有氧运动、饮食干预对FTO rs9939609不同基因型超重和肥胖男大学生体成分、血糖等指标的影响

李效凯， 李世昌， 黄 涛， 柏慧敏

（1.华东师范大学青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室，上海200241；2.上海大学体育学院，上海200444）

·运动人体科学·

有氧运动、饮食干预对FTO rs9939609不同基因型超重和肥胖男大学生体成分、血糖等指标的影响

李效凯1， 李世昌1， 黄 涛1， 柏慧敏2

（1.华东师范大学青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室，上海200241；2.上海大学体育学院，上海200444）

目的：FTO（fat-massand obesity-associated）基因是首个得以广泛验证的肥胖易感基因，FTO rs9939609位点的突变与肥胖和糖尿病等密切相关。以男大学生为例，探讨运动和饮食干预对于FTO不同基因型个体影响的差异。方法：将被试随机分为运动组（E组）、运动饮食控制组（E+D组）、对照组（C组），运动类型主要为有氧运动，饮食干预主要包括营养知识讲座和反馈。检测所有被试FTO rs9939609位点基因型，测试指标主要为体成分和糖尿病相关指标。结果：对于FTO rs9939609位点TT型，E组在干预后BM I和体脂百分比的下降程度显著性高于C组，E+D组BM I、体脂百分比、内脏脂肪指数和血糖的下降程度显著性高于C组；而对于FTO rs9939609位点TA型被试，E+D组BM I、腰围和体脂百分比、血糖的下降程度显著高于C组。运动饮食干预对于风险等位基因携带者腰围的干预效果更明显。结论：运动和饮食干预显著改善被试体成分和血糖等指标。运动饮食干预对于携带FTO风险等位基因的TA型被试腰围干预效果更明显。

男大学生；FTO基因；肥胖；有氧运动；饮食干预；体成分；糖尿病

Author’s address1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention，M inistry of Education，East China Normal University，Shanghai 200241，China；2.School of Physical Education， Shanghai University， Shanghai 200444，China

权威医学杂志《柳叶刀》报道了过去30年全球肥胖、超重的发病趋势及其健康与经济负担，结果表明，全球（包括中国在内）绝大部分国家肥胖和超重人口增长迅速，肥胖已成为全球重要的公共健康问题之一。该研究还指出，过去30年各国并未形成应对肥胖问题的有效干预机制［1］。生活方式和环境因素的改变促进了肥胖的发生和发展，而遗传因素同样在决定个体对肥胖的易感性方面起到关键作用。

FTO（fat-mass and obesity-associated）基因是2007年发现的一个得以广泛验证的肥胖易感基因［2］。人的FTO基因位于第16号染色体（16q12.2），含有9个外显子，基因长度为410.50 kb，其内含子序列中含有多处单核苷酸多态性 （single nucleotide polymorphisms，SNP）位点。研究结果显示，FTO基因序列上的多个位点出现的单核苷酸突变与肥胖及其相关病征密切相关，如FTO rs9939609位点的突变与体脂率、BM I（Body Mass Index）、腰围、臀围、瘦素水平和糖尿病等密切相关［3］。最新的研究结果显示，体育活动等因素与基因变异对肥胖的发生、发展可产生交互影响效应，如Kilpelainen等［4］的M eta分析表明，参与体育活动可使FTO风险等位基因携带者发生肥胖的概率降低27%；然而，此前该领域的研究多为横断面的观测研究，故有必要研究运动等干预对不同基因型肥胖个体相关指标影响的差异。本文拟探讨运动和饮食干预对于不同FTO基因型个体的影响。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象 某高校大一（男性、汉族）超重和肥胖学生，年龄18～19岁。按照2002年中国肥胖问题工作组对超重和肥胖的分类标准，根据身体质量指数（BM I）进行超重与肥胖筛查。共筛查2 850名男大学生，其中超重和肥胖者（BM I≥25）有556名，经自愿报名后，75名纳入实验研究。随后将被试随机分为3组：运动组25人（E组）；运动饮食控制组25人（E+D组）；对照组25人（C组）。

1.2 实验方案 E组参与为期13周的运动干预，E+ D组参与为期13周的运动干预和饮食干预，C组不参与任何干预，保持原有的生活习惯。

1.2.1 运动方案 运动类型主要为有氧运动，项目主要是慢跑与跳绳。运动强度为最大心率的60%～75%（用POLAR表监测）。运动时间为16：00～18：00，每周3次。在运动干预前进行运动负荷实验，并结合心电图检查，以排查潜在的运动健康风险。在干预过程中，定期测量被试的体重、心率和血压等生理指标。于第4周末和第8周末询问被试运动耐受状况，结合尿蛋白和POLAR表心率数据，对每位被试适当调整下一阶段的运动量。

1.2.2 饮食干预方案 E+D组每周参与一次健康和营养知识讲座与反馈，主要强调合理搭配和控制饮食，减少高能量食物摄入，以优质蛋白质、低脂肪食物为主要能量来源。E+D组固定在学校食堂用餐，并要求每天清晨起床饮用温开水800～1 000 m L。每周一领取食物记录表，填写每餐饮食内容，并发送每餐饮食照片。在干预过程中，定期测量被试的体重、心率和血压等生理指标。

1.2.3 心理指导 为促进被试遵循运动和饮食干预方案，在干预过程中根据被试运动耐受情况、出勤率、饮食表反馈和表现，对其进行谈话和心理指导，纠正心理不适或逆反等行为。对干预过程中表现优异者予以鼓励。

1.3 测试方法

1.3.1 形态学指标测试 形态学指标包括身高、体重、腰围和臀围。为确保测量数据的准确可靠，要求所有被试保持空腹，穿单衣接受测试，且测试之前无剧烈运动。每个指标测量2次，取其平均值。体重和身高通过SK-CK超声波体检机测量，体重精确度为0.1 kg，身高精确度为0.1 cm。体成分测试使用生物阻抗体成分仪对内脏脂肪指数和体脂百分比进行测试，测试前无剧烈运动，仪器为HBF-358（欧姆龙）。

1.3.2 身体机能指标测试 身体机能指标包括血压、安静心率、最大摄氧量。测试时，询问前夜休息与饮食状况，严格执行操作规程，以防伤害，确保实验数据的准确性。最大摄氧量用Ergoline100K功率自行车测试，呼吸气体分析仪为METAMAX3B（德国Cortex）。测试方案：起始负荷为25 W，每隔2 m in递增25W持续到心率达180次/min，并出现平台期后终止运动，进入恢复期1 min摘下面罩，分析软件为Metasoft3.9。

1.3.3 血液指标测试 干预前后分别采集空腹血液样本。清晨6：00～8：00空腹抽取肘正中静脉血，制备血清、血浆和全血，并迅速转运至-20℃冰箱保存，待检。空腹血糖（GLU）用酶法，试剂盒由上海罗氏提供，仪器为日立公司（日本）7170型全自动生化分析仪。胰岛素（Ins）测定采用放射免疫法，试剂盒由北方生物技术公司（北京）提供，仪器为GC-911γ放射免疫计数器（中国科技大学科技实业总公司产）。胰岛素抵抗水平评估使用稳态模型胰岛素抵抗指数（HOMAIR），HOMA-IR=（空腹血糖mmol/L×空腹胰岛素m IU/L）/22.5［5］。

1.3.4 FTO基因SNPrs9939609位点突变检测 首先全血提取白细胞，随后提取DNA，试剂盒为QIAamp DNA Mini kit（Qiagen，Hilden，Germany）。对75个样本的指定位点进行测序，总共设计1对引物扩增了75个片段。引物由在线软件Primer3设计。上游引物序列rs9939609-F：CTGGCTCTTGAATGAAATAGGA；下游引物序列为rs9939609-R：CAGCTATTTGCATTTCAG-TTTG。

PCR产物经虾碱酶SAP（Promega，Madison，USA）和外切酶I（Epicentre，Madison，W I，USA）纯化后用BigDye3.1试剂盒（Applied Biosystems，Foster City，CA，USA）测序。测序产物用美国ABI3130XL测序仪，测序文件用Polyphred软件分析，并结合人工校对记录后整理结果。

1.4 数理统计法 描述性数据的统计分别运用方差分析（连续性变量）和卡方检验（分类变量）。FTO基因多态性与肥胖和糖尿病相关风险因子指标的关系使用协方差分析，将心肺适能（V·O2max相对值）作为协变量，以尽量排除体育活动水平对结果的影响。对干预效果的检验，参照Tw isk等［6］的建议，使用协方差分析对干预前后各指标变化值进行检验。干预前将基础值作为协变量，并遵循意向性分析原则（intention to treat）。对FTO基因型与运动和饮食干预之间的交互作用通过线性回归模型进行分析，模型中纳入交互变量（干预×基因型）以检验交互效应。对于统计分析的假设条件检验，在建立以上分析模型后，对残差分布、方差齐性、和共线性进行检验，未发现明显脱离假设条件的情况。运用STATA 12.1软件进行统计分析，显著性差异设定为P＜0.05。

2 实验结果

2.1 FTO SNPrs9939609位点基因分型结果 根据GenBank序列数据，FTO基因位点多态性为T→A的变异。本实验样本检测结果：TT基因型频率为76.00%（n=57），AT基因型频率为24.00%（n= 18），AA基因型频率为0.00%，A等位基因频率为24.00%，T等位基因频率为76.00%。

2.2 被试实验前基本特征 表1呈现各组被试在实验前的基本特征。C组、E组和E+D组3组之间各指标未呈现显著性差异，表明3组实验前各指标特征相同，故本研究随机分组方案符合随机分组实验的基本要求。

表1 实验前3组被试基本特征Table 1 The Basic Characteristics of Three Groups of Participants before Experiment

2.3 FTO rs9939609位点多态性与肥胖和糖尿病相关指标的关系 为探讨FTO rs9939609位点风险等位基因对肥胖和糖尿病相关指标的影响，本文分析了被试基因型与实验前体成分和胰岛素抵抗等指标的关系。表2显示，TT与TA基因型比较，BM I、WC、体脂百分比、内脏脂肪量、血糖、胰岛素以及HOMA-IR均未呈现显著性差异（P＞0.05）。虽然结果未呈现显著性差异，但是不能排除FTO风险等位基因对肥胖和糖尿病的影响，推测本结果无统计学显著性差异的原因可能是由于样本量较小所致。

表2 FTO rs9939609位点多态性与肥胖和糖尿病相关指标的关系Table 2 FTO rs9939609 Loci Polymorphism Associated w ith Indicators of Obesity and Diabetes

2.4 干预对FTO不同基因型超重和肥胖大学生肥胖和糖尿病相关指标的影响 研究表明，运动等因素和FTO基因型对肥胖和糖尿病相关指标可能产生交互影响作用，即相同的运动等干预可能对FTO不同基因型的个体产生不同干预效果［4］。故在分析本实验的干预效果之间，通过线性回归模型对可能存在干预与基因型之间的交互作用效应做了检验。如表3所示，本实验干预方案对不同基因型被试的腰围影响明显不同，体现在干预结束后E+D组TT型被试腰围下降2.89 cm，而TA型下降9.64 cm，即运动饮食干预与FTO基因型之间存在显著的交互作用效应（P= 0.001），提示运动饮食干预对于TA型被试腰围的干预效果更明显（图1）。另外，对于BM I、体脂百分比、血糖和HOMA-IR，干预方案和基因型之间呈临界显著性交互效应（P＜0.10，图2～图5）。对于其他指标，干预方案对于不同基因型的效果无显著性差异，即无显著性交互效应（P＞0.05）。

图1～图5结果提示，运动饮食干预和FTO基因对部分形态和糖尿病相关指标的影响存在不同程度的交互效应，即干预对于FTO不同基因型肥胖和糖尿病相关指标存在差异，故本研究进一步具体分析讨论干预对于FTO不同基因型肥胖和糖尿病相关指标的影响。如表3所示，对于TT型，E组在干预后BM I和体脂百分比的下降程度显著多于C组，E+D组BMI、体脂百分比、内脏脂肪和血糖的下降程度显著性多于C组（P＜0.05）。对于TA型被试，E+D组BM I、腰围和体脂百分比血糖的下降程度显著多于C组（P＜0.05）。干预后，各组胰岛素和HOMA-IR均有不同程度下降，但组间未呈现显著性差异。

表3 干预对不同基因型超重和肥胖大学生体成分和胰岛素抵抗的影响Table 3 The Effect of Intervention on Body Composition and Insulin Resistance of the Different Genotypes of Overweight and Obesity College Students

图1 干预与FTO基因多态性对腰围变化的影响交互效应Figure 1. The Effect of Interaction w ith FTO Gene Polymorphism and Interference on the Change of WC

图2 干预与FTO基因多态性BM I变化的影响交互效应Figure 2. The Effect of Interaction w ith FTO Gene Polymorphism and Interference on the Change of BM I

图3 干预与FTO基因多态性对体脂百分比变化的影响交互效应Figure 3. The Effect of Interaction w ith FTO Gene Polymorphism and Interference on the Change of the Percentage of Fat

图4 干预与FTO基因多态性对血糖变化的影响交互效应Figure 4. The Effect of Interaction w ith FTO Gene Polymorphism and Interference on the Change of Fsting Blood-Glucose

图5 干预与FTO基因多态性对HOMA-IR变化的影响交互效应Figure 5. The Effect of Interaction w ith FTO Gene Polymorphism and Interference on the Change of HOMA-IR

3 分析与讨论

Frayling等［2］于2007年率先报道了FTO基因突变与英国成年人和儿童肥胖具有高度的相关性，并对38 759名被试基因组进行研究发现，位于FTO基因第1内含子rs9939609位点单核苷酸突变（T→A的突变）与Ⅱ型糖尿病高度相关。当在回归模型中经BM I校正后，发现FTO基因突变与Ⅱ型糖尿病的相关性消失，提示FTO基因与Ⅱ型糖尿病的相关性是通过FTO基因对体重的影响来实现的［2］。目前，来自不同人群的研究已广泛验证了FTO基因多态性与肥胖和糖尿病的密切关联。本研究表明，FTO rs9939609位点A等基因频率为0.24，与Frayling等［2］大样本检测的检出率接近。本样本中并未检出A/A型纯合子突变，这可能是由于本研究样本量较小所致。另外，本研究比较了干预前FTO基因多态性与肥胖和糖尿病相关指标的关系，TT基因型与TA基因型比较，BM I、腰围、体脂百分比、内脏脂肪指数、血糖、胰岛素以及HOMAIR均未呈现显著性差异，这同样可能是由于样本量较小所致，故并不能就此排除FTO风险等位基因对肥胖和糖尿病的影响。需要指出的是，本研究是干预实验而不是大样本的流行病学研究。

已有研究表明，运动等因素和FTO基因型对肥胖和糖尿病相关指标可能产生交互影响作用，即相同的运动干预可能对FTO不同基因型的个体产生不同干预效果，或者说基因突变可能修饰了运动等因素对个体的影响。例如，Ruiz等［7］对欧洲752名青少年进行研究时发现，FTO基因rs9939609位点A等位基因与BM I、体脂百分比和腰围显著性正相关；然而，对于每日体育活动水平大于等于1 h的被试，FTO基因突变对其体重的影响程度更低。对于每天达到此运动量的被试，每个风险等位基因拷贝可以使身体脂肪量增加0.4%，腰围增加0.6 cm，而使未达到推荐运动量的个体的身体脂肪量增加1.7%，腰围增加1.15 cm。该研究表明，一定负荷的体育运动可以削弱FTO基因突变对身体脂肪的影响程度。

本研究结果显示，运动和饮食干预方案对不同基因型被试的腰围影响明显不同，体现在E+D组TT型被试干预结束后腰围下降2.89 cm，而TA型下降9.64 cm，即运动饮食干预与FTO基因型之间存在显著性的交互作用效应，表明运动饮食干预对于风险等位基因携带者（T/A型被试）腰围的干预效果更明显。另外，对于BM I、体脂百分比、血糖和HOMA-IR，干预方案和基因型之间呈临界显著性交互效应。对于TT型，E组在干预后BM I和体脂百分比的下降程度显著多于C组，E+D组BM I、体脂百分比、内脏脂肪指数和血糖的下降程度显著多于C组。对于TA型被试，E+D组BM I、腰围和体脂百分比、血糖的下降程度显著多于C组。对于其他指标，干预方案对于不同基因型的效果无显著性差异，即无显著性交互效应。这些数据提示，本研究的运动饮食干预和FTO基因对部分指标的影响存在不同程度的交互效应，即干预对于FTO不同基因型肥胖和糖尿病相关指标存在差异。

目前，非常少的研究探讨了运动或生活方式干预对不同FTO基因型个体的影响，而且结果并不一致。Schum等［8］研究生活方式干预（运动和饮食）对不同FTO基因型肥胖儿童的影响，结果表明，经过6个月的干预，被试BM I、体脂百分比和HOMA-IR显著性下降，而不同基因型间未呈显著性差异，提示风险等位基因携带者同样受益于运动饮食干预所带来的健康效应。

在另一项生活方式干预研究中，Zlatohlavek等［9］发现4周干预后，FTO风险等位基因携带者体重和BM I下降程度显著高于未携带此风险等位基因的被试。该研究提示，FTO基因突变可修饰或影响生活方式干预对儿童的健康效应，风险等位基因携带者反而更能从干预中获益。相反，Rankinen等［10］对成年人的研究结果显示，经过20周有氧运动后，FTO基因其他位点的C/C纯合子被试体脂量减少约4%，而风险等位基因A/A纯合子被试体脂减少仅0.1%，C等位基因携带者体脂减轻量超过AA纯合子3倍之多。导致这些不一致结果的原因并未明了，推测可能与不同的被试群体的年龄、样本量和干预方式等有关。不过，本研究的研究结果与Zlatohlavek等［9］和Schum等［8］的研究结果一致，提示即使是肥胖风险等位基因携带者（肥胖易感个体），合理的运动和饮食干预可有效促其减重，从而获得健康。这进一步提示运动等生活方式对控制肥胖易感个体体重的积极作用。

4 结论

被试群体中FTO rs9939609位点A等位基因频率为24.0%，T等位基因频率为76.0%，与Hapmap中国人群基因型和基因频率基本一致；干预前，FTO基因型与肥胖及其糖尿病相关指标之间无显著性相关。

运动和饮食干预显著改善被试体成分和血糖，而且，运动饮食干预对于携带FTO风险等位基因的TA型被试腰围的干预效果更明显，提示FTO基因突变可修饰或影响生活方式干预对大学生的健康效应，即使是肥胖易感个体，合理的运动和饮食干预可有效促进其减重。

［1］ Ng M，Fleming T，Robinson M，etal.Global，Regional，and National Prevalence of Overweightand Obesity in Children and Adults during 1980-2013：A Systematic Analysis for the Global Burden of Disease Study 2013［J］.Lancet，2014（3）：15-25

［2］ Frayling T M，Timpson N J，Weedon M N，et al.A Common Variant in the FTO Gene is Associated w ith Body Mass Index and Predisposes to Childhood and Adult Obesity［J］.Science，2007，316（5826）：889-894

［3］ Tews D，Fischer-Posovszky P，Wabitsch M.FTO-Friend or Foe？［J］.Horm Metab Res，2010，42（2）：75-80

［4］ Kilpelainen T O，Qi L，Brage S，et al.Physical Activity Attenuates the Influence of FTO Variants on Obesity Risk：

Effect of Aerobic Exercise and Diet Intervention on M ale College Students w ith Variants of FTO Gene

∥LIXiaokai1，LIShichang1，HUANG Tao1，BAIHuim in2

Objective：FTO（fat-mass and obesity-associated）is the first common obesity-susceptibility gene.FTO gene variant（rs939609）is associated w ith obesity and diabetes-related traits. The aim of the study is to investigate the effects of an exercise and diet intervention program onmale college studentsw ith variants of FTO gene.Methods：Male college students were random ly allocated into exercise group，exercise and diet group，and control group.The main type of exercise was aerobic exercise.FTO rs9939609 was genotyped.Diet intervention consists mainly oflectures regarding health and nutrition.The primary outcomes were body composition and diabetes-related parameters.Results：For the subjectsw ith FTO TT genotype，the exercise group had a significant reduction of BM I and body fat percentage，whereas exercise and diet group had a significant reduction of BM，waist circum ference，body fat percentage，visceral fat，and glucose when compared with control group.For the exercise and diet group，the subjects w ith TA genotype had a significantly larger reduction of waist circum ference.Specifically，after intervention the subjects w ith TT genotype reduced waist circum ference，whereas the subjects w ith TA genotype lost.Conclusion：The exercise and diet group had a larger effect on waist circum ference in the subjects with the risk of allele（TA genotype），suggesting that exercise and diet intervention is effective to improve body composition in individual carrying FTO risk allele.

male college student；FTO gene；obesity；aerobic exercise；diet intervention；body composition；diabetes

G804.2

A

1000 -5498（2014）06 -0094 -06

2014 -06 -07；

2014 -08 -09

上海大学校内创新基金资助项目（2010）

李效凯（1970 -），男，安徽利辛人，华东师范大学博士研究生，上海大学体育学院讲师；Tel.：（021）66135010，E- mail：lxkmoom@126.com