太极拳运动对肥胖患者全基因组表达的影响

钱 怡 柯杰兵

（1.南方医科大学教务处，广东广州510515;2.军事体育进修学院训练部，广东广州510500）

运动是保持健康最为重要的一种环境因素，缺乏体育锻炼可诱导慢性病的发生。对于已患各种慢性病的人来说，科学的有氧运动能起到药物所达不到的效果。人们从血液生化水平对有氧运动促进健康机制的研究较为多见，而有氧运动是如何改变基因表达及其促进健康的分子机制研究很少有报道。随着基因芯片技术的成熟和在各领域中的广泛应用，人们对有氧运动与基因表达的研究速度大大加快。

太极拳运动是一种中国传统健身项目，不仅在中国开展十分普及，也深受海外大众的喜爱。许多科学研究都证明了太极拳运动有益于身体健康。但到目前为止，很少有报道从分子生物学的角度来研究太极拳运动对人全基因组表达的影响。传统上，对于骨骼肌代谢变化的研究主要依赖于生物化学或生理学的手段。尽管这些方法提供的信息量很丰富，但很难进行实时地、平行地研究运动训练对肌肉代谢变化的全部 “图谱”。最近发展起来的转录组及蛋白质组表达研究方法为肌肉重塑研究和生理变化提供了高通量、平行化研究的技术平台。本课题采用基因表达谱芯片对有氧运动 （太极拳）前后代谢综合症患者骨骼肌全基因组表达进行分析，以期找出其中基因表达的规律，并进一步对差异表达基因进行生物信息学分析，以阐述运动对肥胖并高胰岛素血症患者健康促进的分子机制。

1 研究对象与方法

6名肥胖并高胰岛素血症患者 （62.9±4.2岁，3名男性，3名女性）参加了本课题的研究，受试者每天练习24式太极拳1个小时，运动强度为最大心率的60%，每周练五次，一直延续12周。在运动实验前和运动12周后24 h，所有受试都进行了左股外侧肌进行肌肉活检，用活检针（规格:14Ga.TW*6）采集受试者左腿股外肌活组织。提取总 RNA，合成cDNA，再合成 cRNA并进行标记，按Affimatrix芯片杂交试剂盒与 Human U133A Affymetrix基因芯片进行杂交、洗片、烘干，最后置于G2500A型基因芯片扫描仪进行扫描，获取杂交图像，采用BRB-ArrayTools和DAVID在线分析数据。最后采用Real Time PCR验证部分差异表达基因。

2 研究结果

将6名肥胖并高胰岛素血症患者 （包括男性和女性）参加太极拳运动前作为一组数据 （包括6个GSM），将其9个月有氧训练结束后24小时芯片数据作为另一组 （包括6个GSM），两组间数据输入BRB-ArrayTools，有 22283条基因参与分析，1616条通过BRB默认的滤过标准，采用BRB分类对比的方法对太极拳运动前后的差异表达基因进行筛选，共筛选出98条差异表达基因，其中，3个基因表达下调，95个基因表达上调。然后再采用BRB双向分层聚类的方法对这98条基因进行聚类分析，人工聚为三类。

表1 太极拳运动前后差异表达基因涉及的GO类

再将通过滤过标准的基因进行BRB默认的GO对比分析，有16个GO类与滤过基因匹配 （见表1），涉及351条基因，其中159条基因与线粒体、线粒体基质、微管、微管骨架等细胞组份有关，122条基因与辅因子代谢、辅酶代谢、能量和代谢产物前体产生、磷酸盐运输、杂环物代谢、泛素循环等生物学过程有关，70条基因与传递体活性、有机阴离子转运体活性、氢离子转运体活性、初级主动运输体活性、肌动蛋白粘合等分子功能有关。

最后，再将差异表达基因输入DAVID（The Database for Annotation，Visualization and Integrated Discovery）在线分析，有48条基因的代谢途径被找到，表达下调的基因ACTIN3的代谢途径涉及黏着斑、附着粘连、紧密连接、白细胞穿梭内皮移行、肌动蛋白调节等代谢途径。其余47条记录都是表达上调基因，主要涉及脂肪酸代谢、三羧酸循环、糖代谢、氨基酸代谢、氧化磷酸化、ATP合成、胰岛素信号、抗原加工、自然杀伤细胞因子、嘌呤代谢、外源性化学物质受体相关作用等代谢途径。

3 研究结论

肥胖并高胰岛素血症患者与健康人相比，基础水平已有代谢紊乱相关基因表达的显著差异以及内分泌和免疫机能相关基因表达异常。经有氧运动后，其异常差异表达基因数目减少，伴随部分有氧氧化、糖异生、胰岛素信号等代谢途径相关基因表达发生变化，使脂肪酸氧化能力增强、糖有氧氧化增加，出现能量经济化，同时乳酸生成减少，肌糖原、肝糖原生成增加，有阻止向Ⅱ型糖尿病发展的趋势。太极拳运动使高胰岛素血症患体内AMPK活性有恢复正常水平的趋势，且使AMPK三种亚型 （1，2和β1）的表达趋于正常，这为生产调节AMPK活性基因药物，并对Ⅱ型糖尿病的靶向治疗提供了思路。同时太极拳运动可使组织纤维蛋白溶酶原激活剂 （t-PA）、结缔组织激活肽 III（CTAP III）以及四连接素 （tetranectin）基因表达发生改变，而这些基因表达异常是导致代谢综合症的重要原因，代谢综合症又是导致外周血管疾病以及血栓形成的重要因素，表明太极拳运动可有效避免这些疾患的发生。

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