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摘要：目的：研究我国优秀冬季项目运动员ACE基因I/D多态分布及其与优秀耐力能力的关联性。方法：应用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术测定120名我国北方汉族健康大学生及50名我国优秀冬季项目运动员ACE基因I/D位点的基因型和等位基因的频率分布。结果：对照组等位基因频率为I=59%，D=41%，基因型频率为I/I=36%，I/D=46%，D/D=18%；冬季项目运动员等位基因频率为I=58%，D=42%，基因型频率为I/I=34%，I/D=48%，D/D=18%；其中25名耐力项目运动员等位基因频率为I=64%，D=36%，基因型频率为，I/I=39%，I/D=48%，D/D=12%，符合H-W平衡，对照组与运动员组的基因型频率和等位基因频率无显著性别差异，基因型频率和等位基因频率在对照组与耐力运动员组间也无显著差异。结论：我国耐力型冬季项目运动员的优秀耐力素质与ACE基因I/D多态性无关，该位点不能作为其耐力素质选材的遗传学标记。
关键词：ACE基因；多态；耐力
中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：1008-2808（2013）05-0013-04
20世纪90年代末，运动能力相关基因的筛选研究进入人们视野。经过25年的研究，大量与人类体质及运动能力相关的基因和位点被发现，尤其是血管紧张素转换酶（Angiotension Converting Enzyme，ACE）基因，由于被认为与耐力及力量素质相关，在多个国家、种族和运动项目的运动员中被广泛研究，取得了大批的阳性结果。肾素一血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）在心血管系统中作用显著，ACE是RAS中的关键酶，在全身各组织中均可见其表达，其编码基因定位于染色体17q23，全长21kb，由26个外显子及25个内含子组成。ACE基因第16内含子中的Mu片段插入/缺失（I/D）多态是该基因被研究最广泛的多态位点，研究发现，该多态性与血浆及细胞内ACE水平有很大关联，三种基因型携带者的血清ACE水平间差异显著，其中DD型携带者的ACE水平最高，ID型次之，II型携带者则最低。大量研究结果表明，ACE基因I/D多态性与运动员有氧耐力相关联，主要通过影响人体的心肺功能来影响人体的有氧耐力素质，并可对人体有氧耐力素质的最佳水平及耐力训练敏感性同时施加影响。
自王潆等一系列优秀男女运动员在冬奥会上披金斩银，我国冰雪健儿在国际大赛上成绩愈来愈突出，竞争力也愈加强大，冬季项目逐渐走进了人们的视野，迎来了前所未有的发展和机遇。然而，与夏季运动项目相比，冬季项目地域性强，开展条件较苛刻，参与人数少，其现役优秀运动员资源的保护及后备人才的开发矛盾突出，严重影响了此类项目的发展。在夏季项目，如长跑、举重等普遍开展基因选材研究的当下，冬季项目优秀运动员的分子选材仍属蹒跚学步，对于项目的发展和推广非常不利。鉴于我国冬季项目运动员主要来自北方地区，特别是东北地区，地域特点较夏季项目突出，而同宗同源的地域特征与相似的项目特征（大多数冬季项目为耐力项目）也使得此类项目较夏季项目更适于分子选材的开展。因此，本研究对我国优秀冬季项目运动员的ACE基因I/D位点多态分布进行探索，以期为进一步开展群体遗传学和体育科学研究提供资料，并为探寻该多态位点分布与耐力运动员优秀耐力素质间的关联性提供参考。
1.研究对象与方法
1.1研究对象
120名健康大学生，其中男性82人，女性38人。我国优秀冬季项目运动员50名，男性29人，女性21人，其中耐力型项目运动员33名，男性15人，女性18人，项目为长距离速度滑冰及越野滑雪，均为国家队及集训队队员，所有受试者均为我国北方汉族，彼此无血缘关系，基本情况见表1、表2。
1.2实验方法
1.2.1静脉取血 运动员及对照组取外周静脉血，基因组DNA纯化试剂盒（Promega）提取全血基因组DNA。
1.2.2多态位点检测 根据文献研究报道选取ACE基因的I/D位点。由Sequenom公司的Mass ARRAY系统完成SNP分型。采用基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术，引物延伸的常规方法解析多态位点，具体参照周文婷等相关研究。
1.2.3统计学分析 统计等位基因和基因型频率，并检测运动员组和对照组的H-W平衡。多态位点在运动员与对照组间分布频率的差异采用X2检验，显著性水平定为P<0.05，非常显著性水平定为P<0.01，数据统计分析由SPSS 16.0完成。
2.结果与分析
在对照组和运动员组中，ACE基因I/D位点的基因型分型成功率分别为100%和100%，两组的等位基因和基因型频率均符合H-W平衡（P>0.05），表明各组研究对象均具有群体代表性。
ACE基因的I/D位点基因型和等位基因分布情况见表3。结果表明，在男、女运动员组和对照组间，基因型和等位基因频率差异均不显著（P>0.05），表明在该位点，基因型和等位基因的分布无性别差异。
运动能力受多种因素影响，而遗传可能是决定个体运动能力差异的主要原因之一。人类最大有氧耐力的遗传度为25%-90%。在最新发表的人类运动素质和健康体适能基因图谱中，研究者对47个被认为与耐力素质相关的基因位点进行了细致描述，而在这其中，ACE基因是国内外研究最多且最为深入的基因。既往研究发现，优秀耐力项目运动员与非有氧供能为主的运动项目运动员、一般水平运动员及健康普通人相比，无论II基因型还是I等位基因的分布频率均较高，从而推测I/D多态性可能与杰出耐力素质相关，但在后续的研究中，由于实验设计及实验控制的差异（如项目选择标准、样本量等），以及可能存在的地域差异和种族差异，众多研究也获得了为数众多的阴性结果，甚至相悖的结果。为此，杨贤罡等与Ma等分别于2010年和2013年对ACE基因多态性与运动能力间的关联进行了元分析，发现I/D多态位点是耐力素质的关联位点，但其效应在不同种族中存在显著差异，其中II型纯合子在欧洲人群中与优秀耐力素质显著相关，在中国人群中则未发现此关联，但研究者认为这种情况可能仅与样本量有关，故认为在进一步补充样本后可进一步加以分析。 通过对以上研究的分析不难发现，ACE基因的I/D多态性在很大可能上与耐力素质相关，但以上研究均局限于夏季项目，冬季项目并未涉及，故该位点可否作为优秀耐力素质的分子选材标记应用于冬季项目，仍然值得商榷。基于以上原因，本研究对我国优秀冬季项目运动员的ACE基因I/D多态位点分布情况进行了探索，采用了基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF）对对照组及运动员组样本进行基因分型，结果发现，对照组与我国优秀冬季项目运动员组中II型和I等位基因的频分别为I/I=36%，I=59%和I/I=34%，I=58%，与我国北方汉族人（I/I=38%，I=61%）相比差异不显著[13]（P>0.05），但与欧美各国人相比差异非常显著（澳大利亚I/I=18%，I=43%；加拿大I/I=20%，I=43%）（P<0.01）。在欧美人中，I等位基因频率较低，基因型中I/D型频率最高，D/D型次之，I/I纯合型最低；而中国北方汉族人中，I等位基因频率较高，与欧美人相比差异非常显著（P<0.01），基因型分布频率则I/I型与D/D型携带者分别非常显著高于和低于欧美人群，表明我国北方汉族人群的ACE基因I/D多态频率分布与欧美人群间有非常显著的种族差异，与王志军等观点相同。业已发现，ACE基因的I/D多态与血浆及细胞内的ACE水平相关，Rigat等则继而报道称该基因I/D位点不同基因型携带者的ACE水平差异显著，究其原因，推测与I等位基因具有可降低ACE水平的效应。然而，遗憾的是，本研究涉及的优秀耐力型运动员中，I/I基因型的频率为39%，与我国北方汉族人中该基因型的频率（38%）结果非常相似，差异不显著（P>0.05），表明I/D多态位点与我国冬季耐力项目运动员的优秀耐力素质无关，不能利用该位点对我国冬季耐力项目运动员进行分子选材，这一方面与我国冬季项目开展情况较差，优秀运动员数量较少，导致统计功效偏低有关，另一方面也可能与耐力素质影响因素众多，而单个基因变异对其整体影响可能较小有关。Zhu等曾分析了ACE基因的13个多态位点，结果发现，该基因的A-240T和G2350A多态位点分别可导致6%和19%的血浆ACE水平改变，而当以G2350A位点的作用进行调整后发现，I/D位点不再与ACE血浆水平相关，说明I/D可能并非ACE的功能性多态位点，其效应可能是与G2350A位点间连锁不平衡的结果。由于优秀运动能力是人类最复杂的表型之一，因此，为确认耐力表型的最优基因型群，采用更加综合和系统的方法无疑是必由之路。而如何更好地促进国际间合作加大样本量、提高统计学功效，应用更新的研究方法（如全基因组扫描连锁或全基因组关联研究等），并致力于统计学方法上的突破，对于加深人们对优秀运动能力遗传学机制的理解及优秀运动能力遗传学研究的开展将大有裨益，对我国优秀运动员后备人才的培养和选拔亦将意义深远。
3.结论
本研究检测了我国汉族优秀冬季项目运动员在ACE基因I/D位点的多态分布，结果发现，等位基因频率分别为I=58%，D=42%，基因型频率为I/I=34%，I/D=48%，D/D=18%，其中25名耐力项目运动员等位基因频率为I=64%，D=36%，基因型频率为I/I=39%，I/D=48%，D/D=12%，基因型和等位基因频率无显著性别差异，与我国北方汉族人间的差异也不显著（P<0.05），因此不能将该位点作为优秀冬季耐力项目运动员的分子选材标记。
关键词：ACE基因；多态；耐力
中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：1008-2808（2013）05-0013-04
20世纪90年代末，运动能力相关基因的筛选研究进入人们视野。经过25年的研究，大量与人类体质及运动能力相关的基因和位点被发现，尤其是血管紧张素转换酶（Angiotension Converting Enzyme，ACE）基因，由于被认为与耐力及力量素质相关，在多个国家、种族和运动项目的运动员中被广泛研究，取得了大批的阳性结果。肾素一血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）在心血管系统中作用显著，ACE是RAS中的关键酶，在全身各组织中均可见其表达，其编码基因定位于染色体17q23，全长21kb，由26个外显子及25个内含子组成。ACE基因第16内含子中的Mu片段插入/缺失（I/D）多态是该基因被研究最广泛的多态位点，研究发现，该多态性与血浆及细胞内ACE水平有很大关联，三种基因型携带者的血清ACE水平间差异显著，其中DD型携带者的ACE水平最高，ID型次之，II型携带者则最低。大量研究结果表明，ACE基因I/D多态性与运动员有氧耐力相关联，主要通过影响人体的心肺功能来影响人体的有氧耐力素质，并可对人体有氧耐力素质的最佳水平及耐力训练敏感性同时施加影响。
自王潆等一系列优秀男女运动员在冬奥会上披金斩银，我国冰雪健儿在国际大赛上成绩愈来愈突出，竞争力也愈加强大，冬季项目逐渐走进了人们的视野，迎来了前所未有的发展和机遇。然而，与夏季运动项目相比，冬季项目地域性强，开展条件较苛刻，参与人数少，其现役优秀运动员资源的保护及后备人才的开发矛盾突出，严重影响了此类项目的发展。在夏季项目，如长跑、举重等普遍开展基因选材研究的当下，冬季项目优秀运动员的分子选材仍属蹒跚学步，对于项目的发展和推广非常不利。鉴于我国冬季项目运动员主要来自北方地区，特别是东北地区，地域特点较夏季项目突出，而同宗同源的地域特征与相似的项目特征（大多数冬季项目为耐力项目）也使得此类项目较夏季项目更适于分子选材的开展。因此，本研究对我国优秀冬季项目运动员的ACE基因I/D位点多态分布进行探索，以期为进一步开展群体遗传学和体育科学研究提供资料，并为探寻该多态位点分布与耐力运动员优秀耐力素质间的关联性提供参考。
1.研究对象与方法
1.1研究对象
120名健康大学生，其中男性82人，女性38人。我国优秀冬季项目运动员50名，男性29人，女性21人，其中耐力型项目运动员33名，男性15人，女性18人，项目为长距离速度滑冰及越野滑雪，均为国家队及集训队队员，所有受试者均为我国北方汉族，彼此无血缘关系，基本情况见表1、表2。
1.2实验方法
1.2.1静脉取血 运动员及对照组取外周静脉血，基因组DNA纯化试剂盒（Promega）提取全血基因组DNA。
1.2.2多态位点检测 根据文献研究报道选取ACE基因的I/D位点。由Sequenom公司的Mass ARRAY系统完成SNP分型。采用基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术，引物延伸的常规方法解析多态位点，具体参照周文婷等相关研究。
1.2.3统计学分析 统计等位基因和基因型频率，并检测运动员组和对照组的H-W平衡。多态位点在运动员与对照组间分布频率的差异采用X2检验，显著性水平定为P<0.05，非常显著性水平定为P<0.01，数据统计分析由SPSS 16.0完成。
2.结果与分析
在对照组和运动员组中，ACE基因I/D位点的基因型分型成功率分别为100%和100%，两组的等位基因和基因型频率均符合H-W平衡（P>0.05），表明各组研究对象均具有群体代表性。
ACE基因的I/D位点基因型和等位基因分布情况见表3。结果表明，在男、女运动员组和对照组间，基因型和等位基因频率差异均不显著（P>0.05），表明在该位点，基因型和等位基因的分布无性别差异。
运动能力受多种因素影响，而遗传可能是决定个体运动能力差异的主要原因之一。人类最大有氧耐力的遗传度为25%-90%。在最新发表的人类运动素质和健康体适能基因图谱中，研究者对47个被认为与耐力素质相关的基因位点进行了细致描述，而在这其中，ACE基因是国内外研究最多且最为深入的基因。既往研究发现，优秀耐力项目运动员与非有氧供能为主的运动项目运动员、一般水平运动员及健康普通人相比，无论II基因型还是I等位基因的分布频率均较高，从而推测I/D多态性可能与杰出耐力素质相关，但在后续的研究中，由于实验设计及实验控制的差异（如项目选择标准、样本量等），以及可能存在的地域差异和种族差异，众多研究也获得了为数众多的阴性结果，甚至相悖的结果。为此，杨贤罡等与Ma等分别于2010年和2013年对ACE基因多态性与运动能力间的关联进行了元分析，发现I/D多态位点是耐力素质的关联位点，但其效应在不同种族中存在显著差异，其中II型纯合子在欧洲人群中与优秀耐力素质显著相关，在中国人群中则未发现此关联，但研究者认为这种情况可能仅与样本量有关，故认为在进一步补充样本后可进一步加以分析。 通过对以上研究的分析不难发现，ACE基因的I/D多态性在很大可能上与耐力素质相关，但以上研究均局限于夏季项目，冬季项目并未涉及，故该位点可否作为优秀耐力素质的分子选材标记应用于冬季项目，仍然值得商榷。基于以上原因，本研究对我国优秀冬季项目运动员的ACE基因I/D多态位点分布情况进行了探索，采用了基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF）对对照组及运动员组样本进行基因分型，结果发现，对照组与我国优秀冬季项目运动员组中II型和I等位基因的频分别为I/I=36%，I=59%和I/I=34%，I=58%，与我国北方汉族人（I/I=38%，I=61%）相比差异不显著[13]（P>0.05），但与欧美各国人相比差异非常显著（澳大利亚I/I=18%，I=43%；加拿大I/I=20%，I=43%）（P<0.01）。在欧美人中，I等位基因频率较低，基因型中I/D型频率最高，D/D型次之，I/I纯合型最低；而中国北方汉族人中，I等位基因频率较高，与欧美人相比差异非常显著（P<0.01），基因型分布频率则I/I型与D/D型携带者分别非常显著高于和低于欧美人群，表明我国北方汉族人群的ACE基因I/D多态频率分布与欧美人群间有非常显著的种族差异，与王志军等观点相同。业已发现，ACE基因的I/D多态与血浆及细胞内的ACE水平相关，Rigat等则继而报道称该基因I/D位点不同基因型携带者的ACE水平差异显著，究其原因，推测与I等位基因具有可降低ACE水平的效应。然而，遗憾的是，本研究涉及的优秀耐力型运动员中，I/I基因型的频率为39%，与我国北方汉族人中该基因型的频率（38%）结果非常相似，差异不显著（P>0.05），表明I/D多态位点与我国冬季耐力项目运动员的优秀耐力素质无关，不能利用该位点对我国冬季耐力项目运动员进行分子选材，这一方面与我国冬季项目开展情况较差，优秀运动员数量较少，导致统计功效偏低有关，另一方面也可能与耐力素质影响因素众多，而单个基因变异对其整体影响可能较小有关。Zhu等曾分析了ACE基因的13个多态位点，结果发现，该基因的A-240T和G2350A多态位点分别可导致6%和19%的血浆ACE水平改变，而当以G2350A位点的作用进行调整后发现，I/D位点不再与ACE血浆水平相关，说明I/D可能并非ACE的功能性多态位点，其效应可能是与G2350A位点间连锁不平衡的结果。由于优秀运动能力是人类最复杂的表型之一，因此，为确认耐力表型的最优基因型群，采用更加综合和系统的方法无疑是必由之路。而如何更好地促进国际间合作加大样本量、提高统计学功效，应用更新的研究方法（如全基因组扫描连锁或全基因组关联研究等），并致力于统计学方法上的突破，对于加深人们对优秀运动能力遗传学机制的理解及优秀运动能力遗传学研究的开展将大有裨益，对我国优秀运动员后备人才的培养和选拔亦将意义深远。
3.结论
本研究检测了我国汉族优秀冬季项目运动员在ACE基因I/D位点的多态分布，结果发现，等位基因频率分别为I=58%，D=42%，基因型频率为I/I=34%，I/D=48%，D/D=18%，其中25名耐力项目运动员等位基因频率为I=64%，D=36%，基因型频率为I/I=39%，I/D=48%，D/D=12%，基因型和等位基因频率无显著性别差异，与我国北方汉族人间的差异也不显著（P<0.05），因此不能将该位点作为优秀冬季耐力项目运动员的分子选材标记。