ALAS2基因复合重复多态性与心脏功能表型的关联性研究

摘要：目的：探讨中国北方汉族男性δ-氨基γ-酮戊酸合成酶2（ALAS2）基因复合重复多态性与心脏功能表型的初始值与耐力训练效果的关联性。方法：选取102名中国北方汉族新兵健康受试者，进行18周的5 000 m跑训练。测定训练前后安静、次最大负荷下（50 w、100 w、150 w）及恢复期的心脏结构与功能指标。使用GeneScan和测序方法分析该基因多态性的分布特征，并进行该多态与上述生理指标等关联性分析。结果：1）按照分割点法划分基因型及分组分析，发现按166 bp长度划分时，≤166 bp基因型的左心室结构指标（EDD、LVM）及不同负荷下的每搏量和每搏量指数（b-SV、50W-SV、100W-SV 、150W-SV、b-SVI）、心动周期等初始值均显著性高于＞166 bp基因型（p

关键词：δ-氨基γ-酮戊酸合成酶2；基因多态性；心脏功能；耐力训练

中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612（2011）07-0045-04

Association between the Compound Dinucleotide Repeat Polymorphism in ALAS2 Gene and Cardiac Phenotypes

――Take the Men of Han Nationality in Northern China as Example

XU Ya-li1, HU Yang2,HE Zi-hong3, LI Yan-chun2, HAO Xin2

（1. Physical Education College of Henan University, Kaifeng 475000, Henan China；

2. Beijing Sport University, Beijing 100084, China; 3. China Institute of Sport Science, Beijing 100061,China）

Abstract:Objective: To investigate the distribution of the compound dinucleotide repeat polymorphism of ALAS2 Gene and its association with cardiac phenotypes in men of Han nationality in Northern China. Methods: 102 healthy young male soldiers of Han nationality in northern China were recruited to undergo 18-week 5000 m running 3 times a week. The VO2max、RE、cardiac parameters were measuredpre and post-protocol. GeneScan and gene sequencing was used to analyze the distribution of the ALAS2 polymorphism. The association of the polymorphism withinitial endurance capacity and endurance training response was analyzed. Result:1） The successive cut-point analysis showed that the initial mean value of EDD、LVM、SV、T in ≤166 bp genotype group were significantly higher than in >166 bp genotype group（P166 bp genotype group（P

Key words: δ-aminolevulinic synthase 2; gene polymorphism; cardiac phenotype; endurance training

投稿日期：2011-03-28

基金项目：国家科技部资助课题“优秀长跑运动员选材分子遗传学指标的研究”（2003BA904B04）；博士学位论文。

作者简介：许亚丽，副教授，博士，研究方向运动员基因选材、低氧训练。

血红素代谢与人体运动能力关系密切，参与氧气的运输和储存、物质能量代谢及红系细胞的分化调节等［1-4］。δ-氨基γ-酮戊酸合成酶（δ-aminolevulinicsynthase，ALAS） 是血红素合成过程中唯一的限速酶，在人体内有两种同工酶即ALAS1 、ALAS2。ALAS1广泛分布于全身组织。ALAS2特异分布于红细胞系中，参与与血红蛋白、肌红蛋白等血红素蛋白的合成，该酶功能受损可引发X连锁铁粒幼细胞性贫血（XLSA）［5］。有研究报道，急慢性运动均可使提高ALAS活性［6,7］。

在ALAS2基因的第7内含子中存在一个重要的复合多态位点，它是人类X染色体多点连锁图谱的索引标记和X连锁铁粒幼细胞性贫血的多态标记［8,9］，序列为（CA）5T（GC）2（AC）4GTA（CA）23（GA）3CA（GA）8，因此，研究该多态位点与运动能力的关系意义重大。

本文作者前期研究发现该多态位点与低氧训练敏感性存在显著关联［10］，但该多态位点与人体心脏功能的关联性研究国内外未见报导，故本研究旨在观察该多态性与耐力训练前后心脏结构功能表型指标的关联性，探寻预测改善心脏功能的耐力训练效果分子标记。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 以中国北方汉族人群为研究对象，选取102名来自东北三省、河北、山东等淮河以北平原地区的健康男性受试者，均来自中国武装警察某部队新兵，且其双亲、祖辈双亲均为汉族。所有士兵入伍前均无系统运动训练史及家族史，体检合格，其基本情况见表1。所有研究对象均填写知情同意书。

表1 士兵组基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 耐力训练方案 受试者进行为期18周、每周3次的5 000 m长跑训练。在正式训练前先进行两周的适应性训练。第3周开始进行每周3次5 000 m匀速跑，以95%个体通气无氧阈（VT）时的心率（HR）±3次/min为训练强度。从第12周开始以105% HRVT±3次/min的强度进行训练。用芬兰产的Polar心率表来控制HR。如因气候和军事行动等原因而被迫停训，则择日补训。

受试者作息、饮食、训练安排均一致。另外，参加本次实验的士兵不再进行军队中额外的2 000 m以上的长跑训练，只进行一般军事和力量训练。

1.2.2 生理学指标的测试方法

1.2.2.1 身高、体重的测定 根据国民体质测量标准要求，由同一实验师在相同条件下测定训练前后的身高和体重。

1.2.2.2 心脏功能表型指标的测定 具体测试方法及测试指标见参考文献［11］。

1.2.2.3 基因多态性分析 同参考文献［10］。

1.2.3 统计学方法 耐力训练敏感性以各指标的变化率表示，即＝（训练后－训练前）/训练前。

先用K-S检验方法检验训练前生理指标数据是否符合正态分布。若符合正态分布及方差齐性，则基因型之间生理指标的初始值及基因型之间的训练敏感性采用独立样本T检验。若数据不符合正态分布或方差不齐采用非参数检验。

所有结果以（x±s）表示，显著性水平设为P

2 结 果

2.1 ALAS2基因复合重复多态分布特征及H-W平衡检验 该多态位点经STR-genescan方法分析后共观察到13种基因型（表2），分布频率较高的基因型是164bp（14%）、166bp（23%）、168bp（31%）和172bp（11%），扫描图及测序图如下图1所示。

表2 ALAS2基因复合重复多态性分布特征

由于ALAS2基因位于X性染色体上，男性仅有一条X染色体，因此男性中只有一个等位基因即为基因型，因此不需进行H-W平衡检验。

2.2 ALAS2基因复合重复多态性与训练前后左心室结构、功能的关联性 由于该多态存在多个不同短串联重复单位，基因型的分型方法参照Haiman AL等［12］的连续分割点分析方法，按照总长度划分基因型。以分布频率较高的166 bp、168 bp、170 bp和172 bp长度为分割点，划分为两组：≤分割点的基因型组（短链组），>分割点的基因型组（长链组）。分析同一分割点的长链和短链基因组间耐力训练敏感性的差异。

经统计发现，只有按照166 bp长度为分割点划分时，各基因型与左心室结构、功能等指标存在显著性关联，其他均不存在关联。由于该方面数据庞大，因此，下文只列出按照166 bp长度为分割点时的心功能数据关联结果。

2.2.1 ALAS2基因复合重复多态性与安静状态下左心室结构与功能的关联 分析发现：≤166bp基因型训练前EDD、LVM、SV、SVI、CO初始值非常显著性高于＞166 bp基因型（P

表3 ALAS2基因复合重复多态性与安静状态下左心室

结构功能指标的关联

训练前ESD/cm3.24±0.223.17±0.22EDD/cm4.92±0.26**4.75±0.28PWS/cm1.16±0.111.14±0.11PWD/cm0.74±0.100.74±0.11PWR/cm0.89±0.140.90±0.15LVM/g151.92±23.80*140.23±28.33LVMI/g・m-289.27±12.8886.38±14.28SV/mL85.08±14.26**76.11±14.18SVI/mL・m-250.59±6.56*46.99±7.59CO/L・m-25.64±1.25*5.10±1.05COI/L・m-23.34±7.123.15±6.05EF/%71.09±3.6970.22±3.27T/s0.92±0.130.92±0.14变化率ESD0.01±0.020.01±0.03EDD0.02±0.030.02±0.03PWS-0.00±0.06-0.01±0.05PWD0.01±0.100.04±0.12PWR0.12±0.240.07±0.19LVM0.05±0.150.11±0.12LVMI0.06±0.110.09±0.11SV0.07±0.130.09±0.15SVI0.05±0.130.08±0.15CO0.03±0.180.06±0.27COI0.02±0.170.05±0.27EF0.01±0.040.02±0.05T0.06±0.170.06±0.20*:与＞166 bp基因型相比有显著性差异，P＜0.05；**:与＞166 bp基因型相比有非常显著性差异，P＜0.01。

2.2.2.2 ALAS2基因复合重复多态性与次最大负荷状态下左心室功能的关联 在耐力训练前，≤166 bp基因型受试者SV在50 W、100 W、150 W显著性高于、有高于长链组的趋势（P

耐力训练后，在递增负荷实验中，≤166 bp基因型受试者CO、COI在50 W时有低于长链组的趋势（P

表4 ALAS2基因复合重复多态性与递增负荷状态下

左心室功能的关联

训练前SV/mL102.97±

14.99*96.34±

14.51122.84±

15.44#117.02±

17.57134.52±

21.63 #126.85±

21.44SVI/mL・m-260.91±6.9959.57±7.7772.79±8.1472.36±9.3379.05±9.8278.28±11.51CO/L・m-210.84±1.9410.27±1.7315.23±2.4914.97±2.2719.86±3.5619.27±3.21COI/L・m-26.40±1.156.36±1.019.01±1.639.27±1.3111.55±1.6911.91±1.78EF/%73.63±4.8974.84±3.0576.41±4.6978.29±2.1978.11±3.4778.92±3.05T/s0.58±0.050.57±0.070.49±0.05#0.47±0.040.41±0.05*0.39±0.03变化率SV0.03±0.090.06±0.090.00±0.090.02±0.110.02±0.110.03±0.15SVI0.02±0.080.05±0.09-0.00±0.090.01±0.110.02±0.120.02±0.15CO-0.05±0.14#0.00±0.15-0.07±0.12-0.04±0.16-0.06±0.14-0.02±0.17COI-0.06±0.13#-0.01±0.15-0.09±0.12-0.05±0.16-0.06±0.14-0.03±0.17EF0.00±0.030.01±0.03-0.00±0.03-0.00±0.030.00±0.030.00±0.04T0.07±0.130.09±0.130.09±0.120.08±0.120.08±0.110.06±0.11#:与＞166 bp基因型相比有变化趋势，P＜0.1。

3 分析与讨论

心脏的结构和功能是主要影响有氧运动能力的中枢机制，而心脏的容积、每搏输出量则是中枢机制中的核心环节。有研究报道，左心室舒张末内径、左心室心肌重量均与最大摄氧量呈高度正相关［13］。因此，心脏的结构与功能状态是取得良好耐力训练效果的重要前提。

3.1 ALAS2基因复合重复多态性与训练前心脏功能指标初始值的关联 运动时的心脏及血管功能具有24%～47%的遗传可能性［14］；Bouchard等报道在安静或运动时，基因的因素在决定人类心脏及血管功能方面其重要的作用［15］；更有研究发现心脏每搏输出量和每分输出量具有40%～45%的遗传可能性［16］。因此，心脏结构与功能的初始遗传水平对有氧运动能力的影响不可低估。

本研究发现，ALAS2基因复合重复多态性不同基因型与耐力训练前左心室结构、功能等指标初始值存在显著性差异，即≤166 bp基因型在训练前安静状态下的EDD、LVM、SV、SVI、CO的初始值均显著性高于＞166 bp基因型，并且≤166 bp基因型在训练前50W负荷工作时的SV、在150 W负荷时的T均显著性高于＞166 bp基因型（P

虽然≤166 bp基因型在安静状态的CO高于＞166 bp基因型，但并不能说明≤166 bp基因型在安静状态下的循环血量需求高于＞166 bp基因型。因为安静状态的CO受体表面积影响，不能准确评定不同个体间心脏功能的差异，常用心指数即COI来评定，而在本研究中，两组在安静状态下的COI不存在显著性差异。因此该结果不能准确评定两种基因型的差别。

综上，≤166 bp基因型在心脏结构与功能起始水平上拥有较好的先天遗传优势，即具有良好的心脏结构基础（左心室舒末内径较大、左心室心肌肥厚）及在不同负荷状态下表现出的强大的每搏输出量和充足的排血量，为该基因型个体在进行有氧运动时氧气的充分供给奠定基础。

该基因多态性与心脏功能初始能力存在关联的分子机制可能是：该多态位点位于第7内含子和第8外显子交界处，该处存在剪接位点，＞166 bp基因型可能在转录后剪接过程中使正常的剪接位点消失或形成新的剪接位点，导致原有的剪接错误，产生出异常的mRNA；又因为ALAS2基因外显子5-11编码的C端高度保守部分是蛋白发挥作用的活性区，所以经剪接后产生的异常mRNA，很可能使该区域中一部分重要的遗传信息不能表达，最终产生异常的蛋白表达产物，使该酶的稳定性和活性下降［17］。如果该酶活性下降或功能受损，将直接影响血红蛋白、肌红蛋白等血红素类蛋白的数量和质量，这将对氧气运输及骨骼肌、心肌中的氧气储存及利用产生不利影响，由此可能使≤166bp基因型表现出相对较差的心脏功能水平。

3.2 ALAS2基因复合重复多态性与心脏功能指标训练敏感性的关联 经过18周有氧耐力训练，ALAS2基因复合重复多态性不同基因型与左心室结构、功能等指标的训练敏感性存在显著性差异，仅发现≤166 bp基因型50 W-CO、50 W-COI下降幅度有高于长链组的趋势（p

4 结 论

ALAS2基因复合重复多态性与中国北方汉族男性心脏功能的初始水平存在关联，即≤166 bp基因型的EDD、LVM、SV、SVI、T均大于＞166 bp基因型；而ALAS2基因复合重复多态性与心脏结构功能指标的训练敏感性无关联。

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