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《细胞》:运动是良药有了最强分子证据!科学家构建22种组织的运动多组学图谱,全面揭示长期运动带来的改变

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运动是良药。

早有研究表明,长期规律运动与全因死亡风险降低有关,对代谢和心血管健康非常有益。然而运动具体如何影响人体各个器官,在不同性别和昼夜节律背景下又会发生什么样的改变,我们还不得而知。

近期,《细胞》杂志发表了来自索尔克生物研究所科研团队的论文,研究者们构建了22种组织和血浆的长期运动多组学图谱,首次在单细胞核分辨率下揭示了长期运动诱导的DNA甲基化与转录重塑,并开发了跨物种通用的51基因预测模型。


研究者在小鼠中开展实验,首先对小鼠进行为期8周的自愿跑轮运动干预,并分别在小鼠的休息期(ZT4)和活跃期(ZT16)采集组织样本用于分析。

多组学分析显示,48.5%的基因在至少一种组织中发生差异表达。骨骼肌的分子响应最为剧烈,且改变幅度与承受的生物力学载荷直接相关:承重最大的大腿、小腿肌群的差异表达基因(DEGs)均超过4000个。令人意外的是,高度氧化型的比目鱼肌(SOL)展现出独特的线粒体氧化磷酸化通路下调,而糖酵解型肌肉则普遍上调线粒体氧化磷酸化通路。

大多数骨骼肌和心脏在活跃期的转录响应更强,下丘脑、肾脏和肺则在休息期表现出更显著的分子改变。尽管运动改变的基因方向基本一致,但雌性小鼠在肌肉、肝脏和心脏中展现出更广泛的核糖体与蛋白酶体基因下调,提示雌性在耐力运动中具有更高的蛋白质保存能力与脂质利用偏好。

单细胞核分析证实,慢性耐力运动促使肌核发生快糖酵解型(Type IIB)向快氧化型(Type IIA/IIX)的细胞类型转换,同时伴随纤维/脂肪生成祖细胞(FAPs)的扩增。转录因子网络整合表明,Tead1、Esrrg、Mef2c与Myog等核心转录因子及其结合位点的甲基化重构,精准驱动了肌纤维的氧化型重塑与能量代谢适应。

研究团队在168份肌肉转录组中提取出一个由51个基因构成的布尔分类器,该模型在区分运动与久坐状态时ROC-AUC达到了0.97。在涵盖啮齿类动物与人类的26个独立数据集中进行测试,该模型都保持了稳健的预测能力。

该研究首次在全身多器官及单细胞核表观遗传维度,阐明了运动对血管生成、线粒体生成及细胞间通讯的分子网络,为运动模拟药物的开发提供了潜在靶点库,并为针对不同性别、时段的个性化运动处方制定奠定了理论基础。

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参考资料:

[1]Maier, Geraldine, et al. "Multi-omics Atlas of Chronic Exercise." Cell, vol. 190, 7 Jan. 2027, pp. 1–27, https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.09.044.


本文作者丨代丝雨

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