Untersuchungen zur möglichen Assoziation von Varianten (Einzelnukleotid-Polymorphismen) im Vitamin-D-Rezeptor-Gen und Vitamin-D-Status mit Parametern der Schilddrüsenfunktion

Abstract

1.1 Zusammenfassung Hintergrund: Ein Großteil der Erdbevölkerung leidet an Vitamin-D-Mangel. Seit langem ist dessen Relevanz für Erkrankungen mit Bezug zum Kalziumstoffwechsel, darunter die Knochenerkrankungen Rachitis und Osteomalazie, bekannt. In den letzten Jahren zeigten zahlreiche Studien, dass der Vitamin-D-Status auch für zahlreiche Krebs-, Herz/Kreislauf-, Autoimmun-, Infektions- und Stoffwechselerkrankungen von Bedeutung ist. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einen Beitrag zur Beantwortung der bislang ungeklärten Frage zu leisten, ob der Vitamin-D-Stoffwechsel das Schilddrüsensystem beeinflusst. Patienten und Methoden: Daten einer großen prospektiven Kohortenstudie herzkranker kaukasischer Patienten (Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health Study/ LURIC-Studie, n=3316) wurden mit Hilfe des Statistikprogramms SPSS (SPSS 25, IBM Co., Armonk, NY (USA)) auf eine mögliche Assoziation von Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs; n=36) im für den Vitamin-D-Rezeptor (VDR)-kodierenden Gen und der 25-Hydroxy-Vitamin-D-Serumkonzentration mit verschiedenen Schilddrüsenparametern (Blutwerte für Thyroidea-stimulierendes Hormon – TSH; Thyroxin - T4; und Triiodthyronin - T3) untersucht. Ergebnisse: Zwei VDR-SNPs erzielten das zunächst für eine mögliche Assoziation geforderte Signifikanzniveau (p< 0,05) für TSH (rs2239186, rs3819545), einer für T3 (rs2239186). Nach Korrektur für multiples Testen (Bonferroni) wurde allerdings in keinem Fall Signifikanz erreicht. Patienten mit Vitamin-D-Mangel (25(OH)D < 20 ng/ml) wiesen niedrigere Serumkonzentrationen für T3 auf als Studienteilnehmer mit suffizientem Vitamin-D-Status (25(OH)D > 30 ng/ml) (p= 0,004). Aber auch dieser Zusammenhang verlor nach Korrektur für mulitples Testen die Signifikanz. Studienteilnehmer mit suffizientem Vitamin-D-Status (25(OH)D > 30 ng/ml) zeigten sowohl in den Serumkonzentrationen von TSH (Median 1,30 mU/l) als auch von T4 (Median 17,0 pmol/l) lediglich sehr geringe, nicht signifikante Unterschiede, verglichen mit Patienten mit Vitamin-D-Mangel (25(OH)D < 20 ng/ml; TSH: Median 1,23 mU/l; T4: Median 17,20 pmol/l). Im nächsten Schritt suchten wir in Subgruppenanalysen nach Hinweisen für mögliche gleichgerichtete Effekte von VDR-SNPs und Vitamin-D-Status auf die Schilddrüsenfunktion. Da Patienten mit insuffizientem Vitamin-D-Status niedrigere Serumkonzentrationen für T3 (p<0.004) und TSH (nicht signifikant), sowie höhere Werte für T4 (nicht signifikant) aufwiesen, verglichen mit Patienten mit Vitamin-D-Mangel, formulierten wir die folgende Hypothese: Wenn die Annahme zutrifft, dass der Vitamin-D-Stoffwechsel diese Schilddrüsenwerte beeinflusst, dann sollten Genotypen eines VDR-SNPs, die Assoziation zu niedrigen TSH- oder T3-Serumwerten aufweisen, gleichgerichtete Wirkungen auf diese Schilddrüsenparameter ausüben wie ein unzureichender Vitamin-D-Status. Folglich sollten diese VDR-SNPs, genau wie ein unzureichender Vitamin-D-Status, mit einer Tendenz für relativ niedrige T3- und TSH-Serumkonzentrationen assoziiert sein. Insgesamt waren die Ergebnisse unserer Subgruppenanalyse mit dieser Hypothese vereinbar. Dies konnte z.B. für Assoziationen der SNPs rs3819545 sowie rs2239186 (jeweils Genotyp AA) mit der TSH-Serumkonzentration gezeigt werden. Während Genotyp AA im jeweiligen SNP zu einem Absinken des TSH-Serumwertes geführt hat, konnte in Subgruppenanalysen unter Berücksichtigung des 25(OH)D-Status ein gleichgerichteter Effekt gezeigt werden. Ebenfalls im SNP rs2239186 zeigten Genotyp und Vitamin-D-Status gleichgerichtete Effekte bei der Untersuchung des Parameters Triiodthyronin in Subgruppenanalysen. Polymorphismen mit den stärksten Abweichungen vom Gesamtkollektiv, die jedoch keine Signifikanz zeigten, waren: rs11574085 (Genotyp AA, Median TSH 1,11 mU/l), rs2239181 (Genotyp CC, Median TSH 1,11 mU/l), rs11574143 (Genotyp TT, Median T3 4,45 pmol/l), rs2189480 (Genotyp TT, Median T4 16,80 pmol/l), rs2238136 (Genotyp TT, Median T4 17,60 pmol/l). Da der VDR über die transkriptionale Regulation der CYP24A1 den Metabolismus von Vitamin D reguliert, wurden die 36 VDR-SNPs auf eine mögliche Assoziation mit 25(OH)D- sowie 1,25(OH)2D-Serumwerten untersucht. Ein SNP (rs3782905) zeigte initial eine Assoziation zur 25(OH)D-Serumkonzentration, wobei Genotyp CC durchschnittlich niedrigere Werten im Vergleich zu Genotyp GC aufwies (p=0,014). Der Genotyp TC eines weiteren SNPs (rs2408876) zeigte zunächst signifikant niedrigere 1,25(OH)2D-Serumkonzentrationen im Vergleich zu CC (p=0,017). Allerdings konnten auch diese Werte das geforderte Signifikanzniveau nach Korrektur für multiples Testen nicht erreichen. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse unserer Untersuchung sind insgesamt mit der Hypothese einer möglichen Assoziation von VDR-SNPs und/oder Vitamin-D-Status mit Parametern der Schilddrüsenfunktion vereinbar, und somit auch mit einer möglichen Regulation der Schilddrüsenfunktion durch den Vitamin-D-Stoffwechsel. Allerdings erreichen die in unserer Untersuchung gefundenen Assoziationen, teils nach Korrektur für multiples Testen, das geforderte Signifikanzniveau nicht. Das Verfehlen könnte durch verschiedene Faktoren, z.B. durch niedrige Power bei zu geringen Fallzahlen, bedingt sein. Zudem bewegten sich die gefundenen Unterschiede für alle Schilddrüsenparameter in der Spannungsbreite der jeweiligen Normalwerte und waren nur sehr gering ausgeprägt. Die Ergebnisse von Subgruppenuntersuchungen liefern aber Hinweise, die im Einklang mit der Hypothese sind, dass der Vitamin-D-Stoffwechsel die Schilddrüsenfunktion im Sinne einer Feinabstimmung beeinflusst. Zukünftige, gut konzipierte Studien, bevorzugt randomisierte Interventionsstudien sind notwendig, um diese Zusammenhänge abschließend zu klären.

Association of variants (Single Nucleotide Polymorphisms) of the vitamin D recpetor gene and vitamin D status with parameters of the thyroid function Background: Vitamin D deficiency is common in a major part of the world population. The relevance for diseases related to calcium metabolism like rickets and osteomalacia are well known. Several studies in the last years showed the importance of vitamin D in the development of cancer, cardiovascular, autoimmun, infectious and metabolic diseases. We analysed associations of vitamin D metabolism and the function of the thyroid system. Patients and methods: Data of a prospetively designed cohort study including caucasian patients with heart disease (Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health Study/ LURIC- Study, n=3316) were analysed with the SPSS statistic programm (SPSS 25, IBM Co., Armonk, NY (USA)) on associations of Single Nukleotide Polymorphisms (SNPs; n=36) of the vitamin D receptor gene and the 25-hydroxyvitamin D concentration with parameters of the hormonal thyroid system (serum concentrations of TSH - thyroid-stimulating hormone; T4 – thyroxine; and T3 – triiodthyronine). Results: Two VDR-SNPs showed initially a significant association to TSH (rs2239186, rs3819545), one SNP for T3 (rs2239186). This could not be received after correction for multiple testing (Bonferroni). Patients with vitamin D deficiency (25(OH)D < 20 ng/ml) pointed out lower serum concentrations for T3 compared to those with a sufficient vitamin D status (25(OH)D > 30 ng/ml) (p= 0,004). Also this correlation lost significance after correction for multiple testing. Probands with high 25(OH)D serum concentrations of > 30 ng/ml showed only small differences in TSH (Median 1,30 mU/l) and T4 (Median 17,0 pmol/l) compared to patients with vitamin D deficiency ((25(OH)D < 20 ng/ml; TSH: Median 1,23 mU/l; T4: Median 17,20 pmol/l), but no significance could be identified. In a next step, we analysed in subgroups for similar effects of VDR-SNPs and vitamin D status on parameters of the thyroid system. Given that probands with vitamin D deficiency showed lower concentration for TSH (not significant) and T3 (p=0,004) and higher values for T4 (not significant), compared to those with a sufficient vitamin D status, we made the following hypothesis: if there is an influence of the thyroid system by vitamin D metabolism, VDR-SNPs, which show negative, therefore lowering effects on TSH and T3, should exert influence on this thyroid parameters in the same direction as a deficient vitamin D status. Accordingly, those VDR-SNPs, as well as a deficient vitamin D status, should be associated with a tendency for relativly lower TSH and T3 serum concentrations. Altogether, our results of the subgroup anlaysis are compatible with this hypothesis. This could be shown for example for associations of SNP rs3819545 and rs2239186 (genotype AA) with serumconcentration of TSH. While genotype AA of the particular polymorphism lead to a lowering of TSH, an aligned effect under consideration of the vitamin D status could be indicated. Also for rs2239186, genotype and vitamin D status showed an equal effect when analyzing for T3 in subgroups. Polymorphisms with strong divergence, but without significance, were: rs11574085 (genotype AA, median TSH 1,11 mU/l), rs2239181 (genotype CC, median TSH 1,11 mU/l), rs11574143 (genotype TT, median T3 4,45 pmol/l), rs2189480 (genotype TT, median T4 16,80 pmol/l), rs2238136 (genotype TT, median T4 17,60 pmol/l). Due to the VDR transcriptional regulation of vitamin D, we analysed the 36 VDR-SNPs on an association with 25(OH)D and 1,25(OH)2D levels. SNP rs3782905 genotype CC showed significant lower 25(OH)D concentrations compared to GC (p=0,014). Genotype TC of rs2408876 showed lower 1,25(OH)2D levels in comparison to CC (p=0,017). Also those data could not reach significance after correction for multiple testing. Conclusion: Overall, our results are conformable with the hypothesis of an association of VRD-SNPs and/or vitamin D status with parameters of thyroid function, and so with a possible regulation of the thyroid system by vitamin D metabolism. To miss the requested significance level could be caused by several factors for example low number of cases and therefore low power. Moreover, the differences found for thyroid parameters were all in range of normal thyroid hormon levels. The results of our subgroup analyses give indications for a possible hypothesis, that vitamin D metabolism influences the thyroid function in terms of a fine adjustment. Further randomised intervention studies are necessary aimed at investigating the connection between those hormonal systems.