不同强度耐力运动对腹部皮下脂肪组织转录组的急性调控作用及机制研究

本研究比较了低（LOW）、中（MOD）、高（HIGH）三种强度耐力运动对规律运动者腹部皮下脂肪组织（aSAT）转录组的急性影响。通过RNA测序和靶向蛋白检测，发现高强度运动上调血管生成（angiogenesis）、蛋白分泌和胰岛素信号通路基因，而中低强度运动主要调控细胞外基质（ECM）重塑、核糖体生物合成和氧化磷酸化通路。运动强度特异性调控脂肪细胞亚群和炎症反应，为运动改善代谢健康提供了分子机制依据。

　　

引言

规律运动对代谢健康的益处已被广泛证实，但其具体机制尚未完全阐明。尽管骨骼肌适应性研究较多，脂肪组织特别是腹部皮下脂肪组织（abdominal subcutaneous adipose tissue, aSAT）在运动诱导健康效益中的作用仍待探索。运动训练可增加aSAT毛细血管密度和线粒体蛋白、重塑细胞外基质（extracellular matrix, ECM）并减少促炎巨噬细胞浸润，然而运动如何触发这些适应性反应以及运动强度/能量消耗的影响尚不清楚。

运动适应性源于每次运动后急性转录变化的累积。本研究旨在比较低、中、高三种常用运动强度对aSAT转录组的急性效应，假设：1）单次运动改变aSAT转录组、细胞因子产生和蛋白磷酸化；2）三种运动强度诱导的反应存在差异。

方法

受试者与实验设计

45名健康规律运动者（18-40岁，BMI 20-30 kg/m²）被分配到三组：低强度持续运动（LOW: 60分钟，30% VO₂max）、中强度持续运动（MOD: 45分钟，65% VO₂max）或高强度间歇运动（HIGH: 10×1分钟，90% VO₂max，间歇1分钟主动恢复）。运动前和运动后1.5小时采集aSAT活检样本进行RNA测序和靶向蛋白免疫分析。

分析技术

RNA测序使用Illumina NovaSeq X Plus平台，基因计数采用rSeq估算。差异表达分析使用DESeq2，基因集测试采用竞争性基因集检验（CAMERA）。加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别共表达模块。细胞类型富集分析基于已发表单核RNA测序和空间转录组数据。靶向免疫印迹（JESS系统）检测蛋白磷酸化水平。血浆因子浓度经血浆体积校正。

结果

转录组响应特征

运动后1.5小时，LOW、MOD和HIGH分别鉴定到1003、1979和759个差异表达基因（DEGs）。高强度运动（HIGH）上调炎症、细胞因子和血管生成相关基因，而中低强度运动（MOD/LOW）上调蛋白翻译和氧化磷酸化通路基因。三种运动方式DEGs重叠度较低，主成分分析显示HIGH组转录响应模式显著不同。

生物通路与网络分析

HIGH显著富集补体激活、FC受体活性和IL-6信号通路；MOD富集核糖体生物合成和氧化磷酸化；LOW则与ECM组织和脂肪生成下调相关。WGCNA识别16个基因模块，其中ME9（翻译和RNA加工）被MOD抑制而被HIGH激活。模块特征基因与临床性状相关，如ME8与肥胖指标正相关。

生物钟基因调控

核心生物钟基因NR1D1（Rev-Erbα）在所有运动组中均显著下调，而NAMPT表达上调。PER1、DBP和CIART等基因也被抑制，但主钟基因BMAL1和CLOCK未变化。表明运动可快速调节脂肪组织生物钟通路。

蛋白磷酸化与信号通路

运动降低ERK磷酸化（pERK^T202/Y204/ERK比值），但对P38、STAT3、HSL和AKT磷酸化无影响。血浆儿茶酚胺和乳酸浓度在运动结束时升高，但1小时后恢复基线；IL-10浓度持续升高且不受血浆体积变化影响。

细胞类型特异性响应

基于单细胞标记的富集分析显示，HIGH上调免疫细胞（巨噬细胞、单核细胞、中性粒细胞）标记基因，LOW下调脂肪细胞标记基因。反卷积分析估计运动后巨噬细胞比例增加，脂肪细胞比例减少，提示急性运动可能快速招募免疫细胞到脂肪组织。

讨论

本研究系统表征了不同强度运动后aSAT的早期分子响应。高强度运动触发炎症和血管生成信号，中强度运动增强线粒体和核糖体功能，低强度运动调控ECM重塑。这些强度特异性响应可能与运动时血流分配、底物利用和激素环境差异有关。

运动诱导的生物钟基因变化（如NR1D1下调）可能通过调节脂代谢和炎症影响代谢健康。ERK磷酸化的一致下调提示运动可能抑制脂肪生成早期信号。细胞类型比例的变化表明运动可快速免疫招募，这可能为长期训练下的脂肪组织重塑提供基础。

局限性与意义

研究未包含无运动对照，且仅检测单时间点（1.5小时），可能无法捕获更动态响应。运动组间持续时间/能量消耗不匹配可能 confound 强度特异性效应的解释。然而，工作揭示了运动强度如何差异化编程脂肪组织转录响应，为精准运动处方改善代谢健康提供了分子见解。