楊世東 ，林文弢

（1.南京曉莊學(xué)院，江蘇 南京 211171；2.珠海科技學(xué)院，廣東 珠海 519090）

運(yùn)動員的科學(xué)選材、科學(xué)訓(xùn)練和科學(xué)管理是競技體育的三大要素， 而科學(xué)選材是科學(xué)訓(xùn)練和科學(xué)管理的前提。近年來，分子遺傳學(xué)方法用于運(yùn)動選材，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)運(yùn)動選材預(yù)測性不強(qiáng)、個(gè)性化不夠和準(zhǔn)確性不足等缺點(diǎn)。啟蒙訓(xùn)練階段，可以通過基因檢測淘汰不適合運(yùn)動項(xiàng)目的兒童青少年。國外研究[1]認(rèn)為，通過基因遺傳學(xué)選材，在啟蒙訓(xùn)練階段可以淘汰50%的兒童青少年，運(yùn)動員成才率可以提高30%左右，基因用于運(yùn)動選材可以為國家節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力。

1 多基因選材的概念、特點(diǎn)與意義

研究[2]表明，有近30 個(gè)基因與人類的運(yùn)動能力有顯著的關(guān)聯(lián)性。單基因?qū)θ祟愡\(yùn)動能力的影響有一定的限度[3]，人類的運(yùn)動能力受多基因影響較大，每個(gè)基因都會對特定運(yùn)動能力產(chǎn)生影響，但貢獻(xiàn)度不同[1]。擁有一組與特定運(yùn)動能力相關(guān)的等位基因是成為優(yōu)秀運(yùn)動員的基礎(chǔ)[4]。多基因運(yùn)動選材是指在運(yùn)動員選拔過程中結(jié)合多個(gè)基因位點(diǎn)，預(yù)測個(gè)人特定運(yùn)動能力、訓(xùn)練反應(yīng)和運(yùn)動損傷風(fēng)險(xiǎn)等，以提高選材準(zhǔn)確率和培養(yǎng)成功率的方法。

與傳統(tǒng)選材相比，多基因選材有如下特點(diǎn)：首先，多基因選材有更高的預(yù)測性，通過基因檢測可以很好地預(yù)測運(yùn)動員的運(yùn)動能力、訓(xùn)練反應(yīng)和運(yùn)動損傷風(fēng)險(xiǎn)，幫助教練更準(zhǔn)確地選拔運(yùn)動員或確定運(yùn)動員適合從事的項(xiàng)目。雖然傳統(tǒng)的運(yùn)動選材準(zhǔn)確性不高，但能反映運(yùn)動項(xiàng)目的競技能力特征[5]。其次，多基因選材的穩(wěn)定性更高，傳統(tǒng)運(yùn)動選材易受到發(fā)育成熟度、訓(xùn)練環(huán)境等因素的影響[5]。 再次，可以根據(jù)運(yùn)動員的基因組特點(diǎn)制定個(gè)性化的訓(xùn)練方案，提高訓(xùn)練效果和比賽表現(xiàn)。

雖然多基因選材有許多優(yōu)點(diǎn)，但要注意兩點(diǎn)：一是多基因主要反映先天遺傳因素對運(yùn)動能力的影響，并不能反映運(yùn)動項(xiàng)目的特征，選材過程中還需考慮運(yùn)動項(xiàng)目競技能力的需要，如籃球、足球、橄欖球等團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；二是多基因選材會受到種族、自然環(huán)境、飲食等方面的影響[6]。國內(nèi)研究[7-8]表明，多基因與傳統(tǒng)選材相結(jié)合可以提高運(yùn)動選材的成功率。整體而言，多基因選材提高運(yùn)動選材的效率和準(zhǔn)確性，為教練團(tuán)隊(duì)提供更全面、準(zhǔn)確的參考依據(jù)，同時(shí)也為運(yùn)動員的個(gè)性化訓(xùn)練和科學(xué)管理提供了支持。

2 多基因選材指標(biāo)

以耐力項(xiàng)目為例，耐力運(yùn)動員的多基因選材通常涉及4 個(gè)方面：（1）與耐力素質(zhì)具有關(guān)聯(lián)性的基因型組合；（2）與耐力運(yùn)動訓(xùn)練反應(yīng)相關(guān)的基因；（3）與耐力運(yùn)動員運(yùn)動損傷具有關(guān)聯(lián)性的基因；（4）與耐力運(yùn)動員身體成分、免疫反應(yīng)等相關(guān)的基因。

2.1 耐力素質(zhì)基因型組合選材

2008 年William 等[9]基于多基因?qū)\(yùn)動能力的影響，提出總基因得分算法，得分為0～100 分，100 分表示最好的多基因型組合，這是目前研究多基因?qū)\(yùn)動能力影響最適宜的方法之一。對西班牙自行車運(yùn)動員的研究[10]表明，ACE DD 和ACTN3 RR/RX 基因型組合的呼吸代償水平顯著高于其他基因型組合。

研 究[7]發(fā) 現(xiàn)， 蛋 白 磷 酸 酶3 催 化（Protein phosphatase 3 catalytic，PPP3） 亞 基α3 和β 基 因 的C等位基因和T 等位基因?qū)ξ覈又虚L跑運(yùn)動員的貢獻(xiàn)度最高（45%），其次是內(nèi)向整流式鉀離子M道J11 基因（Potassium inwardly-rectifying channel, s ubfamily J, member 11,KCNJ11），貢獻(xiàn)度為20.2%，此外，KCNA7、EDN1 和EPO 基因?qū)ξ覈又虚L跑運(yùn)動員的運(yùn)動能力也有影響（貢獻(xiàn)度＜10%）。因此，我國女子中長跑運(yùn)動員選材可以重點(diǎn)考慮這6 個(gè)基因的基因型組合。

李燕春[8]研究發(fā)現(xiàn)，輔肌動蛋白α3 基因（ACTN 3）CC 基因型和轉(zhuǎn)鐵蛋白基因（Tf）CC 基因型對我國中長距離游泳運(yùn)動員的貢獻(xiàn)度最高，分別為23.61%和20.97%，鉀離子通道蛋白Kv1.7 基因（KCNA7）AA 基因型、解偶聯(lián)蛋白3 基因（UCP3）CC 基因型、低氧誘導(dǎo)因子1α 基因（HIF1α）CC 基因型和脂蛋白脂肪酶基因（LPL）對我國中長距離游泳運(yùn)動員運(yùn)動能力的貢獻(xiàn)度分別為14.46%、15.82%、12.69%和12.45%?？梢?，我國中長距離游泳項(xiàng)目可根據(jù)上述6 個(gè)基因的基因型組得分進(jìn)行選材。

2.2 訓(xùn)練對運(yùn)動員基因表達(dá)的影響

長期高強(qiáng)度耐力訓(xùn)練對運(yùn)動員的心臟產(chǎn)生影響。Saber-Ayad 等[11]認(rèn)為，攜帶ACE 基因D 等位基因運(yùn)動員左心室的質(zhì)量顯著高于II 基因型，其中DD 基因型運(yùn)動員左心室質(zhì)量最大。ACE 基因影響左心室質(zhì)量可能是通過改變組織代謝或影響血管緊張素II 合成來介導(dǎo)，而血管緊張素II 合成是心室肌肥大刺激的限速步驟，因此，ACE 基因可能與心室質(zhì)量具有關(guān)聯(lián)性[12]。

對巴西運(yùn)動員的研究[13]表明，經(jīng)過12 周訓(xùn)練運(yùn)動員的胰島素樣生長因子1（Insulin-like growth factor 1，IGF-1）水平顯著增高，IGF-1 具有促進(jìn)糖原合成、乳酸分泌、抑制糖原分解、促進(jìn)胰島素的作用；促進(jìn)脂肪分解，降低血中總甘油三酯，達(dá)到降血脂的作用；舒張血管，促進(jìn)生長發(fā)育，促進(jìn)骨細(xì)胞的合成代謝，促進(jìn)細(xì)胞分化及細(xì)胞修復(fù)的作用。此外，運(yùn)動訓(xùn)練對PPARAD基因表達(dá)有顯著影響。波蘭運(yùn)動員8 周訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，PPARAD 與脂肪的絕對值含量呈負(fù)相關(guān)，但是，對膽固醇和甘油三酯沒有顯著影響[14]。簡言之，長期耐力訓(xùn)練通過改變多種細(xì)胞和組織中大量基因的轉(zhuǎn)錄速率，誘導(dǎo)共同的代謝適應(yīng)機(jī)制[15]。

2.3 運(yùn)動損傷風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)基因

雖然特定基因可能與人類運(yùn)動能力具有關(guān)聯(lián)性，但這些基因可能會增加運(yùn)動損失的風(fēng)險(xiǎn)。對巴西運(yùn)動員的調(diào)查認(rèn)為，比賽結(jié)束后ACTN3 基因RR 和RX 基因型運(yùn)動員的磷酸肌酸水平顯著高于XX 基因型運(yùn)動員，而且肌肉微損傷的程度也更高[16]。ACTN3 基因RR 基因型與運(yùn)動員的力量/速度素質(zhì)具有關(guān)聯(lián)性，而XX 基因型與耐力素質(zhì)具有關(guān)聯(lián)性， 因此，X 等位基因可能與運(yùn)動損傷具有關(guān)聯(lián)性[17]。

腺苷一磷酸脫氨酶1(Adenosine monophosphate deaminase1,AMPD1)是運(yùn)動中骨骼肌能量代謝的重要調(diào)節(jié)因子，其中，TT 基因型可能導(dǎo)致運(yùn)動員代謝性疾病，并伴有運(yùn)動引起的肌肉癥狀，如運(yùn)動早期疲勞、痙攣和/或疼痛，這些癥狀與損失風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[18-19]。研究[20]表明，COL1A1、COL2A1 和COL5A1 G/T 單倍體與降低運(yùn)動員前交叉韌帶損傷具有關(guān)聯(lián)性，其中COL1A1 TT 基因型還可以預(yù)防韌帶和軟組織損傷。此外，MCT1、ACTN3、IGF2、ELN 和CCL2 基因多態(tài)性與足球運(yùn)動員的肌肉損傷和損傷后的恢復(fù)時(shí)間具有關(guān)聯(lián)性。

此外，基因還與體成分、脂肪分布等具有關(guān)聯(lián)性。維生素D 受體（VDR）廣泛存在于人類骨骼肌中，影響青少年運(yùn)動員的骨量、鈣調(diào)節(jié)和骨代謝。VDR Fok I 位點(diǎn)可能與股四頭肌力量有關(guān)，VDR Fok I 位點(diǎn)FF 基因型青少年運(yùn)動員的骨密度含量最高[21]。UCP3 基因可以主動影響氧化和磷酸化的相互作用，因此可以增加運(yùn)動時(shí)的能量消耗。

3 多基因選材的方法

3.1 全基因組關(guān)聯(lián)研究

目前，國內(nèi)外有關(guān)單基因與運(yùn)動能力關(guān)聯(lián)性的研究最多，但單基因?qū)\(yùn)動能力的貢獻(xiàn)度有限。因此，全基因組關(guān)聯(lián)研究和基于基因型得分算法的多基因研究是目前多基因選材的主要研究方法。全基因組關(guān)聯(lián)研究是對運(yùn)動員進(jìn)行全基因組水平的對照和關(guān)聯(lián)性研究，通過與對照組比較發(fā)現(xiàn)可能影響運(yùn)動表現(xiàn)的基因型[22]。2011 年Bouchard等[23]通過全基因組分析首次確定了與最大攝氧量（VO2,max）訓(xùn)練具有關(guān)聯(lián)性的21 個(gè)基因。

全基因組關(guān)聯(lián)研究是目前發(fā)現(xiàn)新的與運(yùn)動能力具有關(guān)聯(lián)性基因最有效的方法，但是，該方法成本高、操作難度大，而且篩選出的與運(yùn)動能力有關(guān)聯(lián)性的基因還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 總基因型得分算法

近年來，基于基因型得分算法的多基因研究越來越受到關(guān)注。基因型得分（Genetypes score，GS）算法是將與運(yùn)動能力具有關(guān)聯(lián)性的純合子基因型賦值2 分（即優(yōu)勢基因型），雜合子基因型賦值1 分，無關(guān)聯(lián)性的純合子基因型賦值0 分，總基因型得分越高說明運(yùn)動員的基因型組合越好[9]，選材時(shí)可以更加關(guān)注總基因型得分高的青少年。采用總基因型得分算法研究[24]發(fā)現(xiàn)，ACE DD 基因型、AMPD1 CC 基因型和MB AA 基因型是耐力運(yùn)動員的優(yōu)勢基因型，依據(jù)公式計(jì)算每名耐力運(yùn)動員的得分，得分越高說明成為優(yōu)秀耐力運(yùn)動員的可能性越大。

4 多基因選材的困難

多基因用于運(yùn)動選材主要存在以下幾個(gè)方面的困難。首先，相同基因型對男女運(yùn)動員的影響可能存在差異。AMPD1 TT 基因型與女性力量/速度運(yùn)動員具有關(guān)聯(lián)性，而與男性耐力素質(zhì)具有關(guān)聯(lián)性；相反，MB AA 基因型與女性耐力運(yùn)動員具有關(guān)聯(lián)性，而與男性力量/速度素質(zhì)具有關(guān)聯(lián)性[24]。

其次，相同基因?qū)Σ煌N族（人群）運(yùn)動能力的影響存在差異。Meta 分析認(rèn)為，ACTN3 RR 基因型與白人（高加索人）足球運(yùn)動員具有顯著關(guān)聯(lián)性，而RX 基因組與巴西足球運(yùn)動員具有顯著關(guān)聯(lián)性，而ACTN3 基因與非洲黑人足球運(yùn)動員不具有關(guān)聯(lián)性[25]。

優(yōu)秀運(yùn)動員大樣本量難以獲取是限制發(fā)現(xiàn)多基因與運(yùn)動能力具有關(guān)聯(lián)性的最主要因素[26]。優(yōu)秀運(yùn)動員數(shù)量少，而影響運(yùn)動表現(xiàn)的特定基因頻率較低，因此，無論是全基因組關(guān)聯(lián)分析，還是總基因型得分選材，其準(zhǔn)確性都會降低。由于收集足夠數(shù)量的優(yōu)秀運(yùn)動員難度很大，很多研究都將同類型的運(yùn)動員（通常分為耐力運(yùn)動員和力量/速度運(yùn)動員兩類）收集起來，對其運(yùn)動能力進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究。然而，研究[27]表明，同屬耐力運(yùn)動項(xiàng)目的長跑和自行車運(yùn)動員的ACE 基因分布存在差異。

綜上可見，多基因選材受到性別、種族（人群）、運(yùn)動項(xiàng)目、樣本量等因素的影響， 而建立優(yōu)秀專項(xiàng)運(yùn)動員基因庫對運(yùn)動選材極為重要。

5 多基因選材未來展望

隨著分子生物學(xué)和基因檢測技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，多基因選材將會在運(yùn)動選拔中發(fā)揮越來越重要的作用。

第一，預(yù)測的準(zhǔn)確性更高。隨著基因檢測技術(shù)的發(fā)展，將會發(fā)現(xiàn)更多與運(yùn)動能力具有關(guān)聯(lián)性的基因，多基因選材的預(yù)測準(zhǔn)確性會進(jìn)一步提高，為運(yùn)動員選拔提供更可靠的參考依據(jù)。

第二，多基因研究的應(yīng)用更廣泛。多基因選材不僅適用于專業(yè)運(yùn)動員，而且還能在普通人群中得到應(yīng)用，可以幫助普通人更清楚地了解自身的運(yùn)動能力、訓(xùn)練反應(yīng)及適應(yīng)，提高運(yùn)動效果和健康水平。

第三，制定個(gè)性化的訓(xùn)練方案。特定運(yùn)動能力是幾個(gè)基因型的組合，可依據(jù)運(yùn)動員的基因型組合制定個(gè)性化的訓(xùn)練方案，提高訓(xùn)練效果和比賽表現(xiàn)，還可預(yù)防運(yùn)動損傷的發(fā)生。

多基因選材需要跨學(xué)科合作和信息共享，包括生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、運(yùn)動生理學(xué)等領(lǐng)域。未來，會出現(xiàn)更多的跨界合作和信息共享平臺，推動多基因選材的發(fā)展和應(yīng)用。