遺傳背景和飲食習(xí)慣協(xié)同影響肥胖進程?

趙婧雅 李 輝

(復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代人類學(xué)教育部重點實驗室, 上海 200433)

肥胖從醫(yī)學(xué)角度上來說是一種疾病,即： 過量的身體脂肪已經(jīng)累積到可能對健康有不利影響的程度。它由身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)界定,并通過腰臀比體脂等參數(shù)進一步評估[1]。肥胖會增加各種慢性疾病的發(fā)病風(fēng)險[2]。因此可以說,肥胖在一定程度上會降低人類的預(yù)期壽命。出于對健康的考慮,人們應(yīng)當(dāng)在青年階段就對自身的肥胖情況予以足夠關(guān)注。其中飲食情況及基因型與人們的肥胖情況息息相關(guān)。然而目前已有的研究大多只針對其中之一展開,針對中國人群基因和飲食情況協(xié)調(diào)影響肥胖的研究很少,因此本研究針對這點展開。前人用全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)篩選出了大量與肥胖相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)位點。本研究根據(jù)SNP信息數(shù)據(jù)庫(SNPedia)篩選出中國人群重點基因上的重要SNP位點,并將飲食類別與基因型信息結(jié)合,探求它們對體質(zhì)量體型的協(xié)同影響作用。探究不同SNP分型的人群攝入食物對體質(zhì)量體型影響的區(qū)別,為針對不同情況的個體,提出個性化飲食建議的目標(biāo)奠定基礎(chǔ),為精準(zhǔn)減重減脂開辟新思路。

1 材料和方法

采樣時間為3個月,唾液DNA提取、送公司分型時間2個月,后續(xù)數(shù)據(jù)處理2個月,總體實驗歷時7個月,具體操作過程如下。

1.1 采樣對象

本研究于2017年2月以招募志愿者形式對復(fù)旦大學(xué)的大學(xué)生進行調(diào)查。納入標(biāo)準(zhǔn)： 復(fù)旦大學(xué)在讀的全日制本科生或研究生,主要活動范圍在學(xué)校周邊,保證生活環(huán)境相近。漢族,年齡40歲以下,自愿參與本研究。排除身體帶有心臟起搏器或者其他的電子醫(yī)療設(shè)備植入的患者；排除體質(zhì)量小于10kg或者大于250kg,或身高小于110cm者,年齡小于18周歲或者大于40周歲的人群；身體殘疾,肢體畸形者；急性病患者或在近期內(nèi)(1～2月)曾經(jīng)患過高燒、腹瀉等急性病,目前體力尚未恢復(fù)者；近期內(nèi)肢體或關(guān)節(jié)有過骨折或脫位現(xiàn)象者。收集到男性志愿者39名,女性志愿者61名,男女兩組年齡沒有顯著差異,平均年齡25歲。

這項研究是經(jīng)復(fù)旦大學(xué)(上海,中國)生命科學(xué)學(xué)院的倫理委員會批準(zhǔn)后進行的,所有樣品的捐助者在樣品收集之前都已完全知情并簽署知情同意書。參與人參與研究的所有程序均符合機構(gòu)和國家研究委員會的道德標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 飲食情況問卷收集信息

設(shè)計飲食情況調(diào)查問卷,該問卷通過調(diào)查被試者近1個月的飲食情況,評估該被試者的飲食習(xí)慣偏好,問卷涉及35個問題,除了基本的性別、編號等信息還包含對被試者每周攝入17種食物情況的調(diào)查,如大米、面食、粗糧、蔬菜、水果、肉類、堅果等等。調(diào)查每種食物每周的食用次數(shù)和每次的食用量。每次食用量用“手測量法”來進行衡量,文獻證明,手測量法直觀,操作簡單[3],對于被試者來說,可以更準(zhǔn)確方便的填寫自評問卷。每一位被試者在填寫問卷前進行了培訓(xùn)和預(yù)填寫,確保問卷的可靠性。

1.3 身體參數(shù)測量

召集被試者在相同測量時間到實驗室環(huán)境進行身體參數(shù)的測量和采集,上午9∶00飯前,使用電子體脂秤(OMRON HBF-701)測量體質(zhì)量、體脂、內(nèi)臟脂肪,人體測高儀測量身高、皮尺測量腰圍、臀圍,記錄后再通過計算得到身體質(zhì)量指數(shù) (body mass index, BMI)、腰臀比(waist to hip ratio, WHR)、腰高比(waist to height ratio, WHtR)、WHT.5R(waist/height 0.5)[5]等相關(guān)參數(shù),其中WHT.5R為文獻[4]中為了增加腰高比與心血管疾病相關(guān)性所做的數(shù)學(xué)處理指標(biāo)。2000年WHO國際肥胖特別工作組針對亞太地區(qū)人群的體質(zhì)及其與肥胖有關(guān)疾病的特點,提出亞洲成年人分級標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進行肥胖分級[5]。

1.4 收集唾液提取DNA進行SNP分型

收集每個被試者2ml唾液樣本。唾液樣本利用唾液DNA抽提試劑盒(英芮誠,上海)和ETP-300型全自動核酸提取儀(英芮誠,上海)提取基因組DNA。隨后,對提取的DNA,利用MALDI-TOF技術(shù)(博奧晶典,上海)進行SNP位點分型。

根據(jù)已有數(shù)據(jù)庫SNPedia(https：//www.snpedia.com/index.php/SNPedia),選擇中國漢族人群與苦味(決定飲食偏好)、糖代謝、脂代謝、BMI水平、運動等有關(guān)的SNP位點共60個。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

利用IBM SPSS 19.0分析數(shù)據(jù)。利用主成分分析對身體各參數(shù)進行降維。對BMI、WHR、WHtR、WHT.5R、體脂、內(nèi)臟脂肪進行標(biāo)準(zhǔn)化,得到新的標(biāo)準(zhǔn)化分?jǐn)?shù)(在前面加“Z”以做區(qū)分),用新的標(biāo)準(zhǔn)化得分做主成分分析,用因子旋轉(zhuǎn)(采用正交旋轉(zhuǎn)中最大方差法)給出旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣,然后分析旋轉(zhuǎn)之后的公因子,最后構(gòu)成1個綜合因子F,計算個體的身體綜合因子F的分值。

將SNP分型結(jié)果按照0/0賦值為1,0/1賦值為0.5,1/1賦值為0進行量化。數(shù)據(jù)集按性別分組,男性=1,女性=2。將每種食物的食用頻率、食用量、SNP賦值結(jié)果作為自變量,身體綜合因子F分值作為因變量,進行逐步回歸分析。

以上結(jié)果制成圖表(圖1，表1～6)進行說明。

圖1 判斷受試者的肥胖程度用BMI評定肥胖情況

2 結(jié)果

通過以上方法研究,得到相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)果部分首先對志愿者身體參數(shù)整體情況進行描述(表1～4，圖1),用身體參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)判定肥胖的不一致性說明主成分分析的必要性；然后展示利用主成分分析進行降維的結(jié)果,這一部分的結(jié)果直接關(guān)系到最后核心部分；2.3展示我們的核心結(jié)果,即不同基因型個體應(yīng)當(dāng)選擇或避免哪些食物種類以達到較低的身體肥胖參數(shù)。

表1 男女BMI、WHR、WHtR、WHT.5R、體脂、內(nèi)臟脂肪情況

表2 BMI分類情況

表3 體脂分類情況

表4 腰臀比分類情況

2.1 身體參數(shù)描述

描述性統(tǒng)計得知,在各個身體參數(shù)中,男性除了體脂這項低于女性以外,其他各項： BMI、WHR、WHtR、WHT.5R、內(nèi)臟脂肪均高于女性。根據(jù)圖表結(jié)果可知,由于男女各身體參數(shù)間具有顯著差異,因此針對肥胖問題的研究應(yīng)將男女分開討論。所以接下來的結(jié)果做男女分組處理。

2.2 身體參數(shù)主成分分析

由于有多個衡量肥胖的參數(shù),想要全面考慮則需作主成分分析,SPSS 19.0主成分分析結(jié)果如下：

男性有1個主因子,累計貢獻率80.405%。該主因子綜合了6種身體因素；計算綜合得分F：

F=0.637×ZBMI+0.183×ZWHR+0.157×ZWHtR+0.203×ZWHT.5R+0.183×Zbody fat+0.186×Z visceral fat

女性有2個主因子,第1個主成分的累計貢獻率46.669%,第2個主成分的累計貢獻率89.427%。BMI、體脂、內(nèi)臟脂肪主要由第1主成分解釋,命名為體質(zhì)量成分因子F1；WHR、WHtR、WHT.5R主要由第2主成分解釋,反映體型維度的變量,可以命名為體型維度因子F2：

F1=0.812×ZBMI+0.379×ZWHR+0.315×ZWHtR-0.013×ZWHT.5R+0.445×Zbody fat+0.356×Z visceral fat

F2=0.024×ZBMI-0.118×ZWHR+0.338×ZWHtR+0.311×ZWHT.5R-0.245×Zbody fat-0.07×Z visceral fat

以各因子的方差貢獻率占2個因子總方差貢獻率的比重作為權(quán)重進行加權(quán)匯總,得出女性肥胖情況的綜合得分F：

F=(0.476×F1+0.428×F2)/0.894

2.3 遺傳因素和飲食對肥胖的協(xié)同影響

采用逐步回歸法,篩選出對男性影響較大的SNP位點是RS429358,調(diào)控載脂蛋白E(APOE)生成,參與脂質(zhì)代謝,是脂質(zhì)水平的重要決定因素[6]。對女性影響較大的是RS4994,調(diào)控ADRB3蛋白生成,其腎上腺素受體在調(diào)控脂肪分解和儲備中發(fā)揮作用,該脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的多態(tài)性會導(dǎo)致個體能量消耗差異[7],對女性體質(zhì)量成分影響較大的是RS662799(APOA5基因)、RS11800497(aqI A1基因),對女性體形維度影響較大的是RS429358、RS11800497、RS3751812(FTO基因)、RS17782313(MC4R基因)、RS1800544(ADRA2A基因)(表5)。

表5 重點SNP信息

針對這些位點做分組處理。將飲食種類做對于分組后的各F值的逐步回歸處理。得到以下顯著相關(guān)飲食種類(表6)。

表6 不同基因型下和身體主成分顯著相關(guān)的食物種類

(續(xù)表6)

3 討論

基于以上結(jié)果,就采取的研究方法,實驗結(jié)果部分,總結(jié)及對未來可以進行的進一步實驗做如下討論。

3.1 肥胖界定與分子遺傳標(biāo)記選取

前人界定肥胖程度常采取多種評判參數(shù),衡量人體肥胖最常用的指標(biāo)是BMI[8],而全身和局部脂肪質(zhì)量也與某些疾病有顯著相關(guān)[9],內(nèi)臟脂肪過多會顯著增加男性及女性的死亡率[10-11],根據(jù)核心區(qū)脂肪率對身體影響的延伸,有研究者提出腰臀比(WHR)、腰高比(WHtR)等重要指標(biāo),這些指標(biāo)與腹部核心區(qū)脂肪率緊密相關(guān),與肥胖潛在相關(guān)疾病也有顯著相關(guān)性[12]。本研究將BMI、體脂、WHR、WHtR、WHT.5R、內(nèi)臟脂肪6項重要的體質(zhì)量體型管理相關(guān)因子降維處理,用綜合的主成分代替單一的相關(guān)因子,簡潔方便,適合全面對肥胖進行研究,得到更具指導(dǎo)意義的結(jié)果。

人們通常從三大營養(yǎng)素(蛋白、脂肪、碳水化合物)入手,對減肥進行研究,雙胞胎家族研究結(jié)果表明遺傳因素對肥胖及相關(guān)疾病有重要影響[13],不同基因背景的人群對營養(yǎng)素的攝食行為和能量轉(zhuǎn)化不盡相同,要做到對肥胖的預(yù)防及治療,了解一個人的基因背景十分必要。

SNP是分子人類學(xué)研究常用的分子遺傳標(biāo)記,具有密度高、遺傳穩(wěn)定的優(yōu)點。其特點是 DNA序列中特定核苷酸位置上的單堿基發(fā)生突變,且其中最少的一種等位基因在群體中的頻率要≥1%。SNP可以反映人類個體與群體的遺傳特異性。

3.2 蛋白、碳水化合物與肥胖關(guān)系

本研究結(jié)果顯示,男性攝入足量優(yōu)質(zhì)的蛋白對于男性保持良好體型很重要,同時蛋白的來源也很重要,雞蛋優(yōu)于紅肉(表4)。

堅果富含不飽和脂肪酸,可以與多種不同基因型協(xié)同作用,幫助女性保持較好的體型,如RS11800497 GG型、RS11800497 GA型、RS3751812 GG型、RS662799 AA型等；與攝入堅果相對,RS662799 AA型如果過多攝入面食、豆制品則會增加增重概率,面食和豆制品分別富含植物蛋白和碳水化合物。AG基因型女性,吃油炸食品這類富含油脂的食物有利于體型維持,食用蛋類會造成增重概率增加,這類人占中國漢族人群的27%,GG基因型的女性吃過多脂肪容易造成脂肪囤積,這可能由于GG基因型會增加血液低密度脂蛋白(LDL)的含量,降低LDL顆粒的尺寸,較高的氧化低密度脂蛋白含量[14]。

堅果是優(yōu)質(zhì)油脂來源,而攝入棕櫚油、花生油,調(diào)和油會增加增重概率,可見三大營養(yǎng)素的品質(zhì)是重要因素。

水果富含果糖,過量食用極易造成肥胖。特別是對于女性RS11800497 AA型、 RS1800544 GG型而言,女性特定基因型對碳水化合物的反應(yīng)尤其明顯,有研究表明rs1800497多態(tài)型性與肥胖和飲食行為相關(guān),AA型會減少多巴胺D2受體(DRD2)密度,DRD2受體可以與糖類結(jié)合導(dǎo)致大腦的快感,DRD2受體數(shù)目降低則需要通過攝入更多的糖來獲得快感,導(dǎo)致食量增加和較高的身體質(zhì)量[15]。rs1800544與糖尿病相關(guān),可影響空腹血糖[11,16-17]。在中國人群中,G型突變導(dǎo)致較高的空腹血糖,進而導(dǎo)致向心性肥胖。

本研究的局限性是樣本量較小,由于樣本量有限,男性只得到了RS429358中TT分型的情況；另外就是并沒有探究樣本的地域差異。雖然都是來自學(xué)校的學(xué)生,但祖源各不相同,鑒于是小樣本研究,無法就地域進行進一步分組。所以本研究亟待擴大樣本量進一步分析。

另外本研究有了一些值得深入挖掘的點,例如RS662799 AG基因型女性,吃油炸食品這類富含油脂的食物反而有利于體型維持,食用蛋類會造成增重概率增加,與常識相反,可以增加該基因型樣本量,做進一步驗證探究。