β3-腎上腺素受體基因多態性與有氧運動干預代謝綜合征患者效果的相關性

董聰敏

(鄭州航空工業管理學院，河南　鄭州　450015)

?

β3-腎上腺素受體基因多態性與有氧運動干預代謝綜合征患者效果的相關性

董聰敏

(鄭州航空工業管理學院，河南鄭州450015)

目的探討β3-腎上腺素受體(β3-AR)基因Trp64Arg位點多態性與有氧運動對代謝綜合征(MS)患者干預效果的相關性。方法95例MS患者進行為期16 w的有氧運動；聚合酶鏈反應-限制性片段長度多態(PCR-RFLP)法測定β3-AR基因Trp64Arg位點多態性；運動前后測定身體形態學、血流動力學、血糖控制和血脂等相關指標；分析基因多態性與各指標變化率以及MS改善率的關系。結果3種基因型的分布頻率分別為TT 77.9%、TA 22.1%、AA 0%，等位基因分布頻率為T 88.9%、A 11.1%，符合Hardy-Weinberg遺傳平衡定律。不同基因型組間比較，運動前TA基因型空腹血糖(FBG)、糖化血紅蛋白(HbA1c)和空腹胰島素(FIns)高于TT基因型(P<0.01)；運動后TA基因型FBG和FIns的變化率顯著高于TT基因型(P<0.01)；TA基因型MS改善率明顯高于TT基因型(57.1% vs 20.3%，P<0.01)。結論有氧運動對MS患者的干預效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態性有關聯，攜帶TA基因型患者通過有氧運動的治療效果優于TT基因型攜帶者。

代謝綜合征；β3-腎上腺素受體；基因多態性；基因型；有氧運動

代謝綜合征(MS)的關鍵環節是胰島素抵抗〔1〕，主要危害是增加不良心血管事件的發生危險〔2〕。在MS的防治策略中，積極改變生活方式意義重大〔3〕。研究證實，規律的體力活動是治療慢性病的重要非藥物療法，其副作用小、節約經費、持續時間長而日益受到重視〔4〕。但不同個體對于運動療法的敏感性存在差異，導致治療效果各不相同，其原因可能與遺傳因素有關。已證實，多個參與MS發病機制的基因包括11-β羥化類固醇脫氫酶、脂聯素、脂聯素受體、β3-腎上腺素能受體、瘦素、瘦素受體、糖皮質激素受體、過氧化物酶體增殖物激活受體、抵抗素、腫瘤壞死因子α等存在多態位點，且與MS易感性有關聯〔5，6〕。近年來的研究發現，β3-腎上腺素受體(β3-AR)基因調控機體的脂解作用和熱量產生〔7〕，其Trp64Arg位點多態性與肥胖和2型糖尿病易感性有關〔8，9〕。干預性研究發現，β3-AR基因Trp64Arg多態性影響肥胖患者的節食效果(體重減輕)〔10，11〕，但此多態位點與運動干預效果的關聯性研究尚無報道。本研究探討β3-AR基因Trp64Arg多態性與有氧運動干預MS患者效果的相關性。

1　對象和方法

1.1研究對象招募鄭州市某社區男性MS患者95例，MS的診斷標準〔12〕：以中心性肥胖為基本條件(腰圍≥90 cm)，合并以下四項指標中任意兩項者：①血壓升高：收縮壓(SBP)≥130 mmHg或舒張壓(DBP)≥85 mmHg或已診斷為高血壓而接受相應治療；②甘油三酯(TG)水平>1.7 mmol/L或已接受相應治療；③高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平<1.03 mmol/L或已接受相應治療；④空腹血糖(FBG)≥5.6 mmol/L或已診斷為2型糖尿病。排除標準為：①嚴重并發癥如冠心病、心力衰竭、腎衰竭等患者；②三級高血壓患者(血壓≥180/110 mmHg)；③急慢性感染者；④由于運動系統疾病造成運動受限者；⑤實驗前半年內有規律運動者；⑥長期吸煙嗜酒者。

1.2形態學參數測定包括身高、體重、體重指數(BMI)、腰圍和體成分。腰圍(WC)采用皮尺測量，方法為：皮尺經髂前上棘和第12肋下緣連線中點處，水平纏繞一周，于自然呼氣末測量其圍度。體脂百分比(BF)采用身體成分儀(Inbody 3.0，韓國)測定，測試前空腹、排空大小便，以脂肪含量占體重的百分比作為體成分的主要指標。

1.3安靜血壓測定受試者坐位休息5～10 min后，采用標準臺式水銀柱血壓計進行測試。測試時受試者取端坐位，測量右上臂肱動脈血壓，每次間隔5～10 min，連續測量3次，取均值，獲得SBP和DBP。

1.4血液指標測定包括FBG、血胰島素(FIns)、糖化血紅蛋白(HbA1c)、總膽固醇(TC)、TG、HDL-C和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)。受試者于清晨空腹狀態下肘正中靜脈取血5 ml，3 000 r/min離心提取血清。FBG采用葡萄糖氧化酶法，HbA1c采用高壓液相色譜法，TG、TC、HDL-C和LDL-C采用酶法，FIns采用放免法(試劑盒由南京建成生物工程研究所提供)測定。所有操作根據試劑盒說明行進，批內和變異系數均<6.5%。

1.5基因多態測定采用聚合酶鏈反應-限制性片段多態性(PCR-RFLP)技術進行分析。取100 μl全血用DNA提取試劑盒提取白細胞基因組DNA。設計PCR擴增引物：上游5′-CGCCCAATACCGCCAACAC-3′，下游5′-CCACCAGGAGTCCCATCACC-3′。擴增反應體系：上下游引物各10 pmol，基因組DNA 2 μl，Taq DNA聚合酶1U，10倍緩沖液7 μl，MgCl22 mmol/L，dNTPs各0.01 mol，補三蒸水至25 L。反應條件：預變性95℃ 10 min，變性94℃ 30 s，退火60℃ 1 min，延伸72℃ 30 s，共40個循環，終末延伸72℃ 5 min。限制性內切酶消化：20 μl反應體系中PCR產物10 μl，Bst NI內切酶10 U，10倍緩沖液2 μl；，三蒸水7 μl，混勻后37℃孵育10 h。取酶切產物10 μl，EB染色，4%瓊脂糖凝電泳，經電子凝膠成像系統分析結果。

1.6最大吸氧量(VO2max)測定利用電動跑臺進行遞增負荷實驗，測試程序為：起始負荷為0°、速度1.5 km/h，每分鐘速度遞增0.3 km/h、坡度遞增1%。用運動心肺測試系統(Cortex，德國)測定每級負荷的攝氧量(VO2)、CO2呼出量(VCO2)、呼吸商(RQ=VCO2/VO2))等指標，用遙測心率表(Polar FT1，芬蘭)記錄心率。達到以下四個標準中的三個即終止實驗：①RQ超過1.10；②VO2出現平臺；③心率超過180 次/min；④受試者力竭。此時的VO2值即為受試者的VO2max。

1.7有氧運動方案受試者為期16 w的有氧運動處方干預，每周五次，運動方式為有氧跑訓練，第1～6周運動強度為50%～60%VO2max，第7～12周為60%～70%VO2max，時間為40 min/次。每次訓練前進行10～15 min準備活動(慢跑和拉伸)以避免運動損傷，訓練后進行5～10 min整理活動以減輕延遲性肌肉酸痛。用遙測心率表(Polar FT1，芬蘭)監控運動時間和強度。整個實驗過程由具有豐富經驗的體育教師和科研人員進行嚴格監控并記錄訓練日志。

1.8統計學方法采用SPSS15.0軟件包行χ2及t檢驗。

2　結　果

2.1β3-AR基因Trp64Arg多態性分布與受試者一般特征β3-AR基因PCR擴增產物長度為210 bp，其基因分型為：野生型純合子(TT)的酶切片段為99、62、30、12、7 bp，陽性率為77.9%(74/95)；雜合子(TA)的酶切片段為161、99、62、30、12、7 bp，陽性率為22.1%(21/95)；突變型純合子(AA)的酶切片段為161、30、12、7 bp，未發現AA攜帶者。T等位基因頻率為88.9%，A等位基因頻率為11.1%。三種基因型分布頻率和等位基因頻率無統計學差異(P>0.05)，符合Hardy-Weinberg遺傳平衡定律，具有群體代表性。

2.2不同β3-AR基因型受試者的基線特征比較TA基因型FBG、HbA1c和FIns(糖代謝指標)高于TT基因型(P<0.01)，其他指標在兩基因型間均無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

表1　不同β3-AR基因型受試者的基線特征±s)

2.3不同β3-AR基因型受試者各指標變化率的比較運動干預后，TA基因型FBG和FIns的變化率顯著高于TT基因型(P<0.01)，其他指標的變化率在兩基因型間均無顯著差異(P>0.05)。見表2。

表2　不同β3-AR基因型受試者各指標變化率的比較

2.4MS改善率與β3-AR基因型的關系MS診斷標準中任何三項出現好轉者即定義為MS改善。MS總體改善率為28.4%(27/95)。TT基因型改善率為20.3%(15/74)，TA基因型改善率為57.1%(12/21)，兩基因間有非常顯著差異(χ2=10.932,P=0.001)。

3　討　論

研究發現，基因多態性與人群的體質特征、運動能力及對運動訓練的敏感性和特殊環境適應能力等的差異密切相關，具體表現為在生理狀態下對外界刺激的反應和適應上的某些差異性，發病過程中對某些致病因子的易感性和疾病發展的傾向性〔13〕及在運動中對運動負荷的耐受性和鍛煉效果差異〔14〕。因此，把基因多態性應用于MS患者的運動干預中，從糖、脂代謝相關基因入手研究患者對運動訓練的敏感性差異，為患者制訂基因型運動處方，即根據個體的遺傳背景選擇個性化的運動強度和運動量，以取得更好的訓練和體育鍛煉效果〔15，16〕。

β3-AR屬于G蛋白耦聯受體超家族，主要分布在脂肪組織，受體激動后可介導脂肪分解與產熱〔7〕。β3-AR基因Trp64Arg變異，即第190位胸腺嘧啶核苷酸被胞嘧啶核苷酸代替，導致其mRNA上64位色氨酸密碼子被精氨酸密碼子置換，導致蛋白水平表達缺陷及信號受損，影響脂肪組織的產熱和脂質分解〔17〕。有學者發現β3-AR基因多態性與肥胖、高血脂及糖代謝異常密切相關〔8，9〕。本研究顯示，TA基因型糖代謝指標(FBG、HbAc和FIns)明顯高于TT基因型，表明β3-AR基因Trp64Arg突變可導致MS發生的易感性升高。β3-AR基因變異造成其活性下降，進而降低內臟脂肪分解和能量產生，這可能是體重較快增長和基礎代謝率降低的主要原因，因而成為中心性肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病以及MS的病因之一。

β3-AR基因多態與MS患者干預措施的關聯性主要集中在減重效果的研究。最近一項對76名日本圍絕經期婦女為期3個月的生活方式減重干預研究顯示，β3-AR基因TA基因型患者減重效果明顯低于TT型和AA型，提示β3-AR基因多態性是影響減重效果的遺傳因素〔10〕。國內學者朱旅云等〔18〕亦得出了相似的結論。有關基因多態性與MS患者運動干預效果的關聯研究報道較少。王正珍〔19〕采用健步走運動處方對糖調節受損患者進行12 w運動干預并對葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)和膽固醇酯轉運蛋白(CETP)與胰島素抵抗相關基因多態性進行了關聯分析，結果發現，CETP基因intro1/TaqIB多態B1B2型對運動干預總體效果優于其他兩型；GLUT4基因SNP/G2061A多態性中，AA型糖代謝相關指標變化顯著，對有氧運動干預的敏感性最高。Garenc等〔20〕的研究發現，20 w耐力訓練后，肥胖患者體重和體脂均顯著降低，但是β3-AR基因Trp64Arg多態性與由運動引起的體成分改變無顯著相關。而Marti等〔21〕在一項針對313例年齡20～60歲的西班牙成年人的調查中發現，體育運動在一定程度上能抵消β3-AR基因Trp64Arg多態性所導致的肥胖易感性。經常參加體育活動的β3-AR基因Trp64Arg變異者患單純性肥胖的概率較低，而長期久坐的β3-AR基因Trp64Arg變異者患單純性肥胖的可能性顯著增加。研究的差異可能與種族、運動方案、干預時間等因素有關。本研究結果說明有氧運動對MS患者的干預效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態性有關聯，攜帶TA基因型患者通過有氧運動的治療效果明顯優于TT基因型攜帶者，故推測對于TA基因型患者推薦規律的有氧運動，而TT基因型患者使用節食療法的治療效果可能更敏感。

1Potenza MV，Mechanick JI.The metabolic syndrome：definition，global impact，and pathophysiology〔J〕.Nutr Clin Pract，2009；24(5)：560-77.

2Bremer AA，Mietus-Snyder M，Lustig RH.Toward a unifying hypothesis of metabolic syndrome〔J〕.Pediatrics，2012；129(3)：557-70.

3Lin YH，Chu LL.The health promotion lifestyle of metabolic syndrome individuals with a diet and exercise programme〔J〕.Int J Nurs Pract，2014；20(2)：142-8.

4Lee EO，Olga K.Complex exercise rehabilitation program for women of the Ⅱ period of age with metabolic syndrome〔J〕.J Exerc Rehabil，2013；9(2)：309-15.

5羅櫻櫻，紀立農.代謝綜合征與遺傳〔J〕.醫學與哲學，2009；30(2)：18-20.

6Zhao X，Xi B，Shen Y，etal.An obesity genetic risk score is associated with metabolic syndrome in Chinese children〔J〕.Gene，2014；535(2)：299-302.

7Kayki-Mutlu G，Arioglu-Inan E，Ozakca I，etal.Beta3-adrenoceptor-mediated responses in diabetic rat heart〔J〕.Gen Physiol Biophys，2014；33(1)：99-109.

8Tsunekawa K，Yanagawa Y，Aoki T，etal.Association between accumulation of visceral fat and the combination of beta3 adrenergic receptor Trp64Arg，beta2 adrenergic receptor Arg16Gly and uncoupling protein 1-3826A>G polymorphisms detected by Smart Amplification Process 2〔J〕.Endocr J，2011；58(12)：1079-86.

9Carlsson M，Orho-Melander M，Hedenbro J，etal.Common variants in the beta2-(Gln27Glu) and beta3-(Trp64Arg)--adrenoceptor genes are associated with elevated serum NEFA concentrations and type Ⅱ diabetes〔J〕.Diabetologia，2001；44(5)：629-36.

10Shiwaku K，Nogi A，Anuurad E，etal.Difficulty in losing weight by behavioral intervention for women with Trp64Arg polymorphism of the beta3-adrenergic receptor gene〔J〕.Int J Obes Relat Metab Disord，2003；27(9)：1028-36.

11Kawaguchi H，Masuo K，Katsuya T，etal.Beta2-and beta3-adrenoceptor polymorphisms relate to subsequent weight gain and blood pressure elevation in obese normotensive individuals〔J〕.Hypertens Res，2006；29(12)：951-9.

12李瑩，李淑環，高孟，等.三種診斷標準下代謝綜合征的適用性比較〔J〕.中華疾病控制雜志，2012；16(5)：392-5.

13李建飛，房秋菊，張明宇.9p21染色體單核苷酸多態性與冠心病相關性的研究進展〔J〕.中國現代醫生，2014；52(2)：4-7.

14楊若愚，王予彬，沈勛章，等.基因多態性與杰出運動能力〔J〕.中國組織工程研究，2014；18(7)：1121-8.

15劉海平，胡揚，許春燕，等.基因多態性與運動訓練敏感性的關聯〔J〕.中國組織工程研究與臨床康復，2008；12(15)：2969-74.

16Hagberg JM.Do genetic variations alter the effects of exercise training on cardiovascular disease and can we identify the candidate variants now or in the future〔J〕?J Appl Physiol (1985)，2011；111(3)：916-28.

17Honda K，Yamaguchi O，Nomiya M，etal.Association between polymorphism of beta3-adrenoceptor gene and overactive bladder〔J〕.Neurourol Urodyn，2014；33(4)：400-2.

18朱旅云，劉月紅，王秀慧.β3-受體基因多態性對減重效果的影響〔J〕.實用預防醫學，2008；15(3)：660-2.

19王正珍.有氧運動對糖調節受損人群胰島素敏感性影響效果的研究〔D〕.北京：北京體育大學，2006.

20Garenc C，Perusse L，Rankinen T，etal.The Trp64Arg polymorphism of the beta3-adrenergic receptor gene is not associated with training-induced changes in body composition：The HERITAGE Family Study〔J〕.Obes Res，2001；9(6)：337-41.

21Marti A，Corbalan MS，Martinez-Gonzalez MA，etal.TRP64ARG polymorphism of the beta 3-adrenergic receptor gene and obesity risk：effect modification by a sedentary lifestyle〔J〕.Diabetes Obes Metab，2002；4(6)：428-30.

〔2015-03-26修回〕

(編輯安冉冉/曹夢園)

河南省科技廳攻關項目(No.152102310372)

董聰敏(1974-)，女，碩士，副教授，主要從事運動與慢性病治療與康復相關性研究。

R875

A

1005-9202(2016)18-4451-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.18.021