青少年双生子血尿酸的遗传度研究

　　【摘要】 目的 用双生子研究方法对青少年血尿酸的遗传度进行估计。方法 取青岛双生子库募集青少年双生子，测量身高、体质量和血尿酸。相同性别和血型的双生子采用16个多态标记进行卵型鉴定。通过校正年龄、性别和体质指数(BMI)来构建结构方程模型估计遗传度。结果 共收集521对双生子数据，其中同卵双生子274对，异卵双生子247对。经平方根转换后，男性血尿酸水平略高于女性(t=5.584，P<0.001)，通过校正年龄、性别和BMI后双生子血尿酸的组内相关系数同卵双生子为0.80，异卵双生子为0.46。运用性别限制模型进行拟合，最佳模型为AE模型，加性遗传因素和特殊环境因素共同作用血尿酸的水平。血尿酸的遗传度为77.5%(95%CI为0.731～0.811)，特殊环境因素占22.5%(95%CI为0.189～0.269)。结论 遗传因素是影响本研究样本双生子血尿酸水平的主要因素。

　　【关键词】 双生子;尿酸;遗传;青少年

　　HERITABILITY OF SERUM URIC ACID IN ADOLESCENT TWINS DUAN HAIPING, PANG ZENGCHANG, ZHANG DONG, et al (Qingdao University Medical College, Qingdao 266021, China); [ABSTRACT] Objective To assess the heritability of serum uric acid in adolescent using the classic twin design. MethodsAdolescent twins were recruited from the Qingdao Twin Registry. Their uric acid, height, weight were measured. Zygosity in all samesex and samebloodgroup twin pairs was determined by 16 polymorphic markers. Heritability was assessed by structuralequation models, with age, gender and body mass index (BMI) included as covariate. Results A total of 521 twin pairs wereavailable for data analyses, including 274 pairs of monozygotic twins and 247 pairs of dizygotic. After square root transformed, uric acid in male was significantly higher than in female (t=5.584,P<0.0001). After age, sex and BMI adjustment, intraclass correlations for uric acid were 0.80 for monozygotic twins and 0.46 for dizygotic. A sexlimitation AE model combining additive genetic and unique environmental factors produced the best fit for the data. Heritability estimates for uric acid were 77.5% (95% confidence interval: 0.731-0.811. Unique environmental effects explained 22.5% (95% confidence interval: 0.189-0.269). Conclusion Genetic factors are the main factors that influence the variation of uric acid in twin samples of this study.

　　[KEY WORDS] twins; uric acid; heritability; adolescent

　　尿酸是人类嘌呤代谢的终产物，其水平受人体尿酸的产生和代谢调控。高尿酸血症(血清浓度男性>420 μmol/L,女性>350 μmol/L)是由于各种原因引起体内尿酸增多或排泄减少而导致的一种代谢性疾病。尿酸结晶沉积到软组织所致的急性或慢性病变称为痛风，大约有10%～20%的高尿酸血症病人会引起痛风。高尿酸血症本身虽然不会产生临床症状，但却损害人体的重要器官。目前已把高尿酸血症及痛风列入代谢综合征的一个表现[1]。近期许多研究均表明，高尿酸血症与代谢综合征的许多成分如肥胖、血脂异常、高血压、冠心病及胰岛素抵抗等密切相关[25]。同时，以往被认为常在成人中出现的高尿酸血症，在儿童中的发病率也不断上升。儿童高尿酸血症可逐步发展为痛风、尿酸性肾病、肾结石、尿毒症， 而且与代谢综合征及其组分密切相关， 甚至成为心脑血管疾病发生的危险因素和成年后高血压发生的预测因素[68]。作为痛风的中间代谢表型，尿酸水平受到遗传和环境因素的共同影响, 双生子分析法是常用的判断遗传因素和环境因素对表型影响相对程度的方法之一。通过结构方程模型能对双生子不同的卵型性别进行拟合，并且可以同时校正年龄、性别等对表型的影响，分别估计加性遗传方差、共同环境方差、显性遗传方差和个体特异的环境方差，更精确地计算尿酸水平的遗传度[9]。既往国外运用双生子和家系等研究方法，得出青少年尿酸的遗传度(h2)为0.30～0.80[1011]。本研究应用双生子样本，采用构建结构方程模型的分析方法，来探讨遗传和环境对中国青少年双生子尿酸水平的影响。现将结果报告如下。

　　1 对象和方法

　　1.1 研究对象

　　依据青岛市的双生子登记系统[12]及学校预防保健科募集相结合的方式，从全市的中小学募集符合条件的10～16岁以上的青少年双生子。纳入标准：①2名双生子在同一天均接受调查;②有血液样本，并且样本质量符合要求;③本人及家长签署知情同意书。排除标准如下：①缺少关键指标的双生子对;②近1个月内服用减肥、降糖、降脂等影响血尿酸水平的药物的双生子对。最终共募集双生子614对，符合本研究标准的双生子共521对。其中同卵男性(MZM)133对，异卵男性(DZM)70对，同卵女性(MZF)141对，异卵女性(DZF)71对，异卵不同性别(OSDZ)106对。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1 卵型鉴定 采用3种方法相结合分步进行双生子卵型鉴定。首先，双生子之间性别不同者必为异卵双生子(DZ)。其次，在性别相同的双生子中，ABO或RH血型不同的必定为DZ; ABO血型检测由青岛市疾病预防控制中心体检科完成。最后，如果两个双生子性别和血型均相同，则通过短串联序列(STR)荧光标记复合扩增技术来判定，性别和15个STR位点基因型全部一致的判为同卵双生子(MZ),性别不同和(或)有一个或以上的位点基因型不同判为DZ。该项工作在青岛市中心血站实验室完成，可靠性达99.6%以上[13]。

　　1.2.2 测量指标 ①身高：使用经标准钢卷尺校正过的身高计测量赤脚身高，精确到1 cm;②体质量：使用校正过的杠杆式体质量计测量体质量，精确到0.1 kg;③体质指数(BMI)：为体质量(kg)/身高2(m2)。④尿酸测定：禁食12 h后取静脉血，两双生子采血间隔时间不超过5 min，离心后吸取血清。采用尿酸酶过氧化物酶耦联测定法，在自动生化分析仪(日立7600)上检测血清尿酸的浓度。尿酸的实验室测定在青岛市传染病医院检验科完成。现场调查和实验室检验的质量控制符合项目要求。

　　1.3 数据分析

　　数据采用Epidata 3.0双录入，核对修改。应用SPSS 17.0统计软件包对数据进行分析，采用频数或均数±标准差描述MZ和DZ各主要指标分布，成组t检验比较MZ和DZ之间各指标有无统计学差异,如无统计学意义,进行血尿酸的遗传度分析。根据卵型和性别的不同分类计算各组血尿酸的组内相关系数(ICC)。

　　1.4 遗传模型建立

　　应用Mx软件[14]建立遗传模型，构建结构等式方程，分析估计血尿酸的遗传度和环境效应。通常应用ACE模型来假设性状的表型，变异源于加性遗传效应A，共同环境效应C和特殊环境效应E。利用最佳拟合模型中遗传方差与表型方差之间的比值计算得出遗传度。本研究中，不同性别的DZ的相关低于相同性别的DZ，表明不同性别可能影响血尿酸水平。因而，应用性别限制模型来对数据进行拟合。在性别限制模型的全模型中，假设A、C、 E参数在男性和女性之间存在差异，而且性别限制模型的全模型假设不同性别双生子间的加性遗传相关系数(raO)在0～0.5之间变化。在性别限制模型的全模型基础上简化模型，并与全模型比较，确定最优模型。应用Mx软件包对原始数据进行模型拟合分析，计算负2倍的对数似然值(-2LL)。在全模型和简化模型之间，-2LL的差值近似服从自由度为两模型自由度差的分布，用对数似然比检验(LRT)来选择最佳拟合模型:如果全模型与简化模型之间△χ2差异有显著性，则简化模型不能接受，如果差异没有显著性，则提示这个简化模型比全模型更好。并以AIC值结合专业知识来确定最好的模型，AIC值越小模拟的越好。

　　2 结 果

　　由于尿酸为偏态分布(ShapironWilk 检验P=0.000)，将其进行平方根转换，符合正态分布(P=0.079)。表1给出了样本一般性状描述，由于双生子之间并非独立样本，仅对先出生的双生子(双生子1)进行一般性状描述分析。表2给出了校正性别、年龄、BMI前后，经平方根转换血尿酸的ICC。样本平均年龄为(12.31±1.91)岁，MZ与DZ之间差异无显著性(t=1.782,P>0.05)。经平方根转化的血尿酸在MZ(16.98±2.25)和DZ(16.73±2.03)之间差异无显著性(t=1.288,P>0.05)。男性血尿酸(17.39±2.27)高于女性(16.36±1.91)，差异有显著性(t=5.584,P<0.01)。经性别和年龄校正的MZ的相关系数(0.80)要比DZ(0.46)高，说明血尿酸受到遗传因素的显著影响，且DZ的相关系数大于MZ的1/2，提示共同环境效应对血尿酸有影响，选择ACE模型进行拟合。

　　表3中给出了模型拟合的结果。饱和模型和性别限制模型的全模型比较差异无显著性(△χ2=1.993,df=1,P=0.158)，说明性别限制模型是可接受的。由于性别、年龄和BMI会造成尿酸的遗传和环境因素分析的偏移，为控制它们的影响，将其作为协变量进行分析[15]。 模型2将raO固定为0.5，与模型1比较差异无显著性,显示在男性和女性中有相同的基因影响血尿酸水平;模型3固定raO为0.5，在不同性别中A、C、E参数相等，与模型1相比较，差异无显著意义，确定两种性别遗传和环境大小对血尿酸水平的影响是相同的;模型4固定raO为0.5，且不同性别的A、E参数相等，将C参数从模型中剔除进行拟合，与模型1比较差异无显著意义，不能拒绝该模型，而且AIC值最小，说明模型4为最优拟合模型。血尿酸遗传度为77.5%(95%CI为0.731～0.811),特殊环境因素占22.5%(95%CI为0.189～0.269)。表1 双生子一般性状描述表2 经平方根转换血尿酸ICC卵型对子数

　　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表型相对作用的较完善方法。MZ具有完全相同的遗传基础，因此表型差异主要由环境造成，而DZ与普通同胞对一样，平均共享50%的遗传基础，因此表型差异主要是由遗传和环境因素共同决定的。因为本研究中双生子是在同一家庭培养长大，因此我们假设双胞胎对内有100%共同的家庭环境效应。利用双生子人群分析计算遗传度的方法，从最初简单的ICC分析、方差分析发展到通径分析。经典的双生子研究用ICC法估计表型的遗传度，但是，ICC法虽然灵敏度高，但是把握度低，并且没有将双生子资料充分利用。本研究中通过构建性别限制结构方程进行模型拟合，分析得出影响尿酸表型的最佳拟合模型为AE模型，并且男女的遗传度均为77.5%，特殊环境因素占22.5%，提示遗传因素和环境因素共同影响青少年尿酸水平，但遗传因素作用相对更大。

　　目前，国外对青少年血尿酸遗传度方面的研究和报道较少。MIDDELBERG等[10]针对澳大利亚青少年双生子在12、14、16岁3次追踪调查显示，尿酸的遗传度均不低于80%。以上研究与本研究的结果相近。而PARK等[11]在日本对37对11或12岁的双生子及其父母进行的家系研究显示，尿酸遗传度均不低于30%，与本研究结果比较尿酸遗传度较低。我们以往研究显示，青岛市成人双生子样本血尿酸水平男女遗传度相同，均为70.5%，与本研究结果非常相近[16]。国内张振文等[17]对20个原发痛风病人的核心家庭成员78人，运用回归法计算得出尿酸的一级亲属遗传度为58.6%。国外有作者通过模型模拟对澳大利亚18～34岁的206对双生子进行研究，尿酸的遗传度为73%[15]。MANOJ等[18]对12对成年同卵双生子尿结石的研究显示，尿酸的遗传度为96%。KALOUSDIAN等[19]运用经典遗传度计算方法，对美国360对中年男性双生子的研究显示，尿酸遗传度为0.45。以上研究比本研究结果低。由此可见，研究样本的种族、年龄、样本量、调查方法和分析方法的不同，均可能造成遗传度估算的差异。同时，本研究与青岛市成人双生子尿酸遗传度研究的结果相同，男性血尿酸略高于女性，在选择限制性别模型进行模拟的基础上，校正性别、年龄、BMI后，最终得出遗传因素对男女的血尿酸水平的影响无显著性差异，这可能与男女之间存在年龄或体型的差异有关，通过将其作为协变量带入方程，得到更准确的结果。

　　本研究是国内首次利用双生子样本，运用Mx软件构建性别限制结构方程模型来分析影响中国青少年尿酸水平的遗传和环境作用，得出男女血尿酸的遗传度均为77.5%。该研究方法较家系研究和经典的遗传度计算方法能更好、更清楚地计算出精表3 运用ACE性别限制模型对尿酸表型模拟结果 模型1:raO变化，m≠Af,Cm≠Cf,Em≠Ef;模型2:raO指定为0.5，Am≠Af,Cm≠Cf,Em≠Ef;模型3:raO指定为0.5,Am=Af,Cm=Cf,Em=Ef;模型4:和模型2一样,但是剔除Cf和Cm;模型5：和模型2一样,但是剔除Af和Am。95%CI在括号中给出。A:加性遗传方差;C:共同环境方差;E:特殊环境方差。f:女性;m:男性。raO:性别不同的双生子的加性遗传相关系数;-2LL:负2倍最大似然比;Δχ2:子模型与全模型的拟合优度卡方之差;Δdf:子模型与全模型的自由度之差;P：显著性检验值。

　　确的遗传度。许多研究显示，青少年尿酸水平与糖尿病、高血压等代谢综合征密切相关，甚至成为成年后高血压发生的预测因素[68]。本研究将会为今后应用分子生物学技术和数理统计学方法，从分子水平到群体水平进一步阐明尿酸水平的遗传机制，为防治高尿酸血症、痛风以及其他代谢综合征提供科学依据。

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