ACTN3基因R577X多态性在运动项目选材中的应用

高鹏华，张志明



ACTN3基因R577X多态性在运动项目选材中的应用

高鹏华1，张志明2

目的：探讨ACTN3基因R577X多态性频率分布在不同运动项目选材中的应用及相关性的研究。方法：应用荧光实时定量PCR法对西安体育学院112名一级和二级运动员与西北大学120名普通学生进行对比研究，分析ACTN3基因多态性频率分布特点。结果：ACTN3基因R577X多态位点分布频率符合Hardy-Weinberg平衡。ACTN3基因R577X杂合子R/X 基因型频率为71.4%，纯合子R/R为22.3 %，X/X为6.3%，R/X基因型显著性多于XX基因型（P<0.05），ACTN3基因R577X多态位点R等位基因频率为58%，显著高于X等位基因频率42%（P<0.05）。结论：ACTN3基因R577X基因型与运动能力相关，速度和力量性项目表现与577R等位基因相关，耐力性项目表现与577X等位基因相关，从而为运动项目选材和运动员的科学训练提供参考依据。

α辅肌动蛋白3（ACTN3）；基因多态性；运动项目；选材

ACTN是肌动蛋白的结合蛋白，在骨骼肌中主要分布于Z线，类似于致密体，其作用是固定肌原纤维肌动蛋白微丝的排列顺序。ACTN3基因位于人类第11号染色体q13-q14，其第16号外显子上存在C→T多态，使编码第577位氨基酸的密码子CGA（编码精氨酸R）变为TGA（为终止信号，不编码蛋白），从而造成ACTN3的缺失，称为ACTN3基因R577X多态性[1]。

目前，世界各体育强国都在瞄准ACTN3基因，ACTN3是澳大利亚研究者发现的一个与运动能力相关的基因[2]，这一基因是运动员夺得金牌的秘诀，除了勤奋的训练和科学的方法，或许还有更加神秘的密码，那就是运动基因，运动基因标记作为运动员和运动项目选材指标之一，它的重要性在于为传统的选材方法提高准确率[3]。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

在西安体育学院本科、研究生中选取112名一级和二级运动员，同时并在西北大学选取120名普通学生均未经过任何专业训练，二者作为本次研究的研究对象，两组研究对象在年龄和性别上均无统计学差异，所有研究对象均知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 实验内容 通过对112名国家级和一级运动员以及120名普通学生ACTN3基因多态性的频率分布分析，并比较二者相关研究结果，得出ACTN3与短跑、举重这样需要瞬时爆发力项目的运动能力的相关性，以及ACTN3基因多态性频率分布特征，为运动项目基因选材提供依据。

1.2.2 样本采集和基因组DNA提取[4]使用普通试管抽取研究对象外周静脉血2ml，3000r/min离心5min，及时分离血清用于DNA提取， DNA提取方法为经典酚-氯仿抽提法，试剂盒采用上海生物工程有限公司试剂，所有提取完的DNA样本均-20℃冷冻藏。

1.2.3 PCR 引物设计与合成 根据美国国立医学图书馆PUBMED上ACTN3基因序列（rs1815739），使用Primer5.0软件设计上下游引物和检测探针，上游引物为5′-GGGCAGGCTT CTGACCCACT-3′，下游引物为5′- CAACACTGCC CGAGGCTG-3′，R 等位基因: FAM-5′-CGCTCTCGGTCAGC-3′; X等位基因: VIC-5′-TCGCTCTCAGTCAGC-3′），上述检测探针和引物均由上海生物工程有限公司合成。

1.2.4 基因多态性检测及分型结果判定 使用美国应用生物系统ABI 7300实时荧光定量PCR仪进行多态性检测，PCR反应体系如下：研究对象模板DNA 5μl，TaqMan通用反应试剂30μl，上、下游引物及检测探针各0.5μl，最后用双蒸水补足总反应体积为50μl，反应条件分别为先94℃变性8min后92℃20s和55℃50s共40个循环，荧光检测期为55℃50s，如果检测结果为单一FAM黑色报告曲线即为RR基因型或为单一VIC绿色报告曲线则为XX型，如果黑色和绿色两个曲线均出现则为杂合子RX。

1.3 统计学处理

数据统计采用SPSS 13.0统计软件处理。基因型频率和等位基因频率间比较采用卡方检验，采用Hardy-Weinberg 遗传平衡定律检验研究对象是否具有群体代表性，以<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

经Hardy-Weinberg平衡检验，112名一级和二级运动员以及120名普通学生卡方值为0.51，则P>0.05，基因频率分布达到遗传平衡。结果表明，本研究所选择的受试对象具有群体代表性。本研究从二者的运动项目特点、基因型和ACTN3基因多态频率分布特点进行对比研究。

2.1 运动员组与普通学生组ACTN3基因多态性频率分布特点比较

表1 ACTN3基因多态性频率分布特点

西安体院运动员与西北大学普通学生ACTN3基因多态性频率分布特点进行比较，经Hardy-Weinberg平衡检验，基因频率分布达到遗传平衡（χ=3.44-，>0.05），表明所选择的受试对象具有群体代表性。从上述比较结果清楚看出，西安体院运动员ACTN3基因多态性频率分布为R/R型22.3%（25／112），R/X型71.4%（80／112），X/X型6.3%（7／112），R型等位基因频率58%，X型等位基因的频率为42%，可见R型等位基因频率明显高于X型等位基因的频率，西北大学普通学生ACTN3基因多态性频率分布为R/R型36.5%（44／120），R/X型55.1%（66／120），X/X型8.4%（10／120），R型等位基因频率64.2%，X型等位基因的频率为35.8%，统计学分析结果显示两组间基因型频率均有显著性差异，等位基因频率也有显著性差异。

2.2 男女分组比较ACTN3基因多态频率分布特点

表2 男女分组比较ACTN3基因多态性频率分布特点

男女分组后，西安体院男性运动员ACTN3基因多态性频率分布为R/R型14.8%（10／68），R/X型77.9%（53／68），X/X型7.4%（5／68），R型等位基因频率53.7%，X型等位基因的频率为46.3%，可见R型等位基因频率明显高于X型等位基因的频率，西北大学普通男性学生ACTN3基因多态性频率分布为R/R型52.9（37／70），R/X型37.1%（26／70），X/X型10%（7／70），R型等位基因频率71.4%，X型等位基因的频率为28.6%。西安体院女性运动员ACTN3基因多态性频率分布为R/R型34.1%（15／44），R/X型61.4%（27／44），X/X型4.5%（2／44），R型等位基因频率64.8%，X型等位基因的频率为35.2%，可见R型等位基因频率明显高于X型等位基因的频率，西北大学普通女性学生ACTN3基因多态性频率分布为R/R型14%（7／50），R/X型80%（40／50），X/X型6%（3／50），R型等位基因频率54%，X型等位基因的频率为46%，统计学分析结果显示两组间基因型频率均有显著性差异，等位基因频率也有显著性差异。

2.3 不同项目类型运动员组ACTN3基因型分布特点

表3 ACTN3基因多态性频率分布特点

体院运动员爆发力项目与耐力项目之间ACTN3基因多态性频率分布特点进行比较，爆发力项目R/R型12.9%（8／62），R/X型85.8%（53／62），X/X型1.6%（1／62），R型等位基因频率71.8%，X型等位基因的频率为28.2%，可见R型等位基因频率明显高于X型等位基因的频率。耐力性项目R/R型34%（17／50），R/X型54%（27／50），X/X型12%（6／50），R型等位基因频率39%，X型等位基因的频率为61%，可见X型等位基因频率明显高于R型等位基因的频率。

3 分析讨论

3.1 α辅肌动蛋白和ACTN3基因

α-辅肌动蛋白（ACTN）与致密体类似，存在于骨骼肌中，主要分布于Z线，是肌动蛋白的结合蛋白，其作用是固定肌原纤维肌动蛋白微丝的排列顺序。ACTN有三种存在形式——ACTN1、ACTN2和ACTN3。人类只有ACTN2（1q42-q43）和ACTN3（11q13-q14）[5]，其中ACTN2存在于骨骼肌和心肌的所有肌纤维类型中，而ACTN3仅存在于骨骼肌的快肌纤维中[6]。在骨骼肌内，这两种α-辅肌动蛋白是组成Z线的主要蛋白，他们形成格栅结构帮组定位肌原纤维的肌动蛋白微丝，稳固肌肉收缩装置[7]。

3.2 运动员组与普通学生组ACTN3基因多态性频率分布特点比较

从表1中可以看出：西安体院运动员与西北大学普通学生ACTN3基因多态性频率分布特点进行比较，纯合子XX、RR、RX基因型均有显著性差异，具有统计学意义（P〈0.05）。112名体院运动员R型等位基因频率（58%）显著高于西大普通学生（42%），这种结果可能是运动员长期系统专业的训练使体内拥有一种“Actinen A”的物质，这种物质可以改进与瞬间速度有关的肌肉纤维，而这些肌肉纤维可以使运动员跑得更快。Actinen A来源于速度的助推剂——ACTN3（α辅肌动蛋白3）基因。

3.3 男女分组比较ACTN3基因多态性频率分布特点

从表2统计学分析结果显示两组间基因型频率均有显著性差异，等位基因频率也有显著性差异。目前研究发现至少200多种基因可能与运动有关，每种基因的研究价值与其研究对象的种族、地域、性别、运动项目特性密切相关，即使同一基因在不同人群中的选择可能导致完全不同的研究结果[8,9]，如何在众多的候选运动基因中选择出适宜某种运动项目的最佳基因还需面临不少的问题。

3.4 ACTN3基因多态性分布特点与运动项目

辅机动蛋白3（ACTN3）则是科学家研究最早最为透彻的运动基因。这种基因的R型变异可能让人体生成一种存在于快肌纤维中的蛋白质，为人体提供爆发力，而X型变异则会抑制这种蛋白质的生成[10]。ACTN3基因也因此得名“速度基因”。在短跑、举重这样需要瞬时爆发力项目的运动员中，这个正常基因的携带比例高达92%。而在中长跑等耐力项目中，这个基因出现的频率只有20%—30%[3]。澳大利亚Yang[4]等的研究结果显示男女爆发型运动员ACTN3基因型与对照组相比都有统计学差异（P<0.05）。所以本研究与国外研究结果呈现较高的一致性。

4 结 论

（1）本研究对象ACTN3基因R577X多态性频率分布与国内外相关研究结果基本一致，并且，无论是运动员的能力和水平还是年龄段的选择都比较具有代表性，本研究结果不仅可以作为选拔优秀运动员ACTN3基因R577X多态频率分布的代表，而且对于杰出爆发力项目（短跑、举重）的多态性标记研究来讲是理想的对照群体。

（2）本研究对象的ACTN3基因R577X多态频率分布特点与不同项目类型有很大的相关性，在短跑、举重这样需要瞬时爆发力项目的运动员中，基因携带比例较高，而在中长跑等耐力项目中，该基因出现的频率较低。ACTN3基因也因此得名“速度基因”。

（3）本研究结果对运动项目和能力的预测、评定以及科学选材系统的建立将有十分重要的意义。有望从根本上解决竞技体育早期选材、早期培养和科学监控的难题。

参考文献：

[1] 陈伟民，娄婧婧，赵广才.爆发力相关基因ACTN3_C1747T多态性快速检测方法研究[J].中国运动医学杂志，2014，33（3）：229-230.

[2] North KN, Yang N Wattanasirichaigoon D, et al.Acommon nonsense mutation results in alpha-actinin-3 deficiency in the general population．Nat Genet, 1999, 21（4）: 353~354．

[3]杨晓琳，胡 扬，李燕春，等. ACTN3基因C1747T多态位点作为举重运动员选材用分子标记的可行性研究[J].体育科学，2010，30（1）：70~73.

[4] Yang N, MacArthur DG, Gulbin JP, et al. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance [J]. Am J Hum Genet , 2003, 73（3）: 627.

[5] 尚旭亚，黄昌林.中国汉族男性军人辅肌动蛋白3（ACTN3）基因多态性研究[J]. 解放军医学杂志，2007，32（12）：1236~1237.

[6]李立青.运动与训练能力相关基因研究进展[J].国际检验医学杂志，2008，29（8）：720~721.

[7] 杨若愚，王予彬，沈勋章，等.基因多态性与杰出运动能力[J]. 中国组织工程研究，2014，18（7）：1121~1127.

[8] Barly J, Blackwood A,Carter N D, et al.ACE insertion/deletion polymorphism: association with ethnic origin [J]. Hypertens, 1994, 12（3）: 955~977.

[9] Rankinen T,Wolfarth B.No association between the angiotansion- converting enzyme ID polymorphism and elite endurance athlete status [J]. J Appl physiol, 2000, 88（5）: 1571~1575.

[10] Grundberg. ACTN3: a genetic influence on muscle function and athletic performance[J]. Exerc Sport Sci Rev 2007, 35（6）: 30~34.

Application of ACTN3 Gene Polymorphisms R577X for Selection of Sports

GAO Penghua1, ZHANG Zhiming2

Objective: To investigate the frequency distribution ACTN3 gene R577X polymorphism in the application and correlation of selection of different sports. Methods: Real-time PCR method for Xi'an Institute of Physical Education 112 Primary and secondary athletes and regular students at Northwestern University 120 comparative study, analysis ACTN3 gene polymorphism frequency distribution characteristics. Results: ACTN3 gene R577X frequency distribution of polymorphic loci in Hardy-Weinberg equilibrium. ACTN3 gene heterozygous R577X R / X genotypes were 71.4%, homozygous R / R was 22.3%, X / X was 6.3%, R / X genotype significantly more than XX genotype （P <0.05）, ACTN3 gene R577X polymorphism loci R allele frequency was 58%, significantly higher than the X allele frequency 42% （P <0.05）. Conclusion: ACTN3 gene R577X genotypes associated with athletic ability, speed and power project performance and 577R allele, Endurance performance and 577X allele, so as to provide reference for scientific selection and training of sports athletes.

ACTN3; Gene polymorphism frequency; Sports; Materials

1007―6891（2015）06―0037―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2015.06.10

G804.7

A

2015-05-17

陕西省体育局常规课题（15019）。

1.西北大学体育部，陕西西安，710069；2.西安市中心医院检验科，陕西西安，710003。

1. Dept. of P.E., Northwestern University, Xi'an Shaanxi, 710069, China; 2. Dept. of Clinical Laboratory, Xi'an Central Hospital, Xi'an Shaanxi, 710003 , China.