《Nature Metabolism》：Systemic proteomic dynamics of acute exercise reveal genetic links to health and disease
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体力活动能够改善代谢健康，但其介导健康益处的分子应答尚未被完全阐明。研究人员在此呈现了一份高分辨率、时间分辨的蛋白质组学图谱，覆盖25名健康男性在急性运动后血浆、唾液和尿液中的蛋白质动态变化。研究发现，运动通过不同的、体液特异性的时间动态调控超过3000种蛋白
体力活动能够改善代谢健康，但其介导健康益处的分子应答尚未被完全阐明。研究人员在此呈现了一份高分辨率、时间分辨的蛋白质组学图谱，覆盖25名健康男性在急性运动后血浆、唾液和尿液中的蛋白质动态变化。研究发现，运动通过不同的、体液特异性的时间动态调控超过3000种蛋白质。网络分析揭示了蛋白质分泌、细胞外基质和免疫激活在多种体液间的协调重塑。在独立队列中的重复验证表明，许多运动应答性血浆蛋白质在年龄、性别和运动模式间表现出一致的应答。与人类全基因组关联研究数据的整合将分泌型、运动应答性蛋白质与心脏代谢疾病联系起来。在果蝇中对遗传优先排序的肌肉特异性分泌蛋白进行的功能验证确认了其在耐力、行为和新陈代谢中的作用。总体而言，这份开放获取图谱（https://cbmr.ku.dk/research/research-groups/deshmukh-group/shiny-apps/）提供了多体液资源，补充了现有运动组学研究，有助于定义运动分子适应并优先排序候选运动因子。
运动蛋白质组学多体液图谱：急性运动应答的时空动态与疾病关联解读
一、研究背景与科学问题
规律体力活动能够显著降低慢性非传染性疾病风险并促进健康老龄化，每周150分钟中等至剧烈强度体力活动与约33%的死亡率下降相关。然而，不同器官如何协调其分子应答以产生这些整体健康效益，仍是运动科学领域尚未解决的核心问题。急性运动期间分泌的分子被统称为运动因子（exerkines），涵盖RNA、蛋白质及代谢物/脂质等类别，被认为介导了运动对健康的长期益处。目前特征最明确的运动应答性蛋白是肌因子IL-6，但其仅代表多器官分子串扰网络中的单一节点。既有运动多组学研究主要聚焦于血液/血浆，受限于蛋白质组覆盖深度、缺乏高频运动后采样、未探讨组织特异性贡献，亦未将人类遗传学证据整合以阐明其在健康与疾病中的作用。此外，唾液和尿液等体液中的运动诱导变化尚缺乏系统描述，而这些体液可能提供血液无法单独捕获的全身性应答补充信息。因此，同时对多种体液进行深度蛋白质组学解析、解析区室特异性时间动态、检查跨体液关联，并将大规模遗传学与人类蛋白质组图谱整合以优先排序对健康与疾病重要的运动因子，成为亟待填补的知识空白。
二、研究内容与主要发现
研究人员对25名健康年轻男性（发现队列）在45分钟中等强度骑行运动前后，于多个时间点同步采集静脉血、唾液和尿液样本，采用质谱法（mass spectrometry, MS）分析唾液和尿液蛋白质组，采用Olink Explore HT亲和蛋白质组学平台分析血浆蛋白质组，共定量10,128种蛋白质。结果显示，运动调控超过3,000种蛋白质，且每种体液呈现独特的动态特征。唾液表现出持续至24小时的双向变化（601种蛋白质），尿液呈现短暂且24小时内完全恢复的应答（272种蛋白质），血浆则呈现分泌-清除耦联的典型特征，运动后0小时出现剧烈峰值（2,156种独特蛋白质），随后快速恢复。网络分析发现免疫激活、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）重塑和蛋白质分泌是连接不同体液的协同中枢模块。在独立重复队列（24名中年成人，62.5%女性）中，56%的发现队列血浆运动应答蛋白得到重复验证，74%的蛋白质在运动后即刻应答方向上保持一致。结合人类遗传共定位分析，研究发现保守的运动应答性分泌蛋白富集于心脏代谢疾病关联，而运动模式特异性蛋白主要关联生理学性状。在果蝇中进行的功能验证确认了多种遗传优先排序的运动因子在耐力、行为和新陈代谢中的调控作用。
三、关键技术与方法
本研究主要采用了以下关键技术方法：（1）基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的蛋白质组学技术，分别对唾液、尿液和血浆进行深度蛋白质组解析；（2）Olink Explore HT亲和蛋白质组学平台，实现血浆5,416种蛋白质的高通量定量；（3）线性混合效应模型（linear mixed-effects models, LMMs）用于识别运动应答性蛋白质并估计时间效应；（4）t分布随机邻域嵌入（t-SNE）降维可视化与基于von Mises-Fisher混合模型的蛋白质时间动态聚类分析；（5）跨体液Spearman相关网络分析用于解析多体液协调应答；（6）人类遗传共定位分析（colocalization analysis）整合顺式蛋白质定量性状位点（cis-pQTL）与疾病全基因组关联研究（GWAS）数据；（7）果蝇成体期肌肉特异性RNAi敲降平台结合耐力训练与行为代谢表型分析进行功能验证。
四、研究结果
1. 急性运动触发体液区室化时间动态
发现队列中，运动后即刻有3,007种蛋白质（占总定量蛋白质组的30%）发生差异调控。唾液呈现持续至24小时的双向变化，尿液呈短暂应答，血浆呈运动后0小时的剧烈峰值与快速恢复模式。297种蛋白质在至少两种体液中受运动调控，其中201种（68%）在不同体液间变化方向一致，提示全身性协调应答的存在。
2. 唾液和尿液蛋白质组捕获区室特异性运动应答
唾液蛋白质组表现出强个体性，601种运动应答蛋白形成六个时间轨迹簇，其中簇1蛋白富集于经典分泌途径，来源于唾液腺、肝脏和淋巴组织，且52种蛋白与2型糖尿病风险相关。尿液应答短暂，272种运动应答蛋白富集于信号转导和铁摄取通路，主要来源于肝细胞、集合管细胞和远端小管细胞，提示肾脏对运动诱导细胞活性副产物的过滤和排泄作用。
3. 运动诱导的血浆蛋白质组反映多组织起源并与疾病关联广泛相关
血浆蛋白质组表现出最强的蛋白质组个体性，2,156种蛋白质形成五种时间动态簇。簇1富集突触功能相关蛋白并与痴呆风险降低相关，簇3与激素活性和脂质消化相关，簇5为最大簇，富集分泌蛋白和白细胞功能相关蛋白，构成广泛连接多种疾病类别风险降低的分子特征。
4. 急性运动协调跨体液蛋白质网络
跨体液相关网络分析显示运动后即刻网络连接性增加约1.7倍。运动后0小时模块富集于淋巴细胞激活、蛋白质分泌和底物动员；1小时转向细胞应激反应和翻译激活；3小时以味觉感知和激素调节为主；24小时富集免疫细胞动员和生长因子活性。ECM重塑蛋白在整个恢复期保持中枢位置。
5. 运动诱导血浆蛋白质组在年龄、性别和运动模式间的重复验证
重复队列中，1,212种蛋白质（发现队列的56%）得到跨队列验证，另有374种新鉴定蛋白，将运动应答血浆蛋白质组图谱扩展至2,530种。74%的蛋白质在运动后即刻方向一致，一致性随时间下降。运动模式主要影响应答幅度而非方向，235种蛋白质存在性别与时间的交互作用。
6. 人类遗传学将分泌型运动因子与心脏代谢健康及疾病关联
遗传共定位网络分析鉴定出心脏代谢疾病为中枢节点，心血管疾病、消化系统疾病和代谢紊乱形成不同模块。保守的运动应答蛋白富集于疾病生物学关联，而运动模式特异性蛋白主要关联生理性状。69种分泌型运动应答蛋白为美国食品药品监督管理局（FDA）批准药物靶点。
7. 果蝇中运动应答性运动因子的功能验证
研究人员将八种人类运动因子映射至果蝇直系同源基因，采用肌肉特异性RNAi敲降结合耐力训练平台进行功能验证。敲降PDGF、TNF和FGF同源基因损害训练诱导的适应能力；MSTN敲降增强基础耐力但消除训练增益；INHBB配体敲降特异性损害训练后表现。多种肌肉源性运动因子调控睡眠、摄食行为和全身三酰甘油（triacylglycerol, TAG）积累。
五、讨论与结论
本研究通过同步深度剖析血浆、唾液和尿液蛋白质组，结合网络分析、人类遗传学和体内功能验证，解析了急性运动后的全身蛋白质动态及其生物学与临床相关性。每种体液的时间动态差异反映了组织特异性分泌、摄取、过滤和清除机制，而免疫激活、ECM重塑和分泌途径的共享分子网络表明器官间存在协调调控。遗传整合分析显示，在年龄、性别和运动模式间保守的运动应答蛋白富集于心脏代谢疾病关联，而模式特异性应答主要关联生理性状。果蝇功能验证确立多种优先排序运动因子作为运动适应的调节因子而非被动生物标志物。研究局限性包括缺乏时间匹配静息对照、尿液采样时间点有限、重复队列仅监测血浆蛋白质组、共定位分析属探索性质以及果蝇模型无法完全反映哺乳动物骨骼肌结构复杂性。未来需更大规模研究（如Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, MoTrPAC）以确定宿主因素（包括遗传背景）对运动蛋白质组动态的影响。总体而言，该多体液蛋白质组学图谱为理解运动生物学分子机制提供了系统框架，为生物标志物开发、精准运动处方和靶向运动应答通路的治疗策略提供了转化起点。
