太極拳運(yùn)動對肥胖患者全基因組表達(dá)的影響

錢 怡 柯杰兵

（1.南方醫(yī)科大學(xué)教務(wù)處，廣東廣州510515;2.軍事體育進(jìn)修學(xué)院訓(xùn)練部，廣東廣州510500）

運(yùn)動是保持健康最為重要的一種環(huán)境因素，缺乏體育鍛煉可誘導(dǎo)慢性病的發(fā)生。對于已患各種慢性病的人來說，科學(xué)的有氧運(yùn)動能起到藥物所達(dá)不到的效果。人們從血液生化水平對有氧運(yùn)動促進(jìn)健康機(jī)制的研究較為多見，而有氧運(yùn)動是如何改變基因表達(dá)及其促進(jìn)健康的分子機(jī)制研究很少有報(bào)道。隨著基因芯片技術(shù)的成熟和在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，人們對有氧運(yùn)動與基因表達(dá)的研究速度大大加快。

太極拳運(yùn)動是一種中國傳統(tǒng)健身項(xiàng)目，不僅在中國開展十分普及，也深受海外大眾的喜愛。許多科學(xué)研究都證明了太極拳運(yùn)動有益于身體健康。但到目前為止，很少有報(bào)道從分子生物學(xué)的角度來研究太極拳運(yùn)動對人全基因組表達(dá)的影響。傳統(tǒng)上，對于骨骼肌代謝變化的研究主要依賴于生物化學(xué)或生理學(xué)的手段。盡管這些方法提供的信息量很豐富，但很難進(jìn)行實(shí)時地、平行地研究運(yùn)動訓(xùn)練對肌肉代謝變化的全部 “圖譜”。最近發(fā)展起來的轉(zhuǎn)錄組及蛋白質(zhì)組表達(dá)研究方法為肌肉重塑研究和生理變化提供了高通量、平行化研究的技術(shù)平臺。本課題采用基因表達(dá)譜芯片對有氧運(yùn)動 （太極拳）前后代謝綜合癥患者骨骼肌全基因組表達(dá)進(jìn)行分析，以期找出其中基因表達(dá)的規(guī)律，并進(jìn)一步對差異表達(dá)基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析，以闡述運(yùn)動對肥胖并高胰島素血癥患者健康促進(jìn)的分子機(jī)制。

1 研究對象與方法

6名肥胖并高胰島素血癥患者 （62.9±4.2歲，3名男性，3名女性）參加了本課題的研究，受試者每天練習(xí)24式太極拳1個小時，運(yùn)動強(qiáng)度為最大心率的60%，每周練五次，一直延續(xù)12周。在運(yùn)動實(shí)驗(yàn)前和運(yùn)動12周后24 h，所有受試都進(jìn)行了左股外側(cè)肌進(jìn)行肌肉活檢，用活檢針（規(guī)格:14Ga.TW*6）采集受試者左腿股外肌活組織。提取總 RNA，合成cDNA，再合成 cRNA并進(jìn)行標(biāo)記，按Affimatrix芯片雜交試劑盒與 Human U133A Affymetrix基因芯片進(jìn)行雜交、洗片、烘干，最后置于G2500A型基因芯片掃描儀進(jìn)行掃描，獲取雜交圖像，采用BRB-ArrayTools和DAVID在線分析數(shù)據(jù)。最后采用Real Time PCR驗(yàn)證部分差異表達(dá)基因。

2 研究結(jié)果

將6名肥胖并高胰島素血癥患者 （包括男性和女性）參加太極拳運(yùn)動前作為一組數(shù)據(jù) （包括6個GSM），將其9個月有氧訓(xùn)練結(jié)束后24小時芯片數(shù)據(jù)作為另一組 （包括6個GSM），兩組間數(shù)據(jù)輸入BRB-ArrayTools，有 22283條基因參與分析，1616條通過BRB默認(rèn)的濾過標(biāo)準(zhǔn)，采用BRB分類對比的方法對太極拳運(yùn)動前后的差異表達(dá)基因進(jìn)行篩選，共篩選出98條差異表達(dá)基因，其中，3個基因表達(dá)下調(diào)，95個基因表達(dá)上調(diào)。然后再采用BRB雙向分層聚類的方法對這98條基因進(jìn)行聚類分析，人工聚為三類。

表1 太極拳運(yùn)動前后差異表達(dá)基因涉及的GO類

再將通過濾過標(biāo)準(zhǔn)的基因進(jìn)行BRB默認(rèn)的GO對比分析，有16個GO類與濾過基因匹配 （見表1），涉及351條基因，其中159條基因與線粒體、線粒體基質(zhì)、微管、微管骨架等細(xì)胞組份有關(guān)，122條基因與輔因子代謝、輔酶代謝、能量和代謝產(chǎn)物前體產(chǎn)生、磷酸鹽運(yùn)輸、雜環(huán)物代謝、泛素循環(huán)等生物學(xué)過程有關(guān)，70條基因與傳遞體活性、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體活性、氫離子轉(zhuǎn)運(yùn)體活性、初級主動運(yùn)輸體活性、肌動蛋白粘合等分子功能有關(guān)。

最后，再將差異表達(dá)基因輸入DAVID（The Database for Annotation，Visualization and Integrated Discovery）在線分析，有48條基因的代謝途徑被找到，表達(dá)下調(diào)的基因ACTIN3的代謝途徑涉及黏著斑、附著粘連、緊密連接、白細(xì)胞穿梭內(nèi)皮移行、肌動蛋白調(diào)節(jié)等代謝途徑。其余47條記錄都是表達(dá)上調(diào)基因，主要涉及脂肪酸代謝、三羧酸循環(huán)、糖代謝、氨基酸代謝、氧化磷酸化、ATP合成、胰島素信號、抗原加工、自然殺傷細(xì)胞因子、嘌呤代謝、外源性化學(xué)物質(zhì)受體相關(guān)作用等代謝途徑。

3 研究結(jié)論

肥胖并高胰島素血癥患者與健康人相比，基礎(chǔ)水平已有代謝紊亂相關(guān)基因表達(dá)的顯著差異以及內(nèi)分泌和免疫機(jī)能相關(guān)基因表達(dá)異常。經(jīng)有氧運(yùn)動后，其異常差異表達(dá)基因數(shù)目減少，伴隨部分有氧氧化、糖異生、胰島素信號等代謝途徑相關(guān)基因表達(dá)發(fā)生變化，使脂肪酸氧化能力增強(qiáng)、糖有氧氧化增加，出現(xiàn)能量經(jīng)濟(jì)化，同時乳酸生成減少，肌糖原、肝糖原生成增加，有阻止向Ⅱ型糖尿病發(fā)展的趨勢。太極拳運(yùn)動使高胰島素血癥患體內(nèi)AMPK活性有恢復(fù)正常水平的趨勢，且使AMPK三種亞型 （1，2和β1）的表達(dá)趨于正常，這為生產(chǎn)調(diào)節(jié)AMPK活性基因藥物，并對Ⅱ型糖尿病的靶向治療提供了思路。同時太極拳運(yùn)動可使組織纖維蛋白溶酶原激活劑 （t-PA）、結(jié)締組織激活肽 III（CTAP III）以及四連接素 （tetranectin）基因表達(dá)發(fā)生改變，而這些基因表達(dá)異常是導(dǎo)致代謝綜合癥的重要原因，代謝綜合癥又是導(dǎo)致外周血管疾病以及血栓形成的重要因素，表明太極拳運(yùn)動可有效避免這些疾患的發(fā)生。

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