增加餐后体能活动对于初发2 型糖尿病患者代谢基因表观遗传的影响

林如海 ，柯智元 ，陈晓珊 ，刘丽云 ，黄银琼 ，黄惠斌

1.福建医科大学附属第二医院内分泌与代谢病科，福建泉州 362000；2.福建医科大学附属第二医院临床营养科，福建泉州362000；3.厦门大学附属中山医院感染科，福建厦门 361004；4.泉州市第一医院儿科，福建泉州 362000

2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）是一种以高血糖为主要特征的慢性代谢性疾病，长期高血糖状态可导致多种糖尿病慢性并发症，严重降低人们生活质量[1]。近年来，2 型糖尿病的患病率在全球范围内迅速增加。我国T2DM 的患病率已从2013 年的10.4%[2]增加至2018 年的 11.2%[3]。 因此，深入探究 T2DM 的发病机制对该疾病的治疗及预后意义深远。 除药物治疗外，饮食、运动等生活方式干预有利于降低T2DM 高危人群的发病风险。有研究指出，基因-环境相互作用可能通过表观遗传学机制影响机体胰腺β 细胞功能和外周组织的胰岛素抵抗状态而导致糖尿病的发生发展[5-6]。 表观遗传学是指通过细胞分裂实现代间遗传而不改变DNA遗传物质碱基序列的现象，其机制失调可能导致T2DM等多种疾病[7]。 其中尤以DNA 甲基化为最重要的一种表观遗传修饰方式。 最新研究报道提示体能运动可影响T2DM 相关基因的DNA 甲基化[8]。 因此该研究选取2018 年 12 月—2020 年 12 月该院收治的 40 例初发 2型糖尿病患者作为研究对象，旨在探讨增加餐后体能活动对于初发2 型糖尿病患者代谢基因的表观遗传影响，从表观遗传学层面上探讨体能活动在初发T2DM发生发展中的作用，为临床诊治T2DM 提供思路和线索，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取该院收治的40 例初发2 型糖尿病患者作为研究对象。 其中男性 22 例（55%），女性 18 例（45%），平均年龄为45 岁。 该研究已获得医院医学伦理委员会批准，且患者均知晓并同意研究内容。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：①初发成人2 型糖尿病患者，符合WHO提出的关于T2DM 诊断及分型标准；②年龄18~65 岁（包括界值）；③HbA1c≥6.5%；④愿意接受餐后体能活动的人员；⑤未曾接受降糖药物治疗。

排除标准：①合并认知功能障碍或无法正常交流者；②合并严重糖尿病急性及慢性并发症者；③存在运动禁忌证者；④合并心、肝、肾等严重器质性疾病者；⑤依从性极差或无法遵从研究方案者；⑥合并高血压者，即收缩压≥140 mmHg 和/或舒张压≥90 mmHg；⑦三酰甘油≥5.6 mmol/L。

1.3 方法

全部患者入组后均提供糖尿病标准化饮食，在此基础上每日增加三餐后体能活动，患者佩戴运动手环，于餐后0.5 h 进行快走或慢跑，每次运动时间≥10 min，持续运动两周，所有患者均未应用降糖、降脂药物治疗。

1.3.1 临床资料收集 收集患者的体质量、体质指数（BMI）、血压[舒张压（DBP）、收缩压（SBP）]、腰围、臀围等数据资料。 隔夜禁食至少10 h，抽取所有患者晨空腹静脉血15 mL，取5 mL 血液标本用于测量糖化血红蛋白（HbA1c）、空腹血糖（FPG）、空腹胰岛素（FINS）、总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、三酰甘油（TG）等生化指标，并利用公式计算 HOMA-IR（HOMA-IR=FINS×FPG/22.5）。取10 mL 血液标本采用二代测序分析法进行炎症及代谢基因（TFAM、FOXA2、CCL2、ICAM1、POMC、NPY、LEP、TH、DAT、GLUT 4、miR-138、miR-15b、miR-376a、miR-130b）的表观遗传检测。 增加餐后体能运动两周后，重新检测上述指标。

1.3.2 二代测序分析 提取运动干预前后患者的外周血白细胞DNA，应用重亚硫酸盐测序法（BSP 法）检测相关炎症及代谢易感基因的DNA 甲基化水平，比较体能运动干预前后DNA 甲基化水平差异。

1.4 观察指标

①比较增加餐后体能活动前后患者的腰围、臀围、体质量、BMI 的变化差异。②比较增加体能活动前后患者的血糖、血脂、血压水平变化差异。 ③比较增加体能活动前后患者上述炎症及代谢基因的甲基化水平变化差异。 ④比较基线状态下不同HbA1c 组别之间上述炎症或代谢基因的甲基化水平差异。

1.5 统计方法

采用SPSS 18.0 统计学软件进行数据分析，计量资料以（）表示，采用 t 检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 增加餐后体能活动前后一般资料比较

增加餐后体能活动后，患者的血糖、血脂、血压改善均优于增加体能活动前，差异有统计学意义（P<0.05）。而腰围、臀围、体质量、BMI 与增加体能活动前比较，差异无统计学意义（P>0.05）。 见表 1。

表1 增加体能活动前后一般资料比较（）

表1 增加体能活动前后一般资料比较（）

指标 增加体能活动前（n=40）增加体能活动后（n=40） t 值 P 值腰围（cm）臀围（cm）BMI（kg/m2）体质量（kg）DBP（mmHg）SBP（mmHg）TC（mmol/L）TG（mmol/L）LDL-C（mmol/L）HbA1c（%）FPG（mmol/L）FINS（μU/mL）HOMA-IR 76.89±4.93 98.15±3.17 25.84±2.22 69.68±5.07 84.50±4.35 134.47±5.32 4.89±1.23 1.97±0.73 2.94±0.74 8.34±4.55 8.25±4.86 10.21±2.63 2.84±0.59 75.35±3.51 96.97±2.94 25.12±1.68 67.55±5.12 80.24±4.20 130.42±3.27 4.21±1.15 1.88±1.01 2.57±0.76 7.67±3.02 7.73±3.81 11.67±2.37 2.57±0.46 1.609 1.726 1.742 1.870 4.456 2.459 2.554 2.081 2.206 8.883 4.629 2.608 2.283 0.112 0.088 0.085 0.065＜0.001 0.016 0.013 0.041 0.030＜0.001＜0.001 0.011 0.025

2.2 增加体能活动前后炎症及代谢基因甲基化比较

增加体能活动后，患者的 POMC、GLUT 4、miR-138、miR-15b、miR-376a、miR-130b6 个基因的甲基化程度均较前降低；而 TFAM、FOXA2、CCL2、ICAM1、LEP、DAT6 个基因的甲基化程度均较前升高，差异有统计学意义（P<0.05）。NPY、TH 基因的甲基化程度与增加体能活动前比较，差异无统计学意义（P>0.05）。 见表 2。

表2 增加体能活动前后基因甲基化比较（）

表2 增加体能活动前后基因甲基化比较（）

基因 增加体能活动前（n=40）增加体能活动后（n=40） t 值 P 值GLUT 4 POMC NPY LEP TH DAT miR-376a miR-130b miR-138 miR-15b TFAM FOXA2 CCL2 ICAM1 10.36±4.42 37.14±8.26 5.67±3.61 43.13±8.16 8.67±3.39 16.98±5.27 41.67±10.24 37.20±7.64 34.17±7.54 37.66±6.89 24.64±5.82 10.87±3.45 10.61±3.52 13.24±4.47 7.73±3.25 31.50±6.38 6.20±2.87 52.15±8.34 8.51±3.01 21.34±6.67 32.51±10.13 33.26±7.52 26.88±8.04 30.90±7.31 35.82±6.10 27.63±9.10 34.57±9.32 36.55±8.87 3.032 3.418 0.727 4.889 0.223 3.244 4.022 2.325 4.183 4.256 8.387 10.892 15.211 14.843 0.003 0.001 0.470＜0.001 0.824 0.002＜0.001 0.023＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

2.3 不同HbA1c 分组的基因甲基化比较

增加体能活动前不同HbA1c 分组之间的炎症及代谢基因的甲基化水平比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表3。

表3 不同HbA1c 分组的基因甲基化比较（）

表3 不同HbA1c 分组的基因甲基化比较（）

基因 HbA1c≥10%（n=20） HbA1c<10%（n=20） t 值 P 值GLUT 4 POMC NPY LEP TH DAT miR-376a miR-130b miR-138 miR-15b TFAM FOXA2 CCL2 ICAM1 11.27±4.53 40.28±7.10 5.53±3.07 40.55±6.33 8.60±3.55 14.87±5.16 43.77±9.19 38.86±6.83 36.82±7.23 37.17±6.55 23.20±7.54 9.63±3.14 10.15±4.01 12.47±4.74 9.62±4.01 37.23±6.68 5.61±2.69 44.74±7.15 8.53±3.24 17.83±5.74 40.12±10.15 36.42±7.11 33.46±7.22 37.89±6.37 25.47±7.07 10.96±3.57 10.73±3.52 14.38±4.36 1.220 1.399 0.088 1.962 0.065 1.715 1.192 1.107 1.471 0.352 0.982 1.251 0.486 1.326 0.230 0.170 0.931 0.057 0.948 0.095 0.241 0.275 0.150 0.727 0.332 0.219 0.630 0.193

3 讨论

研究表明，环境因素改变引发的表观遗传修饰如甲基化改变可影响多种与糖尿病相关基因的表达， 使胰岛素分泌减少和发生抵抗[9-10]。 餐后运动有利于改善高血糖，是预防和延缓T2DM 发生和发展进程的重要干预方式。 该研究从表观遗传水平上探讨初发T2DM 患者增加餐后体能活动的作用，为临床预防糖尿病提供理论依据。

该研究结果显示，增加体能活动后，患者的血糖、血脂、血压改善均优于增加体能活动前。 由于该研究中采取的运动干预方式较为温和，且持续时间仅为两周，故患者腰围、BMI 等指标虽有所降低，但差异无统计学意义。 T2DM 是环境与遗传因素共同作用的结果，但有研究指出，不良的生活方式诱发T2DM 的风险较遗传因素更高[11-15]。 运动作为一种绿色健康的生活方式，在糖尿病预防中的作用非常重要。

该研究中，增加体能活动后POMC、GLUT 4、miR-138、miR-15b、miR-376a、miR-130b 6 个基因的甲基化程度均降低；而 TFAM、FOXA2、CCL2、ICAM1、LEP、DAT 6个基因的甲基化程度升高。 提示餐后体能活动能影响T2DM 患者相关基因的甲基化水平，与Margaryan S 等[16]的结论相似。一般情况下，基因高甲基化会抑制其表达，而低甲基化则可激活该基因表达[17]。 促A 片-黑素细胞皮质素原（POMC）基因、瘦素（LEP）基因为食欲调节因子。 研究表明，肥胖状态下瘦素基因甲基化程度降低，同时存在瘦素表达增加及瘦素抵抗现象[18-19]；而一项儿童研究提出POMC 高甲基化与空腹血脂及胰岛素升高之间存在联系。多巴胺转运体蛋白（DAT）为参与多巴胺合成的因子，在高脂饮食喂养后于下丘脑呈低甲基化，上述三者均与肥胖有关。肥胖患者常处于低度的慢性炎症状态，而长期低度的慢性炎症被证实为引发T2DM 与其他心血管疾病的重要原因。此外，miR-138、miR-15b、miR-376a、miR-130b 均是与肥胖及T2DM 有关的影响因子，其表达可抑制脂肪生成和减少脂质在脂肪细胞中的沉积。 而葡萄糖转运蛋白4（GLUT 4）是胰岛素敏感性葡萄糖转运体，T2DM 患者体内GLUT 4 基因高甲基化改变了GLUT 4 水平，与胰岛素抵抗及糖尿病的发病相关。 因此增加餐后体能活动可通过调控上述代谢基因甲基化水平而改善血脂、血糖及胰岛素分泌，从而发挥体内代谢调节作用。

此外，研究证实，高糖环境诱导的炎症基因甲基化下调进而促使炎症因子的高表达可能是糖尿病发病的一种潜在机制。 线粒体转录因子TFAM 蛋白产生的减少与炎症因子IL-6 表达增加有关。 单核细胞趋化因子CCL2 是一类促炎细胞因子，其与ICAM1 的甲基化与高糖环境引起的免疫因子有关。 当机体处于高糖状态时，炎症基因 TFAM、FOXA2、CCL2、ICAM1 甲基化程度下降，进一步激活上述炎症介质表达增加，加剧T2DM 患者体内的慢性炎症状态。 而餐后体能活动能增加炎症基因的甲基化程度，减少基因表达，改善机体内炎症状态，减缓T2DM 的进展速度。

综上所述，增加餐后体能活动可能通过调控初发2型糖尿病患者代谢基因的甲基化程度而参与维持患者内分泌及代谢功能的稳态平衡，进而延缓初发2 型糖尿病的进展。因此，初发2 型糖尿病患者在饮食和药物治疗的基础上，应进行科学的餐后体能活动，进一步调控血糖水平。 但该研究样本量较小，结果可能存在局限性，故在未来仍需通过进一步的前瞻性大样本研究以验证。