CKMM基因A/G多态性与耐力、力量速度、混合型运动能力关联性的Meta分析

孔海军，潘道雍，高可丽，袁秋宝，赵亚莉，王凤华

(1.喀什大学体育学院，喀什 844000；2.新疆师范大学体育学院 乌鲁木齐 830054)

近年来，随着运动生物分子学及运动遗传表型的研究不断深入，与一个或多个运动表型性状相关的基因遗传多态性被不断发掘，如血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme,ACEI/D)及α辅肌动蛋白(α-actinin,ACTN3)R/X已成为人体力量、速度或耐力素质的重要备选基因[1-2]。多项研究证实，肌型肌酸激酶(muscle-specific creatine kinase，CKMM)基因A/G多态性可能与有氧耐力或速度力量运动能力密切相关[3]，尽管运动能力候选基因的数量不断增加，但研究结果往往相互矛盾或难以推断出实际的运动选材意义。肌酸激酶(CK)是能量代谢中的一种关键酶，对磷酸肌酸+MgADP+H+[lrar2]M-gADP+肌酸进行催化，大量存在于骨骼肌、心脏和大脑中[4]。肌酸激酶(CK)催化磷酸盐从磷酸肌酸(creatine phosphate, CP)逆转移到二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)，在高耗能组织(如大脑和骨骼肌)中生成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)[5-6]。

研究证实，不同类型骨骼肌纤维的细胞角蛋白活性不同，而快肌纤维(Ⅱ型肌纤维)的细胞角蛋白活性显著高于慢肌纤维(Ⅰ型肌纤维)[7-8]。在肌肉收缩过程中，ADP的积累触发了CK的厌氧ATP再合成过程，从而在CP和ADP间实现再磷酸化[9]，该反应是由CK的肌肉异构体催化的，因此CK是骨骼肌能量供应的关键酶之一，其肌肉亚型(muscle isoform of creatine kinase, CKM)对再磷酸化具有催化反应[10-11]。CKMM位于肌球蛋白的表面直接接近肌动球蛋白ATP酶，为参与工作的肌球蛋白头部提供能量，在肌肉收缩过程中为其提供新合成的ATP[12]。此外，CKMM与线粒体肌酸磷酸激酶亚型共同参与肌酸磷酸穿梭过程，抑制CKMM活性可显著降低肌肉收缩的强度和力量，并导致参与收缩的骨骼肌局部耗氧量骤升[13]。

研究证实，CKMM基因A/G多态性可能与有氧耐力运动能力密切相关，但不同种族、不同地区和不同群体的CKMM基因A/G多态性可能存在差异[14]。然而，由于样本大小和数据质量的差异，现有研究结果存在一定分歧。为了解CKMM基因A/G多态性与耐力、力量速度及混合性运动能力的关联性，从而更加科学而准确地评估个体的运动状态及运动潜力，由此不但可以提高选材的成功率，最大限度地挖掘人体运动潜力，提高体育训练的投入产出比。

1 研究方法

1.1 检索策略

检索电子文献数据库超星医学在线、万方数据库、维普数据库、中国生物医学文献服务系统、中国知网(CNKI)、中国科学引文数据库(CSCD)、EBSCO数据库、PubMed及Science Direct及Web of Science，检索无时间限制，文献检索关键词：①中文：“CKMM”或“肌型肌酸激酶”、基因多态性、“耐力”或“力量速度”或“运动”；②英文：“CKMM” or “Muscular creatine kinase” “Polymorphism” “Endu-rance” or “Power” or “Speed” or “Exercise”。

1.2 纳入及排除标准

纳入标准包括：①属于CKMM基因多态性与运动能力相关的研究；②纳入研究必须包含耐力、力量速度或混合型运动项目；③有明确对照组，对照组为同年龄无训练基础健康人群；④对照组不得有严重疾病或继发性由肥胖引起的疾病；⑤研究数据必须包括A/G基因型分布；⑥基因型分布必须满足哈迪-温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium，HWE)。

1.3 质量评价及数据提取

采用Cochrane 评价系统、Strega(加强遗传关联研究报告)及改良后Jadad量表(纳入研究的方法学质量评价包括随机方法、分配隐藏方法、盲法、退出与失访)对纳入文献进行偏倚风险评价，由两位研究者通过纳入标准及排除标准进行独立文献筛选，并对筛选文献进行数据提取，提取内容包括纳入文献的基本内容(作者、发表年份)，研究对象基本情况(实验组及对照组人数、国家、基线情况)，研究设计、运动员及健康对照组总数、CKMM基因型和CKMM基因型频率分布。

1.4 数据分析

采用Review Manager 5.3软件包对纳入的结局指标进行Meta分析。通过异质性检验及统计合并效应量进行统计推断，异质性检验采用I2进行评价，统计合并效应量采用卡方分布及95%置信区间，并使用森林图实现数据呈现。当P>0.10，且I2<50%时，可以认为各研究间同质，Meta分析采用固定效应模型；当P≤0.10，I2>50%时，提示研究间存在异质性，采用随机效应模型。异质性检验结果有统计学意义的因素，探究异质性来源，高异质性文献采用随机效应模型，中低异质性文献采用固定效应模型分析。

2 结果

2.1 检索结果

通过以上的检索方法，得到13篇关于CKMM基因与运动能力关联性的研究文献，其中包含25项实验对照研究(文献检索和筛选流程如图1所示)。首次检索获得126篇文献，排除28篇综述、34项动物实验和9项无关研究。在余下的55项研究中，排除26篇非运动员研究、12项对照组缺失研究，总计排除37项研究。此外，2项研究因未提取到基因频率、2项研究不符合HWE平衡及1篇重复性研究被排除。最终，13篇文献纳入Meta分析的范畴，共涉及25项CKMM基因A/G多态性与运动能力的相关研究，文献主要内容如表1、表2所示。耐力运动项目纳入20项研究，包含1 220名耐力运动员，8 538名健康受试者；速度力量目纳入3项研究，其中包含185名速度力量项目运动员，2 673名健康受试者；混合型项目纳入2项研究，其中包含75名足球运动员，1 557名健康受试者。

图1 文献检索和筛选流程图

表1 文献筛选结果及特征

表2 纳入研究基因型分布频率

2.2 质量评价结果

共纳入13篇中外研究文献，其中包含1篇硕博士论文(硕士论文1篇)及12篇期刊论文(SCI、SCIE源期刊7篇，CSSCI源期刊1篇，CSCD源期刊1篇，2014年中文核心期刊目录总览源期刊2篇及普通期刊2篇)。纳入的13篇文献中的13项研究均采用随机方法，9项研究对随机方法进行了描述[15-19]，7项研究提及盲法[20-26]，但其中仅有1项研究详细描述了盲法[20]，其余未采用盲法或盲法表达不明确；13项对照研究所涉及数据均完整，不存在选择性报告研究结果现象，纳入研究的方法学质量评价结果如表3所示。改进后Jadad评分显示，13篇文献中最终7篇得分为4分[15-16,19-22,26]，6篇得分为3分[17-18,23-25,27]。

表3 方法学质量评价结果

2.3 Meta分析结果

2.3.1CKMM基因A/G多态与耐力运动能力相关性

(1)A∶G等位基因：共计纳入18项研究，包括运动员1 220名，8 538名健康对照，CKMM基因显性模型(P=0.005,I2=52%)异质性存在显著差异，因此应用随机效应量模型。由图2、表4可知，耐力运动员CKMM基因总体比值(odds ratio，OR)为1.08，95%置信区间(confidence interval，CI)为0.91～1.28,P=0.37，认为优秀耐力运动员A等位基因较对照组上升，而G等位基因减少。即A等位基因增加可能与有氧耐力运动能力间存在关联性。亚组分析显示，亚洲优秀耐力运动员表现为A等位基因减少、G等位基因增加，OR为0.72(95%CI: 0.57～0.92,P=0.007)；欧洲优秀耐力运动员表现为G等位基因减少、A等位基因增加，OR=1.22(95%CI:1.02～1.46,P=0.03)，说明亚洲及欧洲国家耐力运动员A∶G等位基因频率与健康对照间的差异性不尽相同，亚洲及欧洲优秀耐力运动员与对照组均存在显著差异(P<0.05)，即CKMM基因A∶G等位基因可作为耐力运动员的有效选拔标准。

表4 CKMM基因多态性与耐力运动能力Meta分析结果

SE lgOR为比值比对数标准误

(2)显性模型：CKMM基因显性模型(P=0.02，I2=44%)异质性存在显著差异，因此应用随机效应量模型。耐力运动员CKMM基因显性模型总体OR为1.13(95%CI：0.93～1.36，P=0.21)，认为优秀耐力运动员显性基因较对照组表达上升，但总体效应值不存在显著差异(P>0.05)。亚组分析显示，亚洲优秀耐力运动员表现为AA显性基因降低、AG+GG升高，OR为0.68(95%CI:0.52～0.90,P=0.007)；欧洲裔优秀耐力运动员表现为AA显性基因升高、AG+GG降低，OR分别为1.29(95%CI:1.08～1.55,P=0.006)。说明优秀耐力运动员CKMM基因显性模型与对照组均存在显著差异(P<0.05)。

(3)共显性模型：CKMM基因杂合子模型(P=0.18，I2=22%)异质性无显著差异，因此应用固定效应量模型。CKMM多态性A>G杂合子模型与耐力运动能力之间的关联显示(P=0.32，OR=0.93，95%CI=0.81～1.07)，杂合子模型总体表达水平与耐力运动能力不存在显著关联(P>0.05)。亚组分析显示，欧洲裔优秀耐力运动员表现为AG杂合子基因降低、AA+GG纯合子升高，OR为0.83(95%CI: 0.71～0.97,P=0.02)；有亚洲裔优秀耐力运动员表现为AG杂合子基因升高、AA+GG纯合子降低，OR分别为1.41(95%CI:1.06～1.88,P=0.02)。其中，亚洲及欧洲裔优秀耐力运动员CKMM基因杂合子模型均与对照组存在显著差异(P<0.05)，即CKMM基因AG杂合子基因可作为耐力运动员的有效选拔标准，亚洲耐力运动员表现为AG杂合子基因升高，欧洲裔耐力运动员表现为AG杂合子基因降低。

2.3.2CKMM基因A/G多态与速度力量运动能力

(1)A∶G等位基因：CKMM基因A/G多态与速度力量运动能力共计纳入3项研究，包括185名速度力量项目运动员，2 673名健康受试者，CKMM基因显性模型(P<0.000 1,I2=89%)异质性存在显著差异，因此应用随机效应量模型。由图3、表5可知，速度力量运动员CKMM基因总体OR=0.86(95% CI: 0.42～1.73,P=0.67)，认为优秀速度力量员A等位基因较对照组降低，而G等位基因增加，即G等位基因增加可能与有氧耐力运动能力间存在关联性。

SE lgOR为比值比对数标准误

表5 CKMM基因多态性与速度力量运动能力Meta分析结果

(2)显性模型：CKMM基因显性模型(P=0.05，I2=67%)异质性存在显著差异，因此应用随机效应量模型。耐力运动员CKMM基因显性模型总体OR=1.21(95%CI：0.71～2.08，P=0.48)，认为优秀耐力运动员显性基因较对照组表达上升，但总体效应值不存在显著差异(P>0.05)。

(3)共显性模型：CKMM基因杂合子模型(P= 0.60，I2=0)异质性无显著差异，因此应用固定效应量模型。CKMM多态性A>G杂合子模型与耐力运动能力之间的关联(P=0.004；OR=0.62；95%CI=0.45～0.86)表明，CKMM基因杂合子模型总体表达水平与耐力运动能力存在显著关联(P<0.05)，即力量速度运动员表现为CKMM基因杂合子减少。

2.3.3CKMM基因A/G多态与混合型运动能力

(1)A∶G等位基因：共计纳入2项研究，包括75名足球运动员，1 557名健康受试者，CKMM基因显性模型(P=0.28,I2=16%)异质性无显著差异，因此采用固定效应量模型。由表6可知，足球运动员CKMM基因总体OR=0.98(95%CI: 0.69～1.39,P=0.89)，认为优秀耐力运动员A等位基因较对照组上升，而G等位基因减少，但不存在显著差异(P>0.05)。

(2)显性模型：CKMM基因显性模型(P= 0.04，I2=12%)异质性存在显著差异，因此应用随机效应量模型。由表6可知，足球运动员CKMM基因显性模型总体OR=0.94(95%CI：0.43～1.72，P=0.02)，认为优秀足球运动员显性基因较对照组表达上升(P<0.05)。

(3)共显性模型：CKMM基因杂合子模型(P= 0.89，I2=0%)异质性无显著差异，因此应用固定效应量模型。由表6可知，CKMM多态性A>G杂合子模型与足球运动间的关联显示(P=0.69；OR=0.91；95%CI=0.56～1.46)，说明CKMM基因杂合子模型总体表达水平与足球运动能力不存在显著关联(P>0.05)。

表6 CKMM基因多态性与混合型运动能力Meta分析结果

2.4 发表偏倚及敏感性分析

以CKMM基因A∶G等位基因OR为横坐标，lgOR为纵坐标，分别绘制耐力、速度力量及混合型运动项目CKMM基因A∶G等位基因漏斗图(图2～图4)。图3、图4显示图形分布对称，表明速度力量及混合型运动项目CKMM基因A∶G等位基因不存在发表偏倚；图2显示图形分布不对称，提示耐力项目纳入研究可能存在发表偏倚。通过Meta敏感性分析，以评估每个研究对上述结论的影响。当撤出Rivera等[22]的研究后CKMM基因A>G多态性与耐力运动能力等位基因模型(P=0.37，OR=1.08，95%CI=0.91～1.28)、显性遗传模型(P=0.21，OR=1.13，95%CI=0.93～1.36)和隐性模型(P=0.32，OR=0.93，95%CI=0.81～1.07)之间的关联性增强，故撤出该研究。对于CKMM基因A>G多态性与速度力量、混合型运动的关联性，由于纳入研究数量有限，故不进行发表偏倚及敏感性分析。

3 讨论

系统回顾了CKMM基因A>G多态性与耐力、速度力量及混合型运动之间的关联性，包括25项研究(包含1 480名运动员及12 768名健康对照)。Meta分析结果表明，CKMM等位基因、显性基因及杂合子模型多态性均与耐力素质无显著关联(P>0.05)；CKMM杂合子模型多态性与速度力量素质间存在显著差异(P<0.05)，等位基因、显性基因与速度力量素质间存在不显著差异(P>0.05)；CKMM显性基因模型多态性与混合型运动能力间存在显著差异(P<0.05)，等位基因、杂合子模型与混合型运动能力间存在显著差异(P>0.05)。亚组分析结果表明，亚洲人群及欧洲人群等位基因、显性基因及杂合子模型多态性均与耐力素质均存在显著差异(P<0.05)，但CKMM基因A/G等位基因表达存在显著差异，亚洲优秀耐力运动员表现为G等位基因增加，欧洲优秀耐力运动员表现为A等位基因增加。在纳入的研究中可能存在发表偏倚现象。

CKMM是肌酸激酶(CK)的一种肌肉特异性形式，它催化磷酸肌酸(PCr)和ADP转化为肌酸和ATP，并进行反向反应[28]。CK/PCr能量缓冲系统通过确保ATP可以在需要时从ADP的细胞存储中快速生成，从而作为能量的临时缓冲，同时主导着细胞亚结构间的能量穿梭[29]。因此，CKMM的催化反应过程会影响骨骼肌ATP合成量，可能会限制其收缩效能。研究证实，与II型(快收缩型，糖酵解)肌纤维相比，I型(慢收缩型，有氧氧化)肌纤维的CK活性降低两倍以上[30]。NcoI限制性内切酶片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)位于CKMM基因3′端，不会导致CKMM蛋白质功能改变，删除CKMM3′非翻译区(untranslated region,UTR)导致mRNA细胞信号转导发生变化，进而导致mRNA表达水平改变[31-32]。

随着遗传技术的发展，许多研究已经报道了CKMM基因多态性与运动能力之间的关联性。纵观CKMM基因与运动能力的相关研究，Rivera等[22]于1997年最先对124例非亲缘白种男性优秀耐力运动员及115例非亲缘白种久坐男性的CKMMA/G多态性差异进行研究，但研究结果显示等位基因频率不存在显著差异，CKMM基因多态性与有氧耐力素质不存在显著关联[22]。随后，Rivera等[22]又对CKMM基因与最大摄氧量(maximal oxygen uptake,VO2max)之间的遗传联系进行验证，研究证实在根据年龄、性别、及体重对VO2max影响进行调整后，CKMM等位基因与VO2max之间存在显著关联[22]。Lucía等[15]在2004年针对29名西班牙精英长跑运动员、50名精英自行车运动员及119名健康受试者的ACE、CKMM基因多态性进行比较，结果表明CKMM基因A/G多态性并不存在显著差异。可见，此前的研究并未发现CKMM基因A/G多态性与运动能力的关联性。Muniesa等[17]通过研究优秀耐力运动员与健康对照间ACTN3R577X、ACEID、PPARGC1AGly482Ser、AMPD1 C34T、CKMM985 bp/1 170 bp及GDF8(myostatin)K153R多态性差异，结果表明，除ACEI/D外，其余基因型与耐力运动能力间的关联性尚不明确。Fedotovskaya等[23]证实，俄罗斯优秀耐力运动员CKMMA等位基因和AA基因频率明显高于对照组。中国学者对耐力运动员CKMM基因A/G多态性研究起步较晚，周多奇[25]对中国优秀耐力运动员的CKMM基因多态性进行分析发现中国人群的CKMM-3′NcoI多态分布特征与欧美人群有显著性差异，优秀运动员与对照组在CKMM-3′NcoI多态基因型和等位基因上存在显著差异，杂合型AG在优秀运动员中的分布频率显著高于其在普通人中的频率。研究证实，CKMM基因型可能与耐力训练的敏感性存在显著关联。郭炜等[18]、于滢等[24]和周文婷等[27]研究认为，中国汉族耐力型运动员的优秀耐力素质与CKMM基因多态性不存在显著关联。郭炜等[18]研究证实，CKMM基因型虽与耐力运动能力无显著关联，但CKMM基因A/G多态性可能与耐力训练敏感性相关联，这与周多奇[25]后续研究结果一致。何恩鹏等[19]针对维吾尔族运动员及健康受试者进行一项比对研究，CKMM基因A/G多态性与维吾尔族速度力量素质呈显著相关，GG基因型和G等位基因可用于速度力量运动员选材的一个辅助因子，但没有发现A/G多态性与耐力素质和足球成绩存在显著相关性。但敏感分析中，该项研究对整体敏感效应影响度过高，故撤出该项研究。周凯[26]研究发现CKMM-3′NcoI多态与优秀的有氧能力具有相关性，但该项研究中对照组的选择可能存在偏倚。综上所述，结合Meta分析结果，虽CKMM基因A/G多态性可作为选拔耐力运动员的有效指标，但不同种族人群CKMM基因A/G多态性与耐力运动能力间关联性不一，因此在运动实践应用中应结合不同种族或人群NcoI多态基因型表达特征。就速度力量及混合性运动项目而言，由于纳入研究量过少，故未进行亚组分析，前期研究中亦缺乏速度力量及混合性运动项目与CKMM基因A/G多态性研究。

通过对历史数据及既往研究进行系统分析，基本证实精英运动员与健康对照人群间CKMM基因型可能存在差异，同时对现有研究的研究方法学及研究质量进行了评价。但研究也存在诸多不足：①纳入研究的个体种族来源不一，因此可能会影响结局指标；②基因多态性的测序手段不明确，仍待进一步研究；③研究参与者有限，缺乏大数据支持，CKMM基因A/G多态性与耐力、力量速度和混合型运动能力的关联性研究还有待进一步研究。

4 结论

通过Meta分析CKMM基因多态性与耐力、力量速度、混合型运动能力的关联性，并对不同人种的CKMM基因差异进行亚组分析，得出如下结论。

(1)CKMM基因多态性与耐力运动能力、速度力量及混合型项目运动能力不存在显著关联，亚洲及欧洲人群CKMM基因A/G多态性等位基因、显性基因及杂合子模型与耐力运动能力均存在显著关联。

(2)CKMM基因A/G多态性可作为亚洲及欧洲耐力运动员选拔指标，但应考虑不同种族人群A∶G等位基因差异。