VEGFR2基因SNP/A+18487T与HiHiLo后定量负荷下SpO2变化的关联研究

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  摘 要: 目的:探讨VEGFR2(血管内皮生长因子受体2)基因SNP/A+18487T多态性与HiHiLo后 定量负荷下SpO2变化的关联性。方法:选取71名中国北方平原地区汉族男子进行30 d高住 高练低训(HiHiLo),方案为每日在低氧房(O2浓度为14.8%~14.3%,海拔约2 800~3000m)居住10 h,每周进行3次75% VO2max强度的低氧训练(O2浓度为15.4%~14.8%,海 拔约2 500~2 800 m),运动时间为30 mim/次,其余时间在常氧环境下训练。使用脉搏血 氧饱和度测试仪测试HiHiLo前后定量负荷下SpO2。采用PCRRFLP法分析VEGFR2基因A+184 87T单核苷酸多态性。结果:VEGFR2基因A+18487T多态性与低氧训练后定量负荷运动下SpO2变化有关联。其中AA基因型者SpO2升高幅度显著大于其他基因型者。结论:AA基因型者 在低氧训练后产生了较好的低氧适应,可以作为预测低氧训练后定量负荷运动下SpO2变化 的分子遗传学标记。
  关键词:血管内皮生长因子受体2;基因多态性;低氧训练;血氧饱和度
  中图分类号:G804.7
  文献标识码:A
  文章编号 :1007-3612(2010)02-0049-04
  The Correlation between the VEGFR2 Gene A+18487T Polymorphism an d Changes of SpO2 after HiHiLo
  NIE Jing1,HU Yang2,YI Longyan2,WANG Jingling2,ZHA NG Li3
  (1.Jiangxi Normal University, Nanchang 330022,Jiangxi China;2. Beijing Sport University, Beijing 100084, China;3. China Institute of S port Science, Beijing 100061, China)
  Abstract: The thesis is to explore the correlation between VEGFR2 gene A+18487T polymorphism and the changes of SpO2 after hypoxic training by doing HiHiLo tr aining for 71 men of Han nationality in northern China for 30 days. The Training programme is carried out as follows: being exposed in hypoxic environment (14.8 %~14.3%O2,10h/day), three times hypoxic training per week (15.4%~14.8%O2),and in the other time, trained at sea level. SpO2 were monitored before and a fter HiHiLo. The genotype was analyzed by PCRRFLP. It is found that there is a correlation between VEGFR2 gene polymorphism and the changes of SpO2 after 4 W hypoxic training. The AA genotype of SNP/A+18487T in VEGFR2 gene increased s ignificantly in SpO2 after HiHiLo. In conclusion, Men carrying AA probably hav e the better ability of adapting to hypoxia than those carrying AT and TT. There fore, the polymorphysim is the genetic marker for the response of SpO2 to hypoxi c training.
  Key words: VEGFR2;gene polymorphism;hypoxic training;SpO2
  
  低氧训练作为提高有氧耐力素质的手段之一,已被国内外体育界所认可。它通过低氧环 境配合运动训练来增加机体缺氧的程度,以产生一系列抗缺氧生理适应性反应,提高机体有 氧运动能力。但研究表明,这些适应性反应存在较大的个体差异[1,2]。而这些个 体差异决定了低氧训练效果的好坏。目前,国内外学者在寻找低氧适应特异基因的研究中取 得了一些进展,发现了与低氧适应能力有关的基因多态性[3,4]。
  毛细血管增生是机体适应低氧的最明显变化之一。在已发现的促血管生长因子中作用最 强的就是血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)[5]。 它通 过与受体结合促进内皮细胞的增殖、迁移和分化,从而诱导血管新生。其中受体2(vascula r endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)是VEGF的主要功能受体,在血管新生 作用中发挥了关键作用。有文献报道,VEGFR2基因敲除的小鼠由于缺乏血管生成的能力而导 致死亡[6]。突变VEGF分子中与R2结合的位点,则使VEGF丧失了对内皮细胞的增生 作用[7,8]。大量研究证实,机体在缺血、缺氧的情况下都会诱导组织VEGF及R2基因 的表达[9-11]。有文献报道,急性有氧运动、耐力训练均能使VEGFR2mRNA表达上调 ,且VEGFR2蛋白表达增加与耐力运动导致肌组织毛细血管增生有高度相关[12-17]。 还有学者发现,耐力训练后VEGFR2mRNA表达存在个体差异性[15]。而关于VEGFR2在 低氧训练中的研究并不多。有报 道,大鼠经过5~8周低氧训练后,骨骼肌毛细血管明显增生,而VEGFR2mRNA及蛋白表达未见 显 著变化[18,19]。表明VEGFR2的变化与毛细血管增生并不完全同步,推测VEGFR2基 因可能参与了血管新生的早期阶段。
  人类VEGFR2基因位于染色体4q12,其DNA结构上存在大量的多态位点。不少学者报道,V EGFR2基因SNP/A+18487T具有功能性,与一些病理表型有关联,且该多态还会影响R2与VEGF的 结合活性[20-22]。因此,能否利用该多态性来预测低氧训练效果,目前尚未见此 方面的 报道。本研究拟通过30天的低氧训练,探讨VEGFR2基因SNP/A+18487T与低氧训练后定量负荷 下SpO2变化的关联性,以期为制定个性化的低氧训练方案提供分子遗传学标记。
  
  1 研究对象与方法
  
  1.1 研究对象
  本研究选取71名中国北方汉族平原地区健康男性受试者,无低氧环境居住史,均来自北京体 育大学体育系和运动系,平均年龄(21.10±1.37)岁,身高(177.93±5.26)cm,体重(69.80 ±7.80)kg。
  1.2 实验方法
  1.2.1 低氧训练方案
  HiHiLo方案:低氧睡眠+低氧训练+常氧专项训练,共30 d。其中低氧睡眠7 d/周,每晚至少 10 h(晚21:00-次日晨7:00),氧浓度为14.8%~14.3%(模拟海拔高度约2 800~3 00 0 m );低氧训练3次/周,低氧训练方式为常压低氧环境(氧气浓度为15.4%~14.8%,模拟海拔 高度约为2 500~2 800 m)蹬功率自行车30 min (60 rpm/min),以个体75% VO2max强 度为基础,运动过程中调节功率车负荷使受试者SpO2维持在87%~93%范围之内。
  1.2.2 脉搏血氧饱和度(SPO2)的测定
  分别在HiHiLo前后使用美国产脉搏血氧饱和度测试仪(NONIN 8 500)测定1次。测定时 运动方式为低氧环境下(15.4%O2,约海拔2 500 m)蹬功率自行车,运动强度为75%VO2m ax,转速为60 转/min。测试时,先让受试者坐功率车上安静,待 HR、SpO2稳定后,开始 采集安 静5 min每分钟的SpO2值;然后以递增负荷方式热身5 min后间歇,等HR恢复至90~100次/ 分时,开始按规定负荷蹬功率车15 min,停止后恢复5 min(前2 min半返蹬,后2 min半转为 安静)。记录运动15 min和恢复5 min期间每分钟的SpO2
  1.2.3 基因多态性分析
  用Promega试剂盒提取全血DNA。采用PCR-RFLP进行基因多态性分析。应用primer5.0自 行设计引物,上引物:5’-ggt agg ctg cgt tgg aag tta t -3’;下引物:5’- atc aga
  atc acc cta cac aga tgc-3’。PCR反应体系(15 μL):DNA 模板0.5 μL,Taq 酶(0. 15 μL, 5 U/μL),dNTP(0.3 μL, 10mM),Mg2+(1 μL, 25 mM),上下游引物 各1.5 μL(0.05 ug/μL),PCR buffer1.5 μL,灭菌双蒸水补齐。PCR 反应条件:95℃ 预变性5 min;变性94℃40 s,退火62℃50 s,延伸72℃50 s,共35个循环;72℃延伸7 min 。酶切条件:PCR产物3.5 μL,内切酶NlaIII 2U,37℃水浴4.5 h。
  1.3 统计学方法  变化率(△)=[(训练后-训练前)/训练前]×100%。所有数据处理采用SPSS13.0软件统 计 包完成。采用卡方检验和精确率检验受试者基因型频率是否符合H-W平衡定律;先用K-S检验 训练前后生理指标数据是否符合正态分布;低氧训练前后SpO2的变化采用配对T检验 ;不同基因型之间训练后的变化率差异采用单因素方差分析。显著性水平设为P<0.05 ,非常显著性水平设为P<0.01。
  
  2 结 果
  2.1 VEGFR2基因SNP/A+18487T基因型鉴定结果及分布特征
  VEGFR2基因SNP/A+18487T分型结果见图1。其中PCR产物长度为489 bp,经NlaⅢ内切酶酶 切消化后,出现三种类型条带:有酶切位点的纯合型AA被切为365 bp和124 bp两条带;没有 酶切位点的纯合型TT为489 bp一条带;杂合型AT为489 bp、356 bp和124 bp三条带。71名受 试 者中AA型16人,频率为22.54%,AT型34人,频率为47.89%,TT型21人,频率为29.58%。A等 位基因频率为46.48%,T等位基因频率53.52%。经卡方检验,结果显示:χ2(df=2 )=0.064,P=0.968,表明该人群符合H-W平衡定律,具有群体代表性。
  注:TT:2、5;AT:1、3、6;AA:4
  图1 VEGFR2基因SNP/A+18487T分型结果
  2.2 HiHiLo前后定量负荷运动中受试者SpO2的变化
  经过30 d HiHiLo训练后,所有受试者在定量负荷运动中以及运动后恢复期SpO2都出现显 著性升高,分别提高了1.45±1.87%和1.20±1.48%,而在安静状态下未出现显著性变化( 表1,图2)。
  2.3 VEGFR2基因SNP/A+18487T与HiHiLo后定量负荷下SpO2变化的关联性
  不同基因型者在安静状态下、运动状态下以及恢复期间SpO2初始值均无显著差异;经过30 天低氧训练后,不同基因型之间在运动状态下SpO2提高幅度出现非常显著性差异(P <0.01),即AA基因型SpO2升高幅度大于其他两种基因型者。而安静状态下和恢复期间SpO2变化幅度在各基因型中无显著差异(表2,图3)。
  3 讨 论
  
  动脉血氧饱和度是指动脉血氧含量与动脉血氧容量的百分比,它体现了血红蛋白与氧气 的结合状态,是反映机体供氧程度的一项重要指标。脉搏血氧饱和度仪检测是近年来兴起的 一项无创检测技术。临床实验证明,通过脉搏血氧饱和度仪检测到的脉搏血氧饱和度(SpO2)与血气分析中测得的动脉血氧饱和度(SaO2)相关性较好[23]。在常氧情 况下SpO2为97%~99%,但暴露在低氧环境中,SpO2会下降,这主要与动脉血氧分压有关 。当动脉血氧分压增高时,SpO2会上升,表明机体氧供及组织的氧储量明显增加;当动脉 血氧分压降低时,SpO2也下降,因此,SpO2在一定程度上可以反映机体缺氧的状况。目 前,对SpO2的监测已被广泛应用于运动训练领域中,它是监控运动强度的简单无创指标。 研究发现,随着运动强度逐渐增加,动脉血氧分压和SpO2均呈下降趋势,至最大负荷时Sp O2达最低[24,25]。且运动员的VO2max与最低SpO2之间存在显著相关,当SpO2下降4%,VO2max下降4.4%[26]。可见SpO2下降是限制运动能力发挥的重要 因素。因此,在低氧运动中检测动态SpO2可以反映机体对低氧环境的适应情况。
  本研究发现,HiHiLo训练后,受试者在完成相同负荷的低氧运动中以及运动后恢复期Sp O2均较训练前显著升高,表明HiHiLo训练后机体氧供状况明显改善,运动能力有所提高。这 主要与低氧刺激有关。有文献报道,间歇性低氧暴露后,在低氧安静时以及低氧运动时SpO  2较暴露前显著增加[27,28]。以上结果提示在运动训练中加入低氧刺激,可增加机 体的缺氧应激,产生一系列抗缺氧生理适应性变化,从而提高机体低氧适应能力和运动能力 。
  同时,本研究首次报道了VEGFR2基因SNP/A+18487T与低氧训练后定量负荷运动SpO2变化 的关联性。结果显示,HiHiLo训练后,完成定量负荷的低氧运动中,SpO2提高幅度在不同 基因型之间出现非常显著性差异(P<0.01),即AA基因型者SpO2升高幅度大于AT、T T 两种基因型者。表明VEGFR2基因SNP/A+18487T与低氧训练后定量负荷运动中SpO2变化有关 联。其中AA基因型者训练敏感性更强,反映其低氧适应能力较好。这与某些学者的观点相一 致,即认为在低氧环境下运动时,具有较高血氧饱和度的个体,能表现出较好的低氧适应和 低氧运动能力[29,30]。我国学者郑澜等发现,血清VEGF含量与动脉血氧分压显著 相关[31]。推测可能 与VEGF受体活性有关。随着低氧程度的增加,动脉血氧分压下降,VEGF受体活性增强,与血 清VEGF结合后,产生促血管生成效应,而使血中VEGF含量下降,这将有利于机体缺氧状况的 改善。而且有学者发现,VEGFR2基因SNP/A+18487T会影响R2与VEGF的结合活性[21,22 ]。原因可能与该多态位点所处位置有关。SNP/A+18487T位于第11外显子上,编码胞外第 5个免疫球蛋白样结构域,该位点碱基的改变引起了相应密码子的改变,由谷氨酰胺转变为 组氨酸(Gln→His),进而影响其蛋白质结构,改变了VEGFR2的活性。早有研究报道,第4到 第7个免疫球蛋白结构域包含了与R2激活有关的结构特征[32,33]。因此,推测AA基 因型者VEGFR2活 性可能较强,在低氧训练后,通过增强毛细血管增生效应,改善氧气的运输供应,提高机体 耐缺氧的能力,表现出更好的低氧适应性,以至于低氧训练效果更明显。
  
  4 结 论
  
  VEGFR2基因A+18487T多态性与HiHiLo训练后定量负荷运动中SpO2变化有关联。其中AA基 因型者SpO2升高幅度显著大于其他基因型者,提示AA基因型者在低氧训练后产生了较好的 低氧适应,可以作为预测低氧训练后定量负荷运动下SpO2变化的分子遗传学标记。
  
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