李濤

（上海體育學(xué)院武術(shù)學(xué)院，上海200438）

基因研究在體育中的應(yīng)用進(jìn)展

李濤

（上海體育學(xué)院武術(shù)學(xué)院，上海200438）

文章對競技體育人才培養(yǎng)過程中選材和訓(xùn)練環(huán)節(jié)應(yīng)用基因技術(shù)的研究進(jìn)行了綜述，對與選材有關(guān)的有氧能力、速度等運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因研究及訓(xùn)練過程中訓(xùn)練效果與基因表達(dá)、運(yùn)動(dòng)員營養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)損傷的基因治療、基因興奮劑等相關(guān)基因研究的最新研究動(dòng)態(tài)和現(xiàn)階段存在的不足進(jìn)行了總結(jié)，對將來的研究趨勢進(jìn)行了展望。結(jié)論認(rèn)為：基因技術(shù)應(yīng)用于體育科研是體育發(fā)展新的動(dòng)力和必然選擇，完善研究的整體思路，建立健全運(yùn)動(dòng)能力最關(guān)鍵生理決定因子篩選的理論系統(tǒng)是基因技術(shù)服務(wù)于體育事業(yè)的基礎(chǔ)。

體育基因選材訓(xùn)練監(jiān)控基因治療基因興奮劑

1 運(yùn)動(dòng)員選材與基因

基因決定運(yùn)動(dòng)能力已成為事實(shí)，隨著訓(xùn)練方法的完善和統(tǒng)一，許多運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專家已充分認(rèn)識(shí)到，只有那些具有運(yùn)動(dòng)天賦的人才能取得最優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)成績。人們?yōu)榱颂矫鬟@些運(yùn)動(dòng)天賦有關(guān)表型的基因標(biāo)記或定位，以解決優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的早期選材問題和從分子水平揭示人類運(yùn)動(dòng)能力的遺傳機(jī)制進(jìn)行了大量探索，其中有氧能力相關(guān)基因是研究熱點(diǎn)。對力量，速度等相關(guān)基因也進(jìn)行了一些研究，但尚處于探索起步階段。

1.1 有氧運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因的研究

人體有氧運(yùn)動(dòng)能力是多因子控制的，由肌肉、血液循環(huán)、呼吸等系統(tǒng)及決定每個(gè)系統(tǒng)能力的多個(gè)因素共同決定。目前還沒有學(xué)者對其所有相關(guān)表型進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，僅對個(gè)別因素的部分相關(guān)基因進(jìn)行了關(guān)聯(lián)或連鎖研究，主要有ACE基因、線粒體基因、肌肉組織特異性磷酸肌酸激酶（CKMM）基因、MB基因、PPARGC1基因、Na+-K+-Apa seA2基因、腎上腺A受體（ADRA2A）基因等。

1.1.1 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶基因（ACE基因）

ACE基因位于17q23,全長21 kb,含26個(gè)外顯子和25個(gè)內(nèi)含子,在第16號(hào)內(nèi)含子處，以是否存在一段287 bp的重復(fù)序列為標(biāo)記，構(gòu)成ACE基因的插入（I）缺失（D）多態(tài)。

ACE基因是目前人們關(guān)注最多的基因，研究結(jié)果可分為兩種觀點(diǎn)。一種持肯定觀點(diǎn)，認(rèn)為ACE基因可作為人體優(yōu)秀有氧運(yùn)動(dòng)能力的遺傳標(biāo)記基因。支持這一觀點(diǎn)的研究主要有一下幾項(xiàng)：英國科研人員以Montgomery為首的研究小組對33名全英國最優(yōu)秀登山運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行ACE基因插入（I）缺失（D）多態(tài)性分析發(fā)現(xiàn)，登山運(yùn)動(dòng)員等位基因和基因型頻率與對照組普通健康男子表現(xiàn)出顯著性差異，運(yùn)動(dòng)員多為II純合子，少有DD純合子，并且前五名最優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員均為II純合子。

席翼對中國100名漢族優(yōu)秀長跑運(yùn)動(dòng)員的研究認(rèn)為，I等位基因和II基因型在漢族優(yōu)秀長跑運(yùn)動(dòng)員中的特異性存在，可支持其作為杰出耐力基因標(biāo)記的觀點(diǎn)，同時(shí)，可將DD型純合子作為漢族非杰出耐力的基因標(biāo)記，即視為漢族有氧耐力運(yùn)動(dòng)員選材的“門檻”。并且ACE基因I等位基因?qū)τ?xùn)練具有敏感性，II基因型可能更敏感。

另一些研究持否定觀點(diǎn)，認(rèn)為ACE基因不是人體有氧運(yùn)動(dòng)能力的標(biāo)記基因。支持這一觀點(diǎn)的研究主要來自在對混合項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的研究。Taylor等對120名運(yùn)動(dòng)員來自混合的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（曲棍球26名、自行車25名、滑雪21名、田徑15名、游泳13名、劃艇7名、體操5名、其他項(xiàng)目8名）的運(yùn)動(dòng)員研究發(fā)現(xiàn)I等位基因與有氧能力沒有關(guān)聯(lián)。

1.1.2 線粒體DNA

線粒體是人體細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場所，是人體的能量工廠。線粒體產(chǎn)生ATP的速度是人體運(yùn)動(dòng)能力的限制因素。同時(shí)，線粒體具有獨(dú)立于細(xì)胞核的遺傳系統(tǒng)，具有自我復(fù)制功能，控制一定性狀，并完全來自母系遺傳。因而近年來成為人們研究的熱點(diǎn)。常蕓等發(fā)現(xiàn)我國耐力運(yùn)動(dòng)員線粒體高變區(qū)1有8個(gè)特有的異質(zhì)性多態(tài)位點(diǎn)。高變區(qū)1多態(tài)位點(diǎn)C16167A、C16085G及T16124A可作為良好的遺傳標(biāo)記,其多態(tài)性可能造成人類有氧代謝能力的個(gè)體差異。

1.2 速度相關(guān)基因

速度素質(zhì)主要取決于肌纖維中快肌纖維和慢肌纖維的比例。因?yàn)閮烧叩墓┠芊绞郊笆湛s速度不同。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，牙買加人獨(dú)領(lǐng)短跑風(fēng)騷。英國格拉斯哥大學(xué)和西印度大學(xué)的科學(xué)家研究了超過200名牙買加運(yùn)動(dòng)員，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有70%的人體內(nèi)擁有一種名為Actinen的物質(zhì)，這種物質(zhì)可以改進(jìn)與瞬間速度有關(guān)的肌肉纖維，而這些肌肉纖維可以使運(yùn)動(dòng)員跑得更快。Actinen也是有相應(yīng)基因編碼的。Yang對992名希臘青少年進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，ACTN3基因多態(tài)性與40m短速跑成績有明顯相關(guān)性。研究表明在奧運(yùn)會(huì)選手中絕大多數(shù)短跑運(yùn)動(dòng)員的基因型為C/C純合型。與其它運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因一樣，速度相關(guān)基因也需要多角度多基因綜合分析。

1.3 其它相關(guān)基因的研究

這些研究包括：肌肉組織特異性磷酸肌酸激酶（CKMM）基因、PPARGC1基因、Na+-K+-Apa seA2基因、腎上腺A受體（ADRA2A）基因、人類白細(xì)胞抗原（HLA）基因等。國內(nèi)外學(xué)者對這些基因與有氧能力及有氧能力訓(xùn)練敏感性進(jìn)行了關(guān)聯(lián)研究。研究結(jié)果顯示這些基因與運(yùn)動(dòng)能力有一定關(guān)聯(lián)，但關(guān)聯(lián)性不大。說明這些基因不是有氧能力的主要標(biāo)記基因。這提示我們，有氧能力性狀是多基因控制的復(fù)雜表型，目前選擇的性狀相關(guān)基因進(jìn)行的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我們應(yīng)該用更科學(xué)而客觀的指標(biāo)反映有氧能力的高低，從新的角度尋找對有氧能力起作用的相關(guān)基因，并對多個(gè)相關(guān)基因?qū)τ醒跄芰Φ木C合影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。

2 訓(xùn)練監(jiān)控與基因

對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)的訓(xùn)練和監(jiān)控是提高訓(xùn)練效果、防止過度疲勞、減少運(yùn)動(dòng)員損傷等的先決條件。訓(xùn)練過程中運(yùn)動(dòng)員的機(jī)能狀態(tài)、疲勞程度、訓(xùn)練效果，營養(yǎng)狀況等都可以在基因表達(dá)層次上檢測到客觀的指標(biāo)，因而在訓(xùn)練監(jiān)控過程中應(yīng)用相關(guān)基因技術(shù)，可以高效準(zhǔn)確地指導(dǎo)教練員制定訓(xùn)練計(jì)劃和運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練。

2.1 訓(xùn)練效果與基因表達(dá)

陶占泉等對遞增負(fù)荷訓(xùn)練對免疫細(xì)胞mRNA表達(dá)的研究表明，經(jīng)過5周遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練使T-helper1/T-helper2細(xì)胞因子基因表達(dá)上調(diào)，機(jī)體免疫平衡協(xié)調(diào)能力提高。柯杰兵等也發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)規(guī)律的太極拳運(yùn)動(dòng)可使能量代謝，尤其是三羧酸循環(huán)相關(guān)酶基因表達(dá)上調(diào)，而使肌肉蛋白合成相關(guān)基因和神經(jīng)鞘脂類相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)。所以在基因水平檢測訓(xùn)練效果是完全可行的。同樣道理，過度疲勞可以首先在基因表達(dá)層次上得到檢測，從而及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃；也可以檢測過度疲勞是否已經(jīng)消除，從而及時(shí)進(jìn)入正常訓(xùn)練。

2.2 運(yùn)動(dòng)員營養(yǎng)與基因

合理營養(yǎng)是運(yùn)動(dòng)員保持良好機(jī)能狀態(tài)，取得良好訓(xùn)練效果，獲得優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)成績的前提條件。營養(yǎng)缺乏和過量都會(huì)直接影響運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能。目前尚未發(fā)現(xiàn)對人體營養(yǎng)和基因相關(guān)性的研究，但此方面研究在其它生物群體中已經(jīng)取得了一定成果，我們可以借鑒并應(yīng)用到人體的研究之中。徐曉燕指出，水稻對Zn營養(yǎng)具有明顯的基因型差異。對其它植物K、P、N等營養(yǎng)的研究也證明具有基因型差異。這提示我們，不同運(yùn)動(dòng)員個(gè)體的營養(yǎng)需求是有個(gè)體差異的，這些差異可以在基因水平上得到檢測。可以通過基因檢測避免運(yùn)動(dòng)員營養(yǎng)不足和營養(yǎng)過量對運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的不利影響。

2.3 運(yùn)動(dòng)損傷與基因

在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及比賽過程中，骨骼，肌肉，韌帶等組織易出現(xiàn)損傷，損傷的治療和恢復(fù)的效果直接影響運(yùn)動(dòng)員的健康和運(yùn)動(dòng)壽命。1967年，諾貝爾獎(jiǎng)得主Marshall Nirenberg首次提出利用合成信息加工處理細(xì)胞，并對其前景和危險(xiǎn)性作了分析，從而拉開了人類基因治療的序幕?；蛑委熤饕扇蓷l治療策略，即體內(nèi)途徑和體外途徑?；蛑委熢陉P(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)損傷的治療所采用的是體外途徑。當(dāng)前研究證明，一些生長因子具有促進(jìn)軟骨細(xì)胞合成基質(zhì)代謝的作用，主要有血小板衍生生長因子、成纖細(xì)胞生長因子、表皮生長因子和轉(zhuǎn)移生長因子、胰島素樣生長因子和骨形態(tài)發(fā)生蛋白等。Bandar的研究顯示，轉(zhuǎn)移基因在膝關(guān)節(jié)中有較高量表達(dá)，五周后仍有檢測到高濃度白細(xì)胞介素受體的競爭抑制蛋白，有效的抑制了炎癥反應(yīng)。Sergei等在鼠上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)同樣顯示，利用轉(zhuǎn)染細(xì)胞進(jìn)行膝關(guān)節(jié)基因治療，可以明顯抑制關(guān)節(jié)炎的炎癥反應(yīng)。

2.4 基因興奮劑

為了保證運(yùn)動(dòng)員的身體健康及競技比賽的公正性，國際奧委會(huì)、世界反興奮劑協(xié)會(huì)（WorldAnti-Dop ingAgency，WADA）和國際運(yùn)動(dòng)聯(lián)盟已經(jīng)將基因興奮劑列入違禁藥，禁止運(yùn)動(dòng)員使用。WADA將基因興奮劑定義為非治療目的應(yīng)用能提高運(yùn)動(dòng)能力的基因、遺傳元件或細(xì)胞。

基因興奮劑可通過增加心肌收縮力、增加氧運(yùn)輸功能、增強(qiáng)肌肉收縮能力等而提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力。申建勇指出可能用做基因興奮劑的基因有促紅細(xì)胞生成素（EPO）基因、胰島素樣生長因子-I（IGF-I）基因、ACE基因、機(jī)械生長因子（MGF）基因、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）基因、肌抑制素（myostatin）基因等。1999年Maurice等通過動(dòng)脈導(dǎo)管從冠狀動(dòng)脈內(nèi)導(dǎo)入心肌β-腎上腺素能受體基因重組的腺病毒顆粒，使心肌內(nèi)β-AR基因的表達(dá)增加5-10倍，心肌收縮力、射血分?jǐn)?shù)、排血量和對異丙基腎上腺素的反應(yīng)亦明顯增加。

基因興奮劑存在很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)，危及運(yùn)動(dòng)員的健康和生命，并帶來了一系列社會(huì)倫理問題。因此，規(guī)范基因治療，禁止基因興奮劑是競技體育將要面臨的重要難題。

3 結(jié)語

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，將基因技術(shù)應(yīng)用于體育科研是體育發(fā)展新的動(dòng)力和必然選擇。為使基因技術(shù)更好地服務(wù)于體育事業(yè)，我們尚需在以下幾方面做出更大的努力：結(jié)合生理學(xué)和社會(huì)科學(xué)相關(guān)知識(shí)，從影響人體運(yùn)動(dòng)能力的局部和系統(tǒng)的點(diǎn)面結(jié)合的角度發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能力的限制因素相關(guān)基因。完善對運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因研究的整體思路，既要研究與運(yùn)動(dòng)能力可能相關(guān)的個(gè)別基因特性，又要加強(qiáng)對如何確定運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因系統(tǒng)理論的研究。因此，建立健全篩選運(yùn)動(dòng)能力最關(guān)鍵生理因素的理論系統(tǒng)將是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因定位研究的前提，也應(yīng)是我們今后工作的重點(diǎn)。在基因治療方面，通過立法規(guī)范基因研究在體育領(lǐng)域中的應(yīng)用，合理合法地利用基因治療，杜絕基因興奮劑。使基因科技的這把雙刃劍更好地服務(wù)于體育健康事業(yè)。

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The Application of Gene Technology in Sport

Li Tao
（Wushu School of Shanghai University of Sport,Shanghai 200438）

The papers summarized the results ofresearches on the application of gene technology in sport talents training process.The selection of relevant aerobic capacity,speed and related gene research training process monitoring,athletes training effect gene nutrition,sports injury gene therapy,genes related gene study doping dynamic and the latest research existing deficiencies are summarized,and the research trend in the future was prospected.It believed that gene technology applied in physical research is the new motivation and inevitable choice for sport study, while improving the overall thinking research,establishing and perfecting the sport ability key decision factors of physiological theory system is the basis of gene technology serving sports study.

SportsGene Selection of athletesmonitoring of the trainingGene therapyGene doping

G807.2

A

1004—5643（2010）01—0089—03

李濤（1985～），男，在讀碩士研究生。研究方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。