Egyesület HFE gén H63D polimorfizmus állóképességi sportoló státusszal és aerob kapacitással: új eredmények és metaanalízis

Absztrakt

Célja

A vas fontos része az oxigént megkötő fehérjéknek, és kritikus lehet az optimális sportteljesítmény szempontjából. Korábbi tanulmányok szerint a C/G ritka variáns (rs1799945) G allélja, amely H63D aminosavhelyettesítést okoz, a HFE emelkedett vasindexekkel jár és némi előnyt nyújthat az állóképesség-orientált sportokban. Jelen tanulmány célja a HFE H63D polimorfizmus és elit állóképességi sportoló státusz japán és orosz populációkban, aerob kapacitás és metaanalízis elvégzése a jelenlegi eredmények és három korábbi tanulmány felhasználásával.

Mód

A vizsgálatban 315 nemzetközi szintű állóképességi sportoló (255 orosz és 60 japán) és 809 egészséges kontroll vett részt (405 orosz és 404 japán). A genotipizálást mikro-tömb analízissel vagy PCR-rel végeztük. 46 férfi orosz állóképességű sportoló VO2max értékét gázelemző rendszerrel határoztuk meg.

Eredmények

A vasat növelő CG/GG genotípusok gyakorisága szignifikánsan magasabb volt oroszul (38,0 vs 24,9%; OR 1,85, P = 0,0003) és japán (13,3 vs 5,0%; OR 2,95, P = 0,011) állóképességi sportolók az etnikailag megfelelő kontrollokhoz képest. Az öt kohort (két francia, japán, spanyol és orosz; 586 sportoló és 1416 kontroll) végzett metaanalízis a CG/GG genotípusok szignifikáns prevalenciáját mutatta ki az állóképességi sportolókban a kontrollokhoz képest (OR 1,96, 95% CI 1,58–2,45; P = 1,7 × 10 –9). Továbbá a HFE A G allél magas V202max értékkel társult férfi sportolókban [CC: 61,8 (6,1), CG/GG: 66,3 (7,8) ml/perc/kg; P = 0,036].

Következtetések

Megmutattuk, hogy a HFE A H63D polimorfizmus szorosan összefügg az elit állóképességi sportolók státusával, függetlenül az orosz sportolók etnikumától és aerob képességétől.

Bevezetés

A vas az oxigént megkötő fehérjék, például a hemoglobin és a mioglobin fontos alkotóeleme. Míg a hemoglobin oxigént szállít (eritrocitákon keresztül), addig a mioglobin feladata az oxigén tárolása a működő vázizmokban és a mitokondriumokba történő szállításának megkönnyítése. A vas körülbelül 65% -a a hemoglobinban van tárolva (Wallace 2016), így pozitív összefüggés van a szérum vas-koncentrációja és a hemoglobin között (Ofojekwu et al. 2013; Baart et al. 2018). A vas számos fiziológiai folyamatot befolyásolhat, hiánya fáradtsággal, vérszegénységgel és a testteljesítmény csökkenésével jár (DellaValle 2013; Abbaspour et al. 2014). A vas homeosztázisának fenntartása érdekében egyensúly áll fenn a vasveszteség, a vas felszívódása és a vas tárolása között (DellaValle 2013; Wallace 2016; Rubeor et al. 2018). Az állóképességű sportolóknak fokozott a vasvesztés kockázata az elégtelen étrendi bevitel és az edzésintenzitás miatt, ami a szuboptimális vasállapot fokozott kockázatához vezet (Hinton 2014).

A szérum vas mérése és a hematológiai paraméterek jelentős öröklődési összetevőket tartalmaznak. Az örökölhetőség becslése a vas esetében 23%, a ferritin esetében 29–37%, a transferrin telítettségé pedig 28% (Njajou et al. 2006; McLaren et al. 2010), a hemoglobiné pedig 84% (Evans et al. 1999). A genetikai variációnak jelentős szerepe van a szérum vasparaméterek közötti egyéni különbségekben. Pontosabban, korábbi tanulmányok szerint a hemochromatosis missense mutációi (HFE) gén társul a vasindexekkel (Burt et al. 1998; Wallace 2016). A variancia arányát magyarázza HFE a génmutációk a szérum vasszintnél 2,1%, a ferritinnél 5,6% és a transzferrin telítettségnél 3,5% voltak (Njajou et al. 2006).

A HFE gén (teljes név - homeosztatikus vas-szabályozó) a 6. kromoszómán elhelyezkedő fehérjét kódoló gén. A fehérje úgy szabályozza a vas felszívódását, hogy szabályozza a transzferrin receptor és a transzferrin kölcsönhatását. A HFE fehérje kölcsönhatásba lép a TFRC-vel, a transzferrin receptorral, ezért elsődleges hatásmódja a hepcidin vasraktározó hormon szabályozása. A H63D (más néven His63Asp vagy rs1799945 C/G) polimorfizmus egy (C/G vagy H63D genotípus) vagy két (G/G vagy D63D genotípus) missense mutációval rendelkező egyéneknél magasabb a keringő vaskoncentráció, mint a mutációk nélküli embereknél et al., 1998). A H63D hordozócsoportban pozitív összefüggést figyeltünk meg a vas és a hemoglobin között (Barbara és mtsai 2016). A H63D mutáció általában megtalálható az európai (17%) és az amerikai (12%) populációkban, ritkább a kelet-ázsiai (3%), a dél-ázsiai (7%) és az afrikai (1%) populációkban.

A tanulmány célja az volt közötti összefüggés vizsgálata HFE gén H63D polimorfizmus és állóképességi sportoló státusz japán és orosz populációkban, aerob kapacitás, valamint metaanalízis elvégzése a jelenlegi eredmények és három korábbi tanulmány felhasználásával.

Mód

Etikai jóváhagyás

A tanulmányt az Orosz Nemzeti Biológiai Etikai Bizottság Fiziológiai Szakosztályának Etikai Bizottsága, a Juntendo Egyetem Etikai Bizottságai és a Nemzeti Orvostudományi Innovációs, Egészségügyi és Táplálkozási Intézetek (Japán), valamint az Antidoping Intézményi Kutatóbizottság hagyta jóvá. Katari laboratórium (ADLQ) (F2014000009). Minden résztvevő írásos tájékoztatáson alapuló beleegyezést kapott. A tanulmány megfelelt az Egészségügyi Világszövetség helsinki nyilatkozatában meghatározott irányelveknek, valamint a sport- és mozgástudományi kutatások etikai normáinak. A kísérleti eljárásokat a genetikai asszociációs vizsgálatok eredményeinek jelentésére vonatkozó alapelvek alapján hajtották végre, amelyet a genetikai asszociációs vizsgálatok jelentésének megerősítése (STREGA) nyilatkozat határoz meg.

A vizsgálat résztvevői

A vizsgálatban 315 nemzetközi szintű állóképességi sportoló (255 orosz és 60 japán) és 809 egészséges kontroll vett részt (405 orosz és 404 japán). Az első csoportba 255 nemzetközi szintű orosz állóképességi sportoló került, amelynek doppingszer-tesztje negatív volt, és részt vett a biatlonban, kajakozásban, sífutóban, kerékpározásban, evezésben, ≥ 800 m futásban, gyorskorcsolyában ≥ 1,5 km, úszásban ≥ 400 m és triatlonban. . A kontrollok 405 egészséges, független orosz állampolgárok voltak, semmilyen versenysport-tapasztalat nélkül. Ezek közül 46 férfi állóképességi sportoló (középtávú sportoló (n = 31): evezősök, kajakosok, gyorskorcsolyázók; hosszútávú sportolók (n = 15): biatlonisták és sífutók) vettek részt az aerob teljesítmény vizsgálatában. A második csoportba 60 japán nemzetközi szintű állóképességi sportoló vett részt (800 m-ig a maratoni futókig) negatívan tesztelték a doppingszereket, köztük több világrekord-tulajdonos és az olimpiai játékok érmese. Az ellenőrzések (n = 406) egészséges, független japán állampolgárok.

Genotipizálás

Az orosz kohorszok DNS-mintáit főleg mikro-tömb analízissel genotipizálták, a korábban leírtak szerint (Pickering et al. 2019). Részben orosz sportolók és kontrollok DNS-mintáit genotipizálták a HFE rs1799945 polimorfizmusra TaqMan ® SNP genotipizáló vizsgálattal (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts, USA) StepOne TM Real-Time PCR rendszerrel (Thermo Fisher Scientific). Inc., Waltham, Massachusetts, USA) vagy PCR-restrikciós fragmens hosszának polimorfizmus (RFLP) módszerrel, egy korábban leírt módszer szerint (Merryweather-Clarke és mtsai 1997).

Japán kohorsz: a teljes DNS-t nyálból vagy vénás vérből extraháltuk Oragene DNS Collection Kit (DNS genotek, Ontario, Kanada) vagy QIAamp DNS blood Maxi Kit (QIAGEN, Hilden, Németország) alkalmazásával. Az Illumina ® HumanOmniExpress Beadchip-et (Illumina Inc., Hayward, Kalifornia, USA) több mint 700 000 SNP genotipizálásához alkalmazták sportolóknál és kontrolloknál. A genotípus hívásokat az Illumina ® GenomeStudio szoftverrel hajtottuk végre. A. Genotípus adatai HFE Az rs1799945 polimorfizmust az Illumina ® HumanOmniExpress Beadchip genotipizálási eredményeiből nyertük.

VO2max mérés

Az evezõk maximális oxigénfogyasztási sebességét (V2O2max) inkrementális teszt alkalmazásával határoztuk meg a kimerüléshez PM 3 evezõ-ergométeren (Concept II, Morrisville, Vermont, USA). A kezdeti munkaterhelés 150 W volt. A testmozgás időtartama minden munkaterületen 3 perc volt, egy 30 másodperces pihenőidővel az 50 W-os lépések között. A VO2 és a VCO2 mennyiségét MetaMax 3B gázelemző rendszer (Cortex, Leipzig, Németország) elektrokémiai cellát, illetve nem diszperzív infravörös érzékelőt használunk; a levegő áramlását turbina átalakítóval (Triple V) mértük. Naponta kétpontos gázkalibrálást végeztek (első gáz - 15% O2, 5% CO2; második gáz - környezeti levegő). Minden vizsgálat előtt egypontos gázkalibrálást végeztünk környezeti levegővel, valamint áramlási jelátalakítót kalibráltunk 3 literes fecskendővel (Hans Rudolph, Kansas City, USA). A maximális teszt megerősítéséhez használt kritériumok a teljesítmény csökkenése volt a célteljesítményt meghaladó 30 W-nál, az erőteljes verbális ösztönzés és az edzés abbahagyása előtt 1,1-nél nagyobb légzéscsere arány ellenére. A V̇O2max értéket a 30 másodperc alatt megfigyelt legmagasabb átlagértékként regisztráltuk.

A kajakosok V̇O2max-értékét inkrementális teszt segítségével határoztuk meg kajakozási ergométeren (Efremov, Moszkva, Oroszország). A kezdeti terhelés a férfiaknál 8 kg, a nőknél 5 kg volt. A testmozgás időtartama minden munkaterhelésnél 2 perc volt, egy 30 másodperces pihenőidővel 1 kg-os lépések között. A V̇O2max értékét MetaLyzer II gázelemző rendszerrel (Cortex Biophysik, Lipcse, Németország) határoztuk meg. A VO2max értéket a 30 másodperc alatt megfigyelt legmagasabb átlagértékként regisztráltuk.

A gyorskorcsolyázók V̇O2max értékét a kimerülésig tartó rámpa teszt segítségével határoztuk meg egy elektromágneses ciklus ergométeren, Ergoselect 200 K (Ergoline, Bitz, Németország). A kezdeti munkaterhelés 60 W volt, a növekedés 15 W/perc volt, a célpedál 60–70 fordulat/perc volt. A V̇O2max értékét MetaMax 3B gázanalízis rendszerrel (Cortex Biophysik, Lipcse, Németország) határoztuk meg. A maximális teszt megerősítéséhez használt kritériumok a ritmus 50-nél kisebb fordulatszám-csökkenése volt, annak ellenére, hogy erőteljes verbális ösztönzésre volt szükség, és a légzéscsere aránya nagyobb volt, mint 1,1 a testmozgás abbahagyása előtt. A V̇O2max értéket a 30 másodperc alatt megfigyelt legmagasabb átlagértékként regisztráltuk.

A biatlonisták és a sífutók V̇O2max-értékét inkrementális teszt segítségével határoztuk meg a kimerüléshez egy futópadon, a HP Cosmos (h/p/cosmos sports & medical gmbh, Nussdorf, Németország). A kezdeti sebesség 7 km/h volt, a növekedés 0,1 km/h volt 10 másodpercenként. A V̇O2max értékét MetaMax 3B-R2 gázanalízis rendszerrel (Cortex Biophysik, Lipcse, Németország) határoztuk meg. A V̇O2max értéket a 30 másodperc alatt megfigyelt legmagasabb átlagértékként regisztráltuk.

Tanulmányok kiválasztása a metaanalízishez

A PubMed, a Web of Science, a Science Direct és a Google Scholar adatbázisaiban társulási tanulmányokat kerestek 2019. július 19-től. A használt kifejezések a „HFE” és az „atléták” angolra korlátozódtak. A kizárási kritériumok a következők voltak: (1) felülvizsgálat; (2) nem angol; (3) a vizsgálatok nem vettek részt állóképességi sportolókat; (4) etnikailag vegyes sportolók csoportját elemezték (tekintettel arra, hogy az allélfrekvenciák jelentősen eltérnek az egyes etnikumok szerint; például nem vettük fel Grealy és munkatársai (2015) tanulmányát, mert Észak-Amerikából, Európából, Óceániát, Dél-Amerikát, Ázsiát és Afrikát vizsgálták); és (5) ismétlődik. A felvételi kritériumok a következők voltak: (1) eset-kontroll tanulmányterv, amely értékelte az összefüggést HFE gén H63D polimorfizmus és állóképességi sportoló státusz; (2) elegendő genotípus-gyakorisági adat az esélyek arányának (OR) és a 95% -os konfidencia intervallum (CI) kiszámításához, és (3) a sportolók és a vizsgálatokban a kontrollok megfelelnek a Hardy – Weinberg egyensúlynak (HWE). Összességében hét, 1998 és 2015 között megjelent cikket azonosítottak, amelyek közül hármat alkalmasnak találtak, köztük összesen 271 állóképességi sportolót és 607 kontrollt.

Statisztikai analízis

Genotípus eloszlást és allél frekvenciákat hasonlítottunk össze a sportolók és a kontrollok között χ 2 teszt. A csoportok közötti fenotípusbeli különbségeket párosítás nélkül elemeztük t tesztek. Az adatokat átlagként adjuk meg (szórás). A statisztikai elemzéseket GraphPad InStat szoftver (GraphPad Software, Inc., Kalifornia, USA) és PLINK szoftverprogram (Purcell et al. 2007) segítségével végeztük. A metaanalízis elvégzéséhez a kapott adatok és az összes publikált tanulmány alapján a Cochrane Review Manager (RevMan) (London, Egyesült Királyság) 5.3-as verzióját használtuk. Véletlenszerű és fix hatású modelleket alkalmaztunk. Az esély arányt 95% konfidencia intervallummal (CI) Mantel – Haenszel módszerrel becsültük meg. A vizsgálatok közötti heterogenitás mértékét a én 2 statisztika. P értékek

Eredmények

Eset-kontroll tanulmány

Japán és orosz sportolók és kontrollcsoportoknál az HFE az rs1799945 gén polimorfizmusa megfelelt Hardy – Weinberg elvárásainak (P > 0,05 mindkét csoportban külön teszteltük). Az rs1799945 G allél frekvenciája szignifikánsan magasabb volt oroszul (21,0 vs 13,2%; P = 0,0002) és japán (7,5 vs 2,5%; P = 0,0032) állóképességi sportolók az etnikailag megfelelő kontrollokhoz képest (1. táblázat). Továbbá az rs1799945 CG/GG genotípusok jelentősen felülreprezentáltak oroszul (38,0 vs 24,9%; OR 1,85, P = 0,0003) és japán (13,3 vs 5,0%; OR 2,95, P = 0,011) állóképességi sportolók az etnikailag megfelelő kontrollokhoz képest (2. táblázat). Ezek az eredmények statisztikailag szignifikánsak maradtak a többszörös tesztelés utáni korrekció után.

Meta-elemzés

A több adatbázisból álló szakirodalmi kutatás három támogatható vizsgálatot eredményezett olyan állóképességi sportolók bevonásával, amelyek genotípusát a HFE gén H63D polimorfizmus. Ezekben 77 francia elit közúti kerékpáros és 254 kontroll vett részt (Deugnier et al. 2002); 65 spanyol magasan képzett sportoló (50 hivatásos országúti kerékpáros és 15 olimpiai osztályú állóképességi futó) és 134 kontroll (ülő férfiak Spanyolországból) (Chicharro et al. 2004) és 129 francia élsportoló (skandináv síelés, evezés, harc) és 219 kontroll ( Hermine és mtsai., 2015). Az esetek és a kontrollok genotípusos gyakorisága minden vizsgálatban Hardy – Weinberg egyensúlyban volt.

Az rs1799945 CG/GG genotípusok gyakorisága szignifikánsan magasabb volt a francia és spanyol állóképességi sportolók három csoportjában a kontrollokhoz képest (2. táblázat). Összességében öt eset-kontroll tanulmányt (két jelenlegi és három korábbi) végeztek, amelyek összesen 586 állóképességi sportolót és 1416 kontrollt használtak a metaanalízishez. A CG/GG genotípusok összesített OR-ja a CC genotípussal összehasonlítva 1,95 (95% CI 1,57–2,43, P = 2,5 × 10 –9 a fix hatású modellnél) és 1,96 (95% CI 1,58–2,45, P = 1,7 × 10 –9 a véletlen hatás modell esetében) (1. ábra). A vizsgálatok között nincs heterogenitás (én 2 = 0%; P = 0,83). Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a HFE mutáció (azaz CG/GG genotípusok) szorosan összefügg az állóképességi sportoló státuszával.

Meta-analízis asszociációs vizsgálatokhoz HFE gén- és állóképességi sportok

Aerob tanulmány

Megállapítottuk, hogy a HFE gén rs1799945 G allél szignifikánsan társult a megnövekedett V̇O2max értékkel az orosz férfi állóképességi sportolók teljes csoportjában (CC [n = 29]: 61,8 (6,1), CG/GG [n = 17]: 66,3 (7,8) ml/perc/kg; P = 0,036), valamint csak a hosszútávú sportolóknál (CC [n = 8]: 68,1 (3,4), CG/GG [n = 7]: 73,0 (4,6) ml/perc/kg; P = 0,038).

Vita

Ez az első tanulmány annak bizonyítására, hogy a H63D variációja a HFE az elit állóképességi sportolók státuszához kapcsolódik az orosz és a japán populációban. Pontosabban azt tapasztaltuk, hogy a vasat növelő genotípusok (azaz CG/GG) gyakorisága szignifikánsan magasabb volt az orosz és japán elit állóképességi sportolókban az etnikailag megfelelő kontrollokhoz képest. Megerősítettük azt a megfigyelést is, hogy a H63D mutáció általában megtalálható a kelet-európaiaknál (13,2%), és ritkább a kelet-ázsiai (2,5%) populációkban. Ezenkívül az öt kohortot (két francia, japán, spanyol és orosz) alkalmazó metaanalízis, amely összesen 586 állóképességi sportolót és 1416 kontrollt tartalmaz, szignifikánsan magasabb CG/GG genotípusok prevalenciát mutatott ki az állóképességi sportolókban a kontrollokhoz képest.

A kísérletileg kiváltott vérszegénységben szenvedő emberek csökkent VO2max-értéket mutattak, amely arányos a hemoglobin-koncentrációval (Woodson és mtsai 1978; Celsing és mtsai 1986). Az anémiás nők vaspótlása javította a vasállapotot és a teljesítményt egy szabványosított, többlépcsős futópad-teszt során, és csökkentette a testmozgás pulzusát és a vér laktátkoncentrációját (Gardner et al. 1975). Bár a vaspótlás nem feltétlenül javítja a VO2max értéket (Klingshirn et al. 1992; Zhu és Haas 1998), ez a stratégia hasznos a vashiányos nonanem sportolók számára az állóképességi sportok sportteljesítményének javításában (Burden és mtsai 2015; Rubeor és mtsai. . 2018). Ezért a sportolók vasállapotát szisztematikusan ellenőrizni kell az edzés és a versenyszezon során, a vashiány korai felismerése vagy megelőzése érdekében.

Vizsgálatunk korlátja a japán sportolók kis mintamérete, valamint a VO2max adatokkal rendelkező orosz sportolók alcsoportja, ami potenciális I. típusú hibákhoz vezethet. Mint minden ilyen vizsgálatban, javasoljuk a kiterjesztést és a más faji csoportokon belüli replikációt is.

Összegzésként megmutattuk, hogy a HFE a H63D gén polimorfizmusa szorosan összefügg az állóképességi sportolók státusával Kelet-Ázsia, Kelet- és Nyugat-Európa populációiban, valamint az orosz sportolók aerob képességével.