β3-肾上腺素受体基因多态性与有氧运动干预代谢综合征患者效果的相关性

董聪敏

(郑州航空工业管理学院，河南　郑州　450015)



β3-肾上腺素受体基因多态性与有氧运动干预代谢综合征患者效果的相关性

董聪敏

(郑州航空工业管理学院，河南郑州450015)

目的探讨β3-肾上腺素受体(β3-AR)基因Trp64Arg位点多态性与有氧运动对代谢综合征(MS)患者干预效果的相关性。方法95例MS患者进行为期16 w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、血流动力学、血糖控制和血脂等相关指标；分析基因多态性与各指标变化率以及MS改善率的关系。结果3种基因型的分布频率分别为TT 77.9%、TA 22.1%、AA 0%，等位基因分布频率为T 88.9%、A 11.1%，符合Hardy-Weinberg遗传平衡定律。不同基因型组间比较，运动前TA基因型空腹血糖(FBG)、糖化血红蛋白(HbA1c)和空腹胰岛素(FIns)高于TT基因型(P<0.01)；运动后TA基因型FBG和FIns的变化率显著高于TT基因型(P<0.01)；TA基因型MS改善率明显高于TT基因型(57.1% vs 20.3%，P<0.01)。结论有氧运动对MS患者的干预效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态性有关联，携带TA基因型患者通过有氧运动的治疗效果优于TT基因型携带者。

代谢综合征；β3-肾上腺素受体；基因多态性；基因型；有氧运动

代谢综合征(MS)的关键环节是胰岛素抵抗〔1〕，主要危害是增加不良心血管事件的发生危险〔2〕。在MS的防治策略中，积极改变生活方式意义重大〔3〕。研究证实，规律的体力活动是治疗慢性病的重要非药物疗法，其副作用小、节约经费、持续时间长而日益受到重视〔4〕。但不同个体对于运动疗法的敏感性存在差异，导致治疗效果各不相同，其原因可能与遗传因素有关。已证实，多个参与MS发病机制的基因包括11-β羟化类固醇脱氢酶、脂联素、脂联素受体、β3-肾上腺素能受体、瘦素、瘦素受体、糖皮质激素受体、过氧化物酶体增殖物激活受体、抵抗素、肿瘤坏死因子α等存在多态位点，且与MS易感性有关联〔5，6〕。近年来的研究发现，β3-肾上腺素受体(β3-AR)基因调控机体的脂解作用和热量产生〔7〕，其Trp64Arg位点多态性与肥胖和2型糖尿病易感性有关〔8，9〕。干预性研究发现，β3-AR基因Trp64Arg多态性影响肥胖患者的节食效果(体重减轻)〔10，11〕，但此多态位点与运动干预效果的关联性研究尚无报道。本研究探讨β3-AR基因Trp64Arg多态性与有氧运动干预MS患者效果的相关性。

1　对象和方法

1.1研究对象招募郑州市某社区男性MS患者95例，MS的诊断标准〔12〕：以中心性肥胖为基本条件(腰围≥90 cm)，合并以下四项指标中任意两项者：①血压升高：收缩压(SBP)≥130 mmHg或舒张压(DBP)≥85 mmHg或已诊断为高血压而接受相应治疗；②甘油三酯(TG)水平>1.7 mmol/L或已接受相应治疗；③高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平<1.03 mmol/L或已接受相应治疗；④空腹血糖(FBG)≥5.6 mmol/L或已诊断为2型糖尿病。排除标准为：①严重并发症如冠心病、心力衰竭、肾衰竭等患者；②三级高血压患者(血压≥180/110 mmHg)；③急慢性感染者；④由于运动系统疾病造成运动受限者；⑤实验前半年内有规律运动者；⑥长期吸烟嗜酒者。

1.2形态学参数测定包括身高、体重、体重指数(BMI)、腰围和体成分。腰围(WC)采用皮尺测量，方法为：皮尺经髂前上棘和第12肋下缘连线中点处，水平缠绕一周，于自然呼气末测量其围度。体脂百分比(BF)采用身体成分仪(Inbody 3.0，韩国)测定，测试前空腹、排空大小便，以脂肪含量占体重的百分比作为体成分的主要指标。

1.3安静血压测定受试者坐位休息5～10 min后，采用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5～10 min，连续测量3次，取均值，获得SBP和DBP。

1.4血液指标测定包括FBG、血胰岛素(FIns)、糖化血红蛋白(HbA1c)、总胆固醇(TC)、TG、HDL-C和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)。受试者于清晨空腹状态下肘正中静脉取血5 ml，3 000 r/min离心提取血清。FBG采用葡萄糖氧化酶法，HbA1c采用高压液相色谱法，TG、TC、HDL-C和LDL-C采用酶法，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。所有操作根据试剂盒说明行进，批内和变异系数均<6.5%。

1.5基因多态测定采用聚合酶链反应-限制性片段多态性(PCR-RFLP)技术进行分析。取100 μl全血用DNA提取试剂盒提取白细胞基因组DNA。设计PCR扩增引物：上游5′-CGCCCAATACCGCCAACAC-3′，下游5′-CCACCAGGAGTCCCATCACC-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1U，10倍缓冲液7 μl，MgCl22 mmol/L，dNTPs各0.01 mol，补三蒸水至25 L。反应条件：预变性95℃ 10 min，变性94℃ 30 s，退火60℃ 1 min，延伸72℃ 30 s，共40个循环，终末延伸72℃ 5 min。限制性内切酶消化：20 μl反应体系中PCR产物10 μl，Bst NI内切酶10 U，10倍缓冲液2 μl；，三蒸水7 μl，混匀后37℃孵育10 h。取酶切产物10 μl，EB染色，4%琼脂糖凝电泳，经电子凝胶成像系统分析结果。

1.6最大吸氧量(VO2max)测定利用电动跑台进行递增负荷实验，测试程序为：起始负荷为0°、速度1.5 km/h，每分钟速度递增0.3 km/h、坡度递增1%。用运动心肺测试系统(Cortex，德国)测定每级负荷的摄氧量(VO2)、CO2呼出量(VCO2)、呼吸商(RQ=VCO2/VO2))等指标，用遥测心率表(Polar FT1，芬兰)记录心率。达到以下四个标准中的三个即终止实验：①RQ超过1.10；②VO2出现平台；③心率超过180 次/min；④受试者力竭。此时的VO2值即为受试者的VO2max。

1.7有氧运动方案受试者为期16 w的有氧运动处方干预，每周五次，运动方式为有氧跑训练，第1～6周运动强度为50%～60%VO2max，第7～12周为60%～70%VO2max，时间为40 min/次。每次训练前进行10～15 min准备活动(慢跑和拉伸)以避免运动损伤，训练后进行5～10 min整理活动以减轻延迟性肌肉酸痛。用遥测心率表(Polar FT1，芬兰)监控运动时间和强度。整个实验过程由具有丰富经验的体育教师和科研人员进行严格监控并记录训练日志。

1.8统计学方法采用SPSS15.0软件包行χ2及t检验。

2　结　果

2.1β3-AR基因Trp64Arg多态性分布与受试者一般特征β3-AR基因PCR扩增产物长度为210 bp，其基因分型为：野生型纯合子(TT)的酶切片段为99、62、30、12、7 bp，阳性率为77.9%(74/95)；杂合子(TA)的酶切片段为161、99、62、30、12、7 bp，阳性率为22.1%(21/95)；突变型纯合子(AA)的酶切片段为161、30、12、7 bp，未发现AA携带者。T等位基因频率为88.9%，A等位基因频率为11.1%。三种基因型分布频率和等位基因频率无统计学差异(P>0.05)，符合Hardy-Weinberg遗传平衡定律，具有群体代表性。

2.2不同β3-AR基因型受试者的基线特征比较TA基因型FBG、HbA1c和FIns(糖代谢指标)高于TT基因型(P<0.01)，其他指标在两基因型间均无显著性差异(P>0.05)。见表1。

表1　不同β3-AR基因型受试者的基线特征±s)

2.3不同β3-AR基因型受试者各指标变化率的比较运动干预后，TA基因型FBG和FIns的变化率显著高于TT基因型(P<0.01)，其他指标的变化率在两基因型间均无显著差异(P>0.05)。见表2。

表2　不同β3-AR基因型受试者各指标变化率的比较

2.4MS改善率与β3-AR基因型的关系MS诊断标准中任何三项出现好转者即定义为MS改善。MS总体改善率为28.4%(27/95)。TT基因型改善率为20.3%(15/74)，TA基因型改善率为57.1%(12/21)，两基因间有非常显著差异(χ2=10.932,P=0.001)。

3　讨　论

研究发现，基因多态性与人群的体质特征、运动能力及对运动训练的敏感性和特殊环境适应能力等的差异密切相关，具体表现为在生理状态下对外界刺激的反应和适应上的某些差异性，发病过程中对某些致病因子的易感性和疾病发展的倾向性〔13〕及在运动中对运动负荷的耐受性和锻炼效果差异〔14〕。因此，把基因多态性应用于MS患者的运动干预中，从糖、脂代谢相关基因入手研究患者对运动训练的敏感性差异，为患者制订基因型运动处方，即根据个体的遗传背景选择个性化的运动强度和运动量，以取得更好的训练和体育锻炼效果〔15，16〕。

β3-AR属于G蛋白耦联受体超家族，主要分布在脂肪组织，受体激动后可介导脂肪分解与产热〔7〕。β3-AR基因Trp64Arg变异，即第190位胸腺嘧啶核苷酸被胞嘧啶核苷酸代替，导致其mRNA上64位色氨酸密码子被精氨酸密码子置换，导致蛋白水平表达缺陷及信号受损，影响脂肪组织的产热和脂质分解〔17〕。有学者发现β3-AR基因多态性与肥胖、高血脂及糖代谢异常密切相关〔8，9〕。本研究显示，TA基因型糖代谢指标(FBG、HbAc和FIns)明显高于TT基因型，表明β3-AR基因Trp64Arg突变可导致MS发生的易感性升高。β3-AR基因变异造成其活性下降，进而降低内脏脂肪分解和能量产生，这可能是体重较快增长和基础代谢率降低的主要原因，因而成为中心性肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病以及MS的病因之一。

β3-AR基因多态与MS患者干预措施的关联性主要集中在减重效果的研究。最近一项对76名日本围绝经期妇女为期3个月的生活方式减重干预研究显示，β3-AR基因TA基因型患者减重效果明显低于TT型和AA型，提示β3-AR基因多态性是影响减重效果的遗传因素〔10〕。国内学者朱旅云等〔18〕亦得出了相似的结论。有关基因多态性与MS患者运动干预效果的关联研究报道较少。王正珍〔19〕采用健步走运动处方对糖调节受损患者进行12 w运动干预并对葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)和胆固醇酯转运蛋白(CETP)与胰岛素抵抗相关基因多态性进行了关联分析，结果发现，CETP基因intro1/TaqIB多态B1B2型对运动干预总体效果优于其他两型；GLUT4基因SNP/G2061A多态性中，AA型糖代谢相关指标变化显著，对有氧运动干预的敏感性最高。Garenc等〔20〕的研究发现，20 w耐力训练后，肥胖患者体重和体脂均显著降低，但是β3-AR基因Trp64Arg多态性与由运动引起的体成分改变无显著相关。而Marti等〔21〕在一项针对313例年龄20～60岁的西班牙成年人的调查中发现，体育运动在一定程度上能抵消β3-AR基因Trp64Arg多态性所导致的肥胖易感性。经常参加体育活动的β3-AR基因Trp64Arg变异者患单纯性肥胖的概率较低，而长期久坐的β3-AR基因Trp64Arg变异者患单纯性肥胖的可能性显著增加。研究的差异可能与种族、运动方案、干预时间等因素有关。本研究结果说明有氧运动对MS患者的干预效果与β3-AR基因Trp64Arg位点多态性有关联，携带TA基因型患者通过有氧运动的治疗效果明显优于TT基因型携带者，故推测对于TA基因型患者推荐规律的有氧运动，而TT基因型患者使用节食疗法的治疗效果可能更敏感。

1Potenza MV，Mechanick JI.The metabolic syndrome：definition，global impact，and pathophysiology〔J〕.Nutr Clin Pract，2009；24(5)：560-77.

2Bremer AA，Mietus-Snyder M，Lustig RH.Toward a unifying hypothesis of metabolic syndrome〔J〕.Pediatrics，2012；129(3)：557-70.

3Lin YH，Chu LL.The health promotion lifestyle of metabolic syndrome individuals with a diet and exercise programme〔J〕.Int J Nurs Pract，2014；20(2)：142-8.

4Lee EO，Olga K.Complex exercise rehabilitation program for women of the Ⅱ period of age with metabolic syndrome〔J〕.J Exerc Rehabil，2013；9(2)：309-15.

5罗樱樱，纪立农.代谢综合征与遗传〔J〕.医学与哲学，2009；30(2)：18-20.

6Zhao X，Xi B，Shen Y，etal.An obesity genetic risk score is associated with metabolic syndrome in Chinese children〔J〕.Gene，2014；535(2)：299-302.

7Kayki-Mutlu G，Arioglu-Inan E，Ozakca I，etal.Beta3-adrenoceptor-mediated responses in diabetic rat heart〔J〕.Gen Physiol Biophys，2014；33(1)：99-109.

8Tsunekawa K，Yanagawa Y，Aoki T，etal.Association between accumulation of visceral fat and the combination of beta3 adrenergic receptor Trp64Arg，beta2 adrenergic receptor Arg16Gly and uncoupling protein 1-3826A>G polymorphisms detected by Smart Amplification Process 2〔J〕.Endocr J，2011；58(12)：1079-86.

9Carlsson M，Orho-Melander M，Hedenbro J，etal.Common variants in the beta2-(Gln27Glu) and beta3-(Trp64Arg)--adrenoceptor genes are associated with elevated serum NEFA concentrations and type Ⅱ diabetes〔J〕.Diabetologia，2001；44(5)：629-36.

10Shiwaku K，Nogi A，Anuurad E，etal.Difficulty in losing weight by behavioral intervention for women with Trp64Arg polymorphism of the beta3-adrenergic receptor gene〔J〕.Int J Obes Relat Metab Disord，2003；27(9)：1028-36.

11Kawaguchi H，Masuo K，Katsuya T，etal.Beta2-and beta3-adrenoceptor polymorphisms relate to subsequent weight gain and blood pressure elevation in obese normotensive individuals〔J〕.Hypertens Res，2006；29(12)：951-9.

12李莹，李淑环，高孟，等.三种诊断标准下代谢综合征的适用性比较〔J〕.中华疾病控制杂志，2012；16(5)：392-5.

13李建飞，房秋菊，张明宇.9p21染色体单核苷酸多态性与冠心病相关性的研究进展〔J〕.中国现代医生，2014；52(2)：4-7.

14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)：1121-8.

15刘海平，胡扬，许春燕，等.基因多态性与运动训练敏感性的关联〔J〕.中国组织工程研究与临床康复，2008；12(15)：2969-74.

16Hagberg JM.Do genetic variations alter the effects of exercise training on cardiovascular disease and can we identify the candidate variants now or in the future〔J〕?J Appl Physiol (1985)，2011；111(3)：916-28.

17Honda K，Yamaguchi O，Nomiya M，etal.Association between polymorphism of beta3-adrenoceptor gene and overactive bladder〔J〕.Neurourol Urodyn，2014；33(4)：400-2.

18朱旅云，刘月红，王秀慧.β3-受体基因多态性对减重效果的影响〔J〕.实用预防医学，2008；15(3)：660-2.

19王正珍.有氧运动对糖调节受损人群胰岛素敏感性影响效果的研究〔D〕.北京：北京体育大学，2006.

20Garenc C，Perusse L，Rankinen T，etal.The Trp64Arg polymorphism of the beta3-adrenergic receptor gene is not associated with training-induced changes in body composition：The HERITAGE Family Study〔J〕.Obes Res，2001；9(6)：337-41.

21Marti A，Corbalan MS，Martinez-Gonzalez MA，etal.TRP64ARG polymorphism of the beta 3-adrenergic receptor gene and obesity risk：effect modification by a sedentary lifestyle〔J〕.Diabetes Obes Metab，2002；4(6)：428-30.

〔2015-03-26修回〕

(编辑安冉冉/曹梦园)

河南省科技厅攻关项目(No.152102310372)

董聪敏(1974-)，女，硕士，副教授，主要从事运动与慢性病治疗与康复相关性研究。

R875

A

1005-9202(2016)18-4451-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.18.021