CKMM基因A/G多态与新疆维吾尔族运动能力的相关性*

何恩鹏， 李艳红， 钱建东， 闫华伟

(1. 新疆师范大学运动人体科学重点实验室， 2. 新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室， 乌鲁木齐 830054)



CKMM基因A/G多态与新疆维吾尔族运动能力的相关性*

何恩鹏1， 李艳红2△， 钱建东1， 闫华伟1

(1. 新疆师范大学运动人体科学重点实验室， 2. 新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室， 乌鲁木齐 830054)

目的：研究新疆维吾尔族114名运动员(速度力量型项目43人，耐力型项目35人，足球36人)和441名普通人肌型肌酸激酶(CKMM)基因A/G多态性与运动能力相关性。方法：聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)法。结果：①维吾尔族普通人群CKMM基因A/G多态性频率(AA、AG、GG)分别为0.497、0.392、0.111，经检验符合H-W平衡(x2=2.72，P>0.05)，具有群体代表性；②速度力量型项目运动员3种基因型频率分别0.442、0.302、0.256，GG基因型和G等位基因频率显著高于对照组，两组差异有显著性(P<0.05，df=2)；③耐力型项目运动员3种基因型频率分别为0.571、0.400、0.029，A等位基因频率高于对照组，但差异没有显著性(P>0.05，df=2)；④足球运动员3种基因型频率分别为0.472、0.361、0.167，G等位基因频率高于耐力组低于速度力量组，与对照组相比亦无显著性差异(P>0.05，df=2)。结论：CKMM基因A/G多态性与维吾尔族速度力量素质呈显著相关，GG基因型和G等位基因可用于速度力量运动员选材的一个辅助因子，但没有发现A/G多态性与耐力素质和足球成绩存在显著相关性。

肌型肌酸激酶；A/G多态性；维吾尔族；有氧耐力；速度力量

众所周知，高效的能量供应是骨骼肌运动能力提高的前提和基础，这其中遗传因素对运动时能量输出起到决定性调控作用。因而寻找ATP合成调控途径的遗传标记成为生理学和遗传学的研究热点，这其中肌酸激酶(creatine kinase, CK)是最早被发现与能量输出相关的酶。CK包括肌型肌酸激酶(creatine kinase MM, CKMM)、心型肌酸激酶(creatine kinase MB, CKMB)和脑型肌酸激酶(creatine kinase BB, CKBB)三种亚型。CKMM主要在骨骼肌中表达，可以迅速激活肌动蛋白头部ATP酶活性，促进ATP大量生成，为肌肉收缩提供能量[1]。LaBella的研究发现，抑制CKMM的活性可以迅速降低肌肉收缩强度[2]，通过CKMM基因敲除小鼠的研究也发现，其机体摄氧量增加、有氧耐力水平提高，长距离运动后疲劳水平下降[3, 4]，提示CKMM活性可能与机体有氧耐力水平存在一定的相关性。

新疆维吾尔族世代繁衍在中亚的干旱区环境中，不断适应高原、亚高原环境，加之民族间长期融合，使其表现出独特遗传素质。维吾尔族是我国人口较多的少数民族之一，其拳击、足球和摔跤等项目在国内乃至国际上都取得了较好的运动成绩，因此有必要开展维吾尔族运动相关遗传特征的研究，为更好的挖掘其运动潜能奠定坚实的理论基础。查阅文献未见对新疆维吾尔族CKMM基因A/G多态分布的报道。该实验通过研究维吾尔族优秀运动员CKMM基因A/G多态性的聚类现象，探索新疆维吾尔族人群CKMM基因A/G多态性遗传特征，揭示A/G多态性在维吾尔族人群中的分布规律，这对充实体质人类学研究、加强维吾尔族运动员基因选材和合理训练等方面都具有重要的现实和理论意义。

1　材料与方法

1.1研究对象

实验选择未经任何专业训练的441名(男286、女155)维吾尔族志愿者为对照组，114名维吾尔族运动员为实验组，其中速度力量型运动员43人(拳击健将5人、国家一级18人，摔跤健将3人、国家一级8人，柔道国家一级4人，跳高国家一级5人)；耐力型项目35人(速度滑冰健将4人、国家一级8人，中长跑国家一级23人)；足球国家一级36人，年龄在17～35岁之间。

1.2实验仪器

所用仪器包括扩增仪(Biometra德国)、水平电泳系统(Bio-Re美国)、高速冷冻离心机(Eppendorf德国)、凝胶成像(Alphalmager美国)、电热恒温水浴锅(Julabo德国)。

1.3CKMM基因A/G多态的测定

1.3.1样品的采集新疆师范大学运动人体科学实验室连续采集2008年至2013年的优秀运动员的基因组DNA，并保存于液氮中用于后续分析。

1.3.2DNA提取总DNA由血液和口腔拭子基因组DNA两种方式获得。静脉血加入含有3.8%柠檬酸钠的抗凝管中混匀，取0.5 ml提取基因组总DNA，方法参照改良后的碘化钾法[5]；口腔拭子基因组DNA提取试剂盒由天根提供，操作方法见说明书。1.3.3PCR扩增PCR引物参照周多奇的研究进行合成[6]，F：5’GGG ATG CTC AGA CTC ACA GA；R：AAC TTG AAT TTA GCC CAA CG。PCR产物大小为

359 bp。PCR反应体系包括：(1)95℃预变性5 min，(2)95℃变性30 s、60℃退火30 s、72℃延伸45 s，35个循环，(3)72℃延伸15 min。PCR试剂为Takara公司生产PCR Mix，后2%琼脂糖凝胶(西班牙)电泳100 V、25 min检验扩增效果。

1.3.4基因分型A/G基因型采用RFLP法分型，内切酶为Nco I(NEB公司)，按照说明书操作，注意加完需充分混匀，酶切过夜后进行浓度为3.5%的琼脂糖凝胶电泳100 V、40 min检验酶切效果并进行基因分型。基因型判断标准：AA纯和型为206 bp和153 bp两条带，GG纯和型为359 bp一条带，AG杂合型359 bp、206 bp和153 bp三条带。

1.3.5北方汉族及欧洲人群CKMM基因A/G多态性数据均引自发表的文章[7,8]。

Fig. 1A/G Polymorphisms of CKMM Gene

Lane 8: DNA marker; Lane 1 and 2: GG genotype; Lane 3: AG genotype; Lane 4, 5, 6 and 7: AA genotype

1.4统计学处理

数据分析选用SPSS 19软件，通过r×c列联表卡方检验计算基因型分布差异，对照组基因型频率分布经Hardy-Weinberg(H-W)检验。

2　结果

2.1新疆维吾尔族运动员CKMM基因A/G多态分布

维吾尔族普通人群CKMM基因A/G多态频率分别为AA基因型0.497、AG基因型0.392、GG基因型0.111，经检验符合H-W平衡(x2=2.72，P>0.05)，具有群体代表性。与普通人组相比，速度力量组(拳击和摔跤)GG基因型频率明显增加，AA基因型频率显著减少，两组基因型分布差异具有显著性(P<0.05，df=2)；耐力组(速度滑冰和中长跑)AG基因型频率显著下降，GG型仅出现1例，但与对照组相比，差异不具显著性，足球运动员G等位基因型频率介于速度力量组与耐力组，与对照组相比没有显著性差异(表1)。

2.2新疆维吾尔族与北方汉族、欧洲人群CKMM基因A/G多态分布

维吾尔族普通人与俄罗斯人普通人群A/G多态频率分布差异不显著，与北方汉族普通人A/G分布频率差异有非常显著性(P<0.05，P<0.01，表2)。

Tab. 1　Distribution of CKMM Gene A/G Polymorphism of the Uyghurnationality(%)

*P<0.05vscontrol group

Tab. 2　Distribution of CKMM Gene A/G Polymorphism of the Russians and Northern Han nationality(%)

*P<0.05vscontrol group；?##P<0.01vsUyghur control group

3　讨论

CKMM基因A/G多态位点(rs8111989)存在于3'非编码区[9]，Deursen等通过转基因技术将一段无意序列插入大鼠CKMM第二外显子后发现，带有插入序列的纯合子大鼠CKMM活性与正常大鼠相比降低了3倍的同时，CKMM mRNA也随之成比例地减少，证明CKMM酶含量水平受控于mRNA转录水平[10]。Wilson对人CKMM基因3'非编码区A/G单核苷酸多态进行了研究，认为此多态位点可能与CKMM基因的表达水平以及转录后mRNA的稳定性有关[11]，同时研究发现A/G多态性与心肌细胞M-CK活性有相关性[12, 13]。CKMM基因A/G多态性在不同种族人群中分布存在很大差异，G等位基因频率在北方汉族普通人为15%[7]，高加索人为35%，美国白人为32%[14]。多项研究显示CKMM基因A/G多态性与人体运动能力存在相关性，其中A/G多态与普通人有氧训练能力提高存在关联已得到证实[15]，但也存在相反的研究结论，认为A/G多态与人体有氧运动能力不存在相关性[16]。鉴于M-CK的生理作用以及A/G多态性对M-CK活性的调控作用，十分有必要对CKMM基因A/G多态性与人体运动能力的相关性进行研究。

基于上述研究基础，科学家们提出CKMM基因A/G多态可能与人体运动能力存在相关性的假说。为了验证上述假说，科学家进行了大量实验研究，设计思路可分为两种：一种是基于普通人的实验干预研究。周多奇通过对102名汉族18周5 000 m耐力训练的实验干预后发现，携带CKMM AG基因型的人对耐力训练的敏感性显著高于AA型和GG型[6]。第二种是基于优秀运动员的基因聚类分析。Fedotovskaia对俄罗斯384名优秀运动员和1 116名普通对照组CKMM基因A/G多态性的研究发现，耐力型运动员中A等位基因和AA基因型频率显著高于对照组，同时AA基因型与机体最大摄氧量呈显著相关，与对照组相比，GG基因型在举重运动员中更具优势。通过上述分析不难看出两种实验设计从不同角度阐述了CKMM基因A/G多态性与运动能力的相关性，运动干预实验的优点是可以根据需要进行设计，缺点是被试主观参与程度难于控制；基因聚类分析的优点是不存在运动干预的过程控制，只需筛选足够符合实验要求的样本量即可，缺点是需要样本量偏大，两者各有优缺点。

该研究正是基于基因聚类分析方法而开展的研究。本研究结论认为CKMM基因A/G多态性与机体耐力训练敏感性相关[6]。本研究也发现A/G基因型分布频率高于对照组的现象，但没有出现显著性差异。相同的研究结论也出现在Rivera的研究中，其对115名未经训练的男性普通人干预研究并没有发现CKMM基因A/G多态性与有氧耐力训练敏感性存在相关性[12]。分析上述结论相悖的原因，可能与研究样本量、运动干预过程质控、被试者主观参与程度以及人种差异等都有一定关系，因而下一步的研究重点是通过积累更多优秀运动员的基因组样本量，提高相关性分析的准确性。

表1可见CKMM基因GG基因型和G等位基因是维吾尔族速度力量素质的遗传决定因子，可以作为维吾尔族运动员选材的候选基因，用于速度力量项目运动员选材。生理学已经明确CK是组成肌酸-磷酸肌酸(phosphocreatine, CP)穿梭系统的关键物质之一[17]，CK可以催化CP水解为肌酸并释放高能磷酸基团，用于快速合成ATP保持ATP/ADP的比率，同时CK可作为能量转运单元，将能量从产生部位运送到利用部位[18]，故CK含量多少决定了肌肉的工作状态。G等位基因可能影响CKMM基因的表达进而导致线粒体M-CK活性升高，因而ATP生成效率增加，这有助于速度力量型项目的发展[19]，推测该机制是G等位基因影响速度力量素质的有效作用途径。

足球是以脚支配球为主在同一场地内进行攻守的运动项目，其对运动员的速度、灵敏、协调以及体能等都有非常高的要求。因而了解足球运动员运动素质相关基因的分布频率，对足球运动员选材有重要意义。新疆足球开展较晚，但近几年在全国大赛上取得了较好的成绩，突显出一批优秀的维吾尔族足球运动员。该文对新疆维吾尔族足球运动员CKMM基因A/G多态性进行了研究，结果显示足球运动员A/G多态性分布与对照组没有显著差异，Fedotovskaya[8]对俄罗斯足球运动员A/G多态性的研究也没有发现与对照组有显著相关。分析认为：足球项目属于集体协作的同场对抗性项目，运动成绩的获得不只与运动能力相关，更与运动员的配合、视野宽度等有关，所以该文认为CKMM基因A/G多态性不适用于足球运动员选材。

本文通过对地处中亚的维吾尔族普通人群和优秀运动员A/G多态性分布的研究，发现普通人群A/G多态频率分布与北方汉族差异具有非常显著性，而与地处东欧的俄罗斯普通人相比A/G多态性则没有显著差异，从表2可以看出，CKMM基因A/G多态性分布介于东西方人群之间的中间频率，分布更偏向欧洲白人。亦有研究通过对新疆不同地区维吾尔族人群mtDNA D-LOOP序列分析发现，其东亚和欧洲基因融合的比例明显不同，揭示新疆不同地区维吾尔族的不同起源，王国元等也发现维吾尔族ACE基因I/D多态性分布更接近欧洲人种[5]，提示地处新疆的维吾尔族在地缘上的东西方过渡特征。运动能力作为人类遗传特征的重要组成部分，在实践过程中加强运动相关基因遗传规律的探索，不仅有助于挖掘维吾尔人的运动天赋，又有助于探索维吾尔人在人类进化中的位置，为人类遗传学发展添砖加瓦。

综上所述，CKMM基因A/G多态性与新疆维吾尔人耐力项目没有相关性，但与速度力量型项目存在一定的关联。因此CKMM基因GG基因型可以作为维吾尔族速度力量运动员选材的遗传因子，A/G多态能否用于耐力运动员选材有待于进一步研究；维吾尔族普通人CKMM基因A/G多态分布更趋向于欧美人群，提示维吾尔族遗传特征的东西方过渡特点。

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Association of CKMM gene A/G polymorphism and athletic performance of uyghurnationality

HE En-peng1, LI Yan-hong2△, QIAN Jian-dong1, YAN Hua-wei1

(1. The Laboratory of Sports Science of Human Body, Xinjiang Normal Institute,2. Xinjiang Key Laboratory of Special Species Conservation and Regulatory Biology, Urumqi 830054, China)

Objective: Discusses the distributive characters of the Creatine Kinase MM (CKMM) gene A/G Polymorphism in Xinjiang Uyghur, One hundred and fourtheen athletes and 441 general population of Uyghur were involved in the study. Methods: Polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism was used. Results: ① The CKMM gene A/G frequency in Uyghur general population was (AA, AG and GG) 0.497、0.392 and 0.111, the result test by Hardy-Weinberg (H-W) equilibrium and x2=2.72,P=0.1, df=2, indicated that the control group had representative. ②AA, AG and GG genotype frequency of power-oriented athlete respectively was 0.442, 0.302 and 0.256, frequency of GG genotype and G allele was higher than the control group, there were significant differences compared to the control(P<0.05，df=2); ③A/G genotype frequency of Endurance-oriented athletere spectively was 0.571、0.400 and 0.029, there were no significant differences compared to the controls (P>0.05，df=2). ④A/G genotype frequency of Uyghur soccerathletes respectively was 0.472、0.361 and 0.167, G allele was higher than the Endurance-oriented athlete and lower than the power-oriented athletes. and no significant differences compared to the controls(P>0.05，df=2). Conclusion: The results indicate that the CKMM gene GG genotype and G allele are represented in power-oriented athletes, but don't find A/G polymorphism correlation with endurance and the football sport performance.

Creatine Kinase MM (CKMM);A/G Polymorphism;Uyghur nationality;aerobic endurance;speed strength

国家自然科学基金资助项目(31160218)；新疆师范大学(体育学院)研究生基金(TYXY201507)

2015-01-07

2015-10-13

△Tel: 0991-4330474; E-mail: Heenpeng@sina.com

Q341

A

1000-6834(2016)01-082-05

10.13459/j.cnki.cjap.2016.01.021