KCNQ1基因7个位点单核苷酸多态性与糖尿病前期人群运动干预敏感性的关联①

夏小慧，王卉，张社平，夏惠芸

1.兰州城市学院体育学院，甘肃兰州市730070；2.井冈山大学体育学院，江西吉安市343009；3.国营长风机器厂职工医院，甘肃兰州市730070

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种代谢型疾病，发病与遗传和环境密切相关。阐明T2DM易感基因及其与环境因素、生活因素的相互作用机制，是科学防治T2DM的重要前提。

糖尿病前期又称糖调节受损，是从糖代谢正常发展为T2DM的过渡阶段，也是可以逆转糖尿病发生的阶段。在这一阶段采取有效干预措施，对预防糖尿病具有重要意义。

运动干预是防治糖尿病的重要非药物手段。目前运动干预的方式主要有有氧运动和抗阻运动，这两种方式均能改善糖尿病患者及糖尿病前期人群异常血糖代谢。但由于遗传差异，运动干预效果有所不同。在糖尿病前期人群中，约1/5个体不能从运动中获益[1]。检测运动干预对糖尿病前期人群糖脂代谢的敏感性，可为制定糖尿病前期人群运动干预个体化处方提供依据。

电压门控钾通道Q亚家族成员1(voltage-gated potassium channel subfamily member 1,KCNQ1)基因是Yasuda等[2]通过全基因组关联分析法，在亚洲人群中确定的T2DM易感基因。该基因在不同种群中分布有很大差异，其编码的电压门控钾通道蛋白在血管平滑肌、胰腺组织高表达，参与糖尿病血管并发症的发生，并可能参与糖尿病的原发病变[3]。KCNQ1基因基因区的多个多态位点与糖尿病发生有关[4-6]。

本研究从KCNQ1基因区选择标签单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点，观察SNP基因型和单体型与糖尿病前期人群有氧运动干预敏感性的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料

从2015年1月30日起，在国营长风机器厂社区活动中心招募受试者，并经过初筛和复筛。初筛时测空腹血糖并进行口服糖耐量试验，筛选出符合美国糖尿病协会制定糖尿病前期糖调节受损(impaired glucose regulation,IGR)标准的人群，包括空腹血糖受损(impaired fasting glucose,IFG)、葡萄糖耐量受损(impaired glucose tolerance,IGT)或IFG/IGT人群，对未进行药物治疗并自愿参加运动干预者进行复查。两次筛查均符合IGR诊断标准的受试者，完成健康体检，经专科医生诊断无运动测试禁忌症者，建立健康档案并签署知情同意书，进行观察。最终纳入受试者70例。在试验过程中，4例因个人身体原因退出，最终完成测试者66例。

本研究经医学伦理委员会审查通过。

1.2 研究方法

1.2.1 指标测定

在运动干预前后，同一条件下分别对受试者进行糖脂代谢指标测试。主要包括空腹血糖(fasting plasma glucose,FPG)、口服75 g葡萄糖后2 h血糖 (2 hours postprandial blood glucose,P2hBG)、空腹胰岛素(fasting insulin,FINS)、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin,GHb)、总胆固醇(total cholesterol,TC)、甘油三酯(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)。

1.2.2 运动处方

采用功率自行车递增负荷运动法测定受试者心脏功能能力(functional capacity,F.C.)，作为制定运动强度的依据。运动强度设定：1～4周40%～50%F.C.，5～12周50%～65%F.C.。运动方式为健步走，每次40～50 min，每周3～5次，持续3个月。

在运动干预过程中，通过举办专家讲座、发放学习资料等方式，强化受试者运动干预相关知识。通过短信、电话、现场跟踪等方式，指导受试者用心率表、计步器，结合脉搏、主观体力感觉等控制运动强度和运动量。

1.2.3 基因多态性分析

采用SPSS 22.0统计学软件分析研究所得数据。计量资料采用（±s）表示，计数资料采用（%）表示，分别以t检验与χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

选取KCNQ1基因区的7个标签SNP位点rs2299620、 rs231362、 rs2237892、 rs2237895、rs2237897、rs151290、rs2283228。所选位点在基因组中的基本情况见表1。

从静脉血白细胞提取基因组DNA。采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)对筛选的SNP进行分型。PCR引物和单碱基延伸引物用Assay Designer(Sequenom)软件设计，由MassARRAYTyper软件系统完成SNP位点基因型分析。

1.3 统计学分析

采用χ2检验分析各位点基因型分布是否符合哈温平衡。单个位点不同基因型之间干预敏感性的差异以指标干预前初始值作为协变量进行协方差分析，显著性水平α=0.05。

Shesis在线软件(http://analysis.bio-x.cn/myanalysis.php)计算同一基因不同位点间的D'和r2，以测量对应位点间的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD)紧密程度，并计算单体型频率。多个位点的单体型分析采用R-平台下haplo.stats的haplo.score软件。以指标干预前初始值为协变量，以干预前后差值(Δ)表示各指标的干预敏感性，分析不同单体型的干预敏感性差异。显著性水平α=0.05。

2 结果

各位点基因型分布均符合哈温平衡(P＞0.05)。rs2237892、rs2237897位点中TT基因型仅2例，属极低基因型频率，根据相近合并的原则，将其与CT基因型合并统计。

2.1 单个位点多态性与糖脂代谢的关系

rs2299620位点TT基因型P2hBG最低(P＜0.05)。见表2。其余位点不同基因型在有氧运动干预前后指标无显著性差异(数据略)。

表1 所选位点基本情况

表2 rs2299620位点不同基因型运动干预前后指标比较

2.2 单体型与糖脂代谢的关系

7个多态位点D'和r2见表3。对D'＞0.33且r2＞0.1的位点，组合成可能的单体型，计算单体型频率，频率＜0.03的单体型被忽略，进行单体型分析。结果显示，rs2237897-rs2299620位点的单体型中，T-C单体型携带者ΔFINS高于非T-C单体型携带者；C-T单体型携带者ΔP2hBG高于非C-T单体型携带者。由rs2283228-rs2237892位点组成的单体型中，A-C单体型携带者ΔLDL高于非A-C单体型携带者。由rs2299620-rs151290位点组成的单体型中，T-C单体型携带者ΔP2hBG高于非T-A单体型携带者；rs2299620-rs2237892位点组成的单体型中，T-T单体型携带者ΔP2hBG高于非T-T单体型携带者。见表4。其余不同位点组成的单体型在运动干预前后糖脂代谢指标均无显著性差异(数据略)。

3 讨论

表3 KCNQ1基因7个多态位点两两间D'/r2

表4 KCNQ1基因部分位点单体型干预前后糖脂代谢指标差值比较

Hu等[7]在包括1769例T2DM和1734例血糖正常者的中国汉族人群中进行研究，在KCNQ1基因中发现 4个 SNP 位点 rs2074196、rs2237892、rs2237895、rs2237897与糖尿病发病相关。陈建丰等[8]、刘英等[9]的研究也证实rs2237892位点与T2DM发病相关。

日本Unoki等[10]对207,097例日本人的SNP进行筛查，证实KCNQ1是T2DM的重要侯选基因，且rs2283228、rs2237895、rs2237897是其中3个与T2DM发病密切相关的位点。KCNQ1基因多态性与T2DM发病的相关性也在其他人群中得到验证[5-6,11-12]。

对特定人群使用相同运动处方干预时，效果存在明显个体差异。如白细胞介素-6基因G174C多态与训练对空腹血糖和葡萄糖耐量的影响相关[13]；维生素D受体基因BsmI多态与低体力活动对空腹血糖的影响水平之间存在关联[14]。推测是由于不同基因多态对糖调节影响所致。Lakka等[15]的研究显示，瘦素基因A19G和瘦素受体基因K109R多态决定了运动调节葡萄糖动态平衡的个体差异；过氧化物酶增殖体活化受体-γ基因Pro12Ala多态对高加索人、日本人运动干预敏感性均存在相关性[16-17]；Sakane等[18]对61例T2DM患者运动干预12周后发现，肾上腺素受体Ⅲ基因Trp64Arg多态与患者胰岛素抵抗的运动干预敏感性相关。国内研究基因多态性与糖尿病发生及其并发症发展之间关系较多[19-20]，而少见其与运动干预敏感性之间关系的研究。

本研究选取的7个位点均为标签SNP，具有较好的代表性。经HaploView软件分析，rs231362、rs2237892、rs2237895、rs2237897、rs2283228等5个多态位点有中度连锁不平衡。一项以亚洲人群为研究对象的系统综述，包括30个公开发表的病例对照实验，114,140例患者和167,322例对照，表明这5个多态位点是糖尿病发生的危险因子[4]。另有多项研究证实，rs2237892与糖尿病的发生相关[21-23]。本研究显示，rs2299620位点TT基因型，P2hBG运动后下降。与非单体型携带者相比，rs2237897-rs2299620的T-C单体型与ΔFINS相关联，rs2237897-rs2299620位点的C-T单体型、rs2299620-rs2237892位点的T-T单体型、rs2299620-rs151290位点组成的T-A单体型均与ΔP2hBG相关联，rs2283228-rs2237892位点的A-C单体型与ΔLDL相关联。

运动改变胰岛素敏感性，是运动改善糖脂代谢的主要途径。在钾离子通道蛋白的调节下，胰岛β细胞KCNQ1蛋白表达增多，从而减少胰岛素分泌，使血糖水平改变[24]，这可能是钾离子通道蛋白参与糖尿病的部分机制。KCNQ1基因多态影响运动干预胰岛素敏感性的具体机制尚不清楚，可能通过影响信号通路蛋白结合活性，进而影响目的基因的表达[25]。本研究揭示的相关基因多态位点的生物学活性还有待进一步深入研究，为有效防治糖尿病的发生发展提供可靠的实验依据。

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