中國北方漢族男性雄激素受體基因（CAG）n多態(tài)與低氧訓(xùn)練后心功能變化的關(guān)聯(lián)性

王海燕 胡揚 許春艷 郝鑫 衣龍彥 聶晶 李燕春

1 北京體育大學(xué)科研中心（北京 100084） 2 北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院3 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院 4 江西師范大學(xué)體育學(xué)院

睪酮有同化作用，可增強蛋白質(zhì)合成，增加肌肉重量，刺激紅細胞生成，加速血紅蛋白合成，促進體內(nèi)抗體形成，增加機體免疫功能和抗感染能力。因此，較高的睪酮水平有利于提高運動能力，也有助于運動后機體疲勞的恢復(fù)［1］。在靈長類動物大部分心房、心室肌細胞和冠狀動脈、主動脈等血管的大部分內(nèi)膜平滑肌細胞中都存在雄激素受體，因此，性激素可以直接作用于心血管，在調(diào)節(jié)心臟代謝、功能，對缺血損傷的反應(yīng)性和影響血管壁張力，血壓、血流等方面可能有重要意義［2］。

雄激素的作用由其靶細胞內(nèi)雄激素受體（androgen receptor，AR）介導(dǎo)，AR結(jié)合容量的高低決定體內(nèi)有效雄激素水平的高低，是雄激素發(fā)揮同化作用的限制性因素［3-7］。因此，AR在睪酮調(diào)控途徑中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，AR基礎(chǔ)的和配體引起的轉(zhuǎn)錄活性與該基因外顯子1中的（CAG）n 多態(tài)重復(fù)次數(shù)呈負相關(guān)［8-13］。離體實驗［9，14］、流行病學(xué)和臨床研究均發(fā)現(xiàn)，AR基因CAG正常重復(fù)次數(shù)范圍內(nèi)的CAG長度與雄性功能有關(guān)［15］。目前對該多態(tài)與心功能或心血管功能關(guān)系的研究尚不多。Lind等在研究該多態(tài)與肥厚性心肌病相關(guān)性時發(fā)現(xiàn)，CAG多態(tài)重復(fù)次數(shù)較少的男性最大左心室壁厚較大［16］，提示該多態(tài)可能與心臟結(jié)構(gòu)或功能存在一定的相關(guān)性。鑒于雄激素對運動成績和心功能的影響，以及（CAG）n多態(tài)對AR轉(zhuǎn)錄活性和心臟結(jié)構(gòu)功能可能存在的影響，本研究假設(shè)AR基因（CAG）n多態(tài)與心功能對低氧訓(xùn)練的應(yīng)答存在關(guān)聯(lián)性。

1 對象和方法

1.1 受試者

北京體育大學(xué)體育系和運動系在校男性大學(xué)生71名，其中，健將1名，一級運動員5名，二級運動員42名。全部來自東北三省、河北、天津、山東等中國北方平原地區(qū)。身體健康、無家族疾病史，無血緣關(guān)系，并且均知情同意。實驗前6個月內(nèi)無高原訓(xùn)練或居住史，實驗前1個月及實驗期間未服用包括鐵劑在內(nèi)的營養(yǎng)補劑。其中，完成基因解析和心臟功能測試的受試者共58名。受試者基本情況：年齡 19.82 ± 0.21歲，身高 177.56 ± 0.68 cm，體重68.08 ± 0.92 kg，訓(xùn)練年限 4.23 ± 0.30 年。

1.2 低氧訓(xùn)練方案

受試者進行為期30天的低氧訓(xùn)練。低氧環(huán)境為人工模擬的常壓低氧環(huán)境（北京體育大學(xué)常壓低氧房），訓(xùn)練方案為高住高練低訓(xùn)（HiHiLo）。高?。好刻斓脱跛咧辽?0 h（晚21:00~次日晨7:00），O2濃度為14.8% ~ 14.3%（模擬海拔約2800 ~ 3000米）；高練：低氧訓(xùn)練3次/周，O2濃度為15.4%~14.8%（模擬海拔約2500 ~ 2800米），每次以個體常氧環(huán)境下75%VO2max為基礎(chǔ)強度蹬功率自行車30 min（60 r/min），運動過程中微調(diào)功率自行車負荷，使受試者SpO2維持在90%左右（87%～93%）；低訓(xùn)：常氧環(huán)境下進行平均5次/周、90分鐘/次的專項訓(xùn)練，其他時間自行安排活動。北京平原地區(qū)的海拔高度在20～60米之間。

1.3 心功能和體重測試

心室結(jié)構(gòu)和功能的測定：低氧訓(xùn)練前后分別測試1次。運動方式為臥式蹬車的極限下遞增負荷運動。受試者身著單衣單褲，靜坐10 min后平臥，測定安靜時心室結(jié)構(gòu)和功能指標，然后以起始負荷50 W、60 r/min的頻率開始蹬車，每3 min遞增負荷50 W，至150 W蹬完3 min后停止，平臥恢復(fù)3 min。分別測定50 W、100 W、150 W負荷和恢復(fù)期最后30 s的左心室結(jié)構(gòu)和功能指標。每名受試者兩次測試中的時間（上午、下午、晚上）保持一致。全部測試由同一名實驗師完成。使用儀器：臥式功率自行車（ERICH JAEGER ERGOTEST ER3/A），德國；超聲心動儀（CarisPLUS-DU3），意大利。

測量左心室收縮末期內(nèi)徑（LVEDS）和舒張末期內(nèi)徑（LVEDD），并計算射血分數(shù)（EF）、每搏輸出量（SV）、每搏輸出量指數(shù)（SI）、心輸出量（CO）和心指數(shù)（CI）。計算公式如下：EF =（EDD3- ESD3）/ EDD3× 100% ；SV（m l）= EDD3- ESD3；SI = SV / bsa；CO（L/min）= SV × HR ；CI = CO / bsa。體表面積（bsa，單位 m2）= 0.006 ×身高（cm）+ 0.0128 × 體重（kg）- 0.1529。同時測量心率（HR）。

1.4 （CAG）n重復(fù)多態(tài)的基因型分析

從受試者血液白細胞中提取DNA，-80℃保存。PCR擴增：（1）使用primier5.0軟件自行設(shè)計引物，并用HEX標記上游引物5’端。forward ：5’- HEX CCA GAA TCT GTT CCA CAG CGT GC-3’；reverse：5’- CCT CAT CCA GGA CCA GGT AGC CT-3’。（CAG）22次 重 復(fù) PCR 產(chǎn) 物 片 段長 269bp。（2） PCR 反應(yīng)體系（20μl）：DNA 模板100ng，0.2μl Taq 酶（5U/μl），0.4 μl dNTP（10mM），2μl Mg2+（25mM），上下引物各 1μl（0.05 μg/μl），2μl 10×buffer，13 μl滅菌雙蒸水補齊。（3）PCR 擴增條件：95℃預(yù)變性5 min；循環(huán)參數(shù)：變性94℃30 s，退火60℃ 30 s，延伸72℃ 30 s，共30個循環(huán)；72 ℃延伸10 min。經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳，EB染色檢測PCR產(chǎn)物。（4）熒光標記復(fù)合STR（Short Tandem Repeat）-genescan方法檢測（TAAAA）n多態(tài)重復(fù)次數(shù)：Genescan-500〔Rox〕作為內(nèi)標（美國ABI公司），使用ABI-377DNA分析儀（美國ABI公司）確定片段長度；genescan3.1軟件分析擴增產(chǎn)物。隨機選取10個PCR擴增片段進行測序以效驗以上分析的準確性。（CAG）22次重復(fù)等位基因的片段長度為266bp。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

分別以CAG 21和22次重復(fù)等位基因作為分割點分組，將受試者分為短鏈組（≤21組和≤22組）和長鏈組（>21組和>22組）。心功能指標對低氧訓(xùn)練應(yīng)答的計算公式為Δ =（訓(xùn)練后-基礎(chǔ)值）/ 基礎(chǔ)值 ×100%。

若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，使用獨立樣本t檢驗分析不同基因型組間各指標差異，使用配對t檢驗分析低氧訓(xùn)練前后各指標差異；不符合正態(tài)分布則進行非參數(shù)檢驗。采用SPSS11.5統(tǒng)計軟件處理所有數(shù)據(jù)，結(jié)果以Mean ± SE表示。雙尾檢驗，顯著性水平為P ≤ 0.05，極顯著性水平為P ≤ 0.01。

2 結(jié)果

本研究受試者均為男性，AR基因位于X性染色體上，因此在男性中不需做Hardy-Weinberg平衡檢驗。

2.1 （CAG）n 多態(tài)等位基因攜帶者的身高、體重、Bmi和體表面積

表1顯示，（CAG）n多態(tài)短鏈組的身高，以及低氧訓(xùn)練前后體重和體表面積值均顯著低于長鏈組；低氧訓(xùn)練后≤22次重復(fù)等位基因攜帶組Δweight、ΔBmi和Δbsa均顯著低于>22次組。

同時進行配對t檢驗發(fā)現(xiàn)，與低氧訓(xùn)練前相比，兩短鏈攜帶組低氧訓(xùn)練后體重、Bmi和bsa均無顯著性變化，而兩長鏈攜帶組以上三項指標均有顯著性變化。

2.2 （CAG）n 多態(tài)等位基因攜帶者的心功能

2.2.1 安靜時心功能（表2）

安靜時，≤22次組低氧訓(xùn)練前SV初始值顯著低于>22次組，HR顯著高于>22次組。與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后各基因型組SV和SI均顯著增加，且長短鏈組間SV存在顯著差異；各基因型組HR均顯著降低；短鏈組CO和CI顯著降低，且CO在≤21組和>21組間存在顯著差異；兩長鏈組EF均顯著增加。低氧訓(xùn)練后，短鏈組安靜時ΔCO和ΔCI下降幅度均顯著大于長鏈組，同時≤21次組安靜時ΔHR下降幅度顯著大于>21次組。

2.2.2 50W負荷運動時心功能（表3）

50W負荷時，兩短鏈組低氧訓(xùn)練前SV初始值均分別顯著低于兩長鏈組；≤22次組HR顯著高于>22次組。與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后各基因型組SV和SI均顯著增加，且SV在兩長短鏈組間均存在顯著性差異；各基因型組HR均顯著降低；短鏈組CO和CI顯著降低，且CO在≤21和>21組間存在顯著性差異；除≤22組外，EF均顯著增加。低氧訓(xùn)練后，≤21次組ΔHR和ΔCI下降幅度顯著大于>21次組。

表1 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者身高、體重、Bmi 和體表面積

表2 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者安靜心功能

2.2.3 100W負荷運動時心功能（表4）

100W負荷時，≤22和>22次組攜帶者低氧訓(xùn)練前SV初始值存在顯著性差異。與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后長鏈組的SV和SI均極顯著性增加，且SV在長短鏈組間存在顯著性差異；各基因型組的HR均極顯著性降低；短鏈組CO和CI均顯著性降低，且CO在≤21和>21組間存在顯著性差異。低氧訓(xùn)練后，除≤22和>22次重復(fù)等位基因攜帶組ΔCO差異的P值為0.056外，短鏈攜

帶組ΔCO和ΔCI下降幅度均顯著性大于長鏈組。

表3 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者50W負荷心功能變化

表4 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者100W負荷心功能變化

2.2.4 150W負荷運動時心功能（表5）

150W負荷時，CAG ≤22次組攜帶者低氧訓(xùn)練前SV初始值顯著低于>22次組。與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后長鏈組SV和SI均極顯著性增加，且SV在≤22和>22次組間存在顯著性差異；各基因型組的HR均極顯著性降低；除>22次組外，各基因型組的CO和CI均顯著性降低。低氧訓(xùn)練后，≤22次組ΔCI下降幅度顯著性大于>22次組。

2.2.5 運動后恢復(fù)時心功能（表6）

恢復(fù)時，≤22次組攜帶者低氧訓(xùn)練前SV初始值顯著低于>22次組。與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后>21次和≤22次組的SV和SI均顯著性增加，且SV在≤22和>22次組間存在顯著性差異；各基因型組的HR均極顯著性降低；各基因型組的CO和CI均極顯著性降低。

表5 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者150W負荷心功能變化

3 討論

完成所有測試的58名受試者中，CAG短鏈攜帶組身高、低氧訓(xùn)練前體重和體表面積基礎(chǔ)值均顯著低于長鏈組。為期30天的低氧訓(xùn)練后，體重和體表面積仍存在顯著性差異，≤22次重復(fù)攜帶者體重、Bmi和體表面積變化率顯著低于>22次組。文獻中關(guān)于AR基因CAG多態(tài)重復(fù)長度與體成分關(guān)系的報道不一致。有的研究報道該多態(tài)長度與Bmi、腰圍和肥胖程度正相關(guān)；有的報道與體成分指標包括體重、腰圍和體脂百分比等均無相關(guān)性；有的報道與瘦體重正相關(guān)，而有些則報道與體脂正相關(guān)［15，17-21］。這可能與受試者性別、健康狀況，以及樣本量不同有關(guān)。關(guān)于這方面的研究仍需進一步深入。

本實驗中，HiHiLo對全體受試者的心功能有顯著影響。除100W、150W和恢復(fù)時EF外，其他安靜、運動和恢復(fù)時EF、SV和SI均顯著升高，而HR、CO和CI均顯著下降。

按基因型分組，低氧訓(xùn)練前，≤22次組安靜、運動和恢復(fù)時SV顯著低于> 22次組，但SI無顯著性差異。低氧訓(xùn)練后，兩短鏈組在安靜、運動和恢復(fù)時SV均分別顯著低于兩長鏈組（僅≤21次和>21次組在150W運動和恢復(fù)期除外），但SI無顯著性差異。而且，低氧訓(xùn)練前后，兩短鏈組身高、體重和體表面積均分別顯著低于兩長鏈組。低氧訓(xùn)練后，安靜、運動和恢復(fù)時的ΔSV和ΔSI長、短鏈組間均無顯著性差異。綜合以上分析，提示（CAG）n長、短鏈基因型組間SV的顯著差異主要是不同基因型體重和體表面積差異引起的，而非不同基因型攜帶者SV對低氧訓(xùn)練應(yīng)答的差異。

表6 AR基因（CAG）n多態(tài)各基因型攜帶者恢復(fù)時心功能變化

與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后兩短鏈組安靜、運動和恢復(fù)時的CO和CI均顯著降低，而兩長鏈組僅在恢復(fù)期和150 W運動時（> 21次組）顯著降低，并且，除150 W運動（P = 0.059）和恢復(fù)期外，CO在≤21次和>21次組間均存在顯著性差異；同時，除50 W和150 W（均以22次劃分基因型）外，低氧訓(xùn)練后短鏈組安靜和運動時ΔCI下降幅度均顯著大于長鏈組（圖1），提示機體血液運氧能力和肌肉用氧能力增加。

與低氧訓(xùn)練前相比，低氧訓(xùn)練后各基因型組安靜、運動和恢復(fù)時的HR基本呈顯著下降。低氧訓(xùn)練后≤21次組安靜、50 W運動時ΔHR下降幅度顯著大于>21次組。

本課題前期關(guān)于CAG多態(tài)與VO2max關(guān)聯(lián)性的研究中，也分別以重復(fù)21和22次等位基因作為分割點劃分基因型，發(fā)現(xiàn)低氧訓(xùn)練后短鏈組ΔVO2max和ΔrVO2max均顯著高于長鏈組［22］。本研究中不同基因型組間CO、CI和HR對低氧訓(xùn)練應(yīng)答的差異可能是低氧訓(xùn)練前后其ΔVO2max和ΔrVO2max存在顯著性差異的原因之一。

AR可能通過該基因多態(tài)性調(diào)節(jié)體內(nèi)的激素水平，間接或直接作用于心血管系統(tǒng)影響心功能。

4 總結(jié)

本研究以AR基因（CAG）n多態(tài)重復(fù)21次和22次等位基因作為分割點劃分基因型組，分析中國北方漢族男性該重復(fù)多態(tài)與低氧訓(xùn)練后心功能變化的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AR基因（CAG）n多態(tài)與常壓低氧環(huán)境下HiHiLo訓(xùn)練效果之間可能存在關(guān)聯(lián)性。

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