眾所周知，體育鍛煉能夠改善包括代謝、肺活量在內的多項身體機能。那么體育鍛煉是怎樣在分子水平上施加影響的呢？

人們發(fā)現(xiàn)，鍛煉能促進肌肉重塑，改變肌肉的纖維結構和蛋白組成。“堅持體育鍛煉對健康很有幫助，能夠防治一系列常見疾病，比如心血管疾病和二型糖尿病。理解鍛煉有益健康的具體機制，可以幫助我們進一步優(yōu)化鍛煉方法，”Karolinska大學醫(yī)院的Francesco Marabita說。Marabita及其同事認為，體育鍛煉時的肌肉重塑是由表觀遺傳學改變介導的。

合適的對照

Marabita等人招募了平時沒有鍛煉的12名男性和11名女性，對他們進行了為期三個月的測試。在人體內往往難以鑒定特定刺激引起的表觀遺傳學改變，因為有許多其他因素也會影響表觀遺傳學，比如飲食、壓力水平、睡眠模式、激素水平和其他環(huán)境變化。為此，研究人員讓志愿者們只用一條腿進行膝蓋伸展運動。“未訓練的那條腿代表著全身性的改變，可以成為良好的對照，”Marabita說。

“之前的肌肉鍛煉研究主要是用芯片進行檢測。我們采用了RNA測序，這種技術能夠提供更高質量的數(shù)據(jù)、靈敏度和動態(tài)范圍， 可以檢測更多差異化表達的基因。此外，Illumina 450k甲基化芯片讓我們以較低成本對基因組CpG甲基化進行單堿基分辨率的分析，”Marabita說。研究人員發(fā)現(xiàn)，堅持鍛煉的那條腿中有839個位點的甲基化水平改變了5%以上，有4076個基因存在差異性表達。

進一步研究表明，許多發(fā)生改變的甲基化位點位于基因的增強子區(qū)域，這些基因主要涉及肌肉生成、肌肉結構、肌肉功能和生物能量學。而存在表達差異的基因與肌肉的生理機能和代謝有關，比如胰島素調控。

“我們發(fā)現(xiàn)，鍛煉引起的轉錄應答可以分為三大類，涉及與形態(tài)學改變、細胞能量和轉錄調控有關的基因，”Marabita說。

研究顯示，鍛煉會顯著下調轉錄調控基因，以及促進脂肪細胞分化和凋亡的基因。另一方面，鍛煉會提高形態(tài)學改變相關基因的表達，包括細胞粘附、血管發(fā)育和組織細胞外基質的基因。鍛煉之后，與細胞能量有關的基因也得到了適當上調，比如線粒體酶。

明確鍛煉與表觀遺傳學改變有關，是理解環(huán)境對細胞影響的重要一步。“對于大多數(shù)人來說，堅持鍛煉是比較容易做到的。像這樣改變我們的生活方式，就可以對基因表達產生有益的影響，”Marabita總結道。