β3-AR基因Trp64Arg位点多态性与男性青少年代谢综合征患者运动康复效果的关联研究

张学领

（郑州大学体育学院，河南郑州450044）

◄运动人体科学

β3-AR基因Trp64Arg位点多态性与男性青少年代谢综合征患者运动康复效果的关联研究

张学领

（郑州大学体育学院，河南郑州450044）

目的：探讨β3-肾上腺素受体（β3-AR）基因Trp64Arg位点多态性与男性青少年代谢综合征（MS）患者运动康复效果的关系，为制订基于基因多态的特异性运动处方提供依据。方法：62名男性青少年MS患者进行为期16周的有氧运动；聚合酶链反应-限制性片段长度多态（PCR-RFLP）法测定β3-AR基因Trp64Arg位点多态性；运动前后测定身体形态学、血压、血糖、血脂和MS z评分等相关指标；分析基因多态性与各指标的关系。结果：β3-AR基因3种基因型频率（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）和等位基因频率（Trp：83.1%，Arg：16.9%）符合H-W遗传平衡定律。实验前组间比较，Trp／Arg组身体形态学参数（BW、BMI、WC、BF%）、血糖参数（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MS z评分均高于Trp／Trp组（P＜0.05或P＜0.01）。实验后，组内与实验前比较，Trp／Trp组WC、BF和MSz评分显著性下降（P＜0.05或P＜0.01），Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MSz评分显著性降低（P＜0.05或P＜0.01）；组间比较，Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z评分的变化率显著性高于Trp／Trp组（P＜0.01）。结论：男性青少年MS易感性以及运动康复效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态有关，Trp／Arg基因型患者易患MS，同时对于运动康复的效果较Trp／Trg基因型更为敏感。

青少年；代谢综合征；运动康复；β3-肾上腺素受体；基因多态

代谢综合征（metabolic syndrome，MS）是指个体中多种代谢组分异常聚集的病理状态。随着经济发展和生活水平提高，生活方式发生了巨大转变，MS及其所引起的心血管疾病的发病率在我国已快速增长，尤其是在青少年中的发病率日益攀升。朱建芳等的调查发现，402例中、重度肥胖青少年中MS的发生率分别为17.81%和28.57%。有研究显示，在肥胖儿童青少年中，高年龄组（10～16岁）MS的发生率要显著高于低年龄组（7～10岁）。MS时发生的代谢异常不仅影响青少年的身心健康，更是成年期心脑血管疾病、糖尿病、痛风等疾病的隐患。研究表明，适量的运动，特别是有氧运动可增加机体的能量消耗，对于MS的各个组分均有改善作用，如降低血压、血糖、血脂，增加胰岛素敏感性，以及减少脂肪堆积，并有效降低心血管事件的发生［1］。此外，抗阻训练可改善体成分、增加瘦体重，并提高安静时的代谢率［2］。但不同个体对于运动干预的效果存在显著个体差异，其原因可能与遗传因素有关。β3-肾上腺素受体（β3-adrenoceptor，β3-AR）属于G蛋白偶联受体超家族，主要分布在脂肪组织，受体激动后可介导脂肪分解与产热［3］。研究发现，β3-AR基因Trp64Arg变异与MS易感性密切相关［4-5］，而肥胖患者通过节食进行体重控制的效果亦与该位点多态有关联［6-7］，但与运动康复效果的关联性研究尚无报道。本课题组推测不同β3-AR基因型患者对于相同负荷运动的反应与敏感性存在差异，进而影响运动康复的疗效。为证实上述假设，选取男性青少年MS患者为受试对象，探讨β3-AR基因Trp64Arg多态性与16周运动康复效果的关系，为制订基于基因多态的特异性运动处方提供依据。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

2013年4月—2013年6月，在郑州市某中学选取15个班中符合本实验要求的受试者62名。青少年MS的诊断标准：腰围大于或等于同年龄和性别青少年第90百分位数所对应腰围的临界点，以及合并以下4项指标中任意2项者：1）甘油三酯（triglyceride，TG）≥1.70 mmol／L（150 mg／dl）；2）高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesferol，HDL-c）≤1.03 mmol／L（40 mg／dl）；3）收缩压≥130 mm-Hg和／或舒张压≥85 mmHg；4）空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）≥5.6 mmol／L（100 mg／dl）或已确诊为2型糖尿病［8-9］。排除骨关节疾病者、继发性肥胖者以及急慢性感染者。

1.2 身体形态学参数测定

包括身高、体重（body weight，BW）和身体质量指数（body mass index，BMI）（BMI＝体重／身高2）、腰围和体脂百分比（percentage of body fat，BF%）。腰围（waist circumference，WC）采用皮尺测量，方法：皮尺经髂前上棘和第12肋下缘连线中点处，水平缠绕1周，于自然呼气末测量其围度。BF%采用身体组成成分仪（Inbody 4.0，韩国）测定，测试前空腹、排空大小便，以脂肪重量占体重的百分比表示。

1.3 血压测定

受试者坐位休息15 min后，采用经校正的标准台式水银柱血压计进行测试。测试时受试者取端坐位，测量右上臂肱动脉血压，每次间隔10 min，连续测量3次，取均值，获得收缩压（systolic blood pressure，SBP）和舒张压（diastolic blood pressure，DBP）。

1.4 血液指标测定

受试者于清晨空腹状态下肘正中静脉取血5 ml，其中3 mL于4℃离心提取血清待测血生化指标，另外2 ml全血用于提取白细胞基因组DNA。血脂各指标包括TG、总胆固醇（total cholesterol，TC）、HDL-c和低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesferol，LDL-c）采用酶法；血糖各指标中FBG采用葡萄糖氧化酶法，糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）采用高压液相色谱法，空腹胰岛素（fasting insulin，FIns）采用放免法（试剂盒由南京建成生物工程研究所提供）测定，用稳态模型评估法（homeostatic model assessment，HOMA）计算胰岛素抵抗指数（HOMA-insulin resistance index，HOMAIR），计算公式：HOMA-IR＝（FBG［mmol／L］）×（FIns［μU／mL］）／22.5。所有操作严格按照试剂盒说明进行，批内和变异系数均＜8.5%。

1.5 MS z评分

参照Potteiger等［10］提出方法计算MSz评分，该评分包含了MS五个危险因素（组分）：HDL-c（mg／dl）、TG（mg／dl）、FPG（mg／dl）、WC（cm）和平均动脉压（mean arterial pressure，MAP）（mmHg），其中MAP＝DBP+（SBP-DBP）／3。根据个体数据、诊断标准和所有受试者的基线标准差（SD）进行计算，公式：MS z评分＝（40-HDL-c）／SD+（TG-150）／SD+（FBG-100）／SD+（WC-同年龄和性别第90百分位数所对应腰围临界值）／SD+（MAP-100）／SD。

1.6 β3-AR基因Trp64Arg位点多态测定

采用聚合酶链反应-限制性片段多态性（polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism，PCR-RFLP）法进行基因分型。1）取100 μL全血用DNA提取试剂盒（武汉博士德生物工程有限公司）提取白细胞基因组DNA。2）目的基因引物设计：上游5’-CGCCCAATACCGCCAACAC-3’，下游5’-CCACCAGGAGTCCCATCACC-3’。3）扩增反应体系：上下游引物各10 pmol，基因组DNA 2 μl，Taq DNA聚合酶1 U，10×buffer 7μl，MgCl22 mmol／L，dNTPs各0.01μmol，补三蒸水至25μl。反应条件：预变性95℃10 min，变性94℃30 s，退火60℃1min，延伸72℃30 s，共40个循环，终末延伸72℃5 min。4）限制性内切酶消化：20μl反应体系中PCR产物10μl，Bst NI内切酶10 U，10×Buffer 2 μl，三蒸水7μl，混匀后37℃孵育10 h。5）取酶切产物10？l，EB染色，4%琼脂糖凝电泳，经电子凝胶成像系统分析结果。根据产物片段分为3型：野生型纯合子（Trp／Trp）的酶切片段为99、62、30、12和7 bp；突变型杂合子（Trp／Arg）的酶切片段为161、99、62、30、12和7bp；突变型纯合子（Arg／Arg）的酶切片段为161、30、12和7 bp。

1.7 运动处方

受试者除参加学校安排的体育课（2次／周，40 min／次）外，还需参加每周2次、每次持续60 min，共16周的运动处方干预。运动方案包括抗阻训练、有氧运动和游戏类活动。先进行抗阻训练（仰卧起坐、俯卧撑、双杠臂屈伸、单杠引体向上、蹲起，共两组，组间间歇1～2min），中间穿插进行有氧运动（慢跑、跳绳和健美操），最后进行游戏类活动如足球、篮球、羽毛球、接力跑和上下楼梯。前8周运动强度为最大预测心率的50%～60%（最大预测心率计算公式［11］：HRmax＝208-0.7×年龄），后8周为60%～70%HRmax，靶心率用遥测心率表（Polar FT4，芬兰）持续监控，受试者在运动中根据提前设定的心率范围及时调整运动强度。运动开始前进行10 min热身以避免运动损伤，结束后进行5～10 min主要肌肉群的拉伸练习，以减轻延迟性肌肉酸痛。受试者在家长的陪同下，由体育教师、健身指导员和科研人员对训练过程进行严格监控并记录训练日志，同时每周通过1～2次健康教育等方式提高依从性。

1.8 统计方法

所有数据用SPSS 14.0统计软件进行分析处理。基因型、等位基因分布频率、MS各组分的变化率用“%”表示，其他数据用“平均数±标准差”表示。MS各组分在运动前后的变化率（△%）＝（运动后数值-运动前数值）／运动前数值×100%。按照β3-AR基因Trp64Arg多态分型将受试者分为Trp／Trp组和Trp／Arg组（本研究未发现Arg／Arg基因型者）。哈迪·温伯格（Hardy-Weinberg，H-W）遗传平衡使用卡方（χ2）检验，组内实验前后比较使用配对t检验，组间比较使用独立样本t检验。P＜0.05为显著性水平，P＜0.01为非常显著水平。

2 结果

2.1 β3-AR基因Trp64Arg多态性分布频率与H-W平衡检验

β3-AR基因3种基因型分布频率（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）和等位基因频率（Trp：83.1%，Arg：16.9%）经χ2检验P＞0.05，符合H-W遗传平衡定律，具有群体代表性（表1）。

表1 β3-AR基因型及等位基因分布频率

2.2 不同β3-AR基因型受试者的基线特征比较

受试者实验前一般特征见表2。Trp／Arg组身体形态学参数（BW、BMI、WC、BF%）、血糖参数（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MS z评分均高于Trp／Trp组（P＜0.05或P＜0.01），血压和血脂各参数在两组间无显著性差异（P＞0.05）。

表2 不同β3-AR基因型受试者的基线特征

2.3 不同β3-AR基因型受试者实验前后MS各组分的变化

实验后，组内与实验前比较，Trp／Trp组WC、BF和MS z评分显著性下降（P＜0.05或P＜0.01），Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z评分显著性降低（P＜0.05或P＜0.01）；组间比较，Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、 FIns、HOMA-IR和MS z评分的变化率显著性高于Trp／Trp组（P＜0.01）（表3）。

表3 不同β3-AR基因型受试者各指标的变化

3 讨论

由于处于生长发育期，针对青少年MS患者不宜过分节食，也不提倡使用减肥药物，主要应通过合理的饮食结构及适当的运动康复疗法来控制体重。研究证实，运动对于MS的各个组分均有改善作用，如降低血压、血糖、血脂，增加胰岛素敏感性，以及减少脂肪堆积［1］，但不同个体运动康复的疗效存在显著差异，其原因之一与某些基因的变异有关［12-13］。因此，把基因多态策略应用于青少年MS患者的运动干预中，研究不同基因型患者对运动干预的敏感性差异，将来可以为患者制订基于基因多态的运动处方，即根据个体的遗传背景选择个性化的运动强度和运动量，以取得更好的运动康复疗效［14-15］。

β3-AR主要分布在脂肪组织，在调控机体的脂解和生热作用中扮演重要角色［3］。有报道指出，脂肪细胞中β3-AR表达下降将会导致实验动物发生胰岛素抵抗或者体重增加，而选择性β3-AR激动剂能够显著增加能量消耗，减轻饮食所导致的肥胖，被广泛认为是治疗肥胖症和2型糖尿病的新型药物。随着β3-AR编码基因的测序和克隆，发现该基因存在一功能性突变位点，即外显子1上第190位胸腺嘧啶核苷酸（T）被胞嘧啶核苷酸（C）代替，导致其mRNA上64位色氨酸（Trp）密码子被精氨酸（Arg）密码子置换，形成Trp64Arg多态，引起蛋白水平表达缺陷及信号受损，影响脂肪分解和生热作用［16］。本研究未发现Arg／Arg基因型携带者，Trp／Arg基因型（突变杂合子）分布频率为33.9%，Arg等位基因（突变等位基因）分布频率为16.9%；与国内［17］以及亚洲人［18］β3-AR基因变异分布的结果接近，但明显低于欧美人［19］，提示β3-AR基因Trp64Arg变异与种族与地区差异密切相关。

在本研究中，Trp／Arg组身体形态学参数（BW、BMI、WC、BF%）、血糖参数（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MSz评分均高于Trp／Trp组，提示β3-AR基因Trp64Arg位点变异可导致MS发生的易感性增高。由于该位点变异发生在β3-AR的第1个胞内环，而此胞内环被认为是对于细胞表面受体运动及受体偶联于细胞效应器系统的功能至关重要。该突变影响β3-AR的信号转导异常，引起环磷酸腺苷（cyclic adenosine 3’，5’-monophosphate，cAMP）减少、解偶联蛋白（uncoupling protein，UCP）表达下降，造成棕色脂肪分解作用和产热作用出现缺陷，因而减弱对基础代谢率的调控能力，最终引发MS。

朱旅云等［20］报道，经过节食减重干预后，Trp纯合子（Trp／Trp）携带者组除HDL-c、LDL-c及空腹血糖无明显变化外，其他各项包括体脂、血压、血脂和血糖指标均显著降低，而Arg等位基因携带者（Trp／Arg、Arg／Arg）仅显示BMI较实验前降低，其余各项代谢指标均无显著性变化，提示节食减重干预对于β3-AR基因野生型纯合子即Trp／Trp携带者是预防MS的有效措施。运动康复是MS患者减重的重要手段，但此多态位点与运动干预效果的关联性研究鲜有报道。Garenc等［21］的报道指出，肥胖患者20周耐力训练后体重和体脂百分比显著性下降，但运动效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态性并无关联。Yoshida等［22］发现携带Arg等位基因的日本妇女的脂肪组织倾向于内脏组织重新分布。在接受有氧运动后，减轻体重的效果要比Trp纯合子的肥胖个体差一些。本研究发现，16周运动康复（有氧运动+抗阻训练）干预后，Trp／Trp组WC、BF和MS z评分，Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z评分均较实验前显著性下降，但Trp／Arg组BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMAIR和MS z评分的变化率显著性高于Trp／Trp组，说明运动康复疗法对男性青少年MS患者的干预效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态性存在关联，Trp／Arg基因型患者对于运动康复的效果较Trp／Trg基因型更为敏感。本研究结果与Garenc等［21］和Yoshida等［22］的报道不同，可能与种族、运动方案、干预时间等因素有关，具体机制尚待进一步研究。

4 结 论

男性青少年MS易感性以及运动康复效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态有关，Trp／Arg基因型患者易患MS，同时对于运动康复的效果较Trp／Trg基因型更为敏感。

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责任编辑：郭长寿

Association ofβ3-AR Gene Trp64Arg Locus Polymorphism and Effectiveness of Exercise Rehabilitation on M ale Adolescents of M etabolic Syndrome

ZHANG Xueling
（Physical Education College of Zhengzhou University，Zhengzhou 450044，Henan，China）

Objective：To determ ine the relationship ofβ3-adrenoceptor（β3-AR）gene Trp64Arg locus polymorphism and effectiveness of exercise rehabilitation onmale adolescents ofmetabolic syndrome（MS）and provide evidence for special exercise prescription based on gene polymorphism.Methods：Sixty-two male adolescents of MS patients performed a 16-week aerobic exercise training intervention.β3-AR gene Trp64Arg locus polymorphism was detected by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism（PCR-RFLP）method.Parameters ofmorphologic，blood pressure，glycem ic control，blood fat and MS z score were determined before and after test.Association between each parameter and gene polymorphism was analysed.Results：The genotype frequencies（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）and allele frequencies（Trp：83.1%，A rg：16.9%）were coincident w ith Hardy-Weinberg equilibrium law.Compared between-group w ith defferent genotypes before test，parameters morphologic（BW，BM I，WC，BF%），glycem ic control（FBG，HbA1c，FIns，HOMA-IR）and MS z score of Trp／Arg group were higher than those of Trp／Trp group（P＜0.05 or P＜0.01）.After test，compared w ith pre-test w ithin group，WC，BF and MS z score of Trp／Trp group while BW，BM I，WC，BF%，FBG，FIns，HOMA-IR and MS z score of Trp／Arg group reduced（P＜0.05 or P＜0.01）；compared between group，change rate of BW，BM I，WC，BF%，FBG，FIns，HOMA-IR and MS z score of Trp／Arg group were higher than those of Trp／Trp group（P＜0.01）.Conclusion：The Trp64Arg locus polymorphism ofβ3-AR gene might contribute to MS susceptivity and effectiveness of exercise rehabilitation on adolescents of MS.Patients of Trp／Arg genotypewere liable to be MS but effectiveness of exercise rehabilitation had an advantage over those of Trp／Trg genotype.

adolescents；metabolic syndrome；exercise rehabilitation；β3-AR；gene polymorphism

G804.7

：A

：1004-0560（2014）06-0084-05

2014-08-07；

2014-09-12

河南省科技厅科技攻关项目阶段成果（142102310060）。

张学领（1973—），男，副教授，博士，主要研究方向为身体功能性训练。