VEGF及其受體基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型的關(guān)聯(lián)研究

聶 晶,胡 揚(yáng),席 翼,文 立,何子紅

VEGF及其受體基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型的關(guān)聯(lián)研究

聶 晶1,胡 揚(yáng)2,席 翼3,文 立3,何子紅4

目的:探討血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)及其受體基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型的關(guān)聯(lián)。方法:102名中國(guó)北方漢族男子進(jìn)行18周長(zhǎng)跑訓(xùn)練,測(cè)試訓(xùn)練前后的O2max、12 km/h跑速下的RE和心室結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)。用PCR-RFLP分析VEGF基因SNP/C-2578A、VEGFR1基因SNP/A+193019G以及VEGFR2基因SNP/A+18487T。結(jié)果:3個(gè)多態(tài)位點(diǎn)與O2max、RE的初始值及訓(xùn)練敏感性均不關(guān)聯(lián),但與部分心室結(jié)構(gòu)和/或功能指標(biāo)的初始值及訓(xùn)練敏感性有關(guān)聯(lián)。其中SNP/C-2578A的攜A等位基因者、SNP/A+193019G的AA基因型者和SNP/A+18487T的AT、AA基因型者均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性變化。結(jié)論: VEGF基因SNP/C-2578A、VEGFR1基因SNP/A+193019G以及VEGFR2基因SNP/A+ 18487T可以作為預(yù)測(cè)18周長(zhǎng)跑訓(xùn)練后部分心室結(jié)構(gòu)和/或功能指標(biāo)敏感性差異的分子遺傳學(xué)標(biāo)記。但還需加大樣本量進(jìn)一步驗(yàn)證。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子;受體;基因多態(tài)性;最大耗氧量;跑節(jié)省化;心功能;有氧運(yùn)動(dòng)

遺傳學(xué)已證實(shí),有氧運(yùn)動(dòng)能力受多個(gè)基因與環(huán)境的共同作用,為多因子的復(fù)雜表型,且尚未發(fā)現(xiàn)有主效基因存在。近幾年來(lái),由SNP研究委員會(huì)與美國(guó)國(guó)立人類基因組研究院發(fā)起的對(duì)單核苷酸多態(tài)性(single nucleotial polymorphisms,SNPS)的大規(guī)模研究表明,單核苷酸變異能夠?yàn)榻忉寕€(gè)體間的表型差異提供新方法。因此,利用人類基因組大量的SNP信息來(lái)探究運(yùn)動(dòng)能力與訓(xùn)練敏感性的遺傳機(jī)制已成為國(guó)內(nèi)外體育科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF),又稱血管通透性因子(VPN),是一種特異作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的強(qiáng)有力的多功能細(xì)胞因子。研究表明,組織缺氧時(shí),細(xì)胞通過(guò)分泌VEGF與血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的VEGF受體(VEGFR1, VEGFR2)結(jié)合,啟動(dòng)一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞途徑使血管生成增加[14]。這在生理性和病理性的血管發(fā)生和生長(zhǎng)中具有重要作用。毛細(xì)血管增生是機(jī)體組織對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的一種關(guān)鍵適應(yīng)性變化。這種變化可以縮短氧氣從毛細(xì)血管向組織彌散的距離、擴(kuò)大彌散面積、延長(zhǎng)彌散時(shí)間,從而增強(qiáng)氧的傳遞與利用,是提高有氧運(yùn)動(dòng)能力的重要機(jī)制之一?，F(xiàn)已有不少關(guān)于急性有氧運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期耐力訓(xùn)練影響VEGF及其受體表達(dá)的報(bào)道[8-10,12,15,24],結(jié)果提示VEGF及其受體可能是與氧運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的重要候選基因。

因此,本研究擬通過(guò)VEGF及其受體基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前生理指標(biāo)的初始值和訓(xùn)練敏感性的相關(guān)分析,來(lái)揭示個(gè)體間有氧運(yùn)動(dòng)能力的不同生理表型,以期為制定個(gè)體化的訓(xùn)練方案提供新的指標(biāo)和依據(jù)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

102名漢族受試者來(lái)自中國(guó)武裝警察8631部隊(duì)的新兵,均為2003年1月入伍,3月參加本實(shí)驗(yàn),籍貫為東北三省、河北、山東等淮河以北平原地區(qū)。所有士兵入伍前均無(wú)訓(xùn)練史,也無(wú)由于生活環(huán)境而導(dǎo)致的長(zhǎng)期耐力性活動(dòng),且無(wú)家族疾病史。受試者平均年齡為18.82±0.88歲,身高為171.67±5.83 cm,體重為60.27±6.54 kg。

1.2 長(zhǎng)跑訓(xùn)練計(jì)劃

訓(xùn)練時(shí)間共18周,其中,前2周為適應(yīng)性訓(xùn)練。第3周開始進(jìn)行每周3次5 000 m勻速跑,分別在每周1、3、5下午4:00～5:00進(jìn)行。訓(xùn)練強(qiáng)度為95%個(gè)體通氣VT時(shí)的HR(HRVT)±3次/min。從第10周開始以105%HRVT±3次/min強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。心率的控制由芬蘭產(chǎn)的Polar心率表實(shí)施。如有氣候和軍事行動(dòng)等不可抗拒的原因而停訓(xùn),擇日補(bǔ)訓(xùn)。參加訓(xùn)練的士兵組作息時(shí)間一致,飲食條件一致,訓(xùn)練安排一致。同時(shí),參加訓(xùn)練的士兵不再進(jìn)行額外的2 000 m以上的耐力訓(xùn)練,只進(jìn)行一般軍事和力量訓(xùn)練。

1.3 生理學(xué)指標(biāo)的測(cè)試方法

1.3.1 身高、體重

訓(xùn)練前后各測(cè)定一次,兩次條件一致,均參照國(guó)民體質(zhì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的要求實(shí)施,由同一實(shí)驗(yàn)師完成。

1.3.2 最大耗氧量和跑節(jié)省化

1.先讓所有受試者依次在跑臺(tái)上試跑3 min,以適應(yīng)跑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式。

2.第1 min:坡度為0%,速度逐漸增加到7.5 km/h,受試者從自然走步移行為跑步,保持2 min。

3.第3 min:坡度為0%,速度增至10.0 km/h,保持2 min。

4.第5 min:坡度為0%,速度增至12.0 km/h(“適宜的極限下負(fù)荷速度”),保持5 min,其間測(cè)定RE。

5.第10 min:坡度增加2%,速度增至12.5 km/h。6.第11 min后:坡度每分鐘增加2%,速度每分鐘增加0.5 km/h,視個(gè)人能力逐級(jí)遞增,直至力竭。

1.3.3 心室結(jié)構(gòu)和功能

采用Doppler超聲心動(dòng)圖儀分別在訓(xùn)練的18周前后各測(cè)定1次。每次測(cè)試前先靜坐10 min后平臥,測(cè)定安靜時(shí)心室結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo),然后以起始負(fù)荷50 W和60 rpm的頻率開始蹬功率自行車,每3 min增加負(fù)荷50 W,直至150 W蹬滿3 min后停止。平臥恢復(fù)3 min。分別測(cè)定50 W、100 W、150 W負(fù)荷的最后30 s和恢復(fù)的最后30 s的左心室結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)。每名受試者兩次測(cè)試中的時(shí)相(上午、下午、晚上)保持一致。全部測(cè)試由同一名實(shí)驗(yàn)師完成。

測(cè)試指標(biāo)包括直接測(cè)試指標(biāo)和衍生指標(biāo),其中直接測(cè)試的指標(biāo)有左室舒張末內(nèi)徑(EDD)、左室收縮末內(nèi)徑(ESD)、左室舒張末后壁厚度(PWD)、左室收縮末后壁厚度(PWS)、室間隔舒張末厚度(IVSD)和室間隔收縮末厚度(IVSS);衍生的指標(biāo)有每搏輸出量(SV)、每搏輸出量指數(shù)(SI)、心輸出量(CO)、心輸出量指數(shù)(CI)、射血分?jǐn)?shù)(EF)、左室重量(LVM)、左室重量指數(shù)(LVM I)和心動(dòng)周期(T)。計(jì)算公式如下:SV(m l)=EDD3-ESD3;CO(L/min)=SV ×HR;EF=(EDD3-ESD3)/EDD3×100%;LVM(g)= 1.04×[(EDD+PWD+IVSD)3-EDD3]-14;T=1/HR;體表面積(BSA)=0.006×身高(cm)+0.0128×體重(kg)-0.1529;CI=CO/BSA;SI=SV/BSA;LVM I=LVM/BSA。

1.4 基因多態(tài)性分析

用Promaga公司試劑盒提取全血DNA,并在紫外分光光度計(jì)上測(cè)定OD260、OD 280。若OD260/OD280>1.7,說(shuō)明DNA純度合格。人類VEGF基因位于染色體6p 21.3,由8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子組成。VEGFR1、VEGFR2基因分別位于染色體13q12、4q12,由30個(gè)外顯子和29個(gè)內(nèi)含子組成。本研究分別在這3個(gè)基因上選取SNP/ C-2578A、SNP/A+193019G、SNP/A+18487T,應(yīng)用primer 5.0自行設(shè)計(jì)引物,采用PCR-RFLP方法進(jìn)行基因分型(表1)。

表1 本研究引物序列和基因多態(tài)性分析條件一覽表Table 1 Primersand PCR-RFLPConditions for these Genes Polymorphisms

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)處理采用SPSS 13.0軟件統(tǒng)計(jì)包完成。采用卡方檢驗(yàn)和精確率檢驗(yàn)受試者基因型頻率是否符合H-W平衡定律;訓(xùn)練前后生理指標(biāo)數(shù)據(jù)先用K-S檢驗(yàn)是否符合正態(tài)分布。若符合正態(tài)分布,則基因型之間各生理指標(biāo)的初始值指標(biāo)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或單因素方差分析,基因型之間訓(xùn)練敏感性采用協(xié)方差處理。若不符合正態(tài)分布采用非參數(shù)檢驗(yàn)處理。顯著性水平設(shè)為P<0.05,非常顯著性水平設(shè)為P<0.01。變化量(△)=訓(xùn)練后-訓(xùn)練前。

2 結(jié)果

2.1 VEGF及其受體基因多態(tài)性的分布特征

受試者VEGF基因SNP/C-2578A、VEGFR1基因SNP/A+193019G以及VEGFR2基因SNP/A+18487T基因型的分布結(jié)果見表2。經(jīng)卡方檢驗(yàn)和精確率檢驗(yàn)后,各基因型頻率均符合H-W平衡,所以,具有群體代表性。由于SNP/C-2578A的AA基因型和SNP/A+193019G的GG基因型人數(shù)較少,所以,在以下分析中將其與雜合型進(jìn)行合并。

表2 本研究VEGF及其受體基因多態(tài)性基因型頻率一覽表Table 2 Genotypic frequencies of VEGF and its receptors genes polymorphisms

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間的O2max絕對(duì)值(L/ min)和相對(duì)值(m l/kg/min)的初始值均沒(méi)有顯著差異;長(zhǎng)跑訓(xùn)練后,不同基因型O2max(L/min、ml/kg/min)的變化也無(wú)顯著差異(表3)。

2.3 VEGF及其受體基因多態(tài)性與RE的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間跑節(jié)省化(12 km/h)的HR、VE、O2(L/min,ml/kg/min)的初始值均沒(méi)有顯著差異;經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,所有受試者的跑節(jié)省化能力均增強(qiáng),但是,不同基因型間的變化沒(méi)有顯著差異(表4)。

表3 本研究各基因型O2max的變化一覽表Table 3 Changs ofO2max in diffrenet Genotypes

表3 本研究各基因型O2max的變化一覽表Table 3 Changs ofO2max in diffrenet Genotypes

O2max (L/min) rO2max (m l/kg/min)△O2max (L/min)△rO2max (m l/kg/min) C-2578A CC CA+AA 3.42±0.41 3.47±0.34 56.84±4.21 57.79±4.03 A+193019G AA AG+GG 3.44±0.40 3.44±0.36 0.06±0.25 0.03±0.23 -0.29±3.91 -0.49±3.88 57.47±4.57 56.87±3.49 A+18487T AA A T TT 3.41±0.28 3.42±0.40 3.49±0.42 0.06±0.23 0.03±0.25 -0.51±3.95 -0.17±3.83 56.56±3.18 57.58±4.46 57.06±4.21 0.08±0.23 0.02±0.24 0.07±0.23 0.25±4.20 -1.01±3.87 0.13±3.70

表4 本研究各基因型RE的變化一覽表Table 4 Changs of RE in diffrenet Genotypes

2.4 VEGF及其受體基因多態(tài)性與心室結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間心室結(jié)構(gòu)指標(biāo)的初始值均沒(méi)有顯著差異。經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,SNP/C-2578A的CC基因型者ESD增加量明顯高于攜A等位基因者; SNP/A+193019G的AA基因型者ESD、IVSS、PWD、LVM以及LVM I的增加量均明顯高于攜G等位基因者;SNP/A +18487T的AT和AA基因型者EDD的增加量均顯著高于TT基因型者,且AT基因型者PWD較其他基因型者顯著下降。不同基因型者其他指標(biāo)的變化量未見顯著差異(表5)。

表5 本研究各基因型心室結(jié)構(gòu)的變化一覽表Table 5 Changs of Left Ventricular Structure in diffrenet Genotypes

2.5 VEGF及其受體基因多態(tài)性與心功能的關(guān)聯(lián)性

2.5.1 VEGF及其受體基因多態(tài)性與安靜狀態(tài)下心功能的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間心功能指標(biāo)的初始值均沒(méi)有顯著差異。經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,SNP/C-2578A的CC基因型者T增加量明顯低于攜A等位基因者;SNP/A +18487T的AA、AT基因型者SV和EF的增加量均明顯高于TT基因型者。而其他指標(biāo)的變化量在各基因型間未出現(xiàn)顯著差異(表6)。

2.5.2 VEGF及其受體基因多態(tài)性與50 W負(fù)荷下心功能的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型50W負(fù)荷下心功能指標(biāo)的初始值均沒(méi)有顯著差異;經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,SNP/A+ 193019G的AA基因型者SV和T的增加量明顯高于攜G等位基因者。而其他指標(biāo)的變化量在各基因型間未見顯著性差異(表7)。

2.5.3 VEGF及其受體基因多態(tài)性與100 W負(fù)荷下心功能的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A的CC基因型者CO和CI的初始值均高于攜A等位基因者,而其余各指標(biāo)的初始值在不同基因型間未見顯著差異。經(jīng)18周訓(xùn)練后, SNP/C-2578A的CC基因型者EF較攜A等位基因者顯著下降。其他指標(biāo)的變化量在SNP/C-2578A、SNP/A+ 193019G以及SNP/A+18487T各基因型間未見顯著差異(表8)。

2.5.4 VEGF及其受體基因多態(tài)性與150 W負(fù)荷下心功能的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間心功能指標(biāo)的初始值均沒(méi)有顯著差異;經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,SNP/C-2578A的CC基因型者EF的變化量較攜A等位基因者明顯降低,其余各指標(biāo)的變化量在不同基因型間未出現(xiàn)顯著差異(表9)。

2.5.5 VEGF及其受體基因多態(tài)性與恢復(fù)期心功能的關(guān)聯(lián)性

長(zhǎng)跑訓(xùn)練前,SNP/C-2578A、SNP/A+193019G以及SNP/A+18487T各基因型之間心功能指標(biāo)的初始值均沒(méi)有顯著差異;經(jīng)過(guò)18周訓(xùn)練后,SNP/C-2578A的CC基因型者T增加量明顯低于攜A等位基因者,而其他各指標(biāo)的變化量在不同基因型間未見顯著差異(表10)。

表6 本研究VEGF及其受體基因多態(tài)性各基因型安靜狀態(tài)下心功能的變化一覽表Table 6 Changs of Left Ventricular Function Under Static Status in Diffrenet Genotypes

表7 本研究VEGF及其受體基因多態(tài)性各基因型50 W負(fù)荷下心功能的變化一覽表Table 7 Changs of Left Ventricular Function Under 50 W Load Exercise in Diffrenet Genotypes

表8 本研究VEGF及其受體基因多態(tài)性各基因型100 W負(fù)荷下心功能的變化一覽表Table 8 Changs of Left Ventricular Function Under 100 W Load Exercise in Diffrenet Genotypes

續(xù)表8

表9 VEGF及其受體基因多態(tài)性各基因型150 W負(fù)荷下心功能的變化一覽表Table 9 Changs of Left Ventricular Function Under 150W Load Exercise in Diffrenet Genotypes

表10 VEGF及其受體基因多態(tài)性各基因型恢復(fù)期心功能的變化一覽表Table 10 Changs of Left Ventricular Function on Recovery Process in Diffrenet Genotypes

3 討論

VO2max和RE都是反映人體有氧運(yùn)動(dòng)能力的指標(biāo),其中,O2max代表機(jī)體整體利用氧的最大能力,并能綜合評(píng)價(jià)呼吸和循環(huán)機(jī)能水平。同時(shí),O2max與心血管疾病的死亡率有關(guān)[6]。而RE是評(píng)價(jià)次最大負(fù)荷跑速下氧利用能力的指標(biāo),通常通過(guò)測(cè)試次最大強(qiáng)度下的穩(wěn)態(tài)的耗氧量來(lái)表示。有研究表明,在O2max相似的情況下,RE能更好的預(yù)測(cè)耐力成績(jī)[21,26]。長(zhǎng)期的耐力訓(xùn)練能增加骨骼肌和心肌毛細(xì)血管密度,提高機(jī)體運(yùn)氧和耗氧能力,從而影響O2max和RE。VEGF及其受體在正常人體中廣泛分布,其表達(dá)在許多組織中可檢測(cè)到,包括骨骼肌和心肌組織。研究證實(shí),VEGF及其受體確實(shí)參與了有氧運(yùn)動(dòng)的血管增生[11,12,19],且Timmon等學(xué)者發(fā)現(xiàn),6周耐力訓(xùn)練后O2max訓(xùn)練敏感組和不敏感組中,VEGF及其受體mRNA表達(dá)存在差異[24]。這些差異提示可能與基因多態(tài)性有關(guān)。

但本研究結(jié)果顯示,VEGF基因SNP/C-2578A、VEGFR1基因SNP/A+193019G以及VEGFR2基因SNP/A+ 18487T與O2max、RE的初始值和訓(xùn)練敏感性均不關(guān)聯(lián)。這與Prior等學(xué)者的研究結(jié)果不一致。目前關(guān)于VEGF及其受體基因多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型的研究?jī)H發(fā)現(xiàn)兩篇。Prior等學(xué)者在2006年首次報(bào)道VEGF基因啟動(dòng)子上SNP/C-2578A,SNP/G-1154A和SNP/C-634G(即SNP/C +405G)單體型與VEGF的基因表達(dá)和有氧運(yùn)動(dòng)能力表型(O2max)有關(guān)聯(lián)[18]。在146名老年黑種人和白種人中,攜AAG和CGC單體型者VEGF基因表達(dá)顯著高于攜AGG和CGG單體型者;攜AAG和/或CGC單體型者在有氧運(yùn)動(dòng)前O2max的初始值均明顯高于攜AGG和/或CGG單體型者,且O2max的訓(xùn)練敏感性也有類似的趨勢(shì)(P=0.06)。

Ahmetov等學(xué)者通過(guò)case-control研究發(fā)現(xiàn),VEGFR2基因His472Gln多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)聯(lián)[3]。攜472Gln等位基因頻率在男性耐力運(yùn)動(dòng)員中顯著高于男性對(duì)照組。其中,Gln/Gln基因型在23名杰出有氧耐力運(yùn)動(dòng)員中分布頻率顯著高于其他水平耐力運(yùn)動(dòng)員及對(duì)照組。并進(jìn)一步通過(guò)genotype-phenotype關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn),VEGFR2基因His472Gln多態(tài)性與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型有關(guān)聯(lián)。在26名杰出男運(yùn)動(dòng)員中,攜472Gln等位基因者O2max(L/ min)顯著高于His/His基因型者;在12名較杰出女運(yùn)動(dòng)員中,攜472Gln等位基因者O2max(ml/min/kg)也顯著高于His/His基因型者。另外,肌肉活檢發(fā)現(xiàn),攜472Gln等位基因者慢肌百分比含量在運(yùn)動(dòng)員及對(duì)照組中均顯著高于His/His基因型者。

因此,推測(cè)以上結(jié)果的不同可能與種族、年齡、樣本量、訓(xùn)練方案、統(tǒng)計(jì)方法等多種因素有關(guān)。且本研究是進(jìn)行單個(gè)位點(diǎn)與表型的相關(guān)分析,而Prior等學(xué)者進(jìn)行的單體型研究包含了多個(gè)SNPs的遺傳信息。單體型信息是包括相關(guān)基因定位的大規(guī)模分子遺傳學(xué)的重要組成部分[13]。許多研究表明,在與復(fù)雜性狀的相關(guān)分析中,采用單體型比單個(gè)SNP具有更好的統(tǒng)計(jì)分析效果[23]。同時(shí),已有研究發(fā)現(xiàn),位于6q21染色體區(qū)域存在與O2max關(guān)聯(lián)的遺傳標(biāo)記[20]。筆者認(rèn)為,在今后的研究中可進(jìn)一步加大樣本量,進(jìn)行多位點(diǎn)的單體型分析,從而繼續(xù)尋求與有氧運(yùn)動(dòng)能力表型(O2max和RE)關(guān)聯(lián)的功能性位點(diǎn)。

3.2 VEGF及其受體基因多態(tài)性與左心室結(jié)構(gòu)功能的關(guān)聯(lián)分析

心血管功能的改善是有氧運(yùn)動(dòng)最顯著的效益,而此效益可能與心肌組織學(xué)的改變有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),耐力訓(xùn)練后,左室心肌組織中毛細(xì)血管數(shù)密度顯著增加,且表現(xiàn)在毛細(xì)血管的絕對(duì)數(shù)量和相對(duì)數(shù)量均增加[2]。這是機(jī)體對(duì)訓(xùn)練的一種適應(yīng)性變化。心肌是對(duì)氧特別敏感的組織,也是耗氧量最高的組織。當(dāng)機(jī)體進(jìn)行中等以上強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),心臟做功加強(qiáng)引起耗氧量增加,因而對(duì)氧需求也相應(yīng)增加,但是冠狀動(dòng)脈不能滿足心肌代謝需要,進(jìn)而刺激毛細(xì)血管以及側(cè)支循環(huán)的增加以代償組織的需要。這樣,心肌血液供應(yīng)增多,有利于心臟的氧化代謝和能量的產(chǎn)生。Amaral等發(fā)現(xiàn),大鼠經(jīng)過(guò)8周的耐力訓(xùn)練后心肌VEGF、VEGFR1、VEGFR2的mRNA及蛋白表達(dá)均顯著上調(diào),且心肌毛細(xì)血管密度明顯增加[4]。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn), 3～5周的中等負(fù)荷運(yùn)動(dòng),心肌毛細(xì)血管分布增加,VEGF基因表達(dá)也有所增加[1]。這些結(jié)果提示,耐力訓(xùn)練會(huì)增強(qiáng)心肌VEGF血管生成的信號(hào)途徑。而心臟主要通過(guò)冠狀血管擴(kuò)張、紅細(xì)胞增多和毛細(xì)血管增生來(lái)增加心肌細(xì)胞氧的供應(yīng),有利于心臟的射血,從而增強(qiáng)有氧運(yùn)動(dòng)能力。因此,VEGF及其受體的生物學(xué)活性與運(yùn)動(dòng)心臟的形成密切相關(guān)。

本研究結(jié)果顯示:1)VEGF基因SNP/C-2578A的CC基因型者ESD訓(xùn)練敏感性明顯高于攜A等位基因者;安靜狀態(tài)下以及訓(xùn)練后恢復(fù)期攜A等位基因者T訓(xùn)練敏感性明顯高于CC基因型者;在100 W運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下,CC基因型者CO和CI的初始值均高于攜A等位基因者,而攜A等位基因者EF訓(xùn)練敏感性顯著高于CC基因型者;在150 W運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下攜A等位基因者EF訓(xùn)練敏感性也明顯高于CC基因型者。2)VEGFR1基因SNP/A+193019G的AA基因型者ESD、IVSS、PWD、LVM以及LVM I的訓(xùn)練敏感性均明顯高于攜G等位基因者;在50 W運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下AA基因型者SV和T的訓(xùn)練敏感性也明顯高于攜G等位基因者。3)VEGFR2基因SNP/A+18487T的AT和AA基因型者EDD的訓(xùn)練敏感性均顯著高于TT基因型者,且AT基因型者PWD較其他基因型者顯著下降;安靜狀態(tài)下AA、AT基因型者SV和EF的訓(xùn)練敏感性亦均明顯高于TT基因型者。

以上結(jié)果表明,VEGF基因SNP/C-2578A與100 W運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下CO和CI的初始值有關(guān)聯(lián),且該多態(tài)性以及VEGFR1基因SNP/A+193019G、VEGFR2基因SNP/A+ 18487T均與部分心室結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)的訓(xùn)練敏感性有關(guān)聯(lián)。其中SNP/C-2578A的攜A等位基因者、SNP/A+ 193019G的AA基因型者和SNP/A+18487T的AT、AA基因型者均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性變化。其關(guān)聯(lián)機(jī)制可能與這些多態(tài)位點(diǎn)在基因中所處位置以及蛋白功能有關(guān)。SNP/C-2578A位于VEGF基因的啟動(dòng)子,該區(qū)域雖與基因所編碼的氨基酸序列無(wú)關(guān),但在DNA→蛋白質(zhì)合成過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。Shahbazi等研究發(fā)現(xiàn),30名健康人VEGF基因SNP/C-2578A和VEGF表達(dá)量有關(guān)聯(lián), CC純合子VEGF表達(dá)量明顯高于AA純合子,CA雜合子VEGF表達(dá)量居中[22]。這可能是由于啟動(dòng)子上堿基的改變影響了VEGF基因5’側(cè)翼序列的一些反應(yīng)元件對(duì)VEGF轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。例如,VEGF基因啟動(dòng)子上-2012到-2005區(qū)存在低氧反應(yīng)元件(HRE),HRE上有與HIF-1結(jié)合的位點(diǎn),且HRE受到上游激活蛋白1以及下游激活蛋白2α的相互作用影響[17]。因此,推測(cè)該堿基的改變影響了轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn),進(jìn)而影響轉(zhuǎn)錄活性以及表達(dá)生成。關(guān)于SNP/A+193019G的研究目前尚未見報(bào)道,推測(cè)堿基的改變影響了mRNA的穩(wěn)定性和蛋白的生成量。SNP/ A+18487T位于VEGFR2基因第11外顯子上,編碼胞外第5個(gè)免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域,該位點(diǎn)堿基的改變引起了相應(yīng)密碼子的改變,由谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)榻M氨酸(Gln→His),進(jìn)而影響其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),改變了VEGFR2的活性。早有研究報(bào)道,第4到第7個(gè)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域包含了與R2激活有關(guān)的結(jié)構(gòu)特征[7,16]。有研究表明,VEGFR2基因SNP/ A+18487T具有功能性,與一些病理表型有關(guān)聯(lián),且該多態(tài)還會(huì)影響R2與VEGF的結(jié)合活性[5,25,27],且已有學(xué)者發(fā)現(xiàn),在23名杰出有氧耐力運(yùn)動(dòng)員中Gln/Gln(即AA)基因型分布頻率顯著高于其他水平耐力運(yùn)動(dòng)員及對(duì)照組;攜472Gln(即A)等位基因者O2max(L/min)和慢肌百分比含量均顯著高于His/His(即TT)基因型者[3],提示攜A等位基因者有氧運(yùn)動(dòng)能力更強(qiáng),這與本結(jié)果較相似。但由于樣本量大小不同,且本研究采用的是共顯性基因模型,因而導(dǎo)致了統(tǒng)計(jì)方法上的差異。

4 結(jié)論

VEGF基因SNP/C-2578A、VEGFR1基因SNP/A+ 193019G以及VEGFR2基因SNP/A+18487T與O2max、RE的初始值、訓(xùn)練敏感性均不關(guān)聯(lián)。但與部分心室結(jié)構(gòu)和/或功能指標(biāo)的初始值及訓(xùn)練敏感性有關(guān)聯(lián),其中,SNP/C-2578A的攜A等位基因者、SNP/A+ 193019G的AA基因型者和SNP/A+18487T的AT、AA基因型者均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性變化,可以作為預(yù)測(cè)心室結(jié)構(gòu)和/或功能指標(biāo)訓(xùn)練敏感性差異的遺傳學(xué)標(biāo)記。但由于SNP/C-2578A的AA基因型和SNP/A+193019G的GG基因型人數(shù)較少,還需加大樣本量進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Association Study of VEGF and Its Receptors Genes Polymorphisms with Aerobic Performance Phenotypes

N IE Jing1,HU Yang2,XI Yi3,WEN Li3,HE Zi-hong4

Objective:To exp lo re the association between VEGF and its recep to rs genes polymorphisms and aerobic perfo rmance phenotypes.Methods:102 young men of Han nationality in northern China underwent an 18-week long-distance running p rogram.O2max,RE and left ventricular structure and function were tested befo re and after training.The genotypes were examined in VEGF and its recep tors genes by PCR-RFLP.Results:It was found that no significant differences in baseline levels and the response to training ofO2max and RE between VEGF and its recep to rs genotypes were observed.However,there was an association between VEGF and its recep tors genes polymorphism s and left ventricular structure and function.The carriers of the A allele(CA+AA genotypes)in SNP/C-2578A of VEGF gene, AA genotypes in SNP/A+193019G of VEGFR1 gene and A T or AA genotypes in SNP/A+ 18487T of VEGFR2 gene were better in left ventricular structure and function.Conclusion: The-2578C/A genetic polymo rphism of VEGF gene,the+193019A/G genetic polymorphism of VEGFR1 gene and the+18487A/T genetic polymo rphism of VEGFR2 gene may be the genetic markers for the response of left ventricular function to 18-week long-distance running.But the sample size would need to be expanded further.

VEGF;receptor;gene polymorphism;˙VO2max;running econom y;lef t ventricular function;aerobic exercise

G804.7

A

1000-677X(2010)08-0077-08

2010-07-14;

2010-08-09

國(guó)家科技部資助課題(2003BA 904B04)。

聶晶(1979-),女,江西南昌人,講師,博士,主要研究方向?yàn)榈脱跤?xùn)練、運(yùn)動(dòng)分子生物學(xué),Tel:(0791)8506324,E-mail:niejing1214@163.com。

1.江西師范大學(xué),江西南昌330022;2.北京體育大學(xué),北京100084;3.天津體育學(xué)院,天津300381;4.國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所,北京100061 1.Jiangxi Normal University,Nanchang 330022,China; 2.Beijing Sport University,Beijing 100084,China;3. Tianjin Institute of Physical Education,Tianjin 300381, China;4.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China.