堅(jiān)持鍛煉的表觀遺傳學(xué)意義

日期：2015-03-30 13:29:05

眾所周知，體育鍛煉能夠改善包括代謝、肺活量在內(nèi)的多項(xiàng)身體機(jī)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(jìn)肌肉重塑，改變肌肉的纖維結(jié)構(gòu)和蛋白組成。“堅(jiān)持體育鍛煉對(duì)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(jī)制，可以幫助我們進(jìn)一步優(yōu)化鍛煉方法，”Karolinska大學(xué)醫(yī)院的Francesco Marabita說。Marabita及其同事認(rèn)為，體育鍛煉時(shí)的肌肉重塑是由表觀遺傳學(xué)改變介導(dǎo)的。

合適的對(duì)照

Marabita等人招募了平時(shí)沒有鍛煉的12名男性和11名女性，對(duì)他們進(jìn)行了為期三個(gè)月的測(cè)試。在人體內(nèi)往往難以鑒定特定刺激引起的表觀遺傳學(xué)改變，因?yàn)橛性S多其他因素也會(huì)影響表觀遺傳學(xué)，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(jìn)行膝蓋伸展運(yùn)動(dòng)。“未訓(xùn)練的那條腿代表著全身性的改變，可以成為良好的對(duì)照，”Marabita說。

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

進(jìn)一步研究表明，許多發(fā)生改變的甲基化位點(diǎn)位于基因的增強(qiáng)子區(qū)域，這些基因主要涉及肌肉生成、肌肉結(jié)構(gòu)、肌肉功能和生物能量學(xué)。而存在表達(dá)差異的基因與肌肉的生理機(jī)能和代謝有關(guān)，比如胰島素調(diào)控。

“我們發(fā)現(xiàn)，鍛煉引起的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答可以分為三大類，涉及與形態(tài)學(xué)改變、細(xì)胞能量和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的基因，”Marabita說。

研究顯示，鍛煉會(huì)顯著下調(diào)轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因，以及促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化和凋亡的基因。另一方面，鍛煉會(huì)提高形態(tài)學(xué)改變相關(guān)基因的表達(dá)，包括細(xì)胞粘附、血管發(fā)育和組織細(xì)胞外基質(zhì)的基因。鍛煉之后，與細(xì)胞能量有關(guān)的基因也得到了適當(dāng)上調(diào)，比如線粒體酶。

明確鍛煉與表觀遺傳學(xué)改變有關(guān)，是理解環(huán)境對(duì)細(xì)胞影響的重要一步。“對(duì)于大多數(shù)人來說，堅(jiān)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(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生有益的影響，”Marabita總結(jié)道。