肥胖是一種常見(jiàn)的能量代謝性疾病，即機(jī)體能量的攝人大于消耗，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)脂肪組織總量的過(guò)度積累及異位分布。肥胖的發(fā)生是遺傳和環(huán)境相互作用的結(jié)果。

在肥胖率不斷攀升的近幾十年，環(huán)境因素的巨大變化或許比人類遺傳背景的改變更突出，在高脂、高糖、高能量食品攝入持續(xù)增加的同時(shí)，人們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕盍?xí)慣持續(xù)地趨向于能量消耗降低和靜態(tài)活動(dòng)時(shí)間增加的方式，機(jī)體在長(zhǎng)期能量攝人大于消耗的作用下，導(dǎo)致肥胖發(fā)生和肥胖程度的加重。

但是，遺傳因素決定個(gè)體對(duì)環(huán)境變化的易感性，足肥胖產(chǎn)牛的內(nèi)在基礎(chǔ)，即環(huán)境改變最終通過(guò)影響基因表達(dá)調(diào)控而發(fā)揮作用。家系和雙生子研究表明，在肥胖發(fā)牛巾遺傳因素占 40% -70%.所以，探討遺傳易感性如何調(diào)節(jié)能量代謝和身體脂肪，對(duì)于認(rèn)識(shí)肥胖發(fā)生的分子基礎(chǔ)及病理牛理機(jī)制有重要意義。

肥胖的分子生物學(xué)研究最早可以追溯到 1994 年 Zhang 等利用定位克隆技術(shù)首次成功克隆了小鼠的瘦素 （LEP） 基因和人類的同源序列。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，肥胖遺傳因素的研究歷經(jīng)了候選基因法、連鎖分析、全基因組關(guān)聯(lián)研究 （genome-wide association study，（GWAS） 等時(shí)代。

但候選基因法和連鎖分析尋找肥胖相關(guān)基因的收效甚微；GWAS 至今也只能解釋很少一部分肥胖的遺傳度本研究將結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，醫(yī)學(xué)教|育網(wǎng)搜集整理系統(tǒng)梳理肥胖遺傳學(xué)研究的發(fā)展歷程，指出今后研究肥胖遺傳易感性的主要方向，以期為廣大讀者提供借鑒和參考。

一、肥胖的單基因研究

早期的遺傳學(xué)研究使用候選基因研究和全基因組連鎖分析兩大主要研究方法，從單基因的角度對(duì)肥胖的致病基因進(jìn)行探索，但僅有少數(shù)基因得到證實(shí)。候選基因研究設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，比較容易收集樣本，能識(shí)別出微效基因，可以排除不相關(guān)的位點(diǎn)，是尋找真正與疾病相關(guān)的遺傳標(biāo)記或致病基因的必要步驟。

但這種方法需要在研究之前構(gòu)建假設(shè)，且僅限于在已知基因內(nèi)尋找疾病易感位點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)新的致病基因方面則顯得無(wú)能為力。全基因組連鎖分析適用于研究致病性高、數(shù)量少的遺傳變異，主要應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)單基因疾病的致病基因；而研究復(fù)雜疾病的微效基因突變發(fā)現(xiàn)的信息量非常有限，且結(jié)果的重復(fù)性較差。

通過(guò)連鎖分析在染色體上的定位通常比較粗，后期還需大量研究才能精細(xì)定位出突變位點(diǎn)，進(jìn)而為候選基因研究提供參考。

迄今為止，已經(jīng)鑒定出 20 多種人類單基因肥胖（monogenic obesity）的致病基因。所謂單基因肥胖，是指由 1 個(gè)單一基因的突變或缺失而導(dǎo)致的肥胖，特點(diǎn)是早發(fā)性的極度肥胖，表型個(gè)體出生后 2-3 周即開始表現(xiàn)嗜食和體重增加，在 10 歲以前出現(xiàn)體重明顯增加，成年后 BMl 一般都大于 40 kg/m2.

已知的單基因肥胖大致可分為 3 類：（1） 由在下丘腦的瘦素一黑皮質(zhì)素能量平衡系統(tǒng)巾起作用的基因突變導(dǎo)致的肥胖，如 LEP 基因、瘦素受體（LEPR 基因、黑皮質(zhì)素 4 受體（MC4R）基因、PCSKI 基因和 POMC 基因，這 5 個(gè)基因與人的食欲及體重調(diào)節(jié)有關(guān)。（2） 在下丘腦發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用的基因突變所導(dǎo)致的肥胖，如 SIMI、BDNF、NTRK2 等基因。

（3） 肥胖作為綜合征的部分表型出現(xiàn)，如 Prader-Willi 綜合征 （PWS）、Bardet-Biedl 綜合征 （BBS）、Cohen 綜合征和 Alstrom 綜合征等。在約 30 多種綜合征中，肥胖都與智力遲緩、先天性器官缺陷、肢端或者面部發(fā)育異?；騼?nèi)分泌功能異常一起，作為這些綜合征的特征性表型之一。

二、肥胖的全基因組關(guān)聯(lián)研究 （GWAS）

由單基因突變引起的極重度肥胖在人群巾比例極低，已發(fā)現(xiàn)的這些單基因肥胖的致病基因也只能解釋不到 5% 的嚴(yán)重肥胖。絕大多數(shù)肥胖屬于多基因作用模式。

GWAS 正是研究復(fù)雜性疾病的一種有效策略，它利用高通量基因芯片技術(shù)，檢測(cè)研究個(gè)體遍布全基因組的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的單核苷酸多態(tài)性 （SNP），進(jìn)而在全基因組水平上進(jìn)行大樣本人群的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)與疾病及表型相關(guān)的陽(yáng)性位點(diǎn)，然后將此陽(yáng)性位點(diǎn)在獨(dú)立的樣本巾進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，從而為后續(xù)的基因表達(dá)和功能研究奠定基礎(chǔ)。

通過(guò) GWAS 發(fā)現(xiàn)的含有意義突變的基因可能成為新的候選基因。

GWAS 的出現(xiàn)極大地加快了發(fā)現(xiàn)肥胖相關(guān)基因的步伐，它在人類肥胖研究領(lǐng)域的應(yīng)用可分為 4 個(gè)階段。第一階段始于 2007 年 Science 首次報(bào)道的與普通人群肥胖相關(guān)的可靠候選基因 —— 體脂和肥胖相關(guān)（FTO）基因。最初研究者是在 2 型糖尿病的 GWAS 中發(fā)現(xiàn) FTO 基因與 2 型糖尿病的關(guān)聯(lián)在控制 BMI 后消失，從而意外地發(fā)現(xiàn) FTO 基因與肥胖相關(guān)。

此后，F(xiàn)TO 基因變異與 BMI 及肥胖的關(guān)聯(lián)陸續(xù)在不同種族人群中得到驗(yàn)證。第二階段是 2008 年通過(guò)對(duì) 7 項(xiàng)研究近 17 000 例白種人的 Meta 分析，發(fā)現(xiàn) MC4R 基因變異與肥胖存在關(guān)聯(lián)，同時(shí)與 BMI 和腰圍評(píng)價(jià)的體脂分布都存在關(guān)聯(lián)。

這是 Meta 分析首次被應(yīng)用于多項(xiàng) GWAS 的合作研究，可以增加檢驗(yàn)效能，解決多重檢驗(yàn)的假陽(yáng)性問(wèn)題。第三階段是美國(guó)最大的人體測(cè)量學(xué)性狀遺傳研究 （Genetic Investigation of ANthropometric Traits，GIANT） 協(xié)會(huì)組織成立以集中有人體測(cè)量學(xué)性狀的 GWAS.

2009 年初 Nat Genet 連續(xù)報(bào)道了 3 項(xiàng)相關(guān)研究結(jié)果。一項(xiàng)匯集了 15 項(xiàng) GWAS 的大規(guī)模 Meta 分析和一項(xiàng)包括 GIANT 樣本在內(nèi)的獨(dú)立 GWAS（兩項(xiàng)研究樣本量均超過(guò) 32000 名），共發(fā)現(xiàn) 10 個(gè)新的肥胖基因 （TMEM18、SH2B1、NEGR1、GNPDA2、MTCH2、BDNF、FAIM2、KCTD15、SEC16B 和 ETV5），其變異與 BMI 在全基因組水平存在關(guān)聯(lián)。

第三項(xiàng)研究針對(duì)早發(fā)嚴(yán)重肥胖者，發(fā)現(xiàn) MAF 基因變異與病態(tài)肥胖有關(guān)聯(lián)。在此期間，科學(xué)家不再滿足于僅以 BMI 為表型研究肥胖基因，開始關(guān)注以體脂分布為肥胖表型的（GWAS.結(jié)果證實(shí)，F(xiàn)TO 基因及 MC4R 基因與中心性肥胖同樣存在關(guān)聯(lián)，并發(fā)現(xiàn)調(diào)整 BMI 后，TFAP2B、M.SRA 和 NRXN3 與腰圍相關(guān)，LYPLAL1 僅與女性腰臀比相關(guān)。

第四階段，GIANT 聯(lián)合其他團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以發(fā)現(xiàn)更微效及低頻的位點(diǎn)。一項(xiàng)匯集近 25 萬(wàn)名受試者的 Meta 分析，共發(fā)現(xiàn)了 32 個(gè)與 BMI 相關(guān)的基因位點(diǎn)，其中 18 個(gè)是新位點(diǎn)；另一項(xiàng)以調(diào)整 BMI 后的腰臀比來(lái)評(píng)價(jià)肥胖，樣本量 77 000 名，新發(fā)現(xiàn)基因位點(diǎn) 13 個(gè)，尤其在女性中關(guān)聯(lián)強(qiáng)于刃性。

最新報(bào)道的一項(xiàng)針對(duì)人體測(cè)量指標(biāo)（身高、BMI 和腰臀比）的全基因組 Meta 分析匯集了 26 萬(wàn)余名白人，發(fā)現(xiàn)了 7 個(gè)新的肥胖基因 （HNF4G、RPTOR、GNAT2、MRPS33P4、ADCY9、HS6ST3 和 ZZZ3）。

上述研究均集巾于歐洲成年人。與此同時(shí)，在歐洲兒童青少年、亞洲、非洲等不同人種和不同地區(qū)中也相繼報(bào)道了肥胖相關(guān)的 GWAS 結(jié)果。目前為止，在 GWAS 已發(fā)現(xiàn)的與肥胖相關(guān)的位點(diǎn)中，在全基因組水平 （P<5×10 -8） 與 BMI 存在關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)有 39 個(gè)，與腰臀比相關(guān)的位點(diǎn)有 14 個(gè)。

三、肥胖遺傳易感性研究的新策略

經(jīng)過(guò)候選基因研究、全基因組連鎖分析和 GWAS 三個(gè)階段的發(fā)展，迄今發(fā)現(xiàn)與肥胖相關(guān)的基因或染色體區(qū)域已達(dá) 200 多個(gè)，但這些基因位點(diǎn)大部分位于內(nèi)含子或基因間的非編碼區(qū)，其功能鑒定比較困難，所能解釋的肥胖效應(yīng)遠(yuǎn)不如預(yù)期的高。

對(duì)于剩余的尚無(wú)法解釋的遺傳度，需要采用新的研究策略，包括尋找其他的基因組結(jié)構(gòu)變異或更低頻率的突變、基因一基因和基因一環(huán)境交互作用、表觀遺傳修飾及表達(dá)調(diào)控等。

1.拷貝數(shù)變異 （copy number variations，CNV）：CNV 是基因組結(jié)構(gòu)變異的重要組成部分。2004 年，研究意外發(fā)現(xiàn)，正常個(gè)體間部分基因的拷貝數(shù)存在差異，CNV 是指 DNA 片段存在大小范圍從 kb 至 Mh 的亞微觀突變，主要包括缺失、嵌入、復(fù)制和復(fù)合多位點(diǎn)變異，常位于端粒、著絲點(diǎn)和異染色質(zhì)等富含可重復(fù)序列的位置。

CNV 位點(diǎn)的突變率遠(yuǎn)高于 SNP.目前研究較多的是位于 16 號(hào)染色體 16p11.2 的 CNV，該部位的片段缺失可引起嚴(yán)重肥胖，而重復(fù)序列則導(dǎo)致成人和兒童低體重。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CNV 正在成為新的研究熱點(diǎn)。

2.低頻和罕見(jiàn)突變：目前 GWAS 所研究的 SNP 變異頻率多在 5% 以上，由于這些變異所能解釋的肥胖效應(yīng)十分有限，所以推測(cè)一些頻率較低的變異 （1%-5%） 或罕見(jiàn)變異 （<1%） 可能對(duì)肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響更為重要。低頻率和罕見(jiàn)變異與疾病的易感性有關(guān)，可用于預(yù)測(cè)復(fù)雜疾病。

新興的二代測(cè)序技術(shù)可用于發(fā)現(xiàn)這些低頻的變異。由于消瘦和肥胖同樣是穩(wěn)定可遺傳的性狀，所以同時(shí)對(duì)嚴(yán)重肥胖和消瘦的極端病例進(jìn)行測(cè)序可能更有利于尋找影響體重的基因。但高通量測(cè)序存在的問(wèn)題是，產(chǎn)生的大量信息使得在分析單個(gè)變異與疾病關(guān)聯(lián)時(shí)的檢驗(yàn)效能將大大降低，所以還需發(fā)展新的統(tǒng)計(jì)分析策略以檢驗(yàn)多個(gè)遺傳變異的累積效應(yīng)。

另外，經(jīng)過(guò)二代測(cè)序的樣本并非每個(gè)變異都能被發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)的變異必須進(jìn)行仔細(xì)地過(guò)濾以找到真正的致病突變，同時(shí)還須進(jìn)行后續(xù)的基因功能驗(yàn)證。

3.基因 - 基因和基因 - 環(huán)境交互作用：肥胖的發(fā)生是由多基因、多環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。但多個(gè)基因之間的相互作用如何？環(huán)境因素如何通過(guò)基因發(fā)生作用？或者不同基因型個(gè)體對(duì)環(huán)境因素的反應(yīng)是否相同？目前，對(duì)這種基因變異與環(huán)境因素相互作用的研究還較少。

尤其兒童青少年處于動(dòng)態(tài)成長(zhǎng)過(guò)程中，能量攝入、行為方式等隨成長(zhǎng)而變化，因此，這方面的研究特別依賴于長(zhǎng)期縱向的隨訪研究。研究基因一基因和基因一環(huán)境交互作用及其對(duì)肥胖發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)展進(jìn)程的影響，有助于揭示肥胖的病因和發(fā)生機(jī)制。

4.基因的表觀遺傳修飾：表觀遺傳修飾在人類肥胖發(fā)病中的作用尚不清楚。目前發(fā)現(xiàn)孕期營(yíng)養(yǎng)不良、宮內(nèi)生長(zhǎng)受限、父代高脂飲食、營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩、相對(duì)活動(dòng)減少等環(huán)境因素通過(guò)表觀遺傳修飾改變基因的表達(dá)，最后可形成肥胖表型。表觀基因組在發(fā)育、生長(zhǎng)和衰老過(guò)程巾存在著一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，而且具有高度的組織特異性。

肥胖的發(fā)生主要與巾樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控有關(guān)，但腦組織一般難以在研究中獲得。英國(guó)研究人員通過(guò)檢測(cè)臍帶組織 DNA 甲基化水平，發(fā)現(xiàn)隨著 DNA 甲基化水平的升高，兒童期的體脂含量和體脂百分比也升高，說(shuō)明出生時(shí)檢測(cè) DNA 甲基化可以預(yù)測(cè)以后肥胖及相關(guān)疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

隨著外周血白細(xì)胞 DNA 甲基化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人類肥胖相關(guān)的表觀遺傳學(xué)研究也將成為重要的研究方向。

5.microRNA 調(diào)控基因表達(dá)：成熟 microRNA（miRNA） 是一類小分子非編碼 RNA，主要通過(guò)與靶 mRNA 的 3‘- 非翻譯區(qū) （UTR）、5’-UTR 和編碼區(qū)域的堿基互補(bǔ)配對(duì)抑制靶 mRNA 翻譯，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控靶基因表達(dá)。一個(gè) miRNA 分子能夠與數(shù)百個(gè)功能各異的靶 mRNA 相結(jié)合而發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)節(jié)作用，也可以通過(guò)幾個(gè) miRNA 的組合來(lái)精細(xì)調(diào)控某個(gè)基因的表達(dá)。

目前，已發(fā)現(xiàn)多個(gè) miRNA 分子在脂肪組織分化和脂肪細(xì)胞生成過(guò)程巾發(fā)揮作用。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)兩種 microRNA 分子（miR-103/107）的上調(diào)表達(dá)可能是導(dǎo)致肥胖和 2 型糖尿病的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能紊亂的關(guān)鍵，沉默這兩種 miRNA 可改善肥胖老鼠的全身脂肪量和葡萄糖敏感性，提示這兩種分子可能是 2 型糖尿病和肥胖藥物研究的新靶標(biāo)。

對(duì) 50 名肥胖和非肥胖者的網(wǎng)膜組織、皮下組織及外周血 miRNA 水平的比較研究顯示，肥胖和非肥胖組間網(wǎng)膜脂肪組織 miR-17-5p 和 miR-132 的差異可以表現(xiàn)在外周血中，表明 miRNA 具有作為脂肪組織生物標(biāo)志物的潛在價(jià)值。

但是限于 miRNA 在物種間具有高度的保守性、時(shí)序性和組織特異性，動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)的 miRNA 是否可以外推到人，外周血中的 miRNA 是否可以反映相應(yīng)組織中的水平尚需要大量研究予以證實(shí)。

四、開展中國(guó)兒童肥胖遺傳易感性研究的必要性

肥胖已成為影響人口健康的重大公共衛(wèi)牛問(wèn)題。我國(guó)正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)型期，肥胖正以驚人的速度上升。1985-2010 年的 25 年間，學(xué)生超重與肥胖的發(fā)生呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，至今增長(zhǎng)速度仍處在較高水平。

肥胖具有明顯的種族差異性。在同等 BMI 情況下，包括中國(guó)在內(nèi)的亞裔人種比白種人具有更多的體脂肪量，并更易積聚于腹部，即以腹型肥胖為主。而腹型肥胖較四肢型肥胖罹患糖尿病、心血管疾病，或因肥胖死亡的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

鑒于不同人群的遺傳背景不同，生活環(huán)境和行為習(xí)慣各異，肥胖的病因和發(fā)生機(jī)制也各有特點(diǎn)，所以研究具有中國(guó)人特點(diǎn)的肥胖相關(guān)基因及分子作用機(jī)制，對(duì)肥胖的干預(yù)和防治具有重要意義。

對(duì)復(fù)雜疾病遺傳易感性的研究應(yīng)強(qiáng)調(diào)疾病診斷的明確或表型的單一準(zhǔn)確。

由于長(zhǎng)期肥胖容易并發(fā)糖尿病和心血管代謝危險(xiǎn)因素，所以在兒童青少年中研究肥胖的遺傳易感性具有明顯優(yōu)勢(shì)：兒童時(shí)期疾病表型單一，不易受其他慢性病的干擾，診斷易于明確；兒童受環(huán)境修飾作用相對(duì)于成人小，通過(guò)前瞻性隨訪可以自然觀察肥胖相關(guān)基因的外顯率，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)干預(yù)研究可以觀察不同基因型兒童的外顯率是否可以被抑制；發(fā)現(xiàn)兒童肥胖的遺傳易感標(biāo)記后，可以更好地用于預(yù)測(cè)成年肥胖及相關(guān)代謝異常，有利于實(shí)現(xiàn)肥胖的早期干預(yù)。

近年來(lái)，大樣本的巾國(guó)人群的疾病表型和生物標(biāo)本庫(kù)陸續(xù)建立，為開展具有中國(guó)人群特征的疾病遺傳易感性研究提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。相信不久的未來(lái)，基于巾國(guó)成年和兒童人群特征的肥胖遺傳易感性研究將有突破性成果。

五、展望

人類肥胖的遺傳因素及作用于肥胖表型的機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，目前已知的肥胖相關(guān)基因及變異猶如冰山一角，多數(shù)肥胖患者的致病基因及分子作用機(jī)制仍未闡明。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)和遺傳統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的發(fā)展，除了在基因一基因互作和基因一環(huán)境互作領(lǐng)域的研究，肥胖遺傳易感性的研究將會(huì)更多地關(guān)注拷貝數(shù)變異、低頻率變異和罕見(jiàn)變異、表觀遺傳改變及表達(dá)調(diào)控。而在人群研究對(duì)象的選擇方面，由于越來(lái)越強(qiáng)調(diào)肥胖表型的單一明確，兒童隊(duì)列必將成為研究肥胖遺傳易感性的最佳選擇。