運動改變你我的DNA

日色提 發表於 2014-12-25 20:17

　　

　　合理運動的好處不勝枚舉，它既能燃燒多餘的熱量，令人們的身材更加健美，也可降低降低心臟病、中風和糖尿病等諸多疾病的風險，但這一系列過程是如何發生的？其中依然充滿未解之謎。

　　從結果看，運動令人更加健康是機體代謝改善的外在表現，究其內因，與控制這些代謝過程的蛋白乾系頗深，因此有科學家進一步向前追溯：運動會直接影響到表達上述蛋白的基因。改變即刻發生

　　經由這一線索出發，越來越多的證據正在浮出水面。

　　2012年，《Cell Metabolism》雜誌刊登了一項瑞典卡羅林斯卡大學醫院的學者茲爾羅斯及其同事開展的一項研究。他們發現，運動在極早期就可影響到肌肉細胞的DNA。

　　在該研究中，茲爾羅斯招募了14名平日並不經常鍛煉身體的健康青年男女。要求他們騎行健身腳踏車，達到一定的運動量後方可停下。在騎行前後，研究人員採集了受試者四頭肌處的少量樣本用於分析。當然，樣本採集全程在局麻條件下進行，並不會給受試者帶來痛苦。

　　藉助這些運動前後活組織樣本的對比，茲爾羅斯對一系列相關基因的表達狀況進行了研究。結果發現運動后，相當多的基因被打開並激活。在這些基因的作用下，肌肉細胞釋放了大量的酶類，從而讓肌肉細胞燃燒熱量，並獲得運動所需的能量。

　　茲爾羅斯發現，這些基因之所以能被激活，是因為DNA甲基化的程度減弱了。甲基化是一個表觀遺傳學名詞，初聽蠻拗口，簡而言之其實可以理解為基因的開關，亦即如果DNA的特定區段附著有這個結構，那麼相應的基因表達就會減弱甚至關閉。

　　在某種機制的作用下，運動使得DNA上的甲基得以移除，而且茲爾羅斯發現，運動強度越大，甲基移除的效果越好。受試者曾在一周內進行過兩次強度不同的騎行鍛煉，一次強度達到其運動極限的40%，另一次則為80%，而後分別提取肌肉活組織樣本進行分析，結果不出所料，運動更大，甲基化的程度就更弱。亦有長期影響

　　人的基因組無比的複雜與動態，外界條件發生改變時，在特定生物化學信號的作用下，會發生相應變化加以因應。現在我們知道，短期運動對DNA甲基化即有影響，那麼，長期堅持運動的話，甲基化水平會發生怎樣的變化呢？茲爾羅斯的同事林德霍姆繼續進行了探索。這項研究刊載在2014年12月號的《Epigenetics》上。

　　研究伊始，林德霍姆同樣招募了23名健康的青年男女，仍打算利用茲爾羅斯的研究方案。不過，根據此前的一些發現，當人們暴露於污染物之中或食用了某些食物時，人體一些基因的甲基化水平同樣會發生改變。由於此次觀察的目標是長期運動對DNA甲基化的影響，因此必須排除其他混雜因素的影響，以釐清到底哪些改變是由運動所致。

　　林德霍姆想到了一個巧妙的方法來克服這一困難：要求受試者單腿騎行，也就是說要指定一條腿鍛煉，另一條腿休息。這樣一來，一條腿可被視為實驗組，另一條則是對照組。鍛煉頻率為每周4次，每次45分鐘，共需持續3個月，而後分別進行活檢。

　　毫不意外，受到鍛煉的腿變得更加強壯，但DNA層面發生的改變卻更加有趣。林德霍姆檢測了受試者肌肉細胞基因組上逾5000個位點，除了發現有些基因的甲基化程度減弱外，還找到有些基因出現了增強。這其中，有很多基因在人體的能量代謝，胰島素反應以及炎症中發揮了重要作用。

　　如果鍛煉終止，那麼DNA甲基化是否會重回原狀呢，對於這個問題，林德霍姆打算再下一步的研究中加以解決。她提到，儘管運動如何改善人體的健康，目前仍沒有明晰的答案，但這並不妨礙我們先跑起來再說。