运动改变你我的DNA（基因的表现型）

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—— 尽管运动如何改善人体的健康，目前仍没有明晰的答案，但这并不妨碍我们先跑起来再说。
       合理运动的好处不胜枚举，它既能燃烧多余的热量，令人们的身材更加健美，也可降低心脏病、中风和糖尿病等诸多疾病的风险，但这一系列过程是如何发生的，依旧是一个未解之谜。
从结果看，运动令人更加健康是机体代谢改善的外在表现，究其内因，与控制这些代谢过程的蛋白干系颇深，因此有科学家进一步向前追溯：运动会直接影响到表达上述蛋白的基因。


改变即刻发生
        经由这一线索出发，越来越多的证据正在浮出水面。
        2012年，“Cell Metabolism”杂志刊登了一项瑞典卡罗林斯卡大学医院的学者兹尔罗斯及其同事开展的一项研究。他们发现，运动在极早期就可影响到肌肉细胞的DNA。
        在该研究中，兹尔罗斯招募了14名平日并不经常锻炼身体的健康青年男女。要求他们骑行健身脚踏车，达到一定的运动量后方可停下。在骑行前后，研究人员采集了受试者四头肌处的少量样本用于分析。当然，样本采集全程在局麻条件下进行，并不会给受试者带来痛苦。借助这些运动前后活组织样本的对比，兹尔罗斯对一系列相关基因的表达状况进行了研究。结果发现，运动后，相当多的基因被打开并激活。在这些基因的作用下，肌肉细胞释放了大量的酶类，从而让肌肉细胞燃烧热量，并获得运动所需的能量。兹尔罗斯发现，这些基因之所以能被激活，是因为DNA甲基化的程度减弱了。甲基化是一个表观遗传学名词，初听蛮拗口，其实可以简单理解为基因的开关，亦即如果DNA的特定区段附着有这个结构，那么相应的基因表达就会减弱甚至关闭。在某种机制作用下，运动使得DNA上的甲基得以移除，而且兹尔罗斯发现，运动强度越大，甲基移除的效果越好。受试者曾在一周内进行过两次强度不同的骑行锻炼，一次强度达到其运动极限的40%，另一次则为80%，而后分别提取肌肉活组织样本进行分析，结果不出所料，运动更大，甲基化的程度就更弱。

亦有长期影响
       人的基因组无比的复杂与动态，外界条件发生改变时，在特定生物化学信号的作用下，会发生相应变化加以因应。现在我们知道，短期运动对DNA甲基化即有影响，那么，长期坚持运动的话，甲基化水平会发生怎样的变化呢？兹尔罗斯的同事林德霍姆继续进行了探索。这项研究刊载在2014年12月号的“Epigenetics”上。研究伊始，林德霍姆同样招募了23名健康的青年男女，仍打算利用兹尔罗斯的研究方案。不过，根据此前的一些发现，当人们暴露于污染物之中或食用了某些食物时，人体一些基因的甲基化水平同样会发生改变。由于此次观察的目标是长期运动对DNA甲基化的影响，因此必须排除其他混杂因素的影响，以厘清到底哪些改变是由运动所致。林德霍姆想到了一个巧妙的方法来克服这一困难：要求受试者单腿骑行，也就是说要指定一条腿锻炼，另一条腿休息。这样一来，一条腿可被视为实验组，另一条则是对照组。锻炼频率为每周4次，每次45分钟，共需持续3个月，而后分别进行活检。毫不意外，受到锻炼的腿变得更加强壮，但DNA层面发生的改变却更加有趣。林德霍姆检测了受试者肌肉细胞基因组上逾5000个位点，除了发现有些基因的甲基化程度减弱外，还找到有些基因出现了增强（正相关基因与负相关基因）。这其中，有很多基因在人体的能量代谢，胰岛素反应以及炎症中发挥了重要作用。如果锻炼终止，那么DNA甲基化是否会重回原状呢，对于这个问题，林德霍姆打算在下一步的研究中加以解决。她提到，尽管运动如何改善人体的健康，目前仍没有明晰的答案，但这并不妨碍我们先跑起来再说。



Barres, Romain, et al. "Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscle." Cell metabolism 15.3 (2012): 405-411. 急性运动重塑人骨骼肌启动子甲基化

Barrès R, Yan J, Egan B, Treebak JT, Rasmussen M, Fritz T, Caidahl K, Krook A, O'Gorman DJ, Zierath JR. Acute exercise remodels promoter methylation in human skeletal muscle. Cell Metab. 2012 Mar 7;15(3):405-11. doi: 10.1016/j.cmet.2012.01.001. PMID: 22405075.


Lindholm, Maléne E., et al. "An integrative analysis reveals coordinated reprogramming of the epigenome and the transcriptome in human skeletal muscle after training." Epigenetics just-accepted (2014): 00-00. 综合分析显示训练后人类骨骼肌中表观基因组和转录组的协调重编程

Lindholm ME, Marabita F, Gomez-Cabrero D, Rundqvist H, Ekström TJ, Tegnér J, Sundberg CJ. An integrative analysis reveals coordinated reprogramming of the epigenome and the transcriptome in human skeletal muscle after training. Epigenetics. 2014 Dec;9(12):1557-69. doi: 10.4161/15592294.2014.982445. PMID: 25484259; PMCID: PMC4622000.