錢(qián) 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(dòng)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(duì)于已患各種慢性病的人來(lái)說(shuō)，科學(xué)的有氧運(yùn)動(dòng)能起到藥物所達(dá)不到的效果。人們從血液生化水平對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康機(jī)制的研究較為多見(jiàn)，而有氧運(yùn)動(dòng)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(duì)有氧運(yùn)動(dòng)與基因表達(dá)的研究速度大大加快。

太極拳運(yùn)動(dòng)是一種中國(guó)傳統(tǒng)健身項(xiàng)目，不僅在中國(guó)開(kāi)展十分普及，也深受海外大眾的喜愛(ài)。許多科學(xué)研究都證明了太極拳運(yùn)動(dòng)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(lái)研究太極拳運(yùn)動(dòng)對(duì)人全基因組表達(dá)的影響。傳統(tǒng)上，對(duì)于骨骼肌代謝變化的研究主要依賴(lài)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(shí)地、平行地研究運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肌肉代謝變化的全部 “圖譜”。最近發(fā)展起來(lái)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(tái)。本課題采用基因表達(dá)譜芯片對(duì)有氧運(yùn)動(dòng) （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(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析，以闡述運(yùn)動(dòng)對(duì)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(duì)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(gè)小時(shí)，運(yùn)動(dòng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)前和運(yùn)動(dòng)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(dòng)前作為一組數(shù)據(jù) （包括6個(gè)GSM），將其9個(gè)月有氧訓(xùn)練結(jié)束后24小時(shí)芯片數(shù)據(jù)作為另一組 （包括6個(gè)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(guò)BRB默認(rèn)的濾過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，采用BRB分類(lèi)對(duì)比的方法對(duì)太極拳運(yùn)動(dòng)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(gè)基因表達(dá)下調(diào)，95個(gè)基因表達(dá)上調(diào)。然后再采用BRB雙向分層聚類(lèi)的方法對(duì)這98條基因進(jìn)行聚類(lèi)分析，人工聚為三類(lèi)。

表1 太極拳運(yùn)動(dòng)前后差異表達(dá)基因涉及的GO類(lèi)

再將通過(guò)濾過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的基因進(jìn)行BRB默認(rèn)的GO對(duì)比分析，有16個(gè)GO類(lèi)與濾過(guò)基因匹配 （見(jiàn)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(guò)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(jí)主動(dòng)運(yùn)輸體活性、肌動(dòng)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(dòng)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(hào)、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(dòng)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(hào)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(shí)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(shì)。太極拳運(yùn)動(dòng)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(shì)，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(duì)Ⅱ型糖尿病的靶向治療提供了思路。同時(shí)太極拳運(yùn)動(dòng)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(dòng)可有效避免這些疾患的發(fā)生。

[1] Lakka TA，Laaksonen DE.Physical activity in prevention and treatment of the metabolic syndrome[J].Appl Physiol Nutr Metab.2007，32 （1）:76～ 88

[2]O'Gorman DJ，Krook A.Exercise and the treatment of diabetes and obesity.Endocrinol Metab Clin North Am.2008 Dec;37（4）:887～ 903

[3]Ling C，Groop L.Epigenetics:a molecular link between environmental factors and type 2 diabetes.Diabetes.2009 Dec;58 （12）:2718～25

[4]Warden CH，F(xiàn)isler JS.Gene-nutrient and gene-physical activity summary--genetics viewpoint.Obesity（Silver Spring）.2008 Dec;16 Suppl 3:S55～9

[5]Rangwala SM，Wang X，Calvo JA，etc.Estrogen-related receptor{gamma}is a key regulator of muscle mitochondrial activity and oxidative capacity.J Biol Chem.2010 Apr 23.[Epub ahead of print]