
duration of diabetes and systolic blood pressure) it was observed an association of CC
and CT genotypes of the rs7204609 polymorphism of the FTO gene with the presence
of microalbuminuria (OR = 2.28; 95%CI 1.07-4.85; P = 0.031). This association was
confirmed taking into account AER values (log transformed) in a multiple linear
regression model: adjusted R
2
= 0.044; beta coefficient = 0.134; P = 0.045, adjusted for
gender, duration of diabetes and systolic blood pressure.
Total daily energy and nutrient intakes in Brazilian patients with type 2 diabetes
according to the FTO genotypes were not different in patients with different genotypes
(Table 2). The validity of the weight-record technique was confirmed by comparing
daily protein intake estimated from the mean value of the 3-day weighed-diet records
with the protein intake estimated from 24-h urinary nitrogen output (1.17 ± 0.30 vs. 1.17
± 0.35 g/kg weight; P = 0.873).
Conclusions
In the present study, a positive association of a new variant of the FTO gene
(rs7204609) with MetS, BMI, and microalbuminuria was observed in patients with type
2 diabetes.
The results of the present study expand previous observations of the concept that
variability of the FTO gene influences the development of obesity and MetS. We found
that the only component of MetS that remained significantly associated with the
rs7204609 polymorphism was central obesity, suggesting that the underlying
mechanism is due to increased body fat. The susceptibility for obesity phenotype
(central and general) may be attributed to an increase of energy intake, since FTO gene
90
is expressed in the hypothalamus and is regulated by fasting stated and plasma leptin
values (2, 23). However, in the present study this possibility seems to be unlikely
because energy and nutrient intake did not differ between genotypes. Another potential
mechanism underlying the observed associations might be related to a direct function of
FTO (23) or even to linkage disequilibrium of the tested variant with another causative
change in a gene near the FTO locus.
An interesting observation of the current study was the increased AER values
and chance for the presence of microalbuminuria in patients with the C-allele of the
rs7204609 FTO variant. As far as we know this was not described before. This
observation might be due to the higher frequency of MetS in patients with CC and CT
genotypes. We have previously reported that microalbuminuria was more frequent in
patients with type 2 diabetes and MetS than those without MetS (14). The positive
association of microalbuminuria with C-allele reinforces the relevance of the rs7204609
polymorphism of the FTO gene because it is well known that in patients with type 2
diabetes the microalbuminuria is a risk factor for clinical nephropathy and
cardiovascular disease (24).
When gender was considered in the analysis of possible associations, there were
differences among genotypes regarding some components of the MetS. Male carriers of
the C-allele (CC and CT genotypes) had a high waist circumference and serum
triglycerides, and C-allele carriers females had a lower serum HDL cholesterol and a
tendency to an increase systolic blood pressure. Although the present study might be
underpowered for gender analyses, an important consideration concerning these results
is that the gender can be an important determinant for the expression of rs7204609 FTO
polymorphism in patients with type 2 diabetes. In fact, differences in gender association
were also described in a recent report in obese children and FTO variant rs9939609. The
91
association this SNP with obesity and BMI levels was observed only in girls (25). Thus,
it is probable that FTO gene may have an important role for gender specific
development of obesity as well as for the associated phenotypes.
The SNP rs7204609 (C/T) in the FTO gene was only described in a recent study
in Japanese population. Interestingly this polymorphism in non-diabetic Japanese
subjects was negatively linked with obesity (OR = 0.77) (6). These results reinforce the
importance of the ethnic origin in genetic studies.
In summary, this current research support the hypothesis that the FTO
rs7204609 variant might contribute to the genetic susceptibility for the presence of
MetS, probably due to central obesity and microalbuminuria in Brazilian patients with
type 2 diabetes. However, these associations need to be confirmed by further replication
studies, particularly in other ethnic populations. In addition, it appears that gender
specific analysis could be required to adequately interpret data.
92
Acknowledgements
We thank the special line of research “Obesidad, Nutrición y Salud” (LE/97) of
University of Navarra (Spain) and, the “Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico” (CNPq) of Brasil for financial support. TS is a recipient of
scholarships from CNPq. Also, “Parques y Pascual Catedra” at the University of
Navarra (Spain) are gratefully acknowledged.
93
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97
Table 1- Clinical and laboratory characteristics of Brazilian patients with type 2
diabetes according to FTO rs7204609 (C/T) genotypes
TT
CT/CC
P
n 201 35 -
Age (years) 60.3 ± 9.8 58.4 ± 13.0 0.324
Gender (male) 91 (45.3%) 19 (54.3%) 0.324
Ethnicity (white) 173 (86.1%) 31 (88.6%) 0.572
Duration of diabetes (years) 12.8 ± 8.1 12.1 ± 8.6 0.629
Metabolic Syndrome – IDF * (yes) 154 (76.6%) 33 (94.3%) 0.017
Ischemic heart disease (yes) 26 (13.0%) 6 (17.1%) 0.510
Microalbuminuria (yes) 58 (29.6%) 17 (48.6%) 0.027
Diabetic retinopathy (yes) 59 (29.3%) 10 (28.6%) 0.744
Blood pressure level ≥130/85 (mmHg)
167 (83.1%) 32 (91.4%) 0.210
Systolic blood pressure (mmHg) 137.7 ± 19.8 143.8 ± 23.8 0.108
Diastolic blood pressure (mmHg) 80.9 ± 10.7 83.2 ± 14.5 0.238
Hypertension treatment (yes) 142 (70.6%) 28 (80.0%) 0.255
Diabetes treatment
(D/OA/I or I + OA) †
5.5/57.7/36.8 2.9/68.6/28.6 0.433
Current smoking (yes) 25 (12.4%) 2 (5.7%) 0.163
Current alcohol intake (yes) 68 (33.8%) 15 (42.9%) 0.086
Frequency of exercise (level 1) 110 (54.7%) 23 (65.7%) 0.591
Education ≤8 years (%) 36 (18.1%) 7 (20.6%) 0.078
Weight (kg) 74.3 ± 13.0 83.8 ± 14.5 <0.0001
Height (cm) 160.8 ± 18.4 159.8 ± 16.9 0.516
BMI (kg/m²) ‡ 28.2 ± 4.1 31.1 ± 3.6 <0.0001
BMI ≥30 kg/m² (%) ‡ 64 (31.8%) 21 (60.0%) 0.001
Waist circumference (cm) 98.3 ± 10.4 105.0 ± 9.8 0.002
Fasting plasma glucose (mg/dl) 144.8 ± 51.4 151.8 ± 54.8 0.548
HbA
1C
(%) 7.0 (4.1-13.0) 7.1 (5.2-10.2) 0.990
98
AER (µg/min) § 5.3 (0.0-180.5) 18.4 (2.8-180.4) 0.046
Serum creatinine (mg/dl) 0.8 (0.3-1.30) 0.9 (0.5-1.30) 0.073
eGFR (ml/min per 1.73 m
2
) || 87.0 (47.0-150.0) 82.0 (42.0-147.0) 0.392
Insulin (µU/ml) 12.1 (0.5-32.9) 12.5 (4.9-31.4) 0.793
HOMA-IR ¶ 3.7 (0.17-8.2) 3.5 (1.1-12.4) 0.818
Total cholesterol (mg/dl)
206.6 ± 39.8 200.7 ± 42.7 0.425
HDL cholesterol (mg/dl) 51.4 ± 12.5 47.0 ± 8.9 0.048
LDL cholesterol (mg/dl)
125.9 ± 35.6 122.5 ± 37.9 0.614
Triglycerides (mg/dl)
131 (40-455) 165 (67-421) 0.047
*IDF: International Diabetes Federation; †D: diet only; †OA: oral antidiabetic agents; †
I: insulin; ‡BMI: body mass index; §AER: albumin excretion rate; ||eGFR: estimated
glomerular filtration rate; ¶HOMA-IR: homeostasis model of assessment of insulin
resistance. Data are expressed as mean ± SD, median (P25-P75), or number of patients
with the characteristic (%).
99
Table 2 - Daily intake of nutrients of Brazilian patients with type 2 DM according to
FTO rs7204609 (C/T) genotypes
TT
CT/CC
P
n 201 35 -
Total energy intake (Kcal/day) 1849.2 ± 482.1
1853.9 ± 577.0 0.958
Total energy intake (Kcal/kg weight) 22.4 ± 6.4 23.2 ± 6.4 0.190
Carbohydrate intake (% total E) * 46.3 ± 7.8 45.8 ± 9.9 0.795
Protein intake (% total E) * 19.2 ± 3.5 18.8 ± 5.7 0.582
Fat intake (% total E)* 32.4 ± 7.0 33.8 ± 7.3 0.537
Saturated fatty acid (% total E) * 9.7 ± 2.6 9.2 ± 2.3 0.250
Monounsaturated fatty acid (% total E) * 11.4 ± 2.7 12.2 ± 2.9 0.167
Polyunsaturated fatty acid (% total E) * 9.3 ± 3.2 10.3 ± 4.1 0.152
Trans fatty acid (% total E) * 1.2 ± 0.7 1.1 ± 0.5 0.449
P/S fatty acid ratio † 1.0 ± 0.4 1.1 ± 0.5 0.200
Cholesterol (mg/day) 217.7 ± 108.7 200.9 ± 113.8 0.403
Total fiber (g/ day) 17.5 ± 6.9 15.3 ± 7.4 0.091
*E: energy; †P/S: Polyunsaturated/Saturated. Data are expressed as mean ± SD
100
Figure 1
-
Components of the Metabolic Syndrome in Brazilian patients with type 2 diabetes
carriers and non-carriers of the C allele of rs7204609 (C/T) in the FTO gene according to
gender.
CT/CC
TT
0
20
40
60
80
100
120
Male Female
Diastolic blood pressure (mmHg)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Male Female
HDL cholesterol (mg/dL)
P = 0.034
0
30
60
90
120
150
Male Female
Waist circunference (cm)
P = <0.0001
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Male Female
Sytolic blood pressure (mmHg)
P = 0.061
0
50
100
150
200
250
300
350
Male Female
Triglycerides (mg/dL)
P
=
0.042
101
Figure 2 - Odds ratios for the presence of Metabolic Syndrome, its components, obesity
(BMI ≥30 kg/m
2
) and, microalbuminuria in patients with type 2 diabetes carriers of C
allele (CC and CT genotypes) of the rs7204609 (C/T) polymorphism of the FTO gene.
All models were adjusted for gender, duration of diabetes, and systolic blood pressure.
Central obesity: waist circumference ≥94 cm for men and ≥80 cm for women.
Decreased HDL: <40 mg/dl for men and <50 mg/dl for women.
102
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O conceito de interação gene-nutriente descreve a modulação dos efeitos dos
componentes dietéticos em um determinado fenótipo associado a um polimorfismo
genético. A nutrigenética estuda o efeito da variação genética na interação entre dieta e
doença, sendo uma de suas principais contribuições gerar recomendações de dieta ou de
componentes dietéticos de acordo com as características genéticas do indivíduo. De uma
maneira geral, estas características genéticas são representadas por polimorfismos.
Evidências atuais sugerem a interação de nutrientes com polimorfismos genéticos
relacionados à obesidade, ao DM tipo 2 e/ou condições associadas. O consumo de
diferentes tipos de gordura, de carboidratos e de fibras identificam os principais
nutrientes implicados nesta interação. Também intervenções dietoterápicas específicas
como dietas as hipocalóricas têm diferentes resultados dependendo do background
genético do indivíduo.
Nesta tese foi demonstrada uma associação positiva entre a presença do alelo A
do polimorfismo rs9939609 (A/T) do gene do FTO e o consumo de gordura total e
saturada em pacientes com DM tipo 2. O mecanismo relacionado a esta associação não
foi objeto do presente estudo, embora uma alteração da saciedade possa ter um
importante papel na presença deste polimorfismo e deva ser avaliada no futuro. Neste
mesmo grupo de pacientes com DM tipo 2 observou-se uma associação positiva de
outro polimorfismo do gene do FTO [rs7204609 (C/T)] com a microalbuminúria e com
a SM. Estes achados são particularmente importantes neste grupo de pacientes, uma vez
que a microalbuminúria é mais freqüente em pacientes com DM tipo 2 portadores de
103
SM, além de ser um fator de risco para a nefropatia diabética e doenças
cardiovasculares.
Os dados apresentados sugerem um importante papel do gene do FTO em
pacientes com DM tipo 2 tanto no que diz respeito a possibilidade de avaliação de
intervenções dietoterápicas específicas quanto a identificação de pacientes em risco para
complicações crônicas. Estes achados deverão ser confirmados em outras populações e
o acompanhamento em longo prazo destes e de outros pacientes, além da realização de
ensaios clínicos randomizados com intervenção de dieta, poderá tornar estas
informações úteis para a prática clínica, bem como levar a novas hipóteses relacionadas
à patogênese das complicações do DM.
104
S814i Steemburgo, Thais
Interação gene e nutriente em pacientes com diabete melito tipo 2 :
aspectos relacionados às complicações crônicas do diabetes, síndrome
metabólica e efeitos dos polimorfismos rs9939609 (A/T) e rs7204609
(C/T) do gene do FTO / Thais Steemburgo ; orient. Mirela Jobim de
Azevedo ; co-orient. J. Alfredo Martínez. – 2009.
103 f. : il.
Tese (doutorado) – Universidade Federal Rio Grande do Sul.
Faculdade de Medicina. Programa de Pós-Graduação em Ciências
Médicas: Endocrinologia, Metabolismo e Nutrição. Porto Alegre, BR-
RS, 2009.
1. Diabetes mellitus tipo 2 2. Polimorfismo genético 3.
Nutrigenômica 4. Dieta 5. Dietoterapia 6. Predisposição genética para
doença I. Azevedo, Mirela Jobim de II. Martinez, J. Alfredo III. Título.
NLM: WK 810
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