北方漢族和蒙古族人群中運動能力差異相關基因ACTN3多態性研究

吳劍 高玉雪 楊鵬翔 郭向華

[摘要] 目的 調查北方漢族與蒙古族人群α-輔肌動蛋白3（ACTN3）基因R577X多態性頻率分布特征。 方法 2019年9—11月選擇在北京佑安醫院參與健康體檢的北方漢族人群85名和包頭醫學院蒙古族2019級預科班的健康體檢人群58名作為研究對象。用高通量熒光實時定量聚合酶鏈式反應分析不同種族、性別ACTN3基因R577X多態性。 結果 3種基因型在不同組人群中均符合Hardy-Weinberg平衡。北方漢族基因型頻率（RR）、等位基因頻率（R）高于蒙古族人群，差異有統計學意義（P < 0.05）。北方漢族、蒙古族人群不同性別ACTN3基因R577X基因型分布比較，差異無統計學意義（P > 0.05）。北方漢族與蒙古族不同性別的不同基因型頻率、等位基因頻率比較，差異無統計學意義（P > 0.05）。 結論 北方漢族與蒙古族人群ACTN3基因R577X基因型頻率和等位基因頻率差異與性別無關，與爆發力相關的RR基因型頻率在北方漢族人群中較高，反映耐力的XX基因型頻率在蒙古族人群中較高。

[關鍵字] α-輔肌動蛋白3;多態性;基因;北方漢族人群;蒙古族人群

[中圖分類號] R394.112? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）09（a）-0038-04

[Abstract] Objective To investigate the frequency distribution characteristics of α-actinin 3 （ACTN3） gene R577X polymorphism in northern HanZú and MongguZú populations. Methods From September to November 2019， a total of 85 northern HanZú people who participated in the health checkup at Beijing You′an Hospital and a total of 58 health checkup population from the 2019 preparatory class of MongguZú in Baotou Medical College were selected as the research objects. High-throughput fluorescence real-time quantitative polymerase chain reaction was used to analyze the R577X polymorphism of ACTN3 gene of different races and genders. Results The three genotypes were in accordance with Hardy-Weinberg equilibrium in different groups of people. The genotype frequency （RR） and allele frequency （R） of the northern HanZú population were higher than those of the MengguZú population， and the differences were statistically significant （P < 0.05）. There was no statistically significant difference in the distribution of ACTN3 gene R577X genotypes between different genders of northern HanZú and MongguZú （P > 0.05）. The differences in different genotype frequencies， and different allele frequencies were no statically signifrcant between the northern HanZú and the MongguZú in different genders （P > 0.05）. Conclusion The differences in ACTN3 gene R577X genotype frequency and allele frequency between northern HanZú and MongguZú populations have nothing to do with gender. RR genotype frequency related to explosive power is higher in northern HanZú population， while XX genotype frequency reflecting endurance in MongguZú population is higher.

[Key words] α-actinin 3; Polymorphism; Gene; Northern HanZú population; MongguZú population

近年來，關于基因多態性與健康相關性研究已被大量報道，其中與運動相關基因有數十個，主要影響機體結構和功能的敏感性差異[1-4]。其中α-輔肌動蛋白3（α-actinin-3，ACTN3）基因被廣泛關注，表達在骨骼肌快速糖酵解的Ⅱx纖維，ACTN3基因R577X多態性存在3種基因型，分別為RR型、RX型和XX型[5]。該基因多態性與有氧和無氧高度相關，影響肌肉纖維的結構和功能[6-7]。研究顯示[10-11]，577R等位基因與肌肉高速收縮呈正相關[8-9]，而XX基因型與耐力密切相關。在我國ACTN3基因多態性研究對象主要集中于特殊人群，如運動員、軍人等[12-15]，北方漢族和蒙古族是否存在ACTN3基因多態性差異鮮見報道，而蒙古族在歷史上屬于北方游牧民族。因此，本研究旨在探索北方漢族和蒙古族人群因歷史生活習性是否存在ACTN3基因多態性差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2019年9—11月選擇在北京佑安醫院參與健康體檢的北方漢族人群85名（男40名，女45名）和包頭醫學院蒙古族2019級預科班的健康體檢人群58名（男28名，女30名）作為研究對象，年齡18～21歲。北方漢族人群其雙親均為漢族且本人與雙親均無游牧習性;蒙古族人群其雙親均為蒙古族且本人與雙親均有游牧習性，未經任何專業訓練。研究方案經醫院醫學倫理學委員會批準，研究對象知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法

采集清潔口腔唾液2 mL，加入2 mL核酸裂解保護液后轉運到北京市肝病研究所利用唾液核酸提取試劑盒提取核酸（百泰克，貨號：DP7001）。取唾液900 μL，加入400 μL緩沖液VB;加入20 μL蛋白酶K，渦旋10 s，65℃放置25 min，其間渦旋數次;加入400 μL結合液CB，充分混勻，70℃放置10 min，3000 r/min離心30 s;加200 μL無水乙醇，充分混勻，3000 r/min離心30 s;將所得溶液加入微量吸附柱中，12 000 r/min離心30 s，棄廢液，加500 μL抑制物去除液IR，12 000 r/min離心30 s，棄廢液;加700 μL漂洗液WB，12 000 r/min離心30 s，棄廢液;加500 μL漂洗液WB，12 000 r/min離心30 s，棄廢液。吸附柱室溫放置數分鐘;將其轉入新的離心管中，滴加40 μL緩沖液EB，室溫放置2～5 min，12 000 r/min離心2 min。

1.3 高通量健康基因檢測

由富魯達公司設計與人類健康相關基因單核苷酸多態性位點96個，探針192條，其中ACTN3探針引物見表1。檢測設備為富魯達的Biomark HD，具體操作：樣品和探針引物混合液分別加到微流體動態芯片中，微流體動態芯片置于上樣機，可自動將樣品和探針引物混合液上樣至反應倉中，將微流體動態芯片放置Biomark HD實時熒光定量聚合酶鏈式反應系統中，進行聚合酶鏈式反應和收集數據;利用軟件分析結果及進行基因型判定。

1.4 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件對所得數據進行統計分析。計數資料以例數或百分比表示，采用χ2檢驗。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 北方漢族與蒙古族人群ACTN3基因多態性頻率分布比較

北方漢族和蒙古族人群ACTN3基因頻率符合遺傳法則（χ2=0.198、0.052，P > 0.05）。北方漢族與蒙古族人群不同基因型頻率、不同等位基因頻率比較，差異有統計學意義（P < 0.05）。見表2。

2.2 不同性別ACTN3基因多態性頻率分布比較

北方漢族人群不同性別ACTN3基因頻率符合遺傳法則（χ2=0.026、0.211，P > 0.05）;蒙古族人群不同性別ACTN3基因R577X基因型分布比較，差異無統計學意義（χ2 = 0.103、0.000，P > 0.05）。北方漢族與蒙古族不同性別人群中，不同基因型頻率、不同等位基因頻率比較，差異無統計學意義（P > 0.05）。

3 討論

ACTN3是肌動蛋白的結合蛋白，ACTN3基因R577X多態性指一個未成熟的終止密碼子造成16號外顯子第1747位核苷酸存在C→T的轉換，精氨酸密碼子被取代，從而使攜帶純合型X等位基因者ACTN3缺失，表現為較低的快肌纖維比率[5，16-20]。研究顯示ACTN3 R577X與肌肉力量/爆發力相關，577R等位基因和爆發力、力量能力有顯著的關聯，而577X等位基因與耐力密切相關[8-10，21-22]。Yang等[10]發現澳大利亞優秀速度力量型運動員R等位基因頻率顯著高于X等位基因，而杰出耐力運動員XX基因型頻率顯著高于速度力量型運動員。Niemi等[23]在分析ACTN3基因R577X多態性的關聯性中發現，速度運動員XX基因型頻率低于耐力運動員。然而，近期在698名高加索運動員研究顯示[24]，ACTN3 XX基因型在競技耐力跑比賽中所表現出的優勢不顯著。

由于ACTN3基因R577X多態性存在種族、地域、生活習性等多因素差異，不同種族或地域的人群在XX基因型的分布頻率可能具有顯著差異。研究發現伊朗人ACTN3基因R577X等位基因分布更接近高加索人，可能與古代人類從伊朗高原向歐洲遷徙路線相關[25]。在我國非運動員中ACTN3 R577X多態性的相關性研究目前鮮見報道。

本研究雖然樣本數量相對少，但經Hardy-Weinberg平衡檢驗結果顯示，仍可以作為北方漢族與蒙古族人群ACTN3基因R577X多態性頻率分布的代表。北方漢族與蒙古族人群基因型及等位基因分布頻率與性別無關，與運動爆發力相關的R577R頻率在蒙古族中低于北方漢族人群。相反，反映運動耐力的X577X頻率在蒙古族中高于北方漢族。北方漢族與蒙古族人群ACTN3基因多態性頻率分布差異可能與蒙古族游牧習性相關，但是否與歷史上游牧習性要求他們有更好的運動耐力有待于進一步大樣本研究。

[參考文獻]

[1]? Sarzynski MA，Loos RJ，Lucia A，et al. Advances in Exercise，Fitness，and Performance Genomics in 2015 [J]. Med Sci Sports Exerc，2016，48（10）：1906-1916.

[2]? Stebbings GK，Williams AG，Herbert AJ，et al. TTN genotype is associated with fascicle length and marathon running performance [J]. Scand J Med Sci Sports，2018，28（2）：400-406.

[3]? Antonio J，Knafo S，Kapoor R，et al. A fat mass and obesity-associated gene polymorphism influences fat mass in exercise-trained individuals [J]. J Int Soc Sports Nutr，2018，15（1）：40.

[4]? Koku FE，Karamzrak SO，ifti AS，et al. The relationship between ACTN3 R577X gene polymorphism and physical performance in amateur soccer players and sedentary individuals [J]. Biol Sport，2019，36（1）：9-16.

[5]? Garton FC，Houweling PJ，Vukcevic D，et al. The Effect of ACTN3 Gene Doping on Skeletal Muscle Performance [J]. Am J Hum Genet，2018，102（5）：845-857.

[6]? Silva MS，Bolani W，Alves CR，et al. Elimination of influences of the ACTN3 R577X variant on oxygen uptake by endurance training in healthy individuals [J]. Int J Sports Physiol Perform，2015，10（5）：636-641.

[7]? Bottura RM，Lima GHO，Hipolide DC，et al. Association between ACTN3 and acute mountain sickness [J]. Genes Environ，2019，41（1）：18.

[8]? Moran CN，Yang N，Bailey ME，et al. Association analysis of the ACTN3 R577X polymorphism and complex quantitative body composition and performance phenotypes in adolescent Greeks [J]. Eur J Hum Genet，2007，15（1）：88-93.

[9]? Delmonico MJ，Kostek MC，Doldo NA，et al. Alpha-actinin-3 （ACTN3） R577X polymorphism influences knee extensor peak power response to strength training in older men and women [J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2007， 62（2）：206-212.

[10]? Yang N，MacArthur DG，Gulbin JP，et al. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance [J]. Am J Hum Genet，2003，73（3）：627-631.

[11]? del Coso J，Moreno V，Gutiérrez-Hellín J，et al. ACTN3 R577X Genotype and Exercise Phenotypes in Recreational Marathon Runners [J]. Genes （Basel），2019，10（6）：413.

[12]? Yang R，Shen X，Wang Y，et al. ACTN3 R577X Gene Variant Is Associated With Muscle-Related Phenotypes in Elite Chinese Sprint/Power Athletes [J]. J Strength Cond Res，2017，31（4）：1107-1115.

[13]? Shang X，Zhang F，Zhang L，et al. ACTN3 R577X polymorphism and performance phenotypes in young Chinese male soldiers [J]. J Sports Sci，2012，30（3）：255-260.

[14]? 賈松竹，李麗.ACTN3基因多態性與黑龍江省雪上項目運動員運動能力相關性分析[J].當代體育科技，2018，8（32）：219-220.

[15]? 張志明，高鵬華.西北漢族女性ACTN3基因多態性頻率分布特征[J].國際檢驗醫學雜志，2011，32（4）：11-12，15.

[16]? Potocka N，Penar-Zadarko B，Skrzypa M，et al. Association of ACTN3 Polymorphism with Body Somatotype and Cardiorespiratory Fitness in Young Healthy Adults [J]. Int J Environ Res Public Health，2019，16（9）：1489.

[17]? Harada N，Hatakeyama A，Okuyama M，et al. Readthrough of ACTN3 577X nonsense mutation produces full-length α-actinin-3 protein [J]. Biochem Biophys Res Commun，2018，502（3）：422-428.

[18]? Massidda M，Voisin S，Culigioni C，et al. ACTN3 R577X Polymorphism Is Associated With the Incidence and Severity of Injuries in Professional Football Players [J]. Clin J Sport Med，2019，29（1）：57-61.

[19]? Ginszt M，Michalak-Wojnowska M，Gawda P，et al. ACTN3 Genotype in Professional Sport Climbers [J]. J Strength Cond Res，2018，32（5）：1311-1315.

[20]? Levinger I，Yan X，Bishop D，et al. The influence of α-actinin-3 deficiency on bone remodelling markers in young men [J]. Bone，2017，98：26-30.

[21]? Coelho DB，Pimenta EM，Rosse IC，et al. Alpha-Actinin-3 R577X Polymorphism Influences Muscle Damage and Hormonal Responses After a Soccer Game [J]. J Strength Cond Res，2019，33（10）：2655-2664.

[22]? Domańska-Senderowska D，Szmigielska P，Snochowska A，et al. Relationships between the Expression of the ACTN3 Gene and Explosive Power of Soccer Players [J]. J Hum Kinet，2019，69：79-87.

[23]? Niemi AK，Majamaa K. Mitochondrial DNA and ACTN3 genotypes in Finnish elite endurance and sprint athletes [J]. Eur J Hum Genet，2005，13（8）：965-969.

[24]? Papadimitriou ID，Lockey SJ，Voisin S，et al. No association between ACTN3 R577X and ACE I/D polymorphisms and endurance running times in 698 Caucasian athletes [J]. BMC Genomics，2018，19（1）：13.

[25]? Fattahi Z，Najmabadi H. Prevalence of ACTN3 （the athlete gene） R577X polymorphism in Iranian population [J]. Iran Red Crescent Med J，2012，14（10）：617-622.

（收稿日期：2020-06-04）