ACTN3基因R577X多態性與如皋地區漢族老年人群血脂水平的關聯研究

石建明 李林子 周 慧 王正棟 褚雪峰 朱銀圣 解雪娟 劉足云 金 力 王笑峰△

(1如皋市人民醫院長壽研究所 如皋 226500; 2復旦大學生命科學學院現代人類學教育部重點實驗室 上海 200438)

ACTN3基因R577X多態性與如皋地區漢族老年人群血脂水平的關聯研究

石建明1▲李林子2▲周 慧1王正棟1褚雪峰1朱銀圣1解雪娟1劉足云2金 力2王笑峰2△

(1如皋市人民醫院長壽研究所 如皋 226500;2復旦大學生命科學學院現代人類學教育部重點實驗室 上海 200438)

目的 探討中國漢族老年人群中ACTN3基因R577X多態性位點與血脂水平的關聯。方法 本研究基于如皋長壽及衰老隊列研究(Rugao Longevity and Ageing Study,RuLAS)的衰老子隊列人群。基因分型采用Taqman MGB方法。血脂檢測指標為總膽固醇(total cholesterol,TC)、三酰甘油(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C),其切點依據NCEP ATPIII標準。通過協方差分析和Logistic回歸分析,探究R577X多態性位點與血脂異常之間的關聯。結果 本研究共納入1 618例樣本(男性741例,女性877例)。協方差分析發現:在女性中RR、RX、XX基因型間TC和LDL-C水平差異均有統計學意義(TC:5.13、5.29、5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76、2.88、3.00 mmol/L,P=0.004);在總人群中RR、RX、XX基因型間TG水平(1.34、1.43、1.37 mmol/L)差異有統計學意義(P=0.024)。Logistic回歸分析發現,在總人群和女性中X等位基因的拷貝數增加與TC水平和LDL-C水平異常升高具有顯著關聯,總人群TC:OR=1.184,95%CI為1.030～1.361,P=0.018;總人群LDL-C:OR=1.332,95%CI為1.101～1.588,P=0.003;女性TC:OR=1.334,95%CI為1.102～1.616,P=0.003;女性LDL-C:OR=1.549,95%CI為1.208～1.986,P=0.001。調整其他協變量之后,以上關聯仍然顯著。結論 在如皋地區漢族女性老年人群中,ACTN3基因R577X多態性與血漿TC、LDL-C水平相關。

血脂異常;ACTN3基因; R577X多態性位點; 單核苷酸多態性

心血管疾病是一種典型的多基因遺傳病,在我國死因順位中排名首位,且死亡率逐年上升,嚴重威脅居民健康[1]。已有大量研究表明,血脂異常造成的脂代謝障礙是缺血性心腦血管發病的獨立風險因素,其本身也是受基因、環境共同作用的復雜疾病[1-2]。血脂是血漿中所含的脂類物質,血脂異常的基本類型包括高膽固醇血癥、高脂血癥、低高密度脂蛋白血癥等,表現為三酰甘油(triglycerides,TG)、總膽固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein-cholesterol,LDL-C)的升高和高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein-cholesterol,HDL-C)的降低等[1, 3]。將血脂水平作為心血管疾病發生過程的中間表型,能為尋找心腦血管疾病的易感基因提供依據。

ACTN3基因是著名的“運動基因”,位于人體第11號染色體,編碼α-輔肌動蛋白3,參與構成骨骼肌快肌纖維Z線,穩定肌纖維的有序排列和肌肉收縮。ACTN3基因16號外顯子上存在R577X多態性(C1747T),為無義突變,突變后可導致α-輔肌動蛋白3表達缺失。這種缺失不會影響人體基本運動能力,其基本功能會由α-輔肌動蛋白2補償[4-5]。研究表明,RR基因型人群的快肌纖維比例明顯高于XX基因型人群[6]。肌肉中快肌纖維含量高,肌肉的爆發力和收縮速度會顯著提高,在澳大利亞優秀的短跑運動員中發現R等位基因頻率顯著高于X等位基因,但R等位基因的缺失可能使運動員在耐力方面具有優勢[7-8]。隨后有大量研究表明,R等位基因在提高肌肉速度及力量上有顯著的作用,X等位基因與肌肉耐力有關聯[9-11]。

骨骼肌承擔人體全部的活動,與人體代謝有密切聯系。XX基因型人群中2型糖尿病患病率更高,R等位基因可以提高慢性心臟衰竭患者的生存時間[12-13]。這些研究提示,R577X多態性與糖代謝、脂代謝等有潛在關聯。目前ACTN3基因多態性與脂代謝的相關研究較少。2015年Kim等[14]發現在韓國兒童群體中,HDL-C水平與ACTN3基因多態性相關。在中國漢族人群中更是未見報道。本研究旨在我國如皋地區漢族老年人群中探索ACTN3基因R577X多態性位點與血脂水平的關聯,為進一步理解其與脂代謝的關聯提供線索。

資 料 和 方 法

研究對象 本研究樣本來自于“如皋長壽及衰老隊列研究(Rugao Longevity and Ageing Study,RuLAS)”中的“衰老子隊列研究”(n=1 788,70～84歲)。衰老子隊列基線由復旦大學與如皋市人民醫院于2014年11月共同發起,在如皋市江安鎮31個村范圍內按性別和年齡分層隨機抽樣,目的是全面理解老年相關表型的患病率、發展軌跡和影響因素,并觀察我國社會和政策的變化對老年人群的影響。我們按年齡、性別比從江安鎮衛生局所提供的老年人中隨機選取1 960名,由村醫負責聯系、通知受試者前往村衛生室完成基線調查,具體方法參考文獻[15]執行。最終取樣1 788例(70～84歲),男性830例,女性958例[15]。排除標準:自報告患有癌癥的患者(n=57),服用降血脂藥物者(n=11),在數據庫中TC、TG、HD-C、LDL-C、體質指數(body mass index,BMI)、空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)、收縮壓(systolic blood pressure,SBP)、舒張壓(diastolic blood pressure,DBP)、腰臀比(waist hip rate,WHR)缺失的樣本(n=96),基因分型失敗的樣本(n=18)。排除170例后納入研究1 618例。

資料采集 本研究通過復旦大學倫理委員會審核,資料及血樣的采集獲得受試者的知情同意。由接受過專業培訓的村醫協助被招募者進行資料采集,采用格式和內容統一的流行病學調查表,采集內容包括人口學資料(性別、年齡、婚姻狀況、教育水平、收入等)、生活方式(吸煙情況、飲酒情況等)、慢性疾病(心腦血管疾病、癌癥、關節炎、慢性肺部疾病等)以及藥物使用情況等。由村醫經過培訓后對生化資料進行采集,現場采集被招募者血液樣本、指甲樣本、唾液樣本并現場分離分裝,采集后8 h內對生化樣本進行檢測。

DNA抽提及基因分型 DNA抽提采用上海萊楓生物科技有限公司的血液基因組DNA提取試劑盒 DK603。基因分型使用Taqman MGB等位基因分型方法,由南京驥驁生物技術有限公司設計并合成探針和PCR反應的引物。所有位點的分型成功率均超過98%。隨機挑取1%的樣本進行重復試驗,分型一致率在99.9%以上。

統計分析方法 數據分析使用SPSS 22.0軟件。首先,應用χ2檢驗(Chi-square test)評估R577X位點在樣本中的分布是否符合Hardy-Weinbery平衡(Hardy-Weinberg Equilibrium,HWE),對TC、TG、HDL-C、LDL-C進行正態性檢驗。其次,采用一般線性回歸模型(General Linear Regression Model,GLM)分析各血脂成分與3種基因型的關系,校正性別和/或年齡;在隱性模型(Dominant Model,RR+RXvs.XX)和顯性模型(Recessive Model,RRvs.RX+XX)中,采用非參數Mann Whitney U檢驗分析各血脂成分與基因型的關系。最后,按照美國國家膽固醇教育計劃第3次報告(NCEPATPⅢ)中血脂異常的標準[3],將血脂水平分為正常和異常,其中TC、TG或LDL-C臨界升高和升高為異常,HDL-C降低為異常。通過Logistic回歸分析,校正年齡等因素后,分析血脂異常與等位基因X拷貝數之間的關聯。已知性別可能在R577X位點與其他表型之間關聯扮演重要作用[16]。除了在總人群中進行分析,我們還做了性別分層分析。P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

研究對象的基本特征 進入本研究的樣本數量為1 618例,其中男性741例,女性877例。研究對象的流行病學特征見表1。

基因分型結果及HWE檢驗 在所有樣本中,RR/RX/XX基因型頻數為595/749/274,最小等位基因頻率為0.401。HWE檢驗結果P值為0.145 (>0.05),表明樣本的基因型頻率分布符合HWE。

R577X基因型與血脂水平的關系 我們在女性中觀察到TC、LDL-C水平在RR、RX、XX基因型之間存在顯著差異(TC:5.13、5.29、5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76、2.88、3.00 mmol/L,P=0.004);在男性中未觀察到任何顯著性結果(表2)。TG水平在總人群中RR、RX、XX基因型之間的TG水平也呈現顯著差異(1.34、1.43、1.37 mmol/L,P=0.024)。

顯性和隱性遺傳模型下R577X多態性與血脂水平的關系 在顯性和隱性模型下,我們發現總人群和女性的TC和LDL-C水平與不同基因型相關(表3)。隱性模型中,女性RR組和RR+RX組的TC水平分別是5.13和5.32 mmol/L (P=0.004),LDL-C水平分別是2.76和2.91 mmol/L (P=0.010)。僅在隱性模型中發現總人群和男性的TG水平與不同基因型相關(男性RR、RR+RX組TG水平分別是1.15、1.26 mmol/L,P=0.011)。

表1 研究對象的基本特征

aNumber of SS missing valueis 9;bNumber of AD missing value is 6.BMI:Body mass index;WC:Waistcircumference;HC:Hip circumference;WHR:Waist hip ratio;SBP:Systolic blood pressure;DBP:Diastolic blood pressure;FBG:Fasting blood glucose;TC:Total cholesterol;TG:Triglyceride;HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol;LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol;GPA:General physical activity;MPA:Moderate physical activity; SS:Smokingstatus;AD:Alcohol drinking.Pvalues were obtained by Mann-Whitney test.1 mmHg=0.133 kPa.

表2 顯性和隱性遺傳模型下ACTN3基因R577X多態性與血脂水平的關系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.Pvalues were obtained by Non-parametric test-Mann Whitney U test.

Logistic回歸分析R577X等位基因X與血脂異常的關系 在未校正任何因素時,在總人群和女性中等位基因X的拷貝數增加與TC和LDL-C水平異常顯著關聯(總人群TC:OR=1.184,95%CI為1.030～1.361,P=0.018;總人群LDL-C:OR=1.332,95%CI為1.101～1.588,P=0.003;女性TC:OR=1.334,95%CI為1.102～1.616,P=0.003;女性LDL-C:OR=1.549,95%CI:1.208～1.986,P=0.001)。分別校正性別和/或年齡、BMI、WHR等因素后顯著性依然存在(表4)。在男性中未觀察到任何顯著性結果。

表3 ACTN3基因R577X基因型與血脂水平的關系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.

表4 Logistic回歸分析ACTN3基因R577X等位基因X與血脂異常的關系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.Model 1:Adjusted for sex and age (adjusted for age onlyin male and female groups); Model 2:Adjusted for BMI,WHR,FPG,SBP,DBP; Model 3:Adjusted for SS,AD,GPA,MPA; Model 4:Adjusted for all factors above.OR andPvalues were obtained by Logistic regression analysis.The number of missing sample is 15.

討 論

本文是在國人中開展的第一個針對ACTN3基因R577X多態性與血脂水平的關聯研究。研究發現ACTN3R577X基因多態性位點與如皋漢族老年女性TC和LDL-C水平具有顯著關聯。

多項研究已證實ACTN3基因R577X多態性位點與運動員的運動表現之間有關聯性[7-8,17]。在中國人群中,耐力型女運動員中XX基因型頻率和X等位基因頻率都顯著高于對照組,相比于其他人群,精英運動員中XX基因型頻率最高[18]。已有研究表明,ACTN3基因敲除小鼠股四頭肌糖原水平較高,在細胞代謝中會增強有氧呼吸途徑,減弱無氧呼吸途徑,提高與脂肪酸氧化相關的兩種線粒體酶的活性,并減弱糖原合成酶的活性[16],但這一結果在人體中沒有得以重復[19-20]。

本研究樣本中ACTN3最小等位基因頻率為0.401,接近于Hapmap 1-3期所給出的0.431。在亞洲(日本)普通人群(n=97)和運動員群體(n=253)中所報道的最小等位基因頻率分別為0.53和0.50[6,21]。這說明R577X多態性不僅在運動員群體中普遍分布,在普通人群中也有較高的普遍性。

近年來針對該基因多態性與代謝表型的研究所報道的結論與本研究不盡相同。造成這種差異的可能原因有:(1)研究對象的年齡范圍有差異。2016年,Nirengi等[22]發現在日本青年橄欖球運動員的[n=76,(19.8±0.9)歲]XX基因型中HDL-C水平顯著高于RR和RX基因型。2015年,Kim等[14]也在韓國兒童[n=788,(10.1±0.7)歲]中有相同的發現,但對于TC、TG、LDL-C水平卻未獲得顯著性結果。本研究的對象是年齡介于70～84歲之間的中國漢族老年人。2011年有研究表明,ACTN3基因R577X多態性對不同年齡段女性(日本)的大腿中部肌肉橫截面積的影響不同[23]。青年及兒童處于生長發育過程中,新陳代謝速度較快,而老年人群整體代謝水平下降,兩者R577X多態性參與脂代謝的程度和作用機制可能不同。(2)本項研究中的樣本數量為1 618例,與以往針對R577X多態性對脂代謝影響的研究相比有一定優勢。(3)研究對象所屬人種的遺傳背景不同。R577X多態性在不同人種中的最小等位基因頻率為0.55 (歐洲)、0.52 (亞洲)和0.09 (非洲)[16]。(4)本項研究的對象是沒有重大疾病、相對健康的人群。在HIV患者(n=65)中進行的該基因多態性位點與代謝表型的關聯研究發現,RR基因型患者的TG水平及血糖水平明顯低于RX及XX基因型,但TC和LDL-C水平與基因型無關聯。在進行飲食控制后,RR基因型患者的LDL-C水平降低得更多[24]。由于患有重大疾病的人群代謝紊亂,因此無法與健康人群中的結果相比。

由本研究結果可以明顯看出在性別分層中的區別,以往的研究中也有報道證明ACTN3基因多態性對代謝的影響在不同性別中有所不同[25]。我們再一次驗證了ACTN3基因R577X的X等位基因拷貝數增加是女性TC、LDL-C水平升高的風險因素。在隱性模型中,總人群和男性不同基因型中TG水平存在差異,而在顯性模型中則未見明顯差異,這說明X等位基因影響TG水平。雖然TC水平受到X等位基因的影響而明顯升高,但是HDL-C水平與該基因多態性無關聯。

本研究的優勢在于:樣本量大于以往的相關研究,且來自于未曾有過報道的中國漢族人群。雖然本研究的結論對于ACTN3基因R577X多態性對血脂水平的影響有一定的提示作用,但也存在局限性:(1)無法探索在不同年齡層中R577X多態性位點對血脂水平或代謝中間表型的影響的區別;(2)無法通過更多分層研究方式探索在不同健康狀況的人群中ACTN3基因多態性位點所起到的作用;(3)樣本量仍需提高,在低HDL-C分組中僅有90例HDL-C異常的樣本,這對于繼續探索R577X多態性與HDL-C的關系有一定的局限性。

綜上所述,本研究發現了ACTN3基因R577X多態性與中國漢族老年女性人群血漿TC和LDL-C水平的關聯。該基因多態性位點對血脂水平的影響還需在不同人群中加以驗證。

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Association betweenACTN3 gene R577X polymorphism and blood lipid levels in an elderly Chinese Han population in Rugao,China

SHI Jian-ming1▲, LI Lin-zi2▲, ZHOU Hui1, WANG Zheng-dong1, CHU Xue-feng1,ZHU Yin-sheng1, XIE Xue-juan1, LIU Zu-yun2, JIN Li2, WANG Xiao-feng2△

(1LongevityInstitute,RugaoPeople’sHospital,Rugao226500,JiangsuProvince,China;2MinistryofEducationKeyLaboratoryofContemporaryAnthropology,SchoolofLifeSciences,FudanUniversity,Shanghai200438,China)

Objective To explore the association betweenACTN3 gene R577X polymorphism and serum lipid levels in an elderly Chinese Han population. Methods This study was based on the ageing arm of The Rugao Longevity and Ageing Study (RuLAS).Genotyping was performed by Taqman MGB method.Lipids includedtotal cholesterol (TC),triglyceride (TG),high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C).Cut points of dyslipidemia were based on that reported in the NCEP ATPIII.We explored the associations between R577X polymorphism loci and dyslipidemia by using analysis of covariance and logistic regression analysis.Results Overall 1 618 samples was included (741 males and 877 females) in this study.Covariance analysis found that TC level of RR,XX and RX genotype in the general population were 1.34,1.37,1.43 mmol/L with an increasing trend (P=0.024);TC and LDL-C levels of RR,XX and RX genotype (TC:5.13,5.29,5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76,2.88,3.00 mmol/L,P=0.004) were significantly different in females.Logistic regression analysis showed that the increased copies of X allele were significantly associated with increased TC and LDL-C levels in the general population and females.For the general population,TC:OR=1.184,95%CI:1.030-1.361,P=0.018;LDL-C:OR=1.334,95%CI:1.101-1.588,P=0.003;For females,TC:OR=1.332,95% CI:1.102-1.616,P=0.003; LDL-C:OR=1.549,95%CI:1.208-1.986,P=0.001.After adjusting for other covariates,the above associations remained significant. ConclusionsACTN3 gene R577X polymorphism is associated with plasma TC and LDL-C levels in elderly woman of Han populations in Rugao,China.

dyslipidemia;ACTN3 gene; R577X polymorphism; single nucleotide polymorphisms

R181.3+3

A

10.3969/j.issn.1672-8467.2017.04.014

2016-07-25;編輯:段佳)

▲SHI Jian-ming and LI Lin-zi contributed equally to this work

△Corresponding author E-mail:xiaofengwang71@163.com