運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)組學(xué)：探索優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案的必由之路

周文婷

運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)能力在很大程度上受營養(yǎng)因素影響，但相同營養(yǎng)素及營養(yǎng)補(bǔ)劑在不同個(gè)體間的效果差異顯著，受年齡、種族、運(yùn)動(dòng)水平及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等多種因素制約。近年，美國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)、美國營養(yǎng)與膳食研究院及加拿大營養(yǎng)師協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了“營養(yǎng)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)”的聲明，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員的營養(yǎng)方案不僅要個(gè)性化，還要體現(xiàn)差異性與特殊性（Thomas et al.，2016），即運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)方案應(yīng)由普遍化轉(zhuǎn)為個(gè)人化。運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)組學(xué)由此正式進(jìn)入運(yùn)動(dòng)實(shí)踐領(lǐng)域。

營養(yǎng)組學(xué)是后基因組時(shí)代營養(yǎng)食品科學(xué)與組學(xué)交叉形成的一個(gè)新的分支學(xué)科，包括營養(yǎng)基因組學(xué)、營養(yǎng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)、營養(yǎng)蛋白質(zhì)組學(xué)、營養(yǎng)代謝組學(xué)、營養(yǎng)系統(tǒng)生物學(xué)等。其主要從分子水平和人群水平研究膳食營養(yǎng)與基因的交互作用及其對人類健康的影響，進(jìn)而建立基于個(gè)體基因組結(jié)構(gòu)特征的膳食干預(yù)方法和營養(yǎng)保健措施，實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)方案的個(gè)體化（Guest et al.，2019）。Nielsen等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，遺傳因素可影響運(yùn)動(dòng)員對營養(yǎng)素的吸收、代謝、利用與排泄，遺傳-膳食間的相互作用可通過調(diào)節(jié)多條代謝通路影響運(yùn)動(dòng)員的健康與運(yùn)動(dòng)能力（圖1）。競技體育充滿競爭與變化，實(shí)施基于遺傳信息的個(gè)性化營養(yǎng)方案無疑可使運(yùn)動(dòng)員獲得巨大的競爭優(yōu)勢。加拿大營養(yǎng)師協(xié)會(huì)數(shù)年前已將在線課程“營養(yǎng)基因組學(xué)：個(gè)性化營養(yǎng)的基因檢測”設(shè)為運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)師的必修課；美國為滿足運(yùn)動(dòng)員的檢測需求，以“基因檢測＋營養(yǎng)咨詢”為目標(biāo)對運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)師開展多種專業(yè)培訓(xùn)（Guest et al.，2019）。在此背景下，我國運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)學(xué)家要如何應(yīng)對才能既保證運(yùn)動(dòng)員避免興奮劑與危險(xiǎn)營養(yǎng)補(bǔ)劑的濫用，又可憑借安全、有效、合法的營養(yǎng)方案獲得競爭優(yōu)勢，成為當(dāng)前學(xué)界面臨的重大挑戰(zhàn)。由于個(gè)性化營養(yǎng)方案不僅基于遺傳，還基于運(yùn)動(dòng)員的重要個(gè)人信息（如性別、年齡、人體測量學(xué)、健康狀態(tài)、家族病史、飲食偏好、食物耐受及過敏源等），故與傳統(tǒng)營養(yǎng)方案相比，其不僅可更兼顧運(yùn)動(dòng)員的差異性與特殊性，對運(yùn)動(dòng)員健康與運(yùn)動(dòng)能力的作用效果也更好（Pitsiladis et al.，2017）。鑒于此，本研究對國外運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)組學(xué)的研究成果進(jìn)行歸納與總結(jié)，為運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案的制訂提供可用的遺傳信息。

圖1 營養(yǎng)基因組學(xué)對運(yùn)動(dòng)員健康與運(yùn)動(dòng)能力的影響Figure 1. Influence of the Nutrigenomics to Athletes’Fitness and Exercise Performance

1 運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)補(bǔ)劑的相關(guān)基因

1.1 咖啡因-CYP1A2/ADORA2A基因

咖啡因是運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)組學(xué)中研究較深入的化合物。有研究證實(shí)，個(gè)體差異是影響咖啡因補(bǔ)劑攝入對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)效果的重要因素。這種個(gè)體差異與咖啡因的代謝、敏感性及效果關(guān)聯(lián)基因CYP1A2與ADORA2潛在相關(guān)。

1.1.1 CYP1A2基因

人體超過95%的咖啡因由CYP1A2代謝，CYP1A2是其編碼基因。該基因的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點(diǎn)rs762551可影響 CYP1A2的活性，并將個(gè)體分為咖啡因的快代謝者與慢代謝者（Koonrungsesomboon et al.，2018）。其中，慢代謝者表達(dá)AC或CC基因型，有較高的心肌梗塞、高血壓、糖尿病前兆等患病風(fēng)險(xiǎn)；快代謝者表達(dá)AA基因型通常無上述致病風(fēng)險(xiǎn)（Soares et al.，2018）。

在對10 km自行車計(jì)時(shí)賽男運(yùn)動(dòng)員分別注射安慰劑、低劑量和中等劑量咖啡因后，不同CYP1A2基因型運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)差異顯著（Guest et al.，2018）。其中，CC基因型運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績降低13.7%；AC基因型運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績在注射低/中等劑量咖啡因后無變化；AA基因型運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績則在注射咖啡因后提高，且在注射中等劑量后提高更多，達(dá)6.8%，比相同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中攝入同劑量咖啡因的運(yùn)動(dòng)員平均高2%～4%（Desbrow et al.，2012）。表明咖啡因?qū)\(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績確實(shí)有提高效果，A等位基因是高敏感者的分子標(biāo)記，純合基因型AA攜帶者的增能效果更好（Guest et al.，2018）。

事實(shí)上，有研究也試圖探索該基因突變對耐力項(xiàng)目中咖啡因-基因間相互作用的影響，或該基因在慢代謝者中的作用，但結(jié)果均與上述研究不同（Salinero et al.，2017）。究其原因，一方面，這些研究的樣本量較?。╪＜20），使受試者中不表達(dá)或極少表達(dá)CC基因型；另一方面，則可能與研究所選運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目距離較短或采用的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)測試指標(biāo)類型不同有關(guān)（Pataky et al.，2016）。故可認(rèn)為，該位點(diǎn)對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響在長距離有氧耐力或力量耐力項(xiàng)目中更為顯著，AA基因型運(yùn)動(dòng)員在注射咖啡因后會(huì)有更好的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)（Puente et al.，2018；Rahimi，2019）。

1.1.2 ADORA2A基因

ADORA2A基因是咖啡因?qū)\(yùn)動(dòng)表現(xiàn)效應(yīng)的另一潛在調(diào)節(jié)分子標(biāo)記。該基因的編碼蛋白可調(diào)節(jié)心肌耗氧量，增加冠狀動(dòng)脈循環(huán)血量（Higgins et al.，2013）及大腦中谷氨酸鹽與多巴胺的釋放量（Fried et al.，2017），故對運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)或睡眠質(zhì)量有重要作用。Loy等（2015）關(guān)于該基因rs5751876多態(tài)對運(yùn)動(dòng)條件下咖啡因增能效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，咖啡因?qū)λ蠺T基因型攜帶者都有正向效應(yīng)，但C等位基因攜帶者中僅1/6具有該效果，表明T等位基因是咖啡因增能效應(yīng)的敏感標(biāo)記。遺憾的是，目前尚無更大樣本量研究支持上述發(fā)現(xiàn)，故其增能效應(yīng)究竟如何亟待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

睡眠對高強(qiáng)度訓(xùn)練或比賽時(shí)運(yùn)動(dòng)員的身心恢復(fù)與備戰(zhàn)質(zhì)量息息相關(guān)。通常，大腦中的腺苷會(huì)與其受體A1或A2A結(jié)合，而咖啡因可阻斷腺苷受體，抑制這種結(jié)合，導(dǎo)致失眠。綜合該發(fā)現(xiàn)及其對使用者生理機(jī)能的恢復(fù)效應(yīng)，咖啡因有助于運(yùn)動(dòng)員在特定條件下（時(shí)差或不規(guī)律的訓(xùn)練、比賽日程下）保持身體機(jī)能，更好地完成比賽（Nunes et al.，2017）。由于rs5751876位點(diǎn)可潛在影響運(yùn)動(dòng)員的睡眠質(zhì)量及其在睡眠/失眠狀態(tài)下的精神運(yùn)動(dòng)性警惕（Robson-Ansley et al.，2009），其對運(yùn)動(dòng)員失眠時(shí)攝入咖啡因的效果也有調(diào)節(jié)作用（Retey et al.，2007）。失眠并注射400 mg咖啡因后，TT基因型運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)時(shí)測試結(jié)果顯著優(yōu)于C等位基因者（Bodenmann et al.，2012），C等位基因攜帶者比TT基因型組對咖啡因誘導(dǎo)的失眠更敏感（Czarnewski et al.，2017）。表明rs5751876位點(diǎn)的TT基因型是運(yùn)動(dòng)員攝入咖啡因后具有更好運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、更快反應(yīng)時(shí)和更輕睡眠障礙的分子標(biāo)記。

1.2 維生素A-BCMO1基因

維生素A是脂溶性維生素，可影響視覺與免疫系統(tǒng)，參與視力保護(hù)與免疫調(diào)節(jié)，作為有效的抗氧化劑發(fā)揮多種生理功能。高水平運(yùn)動(dòng)員通常擁有更好的視力或基于不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目需求的特殊視覺技能（對比敏感度、動(dòng)態(tài)敏度、立體清晰度及手眼協(xié)調(diào)所必需的眼判斷力等），而較慢的視覺運(yùn)動(dòng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)肌肉或骨骼損傷（Palidis et al.，2017）。維生素A缺乏可導(dǎo)致免疫力下降，使運(yùn)動(dòng)員在某些特殊情況或高訓(xùn)練量、大強(qiáng)度訓(xùn)練中更易感染或生?。╓alsh et al.，2011）。故足量的維生素A對運(yùn)動(dòng)員提高運(yùn)動(dòng)能力、維持身體健康至關(guān)重要。

β-胡蘿卜素是數(shù)量最多的維生素A前體，可在小腸黏膜上皮細(xì)胞中BCMO1的催化下轉(zhuǎn)化為維生素A。其編碼基因BCMO1的rs11645428位點(diǎn)變異，可影響β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為活性的維生素A（Ferrucci et al.，2009）。表達(dá)GG基因型個(gè)體的胡蘿卜素轉(zhuǎn)化率較低，罹患維生素A缺乏癥的風(fēng)險(xiǎn)較高。故作為維生素A缺乏癥的潛在指示性基因標(biāo)記，GG基因型運(yùn)動(dòng)員的日常膳食中應(yīng)著重補(bǔ)充維生素A前體，以保護(hù)其視力、免疫機(jī)能與身體生長發(fā)育水平，減少運(yùn)動(dòng)損傷（Lietz et al.，2012）。

1.3 貧血相關(guān)微量營養(yǎng)素

鐵、葉酸、維生素B12水平偏低及貧血是影響運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力的重要因素，可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員疲勞、體弱，甚至缺氧、心悸，在優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員特別是女運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)生率較高，影響往往更大，誘發(fā)的骨骼肌功能障礙風(fēng)險(xiǎn)也更大。多種基因突變與貧血風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，可用作個(gè)體維生素B12、葉酸及鐵儲(chǔ)備缺乏的指示性分子標(biāo)記。

1.3.1 葉酸-MTHFR基因

MTHFR是甲基循環(huán)的限速酶，其編碼基因MTHFR的rs1801133位點(diǎn)多態(tài)與血清及紅細(xì)胞中的葉酸水平較低及血漿中同型半胱氨酸的高水平表達(dá)均有關(guān)（Pedlar et al.，2018）。運(yùn)動(dòng)員膳食中的葉酸水平過低會(huì)導(dǎo)致表達(dá)CT或TT基因型個(gè)體的循環(huán)葉酸水平偏低（Curro et al.，2016）。但在足球運(yùn)動(dòng)員與普通人中，CC基因型個(gè)體的身體組成與運(yùn)動(dòng)能力均顯著優(yōu)于T等位基因者（Dinc et al.，2016）。在老年人中，TT及CT基因型攜帶者患高同型半胱氨酸血癥的風(fēng)險(xiǎn)高于CC基因型個(gè)體，T等位基因攜帶者的肌肉功能則顯著下降（Vidoni et al.，2018）。表明膳食中的葉酸水平對T等位基因運(yùn)動(dòng)員的身體組成與運(yùn)動(dòng)能力影響更大，應(yīng)在其膳食中加強(qiáng)補(bǔ)充葉酸。

1.3.2 維生素B12-FUT2基因

維生素B12與紅細(xì)胞生成及有氧能力相關(guān)。其缺乏可導(dǎo)致同型半胱氨酸水平上升及巨幼紅細(xì)胞貧血，降低血液攜氧能力，下調(diào)細(xì)胞機(jī)能，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員疲勞與身體虛弱（Aslinia et al.，2006）。FUT2基因的rs602662位點(diǎn)多態(tài)對血清中的維生素B12水平影響顯著。當(dāng)日常膳食中的維生素B12來源缺乏，GG或GA基因型個(gè)體出現(xiàn)血清維生素B12水平較低的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)較高（Nongmaithem et al.，2017）。這與另一研究中AA基因型攜帶者血清維生素B12水平更高的結(jié)論相符（Hazra et al.，2008）。故應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對G等位基因運(yùn)動(dòng)員的膳食維生素B12補(bǔ)充情況，以避免其健康與運(yùn)動(dòng)能力受損。

1.3.3 鐵過載-HFE基因

多種酶與蛋白質(zhì)作用以維持機(jī)體的生理與認(rèn)知功能，鐵元素對此具有特定效應(yīng)，如參與血紅蛋白與肌紅蛋白的組成等。鐵過載是一種鐵在體內(nèi)過多沉積而導(dǎo)致人體某些結(jié)構(gòu)損傷或功能出現(xiàn)障礙的病理狀態(tài)。高活性游離鐵可與活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）反應(yīng)生成自由基，使細(xì)胞與組織出現(xiàn)損傷，繼而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，故鐵過載通常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞或組織中毒（Pantopoulos et al.，2012）。研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)基因及多態(tài)位點(diǎn)與血清中的鐵含量相關(guān)。其中，HFE基因多態(tài)性可調(diào)節(jié)小腸對鐵元素的攝入，rs1800562位點(diǎn)的AA基因型攜帶者被認(rèn)為罹患血色素沉積癥的風(fēng)險(xiǎn)更大，運(yùn)動(dòng)潛能更好，符合高水平運(yùn)動(dòng)員比普通人更易罹患鐵過載的結(jié)論（Habte et al.，2015）。已有研究采用HFE基因的rs1800562和rs1799945位點(diǎn)來預(yù)測遺傳性血色素沉積癥的患病風(fēng)險(xiǎn)，并將受試者按風(fēng)險(xiǎn)高低分為鐵過載的高、中、低風(fēng)險(xiǎn)組，取得了較好效果（Allen et al.，2008）。故實(shí)踐中可參照該結(jié)果將運(yùn)動(dòng)員分組，對中、高風(fēng)險(xiǎn)組運(yùn)動(dòng)員謹(jǐn)慎使用鐵元素補(bǔ)劑，避免對其身體健康及運(yùn)動(dòng)能力不利。

1.3.4 低鐵狀態(tài)-MPRSS6/TF/TFR2基因

最佳生理機(jī)能狀態(tài)的保持有賴于鐵含量的平衡。鐵調(diào)素是肝細(xì)胞產(chǎn)生的鐵調(diào)節(jié)蛋白，對體內(nèi)鐵平衡起負(fù)調(diào)節(jié)作用。它可與鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，促進(jìn)其內(nèi)化和降解，導(dǎo)致低鐵狀態(tài)，降低運(yùn)動(dòng)員的氧運(yùn)輸能力、生理機(jī)能及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。特別是在女運(yùn)動(dòng)員中，其表達(dá)水平的上升往往意味著較高的缺鐵性貧血患病風(fēng)險(xiǎn)（Benyamin et al.，2009）。已知3個(gè)酶蛋白的SNP多態(tài)涉及鐵調(diào)素的表達(dá)調(diào)節(jié)，可用于運(yùn)動(dòng)員低鐵狀態(tài)遺傳風(fēng)險(xiǎn)的評估（Benyamin et al.，2009；Pichler et al.，2011；Tanaka et al.，2010）。其中，在MPRSS6基因的rs4820268位點(diǎn)上，GG基因型個(gè)體的轉(zhuǎn)鐵蛋白與血紅蛋白水平均低于A等位基因個(gè)體（Tanaka et al.，2010）；在轉(zhuǎn)鐵蛋白基因TF的rs3811647位點(diǎn)上，AA基因型個(gè)體的轉(zhuǎn)鐵蛋白水平更高，但鐵蛋白水平更低（Tanaka et al.，2010）；在轉(zhuǎn)鐵蛋白受體2基因TFR2的rs7385804位點(diǎn)上，CC基因型個(gè)體的血清低鐵狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更高（Pichler et al.，2011）。表明上述3個(gè)位點(diǎn)的GG基因型、AA基因型及CC基因型是低鐵狀態(tài)及缺鐵性貧血患病風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測分子標(biāo)記。未來可借助算法將3種SNP多態(tài)整合應(yīng)用，增加運(yùn)動(dòng)員膳食中的鐵元素，提高其生理機(jī)能與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，但補(bǔ)充劑量時(shí)應(yīng)特別注意，以免因鐵過載對運(yùn)動(dòng)員骨骼肌甚至健康造成危害。

1.4 維生素C-GSTT1基因

運(yùn)動(dòng)可誘導(dǎo)自由基的生成，而劇烈運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員骨骼肌內(nèi)產(chǎn)生的ROS可達(dá)普通人的200倍，由此導(dǎo)致骨骼肌損傷（Powers et al.，2016）。維生素C是水溶性維生素，適量時(shí)作為抗氧化劑可抑制運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的自由基產(chǎn)生，過量時(shí)則會(huì)減弱耐力訓(xùn)練引起的良性生理適應(yīng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力下降，目前一般以250 mg/日作為其安全補(bǔ)充上限（Vidal et al.，2017）。在間歇式訓(xùn)練過程中補(bǔ)充明膠與維生素C，可有效促進(jìn)膠原蛋白的合成，加快肌肉、骨骼、韌帶、肌腱等組織的修復(fù)，表明維生素C對肌肉的生長及運(yùn)動(dòng)損傷的修復(fù)和預(yù)防有一定作用（Shaw et al.，2017）。膳食與循環(huán)血中的維生素C平衡受個(gè)體表達(dá)的GSTT1基因型影響。其中，未達(dá)到推薦膳食標(biāo)準(zhǔn)中維生素C攝入量的個(gè)體，與達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)體相比，其維生素C缺乏的風(fēng)險(xiǎn)顯著升高，且在表達(dá)Del/Del基因型的個(gè)體中更顯著，而在表達(dá)Ins等位基因的個(gè)體中則效應(yīng)不顯著（Cahill et al.，2009）。表明Del等位基因是維生素C缺乏風(fēng)險(xiǎn)的指示性遺傳標(biāo)記。

1.5 維生素D-CYP2R1/GC基因

維生素D是脂溶性維生素，可維持血清鈣、磷濃度的穩(wěn)定，并通過增加鈣吸收促進(jìn)骨健康，在骨代謝中起關(guān)鍵作用。其水平對運(yùn)動(dòng)員特別是易出現(xiàn)應(yīng)力性骨折的運(yùn)動(dòng)員尤為重要。血液中25羥維生素D［25（OH）D］含量充足者往往比含量不足或缺乏者有更好的預(yù)防損傷能力，且II型肌纖維的體積更大，炎性反應(yīng)更少，急性呼吸疾病的發(fā)病率更低，功能性修復(fù)能力更強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)效果及其對急性劇烈運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力更好（Barker et al.，2013）。維生素D水平受GC基因及CYP2R1基因多態(tài)影響，二者突變體出現(xiàn)血清低25（OH）D水平的風(fēng)險(xiǎn)通常較高（Powers et al.，2016）。對180名受試者以隨機(jī)雙盲設(shè)計(jì)補(bǔ)充維生素D后，僅22%的受試者血清25（OH）D水平充足，其余受試者水平不足，但全部受試者中，維生素D補(bǔ)充與否僅影響18%的血清25（OH）D水平差異，遺傳的貢獻(xiàn)率高達(dá)30%。這表明，遺傳可較好預(yù)測血清低25（OH）D水平的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)（Slater et al.，2017）。CYP2R1基因的rs10741657位點(diǎn)和GC基因的rs2282679位點(diǎn)均與維生素D水平相關(guān)，表達(dá)rs10741657位點(diǎn)GG與GA基因型的個(gè)體，其維生素D水平不足的概率比其他基因型組高4倍，而GC基因rs2282679位點(diǎn)的GG基因型攜帶者與TT基因型個(gè)體相比，血清低25（OH）D水平的風(fēng)險(xiǎn)明顯提高（Slater et al.，2017）。故整合這2種多態(tài)SNP對運(yùn)動(dòng)員維生素D缺乏風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測，對預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷和促進(jìn)修復(fù)有較好的實(shí)踐價(jià)值。

1.6 鈣元素-GC基因

鈣是人體必需的常量元素，對人體所有細(xì)胞功能的發(fā)揮均有重要的調(diào)節(jié)作用。它不僅是體內(nèi)200多種酶的激活劑，還參與新陳代謝，為骨組織生長、維持和修復(fù)所必需，對維持血鈣水平，調(diào)節(jié)肌肉收縮、神經(jīng)傳導(dǎo)及凝血等也有重要作用（Yucha et al.，2003）。維生素D水平與鈣吸收程度高度相關(guān)。膳食中鈣元素與維生素D的攝入不足會(huì)增加骨密度低與應(yīng)力性骨折的風(fēng)險(xiǎn)，女運(yùn)動(dòng)員的骨折與嚴(yán)重骨折發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)均高于男運(yùn)動(dòng)員（McInnis et al.，2016）。

遺傳多態(tài)與鈣缺乏及骨折風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。GC基因的多個(gè)基因型可作為影響鈣吸收和利用的分子標(biāo)記。在rs7041和rs4588位點(diǎn)，6 181名受試者中僅表達(dá)GG基因型（rs7041）和CC基因型（rs4588）的個(gè)體骨折風(fēng)險(xiǎn)上升。在日常膳食鈣攝入較少（＜1.09 g/日）的2個(gè)基因型組中，42%的個(gè)體骨折風(fēng)險(xiǎn)高于其他基因型，但在鈣攝入較高者中未發(fā)現(xiàn)上述差異（Fang et al.，2009）。故對運(yùn)動(dòng)員可根據(jù)其表達(dá)的GC基因型推薦鈣元素的攝入量，預(yù)防骨折發(fā)生。

1.7 膽堿-PEMT/MTHFD1基因

膽堿是所有生物膜的組成成分，也是膽堿能神經(jīng)元中神經(jīng)遞質(zhì)——乙酰膽堿（acetylcholine，Ach）的前體。人體對膽堿的需求取決于性別、年齡、體力活動(dòng)水平與遺傳。機(jī)體所需的膽堿除了主要來自外源性食物，還可在體內(nèi)由磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC）少量生成（Zeisel et al.，1991）。因肝臟與骨骼肌是甲基代謝的主要部位，膽堿氧化生成的甜菜堿是甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)中活性甲基的重要來源，其不僅參與一碳單位代謝，還與蛋氨酸及脂質(zhì)代謝等相關(guān)。故膽堿缺乏會(huì)使肝臟與骨骼肌受損（Resseguie et al.，2011），導(dǎo)致血清中肌酸激酶（creatine kinase，CK）的增加及肝臟中脂肪的異常堆積（Da Costa et al.，2014）。

對鐵人三項(xiàng)及馬拉松等大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中的血清膽堿水平下降情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，血清膽堿水平降低會(huì)使Ach釋放量減少，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)疲勞和運(yùn)動(dòng)能力下降（J?ger et al.，2007）；補(bǔ)充膽堿可加快脂類代謝，對運(yùn)動(dòng)員保持最佳身體組成和快速減脂起積極作用（Gao et al.，2016）。PEMT基因與MTHFD1基因的編碼蛋白可分別作用于PC、蛋氨酸的合成及肝臟內(nèi)的膽堿生成。故二者對細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完整性與細(xì)胞存活、機(jī)體代謝與健康，以及膽堿缺乏風(fēng)險(xiǎn)等均有重要作用。PEMT基因與MTHFD1基因的變異還可影響膽堿代謝，前者rs12325817位點(diǎn)的C等位基因與后者rs2236225位點(diǎn)的A等位基因是膽堿缺乏的風(fēng)險(xiǎn)指示分子標(biāo)記，且二者均與肝臟及骨骼肌的功能失調(diào)相關(guān)（Da Costa et al.，2014；Ganz et al.，2016）。故在表達(dá)這2個(gè)等位基因的運(yùn)動(dòng)員中可增加膳食膽堿水平，保持其運(yùn)動(dòng)能力與最佳身體組成，延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞的發(fā)生。

綜合上述研究，本研究歸納、整理了可調(diào)節(jié)不同膳食營養(yǎng)素與運(yùn)動(dòng)相關(guān)表型間效應(yīng)的各遺傳突變體情況，并據(jù)此給出制訂運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案的建議（表1）。

表1 “營養(yǎng)素--運(yùn)動(dòng)相關(guān)表型”關(guān)聯(lián)遺傳突變體匯總及運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案建議Table 1 Summary of Genetic Variants that Associated with the“Nutrients and Performance-Related Outcomes”and Suggestions on the Personalized Nutrition in Athletes

2 常量營養(yǎng)素與身體組成

良好的身體形態(tài)與身體組成是運(yùn)動(dòng)員成功的關(guān)鍵因素。它與運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及飲食密切相關(guān)，易受不同膳食方案調(diào)控。常量營養(yǎng)素?cái)z入的差異可顯著影響運(yùn)動(dòng)員的體脂百分比、瘦體質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)能力。

2.1 膳食脂肪-TCF7L2基因

膳食脂肪是人類飲食的重要組成部分，可為有氧耐力運(yùn)動(dòng)提供能量，對脂溶性維生素的吸收至關(guān)重要。不同遺傳背景的運(yùn)動(dòng)員從膳食脂肪中獲得的能量對其身體組成的影響各不相同。表達(dá)TCF7L2基因rs7903146位點(diǎn)TT基因型的個(gè)體，獲得最佳身體組成所需的膳食脂肪量（20%～25%）顯著低于其他基因型個(gè)體，且在此低脂膳食后減少的脂肪量高于高脂膳食（40%～45%）（Grau et al.，2010），CC基因型個(gè)體在同樣的低脂膳食后瘦體質(zhì)量損失更多（Mattei et al.，2012）。故可基于rs7903146多態(tài)為運(yùn)動(dòng)員制訂降體脂營養(yǎng)方案：TT基因型運(yùn)動(dòng)員采用低脂膳食方案保持最佳身體組成與運(yùn)動(dòng)能力，CC基因型運(yùn)動(dòng)員采用高脂膳食達(dá)到相同目標(biāo)。

2.2 單不飽和脂肪-PPARγ2基因

較低的體脂百分比可提高大部分運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，但盲目降體脂同樣存在風(fēng)險(xiǎn)。極低的體脂水平可顯著提高運(yùn)動(dòng)員罹患運(yùn)動(dòng)相對能量不足綜合征的風(fēng)險(xiǎn)，從而出現(xiàn)相對能量不足與代謝速率、月經(jīng)功能、骨骼健康、免疫功能、蛋白合成、心血管健康下降所導(dǎo)致的生理機(jī)能受損（Mountjoy et al.，2018）。故為運(yùn)動(dòng)員制訂降體脂膳食計(jì)劃時(shí)，應(yīng)限制擬降低體脂的種類，單不飽和脂肪酸（monounsaturated fat acids，MUFA）是理想目標(biāo)之一。

采用低脂-高M(jìn)UFA膳食（≥總脂肪量的56%）可使PPARγ2基因的rs1801282位點(diǎn)G等位基因攜帶者在不減少瘦體質(zhì)量時(shí)特異性降低體脂百分比。采用高脂-低MUFA膳食方案后（＜總脂肪量的56%），G等位基因攜帶者的體脂下降幅度顯著降低，CC基因型個(gè)體中則未見上述情況（Garaulet et al.，2011）。故可將運(yùn)動(dòng)員按該位點(diǎn)的等位基因表達(dá)情況分組，對有降體脂需要的G等位基因組給予高M(jìn)UFA膳食，對CC基因型組還應(yīng)結(jié)合其他基因多態(tài)表達(dá)情況制訂適合的膳食方案。

2.3 飽和脂肪與多不飽和脂肪-FTO基因

表達(dá)FTO基因rs9939609位點(diǎn)TA基因型與AA基因型的個(gè)體，其食物中的飽和脂肪酸（saturated fatty acids，SFA）與多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）比率可影響其肥胖風(fēng)險(xiǎn)（Phillips et al.，2012）。當(dāng)攝入的SFA較多而PUFA較少時(shí)，A等位基因攜帶者的身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）與腰圍均高于TT基因型；當(dāng)A等位基因攜帶者從SFA中攝入的能量＜～15%的總能量，食物中的SFA∶PUFA更高時(shí)，該組與TT基因型組間的BMI與腰圍差異不再顯著；當(dāng)受試者從SFA與PUFA中攝入的能量分別＜10%的總能量和＞4%的總能量時(shí)（PUFA∶SFA＞0.4），A等位基因攜帶者的上述風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著降低（Phillips et al.，2012）。表明AA與TA基因型是腹部脂肪過量的潛在風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)記。故對于降低體脂水平（特別是腹部脂肪）與BMI為目標(biāo)的A等位基因運(yùn)動(dòng)員，應(yīng)注意保證其在膳食中攝入更多的PUFA與更少的SFA，盡量保證PUFA∶SFA＞0.4。

2.4 蛋白質(zhì)-FTO基因

FTO基因是目前已知較重要的體質(zhì)量與肥胖相關(guān)基因，對體質(zhì)量與身體組成有顯著影響，飲食干預(yù)則可減少FTO突變體的BMI與體脂百分比。rs1558902位點(diǎn)的A等位基因攜帶者在持續(xù)攝入高蛋白質(zhì)膳食2年后，其體質(zhì)量顯著低于TT基因型攜帶者，且AA基因型攜帶者的總體質(zhì)量減少幅度與總脂肪組織、內(nèi)臟脂肪組織的下降量均比實(shí)行低蛋白質(zhì)膳食計(jì)劃者更顯著，總體脂百分比和軀干脂肪百分比更低，在AT基因型攜帶者中上述效應(yīng)較AA基因型有所減弱（Zhang et al.，2012）。

另一研究也得到相似結(jié)果。rs9939609位點(diǎn)的A等位基因攜帶者采用高蛋白質(zhì)膳食后，體質(zhì)量下降幅度顯著高于非A攜帶者，表明蛋白質(zhì)攝入量對FTO基因的BMI與腰圍高風(fēng)險(xiǎn)突變體具有保護(hù)效應(yīng)（De Luis et al.，2015）。故對rs1558902位點(diǎn)和rs9939609位點(diǎn)的AA基因型運(yùn)動(dòng)員實(shí)施中-高蛋白質(zhì)膳食計(jì)劃（從蛋白質(zhì)中獲取≥25%總能量）利于其最佳身體組成（即上述2個(gè)位點(diǎn)A等位基因者的降體脂效果均與蛋白質(zhì)攝入量呈正相關(guān)），而在不表達(dá)A等位基因的力量或速度項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員中實(shí)施中等蛋白質(zhì)膳食（從蛋白質(zhì)中獲取15%～20%總能量）更利于其獲得和維持理想的身體組成（即更多的瘦體質(zhì)量），高蛋白質(zhì)膳食的效果則可能適得其反（Beck et al.，2017）。

綜上所述，本研究匯總可調(diào)節(jié)不同膳食營養(yǎng)素與身體組成間效應(yīng)的各遺傳突變體情況，據(jù)此給出制訂運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案的建議（表2）。

表2 “營養(yǎng)素--身體組成”關(guān)聯(lián)遺傳突變體匯總及運(yùn)動(dòng)員個(gè)性化營養(yǎng)方案建議Table 2 Summary of Genetic Variants that Associated with the“Nutrients and Body Composition”and Suggestions on the Personalized Nutrition in Athletes

3 結(jié)論與展望

在匯總與運(yùn)動(dòng)員營養(yǎng)水平、身體組成、運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)營養(yǎng)素的生物學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ)上，本研究綜述了可影響上述營養(yǎng)素效應(yīng)的遺傳學(xué)研究進(jìn)展，歸納、總結(jié)了與咖啡因、維生素A、貧血相關(guān)微量營養(yǎng)素、維生素C、維生素D、鈣元素、膽堿及膳食脂肪、不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素代謝、吸收、轉(zhuǎn)化水平相關(guān)的遺傳突變體，并為上述指示性標(biāo)記的應(yīng)用提供了具有可行性的建議。此外，鑒于運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)補(bǔ)劑種類豐富、形式多樣，對運(yùn)動(dòng)員的身體組成、運(yùn)動(dòng)能力等效果各異，故未來對其他營養(yǎng)補(bǔ)劑也應(yīng)開展相應(yīng)研究，以獲得更多的特異性遺傳標(biāo)記，從而為運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)補(bǔ)劑的精準(zhǔn)應(yīng)用與個(gè)性化補(bǔ)充提供支撐。