坚持锻炼的表观遗传学意义

　　众所周知，体育锻炼能够改善包括代谢、肺活量在内的多项身体机能。那么体育锻炼是怎样在分子水平上施加影响的呢？

　　人们发现，锻炼能促进肌肉重塑，改变肌肉的纤维结构和蛋白组成。“坚持体育锻炼对健康很有帮助，能够防治一系列常见疾病，比如心血管疾病和二型糖尿病。理解锻炼有益健康的具体机制，可以帮助我们进一步优化锻炼方法，”Karolinska大学医院的Francesco Marabita说。Marabita及其同事认为，体育锻炼时的肌肉重塑是由表观遗传学改变介导的。

　　合适的对照

　　Marabita等人招募了平时没有锻炼的12名男性和11名女性，对他们进行了为期三个月的测试。在人体内往往难以鉴定特定刺激引起的表观遗传学改变，因为有许多其他因素也会影响表观遗传学，比如饮食、压力水平、睡眠模式、激素水平和其他环境变化。为此，研究人员让志愿者们只用一条腿进行膝盖伸展运动。“未训练的那条腿代表着全身性的改变，可以成为良好的对照，”Marabita说。

　　“之前的肌肉锻炼研究主要是用芯片进行检测。我们采用了RNA测序，这种技术能够提供更高质量的数据、灵敏度和动态范围， 可以检测更多差异化表达的基因。此外，Illumina 450k甲基化芯片让我们以较低成本对基因组CpG甲基化进行单碱基分辨率的分析，”Marabita说。研究人员发现，坚持锻炼的那条腿中有839个位点的甲基化水平改变了5%以上，有4076个基因存在差异性表达。

　　进一步研究表明，许多发生改变的甲基化位点位于基因的增强子区域，这些基因主要涉及肌肉生成、肌肉结构、肌肉功能和生物能量学。而存在表达差异的基因与肌肉的生理机能和代谢有关，比如胰岛素调控。

　　“我们发现，锻炼引起的转录应答可以分为三大类，涉及与形态学改变、细胞能量和转录调控有关的基因，”Marabita说。

　　研究显示，锻炼会显著下调转录调控基因，以及促进脂肪细胞分化和凋亡的基因。另一方面，锻炼会提高形态学改变相关基因的表达，包括细胞粘附、血管发育和组织细胞外基质的基因。锻炼之后，与细胞能量有关的基因也得到了适当上调，比如线粒体酶。

　　明确锻炼与表观遗传学改变有关，是理解环境对细胞影响的重要一步。“对于大多数人来说，坚持锻炼是比较容易做到的。像这样改变我们的生活方式，就可以对基因表达产生有益的影响，”Marabita总结道。