青年科学工作者论坛2010年第3期
青岛市成人双生子血脂相关指标的遗传度研究
兰金凤 逄增昌1 汪韶洁1 段海平1 张栋 谭启华2 张东峰3
青岛大学医学院公共卫生学系 ，青岛 266021
摘要： 目的 了解成人双生子血清总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、甘油三酯(TG)的水平及其遗传度。方法 选择青岛市双生子库中316对18到60岁的中青年健康成人双生子，用自动生化分析仪检测其空腹血清TC、HDL-C、LDL-C、TG的浓度。鉴定卵性后，用Mx软件拟合遗传模型，调整性别、年龄后，计算血脂相关指标的遗传度。结果 双生子空腹血清TC、HDL-C、LDL-C、TG水平的均值分别为(4.52±1.08)、(1.46±0.39)、(2.58±0.79)、(1.11±0.77) mmol/L。Mx软件拟合结构方程模型结果显示，TC、HDL-C和LDL-C三项指标的最适模型为AE模型，其遗传度依次为53%、62%和57%。TG的最适模型为CE模型，遗传度为0。结论 遗传因素和环境因素对TC、HDL-C和LDL-C的浓度都有重要影响，而TG主要受到环境因素的影响。
关键词 ： 总胆固醇 高密度脂蛋白胆固醇 低密度脂蛋白胆固醇 甘油三酯 成人双生子 遗传度
中图分类号： 文献标识码：A
Heritability analysis on serum lipids of adult twins in Qingdao
LAN Jinfeng，ZHANG Dongfeng，PANG Zengchang，WANG Shaojie，DUAN Haiping，ZHANG Dong，Tan Qihua
The Department of Public Health of Qingdao University Medical College，Qingdao 266021，China
Abstract：Objective To study the level and heritability of serum total cholesterol(TC), high density lipoprotein cholesterol(HDL-C), low density lipoprotein cholesterol(LDL-C) and triglycerides(TG) in adult twins sampled from Qingdao of China. Methods 316 pairs of healthy twin aged from 18 to 60 years were recruited from the database of Qingdao twin registry. Fasting serum lipids were detected by automatic biochemical analyzer. The zygosity of twins was established by using polymorphic DNA-based microsatellite markers. The heritability was estimated by formulating univariate ACE twin mode in Mx soft. Results The average levels of fasting serum TC, HDL-C, LDL-C and TG were (4.52±1.08), (1.46±0.39), (2.58±0.79) and (1.11±0.77) mmol/L, respectively. The best fitting models adjusted by sex and age in Mx soft were AE model for TC, HDL-C and LDL-C, whereas CE model for TG. The heritability of TC, HDL-C, LDL-C and TG were 53%, 62%, 57% and 0, respectively. Conclusion It is considered that both genetic and environmental factors may influence the level of TC, HDL-C and LDL-C，whereas environmental effect may be the factor essential for the level of TG.
Key Words： total cholesterol，high density lipoprotein cholesterol，low density lipoprotein cholesterol，triglycerides，adult twins，heritability
血脂代谢紊乱是高血压的危险因子之一[1]和代谢综合征的常见症状[2]，与2型糖尿病关系密切[3]。血脂水平的影响因素可归纳为遗传和环境两大类，双生子研究是分析这两类因素作用大小的有效方法之一[4]。目前，国内外已有关于总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和甘油三酯（TG）4项血脂指标的遗传度研究。国内汉族成人双生子此4项指标的遗传度在0.18-0.53之间[5,6]，青少年双生子TC、HDL-C、LDL-C的遗传度在0.49~0.56之间，TG的为0[7]；国外SOUREN等[8]研究的比利时双生子的遗传度为0.58~0.78之间，Middelberg等研究的英国白人女性双生子的遗传度为0.42~0.63[9]，Fenger等研究的丹麦双生子TC、HDL-C、LDL-C的遗传度在0.44~0.74之间，TG的为0.03[10]。
任涛和王建民等对血脂相关指标遗传度的计算方法为经典的组内相关系数法[5,6]，尽管该法灵敏度高，但存在把握度低等问题[11]。目前，国内外很多研究采用结构方程模型的方法来计算遗传度，该法能定量分析遗传和环境效应的大小，并能调整年龄及性别对相关表型的影响，比组内相关系数法估计的遗传度更为准确，并能充分利用双生子的信息[12,13]。本研究旨在利用Mx软件包的结构方程模型来估计中国汉族人群血脂相关指标的遗传度，为居民血脂的控制提供依据。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
青岛市双生子登记系统自1998年开始对青岛市地区双生子进行现场调查，至今已有一万多对登记在册[14]。本研究从该系统中采用非随机抽样的方法募集了年龄范围在18~60岁，无严重心血管疾病、糖尿病或代谢综合征等疾患的健康双生子316对，平均年龄为(41±9.5)岁。根据性别和卵型将双生子分为5组，其中同卵双生子177对，包括男性同卵组(MZM)68对，女性同卵组(MZF)110对；异卵双生子139对，包括男性异卵组(DZM)34对，女性异卵组(DZF)42对，异性别异卵组(OSDZ)63对，参与者均签署知情同意书。本研究经医学伦理委员会批准认可。
本研究双生子的纳入标准：①年龄为18岁及以上的双生子对；②双生子两个成员都能追访到；③双生子对均有血样。排除标准：①体格检查和血样抽取的1个月内曾服用降血压、降血脂、降血糖、减肥药物者；②怀孕或哺乳期间者；③双生子任何一方患有严重疾病、意识不清，不能配合或不愿合作者。
1.2 研究方法
1.2.1 血脂指标 双生子体检前要求禁食12小时，取3ml静脉血（不加抗凝剂），待凝血后离心取血清测血脂，2ml EDTA-K2抗凝血以备卵性鉴定。取一滴静脉血作ABO血型检测。在青岛市立医院检验科用自动生化分析仪（日立7600）检测血清总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）的浓度。具体测定方法如下，TC：酶偶联法（胆固醇酯酶-胆固醇氧化酶），HDL-C和TG采用酶法测定，LDL-C：双试剂直接测定均相法。现场和实验室质量控制符合要求。
1.2.2 卵性鉴定 卵性鉴定在青岛市中心血站分子生物学实验室完成。性别或血型均相同者，需做卵性鉴定。用酚氯仿法从血中提取基因组DNA，并用紫外分光光度法测定浓度和纯度。使用美国ABI 9700型PCR扩增仪复合扩增16个STR位点(15D8S1179、D21S11、D7S820、CSF1PO、D3S1358、TH01、D13S317、D16S539、D2S1338、D19S433、vWA、TPOX、D5S818、D18S51、D5S818、FGA和性别标记Amelogenin)。PCR所用试剂盒为美国ABI公司的AmpF/STR® Identifiler®试剂盒，25μl PCR反应体系包括：Mix反应混合液（包括dNTP、Tris－HCl、KCl和MgCl2）10.5μl，引物混合液（Primer）5.5μl，Ampli TaqGold DNA聚合酶0.5μl，DNA样品10μl。反应产物变性并电泳后，用ABI-3100型DNA遗传分析仪-GeneMapper V3.5软件分析电泳结果，比较16个基因位点电泳条带的一致性来鉴别卵性，性别标记Amelogenin作为质控点，即双生子二者此位点电泳条带位置与高度应相同。
1.2.3 统计学分析 用SPSS 10.0统计软件包对双生子各组的血脂相关指标的平均水平和相关系数进行统计描述和分析。用Mx软件包构建结构方程模型，并计算遗传度。
结构方程模型中将性状总方差分为加性遗传方差A，显性遗传方差D或共同环境方差C和个体特异环境方差E，E包括测量误差部分[8,15]。由于C和D对受共同抚养的双生子产生混淆，所以全模型ACE和ADE分开拟合[16]。ACE或ADE的选择依据如下：MZ组内相关系数(rMZ)小于2倍DZ组内相关系数(rDZ)时选择ACE模型，rMZ＞2rDZ时选择ADE模型[4,8]。根据模型拟合优度卡方检验(goodness of fitχ2 test)选择可接受的模型（P>0.05）；模型与子模型之间的比较依据似然比卡方检验(likelihood radioχ2 test)的差值是否有统计学意义（P<0.05，有统计学意义，子模型不被接受）。被接受的模型中以AIC(Akaike's information criterion)值最小为最佳模型[8,12]。考虑到年龄、性别对遗传度可能产生影响，在Mx软件中将二者作为调整因素纳入模型。
2 结果
2.1 一般情况
对所有双生子TC、HDL-C、LDL-C、TG水平进行正态性检验知，血清TC、HDL-C、LDL-C水平符合正态分布。TG水平呈偏态分布，经Log10转换后呈正态分布。血清TC、HDL-C、LDL-C的浓度均值分别为(4.52±1.08)、(1.46±0.39)、(2.58±0.79) mmol/L，TG的中位数及四分位数间距为0.85(0.60~1.38) mmol/L。分别计算男女性双生子的血脂各项指标均值及统计分析结果见表1。女性HDL-C水平高于男性水平，而TG水平低于男性水平。
表1 所有双生子4项血脂指标的检测结果
Table 1 Descriptive statistics for the twin samples
|
性别 |
n |
年龄 |
TC |
HDL-C |
LDL-C |
TG |
|
男性 |
265 |
39.7±9.9 |
4.47±1.11 |
1.38±0.38 |
2.59±0.81 |
0.95(0.68-1.61) |
|
女性 |
367 |
41.6±9.1 |
4.55±1.05 |
1.51±0.39 |
2.57±0.77 |
0.78(0.54-1.18) |
|
F |
— |
6.425 |
0.842 |
17.957 |
0.079 |
2.236 |
|
P |
— |
0.011 |
0.359 |
0 |
0.779 |
0 |
注：n为双生子的对的人数，TC、HDL-C、LDL-C采用方差分析比较男女的均值差异；
TG采用非参数统计方法分析并比较男女TG的差异。
2.2 4项血脂指标的组内相关系数
4项血脂指标MZ组内相关系数均大于DZ组内相关系数，其中MZM组 rHDL-C 最大，为0.72，DZF组的rTC、OSDZ组rHDL-C和DZM组rLDL-C较小，经检验无相关关系(P>0.05)，见表2。
表2 血清4项指标的组内相关系数
Table 2 Intra-pair correlations after adjustment for age and sex effects
|
指标 |
rTC(95%CI) |
rHDL-C(95%CI) |
rLDL-C(95%CI) |
rTG(95%CI) |
|
MZ |
|
|
|
|
|
MZM |
0.60( 0.42~0.73) |
0.53( 0.34~0.68) |
0.72( 0.58~0.82) |
0.56( 0.37~0.70) |
|
MZF |
0.52( 0.37~0.64) |
0.64( 0.52~0.74) |
0.56( 0.42~0.68) |
0.57( 0.42~0.68) |
|
MZ-T(1) |
0.55( 0.44~0.64) |
0.61( 0.50~0.69) |
0.62( 0.52~0.70) |
0.57( 0.40~0.67) |
|
DZ |
|
|
|
|
|
DZM |
0.50( 0.20~0.72) |
0.45( 0.13~0.68) |
0.24(P=0.09) (3) |
0.33(0.01~0.60) |
|
DZF |
0.19(P=0.11) (3) |
0.43( 0.15~0.65) |
0.41( 0.13~0.64) |
0.55( 0.30~0.73) |
|
OSDZ |
0.26(0.10~0.48) |
0.19(P=0.07) (3) |
0.25( 0.01~0.47) |
0.42( 0.20~0.61) |
|
DZ-T(2) |
0.29( 0.13~0.44) |
0.37( 0.21~0.50) |
0.32( 0.15~0.45) |
0.45( 0.31~0.57) |
注：（1）MZ-T 为同卵组所有双生子;（2）DZ-T为异卵组所有双生子；（3）指P>0.05，相关系数无统计学意义。
2.3 遗传模型选择及遗传度
各项指标均满足rMZ＜2rDZ，故运行ACE模型，血清TC、HDL-C、LDL-C的最佳模型为AE模型；TG的最佳模型为CE模型。此4项血脂指标对应的遗传度分别为53%、62%、57%、0。各项指标的ACE全模型和最佳子模型的参数见表3。
表3 4项血脂的遗传度结果（调整年龄和性别后）
Table 3 Best fitting models for all phenotypes by age- and sex-adjusted
|
指标 |
A (95%CI) |
C (95%CI) |
E (95%CI) |
AIC |
Δ Δχ2 |
P |
|
TC |
|
|
|
|
|
|
|
ACE |
0.53(0.35~0.62) |
0 (0~0.13) |
0.47(0.38~0.59) |
-387.5 |
|
|
|
AE(1) |
0.53(0.41~0.62) |
— |
0.47(0.38~0.59) |
-389.5 |
0 |
|
|
HDL-C |
|
|
|
|
|
|
|
ACE |
0.50(0.20~0.69) |
0.11(0~0.36) |
0.39(0.31~0.49) |
-796.1 |
|
|
|
AE(1) |
0.62(0.53~0.69) |
— |
0.38(0.31~0.47) |
-797.5 |
0.622 |
0.430 |
|
LDL-C |
|
|
|
|
|
|
|
ACE |
0.57(0.33~0.65) |
0(0~0.20) |
0.43(0.35~0.53) |
-812.7 |
|
|
|
AE(1) |
0.57(0.47~0.65) |
— |
0.43(0.35~0.53) |
-814.7 |
0 |
|
|
TG |
|
|
|
|
|
|
|
ACE |
0.29( 0~0.60) |
0.28(0~0.52) |
0.43(0.35~0.54) |
-435.2 |
|
|
|
CE(1) |
|
0.50(0.42~0.58) |
0.50(0.42~0.58) |
-433.5 |
3.657 |
0.056 |
注 :A：加性遗传效应 ；C：共同环境效应；E：个体特异环境效应；AIC：Akaike's Information Criterion；Δχ2：子模型与全模型的拟合优度卡方之差；P：Δχ2的显著性检验概率；（1）AE/CE为最适模型
3 讨论
双生子研究是遗传流行病学中探索遗传和环境因素对性状影响作用的良好方法[12]。结构方程模型比组内相关系数法，假设清楚，更为先进精确。从统计学上看，结构方程模型是广义线性模型的扩展，也是一种能评价理论模型与实际数据构建的模型是否拟合的方法[11]。Mx软件是目前国际上普遍采用的构建结构方程模型的良好方法，它能在数据为正态分布的前提下用最大似然法进行参数估计，从而得出基因和环境因素在表型变异中各自所占的比例[16]。
本研究结果显示，用结构方程模型构建的双生子血清TC、HDL-C和LDL-C三项指标的最适模型均为AE模型，与SOUREN等对18~34岁成人双生子的研究中AE为最适模型一致[8]。而CHEN等对汉族青少年双生子血脂遗传度的研究中最适模型为ACE(TG为CE) [17]，MIDDELBERG等对绝经前女性的研究中最适模型为ACE[9]。这两项研究最适模型与本研究不同的原因可能为研究对象分别是青少年和年轻女性有关，此时共同环境效应对双生子的影响较大，在模型拟合时C的作用无法从全模型中除去，故ACE为最适模型。
本研究结果提示，TC、HDL-C和LDL-C遗传度分别是53%、62%和57%，表明遗传因素对此3项指标有着重要影响。国内王建华等[6]研究的TC、HDL-C遗传度是0.53、0.34，任涛等研究的TC、TG、HDL-C遗传度是0.37、0.18、0.24[5]。血清TC的遗传度与王建华的研究结果基本一致，明显高于任涛的研究结果；HDL-C遗传度则明显高于任涛及王建华的研究结果，原因有待于进一步探讨。
SOUREN等的研究中，TC、HDL-C、LDL-C的遗传度为75%、76%、78%，明显高于本次研究上述三项指标的遗传度[8]。遗传度的差异可能与种族不同相关，不同种族遗传的异质性常常是表型遗传度差异产生的主要原因。
国内外研究中TG遗传度相差很大，任涛等[5]、CHEN等[17]及SOUREN[8]、FENGER[10]等的研究结果显示TG遗传度是18%、0、58%和3%。本次研究结果为0，与传统上认为甘油三酯主要受短期饮食影响的观点相一致，但是本研究提示C（共同环境效应）为50%，说明甘油三酯受到共同环境因素的影响也是相当重要的，即双生子宫内环境、家庭环境等相同因素的作用对TG的影响是不可忽略的。鉴于遗传度差异很大，应做更多的研究来揭示遗传和环境因素对其浓度的影响程度。
综上所述，本研究采用较为先进的结构方程模型的方法来计算成人双生子血脂相关指标的遗传度，更精确的揭示了遗传和环境因素对血脂相关指标的作用。结果提示遗传因素和环境因素对TC、HDL-C和LDL-C的浓度都有重要影响，而TG主要受到环境因素的影响。
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