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在這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代，健康已成為全民熱議的話題，而運(yùn)動(dòng)作為不打針不吃藥、且終生受益的良方，一直廣受推崇。

以往研究已分別從轉(zhuǎn)錄組學(xué)、表觀基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等各種“組學(xué)”平臺(tái)證實(shí)，運(yùn)動(dòng)幾乎可以影響人體內(nèi)所有的器官系統(tǒng)[1]，其強(qiáng)大的功效包括延緩衰老、增強(qiáng)免疫力、降低全因死亡以及癌癥風(fēng)險(xiǎn)、減少心臟代謝和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等等。

然而，迄今為止的研究通常僅在某個(gè)特定時(shí)刻覆蓋一兩個(gè)組學(xué)領(lǐng)域，并且傾向于側(cè)重單一性別和組織，例如運(yùn)動(dòng)對(duì)男性或女性骨骼肌、心臟或血液的影響，這也導(dǎo)致我們?nèi)匀狈δ苋胬斫膺\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練誘導(dǎo)的適應(yīng)性分子變化。

為滿足這一需求，近期，來自美國斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)等的研究人員就深入探索了「耐力訓(xùn)練」對(duì)身體多層面的影響，揭示了運(yùn)動(dòng)帶來的不僅僅是體形的變化，更是一場(chǎng)細(xì)胞級(jí)的革命！本研究發(fā)表于Nature雜志，題為 Temporal dynamics of the multi-omic response to endurance exercise training 。（文章稍長(zhǎng)，請(qǐng)耐心閱讀哦~）

01

9,466次試驗(yàn)，涉及19種組織和25種分子平臺(tái)

本研究由MoTrPAC研究小組進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是六月齡的雄性和雌性Fischer 344大鼠，這些大鼠被安排進(jìn)行為期1、2、4或8周的跑步機(jī)耐力訓(xùn)練，并分別在最后一次訓(xùn)練的48小時(shí)后收集樣本（血液、血漿、胃腸肌、心臟、肝臟、白色脂肪組織、腎臟、肺部、棕色脂肪組織、海馬區(qū)等）。同時(shí)，本研究設(shè)定性別匹配的久坐未訓(xùn)練大鼠作為對(duì)照組。

研究人員分別從基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)以及蛋白質(zhì)免疫測(cè)定技術(shù)等分析手段出發(fā)，總共進(jìn)行了9,466次試驗(yàn)，涉及19種組織和25種分子平臺(tái)。以上所有的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果均存儲(chǔ)在公共數(shù)據(jù)庫中，供公眾訪問和進(jìn)一步研究（https://motrpac-data.org/）。

02

多個(gè)組織耐力訓(xùn)練反應(yīng)分析

在深入探究多種組織對(duì)訓(xùn)練反應(yīng)的獨(dú)特特性時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)六種核心組織進(jìn)行了細(xì)致的分子層面剖析：腓腸肌（小腿肌肉的主要組成部分）、心臟、肝臟、白色脂肪組織、肺和腎臟。這一系列組織涵蓋了人體主要的功能系統(tǒng)，從能量生產(chǎn)到代謝調(diào)控，再到免疫防御。通過這一研究，共識(shí)別出7,115個(gè)獨(dú)特的基因，它們?cè)谟?xùn)練響應(yīng)中展現(xiàn)出活躍的變化。

令人矚目的是，超過三分之二的這些基因表現(xiàn)出了組織特異性，意味著它們的響應(yīng)模式在特定組織中獨(dú)具特色。白色脂肪組織在這之中脫穎而出，擁有最多的特異性基因，這一現(xiàn)象暗示了脂肪組織在耐力訓(xùn)練中扮演著一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的角色，它不僅負(fù)責(zé)能量的存儲(chǔ)與釋放，還在運(yùn)動(dòng)適應(yīng)過程中承擔(dān)著更為精細(xì)的調(diào)節(jié)任務(wù)。

更進(jìn)一步，研究者們揭示了2,359個(gè)基因在至少兩種組織中展現(xiàn)了差異化的特征，這表明了分子適應(yīng)性變化在不同組織間的交疊和協(xié)同。在這之中，肺和白色脂肪組織之間共享了最多的一組獨(dú)特基因，共計(jì)249個(gè)，這些基因顯著富集于免疫相關(guān)的生物途徑中。

這一發(fā)現(xiàn)提示我們，運(yùn)動(dòng)不僅強(qiáng)化了肌肉和心肺功能，還深刻地影響著免疫系統(tǒng)的布局與運(yùn)作，尤其是在促進(jìn)肺部的抗炎狀態(tài)和脂肪組織中的免疫細(xì)胞動(dòng)員方面，展現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)對(duì)整體健康維護(hù)的多維度貢獻(xiàn)。

△ 多組織對(duì)耐力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

尤為值得一提的是，研究精確定位了22個(gè)基因，它們?cè)谌苛N組織中均呈現(xiàn)出訓(xùn)練調(diào)節(jié)的跡象，尤其與熱休克反應(yīng)密切相關(guān)。這些基因的普遍響應(yīng)，例如熱休克蛋白家族成員HSPA1B和HSP90AA1的顯著上調(diào)，凸顯了運(yùn)動(dòng)作為一種全身性刺激，能夠激活機(jī)體廣泛的保護(hù)機(jī)制。

利用蛋白組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，比較不同組織中顯著富集的轉(zhuǎn)錄因子，研究人員觀察到，血液中與造血相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子GABPA、ETS1、KLF3和ZNF143顯著富集，這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控著血細(xì)胞的生成與成熟，進(jìn)而影響著整個(gè)機(jī)體的循環(huán)健康與免疫響應(yīng)。這暗示了耐力訓(xùn)練不僅增強(qiáng)了肌肉與心肺功能，還可能通過優(yōu)化造血環(huán)境，間接提升了全身的免疫狀態(tài)與抗病能力。

在心臟和骨骼肌這兩個(gè)直接參與運(yùn)動(dòng)的“前線”組織中，則出現(xiàn)了與肌肉生長(zhǎng)和功能密切相關(guān)的Mef2家族轉(zhuǎn)錄因子基序的富集。Mef2家族，特別是MEF2C，作為肌肉發(fā)育與維持的核心調(diào)控者，其活性的增強(qiáng)預(yù)示著訓(xùn)練對(duì)肌肉纖維的重塑與強(qiáng)化，從而支持了更高強(qiáng)度的體力活動(dòng)。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在肝臟中，與再生相關(guān)的調(diào)控因子EGFR1、IGF和HGF的磷酸化水平上升，而這些因子正是細(xì)胞增殖與修復(fù)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

△ 耐力訓(xùn)練調(diào)節(jié)的信號(hào)通路

03

研究結(jié)果的一致性

研究人員將結(jié)果與現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)研究和疾病本體論注釋相結(jié)合，系統(tǒng)地評(píng)估了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化價(jià)值，最終結(jié)果支持大鼠數(shù)據(jù)與人類研究的高度一致性及其與人類疾病的相關(guān)性。

04

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練反應(yīng)：時(shí)間和性別的差異

研究發(fā)現(xiàn)，許多組織在其訓(xùn)練反應(yīng)中顯示了性別差異：在8周的訓(xùn)練調(diào)節(jié)特征中58%表現(xiàn)出性別分化。在訓(xùn)練的第1-2周，雌鼠和雄鼠的小腸和血漿已經(jīng)有較多的變化；而棕色和白色脂肪組織中的分別上調(diào)和下調(diào)的特征僅在第8周才能觀察到。

對(duì)于腎上腺組織，雌鼠和雄鼠在第1周時(shí)就可以觀察到最大的相反的差異特征；而其他組織，比如橫紋肌肌肉組織（腓腸肌、股外側(cè)肌和心臟）則具有相對(duì)一致性的上調(diào)特征。促炎細(xì)胞因子等特異性細(xì)胞因子在組織中也表現(xiàn)出與性別相關(guān)的變化，例如雌鼠會(huì)在第1-2周受到差異性調(diào)節(jié)，而雄鼠則是在第4-8周。

總體上，研究數(shù)據(jù)表明了運(yùn)動(dòng)對(duì)人體的影響可能存在著性別差異。

△ 耐力訓(xùn)練反應(yīng)的性別差異

05

運(yùn)動(dòng)對(duì)于肝臟的“塑造”

最后，研究人員總結(jié)了代謝組學(xué)和非代謝組學(xué)數(shù)據(jù)集的生物體代謝變化，發(fā)現(xiàn)肝臟中顯著富集的代謝物種類最多，其次是心臟、肺和海馬體。

聚焦于肝臟，研究者們發(fā)現(xiàn)了一系列引人注目的代謝模式轉(zhuǎn)變。磷脂酰膽堿的含量升高，預(yù)示著細(xì)胞膜的流動(dòng)性與穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)，這是肝臟在應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷時(shí)所采取的一種保護(hù)策略。與此同時(shí)，三酰甘油的減少則標(biāo)志著脂肪分解活動(dòng)的增強(qiáng)，這不僅有助于減輕肝臟負(fù)擔(dān)，也為身體其他部位提供了更多的能量來源。更為有趣的是，過氧化物酶體的蛋白質(zhì)豐度與乙?；潭染兴嵘?/strong>，這些微小但至關(guān)重要的細(xì)胞器，在脂質(zhì)代謝過程中扮演著核心角色，它們的活躍表明了肝臟正積極調(diào)整自身功能，以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)帶來的代謝挑戰(zhàn)。

總之，這些分子級(jí)的適應(yīng)與變化，不僅僅是對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激的即時(shí)反應(yīng)，更是機(jī)體在長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中逐步進(jìn)化和完善的結(jié)果。

△ 耐力訓(xùn)練反應(yīng)引起的新陳代謝變化

這項(xiàng)研究涵蓋了19種組織、25種分子平臺(tái)和4個(gè)訓(xùn)練時(shí)間點(diǎn)的9,466項(xiàng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了數(shù)以千計(jì)的共享和組織特異性分子改變，并在多個(gè)組織中發(fā)現(xiàn)了性別差異。

整體而言，研究突顯了多組學(xué)方法揭示的獨(dú)特訓(xùn)練反應(yīng)，可為未來有關(guān)運(yùn)動(dòng)如何改善全身和特定組織健康的假設(shè)驅(qū)動(dòng)研究提供支持。

總而言之，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)身體健康益處多多，大家趕緊動(dòng)起來吧！

撰文 | lcc、M 編輯 | lcc

參考文獻(xiàn)：

[1] Pedersen BK, Saltin B. Exercise as medicine - evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scand J Med Sci Sports. 2015;25 Suppl 3:1-72. doi:10.1111/sms.12581

[2] MoTrPAC Study Group; Lead Analysts; MoTrPAC Study Group. Temporal dynamics of the multi-omic response to endurance exercise training. Nature. 2024;629(8010):174-183. doi:10.1038/s41586-023-06877-w

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