ACTN3基因R577X多态性与如皋地区汉族老年人群血脂水平的关联研究

石建明 李林子 周 慧 王正栋 褚雪峰 朱银圣 解雪娟 刘足云 金 力 王笑峰△

(1如皋市人民医院长寿研究所 如皋 226500; 2复旦大学生命科学学院现代人类学教育部重点实验室 上海 200438)

ACTN3基因R577X多态性与如皋地区汉族老年人群血脂水平的关联研究

石建明1▲李林子2▲周 慧1王正栋1褚雪峰1朱银圣1解雪娟1刘足云2金 力2王笑峰2△

(1如皋市人民医院长寿研究所 如皋 226500;2复旦大学生命科学学院现代人类学教育部重点实验室 上海 200438)

目的 探讨中国汉族老年人群中ACTN3基因R577X多态性位点与血脂水平的关联。方法 本研究基于如皋长寿及衰老队列研究(Rugao Longevity and Ageing Study,RuLAS)的衰老子队列人群。基因分型采用Taqman MGB方法。血脂检测指标为总胆固醇(total cholesterol,TC)、三酰甘油(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C),其切点依据NCEP ATPIII标准。通过协方差分析和Logistic回归分析,探究R577X多态性位点与血脂异常之间的关联。结果 本研究共纳入1 618例样本(男性741例,女性877例)。协方差分析发现:在女性中RR、RX、XX基因型间TC和LDL-C水平差异均有统计学意义(TC:5.13、5.29、5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76、2.88、3.00 mmol/L,P=0.004);在总人群中RR、RX、XX基因型间TG水平(1.34、1.43、1.37 mmol/L)差异有统计学意义(P=0.024)。Logistic回归分析发现,在总人群和女性中X等位基因的拷贝数增加与TC水平和LDL-C水平异常升高具有显著关联,总人群TC:OR=1.184,95%CI为1.030～1.361,P=0.018;总人群LDL-C:OR=1.332,95%CI为1.101～1.588,P=0.003;女性TC:OR=1.334,95%CI为1.102～1.616,P=0.003;女性LDL-C:OR=1.549,95%CI为1.208～1.986,P=0.001。调整其他协变量之后,以上关联仍然显著。结论 在如皋地区汉族女性老年人群中,ACTN3基因R577X多态性与血浆TC、LDL-C水平相关。

血脂异常;ACTN3基因; R577X多态性位点; 单核苷酸多态性

心血管疾病是一种典型的多基因遗传病,在我国死因顺位中排名首位,且死亡率逐年上升,严重威胁居民健康[1]。已有大量研究表明,血脂异常造成的脂代谢障碍是缺血性心脑血管发病的独立风险因素,其本身也是受基因、环境共同作用的复杂疾病[1-2]。血脂是血浆中所含的脂类物质,血脂异常的基本类型包括高胆固醇血症、高脂血症、低高密度脂蛋白血症等,表现为三酰甘油(triglycerides,TG)、总胆固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein-cholesterol,LDL-C)的升高和高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein-cholesterol,HDL-C)的降低等[1, 3]。将血脂水平作为心血管疾病发生过程的中间表型,能为寻找心脑血管疾病的易感基因提供依据。

ACTN3基因是著名的“运动基因”,位于人体第11号染色体,编码α-辅肌动蛋白3,参与构成骨骼肌快肌纤维Z线,稳定肌纤维的有序排列和肌肉收缩。ACTN3基因16号外显子上存在R577X多态性(C1747T),为无义突变,突变后可导致α-辅肌动蛋白3表达缺失。这种缺失不会影响人体基本运动能力,其基本功能会由α-辅肌动蛋白2补偿[4-5]。研究表明,RR基因型人群的快肌纤维比例明显高于XX基因型人群[6]。肌肉中快肌纤维含量高,肌肉的爆发力和收缩速度会显著提高,在澳大利亚优秀的短跑运动员中发现R等位基因频率显著高于X等位基因,但R等位基因的缺失可能使运动员在耐力方面具有优势[7-8]。随后有大量研究表明,R等位基因在提高肌肉速度及力量上有显著的作用,X等位基因与肌肉耐力有关联[9-11]。

骨骼肌承担人体全部的活动,与人体代谢有密切联系。XX基因型人群中2型糖尿病患病率更高,R等位基因可以提高慢性心脏衰竭患者的生存时间[12-13]。这些研究提示,R577X多态性与糖代谢、脂代谢等有潜在关联。目前ACTN3基因多态性与脂代谢的相关研究较少。2015年Kim等[14]发现在韩国儿童群体中,HDL-C水平与ACTN3基因多态性相关。在中国汉族人群中更是未见报道。本研究旨在我国如皋地区汉族老年人群中探索ACTN3基因R577X多态性位点与血脂水平的关联,为进一步理解其与脂代谢的关联提供线索。

资 料 和 方 法

研究对象 本研究样本来自于“如皋长寿及衰老队列研究(Rugao Longevity and Ageing Study,RuLAS)”中的“衰老子队列研究”(n=1 788,70～84岁)。衰老子队列基线由复旦大学与如皋市人民医院于2014年11月共同发起,在如皋市江安镇31个村范围内按性别和年龄分层随机抽样,目的是全面理解老年相关表型的患病率、发展轨迹和影响因素,并观察我国社会和政策的变化对老年人群的影响。我们按年龄、性别比从江安镇卫生局所提供的老年人中随机选取1 960名,由村医负责联系、通知受试者前往村卫生室完成基线调查,具体方法参考文献[15]执行。最终取样1 788例(70～84岁),男性830例,女性958例[15]。排除标准:自报告患有癌症的患者(n=57),服用降血脂药物者(n=11),在数据库中TC、TG、HD-C、LDL-C、体质指数(body mass index,BMI)、空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)、收缩压(systolic blood pressure,SBP)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、腰臀比(waist hip rate,WHR)缺失的样本(n=96),基因分型失败的样本(n=18)。排除170例后纳入研究1 618例。

资料采集 本研究通过复旦大学伦理委员会审核,资料及血样的采集获得受试者的知情同意。由接受过专业培训的村医协助被招募者进行资料采集,采用格式和内容统一的流行病学调查表,采集内容包括人口学资料(性别、年龄、婚姻状况、教育水平、收入等)、生活方式(吸烟情况、饮酒情况等)、慢性疾病(心脑血管疾病、癌症、关节炎、慢性肺部疾病等)以及药物使用情况等。由村医经过培训后对生化资料进行采集,现场采集被招募者血液样本、指甲样本、唾液样本并现场分离分装,采集后8 h内对生化样本进行检测。

DNA抽提及基因分型 DNA抽提采用上海莱枫生物科技有限公司的血液基因组DNA提取试剂盒 DK603。基因分型使用Taqman MGB等位基因分型方法,由南京骥骜生物技术有限公司设计并合成探针和PCR反应的引物。所有位点的分型成功率均超过98%。随机挑取1%的样本进行重复试验,分型一致率在99.9%以上。

统计分析方法 数据分析使用SPSS 22.0软件。首先,应用χ2检验(Chi-square test)评估R577X位点在样本中的分布是否符合Hardy-Weinbery平衡(Hardy-Weinberg Equilibrium,HWE),对TC、TG、HDL-C、LDL-C进行正态性检验。其次,采用一般线性回归模型(General Linear Regression Model,GLM)分析各血脂成分与3种基因型的关系,校正性别和/或年龄;在隐性模型(Dominant Model,RR+RXvs.XX)和显性模型(Recessive Model,RRvs.RX+XX)中,采用非参数Mann Whitney U检验分析各血脂成分与基因型的关系。最后,按照美国国家胆固醇教育计划第3次报告(NCEPATPⅢ)中血脂异常的标准[3],将血脂水平分为正常和异常,其中TC、TG或LDL-C临界升高和升高为异常,HDL-C降低为异常。通过Logistic回归分析,校正年龄等因素后,分析血脂异常与等位基因X拷贝数之间的关联。已知性别可能在R577X位点与其他表型之间关联扮演重要作用[16]。除了在总人群中进行分析,我们还做了性别分层分析。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

研究对象的基本特征 进入本研究的样本数量为1 618例,其中男性741例,女性877例。研究对象的流行病学特征见表1。

基因分型结果及HWE检验 在所有样本中,RR/RX/XX基因型频数为595/749/274,最小等位基因频率为0.401。HWE检验结果P值为0.145 (>0.05),表明样本的基因型频率分布符合HWE。

R577X基因型与血脂水平的关系 我们在女性中观察到TC、LDL-C水平在RR、RX、XX基因型之间存在显著差异(TC:5.13、5.29、5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76、2.88、3.00 mmol/L,P=0.004);在男性中未观察到任何显著性结果(表2)。TG水平在总人群中RR、RX、XX基因型之间的TG水平也呈现显著差异(1.34、1.43、1.37 mmol/L,P=0.024)。

显性和隐性遗传模型下R577X多态性与血脂水平的关系 在显性和隐性模型下,我们发现总人群和女性的TC和LDL-C水平与不同基因型相关(表3)。隐性模型中,女性RR组和RR+RX组的TC水平分别是5.13和5.32 mmol/L (P=0.004),LDL-C水平分别是2.76和2.91 mmol/L (P=0.010)。仅在隐性模型中发现总人群和男性的TG水平与不同基因型相关(男性RR、RR+RX组TG水平分别是1.15、1.26 mmol/L,P=0.011)。

表1 研究对象的基本特征

aNumber of SS missing valueis 9;bNumber of AD missing value is 6.BMI:Body mass index;WC:Waistcircumference;HC:Hip circumference;WHR:Waist hip ratio;SBP:Systolic blood pressure;DBP:Diastolic blood pressure;FBG:Fasting blood glucose;TC:Total cholesterol;TG:Triglyceride;HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol;LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol;GPA:General physical activity;MPA:Moderate physical activity; SS:Smokingstatus;AD:Alcohol drinking.Pvalues were obtained by Mann-Whitney test.1 mmHg=0.133 kPa.

表2 显性和隐性遗传模型下ACTN3基因R577X多态性与血脂水平的关系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.Pvalues were obtained by Non-parametric test-Mann Whitney U test.

Logistic回归分析R577X等位基因X与血脂异常的关系 在未校正任何因素时,在总人群和女性中等位基因X的拷贝数增加与TC和LDL-C水平异常显著关联(总人群TC:OR=1.184,95%CI为1.030～1.361,P=0.018;总人群LDL-C:OR=1.332,95%CI为1.101～1.588,P=0.003;女性TC:OR=1.334,95%CI为1.102～1.616,P=0.003;女性LDL-C:OR=1.549,95%CI:1.208～1.986,P=0.001)。分别校正性别和/或年龄、BMI、WHR等因素后显著性依然存在(表4)。在男性中未观察到任何显著性结果。

表3 ACTN3基因R577X基因型与血脂水平的关系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.

表4 Logistic回归分析ACTN3基因R577X等位基因X与血脂异常的关系

TC:Total cholesterol; TG:Triglyceride; HDL-C:High-density lipoprotein cholesterol; LDL-C:Low-density lipoprotein cholesterol.Model 1:Adjusted for sex and age (adjusted for age onlyin male and female groups); Model 2:Adjusted for BMI,WHR,FPG,SBP,DBP; Model 3:Adjusted for SS,AD,GPA,MPA; Model 4:Adjusted for all factors above.OR andPvalues were obtained by Logistic regression analysis.The number of missing sample is 15.

讨 论

本文是在国人中开展的第一个针对ACTN3基因R577X多态性与血脂水平的关联研究。研究发现ACTN3R577X基因多态性位点与如皋汉族老年女性TC和LDL-C水平具有显著关联。

多项研究已证实ACTN3基因R577X多态性位点与运动员的运动表现之间有关联性[7-8,17]。在中国人群中,耐力型女运动员中XX基因型频率和X等位基因频率都显著高于对照组,相比于其他人群,精英运动员中XX基因型频率最高[18]。已有研究表明,ACTN3基因敲除小鼠股四头肌糖原水平较高,在细胞代谢中会增强有氧呼吸途径,减弱无氧呼吸途径,提高与脂肪酸氧化相关的两种线粒体酶的活性,并减弱糖原合成酶的活性[16],但这一结果在人体中没有得以重复[19-20]。

本研究样本中ACTN3最小等位基因频率为0.401,接近于Hapmap 1-3期所给出的0.431。在亚洲(日本)普通人群(n=97)和运动员群体(n=253)中所报道的最小等位基因频率分别为0.53和0.50[6,21]。这说明R577X多态性不仅在运动员群体中普遍分布,在普通人群中也有较高的普遍性。

近年来针对该基因多态性与代谢表型的研究所报道的结论与本研究不尽相同。造成这种差异的可能原因有:(1)研究对象的年龄范围有差异。2016年,Nirengi等[22]发现在日本青年橄榄球运动员的[n=76,(19.8±0.9)岁]XX基因型中HDL-C水平显著高于RR和RX基因型。2015年,Kim等[14]也在韩国儿童[n=788,(10.1±0.7)岁]中有相同的发现,但对于TC、TG、LDL-C水平却未获得显著性结果。本研究的对象是年龄介于70～84岁之间的中国汉族老年人。2011年有研究表明,ACTN3基因R577X多态性对不同年龄段女性(日本)的大腿中部肌肉横截面积的影响不同[23]。青年及儿童处于生长发育过程中,新陈代谢速度较快,而老年人群整体代谢水平下降,两者R577X多态性参与脂代谢的程度和作用机制可能不同。(2)本项研究中的样本数量为1 618例,与以往针对R577X多态性对脂代谢影响的研究相比有一定优势。(3)研究对象所属人种的遗传背景不同。R577X多态性在不同人种中的最小等位基因频率为0.55 (欧洲)、0.52 (亚洲)和0.09 (非洲)[16]。(4)本项研究的对象是没有重大疾病、相对健康的人群。在HIV患者(n=65)中进行的该基因多态性位点与代谢表型的关联研究发现,RR基因型患者的TG水平及血糖水平明显低于RX及XX基因型,但TC和LDL-C水平与基因型无关联。在进行饮食控制后,RR基因型患者的LDL-C水平降低得更多[24]。由于患有重大疾病的人群代谢紊乱,因此无法与健康人群中的结果相比。

由本研究结果可以明显看出在性别分层中的区别,以往的研究中也有报道证明ACTN3基因多态性对代谢的影响在不同性别中有所不同[25]。我们再一次验证了ACTN3基因R577X的X等位基因拷贝数增加是女性TC、LDL-C水平升高的风险因素。在隐性模型中,总人群和男性不同基因型中TG水平存在差异,而在显性模型中则未见明显差异,这说明X等位基因影响TG水平。虽然TC水平受到X等位基因的影响而明显升高,但是HDL-C水平与该基因多态性无关联。

本研究的优势在于:样本量大于以往的相关研究,且来自于未曾有过报道的中国汉族人群。虽然本研究的结论对于ACTN3基因R577X多态性对血脂水平的影响有一定的提示作用,但也存在局限性:(1)无法探索在不同年龄层中R577X多态性位点对血脂水平或代谢中间表型的影响的区别;(2)无法通过更多分层研究方式探索在不同健康状况的人群中ACTN3基因多态性位点所起到的作用;(3)样本量仍需提高,在低HDL-C分组中仅有90例HDL-C异常的样本,这对于继续探索R577X多态性与HDL-C的关系有一定的局限性。

综上所述,本研究发现了ACTN3基因R577X多态性与中国汉族老年女性人群血浆TC和LDL-C水平的关联。该基因多态性位点对血脂水平的影响还需在不同人群中加以验证。

[1] 陈伟伟,高润霖,刘力生,等.中国心血管病报告 2013 概要[J].中国循环杂志,2014,29(7):487-491.

[2] 刘祖洞,乔守怡,吴燕华,等.遗传学[M].3版.北京:高等教育出版社,2012:1107.

[3] GRUNDY SM,CLEEMAN JI,MERZ CN,etal.Implications of recent clinical trials for the national cholesterol education program adult treatment panel Ⅲ guidelines[J].JAmCollCardiol,2004,44(3):720-732.

[4] MACARTHUR DG,NORTH KN.A gene for speed? The evolution and function of α-actinin-3[J].Bioessays,2004,26(7):786-795.

[5] NORTH KN,YANg N,WATTANASIRICHAIGOON D,etal.A common nonsense mutation results in α-actinin-3 deficiency in the general population[J].NatGenet,1999,21(4):353-354.

[6] VINCENT B,DE BOCK K,RAMAEKERS M,etal.ACTN3 (R577X) genotype is associated with fiber type distribution[J].PhysiolGenomics,2007,32(1):58-63.

[7] YANG N,MACARTHUR DG,GULBIN JP,etal.ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance[J].AmJHumGenet,2003,73(3):627-631.

[8] YANG N,MACARTHUR DG,WOLDE B,etal.The ACTN3 R577X polymorphism in East and West African athletes[J].MedSciSportsExerc,2007,39(11):1985-1988.

[9] FIUZA-LUCES C,RUIZ JR,RODRGUEZ-ROMO G,etal.Are ‘endurance’ alleles ‘survival’ alleles? Insights from the ACTN3 R577X polymorphism[J].PLoSOne,2011,6(3):e17558.

[10] MACARTHUR DG,NORTH KN.ACTN3:A genetic influence on muscle function and athletic performance[J].ExercSportSciRev,2007,35(1):30-34.

[11] MORAN CN,YANG N,BAILEY ME,etal.Association analysis of the ACTN3 R577X polymorphism and complex quantitative body composition and performance phenotypes in adolescent Greeks[J].EurJHumGenet,2007,15(1):88-93.

[12] BERNARDEZ-PEREIRA S,SANTOS PC,KRIEGER JE,etal.ACTN3 R577X polymorphism and long-term survival in patients with chronic heart failure[J].BMCCardiovascDisorders,2014,14:90.

[13] RIEDL I.Pathways controlling metabolic and hypertrophic responses in skeletal muscle[R/OL].(2015-05-11)[2016-07-25].http://openarchive.ki.se/xmlui/handle/10616/44673.

[14] KIM K,AHN N,CHEUN W,etal.Association ofangiotensin converting enzyme I/D and α-actinin-3 R577X genotypes with growth factors and physical fitness in Korean children[J].KoreanJPhysiolPharmacol,2015,19(2):131-139.

[15] LIU Z,WANG Y,ZHANG Y,etal.Cohort profile:The Rugao Longevity and Ageing Study (RuLAS)[J].IntJEpidemiol,2016,45(4):1064-1073.

[16] BERMAN Y,NORTH KN.A gene for speed:the emerging role of α-actinin-3 in muscle metabolism[J].Physiology,2010,25(4):250-259.

[17] ROTH SM,WALSH S,LIU D,etal.The ACTN3 R577X nonsense allele is under-represented in elite-level strength athletes[J].EurJHumGenet,2008,16(3):391-394.

[18] SHANG X,HUANG C,CHANG Q,etal.Association between the ACTN3 R577X polymorphism and female endurance athletes in China[J].IntJSportMed,2010,31(12):913-916.

[19] NORMAN B,ESBJÖRNSSON M,RUNDQVIST H,etal.ACTN3 genotype and modulation of skeletal muscle response to exercise in human subjects[J].JApplPhysiol,2014,116(9):1197-1203.

[20] VINCENT B,WINDELINCKX A,VAN PROEYEN K,etal.Alpha-actinin-3 deficiency does not significantly alter oxidative enzyme activity in fast human muscle fibres[J].ActaPhysiol,2012,204(4):555-561.

[21] KIKUCHI N,NAKAZATO K,MIN SK,etal.The ACTN3 R577X polymorphism is associated with muscle power in male Japanese athletes[J].JStrengthCondRes,2014,28(7):1783-1789.

[22] NIRENGI S,FUJIBAYASHI M,TSUZAKI K,etal.ACTN3 gene R577X polymorphism associated with high-density lipoprotein cholesterol and adiponectin in rugby players[J].EndocrPract,2016,22(7):786-790.

[23] ZEMPO H,TANABE K,MURAKAMI H,etal.Age differences in the relation between ACTN3 R577X polymorphism and thigh-muscle cross-sectional area in women[J].GenetTestMolBiomarkers,2011,15(9):639-643.

[24] ARANALDE LC,PEDERZOLI BS,MARTEN T,etal.The ACTN3 R577X polymorphism affects the lipid profile and the prognosis of nutritional intervention in HIV-positive patients[J].NutrRes,2016,36(6):564-574.

[25] DESCHAMPS CL,CONNORS KE,KLEIN MS,etal.The ACTN3 R577X polymorphism is associated with cardiometabolic fitness in healthy young adults[J].PLoSOne,2015,10(6):e0130644.

Association betweenACTN3 gene R577X polymorphism and blood lipid levels in an elderly Chinese Han population in Rugao,China

SHI Jian-ming1▲, LI Lin-zi2▲, ZHOU Hui1, WANG Zheng-dong1, CHU Xue-feng1,ZHU Yin-sheng1, XIE Xue-juan1, LIU Zu-yun2, JIN Li2, WANG Xiao-feng2△

(1LongevityInstitute,RugaoPeople’sHospital,Rugao226500,JiangsuProvince,China;2MinistryofEducationKeyLaboratoryofContemporaryAnthropology,SchoolofLifeSciences,FudanUniversity,Shanghai200438,China)

Objective To explore the association betweenACTN3 gene R577X polymorphism and serum lipid levels in an elderly Chinese Han population. Methods This study was based on the ageing arm of The Rugao Longevity and Ageing Study (RuLAS).Genotyping was performed by Taqman MGB method.Lipids includedtotal cholesterol (TC),triglyceride (TG),high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C).Cut points of dyslipidemia were based on that reported in the NCEP ATPIII.We explored the associations between R577X polymorphism loci and dyslipidemia by using analysis of covariance and logistic regression analysis.Results Overall 1 618 samples was included (741 males and 877 females) in this study.Covariance analysis found that TC level of RR,XX and RX genotype in the general population were 1.34,1.37,1.43 mmol/L with an increasing trend (P=0.024);TC and LDL-C levels of RR,XX and RX genotype (TC:5.13,5.29,5.43 mmol/L,P=0.004;LDL-C:2.76,2.88,3.00 mmol/L,P=0.004) were significantly different in females.Logistic regression analysis showed that the increased copies of X allele were significantly associated with increased TC and LDL-C levels in the general population and females.For the general population,TC:OR=1.184,95%CI:1.030-1.361,P=0.018;LDL-C:OR=1.334,95%CI:1.101-1.588,P=0.003;For females,TC:OR=1.332,95% CI:1.102-1.616,P=0.003; LDL-C:OR=1.549,95%CI:1.208-1.986,P=0.001.After adjusting for other covariates,the above associations remained significant. ConclusionsACTN3 gene R577X polymorphism is associated with plasma TC and LDL-C levels in elderly woman of Han populations in Rugao,China.

dyslipidemia;ACTN3 gene; R577X polymorphism; single nucleotide polymorphisms

R181.3+3

A

10.3969/j.issn.1672-8467.2017.04.014

2016-07-25;编辑:段佳)

▲SHI Jian-ming and LI Lin-zi contributed equally to this work

△Corresponding author E-mail:xiaofengwang71@163.com