运动缓解与肥胖相关疾病的作用

王艳兵 左建玲 王春光 王文霞 何玉秀 (河北北方学院体育部，河北 张家口 075000)

肥胖是遗传因素和多种环境因素相互作用的结果，环境因素包括饮食、压力及运动等。肥胖与多系统的疾病都有密切联系，如心脑血管疾病、消化系统疾病、糖脂代谢异常及癌症等。从遗传学的角度分析，肥胖及这些相关疾病是多基因控制的性状，寻找与这些性状相关的核心基因，将有助于有效控制肥胖及肥胖引起的各种疾病。

运动是目前提倡较多的能降低肥胖及减轻相关疾病症状的方式之一。van Tienen等〔1〕通过基因芯片检测了运动前后2型糖尿病患者基因表达量的变化，分析了运动对患者的作用途径。Liu等〔2〕利用基因芯片技术检测了运动前后冠状动脉患者基因表达量的变化，总结了运动对冠状动脉患者的作用。本文初步探讨运动对缓解与肥胖相关疾病的辅助作用。

1 材料与方法

1.1 肥胖及与肥胖相关疾病的基因集 从肥胖相关基因数据库 T-HOD〔3〕、2型糖尿病相关基因数据库T2DGADB〔4〕及冠状动脉相关基因数据库 CADgene〔5〕获得与肥胖、糖尿病及冠状动脉疾病相关的基因并形成基因集合，比较并获得肥胖及与肥胖相关疾病的重叠基因。

1.2 蛋白质相互作用网络分析 将2型糖尿病及冠状动脉基因作为种子节点输入到STRING10.0〔6〕数据库，选取交互作用评分大于0.9(最高等可信度)的互作关系构建蛋白相互作用网络(PPI)。网络分析采用生物图表可视化工具Cytoscape3.2.1软件〔7〕，且利用“Network Analyzer”工具对各节点的“度”进行计算。“度”代表了与目标蛋白相互作用蛋白的数量，网络中，节点越大，“度”越大。核心基因的选择阈值为:中介中心性(BC)＞0.05 和“度”＞50〔8〕。

1.3 运动对2型糖尿病及冠状动脉患者作用的初步评价 本文分析van Tienen等〔1，2〕研究的运动前后2型糖尿病和冠状动脉患者的差异基因，并与筛选出的肥胖、2型糖尿病和冠状动脉相关基因进行比较。

2 结果

2.1 肥胖、2型糖尿病、冠状动脉基因及网络分析在3个数据库中分别得到了835个与肥胖相关的基因、530个与2型糖尿病相关的基因、604个与冠状动脉相关的基因，分别在STRING10.0蛋白相互作用数据库中构建了作用网络，网络中包括826个肥胖种子基因、421个2型糖尿病种子基因及599个冠状动脉种子基因。通过Cytoscape3.2.1软件中的“Network Analyzer”工具得到3个与冠状动脉相关的核心基因(SRC、IL6、TP53)及2个与2型糖尿病相关的核心基因(AKT1、INS)。通过筛选重叠基因得到131个与2型糖尿病和冠状动脉都相关的基因(ABCA1，ACE，ADIPOQ，ADIPOR2，ADRA2B，ADRB1，ADRB2ADRB3，AGER，AGT，AGTR1，AHSG，AKR1B1，APOA1，APOA2，APOA5，APOB，APOC3，APOE，APOM，CAPN10，CCL2，CCR5，CD14，CD36，CDKN1C，CDKN2A，CDKN2B，CETP，CHI3L1，CRP，CX3CR1，CXCL5，CXCR4，CYP11B2，DIO2，ENPP1，EPHX2，ESR1，F3，F7，FABP2，FABP3，FABP4，FOXO1，FTO，GCK，GCKR，GHRL，GHSR，GLO1，GNB3，GSTM1，GSTT1，GYS1，HFE，HIF1A，HMOX1，HNF1A，HSD11B1，ICAM1，IFNG，IGF1，IL10，IL1B，IL1RN，IL4，IL6，IL6R，IRS1，IRS2，ITGB3，KCNQ1，KL，KLF14，KLF2，KLF5，LDLR，LEP，LIPC，LMNA，LPL，LRP6，LTA，MIF，MMP1，MMP12，MTHFR，MTTP，NAMPT，NOS1AP，NOS3，NPPB，NPY，NR1H3，NR3C1，PDX1，PECAM1，PON1，PON2，PPARA，PPARD，PPARG，PPARGC1A，PRKG2，PTEN，PTGIS，PTGS2，PTPN22，RBP4，RETN，SELE，SHBG，SLC8A1，SOD1，SOD2，SOD3，SREBF1，STAT4，THBS2，TLR4，TNF，TNFRSF4，UCP2，USF1，UTS2，VDR，VEGFA，VWF，WRN，XRCC1)，将该 131个节点蛋白构建蛋白网络(图1)，共包括1 054条相互作用，其中包括93个肥胖基因(ABCA1，ACE，ADIPOQ，ADIPOR2，ADRA2B，ADRB1，ADRB2，ADRB3，AGT，AHSG，APOA1，APOA2，APOA5，APOB，APOC3，APOE，CAPN10，CCL2，CD14，CD36，CDKN2B，CETP，CRP，CXCL5，DIO2，ENPP1，ESR1，F3，FABP2，FABP4，FOXO1，FTO，GCK，GCKR，GHRL，GHSR，GNB3，GSTM1，HFE，HIF1A，HMOX1，HNF1A，HSD11B1，ICAM1，IFNG，IGF1，IL10，IL1B，IL1RN，IL4，IL6，IL6R，IRS1，IRS2，KLF2，LDLR，LEP，LIPC，LPL，LTA，MIF，MMP12，MTHFR，MTTP，NAMPT，NOS3，NPPB，NPY，NR1H3，NR3C1，PDX1，PON1，PON2，PPARA，PPARD，PPARG，PPARGC1A，PTEN，PTGS2，RBP4，RETN，SELE，SHBG，SOD1，SREBF1，STAT4，TLR4，TNF，UCP2，USF1，UTS2，VDR，VEGFA)。

2.2 运动对2型糖尿病患者及冠状动脉患者基因的影响及分析 将Liu等〔2〕筛选到的运动前后冠状动脉患者的差异表达基因，与本文筛选到的冠状动脉基因进行比较，没有发现重叠基因，但与肥胖基因进行比较，得到 3个重叠基因:STAT3、PRKAR2B、INSR。将van Tienen等〔1〕筛选到的运动前后2型糖尿病患者的差异表达基因与本文筛选到的2型糖尿病基因进行比较，发现 3 个重叠基因:RAPGEF1、IRS2、PIK3CB，与肥胖基因进行比较，得到6个重叠基因:IRS2、PIK3CB、MAPK3、PFKFB3、GLUL、NOS1。但这些重叠基因都不属于核心基因。

3 讨论

核心基因是构成网络的关键点，对蛋白质网络至关重要，在某种程度上可能是某种疾病发生过程中最主要的靶点之一。本文结果显示2型糖尿病网络中的核心基因为AKT1和前胰岛素原INS，这两个基因与肥胖相关。冠状动脉网络中的核心基因为 SRC、IL6、TP53，其中IL6和TP53与肥胖相关。AKT1是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，促进细胞的生长和存活，但最近也有很多研究证明AKT1在能量代谢途径中发挥作用，说明该基因可以作为治疗肥胖的靶基因目标之一〔9，10〕。转基因鼠中AKT1的活化可以促进葡萄糖代谢，降低与年龄有关的脂肪累积，显著降低肥胖，同时这些动物还表现出代谢参数的变化，如胰岛素敏感性提高，血糖和瘦素浓度降低〔9，11〕。INS的多态性与 2型糖尿病的易感性有关〔12〕，且永久性的新生儿糖尿病与INS基因的突变有关〔13〕。研究发现人体中删除INS基因的纯合体会引发新生儿短暂性糖尿病，而删除INS基因的杂合体成年后会发展为胰岛素依赖性个体〔14〕。肥胖青少年体内INS基因的串联重复序列作为一种数量性状基因位点，影响葡萄糖诱导的胰岛素生理功能〔15〕。Maitra 等〔16～18〕通过研究亚洲印度家庭成员IL6基因的多态性在早发冠状动脉急性期蛋白表达量的变化，发现在早发冠状动脉疾病IL6基因的多态性是一种很重要的遗传影响因素，且该基因的变异与肥胖也有很大的相关性。Caamano等〔19〕通过对智利的个体研究发现，TP53基因的多态性与冠状动脉相关联，而有关TP53与肥胖关系的研究还很少。

运动是提倡较多的一种健身方式，有规律的运动在生理和心理两方面促进人类的健康。本文结果发现运动干预后2型糖尿病患者的差异表达基因与该病相关基因有重叠，与肥胖基因也有重叠，尽管这些基因在网络中都不属于核心基因，但也说明运动在2型糖尿病中发挥了一定作用。而运动干预后冠状动脉患者的差异表达基因只与3个肥胖基因匹配，与该病相关基因没有交叉，间接证明运动只是通过降低肥胖对一些与肥胖相关的疾病起到提前预防的作用，而对已发生冠状动脉患者在治疗上起到的辅助作用还有待进一步验证。