细胞因子基因变异与健康成人有氧体能相关、血液学和代谢特征相关

《Comprehensive Physiology》：Cytokine Gene Variants Are Associated With Aerobic Fitness-Related, Hematological, and Metabolic Traits in Healthy Adults

　　

细胞因子基因的遗传变异可能影响细胞因子相关信号传导、代谢和运动相关表型，但大规模人群数据仍然稀缺。本研究探讨了白细胞介素-6 (IL6; rs1800795; rs1800796; rs1800797)、白细胞介素-15 (IL15; rs1589241) 和肿瘤坏死因子-α (TNF-α; rs1800629) 中的五个多态性是否与健康成人的生理、生化和运动表现相关特征相关联。对于按VO₂max分层的分析，501名健康波兰成年人接受了生理、生化和基因组评估，并根据性别和年龄调整的参考类别按最大摄氧量进行分类。对整个队列中多达962名参与者进行了生化和血液学特征的全队列分析。IL6 rs1800795 CC基因型显示出探索性的更高血清铁 (p?=?0.004) 和血细胞比容 (p?=?0.033)。IL6 C-G-G单倍型 (rs1800795-rs1800796-rs1800797) 与更高的血清铁相关 (p?=?0.0012，表型内FDR校正p?=?0.002)。TNF-α rs1800629在分组分析中显示出与较低有氧体能分类的模型依赖性关联 (p?=?0.006)。在显性模型下，A等位基因携带者具有较高体能分类的几率较低，而AG杂合子在超显性模型下显示出最强的关联。分组分析中，AG杂合子 (p?=?0.037) 具有更高的低密度脂蛋白胆固醇，但在全队列校正分析中未保留。IL15未显示单一位点效应，但一个探索性的多位点基因型组合IL15 CC/CT?×?TNF-α GG与更高的有氧体能分类几率相关 (p?=?0.004)。全队列分析：校正后，IL6 rs1800795与血清铁、血细胞比容、血红蛋白和红细胞相关。研究结果提供了初步证据，表明细胞因子相关遗传变异与血液学、代谢和有氧体能相关表型之间存在适度的、特征特异性的关联。IL6 rs1800795主要与铁相关和血液学特征相关；TNF-α rs1800629的结果是模型依赖性的且不一致。IL15 CC/CT?×?TNF-α GG组合是探索性的，需要独立复制。

**研究背景与目的**
规律运动对降低死亡率、减少非传染性疾病风险和改善心理健康具有明确益处，但反复运动如何转化为持久适应的分子机制仍不完全清楚。当前的核心工作模型认为，炎症-再生轴在运动适应中发挥关键作用，其中肌肉收缩诱导的急性信号触发系统性沟通，驱动重塑和性能改善。骨骼肌在外部刺激下可分泌一系列生物化学分子，统称为肌肉因子（myokines），包括白细胞介素-6（IL6）、白细胞介素-15（IL15）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等，它们以自分泌、旁分泌或内分泌方式调节全身代谢。然而，编码这些分子的基因中的功能性单核苷酸多态性（SNP）可能影响基因转录和细胞因子合成，导致个体间在运动训练反应、炎症反应强度和疾病易感性方面存在差异。由于遗传因素被认为可解释VO₂max变异的44%~64%，因此细胞因子信号传导的遗传调控是造成个体运动适应差异的合理原因。目前，大规模人群数据仍然稀缺，特别是关于IL6、IL15和TNF-α基因多态性与有氧体能、血液学和代谢特征的系统性关联研究。为此，研究人员开展了这项横断面研究，旨在探讨IL6启动子区域三个SNP（rs1800795、rs1800796、rs1800797）、IL15调控区SNP（rs1589241）和TNF-α启动子区域SNP（rs1800629）与健康成人身体成分、血液学参数、生化指标以及有氧和无氧运动能力的关系。该研究发表在《Comprehensive Physiology》。研究结论表明，IL6 rs1800795主要与铁相关和血液学特征（血清铁、血细胞比容、血红蛋白、红细胞计数）相关；TNF-α rs1800629与有氧体能分类呈模型依赖性关联，但结果不一致；IL15 CC/CT与TNF-α GG的探索性多位点组合与更高有氧体能分类相关。这些发现为细胞因子遗传变异在运动表型中发挥适度、特征特异性作用提供了初步证据，但需在独立队列中复制验证。

**关键技术与方法**
本研究采用横断面设计，单次访问完成所有测量和生物样本采集。样本来源为波兰成年人（n=964），经筛选后501人用于VO₂max分层分析（高体能组与低体能组），最多962人用于全队列生化/血液学分析。体能分类基于递增自行车测试（Jaeger Oxycon Pro气体分析仪）测得的VO₂max，按性别和年龄调整的参考标准分为7个等级，再合并为高体能（很好、杰出）和低体能（很差、差、满意）两组。身体成分利用多频生物电阻抗分析（InBody 720）评估。无氧性能通过30秒Wingate测试（Monark 894E）评估。血液学分析包括全血细胞计数和血清生化（铁、脂质、葡萄糖等）。基因分型采用TaqMan SNP基因分型分析（Applied Biosystems），在实时PCR平台（Bio-Rad CFX96）上进行，针对IL6（rs1800795、rs1800796、rs1800797）、IL15（rs1589241）和TNF-α（rs1800629）共5个SNP。统计分析包括Kruskal-Wallis秩和检验、线性模型/协方差分析（校正年龄、性别、BMI）、逻辑回归（用于高低体能比较）、单倍型分析（haplo.stats R包）以及探索性的逻辑回归模型（LogicFS R包）用于多位点交互分析。

**研究结果**

**3.1 单一位点分析**
- IL6 rs1800795：在探索性筛查中，该SNP与血清铁（p=0.004）和血细胞比容（p=0.033）相关联。在全队列校正分析中，rs1800795在显性模型和超显性模型下与血清铁相关（校正p分别为0.040和0.031）；在共显性、显性和对数加性模型下与血细胞比容相关（校正p分别为0.029、0.008、0.015）；在显性模型下与血红蛋白相关（校正p=0.020）；在共显性、显性和超显性模型下与红细胞计数相关（校正p分别为0.0013、0.0003、0.025）。在VO₂max分层分组中，rs1800795与血清铁的关系在除隐性模型外的所有模型中均显著（FDR校正Q值均<0.05），但与血细胞比容的关联较弱（仅显性模型和加性模型显著，Q=0.080）。
- TNF-α rs1800629：在分组分析中，该SNP与有氧体能分类相关，A等位基因携带者在显性模型下属于高体能组的几率较低（OR=0.55，95% CI: 0.37–0.82，校正p=0.048），超显性模型中AG杂合子的关联最强（OR=0.51，95% CI: 0.33–0.77，校正p=0.030）。此外，在分组分析中，TNF-α rs1800629与低密度脂蛋白胆固醇（LDL）在超显性模型下相关（AG杂合子LDL较高，校正p=0.011），但在全队列校正分析中该关联不再显著。
- IL15 rs1589241：未发现任何单一位点名义显著关联。

**3.2 多位点分析——IL6单倍型与靶向基因-基因交互**
- IL6单倍型分析：基于三个IL6 SNP（rs1800795-rs1800796-rs1800797）估计出6种单倍型，最常见的是G-G-G（频率0.486），其次是C-G-G（0.336）、C-G-A（0.114）和G-C-G（0.063）。在针对4个有单一位点信号的表型（铁、血细胞比容、血红蛋白、红细胞）的靶向分析中，IL6单倍型块与铁存在显著全局关联（FDR校正Q=0.032），其中C-G-G单倍型与更高铁水平相关（β=13.9，SE=4.27，p=0.0012，表型内FDR校正p=0.002），而其他常见单倍型不显著。在探索性筛查中，对43个连续表型进行IL6单倍型全局检验，无表型通过FDR校正（最小Q=0.976）。
- 靶向基因-基因交互：对铁、血细胞比容、LDL和平均VO₂max四个表型，分别检验IL6×IL15和IL6×TNF-α交互块，均未达到统计显著性。
- 数据驱动模型自由方法（逻辑回归）：将IL6、IL15和TNF-α位点的SNP共同分析，发现最有效的基因型组合为IL15 CC/CT与TNF-α GG，该组合在真实数据中的重要性评分中位数为4.74（95% CI: 4.57–4.91），显著高于重排数据（2.55，95% CI: 2.36–2.75）。该组合在高体能组中的频率显著高于低体能组（Chi-squared p=0.004）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究的主要优势在于多阶段表型策略、创新性体能分类（基于客观VO₂max标准而非运动员/非运动员对比）以及结合单一位点、单倍型和基因-基因交互的综合分析。高体能组与低体能组之间在生理和生化指标上存在显著差异，高体能组表现出更健康的脂质谱、更低的白细胞计数和更低的体重/腰围，但红细胞和血红蛋白水平较低而MCV、MCH较高，提示红细胞形态差异可能受遗传因素影响。IL6 rs1800795的CC基因型与更高的血清铁和血细胞比容相关，全队列分析进一步证实其与铁、血细胞比容、血红蛋白、红细胞计数的关联，表明IL6变异主要影响血液学特征而非直接与VO₂max分类相关。TNF-α rs1800629的A等位基因与较低有氧体能分类相关（模型依赖性），但LDL关联在全队列中不显著，且该位点结果不一致。IL15单一位点无显著效应，但IL15 CC/CT与TNF-α GG组合在逻辑回归中与高体能分类相关，支持了IL15与TNF-α在肌肉代谢中的拮抗作用（IL15促肌肉生成、抗萎缩，TNF-α促分解代谢）的生物学合理性。然而，研究存在局限性：横断面设计无法推断因果关系；未测量血清细胞因子浓度；缺乏详细体力活动、训练史、饮食等协变量；仅针对波兰欧洲血统人群，普适性有限；部分SNP偏离哈代-温伯格平衡。结论部分翻译如下：
综上所述，本研究结果提供了细胞因子相关基因可能如何影响体能相关生理和生化特征变异的多层次图景。在501名VO₂max分层样本及最多962名参与者的全队列分析中，IL6 rs1800795主要与铁相关和血液学特征（包括血细胞比容、血红蛋白和红细胞计数）相关。TNF-α rs1800629显示出与较低有氧体能分类的模型依赖性关联，并在AA纯合子中观察到未校正的较慢无氧功率发展趋势（达峰时间更长）。重要的是，还发现了一个探索性的多位点模式：IL15 CC/CT与TNF-α GG组合与更高有氧体能分类的几率更大相关。这些结果强调了在单一变异模型之外考虑基因-基因组合的价值，以及将遗传标记与生理表型整合的潜力。由于几个信号是适度的或探索性的，且研究为横断面设计且限于欧洲人群，因此需要在独立队列中进行复制，并严格控制协变量、多重比较、详细生活方式和训练史数据以及直接细胞因子测量，以确定效应大小和普适性。