北京
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。
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