許亞麗，胡 揚(yáng)，李厚林，席 翼，文 力，何子紅

（1.河南大學(xué)體育學(xué)院，河南開封 475000;2.北京體育大學(xué)體育科學(xué)研究中心，北京 100084;3.西安體育學(xué)院田徑教研室，陜西西安 710068;4.深圳大學(xué)體育系，廣東深圳 518060;5.天津體育學(xué)院運(yùn)動人體科學(xué)系，天津 300381;6.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100763）

?博士論壇

中國北方漢族男子FECH基因－252A/G多態(tài)與耐力訓(xùn)練敏感性的關(guān)聯(lián)研究

許亞麗1，胡 揚(yáng)2，李厚林3，席 翼4，文 力5，何子紅6

（1.河南大學(xué)體育學(xué)院，河南開封 475000;2.北京體育大學(xué)體育科學(xué)研究中心，北京 100084;3.西安體育學(xué)院田徑教研室，陜西西安 710068;4.深圳大學(xué)體育系，廣東深圳 518060;5.天津體育學(xué)院運(yùn)動人體科學(xué)系，天津 300381;6.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100763）

目的:探討中國北方漢族男性亞鐵螯合酶（FECH）基因－252A/G多態(tài)性與耐力訓(xùn)練敏感性的關(guān)聯(lián)，尋找與有氧耐力訓(xùn)練效果的分子標(biāo)記。方法:選取102名中國北方漢族男性健康受試者，以95% ～105%個(gè)體無氧閾強(qiáng)度進(jìn)行5 000米跑訓(xùn)練，每周3次，共18周，訓(xùn)練前后測定VO2max、RE等指標(biāo)。使用PCR－RFLP和測序方法解析該基因多態(tài)性的分布特征，并進(jìn)行該多態(tài)與上述生理指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。結(jié)果:1）耐力訓(xùn)練前，AA基因型跑節(jié)省化時(shí)的心率（RE/HR）、跑節(jié)省化時(shí)的最大攝氧量（RE/rVO2）起始值均顯著性低于GG基因型（P＜0.01）;2）有氧耐力訓(xùn)練后，AA基因型通氣閾時(shí)的攝氧量（△VT/VO2）增加的幅度顯著性高于GG基因型（P＜0.05）;AA基因型在跑節(jié)省化時(shí)的心率（△RE/HR）下降的幅度顯著性高于GG基因型（P＜0.05）。結(jié)論:在FECH基因－252A/G多態(tài)性中，AA基因型耐力訓(xùn)練具有較高的訓(xùn)練敏感性，可作為預(yù)測有氧耐力訓(xùn)練敏感性的分子標(biāo)記。

亞鐵螯合酶;基因多態(tài)性;有氧運(yùn)動能力

基因多態(tài)性與人體的運(yùn)動能力及運(yùn)動訓(xùn)練敏感性存在關(guān)聯(lián)。亞鐵螯合酶是生物體中血紅素合成的最后一個(gè)酶，與人體有氧運(yùn)動能力密切相關(guān)?；蚨鄳B(tài)性與不同人群的體制特征、運(yùn)動能力、運(yùn)動訓(xùn)練的敏感性等諸方面相關(guān)。通過基因多態(tài)性的研究，不僅可將運(yùn)動員選材提高到分子水平，而且可以為個(gè)性化訓(xùn)練方案的制定提供分子指標(biāo)，另外還可為全民健身人群制定個(gè)性化運(yùn)動處方提供依據(jù)。

血紅素是人體內(nèi)具有重要功能蛋白質(zhì)如血紅蛋白、肌紅蛋白、線粒體細(xì)胞色素、過氧化物酶、鳥苷酸環(huán)化酶、細(xì)胞色素P450酶等的輔基，因此在運(yùn)輸和儲備氧氣、電子傳遞及能量生成、抗氧化、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及藥物代謝等方面發(fā)揮重要功能。另外，血紅素還參與珠蛋白mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯以及紅系分化的調(diào)節(jié)等［1－4］。如果體內(nèi)血紅素合成受限或缺乏時(shí)，會導(dǎo)致血液系統(tǒng)病癥，如貧血和白血病，還引起線粒體功能衰退、能量產(chǎn)生障礙和氧化應(yīng)激增強(qiáng)等細(xì)胞病理學(xué)變化［5－6］，因此血紅素的代謝與機(jī)體的運(yùn)動能力尤其是耐力密切相關(guān)。

亞鐵螯合酶（ferrochelatase，F(xiàn)ECH）是生物體中血紅素合成的最后一個(gè)酶，催化亞鐵離子嵌入原卟啉Ⅸ形成血紅素，主要存在于骨髓、肝臟、血液的網(wǎng)狀細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中，如果FECH缺乏或功能受損，會導(dǎo)致原卟啉在紅細(xì)胞內(nèi)、肝內(nèi)大量蓄積引發(fā)紅細(xì)胞肝性卟啉病，對機(jī)體造成極大損害［7－9］。因此，F(xiàn)ECH活性與有氧運(yùn)動能力密切相關(guān)。

目前，該基因多態(tài)性與運(yùn)動能力的關(guān)聯(lián)性研究國內(nèi)外未見報(bào)道。研究選取位于啟動子區(qū)的－252A/G多態(tài)作為標(biāo)記，觀察該多態(tài)性與有氧耐力訓(xùn)練敏感性的關(guān)聯(lián)性，探尋預(yù)測有氧運(yùn)動能力的分子遺傳學(xué)標(biāo)記。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

選取102名中國北方（東北三省、河北、山東等淮河以北平原地區(qū)）漢族健康男性受試者，年齡（18.82±0.88）歲，身高（171.67±5.83）cm，體質(zhì)量（60.27±6.54）kg。均為中國武裝警察某部隊(duì)的新兵（2003年1月入伍，3月參加實(shí)驗(yàn)），且其雙親、祖輩雙親均為漢族，入伍前均無系統(tǒng)運(yùn)動訓(xùn)練史及家族史，體檢合格。實(shí)驗(yàn)取得了所有受試者的知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 有氧耐力訓(xùn)練方案 受試者進(jìn)行18周、每周3次的5 000 m勻速跑訓(xùn)練。具體訓(xùn)練及監(jiān)控方案請參看參考文獻(xiàn)［10］。

1.2.2 指標(biāo)與測試方法 分別于18周訓(xùn)練前后各進(jìn)行一次VO2max、VT、跑節(jié)省化（RE）等測試。具體測試儀器和方法請參看參考文獻(xiàn)［10］。

1.2.3 基因多態(tài)性分析 用Promega試劑盒提取全血DNA，PCR擴(kuò)增:1）使用Primer Premier 5.0軟件自行設(shè)計(jì)引物，上引物:5’－gga gaa ctg agg caa aag c－3’，下引物:5’－cgc tcc ctg cgt gaa aat g－3’，經(jīng)blast比對后具有很高的特異性（引物由上海生工合成），PCR產(chǎn)物目的片段長度220bp。2）PCR 擴(kuò)增體系（15μL）:10×PCR buffer 2μL，25mM MgCl20.78μL，dNTP 2μL，5uM 的上下引物各 2μL，Taq 酶 0.2μL（5U/μL）（上海生工），DNA 模板 100ng，雙蒸水補(bǔ)齊至15μL。3）PCR擴(kuò)增條件:95℃預(yù)變性10min;95℃變性45s，61.4℃退火 45s，72℃延伸 45s，35 個(gè)循環(huán);最后 72℃延伸7min經(jīng)2%瓊脂糖凝膠電泳（100V跑5分鐘，出孔后調(diào)成80V跑30min），熒光染料（Sybgreen，0.5ug/mL）染色檢測PCR產(chǎn)物。4）限制性片段長度多態(tài)分析:限制性內(nèi)切酶為Alu I，反應(yīng)體系為 8μL:10ⅹT Buffer 0.7μL，雙蒸水 2.7μL，Alu 10.1μL（1U），PCR 產(chǎn)物 3.5μL，37℃水浴5h。

1.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

以各指標(biāo)訓(xùn)練前后數(shù)值的變化率即△=（訓(xùn)練后－訓(xùn)練前）/訓(xùn)練前，表示有氧耐力訓(xùn)練敏感性。

應(yīng)用Finetti軟件計(jì)算Hardy-Weinberg平衡;訓(xùn)練前數(shù)據(jù)的正態(tài)分布情況用K-S檢驗(yàn)方法。符合正態(tài)分布，基因型之間各生理指標(biāo)的初始值及基因型之間的訓(xùn)練敏感性采用單因素方差分析。不符合正態(tài)分布或方差不齊，采用非參數(shù)檢驗(yàn)。所有數(shù)據(jù)處理均采用SPSS 11.5軟件包完成，P＜0.05為差異具有顯著性意義。

2 結(jié)果

2.1 參與者數(shù)量分析

納入的102名受試者均進(jìn)入結(jié)果分析。

2.2 －252A/G多態(tài)性解析及分布特征

FECH基因－252A/G多態(tài)位點(diǎn)的PCR產(chǎn)物經(jīng)Alu I限制性內(nèi)切酶消化后用2%瓊脂糖凝膠電泳（80V跑45min），熒光染料（Sybgreen，0.5ug/mL）染色后紫外光成像，共得到三種條帶:有酶切位點(diǎn)的純合型有187bp和33bp兩條帶（為AA型，但33bp條帶很短，已經(jīng)跑出膠外），沒有酶切位點(diǎn)純合型為220bp一條帶（為GG型），而雜合型有262bp、184bp和33bp三條帶（為AG型，33bp條帶很短，已經(jīng)跑出膠外）。電泳圖及測序圖見圖1－2。

圖1 FECH基因－252A/G多態(tài)位點(diǎn)PCR-RFLP瓊脂糖凝膠分型

圖2 FECH基因－252A/G多態(tài)位點(diǎn)測序圖

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，－252A/G多態(tài)性在受試者人群中的分布為:AA基因型共51人，分布頻率為50%;AG基因型共42人，分布頻率為41%;GG基因型為9人，分布頻率為9%。經(jīng)計(jì)算，基因型分布符合 H－W 平衡（X2=0.007，df=1，p=0.93），所以具有群體代表性。

2.3 －252A/G多態(tài)性與VO2max的關(guān)聯(lián)

耐力訓(xùn)練前，最大攝氧量、通氣閾各個(gè)指標(biāo)的起始水平在不同基因型之間均無顯著性差異;耐力訓(xùn)練后，VT/VO2的變化率在不同基因型之間存在顯著性差異，表現(xiàn)為AA型增加的幅度非常顯著性高于AG型（P＜0.01）;其余指標(biāo)訓(xùn)練前后的變化率在不同基因型之間均沒有顯著性差異（表1）。

表1 FECH基因－252A/G多態(tài)性與VO2max的關(guān)聯(lián)

2.4 －252A/G多態(tài)性與RE的關(guān)聯(lián)

耐力訓(xùn)練前，RE/HR、RE/rVO2的初始值在不同基因型間存在顯著差異，均表現(xiàn)為AA型、AG型非常顯著性低于或顯著性低于GG型（P＜0.01，P＜0.05），其余指標(biāo)沒有顯著性差異;耐力訓(xùn)練后，RE/HR的變化率在不同基因型間存在顯著性差異，表現(xiàn)為AA型下降的幅度顯著性低于AG型（P＜0.05）;其余指標(biāo)的變化率均沒有顯著差異（表2）。

表2 FECH基因－252A/G多態(tài)性與RE的關(guān)聯(lián)

3 討論

有氧運(yùn)動能力與人體的健康關(guān)系最為密切，對運(yùn)動員來說，它不但是體能類項(xiàng)目必須具備的能力和素質(zhì)，也是提高訓(xùn)練效果和比賽成績的重要保障。遺傳學(xué)表明，有氧運(yùn)動能力遺傳度高達(dá)75%以上。另外，不同的個(gè)體對有氧運(yùn)動產(chǎn)生的訓(xùn)練效果也存在差異［11－12］。而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，引起不同人群運(yùn)動能力及運(yùn)動訓(xùn)練敏感性的差異與基因多態(tài)性有關(guān)［13］。因此，通過基因多態(tài)性的研究，不僅可為全民健身人群制定個(gè)性化運(yùn)動處方提供依據(jù)，而且可將運(yùn)動員選拔提高到分子水平，還可為個(gè)性化訓(xùn)練方案的制定提供分子指標(biāo)。本研究首次報(bào)道了FECH基因 －252A/G多態(tài)在中國北方漢族人群中的分布特點(diǎn)，及該多態(tài)與有氧運(yùn)動能力表型指標(biāo)VO2max、跑節(jié)省化（RE）等起始值和訓(xùn)練敏感性的關(guān)聯(lián)，并發(fā)現(xiàn)三種基因型在上述指標(biāo)的起始水平及訓(xùn)練敏感性方面均存在顯著性差異，具體表現(xiàn)為:在耐力訓(xùn)練前，AA、AG基因型的RE/HR、RE/rVO2起始水平顯著性均低于GG型。經(jīng)過18周耐力訓(xùn)練后，AA基因型在達(dá)到通氣閾時(shí)的攝氧量增加幅度（△VT/VO2）顯著性高于AG基因型，AA基因型在達(dá)到跑節(jié)省化時(shí)的心率的下降幅度（△RE/HR）顯著性低于GG型。

VO2max是反映人體有氧運(yùn)動能力的重要指標(biāo)，高水平最大攝氧量是高水平有氧運(yùn)動能力的基礎(chǔ)，其高低標(biāo)志著人體有氧運(yùn)動能力的潛力。通氣閾（VT）是無損傷測定乳酸閾常用的指標(biāo)。跑節(jié)省化（RE）是評價(jià)受試者在定量的次最大負(fù)荷跑速下能量消耗的指標(biāo)，通常以次最大強(qiáng)度下穩(wěn)態(tài)的攝氧量表示，是目前公認(rèn)的描述亞極限負(fù)荷運(yùn)動的心肺機(jī)能的最佳指標(biāo)，并且在評價(jià)有氧耐力訓(xùn)練的感敏性方面較VO2max有更明顯的可塑性［10］，更多地反映肌肉攝取和利用氧的能力。由此可知，在耐力訓(xùn)練前，AA、AG基因型的RE/HR、RE/rVO2起始水平顯著性均低于GG型，說明在完成相同亞極量負(fù)荷運(yùn)動時(shí)，AA、AG基因型以更低的心率及攝氧量即可完成運(yùn)動時(shí)的能量需要，表現(xiàn)出較強(qiáng)的跑節(jié)省化能力，具有較好的有氧運(yùn)動能力遺傳優(yōu)勢。經(jīng)過18周耐力訓(xùn)練后，AA基因型△VT/VO2的增加顯著性高于AG基因型，說明AA基因型的乳酸閾值得到明顯提高，有氧運(yùn)動能力明顯增進(jìn)。另外，AA基因型△RE/HR的下降顯著性低于GG型，說明AA基因型經(jīng)過耐力訓(xùn)練后，在完成相同負(fù)荷運(yùn)動時(shí)，能較以前以更低的心率即可滿足機(jī)體對氧的需求，跑節(jié)省化水平得到提高，表現(xiàn)出較高的訓(xùn)練敏感性。從整體上看，在三種基因型中，AA基因型的有氧運(yùn)動能力起始水平不但具有較強(qiáng)的遺傳優(yōu)勢，并且對該耐力訓(xùn)練方案還具有很高的訓(xùn)練敏感性。

目前，有關(guān)FECH基因多態(tài)性與運(yùn)動能力的研究未見報(bào)道，－252A/G多態(tài)性與有氧運(yùn)動能力及耐力訓(xùn)練敏感性存在關(guān)聯(lián)的可能機(jī)制是:－252A/G多態(tài)位點(diǎn)位于FECH基因上游啟動子區(qū)，Di Pierro等［14］研究發(fā)現(xiàn)等位基因G可能會改變核染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)并破壞SP1和其他轉(zhuǎn)錄因子的內(nèi)在相互作用，而使啟動子轉(zhuǎn)錄活性明顯下降，引起FECH酶活性下降，表現(xiàn)為AA型＞GG型。而FECH為血紅素合成的最后一個(gè)酶，直接決定血紅素的質(zhì)量，而血紅素又是Hb、Mb、線粒體細(xì)胞色素等與氧氣轉(zhuǎn)運(yùn)、氧氣利用及能量產(chǎn)生直接相關(guān)的血紅素類蛋白的輔基，與有氧運(yùn)動能力有直接關(guān)系?？赡芡ㄟ^上述機(jī)制，使得AA基因型表現(xiàn)出更為優(yōu)秀的有氧運(yùn)動能力水平及較高的耐力訓(xùn)練敏感性。具體機(jī)制有待于更深一步研究。在后續(xù)研究中，課題組將通過更多的評定指標(biāo)體系在分子和基因水平上更深層次的探討該基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動能力的關(guān)聯(lián)機(jī)制。

4 結(jié)論

在FECH基因 －252A/G多態(tài)性中，AA基因型不僅具有較高的有氧運(yùn)動能力起始水平，還具有較高的耐力訓(xùn)練敏感性，可以作為預(yù)測有氧耐力訓(xùn)練敏感性的分子標(biāo)記。

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Association between-252A/G Polymorphism of FECH Gene and Endurance Training Response in Men of HAN Nationality in Northern China

XU Yali1，HU Yang2，LI Houlin3，XI Yi4，WEN Li5，HE Zihong6
（1.Physical Education College of Henan University，Kaifeng，475000，Henan，China;2.Research Center of Sports Science，Beijing Sport University，Beijing 100084，China;3.Faculty of Track and Field，Xi’an Physical Education University ，Xi’an 710068，Shaanxi，China;4.Physical Education Department，Shenzhen Universeity，Shenzhen 518060，Guangdong，China;5.Department of Human Sports Science，Tianjin Institute of Physical Education，Tianjin 300381，China;6.Institute of Sports Science，General Administration of Sport of China，Beijing 100763，China）

Introduction:To investigate the association betweem-252A/G polymorphism of FECH Gene and aerobic ability in men of Han nationality in Northern China.Methods:102 healthy young male soldiers of Han Nationality in Northern China were recruited to undergo 18-week 5000m running 3 times a week.The VO2max、RE were measured before and after protocol.GeneScan and gene sequencing was used to analyse the-252A/G polymorphism.The association of the polymorphism with initial endurance capacity and endurance training response was analysed.Result:1）Before endurance training ，the running economy baseline（RE/HR、RE/rVO2）in AA genetype was significantly lowerer than in GG genetype（P＜0.01）;2）After endurance training ，the changing rate of VO2（△VT/VO2）in AA genetype was significantly higher than in GG genetype（P ＜0.05），the changing rate of running economy（△RE/HR）in AA genetype was significantly lower than in GG genetype（P ＜0.05）.Conclusion:The AA genetype of-252A/G polymorphism inFECH Gene has association not only with initial aerobic capacity but also with the sensibility to endurance training，so it could be the genetic marker in predicting endurance training response.

ferrochelatase;gene polymorphism;endurance training

G804.23

A

1004－0560（2012）03－0001－04

2011-06-12;

2011-07-16

國家科技部課題（2003BA904B04）。

許亞麗（1979－），女，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動員基因選材、低氧訓(xùn)練。

責(zé)任編輯:喬艷春