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“多运动对健康有好处”是每个人或多或少都听过的生活建议，的确已经有许多研究揭示了长期锻炼与身体各类益处的联系，比如降低全因死亡率，减少患心血管疾病、神经系统疾病甚至癌症的风险。
不过现有的研究大多是独立针对单一的基因或者某一组织来开展，像骨骼肌、心脏和血液会经常受到关注，而其他组织却鲜有研究展开分析。而美国国立卫生研究院（NIH）下属的运动分子传感器联盟（MoTrPAC）则试图从更广泛、全组织和多组学的角度来理解运动从分子层面带来了哪些变化，这些变化又是如何影响个体健康的。在最新的《自然》杂志上，作者展示出了基于多组学数据绘制出的运动分子图谱，让我们对运动与健康有了全新的认识。
为了尽可能详细地绘制出图谱的每个细节，研究团队选取了大鼠作为研究对象。按照分组，大鼠参与运动的实验周期包括1、2、4和8周，以此用于区分不同时间节点的差异性。从身体的变化来看，雄性和雌性大鼠在坚持8周耐力训练后，有氧代谢能力分别提升了18%和16%。另外，体脂率这一指标变化具有性别差异，雄性大鼠的体脂在8周运动后减少了5%，雌性大鼠体脂则没有变化。但是没有运动的雌性大鼠体脂率增加了4%，运动似乎抵消了这部分增长。
进一步，研究团队收集了运动后大鼠的血液和其他18个实体组织，并展开了包括基因、蛋白、代谢等多个组学分析。整个数据集包含了涉及25个分子平台、4个训练时间点以及19个组织的共9466个分析结果。
▲研究对运动后大鼠共19个器官组织样本进行了分析（图片来源：参考资料[1]）
数据集显示组织间共有7115个独特的基因，其中那些至少与一个与运动反应特征相关的基因中，有67%的基因是组织特异性的，而白色脂肪组织具有的独特基因数量最多。
此外，超过2300个基因在至少两个组织中具有微分特征，肺和白色脂肪组织之间拥有最大的独特基因共享合集，大多数与免疫途径相关。基因表达模式展示出肺部炎症减少，白色脂肪组织免疫细胞募集增加。而心脏与腓肠肌之间也共享了许多独特基因，这些基因大多涉及线粒体代谢途径，包括线粒体融合基因Opa1和Mfn1。
此外，参与能量产生的线粒体蛋白乙酰化水平上升，调节能量储存的磷酸化信号也会增加，这些变化在运动后的肝脏中非常明显。作者认为这可以帮助肝脏更好地减少脂肪，降低疾病风险，比如运动可能对非酒精性脂肪肝有潜在益处。
图片来源： 123RF
而从蛋白质组学方面，作者观察到了运动后有着丰富的转录因子变化，其中有许多与造血相关，而造血祖细胞则一直被认为是传递运动益处的媒介。心脏、骨骼肌中与肌肉相关的转录因子Mef2也明显富集，其参与着血管发育、神经元分化等过程。
此外，大鼠也具有调节上的性别差异，大多数促炎性细胞因子会在雌性运动的第1周和第2周之间发生差异化调节，而雄性则是第4到第8周才会发生。而在另一篇《自然-代谢》中，论文详细介绍了白色脂肪组织的性别差异化，比如雌性大鼠在静息状态下组学特征与胰岛素信号和脂质生成有关，而雄性则与有氧代谢相关。
除此之外，在另一篇《自然-通讯》文章中，作者将大鼠中的基因表达变化图谱与人类的基因表达调控、基因-疾病靶点以及性状关系数据进行了整合比较，他们发现运动带来的组织特异性的基因表达差异甚至能超出自然的基因变异位点影响，同时运动也在不同组织间具有独特的疾病基因特征，即坚持运动可以影响疾病相关基因的表达。
数据集合还显示，运动可以广泛地调节免疫、代谢、应激反应和线粒体通路。作者推测这些变化在人类中对多种疾病有潜在的保护效应，比如炎症性肠病、心血管疾病和组织恢复。这些数据也将帮助我们更加全面地认识运动对身体的影响，更合理地提出运动建议。
参考资料：
[1] Temporal dynamics of the multi-omic response to endurance exercise training. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06877-w
[2] Sexual dimorphism and the multi-omic response to exercise training in rat subcutaneous white adipose tissue. Nature Metabolism (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00959-9
[3] The impact of exercise on gene regulation in association with complex trait genetics. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45966-w
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