中国运动医学杂志1999年第18卷第2期

朱洁（综述）王嘉芙（审校）

关键词：运动医学分子遗传学运动中猝死肥大性心肌病

DNA重组技术是分子生物学技术的核心。通过对特异性基因DNA或cDNA在载体中克隆，探讨生命现象是生理功能的基因型和表型的关系，有可能识别任何与疾病相关的基因，提高人体的运动能力和健康水平，预防运动中心性猝死。把基因诊断和基因治疗运用到运动医学的实践中，可预测运动员的体能和成绩。本文重点综述对引起运动中猝死的主要原因肥大性心肌病的基因发现，通过基因检测，可预防肥大性心肌病患者在运动中的突然死亡。

1分子遗传学概念

在运动医学中研究分子遗传学的目的有两个，一方面找出运动意外的遗传因素，另一方面找出与运动能力有关的遗传基因。由于分子生物学技术的发展和应用，染色体图谱的研究和不同基因对疾病的反应证明，有许多疾病是由于直接的遗传缺陷，或由于间接的基因缺陷所引起。例如，90%的癌症是由于基因缺陷和致癌环境的相互作用的结果。此外，还查明多种基因与心肌病、动脉粥样硬化、冠心病、关节炎、糖尿病等有关^［1］。

1989年，Jarcho等^［2］利用分子基因技术证明了家族性肥大性心肌病(FHCM)第1个位点图谱，此基因被鉴定为β-肌球蛋白重链(β-MHC)。在随后的6年中，已发现心肌病有20多种基因，而且被恰当地用于运动医学领域，对FHCM在无症状阶段的检测，以及作为学校对青年运动员进行筛选的基因检测，起着十分重要的作用。不久的未来，基因学在运动医学中的作用将明显地从对遗传疾病的检查，护展到影响运动员身体素质和运动能力的基因学研究。

有人报告，类固醇类药会增加肌肉力量，特别是对于运动员，此类药物是调节多种骨骼肌和心肌基因的助催化剂。不同的训练形式，产生不同的肌肉适应水平。基因学的正确应用是指导21世纪特殊运动和健康锻炼的需要。有人预言，到21世纪，人类大多数基因被识别之后，即可把有关的基因与生理学和病理学结合起来，把基因诊断和基因治疗运用到运动医学的实践中，预测运动员的体能和成绩，预防运动中意外^［3］。

2人类基因组及其基因

人类基因组由30亿以上的碱基组成，在23对染色体中，每个DAN分子是由构成基因的4种碱基以直接和连续的方式结合在一起。每个基因是一个DNA的独特单位，一个基因的大小从10⁴到2×10⁶碱基对，平均为3×10⁴碱基对，说明用于转录的基因仅占DNA的5%。每一条染色体是一个大的DNA分子，它包含数千个基因(2000～10000)，最小的为21号染色体，有5千万碱基对；最大的染色体是1号，有25亿碱基对。有报告指出，目前已有5百万到2千万碱基对被分离出来，人类有关的基因按其顺序排列已有67000个^［4］。

基因图是将所有染色体位点的分布进行标记，并得出相应编码。人类基因图的建立是一项伟大的里程碑，它能识别有高度多态性DNA的标记，基因诊断和基因治疗的基础。

3运动中猝死的肥大性心肌病的基因检测

FHCM是青年人猝死的主要原因，也是运动中猝死的常见原因，加之先天性心血管畸形，占运动员突然死亡的50%，目前已分离出3种相关基因：14号染色体的β-MHC基因；15号染色体的α-原肌凝蛋白；1号染色体的心肌钙蛋白T。所有3种基因均来自肌节蛋白，说明FHCM是一种肌节蛋白的疾病^［5］。

β-MHC基因有40个外显子、6kb的mRNA、223KDa、1936个氨基酸，其功能是形成肌节的细丝，约占肌纤维蛋白的45%。大多数突变位于13外显子，谷氨酰胺在蛋白质403位置替代精氨酸。至少有两种β-MHC突变在心肌和骨骼肌mRNA表达，从FHCM病例的心肌和骨骼肌能分离出突变的肌球蛋白，在骨骼肌中突变的β-MHC引起肌动蛋白和肌球蛋白关系的破坏，肌动蛋白细丝滑动速率减慢。突变的肌球蛋白的存在，能损害激活肌动蛋白的ATP酶的活性。

α-原肌凝蛋白位于第15号染色体，mRNA长度为1000bp，蛋白质的分子量为32Da，284个氨基酸，其功能为连接肌动蛋白细丝，调节收缩功能，占整个肌纤维蛋白的5%。α-原肌球蛋白基因在5号外显子，有两个错义突变，第一个突变腺嘌呤在位点579被替换，它从天门冬氨酸分开，改变了氨基酸的序列。第2个突变是在595位转移，即在位点180把谷氨酸的位置挤入甘氨酸中。

心肌钙蛋白T位于第1号染色体，mRNA长度为1200bp，蛋白质的分子量为39KDa,288个氨基酸，调节肌肉收缩功能，部分肌节蛋白连接肌钙蛋白复合体到原肌球蛋白。心肌的肌钙蛋白T基因有两种错义突变，即T248A(He79Asn)和G287A(Arg92Gln)，分别位于外显子8和9。

4遗传型和表型的关系

有些β-MHC突变，如Arg403Glu、Arg453Cys、Arg719Trp，常伴有高发病率的突然死亡，在6个家系85例患者中有24例为突然死亡。同样，在4个家系Arg719Gln阳性者61例中35例死亡。Arg719Trp突变的患者平均寿命为38岁。有些突变如Glu250Glu和Leu908Val则可能有正常人的寿命。因此，突变的种类与预防及治疗有关。广泛地检测病例，找出遗传型和表型的关系，有助于选择疾病进行治疗。心肌肥大和扩大是心脏对损害的两种反应，肥大性心肌病的肥大，由于早期的异常诱发突变的肌球蛋白，随后产生代偿性肥大。

在β-MHC突变的表型表达中，附加遗传因素或环境因素起重要作用。例如，左室乏力可能影响这些突变的表型表达。最近报告，血管紧张素转换酶(ACE)基因的多态性影响HMC家系β-MHC的表型表达。ACE基因的插入／缺失多态性原因是随血浆ACE的水平而改变，有ACE遗传型的人，血浆中ACE水平为常人的两部之多。FHCM病人的ACE基因，其等位基因为高发率，特别在突然心性死亡(SCD)的家系中，染色体的位点为1q3、11q11、15q2。Arg403Gln突变均伴有SCD的高发生率。Watkins等描述两个家庭有Arg405Gln突变，44例中有21例死亡，9例为SD。Epstein等报告一个家族有Arg403Gln突变，其中19例死亡中的6例为SCD。此外，Arg453Cys和Arg719Trp突变也伴有很高的SCD率。在Leu905Val的家庭中，SCD则较低，而在Arg453Cyc突变的家系中，13例中有6例为SCD，同样，61例Arg719Trp突变35例死亡，其中22例为SCD。相反，Leu908Val突变的家系中42例发病，仅两例SCD。对于这种疾病的不同突变的反应，一般在无症状的病人作此基因检测是可能的。此外，遗传型和表型关系将提供有价值的信息，如通过对HCM病危险的分析，确定基因转移或基因失代偿等治疗方法^［6，7］。

5基因诊断在运动医学中的作用

最近报告，内皮素基因特定多态性的存在或缺失，是更易于造成心脏肥大和扩大的因素。推测心脏生长需要大概数百个基因的协调，这些基因的一定形式将产生轻微不同的基因型，说明基因型表达的变异性。这种疾病几乎总是累及左室，很少累及右室(3%)，显然是由于左室负荷增加引起，在运动员中SCD多见于剧烈运动中^［8］。最近研究表明，通过突变体β-MHC基因的同系重组能导致老鼠的肥大性心肌病，经过游泳训练，这些老鼠比其不运动的同类显示出更高的猝死率。雄性猝死率和心脏肥大的程度高于雌性，也反应出在肌肉中睾酮对有丝分裂的影响超过雌激素。人们普遍认为，任何特殊缺失基因的表型均受内外环境因素的影响^［9］。

FHCM有关的突变使临床表型和症状发生之前的儿立诊断成为可能。这对FHCM是非常重要的，因为大多数患缺失基因的个体在青春期或之后才表达出表型。因此，从遗传学观点劝告个体首先做到避免参加对抗性运动。在成人，其它疾病也可刺激产生FHCM。通过遗传分析可能作出最后的诊断，这特别适用于运动员，如足球运动员有一个肥大的心脏是很常见的。在临床症状包括超声心动检查的基础上，还不能确认FHCM的非正常心脏。为了制定更有效的防治计划，有关基因检测是极为重要的，出生后早期遗传诊断将是基因转移治疗的有效基础。

在FHCM，心脏肥大被认为是一种代偿现象，是对肌球蛋白存在的反应。肌球蛋白是一种毒素肽，在人类和细胞培养的实验中显示β-MHC蛋白来自于突变β-MHC的表达与肌节混乱、肥大和纤维化有关。每数周心脏就自己更新一次，较长的耐久蛋白、肌球蛋白和胶原半衰期分别接近5天和17天，这是遗传蛋白的相关再合成。通过禁止等位基因突变的转录，或突变mRNA的翻译和消除突变毒素肽的合成，诱导肥大的心脏消退，在理论上是可能的。抑制缺失基因，能在几周至几月内把成人明显肥大的心脏降至正常^［10］。

与肥大性心肌病有关的所有基因和突变，可作为挑选年轻运动员的部分指标。如果ACE基因在肥大性心肌病中对肥大的发展起遥控作用，那么在排除了流出道梗阻后，可用ACE阻化剂进行临床试验。

作者单位：湖南医科大学附属湘雅医院康复科(长沙410008)

参考文献

1.Roberts R.Molecular genetics:cardiac disease and risk related genes.Clin Cardiol 1996:18:IV 13—9

2.Jarcho JA.McKenna W.Pare JAP.et al.Mapping a gerfer familial hypertrophic cardiomyopathy to chromosome 14ql.N Engl J Med 1989:321:1372—8