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大家都知道运动有助于减肥和控制体重。不过，运动为什么可以发挥这些作用？运动之后，全身肌肉和脂肪中的各种细胞、基因和细胞内的分子究竟会发生什么变化？《细胞》子刊Cell Metabolism上的一项新研究对此做出了详细回答。
这项研究由哈佛大学乔斯林糖尿病中心（ Joslin Diabetes Center）的Laurie J. Goodyear教授和麻省理工学院计算机科学教授Manolis Kellis合作展开。研究团队设计了一项对照实验，用单细胞RNA测序的方法，比较了高脂肪饮食与健康饮食的年轻小鼠分别经过三周的运动后，骨骼肌、内脏脂肪、皮下脂肪这三类组织的不同细胞组分发生了哪些变化。
研究人员划分整理了53种不同类型的细胞对运动和肥胖的反应，在三种组织中发现了1386个基因有明显的表达变化。
▲实验示意图：一组小鼠正常饮食作为对照，一组吃高脂肪食物而发胖；接下来，每组中的一半小鼠随时可以跑步，另一半则被关在无聊的鼠笼里没有运动（图片来源：参考资料[1]）
不出意外，在肌肉和脂肪的各种细胞中，都可以看到肥胖和运动产生了截然相反的影响。
例如，在肌肉和脂肪组织中，研究人员都发现间充质干细胞（MSC）受到了肥胖和运动的明显影响。间充质干细胞可以分化为其他类型的细胞，比如脂肪细胞和成纤维细胞。在脂肪组织中，高脂肪饮食让间充质干细胞增强了向脂肪储存细胞的分化，而运动则逆转了这一影响。
这些数据还进一步显示出了哪些分子途径受到运动和肥胖调节。其中尤其显著的是细胞外基质（ECM）和调节昼夜节律的基因。
▲肥胖和运动对皮下脂肪（scWAT）、内脏脂肪（vWAT）和骨骼肌（SkM）的细胞组分产生了相反影响（图片来源：参考资料[1]）
细胞外基质由细胞分泌到胞外的大分子构成，为细胞的生存和活动提供支持。肥胖上调了ECM相关的分子途径，重塑ECM为脂肪储存细胞提供了更多的场地，并创造了一个炎症性更强的环境；运动则会下调ECM相关途径。
昼夜节律则是体内自带的生物钟，从睡眠、体温到消化、激素分泌等许多生理功能在24小时内的波动起伏受到昼夜节律的调控。而这项研究表明，运动可以促进调节昼夜节律的基因的表达，但高脂肪饮食则会抑制这些节律。
尽管这些数据都来自小鼠实验，但研究人员将结果与人类基因数据库进行比较后发现，小鼠实验中观察到的两个昼夜节律基因（DBP和CDKN1A），在人类中与升高肥胖风险的遗传变异有关。
“这些结果有助于我们看到这些分子靶点的转化价值，以及我们如何靶向特定细胞类型的特定生物过程。”研究论文的第一作者Jiekun Yang博士指出。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
由于饮食和生活习惯的变化，肥胖已经日益成为全世界范围的健康问题。越来越多的研究显示，肥胖和超重是很多疾病的风险因子，例如心血管疾病、癌症、阿尔茨海默病，以及包括新冠感染在内的传染病。
而此次研究提供的大量数据则清楚地表明，运动可以有效地从基础层面对抗肥胖，也就不难理解为什么运动可以带来很多全身性的好处，不止是控制体重，还可以增强免疫功能、延缓衰老等。
当然，通过了解运动对各种组织、细胞类型造成的分子变化，科学家也有望发现潜在的药物靶点来模拟或增强运动的好处，造福更多人。“这项研究告诉我们每一个人，尽可能的吃健康食物和多锻炼。”Kellis教授总结说，“但有些人，可能难以获得健康食品，或是由于残障等原因难以运动，或是仅仅因为没有时间等条件限制而无法以健康方式生活，这项研究想要传达的信息是，我们现在对特定的分子途径、特定的基因有了更全面的认识，有望通过操纵特定的分子和细胞过程进行治疗。”
参考资料：
[1] Jiekun Yang et al., (2022) Single-cell dissection of the obesity-exercise axis in adipose-muscle tissues implies a critical role for mesenchymal stem cells. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.09.004
[2] Exercise and obesity have opposite impact on muscle, fat tissues, researchers demonstrate. Retrieved Oct. 10, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/966981
[3] Scientists chart how exercise affects the body. Retrieved Oct. 10, 2022 https://news.mit.edu/2022/genes-pathways-exercise-fat-loss-1004
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