2020, Vol. 22
2. 西安交通大学医学部护理学系, 陕西 西安 710061;
3. 西安交通大学医学部公共卫生学院, 陕西 西安 710061
儿童超重和肥胖已在世界范围内流行并呈逐年上升趋势, 儿童期肥胖可以持续至青春期乃至成人期[1], 导致一系列的心理疾病及成年期的代谢综合征(MS)[2]。因此, 儿童期的超重和肥胖已引起广泛的关注。越来越多的研究表明, 肥胖可能更多地开始于生命的早期[3-4], 并认为预防儿童肥胖的关键期在2岁以前[5]。肥胖的相关研究发现肥胖是一种与遗传和环境因素共同作用的复杂性疾病, 遗传因素在肥胖的发病中起更大的作用。目前我国对肥胖的防治措施主要是针对成人期, 生命早期预防肥胖未受到足够的重视[6], 对小年龄段儿童肥胖易感基因的研究较少, 未见对婴幼儿肥胖遗传度的文献报道。本研究以30~36月龄的幼儿为研究对象, 计算肥胖的遗传度, 以获得遗传因素在该年龄段肥胖发病中的作用。进一步对用全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)确定的4个与东亚成人体重指数(BMI)相关基因位点(CDKAL1基因rs2206734、KLF9基因rs11142387、PCSK1基因rs261967和GP2基因rs12597579)[7-8]进行基因分析, 以获得西安市30~36月龄幼儿肥胖遗传度和肥胖的遗传多态性位点, 为早期预防肥胖提供理论依据。
1 资料与方法 1.1 研究对象选取2017年3月至2018年12月对西安市随机抽样的4个社区的30~36月龄幼儿为研究对象。排除标准:(1)早产儿; (2)足月小样儿; (3)有出生缺陷者; (4)有慢性病史者。本研究获得了西安交通大学第一附属医院伦理委员会的批准(批件号为G-26);参与研究者家长均知情并签署知情同意书。
1.2 体格测量由经过培训的调查员采用标准技术方法测量受试儿童的身长、体重。采用WHO儿童BMI的评价标准对幼儿进行营养状况评价, 即BMI在该年龄组≤ P5记为消瘦, BMI在该年龄组的P85~P94记为超重, ≥ P95记为肥胖[9]。幼儿父母的身高、体重通过专业人员现场测量或电话随访近1个月的测量值获得, 父母体重状态的分类采用中国肥胖问题工作组的标准:BMI ≥ 24 kg/m2为超重, BMI ≥ 28 kg/m2为肥胖[10]。
1.3 问卷调查参考国内外婴幼儿肥胖研究文献[11-12]制订调查问卷, 由经过统一培训的儿童保健医师按照统一标准对幼儿家长进行一对一的问卷调查, 问卷内容包括:幼儿的相关信息, 如性别、出生体重、6个月以内喂养方式、父母身高和体重、父母文化程度和家庭经济状况等。
1.4 单核苷酸多态性位点基因分型参照文献相关研究报道[7-8], 本研究以近年GWAS确认的4个东亚人群BMI相关的单核苷酸多态性(SNPs)位点(CDKAL1基因rs2206734位点、KLF9基因rs11142387位点、PCSK1基因rs261967位点和GP2基因rs12597579位点)为研究位点。
收集幼儿行血生化检查时的外周静脉血2 mL, 乙二胺四乙酸二钠(EDTA)抗凝, 采用GoldMag纯化试剂盒提取基因组DNA, -30℃低温保存备用。PCR引物利用Assay Design 4.0软件进行设计, 使用MassARRAY RS1000飞行质谱平台完成SNPs位点基因分型的检测, 检测数据采用Typer 4.0软件进行管理和分析, 以上软件和飞行质谱平台均由美国Sequenom公司提供。
1.5 统计学分析用Falconer回归法计算双亲遗传度[13]。采用SPSS 17.0统计软件对SNPs位点基因分型结果进行组间统计分析, 各SNPs位点的基因型频率在正常体重组中行Hardy-Weinberg检验。用χ2检验比较各SNPs位点的等位基因/基因型频率在两组幼儿中的分布。用非条件logistic回归模型衡量各等位基因在2种遗传模型(显性、隐形)下的效益。所有数据间的显著性关系经过年龄和性别校正后获得, 用Bonferroni法进行P值校正, 以P < 0.05/4=0.0125为差异有统计学意义[14]。
2 结果 2.1 一般情况共有1 637例幼儿参与肥胖遗传度的研究, 其中男909例(55.53%), 女728例(44.47%), 平均出生体重为3.3±0.8 kg, 检查时平均月龄为33.0±1.7个月。参与遗传度研究的幼儿中, 肥胖128例(7.82%), 超重347例(21.20%), 消瘦53例(3.24%), 正常体重1 109例(67.75%)。对其中收集到血液样本的297例幼儿进一步行SNPs分析, 其中肥胖/超重儿140例(肥胖/超重组), 正常体重儿157例(正常体重组)。两组幼儿性别、出生身长、6个月以内喂养方式、父母文化程度和家庭经济状况等方面比较差异均无统计学意义(P>0.05), 肥胖/超重组仅出生体重大于正常体重组(P < 0.05), 见表 1。
| 表 1 肥胖/超重组和正常体重组幼儿一般情况比较 |
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将1 637例幼儿按照是否肥胖分为肥胖组(n=128)和非肥胖组(n=1 509), 用Falconer回归法计算幼儿肥胖的双亲遗传度, 结果显示幼儿双亲肥胖的遗传度为83%±8%, 源于母亲的遗传度为86%±11%, 稍高于源于父亲的遗传度(78%±12%)(表 2), 推测与早期宫内环境有关。进一步对128例肥胖和1 509例非肥胖幼儿的出生体重进行比较, 结果发现肥胖组出生体重为3.45±0.38 kg, 高于非肥胖组(3.35±0.35 kg) (t=2.92, P=0.003)。
2.3 4个SNPs位点与肥胖/超重的关联分析| 表 2 30~36月龄幼儿肥胖遗传度 |
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4个SNPs位点基因型频率分布在正常体重组中均符合Hardy-Weinberg定律(rs2206734位点、rs11142387位点、rs261967位点和rs12597579位点的χ2值分别为2.32、1.06、1.89和1.34, 对应的P值分别为0.31、0.59、0.39和0.51)。
比较肥胖/超重组和正常体重组幼儿等位基因频率, 结果为CDKAL1基因的rs2206734位点等位基因分布在两组间比较差异有统计学意义, 肥胖/超重组幼儿等位基因T的构成比低于正常体重组(P < 0.0125), 其他位点等位基因频率分布在两组间比较差异均无统计学意义(P>0.0125)。各SNPs位点基因型分布在两组幼儿间比较, 结果为CDKAL1基因的rs2206734位点和PCSK1基因的rs261967位点基因型分布在两组幼儿间比较差异有统计学意义(P < 0.0125)。见表 3。
| 表 3 肥胖/超重组和正常体重组4个SNPs位点基因型和等位基因分布频率比较 Table 3 3 |
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经过年龄和性别校正后, 用非条件logistic回归模型分析各位点在显性、隐性遗传模型下的效益, 结果发现rs2206734位点的显性模型(OR=0.24)和rs261967位点的隐性模型(OR=4.11)在两组幼儿间比较差异有统计学意义(P < 0.0125)(表 4)。提示肥胖/超重的易感性与CDKAL1基因的rs2206734位点和PCSK1基因的rs261967位点基因多态性相关, rs2206734携带T等位基因的个体肥胖风险小于纯合子CC的个体; rs261967纯合子GG个体肥胖风险显著高于携带A等位基因的个体。
| 表 4 4个SNPs位点与肥胖/超重关联分析 Table 4 4 |
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儿童生长发育是一个复杂的过程, BMI受到许多因素的影响, 包括遗传、环境及其相互作用。本研究从宏观遗传流行病学角度探讨幼儿肥胖发病的遗传学问题, 采用Falconer回归法得到30~36月龄幼儿双亲的遗传度为83%±8%, 国内未见相关的研究报道。Meta分析显示, 人群BMI遗传度的差异范围为40%~90%[15], 遗传度与种族、年龄等有关, 小年龄段儿童遗传度的研究报道较少, 与本研究年龄段相近的类似研究是Schrempft等[16]对4岁儿童的研究, 该研究发现在肥胖高危家庭环境中儿童肥胖的遗传度为86%(95%CI为68%~89%), 而在肥胖低危家庭环境中儿童肥胖的遗传度为39%(95%CI为21%~57%), 提出肥胖与遗传关系密切, 其家庭差异可能与肥胖相关基因与导致肥胖的家庭环境因素强关联有关。本研究是对30~36月龄幼儿的研究, 结果介于两者之间, 与Schrempft等[16]的研究结果相符。当遗传度>60%表明遗传因素起主要作用, 相反则环境因素起主要作用[17], 提示遗传在肥胖中的重要作用。
另外本研究对30~36月龄幼儿父亲和母亲的遗传度分别做了分析, 结果发现源于母亲的遗传度略高于父亲, 文献未见相关的研究报道, 推测母亲对子代BMI的影响除了与肥胖基因多态性有关外, 还与早期宫内环境对子代表观遗传学的影响有关。个体在母体宫内和早期不良暴露引起的表观遗传学修饰的改变, 影响子代体重的增长轨迹[18-19], 与子代脂肪组织发育、能量代谢调节及食欲形成等相关[20-21]。另外孕期肥胖/超重或孕期增重过多的孕妇心输出量均高于正常孕妇, 其胎盘供血可能也相对较多, 胎儿可通过胎盘获取更多的来自母体的营养物质, 从而增加巨大儿的发生风险, 是儿童期乃至成人期肥胖的危险因素, 表现出早期源于母亲的遗传度高于父亲。但本研究因父母双方对本次妊娠期BMI值和母亲孕期体重增长记忆不准确, 未能对两组儿童母亲孕期BMI值和孕期体重增加情况做比较; 仅对出生体重做比较, 结果为肥胖组幼儿出生体重显著高于非肥胖组。
GWAS已确定了数十个与BMI相关的遗传基因座, CDKAL1基因rs2206734、KLF9基因rs11142387、PCSK1基因rs261967和GP2基因rs12597579被发现与东亚人群BMI相关[7-8]。这些基因是否与早期儿童的肥胖有关, 国内未见在幼儿阶段的研究。本研究采用病例对照的方法对297例30~36月龄西安市幼儿的研究发现, rs2206734和rs261967基因多态性与30~36月龄幼儿肥胖/超重的易感性有关。rs2206734位点T等位基因频率在正常体重组幼儿中高于肥胖/超重组, 携带T等位基因的个体肥胖的风险小于纯合子CC个体, 与文献报道的rs2206734等位基因T与低BMI相关相一致[8]。rs2206734位于CDKAL1基因的内含子, 既往研究报道CDKAL1是2型糖尿病的危险基因, 与CDKAL1基因突变导致胰岛素分泌减少有关[22], 在欧洲儿童的研究发现CDKAL1基因与出生BMI[23]和8岁的BMI相关[24], 在中国7~18岁学龄儿童中的研究发现rs2206734与幼儿肥胖相关[25]。本次研究发现CDKAL1基因rs2206734与30~36月龄幼儿肥胖相关, 与国内外文献报道结果相一致。而rs261967为PCSK1基因的内含子, 与儿童肥胖关系的研究结果不一致, Wang等[25]在中国7~18岁学龄儿童中的研究未发现rs261967与儿童肥胖相关, 而Fu等[26]在6~18岁学龄儿童的研究发现rs261967基因多态性与中国儿童肥胖密切相关。本研究发现30~36月龄幼儿中rs261967纯合子GG个体肥胖的风险显著高于携带A等位基因的个体, 支持该位点的多态性与肥胖的易感性相关。PCSK1基因在下丘脑表达丰富, PCSK1已被证实参与下丘脑瘦素-黑皮质素信号通路, 通过下丘脑瘦素-黑皮质素通路来整合中枢和外周的信号进而维持能量代谢的平衡, 因此也在肥胖的发生发展中起到了一定的作用。Fu等[26]的研究认为瘦素是PCSKI参与肥胖调节的关键因子。瘦素是由脂肪组织产生的一种肽激素, 在调节食欲、脂质氧化和胰岛素敏感性中起作用, 而肥胖个体中的这些作用均减弱[27]。除了瘦素, 脂联素水平亦与下丘脑瘦素-黑皮质素途径相关基因(MC4R、BDNF和PCSK1)之间存在关联。肥胖中脂联素循环水平的降低已被证明与胰岛素抵抗、2型糖尿病和代谢综合征的发展有关[28]。除了其在周围系统的作用外, 脂联素还被证明在中枢神经系统中起重要作用, 刺激食物摄取和降低能量消耗, 与儿童肥胖有关。
本研究未发现rs12597579、rs11142387位点与幼儿肥胖相关, 但本研究存在样本量较小的不足, 相关的研究结论有待多人群、大样本的研究验证。本研究的优势包括:(1)研究样本相对同质, 都来自西安市; (2)研究人群是幼儿期儿童, 与成年人相比幼儿期肥胖患者高血压、冠心病等代谢综合征的并发症较少, 这有助于识别常见的变异对肥胖的作用。但本研究仍存在未能做血压、血脂、胰岛素等的检测和分析的不足。
综合本次研究结果发现, 遗传因素在30~36月龄幼儿肥胖/超重中占有重要地位, 西安市30~36月龄幼儿肥胖/超重与CDKAL1基因rs2206734和PCSK1基因rs261967位点多态性有关, 通过中枢神经和周围系统的作用, 参与瘦素、脂联素、胰岛素等分泌的调节, 与幼儿期肥胖有关。
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