高强度间歇训练诱导cfDNA动态变化：急性运动应激与慢性适应潜能的生物标志物研究

《Sports Medicine - Open》：Acute and Chronic Effects of a High-Intensity Interval Training Shock Microcycle on Cell-Free DNA: A Randomized Controlled Trial

本研究针对训练负荷监测中缺乏敏感、客观生物标志物的难题，开展了为期7天的HIIT冲击微周期对训练有素的耐力运动员cfDNA浓度急性与慢性变化影响的前瞻性研究。结果表明，cfDNA（尤其是90 bp和222 bp片段）在生理运动测试（PET）和高强度间歇训练（HIIT）后均出现显著急性升高（分别达10.4倍和17.1倍），且与峰值功率输出（PPO）、乳酸阈速度（LT）和最大摄氧量（VO2max）等生理指标呈中度相关，证实其作为急性运动应激标志物的可靠性。然而，在整个研究期间未观察到静息cfDNA的慢性变化，提示其在短期高强度训练中监测慢性适应的潜力有限。该研究为利用液体活检技术量化内部训练负荷提供了新的分子依据。

　　

在竞技体育和大众健身领域，精准监控训练负荷是优化运动表现、预防过度训练和降低损伤风险的核心环节。目前常用的内部负荷监控工具，如心率（HR）和主观问卷，虽易于实施但存在明显局限：心率易受每日波动和运动类型（如间歇性运动）影响，而主观问卷则可能因社会期望效应导致数据偏差。尽管乳酸（La）和肌酸激酶（CK）等血液生物标志物已应用于实践，但尚缺乏能稳定反映训练负荷、并与表现变化或损伤风险建立一致关联的指标组合。因此，寻找一种灵敏、客观且不易受外界因素干扰的新型生物标志物成为运动科学领域的迫切需求。

在此背景下，循环细胞游离DNA（cfDNA）作为一种新兴的“液体活检”生物标志物引起了研究者的广泛关注。cfDNA是细胞凋亡、坏死或主动分泌后释放到血液中的DNA片段。已有研究表明，急性运动能引起cfDNA浓度的快速、显著升高，其释放主要源于造血系细胞，尤其是中性粒细胞通过中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）的主动分泌，生物学半衰期仅约15分钟。通过定量不同长度（如90 bp和222 bp）的cfDNA片段，可以推测其可能来源：短片段多与NETs形成后的脱氧核糖核酸酶（DNase）消化有关，而长片段则可能暗示细胞坏死等过程。然而，此前研究多聚焦于单次急性运动反应，对于cfDNA在强化训练周期（如高强度间歇训练[HITT]冲击微周期）中的急性与慢性变化模式，以及其与经典运动生理学指标的关系，仍缺乏系统探究。

为了填补这一空白，由Nils Haller等人领导的研究团队在《Sports Medicine - Open》上发表了最新成果。他们设计了一项严谨的随机对照试验，旨在评估训练有素的耐力运动员在7天HIIT冲击微周期中，cfDNA浓度的急性与慢性变化。研究招募了35名参与者，随机分为三组：仅进行HIIT的冲击微周期组（HSM）、HIIT叠加低强度训练组（HSM+LIT）以及维持常规训练的对照组（CG）。干预组在7天内完成10次HIIT课程（5组4分钟跑步，强度为90-95%最大心率[HR_max]），其中HSM+LIT组每次HIIT后额外进行30分钟低强度训练（LIT）。研究人员在基线期、干预后第3、7、14天进行了生理运动测试（PET），并在干预期第2天和第7天的上午（AM）和下午（PM）监督了实验室HIIT课程，分别于静息状态、运动后即刻和运动后30分钟采集静脉血样，通过定量PCR（qPCR）技术检测90 bp和222 bp的cfDNA片段浓度。

本研究采用的关键技术方法主要包括：1） 随机对照试验设计，将受试者分为HSM、HSM+LIT和CG三组；2） 标准化的生理运动测试（PET）和高强度间歇训练（HIIT）方案，精确控制运动强度（基于HR_max）和量；3） 密集的纵向血液采样策略（总计近600份样本），覆盖静息、运动后即刻和运动后30分钟等多个时间点；4） 基于qPCR的cfDNA绝对定量分析，靶向LINE-1家族L1PA2元件的90 bp和222 bp片段，该方法经过严格验证，具有高重复性（变异系数<7%）；5） 线性混合模型（lmm）等高级统计方法，用于分析固定效应（如组别、时间点、测量点）和随机效应（个体差异）对cfDNA浓度的影响。所有参与者均为来自社区的训练有素的耐力运动员。

急性运动引起的cfDNA变化

研究结果显示，无论是PET还是HIIT，均能引起cfDNA浓度的急剧升高。PET后，cfDNA⁹⁰和cfDNA²²²分别增加了10.4倍和12.4倍（p < 0.001）。HIIT的刺激更为强烈，cfDNA⁹⁰和cfDNA²²²的增幅分别达到17.1倍和20.2倍（p < 0.001），并且在HIIT后30分钟，两者浓度仍显著高于静息水平（p < 0.001）。下午进行的HIIT课程引致的cfDNA⁹⁰升高幅度（22.4倍）显著高于上午课程（17.2倍，p < 0.001）。此外，组别与测量点之间存在显著的交互作用（p < 0.001），HIIT后30分钟，HSM+LIT组的cfDNA⁹⁰浓度显著高于HSM组（被动恢复）。相关性分析发现，cfDNA⁹⁰与PPO（r = 0.48, p < 0.001）、LT（r = 0.36, p < 0.001）和VO₂max（r = 0.30, p = 0.01）呈中度相关。cfDNA²²²与VO₂max（r = 0.34, p = 0.001）也呈中度相关。研究还观察到男性参与者在运动后的cfDNA增幅高于女性。cfDNA完整性指数（222 bp/90 bp比值）在运动后即刻无显著变化，但在HIIT后30分钟显著下降，提示长片段cfDNA的清除速率可能更快。

慢性变化与负荷累积

与急性变化形成鲜明对比的是，在整个研究期间（包括基线期、干预期和干预后14天），所有组别的静息cfDNA浓度均未出现显著性的慢性变化。线性混合模型分析未发现组别、研究时期或一天中不同时间对静息cfDNA⁹⁰或cfDNA²²²浓度的显著主效应或交互效应。静息状态的cfDNA完整性指数在不同研究时期也保持稳定。这表明，为期7天的HIIT冲击微周期，无论是否增加LIT，均未引起运动员基础状态下cfDNA水平的持续改变。

案例启示与差异性响应

对两名中途退出研究的参与者分析发现，其中一名因髂胫束综合征退出的参与者（P1）在退出前的HIIT课程后表现出异常高的cfDNA浓度（cfDNA⁹⁰增幅最高达55.7倍，cfDNA²²²增幅最高达72.1倍），远高于群体平均水平。而另一名因非肌肉损伤原因退出的参与者（P2）的cfDNA反应则与整体结果相符。这一案例提示，极度升高的运动后cfDNA反应可能与肌肉损伤或过度的生理应激有关，为cfDNA作为潜在损伤预警标志物提供了线索。

研究结论与意义

该项研究首次在标准化的跑步HIIT冲击微周期中，系统评估了cfDNA的急性与慢性动力学变化。主要结论可归纳为：首先，cfDNA是对急性运动应激高度敏感的生物标志物，其释放量与运动强度密切相关（HIIT > PET），并受到一天内训练累积（下午 > 上午）和性别（男性 > 女性）的影响。其次，急性cfDNA反应与PPO、LT、VO₂max等关键运动能力指标存在显著相关性，支持其作为量化内部训练负荷的客观工具的潜力。然而，在短期（7天）高强度训练干预下，未观察到静息cfDNA的慢性升高，表明其用于监测此类训练计划引起的长期适应性变化的能力有限。

该研究的深刻意义在于，它强化了cfDNA作为急性运动负荷“分子传感器”的角色，为运动生理学家和教练员提供了超越传统心率、主观感受的量化内部负荷的新视角。下午训练引起更高cfDNA反应的现象，暗示了短期负荷累积的生物学效应，对一日两训的安排具有参考价值。而案例中损伤个体表现出的异常cfDNA峰值，则开辟了将其用于运动损伤风险早期预警的探索方向。当然，将cfDNA广泛应用于实践仍面临挑战，如血液样本处理和分析的复杂性。未来研究需要致力于开发更便捷的无创检测技术（如指尖血或耳垂血cfDNA测量），并进一步阐明其释放与清除的分子机制，特别是与NETosis、氧化应激和炎症反应的关联。总之，这项研究为精准运动监控领域贡献了重要的分子水平证据，推动了个体化训练指导向更客观、更深入的方向发展。