個(gè)體乳酸閾標(biāo)志的有氧能力可訓(xùn)練性相關(guān)的尿游離miRNA表達(dá)譜特征分析

許英櫻 李巖 徐思

摘 要：miRNA參與調(diào)控運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)基本生理過(guò)程的基因選擇性表達(dá)，其調(diào)控模式影響適應(yīng)能力，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性的個(gè)體差異。尿游離miRNA（UCFmiRNA）表達(dá)譜與組織miRNA密切相關(guān)，但不清楚其與運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性的具體關(guān)聯(lián)，因而無(wú)法用于運(yùn)動(dòng)員選材和個(gè)性化訓(xùn)練。依據(jù)UCFmiRNA表達(dá)譜特征與有氧運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性水平的關(guān)系，構(gòu)建關(guān)聯(lián)模型用于運(yùn)動(dòng)員選材和訓(xùn)練。采用kmeans法對(duì)76名男性足球隊(duì)員14周有氧訓(xùn)練前后個(gè)體乳酸閾（ILT）變化率做聚類分析，將研究對(duì)象分為對(duì)訓(xùn)練的高敏感型組（HR組）和普通敏感型組（CR組）。提取和分析HR組UCFmiRNAs表達(dá)譜及模式特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：11個(gè)在功能上與運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)調(diào)控相關(guān)的UCFmiRNAs構(gòu)成的特異性表達(dá)差異譜與顯著高于平均水平的ILT提高率表型有關(guān)聯(lián)，其模式特征與良性運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)的生理反應(yīng)特征一致。得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)UCFmiRNAs特征性表達(dá)譜模式與有氧運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性存在關(guān)聯(lián)并反映其適應(yīng)生理特點(diǎn)及狀態(tài)，可用來(lái)早期預(yù)測(cè)有氧運(yùn)動(dòng)能力發(fā)展?jié)摿Α⒃u(píng)價(jià)訓(xùn)練效果/競(jìng)技狀態(tài)和早期診斷運(yùn)動(dòng)傷病。

關(guān)鍵詞： 個(gè)體乳酸閾；有氧運(yùn)動(dòng)能力；尿游離miRNA；可訓(xùn)練性；關(guān)聯(lián)模型；運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)；運(yùn)動(dòng)員選材；個(gè)體化訓(xùn)練

中圖分類號(hào)： G 811.31 文章編號(hào)：1009783X（2015）02017807 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Abstract：Objective：miRNAs affect the trainability of athletic ability by regulating the essential processes of exercise adaption.The expression profile of Urine cellfree miRNAs （UCFmiRNAs） associates with the pattern of miRNA in tissue，but the specific relation between this profile and the trainability of aerobic athletic ability is unknown.This paper seeks to build the model of UCFmiRNA expressing pattern reflecting the trainability of aerobic athletic ability.Method：76 male soccer athletes are engaged in a 14week aerobic training，and the Individual Lactate Threshold （ILT） before and after the training are measured，and then these athletes are grouped as High Response group （HR group） and Common Response group （CR group），depending on the result of the Kmeans clustering of growth ratio of ILT.The characters of UCFmiRNAs Differential Expression Profile are extracted and analyzed.Result：11 UCFmiRNAs，which are known as closely relating to exercise adoption，and their expressing pattern are extracted，validated，and confirmed to constitute the differential expression profile of HR group which is characteristic of higher growth ratio of ILT，and which Differential Expression Profile coincide with the positive characters of exercise adaption.Conclusion：UCFmiRNAs Differential Expression Profile is closely related to the trainability of aerobic athletic ability，which can be used as a method to forecast the potential of aerobic athletic ability，to value the effect of training，and to diagnose sport hurts early and accurately.

Keywords：individual lactate threshold；aerobic athletic ability；UCFmiRNA；trainability；correlation model；exercise adaption；talent selection；personalized training

杰出的運(yùn)動(dòng)能力是具有遺傳優(yōu)勢(shì)的個(gè)體在系統(tǒng)水平對(duì)長(zhǎng)期訓(xùn)練發(fā)生良性適應(yīng)性重塑的結(jié)果[1]。表觀遺傳學(xué)基因調(diào)控機(jī)制在機(jī)體響應(yīng)環(huán)境壓力的適應(yīng)性重塑過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，其基因調(diào)控模式具有個(gè)體差別并可穩(wěn)定遺傳，導(dǎo)致適應(yīng)能力在不同個(gè)體間顯著不同[2]。適應(yīng)能力越強(qiáng)，則運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性越好，發(fā)展?jié)摿υ酱骩3]。目前，對(duì)于表觀遺傳學(xué)基因調(diào)控模式與運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練敏感性的具體關(guān)聯(lián)所知甚少，因而無(wú)法將其作為指標(biāo)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員選材和個(gè)性化訓(xùn)練。

microRNA基因表達(dá)調(diào)控作用是表觀遺傳學(xué)基因調(diào)控的主要途徑，是環(huán)境因素誘導(dǎo)的基因選擇性表達(dá)的主要調(diào)控方式[4]。研究表明，microRNAs分子（以下簡(jiǎn)稱miRNAs）參與了運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)基本生理過(guò)程的調(diào)控，如肌組織肥大[5]、 血管增生[6]、

收稿日期：20141113

作者簡(jiǎn)介：許英櫻（1980—），女，河南洛陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)轶w質(zhì)健康與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；李巖（1970—），男，山東煙臺(tái)人，博士，副教授，研究方向?yàn)轶w質(zhì)健康與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；徐思（1971—），男，吉林長(zhǎng)春人，博士，副研究員，研究方向?yàn)閭€(gè)體發(fā)育、疾病發(fā)生與藥物治療的表觀遺傳學(xué)調(diào)控模式。

作者單位：1四川師范大學(xué)體育學(xué)院，四川成都 610101；2魯東大學(xué)體育學(xué)院，山東煙臺(tái) 264025；3四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院四川省人民醫(yī)院，四川成都 610030

1Physical education of Sichuan Normal University，Chengdu 610101，China；2.Physical education of Ludong University，Yantai 264025，China；3.Sichuan Academy of Medical Sciences &Sichuan Provincial Peoples Hospital，Chengdu 6110030，China.線粒體合成與酶活性提高[7]、心肌/骨骼肌收縮力增強(qiáng)[5]等。miRNAs的表達(dá)受轉(zhuǎn)錄因子系統(tǒng)和表觀遺傳修飾等因素的調(diào)控，其調(diào)控模式本身存在個(gè)體差異，形成個(gè)體之間環(huán)境因素適應(yīng)能力的差別。miRNA調(diào)控模式差別表現(xiàn)為個(gè)體之間的miRNA差異表達(dá)譜[8]。近期研究證實(shí)，尿液游離miRNA（urine cellfree miRNA，以下簡(jiǎn)稱UCFmiRNA）與組織細(xì)胞內(nèi)和循環(huán)miRNA表達(dá)譜存在密切關(guān)聯(lián)[9]，尿液游離miRNA來(lái)源于：1）泌尿系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)miRNA經(jīng)外泌體排出；2）循環(huán)miRNA經(jīng)血漿濾過(guò)作用進(jìn)入并穩(wěn)定存在于尿液中，反映機(jī)體整體水平的和泌尿系統(tǒng)特異的適應(yīng)性基因選擇性表達(dá)調(diào)控模式，其作為生物標(biāo)記在臨床早期診斷和判斷疾病預(yù)后的價(jià)值已經(jīng)得到證實(shí)和應(yīng)用[10]。因此推測(cè)：運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中UCFmiRNA特異表達(dá)譜可作為反映運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性的“分子指紋”，在選材階段準(zhǔn)確預(yù)估運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展?jié)摿Γ部梢杂脕?lái)評(píng)估訓(xùn)練效果，作為制訂個(gè)性化訓(xùn)練方案的依據(jù)。

有氧耐力水平是決定運(yùn)動(dòng)能力的主要因素之一[11]，長(zhǎng)期周期性訓(xùn)練使機(jī)體反復(fù)不斷地對(duì)負(fù)荷做出響應(yīng)和適應(yīng)，其積累效應(yīng)為機(jī)體適應(yīng)性重塑和有氧運(yùn)動(dòng)能力的提高[12]。個(gè)體間表觀遺傳學(xué)調(diào)控模式差異使每個(gè)周期的適應(yīng)效果產(chǎn)生差別，最終形成表型水平上的顯著個(gè)體差異。本研究的設(shè)計(jì)思路是：以UCFmiRNA作為miRNA調(diào)控模式的生物標(biāo)志，利用一個(gè)典型的訓(xùn)練周期獲取其“靜息—應(yīng)答—適應(yīng)”全過(guò)程表達(dá)譜，分析其與不同訓(xùn)練敏感水平表型之間的關(guān)聯(lián)，從而獲得高敏感表型的表觀遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控模式特征。個(gè)體乳酸閾（Individual Lactate Threshold，以下簡(jiǎn)稱ILT）能夠客觀反映具體個(gè)體的有氧運(yùn)動(dòng)能力[13]，因此，本研究以ILT變化率作為反映有氧運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練敏感性指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：1）未經(jīng)系統(tǒng)有氧訓(xùn)練的一組少年男子[年齡為（13.6±0.4）歲]參加為期14周有氧訓(xùn)練，分別于訓(xùn)練前后檢測(cè)其ILT值，計(jì)算ILT的變化率，代表其有氧運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性水平；2）同一研究對(duì)象在訓(xùn)練前進(jìn)行大負(fù)荷有氧耐力測(cè)試，檢測(cè)該測(cè)試全過(guò)程UCFmiRNAs連續(xù)表達(dá)譜，代表其運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)的UCFmiRNA表達(dá)譜模式；3）對(duì)ILT變化率進(jìn)行聚類分析，將研究對(duì)象分為對(duì)訓(xùn)練的高敏感表型和普通敏感表型，分析高敏感表型個(gè)體的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)UCFmiRNA表達(dá)譜特征，建立運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)cmiRNA表達(dá)譜與有氧運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性的關(guān)聯(lián)模型，作為早期預(yù)測(cè)有氧運(yùn)動(dòng)能力發(fā)展?jié)摿瓦\(yùn)動(dòng)性適應(yīng)特點(diǎn)的指標(biāo)，用于運(yùn)動(dòng)員選材和個(gè)性化訓(xùn)練方案制訂。

四川省某足球?qū)W校學(xué)員，76名男生，年齡（13.6±0.4）歲，身高（169.20±6.45）cm，體重（59.68±2.93）kg。既往健康，無(wú)傷病史，參加試驗(yàn)前未受過(guò)系統(tǒng)的有氧運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

訓(xùn)練方案：參加實(shí)驗(yàn)學(xué)員進(jìn)行為期14周的系統(tǒng)性有氧運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練。每周一、四16：00～17：30進(jìn)行5 000 m長(zhǎng)跑訓(xùn)練，負(fù)荷強(qiáng)度：2～3周60%個(gè)人最大心率±3次/min；4～9周65%個(gè)人最大心率±3次/min；10～14周75%個(gè)人最大心率±3次/min。以Polar表（瑞典產(chǎn)）監(jiān)控靶心率維持速度（個(gè)人最大心率=220-年齡）。訓(xùn)練方案由教練監(jiān)督執(zhí)行。

ILT值檢測(cè)：在訓(xùn)練開始前（第0周）和結(jié)束后（第15周）檢測(cè)ILT值，分別記為基線值和訓(xùn)練值。

UCFmiRNAs表達(dá)值測(cè)定：訓(xùn)練第1周第1天訓(xùn)練前清晨空腹安靜狀態(tài)下測(cè)試UCFmiRNAs基線表達(dá)值，第3天完成12 min跑測(cè)試后1 h內(nèi)、恢復(fù)24 h和48 h檢測(cè)UCFmiRNAs表達(dá)值，分別記為測(cè)試后0 h表達(dá)值、24 h和48 h恢復(fù)表達(dá)值。具體安排見(jiàn)表1。

1.3 分組和分析方法

1.3.1 計(jì)算14周訓(xùn)練后ILT相對(duì)于基線值的變化率

ILT變化率=[（訓(xùn)練值-基線值）/基線值]×100%

1.3.2 聚類分析和分組

對(duì)ILT變化率數(shù)值進(jìn)行kmean聚類分析，根據(jù)聚類分析結(jié)果將學(xué)員分為對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練的高敏感型組（high response group，以下簡(jiǎn)稱HR組）和普通敏感型組（common response group，以下簡(jiǎn)稱CR組）。

1.3.3 HR組UCFmiRNAs特征性表達(dá)譜分析

1.3.3.1 獲得UCFmiRNAs表達(dá)譜后，參照文獻(xiàn)選取其中與運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)相關(guān)的miRNAs，qRTPCR驗(yàn)證并計(jì)算各組以下指標(biāo)：1）基線表達(dá)值；2）訓(xùn)練后0 h表達(dá)值；3）24 h恢復(fù)表達(dá)值；4）48 h恢復(fù)表達(dá)值相對(duì)于基線表達(dá)值的變化比率，以相對(duì)于基線表達(dá)值比率升高或降低超過(guò)2倍為顯著性差異表達(dá)（基線表達(dá)值相對(duì)比率為1），以顯著性差異表達(dá)的UCFmiRNAs構(gòu)成有氧運(yùn)動(dòng)能力訓(xùn)練相關(guān)UCFmiRNA表達(dá)譜。比較HR組和CR組UCFmiRNAs表達(dá)譜，提取HR組的UCFmiRNAs特征性表達(dá)譜。

1.3.3.2 UCFmiRNA特征性表達(dá)譜與ILT關(guān)聯(lián)模型miRNA入選標(biāo)準(zhǔn)

1）microRNA芯片檢測(cè)結(jié)果與qRTPCR驗(yàn)證結(jié)果一致。

2）UCFmiRNA的基線表達(dá)值在HR組和CR組之間無(wú)顯著性差異（±10%以內(nèi)）。

3）文獻(xiàn)顯示該miRNA與運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)相關(guān)的生理過(guò)程存在關(guān)聯(lián)。

表 1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及訓(xùn)練安排

1.4 指標(biāo)檢測(cè)方法

1.4.1 ILT測(cè)定

采用遞增負(fù)荷法測(cè)定ILT，功率自行車（瑞典產(chǎn)Monark894E、839E）起始負(fù)荷為50 W，每2 min遞增40 W，轉(zhuǎn)速維持在50 r/min，直至力竭（力竭標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)2次不能維持規(guī)定轉(zhuǎn)速），測(cè)試過(guò)程中鼓勵(lì)受試者使其盡可能堅(jiān)持5個(gè)負(fù)荷級(jí)別。血乳酸值測(cè)定：取中指指尖血20 μL，采用YSI1500便攜式血乳酸自動(dòng)分析儀測(cè)定血乳酸值。分別采取安靜狀態(tài)下、每級(jí)負(fù)荷后即刻及恢復(fù)期第2、5、8、10、15 min血樣。測(cè)試結(jié)果記錄在表中，采用Stegmann方法判定ILT[14]。

1.4.2 miRNAs microarray檢測(cè)尿液UCFmiRNAs并用qRTPCR驗(yàn)證

1.4.2.1 miRNAs microarray檢測(cè)尿液UCFmiRNAs

尿樣采集和處理：見(jiàn)表1：分別于第1周第1天清晨空腹安靜狀態(tài)下、第3天12 min跑測(cè)試結(jié)束后1 h內(nèi)、恢復(fù)24 h和48 h后安靜狀態(tài)接取中段尿100 mL，離心，取上清，凍干法濃縮至25 mL，參照文獻(xiàn)方法[15]，每份樣本加入miRNA422b mimic（終濃度為2×105 mmol/L）作為質(zhì)控標(biāo)記。放入-80 ℃冰箱保存，備用。

總RNA提取和MicroRNA芯片測(cè)定UmiRNAs表達(dá)譜：采用miRCURY RNA isolation kit（EX300112 Exiqon）提取small RNA（2。

1.4.2.2 UCFmiRNA實(shí)時(shí)定量RTPCR（qRTPCR）

尿液miRNA使用mirVana TM Pairs miRNA isolation kit（Ambion）試劑盒抽提，miRNA的提取參照試劑盒的使用說(shuō)明書進(jìn)行。以10 ng總RNA為模板合成cDNA，使用MMLV反轉(zhuǎn)錄酶試劑盒（Thermo），利用設(shè)計(jì)合成的特異性反轉(zhuǎn)錄引物進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)（引物序列見(jiàn)表2），條件為16 ℃ 30 min，42 ℃ 30 min，85 ℃ 5 min。

BioRad iCycler PCR System進(jìn)行qRTPCR檢測(cè)[Real Master Mix（SYBR Green）等PCR相關(guān)產(chǎn)品均購(gòu)自天根生化科技有限公司]。Real Time PCR反應(yīng)程序：95 ℃5 min，95 ℃10 s，60 ℃ 30 s，40循環(huán)；以上循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行65～95 ℃的融解曲線分析。為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，每個(gè)樣品平行3次，溶解曲線為單一峰（擴(kuò)增曲線和溶解曲線見(jiàn)圖1）。PCR完成后經(jīng)電腦分析，查看每個(gè)miRNA的擴(kuò)增情況，導(dǎo)出相應(yīng)的域值循環(huán)數(shù)CT值，以U6作為相對(duì)定量的內(nèi)參。目的基因的相對(duì)表達(dá) （relative expression，RQ） 采用△△CT方法計(jì)算，2△△CT為目的基因的相對(duì)表達(dá)強(qiáng)度。

表 2 UCFmiRNAs反轉(zhuǎn)錄引物和qRTPCR檢測(cè)引物序列

表 2（續(xù)）

圖 1 A為cmiRNAs擴(kuò)增曲線；B為cmiRNAs熔解曲線

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 17.0軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。各項(xiàng)數(shù)據(jù)均采用表示，均數(shù)間比較采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)分析，P<0.05表示2組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 研究結(jié)果

2.1 ILT測(cè)定結(jié)果

參訓(xùn)學(xué)員ILT基線值和訓(xùn)練值見(jiàn)表3。

表 3 參訓(xùn)學(xué)員14周訓(xùn)練前后ILT水平（X±S）

2.2 對(duì)ILT變化率進(jìn)行聚類分析結(jié)果

kmean法對(duì)參訓(xùn)學(xué)員14周訓(xùn)練后ILT相對(duì)于基線值變化百分率進(jìn)行聚類分析，將實(shí)驗(yàn)對(duì)象分為HR組和CR組，聚類結(jié)果如圖2所示。聚類中心分別為36%和21%。比較2組間ILT變化率，HR組顯著高于CR組（P<0.05），具體結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3 HR組UCFmiRNA特征性表達(dá)譜

與CR組表達(dá)水平相比較，HR組有顯著性差異的UCFmiRNAs有25條，其中上調(diào)14條，下調(diào)或保持平穩(wěn)11條。查詢文獻(xiàn)獲得功能與運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)有關(guān)的miRNAs并經(jīng)qRTPCR確認(rèn)表達(dá)模式與基因芯片結(jié)果一致為11條，其中6條以上調(diào)為主要特征，5條以平穩(wěn)或下調(diào)為主要特征。UCRmiRNAs名稱及功能見(jiàn)表5和表6，cmiRNAs表達(dá)模式特征分別如圖3（上調(diào)）和圖4（下調(diào)或保持平穩(wěn)）所示。圖3中，以靜息狀態(tài)cmiRNAs表達(dá)水平的相對(duì)值為1，HR組與CR組相比較表達(dá)模式以顯著上調(diào)為主要變化趨勢(shì)的miRNAs表達(dá)特征如下：1）HR組miR29b、451、222、181、26a表現(xiàn)為訓(xùn)練后0 h顯著上調(diào)，24 h回調(diào)至靜息水平，48 h保持平穩(wěn)。2）CR組miR192在0 h顯著上調(diào)，24 h在高水平保持平穩(wěn)48 h繼續(xù)上調(diào)；其余miRNAs表達(dá)水平均在靜息值左右波動(dòng)，無(wú)顯著性改變。圖4中，以靜息狀態(tài)cmiRNAs表達(dá)水平的相對(duì)值為1，HR組與CR組相比較表達(dá)模式以平穩(wěn)和顯著下調(diào)為主要變化趨勢(shì)的miRNAs表達(dá)特征如下：1）CR組miR133、328、146a表現(xiàn)為訓(xùn)練后0 h顯著上調(diào)，24 h開始回調(diào)，48 h繼續(xù)回調(diào)，趨向平穩(wěn)；miR155表現(xiàn)為訓(xùn)練后0 h顯著上調(diào)，24 h繼續(xù)上調(diào)，48 h回調(diào)。2）HR組miR133、328、146a表達(dá)水平均在靜息值左右波動(dòng)，無(wú)顯著性改變；miR155在24 h顯著下調(diào)，48 h小幅回調(diào)；miR192在0 h上調(diào)，24 h回調(diào)，48 h趨向平穩(wěn)。

圖 2 kmean法對(duì)參訓(xùn)學(xué)員14周訓(xùn)練后ILT

相對(duì)于基線值變化百分率聚類分析結(jié)果3 討論

本研究探討有氧訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中UCFmiRNA表達(dá)譜與有氧運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性之間的關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，具有顯著高于普通水平的ILT變化率表型的個(gè)體在運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中有11個(gè)UCFmiRNA顯示出明顯特征性的表達(dá)模式。文獻(xiàn)表明，該組UCFmiRNA參與調(diào)控運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)的基本生理過(guò)程。本研究結(jié)果表明，一組特定的UCFmiRNA的特征性表達(dá)譜與有氧運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性水平具有顯著的關(guān)聯(lián)性，可用來(lái)建立關(guān)聯(lián)模型對(duì)其加以鑒別和評(píng)估。本研究結(jié)果提示，運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)能力與miRNA調(diào)控基因選擇性表達(dá)的模式有關(guān)，杰出運(yùn)動(dòng)能力表型的可訓(xùn)練性水平可以通過(guò)特征性UCFmiRNA表達(dá)譜加以分辨和評(píng)估。可以利用特征性的UCFmiRNA表達(dá)譜在有氧能力發(fā)展敏感期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其發(fā)展?jié)摿Γ谠缙趯⒕哂邢嚓P(guān)運(yùn)動(dòng)天賦的運(yùn)動(dòng)員選拔出來(lái)加以系統(tǒng)培養(yǎng)，或用以評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練適應(yīng)狀態(tài)，調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃，預(yù)防和早期診斷運(yùn)動(dòng)傷病。

遺傳因素決定了個(gè)體運(yùn)動(dòng)能力的上限及其訓(xùn)練敏感性，但迄今為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)經(jīng)典遺傳學(xué)意義上決定運(yùn)動(dòng)能力的主控基因；因此仍不清楚是什么遺傳因素決定了具體個(gè)體的運(yùn)動(dòng)能力及其訓(xùn)練敏感性，而如何早期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估個(gè)體運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展?jié)摿θ匀皇沁\(yùn)動(dòng)選材和訓(xùn)練的基本問(wèn)題[24]。機(jī)體在訓(xùn)練壓力的適應(yīng)過(guò)程中發(fā)生基因選擇性表達(dá)，表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制決定了基因表達(dá)的選擇性和表達(dá)效率，通過(guò)DNA甲基化、組蛋白共價(jià)修飾、RNA編輯等機(jī)制對(duì)環(huán)境因素做出響應(yīng)和適應(yīng)，miRNAs編輯作用是表觀遺傳學(xué)基因調(diào)控的重要途徑，可能是運(yùn)動(dòng)能力及其訓(xùn)練敏感性個(gè)體差異主要原因。近期研究證實(shí)，miRNAs在運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮了重要調(diào)控作用[25]。miRNAs的表達(dá)受表觀遺傳學(xué)控制，使基因調(diào)控方式本身存在類型差別，影響個(gè)體訓(xùn)練敏感性和運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展?jié)摿26]。miRNA調(diào)控模式反映在其表達(dá)譜上，并與UCFmiRNA存在密切關(guān)聯(lián)[10]，通過(guò)檢測(cè)UCFmiRNAs表達(dá)譜鑒別miRNA基因調(diào)控模式，使研究者有可能在運(yùn)動(dòng)員選材和訓(xùn)練中準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估運(yùn)動(dòng)員對(duì)訓(xùn)練負(fù)荷的適應(yīng)能力。本研究在以下方面對(duì)UCFmiRNA在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用進(jìn)行了新的探索：1）本研究首次以尿液UCFmiRNA表達(dá)譜作為生物標(biāo)記鑒別與分析有氧運(yùn)動(dòng)能力可訓(xùn)練性的表觀遺傳學(xué)調(diào)控模式。尿液內(nèi)UCFmiRNA與細(xì)胞miRNA和游離miRNA表達(dá)譜存在密切關(guān)聯(lián)，作為病理學(xué)生物標(biāo)記已經(jīng)應(yīng)用于臨床疾病診斷和預(yù)后。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后腎臟濾過(guò)機(jī)能改變使尿UCFmiRNA在成分和表達(dá)水平上與循環(huán)miRNA接近，同時(shí)，泌尿系統(tǒng)組織特異性的miRNA表達(dá)譜也會(huì)隨機(jī)體生理病理狀態(tài)變化而發(fā)生改變，因而可以作為反映運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中miRNA調(diào)控模式類型和適應(yīng)狀態(tài)的生物標(biāo)記。2）本研究建立了UCFmiRNA與有氧能力訓(xùn)練敏感性的關(guān)聯(lián)模型和一種簡(jiǎn)便易行的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方案，可以用于早期評(píng)估有氧運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展?jié)摿陀?xùn)練適應(yīng)狀態(tài)。

關(guān)于UCFmiRNA的表達(dá)行為機(jī)理及其與組織miRNA和循環(huán)miRNA的確切關(guān)系，目前尚不清楚，因此，對(duì)于運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)的miRNA基因調(diào)控機(jī)理探討超出了本研究范圍；但在此仍可以對(duì)于UCFmiRNA表達(dá)特征所反映的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)狀態(tài)做一定的分析。首先，運(yùn)動(dòng)后即刻（0 h）腎臟濾過(guò)功能減弱，此時(shí)的UCFmiRNA表達(dá)譜與循環(huán)miRNA表達(dá)譜十分接近，因此可以通過(guò)其0 h表達(dá)譜分析訓(xùn)練誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)機(jī)理和miRNA調(diào)控模式特征。運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中，miRNAs調(diào)控基因選擇性表達(dá)，其作用機(jī)理是通過(guò)與靶基因mRNA3UTR結(jié)合促進(jìn)其降解或抑制翻譯引起衰減效應(yīng)，此外，還通過(guò)翻譯起始抑制，翻譯起始后抑制，P小體（processing body）、應(yīng)激顆粒（stress granule）扣押靶mRNA、去抑制和激活等作用調(diào)節(jié)基因選擇性表達(dá)[27]。體能訓(xùn)練的實(shí)質(zhì)是運(yùn)動(dòng)應(yīng)激，誘導(dǎo)機(jī)體做出響應(yīng)。在訓(xùn)練過(guò)程中，血液重新分布引起局部缺氧和代謝物堆積，血液循環(huán)速度加快引起紅細(xì)胞機(jī)械損傷，心肺系統(tǒng)工作負(fù)荷增加導(dǎo)致心肌、骨骼肌、血管/呼吸道管腔壁機(jī)械應(yīng)力增加，能量快速消耗引起代謝系統(tǒng)工作狀態(tài)改變，代謝加速導(dǎo)致自由基水平迅速上升，增加氧化應(yīng)激損害，持續(xù)性大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起疲勞和免疫機(jī)能抑制等。miRNAs調(diào)控基因選擇性表達(dá)使機(jī)體發(fā)生肌組織肥大、血管增生、線粒體合成與酶活性提高、心肌/骨骼肌收縮力增強(qiáng)等適應(yīng)性表型[27]。分析0 h UCFmiRNAs表達(dá)譜特征可見(jiàn)：1）與CR組相比，HR組在以下適應(yīng)性反應(yīng)方面具有更強(qiáng)的調(diào)控反應(yīng)：①心肌、骨骼肌、血管/呼吸道管腔壁平滑肌對(duì)應(yīng)力變化的響應(yīng)，以及肌組織肥大、彈性增強(qiáng)和肌纖維類型轉(zhuǎn)換（miR21[18]、miR451[17]、miR181[19]、miR26a[20]、miR222[15]）；②線粒體代謝能力增強(qiáng)（miR181[19]）；③心肌、骨骼肌對(duì)胰島素的敏感性增強(qiáng)，糖代謝水平提高（miR29b[16]）；④促紅細(xì)胞生成作用（miR451[17]）。同時(shí)，肌肉特異性miRNA（miR133[21]）水平保持穩(wěn)定，說(shuō)明HR組未出現(xiàn)明顯的肌損傷；miR146a[15]平穩(wěn)、miR155[22]下調(diào)表明HR組未出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性免疫抑制，表明其疲勞耐受能力強(qiáng)。2）從UCFmiRNA表達(dá)譜整體特征可以看出，在24 h到48 h，各個(gè)UCFmiRNA均恢復(fù)至靜息水平，表明HR組腎臟功能狀態(tài)恢復(fù)顯著好于CR組，反映出HR組對(duì)于運(yùn)動(dòng)性疲勞具有更好的耐受性和更強(qiáng)的恢復(fù)能力。3）miR192[23]是腎組織特異表達(dá)的miRNA，與腎功能和尿蛋白水平平行的相關(guān)性[28]，而尿蛋白水平與運(yùn)動(dòng)性疲勞耐受及恢復(fù)關(guān)系密切[29]。與CR組比較，HR組miR192表達(dá)水平更快地恢復(fù)到靜息狀態(tài)并保持穩(wěn)定，表明其腎臟功能迅速恢復(fù)正常水平，因此可以推斷HR組對(duì)疲勞耐受力更強(qiáng)、恢復(fù)更快、適應(yīng)狀態(tài)更好。盡管目前還不了解UCFmiRNAs的表達(dá)水平變化在運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中的確切含義，但根據(jù)已有研究對(duì)miRNA功能的認(rèn)識(shí)，HR組UCFmiRNAs特征表達(dá)譜顯示的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)有關(guān)的代謝調(diào)控特征符合研究者對(duì)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練適應(yīng)特點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)性了解。說(shuō)明UCFmiRNA表達(dá)特征與運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)之間存在本質(zhì)上的一致性。

本研究的發(fā)現(xiàn)為miRNAs在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域的進(jìn)一步深入研究提供了重要的依據(jù)。首先，miRNAs是18～22 nt的短鏈分子，主要作用機(jī)理是通過(guò)與靶基因mRNA 3UTR結(jié)合調(diào)節(jié)其表達(dá)效率。目前已知的很多與運(yùn)動(dòng)能力表型相關(guān)的基因多態(tài)性突變均發(fā)生于3段序列，單個(gè)堿基的突變就可以明顯影響miRNAs與靶基因的結(jié)合效率；因此，miRNAs很有可能是基因多態(tài)性影響運(yùn)動(dòng)表型的重要調(diào)控途徑之一，進(jìn)一步的研究將以此為線索展開。其次，UCFmiRNAs是一種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的表觀遺傳學(xué)基因調(diào)控方式，其表達(dá)特征與適應(yīng)過(guò)程的基本環(huán)節(jié)密切關(guān)聯(lián)，反映了機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的適應(yīng)能力，與遠(yuǎn)期訓(xùn)練效果有著密切關(guān)聯(lián)，因而可以作為生物標(biāo)記應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員選材。第三，UCFmiRNAs反映了機(jī)體對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)狀態(tài)、耐受程度、疲勞程度及恢復(fù)情況，因而可以作為監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。最后，UCFmiRNAs表達(dá)特征與運(yùn)動(dòng)傷病存在直接的關(guān)聯(lián)，可以作為早期診斷指標(biāo)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)傷病的診斷和治療。

本研究的局限：1）本研究在研究對(duì)象的性別、數(shù)量、所處的敏感期、訓(xùn)練方式和運(yùn)動(dòng)水平等方面都存在局限性，所以，盡管本研究對(duì)UCFmiRNAs表達(dá)特征與有氧能力關(guān)聯(lián)的可訓(xùn)練性做出了一定程度的說(shuō)明；但所得到的UCFmiRNAs表達(dá)譜對(duì)與運(yùn)動(dòng)員選材和訓(xùn)練的應(yīng)用價(jià)值還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證和補(bǔ)充。2）尿液中游離miRNA含量較低，直接采用miRNAarray不易檢測(cè)，濃縮方法雖然不影響miRNA的穩(wěn)定性；但對(duì)分析結(jié)果的干擾仍需進(jìn)一步研究，同時(shí)在檢測(cè)方法學(xué)上仍需作進(jìn)一步的論證方可大范圍應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐工作。3）UCFmiRNAs表達(dá)譜在運(yùn)動(dòng)型適應(yīng)過(guò)程中的確切含義及其與組織miRNA和其他體液miRNA表達(dá)譜之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系仍有待深入研究，目前無(wú)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行深入的功能性解讀，本研究結(jié)果目前只能停留在生物標(biāo)記應(yīng)用水平。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)典型有氧訓(xùn)練周期的運(yùn)動(dòng)性適應(yīng)過(guò)程中UCFmiRNAs表達(dá)譜與有氧運(yùn)動(dòng)能力的可訓(xùn)練性之間存在密切的聯(lián)系，并初步建立關(guān)聯(lián)模型，同時(shí)也提出一種采用表觀遺傳學(xué)指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員選材和指導(dǎo)訓(xùn)練的方法，以UCFmiRNAs表達(dá)特征作為生物標(biāo)記評(píng)估運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展?jié)摿陀?xùn)練適應(yīng)狀態(tài)。進(jìn)一步的研究將對(duì)UCFmiRNAs特征表達(dá)譜在運(yùn)動(dòng)員選材、訓(xùn)練效果/比賽狀態(tài)評(píng)估以及運(yùn)動(dòng)傷病的診斷治療等方面的應(yīng)用價(jià)值做出更為全面和深入的探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬力宏.人類體質(zhì)與運(yùn)動(dòng)能力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16（4）：15.

[2] 于紅.表觀遺傳學(xué)：生物細(xì)胞非編碼RNA調(diào)控的研究進(jìn)展[J].遺傳，2009（11）：10771086.

[3] 何子紅，胡揚(yáng)，金晶，等.PGC1α基因多態(tài)性與優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)聯(lián)性研究[J].運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2013，32（6）：481488.

[4] 鄭永霞，焦炳華.miRNA的生物形成及調(diào)控基因表達(dá)機(jī)制[J].生命的化學(xué)，2010（6）：821826.

[5] Williams A H，Liu N，van Rooij E，et al. MicroRNA control of muscle development and disease[J]. Curr Opin Cell Biol，2009，21（3）：461469.

[6] Zhang C.MicroRNAs in vascular biology and vascular disease[J].J Cardiovasc Transl Res，2010，3（3）：235240.

[7] Dang C V.Rethinking the Warburg effect with Mycmicromanaging glutamine metabolism[J]. Cancer Res，2010，70（1）：859862.

[8] Bartel，D P.MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function[J].Cell，2004，116（2）：281297.

[9] Kosaka N，Iguchi H，Ochiya T. Circulating microRNA in body fluid：a new potential biomarker for cancer diagnosis and prognosis[J]. Cancer Sci，2010，101（10）：20872092.

[10] 李錦，白雪源.血和尿中miRNA作為疾病診斷的特異性標(biāo)志物[J].醫(yī)學(xué)綜述，2010（19）：28812883.

[11] 李義志，駱軍保，湯長(zhǎng)發(fā).HSP1A1基因+190G>C多態(tài)與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性研究[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（2）：180184.

[12] 聶晶，胡揚(yáng)，何子紅，等.VEGF基因單核苷酸多態(tài)性及單體型與杰出有氧運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)聯(lián)研究[J].體育科學(xué)，2010，30（8）：7784.

[13] 林文弢，鄭選梅，徐國(guó)琴，等.不同氧濃度環(huán)境下個(gè)體乳酸閾的比較[J].廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（6）：8184.

[14] Stegman H，Kindermann W，Schnabel A. Lactate kinetics and individual anaerobic threshold[J].Int J Sports Med，1981，2（3）：160 165.

[15] Baggish A L，Hale A，Weiner R B，et al. Dynamic regulation of circulating microRNA during acute exhaustive exercise and sustained aerobic exercise training[J].J Physiol，2011，589：39833894.

[16] Fernandes T，Soci U P，Oliveira E M. Eccentric and concentric cardiac hypertrophy induced by exercise training：microRNAs and molecular determinants[J].Braz J Med Biol Res，2011，44（9）：836847.

[17] 薛向陽(yáng)，張青鋒，黃玉富，等.K562細(xì)胞紅系分化過(guò)程中miR451表達(dá)的變化[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（5）：469473.

[18] Weber M，Baker M，Moore J，et al.MiR21 is induced in endothelial cells by shear stress and modulates apoptosis and eNOS activity[J]. Biochem Biophys Res commun，2010，393：643648.

[19] Godfrey R，Theologou T，Dellegrottaglie S，et al. The effect of highintensity aerobic interval training on post infarction left ventricular remodeling[J]. BMJ Case Rep，2013.

[20] Mohamed J S，Lopez M A，Boriek A M.Mechanical stretch upregulates microRNA26a and induces human airway smooth muscle hypertrophy by suppressing glycogen synthase kinase3beta[J].J Biol Chem，2010，285，38：2933629347.

[21] Chen J F，Mandel E M，Thomson J M，et al.The role of microRNA1 and microRNA133 in skeletal muscle proliferation and differentiation[J].Nat Genet，2006，38（2）：228233.

[22] Zhao Y，Xu H，Yao Y，et al.Critical role of the virusencoded microRNA155 ortholog in the induction of Marek's disease lymphomas[J]. PLoS Pathog，2011，7（2）：113.

[23] Putta S，Lanting L，Sun G，et al. Inhibiting microRNA 192 ameliorates renal fibrosis in diabetic nephropathy[J].J Am Soc Nephrol，2012，23（3）：458469.

[24] 胡揚(yáng).基因多態(tài)性與競(jìng)技體育金牌戰(zhàn)略[C]//2013年全國(guó)競(jìng)技體育科學(xué)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集.北京：中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)，2013：2122.

[25] Bye A，Rsj H，Aspenes S T，et al.Circulating microRNAs and aerobic fitness–the HUNTStudy[J]. PLoS One，2013，8（2）：e57496.

[26] 胡士軍，楊增明.miRNAs的表達(dá)調(diào)控機(jī)制[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2008（5）：483487.