張學(xué)領(lǐng)

（鄭州大學(xué)體育學(xué)院，河南鄭州450044）

?運動人體科學(xué)

β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)性與男性青少年代謝綜合征患者運動康復(fù)效果的關(guān)聯(lián)研究

張學(xué)領(lǐng)

（鄭州大學(xué)體育學(xué)院，河南鄭州450044）

目的：探討β3-腎上腺素受體（β3-AR）基因Trp64Arg位點多態(tài)性與男性青少年代謝綜合征（MS）患者運動康復(fù)效果的關(guān)系，為制訂基于基因多態(tài)的特異性運動處方提供依據(jù)。方法：62名男性青少年MS患者進(jìn)行為期16周的有氧運動；聚合酶鏈反應(yīng)-限制性片段長度多態(tài)（PCR-RFLP）法測定β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)性；運動前后測定身體形態(tài)學(xué)、血壓、血糖、血脂和MS z評分等相關(guān)指標(biāo)；分析基因多態(tài)性與各指標(biāo)的關(guān)系。結(jié)果：β3-AR基因3種基因型頻率（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）和等位基因頻率（Trp：83.1%，Arg：16.9%）符合H-W遺傳平衡定律。實驗前組間比較，Trp／Arg組身體形態(tài)學(xué)參數(shù)（BW、BMI、WC、BF%）、血糖參數(shù)（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MS z評分均高于Trp／Trp組（P＜0.05或P＜0.01）。實驗后，組內(nèi)與實驗前比較，Trp／Trp組WC、BF和MSz評分顯著性下降（P＜0.05或P＜0.01），Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MSz評分顯著性降低（P＜0.05或P＜0.01）；組間比較，Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z評分的變化率顯著性高于Trp／Trp組（P＜0.01）。結(jié)論：男性青少年MS易感性以及運動康復(fù)效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)有關(guān)，Trp／Arg基因型患者易患MS，同時對于運動康復(fù)的效果較Trp／Trg基因型更為敏感。

青少年；代謝綜合征；運動康復(fù)；β3-腎上腺素受體；基因多態(tài)

代謝綜合征（metabolic syndrome，MS）是指個體中多種代謝組分異常聚集的病理狀態(tài)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高，生活方式發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，MS及其所引起的心血管疾病的發(fā)病率在我國已快速增長，尤其是在青少年中的發(fā)病率日益攀升。朱建芳等的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，402例中、重度肥胖青少年中MS的發(fā)生率分別為17.81%和28.57%。有研究顯示，在肥胖兒童青少年中，高年齡組（10～16歲）MS的發(fā)生率要顯著高于低年齡組（7～10歲）。MS時發(fā)生的代謝異常不僅影響青少年的身心健康，更是成年期心腦血管疾病、糖尿病、痛風(fēng)等疾病的隱患。研究表明，適量的運動，特別是有氧運動可增加機(jī)體的能量消耗，對于MS的各個組分均有改善作用，如降低血壓、血糖、血脂，增加胰島素敏感性，以及減少脂肪堆積，并有效降低心血管事件的發(fā)生［1］。此外，抗阻訓(xùn)練可改善體成分、增加瘦體重，并提高安靜時的代謝率［2］。但不同個體對于運動干預(yù)的效果存在顯著個體差異，其原因可能與遺傳因素有關(guān)。β3-腎上腺素受體（β3-adrenoceptor，β3-AR）屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族，主要分布在脂肪組織，受體激動后可介導(dǎo)脂肪分解與產(chǎn)熱［3］。研究發(fā)現(xiàn)，β3-AR基因Trp64Arg變異與MS易感性密切相關(guān)［4-5］，而肥胖患者通過節(jié)食進(jìn)行體重控制的效果亦與該位點多態(tài)有關(guān)聯(lián)［6-7］，但與運動康復(fù)效果的關(guān)聯(lián)性研究尚無報道。本課題組推測不同β3-AR基因型患者對于相同負(fù)荷運動的反應(yīng)與敏感性存在差異，進(jìn)而影響運動康復(fù)的療效。為證實上述假設(shè)，選取男性青少年MS患者為受試對象，探討β3-AR基因Trp64Arg多態(tài)性與16周運動康復(fù)效果的關(guān)系，為制訂基于基因多態(tài)的特異性運動處方提供依據(jù)。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

2013年4月—2013年6月，在鄭州市某中學(xué)選取15個班中符合本實驗要求的受試者62名。青少年MS的診斷標(biāo)準(zhǔn)：腰圍大于或等于同年齡和性別青少年第90百分位數(shù)所對應(yīng)腰圍的臨界點，以及合并以下4項指標(biāo)中任意2項者：1）甘油三酯（triglyceride，TG）≥1.70 mmol／L（150 mg／dl）；2）高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesferol，HDL-c）≤1.03 mmol／L（40 mg／dl）；3）收縮壓≥130 mm-Hg和／或舒張壓≥85 mmHg；4）空腹血糖（fasting blood glucose，F(xiàn)BG）≥5.6 mmol／L（100 mg／dl）或已確診為2型糖尿?。?-9］。排除骨關(guān)節(jié)疾病者、繼發(fā)性肥胖者以及急慢性感染者。

1.2 身體形態(tài)學(xué)參數(shù)測定

包括身高、體重（body weight，BW）和身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）（BMI＝體重／身高2）、腰圍和體脂百分比（percentage of body fat，BF%）。腰圍（waist circumference，WC）采用皮尺測量，方法：皮尺經(jīng)髂前上棘和第12肋下緣連線中點處，水平纏繞1周，于自然呼氣末測量其圍度。BF%采用身體組成成分儀（Inbody 4.0，韓國）測定，測試前空腹、排空大小便，以脂肪重量占體重的百分比表示。

1.3 血壓測定

受試者坐位休息15 min后，采用經(jīng)校正的標(biāo)準(zhǔn)臺式水銀柱血壓計進(jìn)行測試。測試時受試者取端坐位，測量右上臂肱動脈血壓，每次間隔10 min，連續(xù)測量3次，取均值，獲得收縮壓（systolic blood pressure，SBP）和舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）。

1.4 血液指標(biāo)測定

受試者于清晨空腹?fàn)顟B(tài)下肘正中靜脈取血5 ml，其中3 mL于4℃離心提取血清待測血生化指標(biāo)，另外2 ml全血用于提取白細(xì)胞基因組DNA。血脂各指標(biāo)包括TG、總膽固醇（total cholesterol，TC）、HDL-c和低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesferol，LDL-c）采用酶法；血糖各指標(biāo)中FBG采用葡萄糖氧化酶法，糖化血紅蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）采用高壓液相色譜法，空腹胰島素（fasting insulin，F(xiàn)Ins）采用放免法（試劑盒由南京建成生物工程研究所提供）測定，用穩(wěn)態(tài)模型評估法（homeostatic model assessment，HOMA）計算胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-insulin resistance index，HOMAIR），計算公式：HOMA-IR＝（FBG［mmol／L］）×（FIns［μU／mL］）／22.5。所有操作嚴(yán)格按照試劑盒說明進(jìn)行，批內(nèi)和變異系數(shù)均＜8.5%。

1.5 MS z評分

參照Potteiger等［10］提出方法計算MSz評分，該評分包含了MS五個危險因素（組分）：HDL-c（mg／dl）、TG（mg／dl）、FPG（mg／dl）、WC（cm）和平均動脈壓（mean arterial pressure，MAP）（mmHg），其中MAP＝DBP+（SBP-DBP）／3。根據(jù)個體數(shù)據(jù)、診斷標(biāo)準(zhǔn)和所有受試者的基線標(biāo)準(zhǔn)差（SD）進(jìn)行計算，公式：MS z評分＝（40-HDL-c）／SD+（TG-150）／SD+（FBG-100）／SD+（WC-同年齡和性別第90百分位數(shù)所對應(yīng)腰圍臨界值）／SD+（MAP-100）／SD。

1.6 β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)測定

采用聚合酶鏈反應(yīng)-限制性片段多態(tài)性（polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism，PCR-RFLP）法進(jìn)行基因分型。1）取100 μL全血用DNA提取試劑盒（武漢博士德生物工程有限公司）提取白細(xì)胞基因組DNA。2）目的基因引物設(shè)計：上游5’-CGCCCAATACCGCCAACAC-3’，下游5’-CCACCAGGAGTCCCATCACC-3’。3）擴(kuò)增反應(yīng)體系：上下游引物各10 pmol，基因組DNA 2 μl，Taq DNA聚合酶1 U，10×buffer 7μl，MgCl22 mmol／L，dNTPs各0.01μmol，補(bǔ)三蒸水至25μl。反應(yīng)條件：預(yù)變性95℃10 min，變性94℃30 s，退火60℃1min，延伸72℃30 s，共40個循環(huán)，終末延伸72℃5 min。4）限制性內(nèi)切酶消化：20μl反應(yīng)體系中PCR產(chǎn)物10μl，Bst NI內(nèi)切酶10 U，10×Buffer 2 μl，三蒸水7μl，混勻后37℃孵育10 h。5）取酶切產(chǎn)物10？l，EB染色，4%瓊脂糖凝電泳，經(jīng)電子凝膠成像系統(tǒng)分析結(jié)果。根據(jù)產(chǎn)物片段分為3型：野生型純合子（Trp／Trp）的酶切片段為99、62、30、12和7 bp；突變型雜合子（Trp／Arg）的酶切片段為161、99、62、30、12和7bp；突變型純合子（Arg／Arg）的酶切片段為161、30、12和7 bp。

1.7 運動處方

受試者除參加學(xué)校安排的體育課（2次／周，40 min／次）外，還需參加每周2次、每次持續(xù)60 min，共16周的運動處方干預(yù)。運動方案包括抗阻訓(xùn)練、有氧運動和游戲類活動。先進(jìn)行抗阻訓(xùn)練（仰臥起坐、俯臥撐、雙杠臂屈伸、單杠引體向上、蹲起，共兩組，組間間歇1～2min），中間穿插進(jìn)行有氧運動（慢跑、跳繩和健美操），最后進(jìn)行游戲類活動如足球、籃球、羽毛球、接力跑和上下樓梯。前8周運動強(qiáng)度為最大預(yù)測心率的50%～60%（最大預(yù)測心率計算公式［11］：HRmax＝208-0.7×年齡），后8周為60%～70%HRmax，靶心率用遙測心率表（Polar FT4，芬蘭）持續(xù)監(jiān)控，受試者在運動中根據(jù)提前設(shè)定的心率范圍及時調(diào)整運動強(qiáng)度。運動開始前進(jìn)行10 min熱身以避免運動損傷，結(jié)束后進(jìn)行5～10 min主要肌肉群的拉伸練習(xí)，以減輕延遲性肌肉酸痛。受試者在家長的陪同下，由體育教師、健身指導(dǎo)員和科研人員對訓(xùn)練過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控并記錄訓(xùn)練日志，同時每周通過1～2次健康教育等方式提高依從性。

1.8 統(tǒng)計方法

所有數(shù)據(jù)用SPSS 14.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析處理?；蛐?、等位基因分布頻率、MS各組分的變化率用“%”表示，其他數(shù)據(jù)用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。MS各組分在運動前后的變化率（△%）＝（運動后數(shù)值-運動前數(shù)值）／運動前數(shù)值×100%。按照β3-AR基因Trp64Arg多態(tài)分型將受試者分為Trp／Trp組和Trp／Arg組（本研究未發(fā)現(xiàn)Arg／Arg基因型者）。哈迪·溫伯格（Hardy-Weinberg，H-W）遺傳平衡使用卡方（χ2）檢驗，組內(nèi)實驗前后比較使用配對t檢驗，組間比較使用獨立樣本t檢驗。P＜0.05為顯著性水平，P＜0.01為非常顯著水平。

2 結(jié)果

2.1 β3-AR基因Trp64Arg多態(tài)性分布頻率與H-W平衡檢驗

β3-AR基因3種基因型分布頻率（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）和等位基因頻率（Trp：83.1%，Arg：16.9%）經(jīng)χ2檢驗P＞0.05，符合H-W遺傳平衡定律，具有群體代表性（表1）。

表1 β3-AR基因型及等位基因分布頻率

2.2 不同β3-AR基因型受試者的基線特征比較

受試者實驗前一般特征見表2。Trp／Arg組身體形態(tài)學(xué)參數(shù)（BW、BMI、WC、BF%）、血糖參數(shù)（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MS z評分均高于Trp／Trp組（P＜0.05或P＜0.01），血壓和血脂各參數(shù)在兩組間無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 不同β3-AR基因型受試者的基線特征

2.3 不同β3-AR基因型受試者實驗前后MS各組分的變化

實驗后，組內(nèi)與實驗前比較，Trp／Trp組WC、BF和MS z評分顯著性下降（P＜0.05或P＜0.01），Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z評分顯著性降低（P＜0.05或P＜0.01）；組間比較，Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、 FIns、HOMA-IR和MS z評分的變化率顯著性高于Trp／Trp組（P＜0.01）（表3）。

表3 不同β3-AR基因型受試者各指標(biāo)的變化

3 討論

由于處于生長發(fā)育期，針對青少年MS患者不宜過分節(jié)食，也不提倡使用減肥藥物，主要應(yīng)通過合理的飲食結(jié)構(gòu)及適當(dāng)?shù)倪\動康復(fù)療法來控制體重。研究證實，運動對于MS的各個組分均有改善作用，如降低血壓、血糖、血脂，增加胰島素敏感性，以及減少脂肪堆積［1］，但不同個體運動康復(fù)的療效存在顯著差異，其原因之一與某些基因的變異有關(guān)［12-13］。因此，把基因多態(tài)策略應(yīng)用于青少年MS患者的運動干預(yù)中，研究不同基因型患者對運動干預(yù)的敏感性差異，將來可以為患者制訂基于基因多態(tài)的運動處方，即根據(jù)個體的遺傳背景選擇個性化的運動強(qiáng)度和運動量，以取得更好的運動康復(fù)療效［14-15］。

β3-AR主要分布在脂肪組織，在調(diào)控機(jī)體的脂解和生熱作用中扮演重要角色［3］。有報道指出，脂肪細(xì)胞中β3-AR表達(dá)下降將會導(dǎo)致實驗動物發(fā)生胰島素抵抗或者體重增加，而選擇性β3-AR激動劑能夠顯著增加能量消耗，減輕飲食所導(dǎo)致的肥胖，被廣泛認(rèn)為是治療肥胖癥和2型糖尿病的新型藥物。隨著β3-AR編碼基因的測序和克隆，發(fā)現(xiàn)該基因存在一功能性突變位點，即外顯子1上第190位胸腺嘧啶核苷酸（T）被胞嘧啶核苷酸（C）代替，導(dǎo)致其mRNA上64位色氨酸（Trp）密碼子被精氨酸（Arg）密碼子置換，形成Trp64Arg多態(tài)，引起蛋白水平表達(dá)缺陷及信號受損，影響脂肪分解和生熱作用［16］。本研究未發(fā)現(xiàn)Arg／Arg基因型攜帶者，Trp／Arg基因型（突變雜合子）分布頻率為33.9%，Arg等位基因（突變等位基因）分布頻率為16.9%；與國內(nèi)［17］以及亞洲人［18］β3-AR基因變異分布的結(jié)果接近，但明顯低于歐美人［19］，提示β3-AR基因Trp64Arg變異與種族與地區(qū)差異密切相關(guān)。

在本研究中，Trp／Arg組身體形態(tài)學(xué)參數(shù)（BW、BMI、WC、BF%）、血糖參數(shù)（FBG、HbA1c、FIns、HOMA-IR）和MSz評分均高于Trp／Trp組，提示β3-AR基因Trp64Arg位點變異可導(dǎo)致MS發(fā)生的易感性增高。由于該位點變異發(fā)生在β3-AR的第1個胞內(nèi)環(huán)，而此胞內(nèi)環(huán)被認(rèn)為是對于細(xì)胞表面受體運動及受體偶聯(lián)于細(xì)胞效應(yīng)器系統(tǒng)的功能至關(guān)重要。該突變影響β3-AR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，引起環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine 3’，5’-monophosphate，cAMP）減少、解偶聯(lián)蛋白（uncoupling protein，UCP）表達(dá)下降，造成棕色脂肪分解作用和產(chǎn)熱作用出現(xiàn)缺陷，因而減弱對基礎(chǔ)代謝率的調(diào)控能力，最終引發(fā)MS。

朱旅云等［20］報道，經(jīng)過節(jié)食減重干預(yù)后，Trp純合子（Trp／Trp）攜帶者組除HDL-c、LDL-c及空腹血糖無明顯變化外，其他各項包括體脂、血壓、血脂和血糖指標(biāo)均顯著降低，而Arg等位基因攜帶者（Trp／Arg、Arg／Arg）僅顯示BMI較實驗前降低，其余各項代謝指標(biāo)均無顯著性變化，提示節(jié)食減重干預(yù)對于β3-AR基因野生型純合子即Trp／Trp攜帶者是預(yù)防MS的有效措施。運動康復(fù)是MS患者減重的重要手段，但此多態(tài)位點與運動干預(yù)效果的關(guān)聯(lián)性研究鮮有報道。Garenc等［21］的報道指出，肥胖患者20周耐力訓(xùn)練后體重和體脂百分比顯著性下降，但運動效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)性并無關(guān)聯(lián)。Yoshida等［22］發(fā)現(xiàn)攜帶Arg等位基因的日本婦女的脂肪組織傾向于內(nèi)臟組織重新分布。在接受有氧運動后，減輕體重的效果要比Trp純合子的肥胖個體差一些。本研究發(fā)現(xiàn)，16周運動康復(fù)（有氧運動+抗阻訓(xùn)練）干預(yù)后，Trp／Trp組WC、BF和MS z評分，Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMA-IR和MS z評分均較實驗前顯著性下降，但Trp／Arg組BW、BMI、WC、BF%、FBG、FIns、HOMAIR和MS z評分的變化率顯著性高于Trp／Trp組，說明運動康復(fù)療法對男性青少年MS患者的干預(yù)效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)性存在關(guān)聯(lián)，Trp／Arg基因型患者對于運動康復(fù)的效果較Trp／Trg基因型更為敏感。本研究結(jié)果與Garenc等［21］和Yoshida等［22］的報道不同，可能與種族、運動方案、干預(yù)時間等因素有關(guān)，具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

男性青少年MS易感性以及運動康復(fù)效果與β3-AR基因Trp64Arg位點多態(tài)有關(guān)，Trp／Arg基因型患者易患MS，同時對于運動康復(fù)的效果較Trp／Trg基因型更為敏感。

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責(zé)任編輯：郭長壽

Association ofβ3-AR Gene Trp64Arg Locus Polymorphism and Effectiveness of Exercise Rehabilitation on M ale Adolescents of M etabolic Syndrome

ZHANG Xueling
（Physical Education College of Zhengzhou University，Zhengzhou 450044，Henan，China）

Objective：To determ ine the relationship ofβ3-adrenoceptor（β3-AR）gene Trp64Arg locus polymorphism and effectiveness of exercise rehabilitation onmale adolescents ofmetabolic syndrome（MS）and provide evidence for special exercise prescription based on gene polymorphism.Methods：Sixty-two male adolescents of MS patients performed a 16-week aerobic exercise training intervention.β3-AR gene Trp64Arg locus polymorphism was detected by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism（PCR-RFLP）method.Parameters ofmorphologic，blood pressure，glycem ic control，blood fat and MS z score were determined before and after test.Association between each parameter and gene polymorphism was analysed.Results：The genotype frequencies（Trp／Trp：66.1%，Trp／Arg：33.9%，Arg／Arg：0%）and allele frequencies（Trp：83.1%，A rg：16.9%）were coincident w ith Hardy-Weinberg equilibrium law.Compared between-group w ith defferent genotypes before test，parameters morphologic（BW，BM I，WC，BF%），glycem ic control（FBG，HbA1c，F(xiàn)Ins，HOMA-IR）and MS z score of Trp／Arg group were higher than those of Trp／Trp group（P＜0.05 or P＜0.01）.After test，compared w ith pre-test w ithin group，WC，BF and MS z score of Trp／Trp group while BW，BM I，WC，BF%，F(xiàn)BG，F(xiàn)Ins，HOMA-IR and MS z score of Trp／Arg group reduced（P＜0.05 or P＜0.01）；compared between group，change rate of BW，BM I，WC，BF%，F(xiàn)BG，F(xiàn)Ins，HOMA-IR and MS z score of Trp／Arg group were higher than those of Trp／Trp group（P＜0.01）.Conclusion：The Trp64Arg locus polymorphism ofβ3-AR gene might contribute to MS susceptivity and effectiveness of exercise rehabilitation on adolescents of MS.Patients of Trp／Arg genotypewere liable to be MS but effectiveness of exercise rehabilitation had an advantage over those of Trp／Trg genotype.

adolescents；metabolic syndrome；exercise rehabilitation；β3-AR；gene polymorphism

G804.7

：A

：1004-0560（2014）06-0084-05

2014-08-07；

2014-09-12

河南省科技廳科技攻關(guān)項目階段成果（142102310060）。

張學(xué)領(lǐng)（1973—），男，副教授，博士，主要研究方向為身體功能性訓(xùn)練。