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运动有益健康,可运动究竟如何在分子水平重塑健康?索尔克研究所发表在《Cell》上的重磅研究,绘制了覆盖 22 种组织的运动多组学图谱。这项研究更有望为个性化运动方案提供科学依据。关注详情。
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运动有益健康,运动可使身体对疾病和功能障碍更具韧性,促进疾病康复,并总体上降低死亡率,既往研究也发现运动与全因、心血管和癌症死亡率降低30%相关。尽管知道运动能带来所有这些好处,但是科学家一直难以解读其背后机制。
近期发表的一项重磅研究,科学家绘制出全球首个运动调控全身的多组学分子图谱,考察了小鼠跨器官、细胞类型、性别和昼夜节律阶段的反应,同时也揭开了运动改变人体的底层机制,为未来个性化运动方案打下基础。
长久以来,人体研究只能采集血液、少量肌肉样本,很难系统解析运动的全身分子效应,小鼠模型就成为破解这一难题的重要载体。研究将年轻雌雄小鼠分为8周自愿跑轮组和久坐组,分别在活动时段和休息时段采集全身22种组织样本。
为构建图谱,研究团队分步开展多组学检测:先对全部 22 种组织做批量 RNA 测序,查看组织内基因激活情况;选取 8 种组织与血浆开展代谢组分析,统计细胞代谢小分子;针对四块腿部肌肉开展蛋白质组检测。
在确认骨骼肌对运动反应最强后,研究进一步对三块腿部肌肉做单细胞 RNA 与 DNA 甲基化分析。这也是世界上首次针对运动后肌肉开展单细胞甲基化研究。不同于 RNA、蛋白水平的短暂波动,运动诱导的甲基化改变更加持久,可以长期调控细胞和组织功能。
研究团队还利用转录组数据,开发出一套由 51 个基因组成的运动分子标签,无论是小鼠还是人类样本,都可以借此区分训练后肌肉和久坐肌肉,为肌肉萎缩、肌肉功能障碍的研究提供全新生物标志物。
图谱数据揭示,运动带来大范围、组织特异性的细胞重塑,骨骼肌是转录变化最显著的部位。运动可改变至少一种组织内近半数基因活性,但是不存在一个基因能在全部 22 种组织中发生同步改变。
研究人员介绍,运动改变的不只是骨骼肌,全身大量器官与细胞都会产生短期或长期变化。这套实验设计,让团队能够跨组织、跨性别捕捉精细变化,还深入到肌肉内部单个细胞层面。
运动效应还受昼夜节律、性别影响。大部分组织在动物活跃期分子变化更明显,下丘脑、肾脏、肺是例外。雌雄个体对运动的响应差异巨大:雌性转录反应范围更广,基因表达模式独特,表观遗传层面的训练响应也存在明显性别特异性。
科研人员可以依托这份公共数据集,锁定目标基因或代谢通路,深挖作用机制,寻找新生物标志物,开发改善运动表现、损伤恢复与肌肉健康的手段。
研究团队表示,这份图谱为耐力运动的全身分子适应提供了完整参考资源。未来,研究者可以单独使用运动干预,或是联合其他疗法,助力人们实现健康长寿。
当然,这项研究仍留下大量待解问题:运动带来的分子改变能维持多久?需要多久训练才能产生长效表观遗传印记?数月、数年之后,细胞是否还保留着运动留下的 “记忆”?仍有待未来的研究进行解答。
:GlobalMD2026
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